CN109073462B - 用于参考切换的多路复用和编码 - Google Patents

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Abstract

提供了用于测量样本的一个或多个属性的方法和系统。所述方法和系统可以包括与多个波长相关联的信号的多路复用测量，而不添加任何信号无关噪声并且不增加所述总测量时间。一个或多个编码级别，其中在一些示例中，某个编码级别可以嵌套在一个或多个其他编码级别内。多路复用可包括波长、位置和检测器状态多路复用。在一些示例中，可以基于一个或多个属性，包括但不限于信号强度、漂移属性、检测到的光功率、波长、一个或多个部件内的位置、所述光源的材料属性和电功率将一个或多个信号分组，从而增强SNR。在一些示例中，所述系统可以被配置为基于给定组的所述属性分别优化每个组的所述条件。

Description

用于参考切换的多路复用和编码
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年4月21日提交的美国临时专利申请62/325,927 的权益，该申请的全部公开内容以引用的方式并入本文以用于所有目的。
技术领域
这通常涉及用于测量样本的一个或多个属性的多路复用和编码方案。
背景技术
吸收光谱学是一种分析技术，可用来确定样本的一个或多个属性。用 于吸收光谱学的常规系统和方法可包括将光发射到样本中。由于光透射过 样本，光能量的一部分以一个或多个波长被吸收。此吸收可引起出离样本 的光的属性的变化。出离样本界面的光的属性可与出离参考对象的光的属 性比较，以及可基于此对比结果确定样本的一个或多个属性。
在一些示例中，光学测量可包括噪声，噪声可根据系统中的一个或多 个部件的波长或状态而不同。由于样本的一个或多个属性，信号强度也可 根据样本中的位置而不同。因此，信噪比可以取决于波长、样本中的位置 和部件的状态。为了增强信噪比(SNR)，多个扫描可多次测量信号，并且可 使用平均或滤波技术来降低噪声。然而，这种方法可能导致长的测量时 间，并且如果被测设备或样本随时间不稳定(即漂移)，则可能不准确。 因此，可能需要能够增强SNR并最小化漂移和部件的其他时变属性(例 如，热和负载损耗或功率消耗)的影响而不增加任何信号独立噪声并且不 增加总测量时间的方法和系统。
发明内容
本公开涉及用于测量样本的一个或多个属性的方法和系统。该方法和 系统可以包括多路复用测量，该多路复用测量可以测量与多个波长相关联 的信号，而不添加任何信号无关噪声并且不增加总测量时间。该方法和系 统可包括一个或多个编码级别，其中在一些示例中，编码级别可以嵌套在 一个或多个其他编码级别内。多路复用可包括波长多路复用、位置多路复 用和检测器状态多路复用。在一些示例中，增强的SNR可以通过将一个或多个信号分组在一起来实现。分组可以基于一个或多个属性，包括但不限 于信号强度、漂移属性、检测到的光功率、波长、一个或多个部件内的位 置、光源的材料属性和电功率。在一些示例中，系统可以被配置为基于给 定组的属性分别优化每个组的条件。
附图说明
图1A示出了根据本公开的示例的能够测量位于样本中的多个位置的 一个或多个属性的示例性系统的框图。
图1B示出了根据本公开的示例的用于测量位于样本内的多个位置的一 个或多个属性的示例性过程流。
图2示出了根据本公开的示例的系统中包括的示例性单元的一部分的 横截面视图，其中该示例性单元被配置用于解析具有两层光学器件的样本 表面上的多个入射角。
图3示出了根据本公开的示例的用于顺序测量多个感兴趣的波长的示 例性过程流。
图4A示出了根据本公开的示例的利用具有参考切换的多路复用测量 方案的测量的图示。
图4B示出了根据本公开的示例的具有参考切换的多路复用测量方案的 过程流。
图5A示出了根据本公开的示例的利用嵌套复用方案进行测量的图 示。
图5B示出了根据本公开的示例的嵌套复用方案的过程流。
图5C示出了根据本公开的示例的针对示例性顺序测量和示例性嵌套复 用测量的信号强度作为波长函数的曲线图。
图5D示出了根据本公开的示例的针对示例性顺序测量和示例性嵌套 复用测量的强度的标准偏差。
图5E示出了根据本公开的示例的针对示例性顺序测量和示例性嵌套复 用测量的SNR作为波长函数的曲线图。
图6A示出了根据本公开的示例的针对示例性顺序测量和示例性嵌套 复用测量的信号强度作为波长函数的曲线图。
图6B示出了根据本公开的示例的针对示例性顺序测量和示例性嵌套复 用测量的强度的标准偏差。
具体实施方式
在以下对示例的描述中将引用附图，在附图中以例示的方式示出了可 被实施的特定示例。应当理解，在不脱离各个示例的范围的情况下，可使 用其他示例并且可作出结构性变更。
在该部分描述了根据本公开的方法与装置的代表性应用。提供这些示 例仅是为了添加上下文并有助于理解所述示例。因此，对于本领域的技术 人员而言将显而易见的是，可在没有具体细节中的一些或全部的情况下实 践所述示例。其他应用也是可能的，使得以下示例不应被视为是限制性 的。
现在将参照如附图所示的示例来详细描述各种技术和过程流步骤。在 以下描述中，阐述了众多具体细节，以便提供对其中描述或提到的一个或 多个方面和/或特征的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的 是，所述或提到的一个或多个方面和/或特征可以在不具有这些具体细节中 的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，公知的过程步骤和/或结构未 详细描述从而不会模糊本文所述或提到的方面和/或特征中的一些。
另外，尽管可按照连续次序描述过程步骤或方法步骤，但是此类过程 和方法可被配置为按照任意适合次序来工作。换言之，可在本公开中描述 的步骤的任何序列或次序自身未指出需要按该次序执行步骤。此外，尽管 被描述或暗示为非同时发生(例如，因为在其他步骤之后描述一个步 骤)，但可以同时执行一些步骤。而且，在附图中借助其描述对过程的图 示未暗示不包括其他变型及其修改，未暗示所示过程或其步骤的任一个必 须为示例的一个或多个，并且未暗示所示过程为优选的。
吸收光谱学是一种分析技术，可用来确定样本的一个或多个属性。光 在从光源射出并且入射到样本上时可具有初始强度或能量。由于光透射过 样本，能量的一部分以一个或多个波长被吸收。此吸收可引起出离样本的 光的强度的变化(或损失)。离开样本的光可能是由于从样本内的一个或 多个位置散射的光，其中位置可包括感兴趣的物质。在一些示例中，感兴 趣的物质可以存在于光进入和/或离开样本的部分或全部路径中，其中测量 的吸光度可以包括在光散射的一个或多个区域的吸收度。随着样本中的感 兴趣物质的浓度增加时，离开样本的光的量可以指数地减少。在一些示例 中，物质可包括一种或多种化学成分，以及可使用测量值确定存在于样本 中的每个化学成分的浓度。
图1A示出了示例性系统的框图，并且图1B示出了根据本公开的示例 的用于测量位于样本内的多个位置的一种或多种物质的示例性过程流。系 统100可包括界面180、光学器件190、光源102、检测器130和控制器 140。界面180可包括输入区域182、界面反射光184、参考对象108和输 出区域156。在一些示例中，输入区域182和/或输出区域156可包括孔层，该孔层包括被配置为限制离开和/或进入系统的光的位置和/或角度的一 个或多个开口。通过限制离开和/或进入系统的光的位置和/或角度，入射或 离开样本120的光也可受到限制。光学器件190可包括吸收器或阻光器 192、光学器件194(例如，负微透镜)和集光光学器件116(例如，正微 透镜)。样本120可位于接近、靠近或接触系统100的至少一部分处。光 源102可被耦接到控制器140。控制器140可发送信号(例如，电流或电压 波形)以控制光源102朝样本120的表面发射光(过程151的步骤153)。 取决于系统是否正在测量样本或参考的一个或多个属性，光源102可以朝 向输入区域182(过程151的步骤155)或参考对象108发射光。
输入区域182可被配置为允许光离开系统100并入射到样本120上。 光可以穿入一定深度进入样本120，并且可以向系统100反射和/或散射回 来(过程151的步骤157)。反射光和/或散射光可在输出区域156处进入 系统100(过程151的步骤159)。进入系统100中的反射和/或散射光可由 集光光学器件116收集，该集光光学器件可重定向、准直、聚焦和/或放大 反射和/或散射光(过程151的步骤161)。反射光和/或散射光可导向检测 器130。检测器130可检测反射光和/或散射光，并且可将指示光的电信号 发送至控制器140(过程151的步骤163)。
光源102可以附加地或另选地朝向参考对象108发射光(过程151的 步骤165)。参考对象108可以朝向光学器件194反射光(过程151的步骤 167)。参考对象108可包括但不限于具有已知光学属性的反射镜、滤光器 和/或样本。光学器件194可朝向检测器130重定向、准直、聚焦和/或放大 (过程151的步骤169)。检测器130可测量从参考对象108反射的光并且 可生成指示该反射光的电信号(过程151的步骤171)。控制器140可被配 置为从检测器130接收指示从样本120反射/散射的光的电信号和指示从参 考对象108反射的光的电信号两者。控制器140(或另一个处理器)可通过 电信号确定样本的一个或多个属性(过程151的步骤173)。
在一些示例中，当系统测量样本和参考中的一种或多种物质时，从光 源102发射的光可以从样本表面反射回系统100。从系统的外部界面(例 如，系统接触样本的界面)反射的光可以被称为界面反射光184。在一些示 例中，界面反射光184可以是从光源102发射的没有从样本120或参考对 象108反射的光，并且可以归因于光散射。由于界面反射光184可能是不 希望的，所以吸收器或阻光器192可防止界面反射光184被光学器件194 和集光光学器件116收集，这可防止界面反射光184被检测器130测量。
图2示出了根据本公开的示例的系统中包括的示例性单元的一部分的 横截面视图，其中该示例性单元被配置用于解析具有两层光学器件的样本 表面上的多个入射角。系统200可靠近、接触、搁置或附接到样本220。样 本220可包括一个或多个测量区域。在一些示例中，所述测量区域可与一 个或多个散射事件相关联。系统200可被配置为重构样本220中的光学路 径。例如，系统200可被配置为将入射光的角度和出口位置重构到另一个 平面(例如，靠近检测器阵列230的平面)。可以使用一个或多个光学器 件层来执行光学路径的重构。系统200可包括例如两层光学器件。位于光 学器件层下方(即与样本220的表面相对)的可以是检测器阵列230，并且 两层光学器件可以由支撑件214支撑。位于两层光学器件之间的可以是空 气、真空或任何折射率与光学器件的折射率形成差别的介质。虽然附图示出了包括两层光学器件的系统，但是本公开的示例可以包括但不限于任何 数量的光学器件层，包括一层或多于两层。
系统200可包括光源诸如光源201、光源202和光源203。光源可被配 置为发射光250。光源可以是能够产生光的任何源，包括但不限于灯、激光 器、LED、OLED、EL源、QD光发射器、超发光二极管、超连续光源、基 于光纤的光源，或者这些源中的一者或多者的组合。在一些示例中，光源 能够发射单个波长的光。在一些示例中，光源能够发射多个波长的光。在 一些示例中，光源可以是能生成SWIR特征的任何可调谐源。在一些示例 中，光源中的每一者可发射不同波长范围的光(例如，光谱中的不同颜 色)。在一些示例中，光源可以包括III-V材料诸如磷化铟(InP)、锑化镓 (GaSb)、砷化镓锑(GaAsSb)、砷化铝(AlAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、铝砷化铟 (AlInAs)、铟镓磷化物(InGaP)、砷化铟镓(InGaAs)、砷化铟锑(InAsSb)、磷 化铟锑(InPSb)、砷化铟磷化物锑化物(InAsPSb)和砷化镓锑化物锑(GaInAsSbP)。
来自光源的光可以使用集成调谐元件204、光学迹线(未示出)和/或 一个或多个多路复用器(未示出)组合。在一些示例中，集成调谐元件 204、光学迹线和多路复用器可以布置在基板242上或包括在单个光学平台 诸如硅光子学芯片中。系统200还可包括用于控制、加热或冷却光源温度 的热管理单元201。耦合到多路复用器的可以是外耦合器209。外耦合器 209可以可选地配置成聚焦、收集、准直和/或调节(例如，成形)从多路 复用器朝向透镜216的光束。在一些示例中，外耦合器209可被配置为单 模波导，其将明确限定的(即定向和锐利的)光束导向至透镜216。在一些 示例中，来自外耦合器209的光250可为具有锥形或圆柱形形状的光束。 透镜216可以接收光250，并且可以将光束准直和倾斜到样本220中的一个 或多个位置。在一些示例中，透镜216可以包括平坦(或距平坦10％以 内)的底表面(即面向外耦合器209的表面)，以及凸起的顶表面(即背 向外耦合器209的表面)。从光源发射的可由外耦合器209准直、通过透镜 216透射并离开系统200的光可被称为光252。
在一些示例中，系统200中包括的每个光源(例如，光源201、光源 202或光源203)可以以与其他光源不同的波长发射光。每个光源可独立地 控制(例如，打开和关闭)。利用独立控制，耦合到光源的控制器(未示 出)可知晓测量光的哪个波长。因此，可能不再需要专用部件诸如用于在 空间上分离或调制波长的干涉仪。为了测量样本中感兴趣的物质的吸收光 谱，该系统可以被配置为测量多个感兴趣的波长上的吸收。
为了测量感兴趣的多个波长，每个波长可在一次测量一个(即顺序 地)。图3示出了根据本公开的示例的用于顺序测量多个感兴趣的波长的 示例性过程流。参见图2，光源201可被配置为发射波长λA，光源202可 被配置为发射波长λB，并且光源203可被配置为发射波长λC。在一些示例 中，每个波长可独立地测量(即在不同的时间)。可以打开第一光源(例如，光源201)，同时可关闭所有其他光源(例如，光源202和光源203) (过程300的步骤302)，并且可以测量第一信号(即在波长λA的信号 I1)(过程300的步骤304)。可以打开第二光源(例如，光源202)，同 时可关闭所有其他光源(例如，光源201和光源203)(过程300的步骤306)，并且可以测量第二信号(即波长λb处的信号I2)(过程300的步骤 308)。可以打开第三光源(即光源203)，同时可以关闭所有其他光源 (例如，光源201和光源202)(过程300的步骤310)，并且可以测量第 三信号(即波长λC处的信号I3)(过程300的步骤312)。可以重复该过 程，直到测量了所有感兴趣波长(过程300的步骤314和过程300的步骤 318)。控制器可以聚集测量的信号(例如，信号I1、信号I2、信号I3) (过程300的步骤316)以形成测量光谱(即信号强度光谱与波长的光 谱)。
每个测量信号可以包括与存在的噪声相关联的误差分量。在一些示例 中，噪声可独立于信号(即噪声独立信号)并且可被平均。例如，对于三 个波长，可写入所测量的信号为：
I1＝1×IA+0×IB+0×IC+e1 (1)
I2＝0×IA+1×IB+0×IC+e2 (2)
I3＝0×IA+0×IB+1×IC+e3 (3)
其中“1”表示对应波长的光源打开，“0”表示对应光源的波长关闭或阻 塞，IA是在波长λA处的无噪声信号，IB在波长λB处的无噪声信号，IC在波 长λC处的无噪声信号，e1是与测量信号I1相关联的误差，e2是与测量信号 I2相关联的误差，并且e3是与测量信号I3相关联的误差。
公式1至3可缩短为：
I1＝IA+e1 (4)
I2＝IB+e2 (5)
I3＝IC+e3 (6)
由于误差e1、误差e2及误差e3可能未知并且可能无法确定，每个波长 的信号(例如，信号IA、信号IB和信号IC)可能受损。虽然顺序测量方案 (即顺序测量每个波长)可以直接实现，但是SNR和测量精度可能受到损 害。虽然可以通过增加每个波长的测量时间或在每个波长重复测量并且使 用平均值来增加SNR，但是这种方法可能导致长的、不需要的总测量时 间，并且如果被测设备或样本随着时间不稳定(即漂移)则可能不精确。
在一些示例中，多路复用测量方案可用于测量多个波长，同时减少来 自噪声的误差。例如，可以利用多路复用测量方案测量给定时间的所有感 兴趣的波长。在光谱测量中，测量的信号可以包括可以被平均的与光子无 关的噪声。可以减小最终测量的光谱中包括的噪声的量值，并且相对于顺 序测量的减小可以基于复用的波长的数量。例如，在傅立叶变换光谱仪和 色散光谱仪中可以使用多路复用测量方案。
在一些示例中，多路复用测量方案可以包括与顺序测量方案相同或更 少数量的测量。在多路复用测量方案中，用于三波长示例的测量信号可以 写成：
I1＝1×IA+0×IB+1×IC+e1 (7)
I2＝0×IA+1×IB+1×IC+e2 (8)
I3＝1×IA+1×IB+0×IC+e3 (9)
即该设备可用于测量三个强度I1、I2和I3，其中每个等式可被称为状 态。对于每个状态，0s和1s可以分别指示针对该状态的哪些波长的光是关 闭的，以及哪些波长的光(即发射的光)是打开的。使用线性代数，可以 确定无噪声波长相关信号(即信号IA、信号IB和信号IC)。与顺序测量方 案相比，多路复用测量方案可同时测量多个波长。例如，可以同时测量两 个波长λA和λC，并且可以包括在测量信号I1中。因此，在给定的时间，多 路复用测量方案可以检测比顺序测量方案更多的信号，而无需增加任何信 号独立噪声，并且无需增加总测量时间。
等式7至9可以矩阵形式改写为：
Figure BDA0001836618550000091
其中E可表示编码矩阵。编码矩阵可以包括定义一系列测量状态的行，以 指示在该测量状态期间测量哪些波长，哪些光源是打开和关闭的(即如等 式7至9中的0s和1s所示)。虽然本公开将作为“编码矩阵”讨论测量状 态的信息，但是本公开的示例不限于矩阵，并且可以包括以任何形式存储 和/或布置的信息。编码矩阵可以是任何矩阵，使得线性代数可用于恢复无 噪声波长相关信号。在一些示例中，编码矩阵可以是具有逆的方阵。在一些示例中，编码矩阵可以是基于应用程序的预定义矩阵。等式10可被重写 为：
Figure BDA0001836618550000092
每个测量状态的测量时间可以是相同的，或者可以与其他测量状态不同。 在一些示例中，可以多次测量测量状态以产生多个信号。在一些示例中， 可将多个信号的强度平均。在一些示例中，可以忽略该多个信号中的一 些，并且可以处理该多个信号中的一些。
为了确定波长相关信号(例如，信号IA、信号IB和信号IC)，等式11 的两边可以乘以编码矩阵的逆。在等式11中给出的编码矩阵的逆可以写 作：
Figure BDA0001836618550000093
使得：
Figure BDA0001836618550000101
在一些示例中，逆矩阵可以预先计算(或预先确定)并存储在存储器 中。将等式11的左手侧乘以等式12可导致：
Figure BDA0001836618550000102
因此，在编码矩阵E中定义的状态下的强度(例如，I1、I2、I3)的测 量可以通过具有解码矩阵的点积来使用，以恢复期望的强度与波长信号 (例如，IA、IB、IC)关系。
噪声可存在于一个或多个信号中。由于多路复用测量方案在给定测量 时间中可以包括比顺序测量方案更多的测量，因此在测量中可以包括较少 的信号无关噪声，从而在不增加测量时间的情况下提高SNR并增加测量精 度。此外，可以减少来自信号无关的噪声源诸如约翰逊噪声和检测器散粒 噪声的贡献，这些噪声可以是光谱测量中的重要噪声源。此外，测量系统 或样本中包括的一个或多个部件可能具有不稳定的光学属性(即随时间漂移的光学属性)。光学属性的漂移可以包括在每个测量状态中，使得多个 测量信号受到漂移的显著或相等的影响。如果利用参考的测量系统也受漂 移的影响，则可以消除漂移。
多路复用测量方案相对于顺序测量方案的信号无关噪声的下降可以等 于(n+1)/(2×sqrt(n))，其中n可以是波长数量(即测量状态的数量)。例 如，利用复用测量方案测量51个波长可以导致信号无关噪声相对于顺序测 量方案减少到3.64分之一。为了实现相同的信号无关噪声，顺序测量方案 可能需要的总测量时间是复用测量方案的13.2倍(即3.642)。
在一些示例中，测量的波长的数量可以等于4n-1，其中n是整数。因 此，测量状态的数量可以等于4n-1，其中在每个状态期间测量2n-1波长。 在一些示例中，测量波长的图案可以在每个状态内改变，使得每个波长可 以测量2n-1个的状态。一般而言，随着测量波长的增加，可以提高SNR的 改善。然而，当n接近无穷大时，可处于单个状态的波长的最大数量可以 达到50％(即等于(2n-1/(4n-1))的极限，这也可以是多路复用形式诸如傅 立叶编码的极限。
图4A示出了图示，并且图4B示出了根据本公开的示例的利用多路复 用测量方案的测量的过程流。多路复用测量方案可以包括测量感兴趣的波 长上的信号。测量状态400可以包括编码阶段410、信号强度测量阶段420 和解码阶段430。编码阶段410可以包括编码矩阵，其可以包括与状态相对 应的行，以定义针对该状态测量的波长。因此，每个行/状态可确定在样 本、参考或两者处发射的光的波长。可以针对每个状态测量并数字化与样 本、参考或两者相互作用之后的光的强度，并且将其存储在包括在信号强 度测量阶段420中的单个强度矩阵中。解码相430可包括解码矩阵。在一 些示例中，解码矩阵可以是编码矩阵的逆。虽然在附图中没有明确示出， 但是本公开的示例可以包括参考切换和对应的测量状态、编码阶段、信号 强度测量阶段和解码阶段。
在一些示例中，测量状态400可包括m个波长，其中m可不等于4n-1 (其中n是整数)。系统可将波长分成多个组，诸如组402和组403，使得 每组中的波长数p等于4n-1(过程450的步骤452)。在一些示例中，包括 在多个组中的一个或多个组可具有不同尺寸或数量的波长p(例如，一个组 可具有七个波长，而另一个组可具有十一个波长)。可从存储器确定或检 索适合于相应组的编码矩阵(过程450的步骤454)。系统可测量编码矩阵 的每个状态的样本强度(过程450的步骤456)。虽然未在图中示出，但系 统还可以测量编码矩阵的每个状态的参考强度。在一些示例中，样本强度 和参考强度的测量可以同时发生。解码矩阵可由存储器确定或检索(过程 450的步骤460)。可确定包括在解码阶段430中的信号强度矩阵和解码矩阵 的点积(处理450的步骤462)，从而产生波长相关信号440。可重复该过 程以测量参考信号和/或暗信号(过程450的步骤464)。在一些示例中， 系统可被配置为在测量样本信号之前测量参考信号、暗信号或两者。还可 重复该过程以测量其他组(例如，组403)(过程450的步骤476)。来自 组402的波长相关信号440和来自组403的波长相关信号440可组合以形成 聚合波长相关信号442的a m×1矩阵(过程450的步骤466)，其可表示 所测量的信号对波长谱。可重复测量直到达到所需的扫描次数(过程450 的步骤468和步骤474)，并且可平均来自多次扫描的测量值(过程450的 步骤470)。控制器或处理器可处理并分析波长相关信号(过程450的步骤 472)。
例如，测量中的总波长数m可等于78，其可不等于4n-1。系统可将 78个波长分成两组，每组39个波长，其可等于4n-1。编码矩阵可包括多个 1和0，其中“1”表示相关联的光源被打开，“0”表示相关联的光源被关 闭。在一些示例中，编码矩阵可包括多个正值和负值，其中正值表示相关 联的光源被打开，而负值表示相关联的光源被关闭。在一些示例中，解码 矩阵可以是39×39矩阵。虽然图4A示出了分成两组的78个波长，但是本 公开的示例可包括被配置为测量任意数量的波长的系统。此外，这些波长 可分为任意数量的组，包括但不限于两组。在一些示例中，当编码矩阵包 括多个正值和负值时，每个组可具有p个波长，使得p是4n-1的倍数(或 者当编码矩阵包括多个1和0时，使得p是4n的倍数)。在一些示例中，p 和n对于至少两个组是不同的。
在一些示例中，可以任何顺序执行对多个组(例如，组402和组 403)的测量。在一些示例中，对多个组的测量可以是顺序的或可以是交错 的。在一些示例中，系统可被配置为在测量不同组之间交替。在一些示例 中，取决于例如分析目标或应用程序，系统可比测量其他组更频繁地测量 一个或多个组。例如，四个连续测量状态可包括测量三次的组402和测量 一次的组403。可在解码之前对在扫描中多次测量的组的信号进行平均，或 者可在解码之后对信号进行平均。
随着测量波长的数量增加，编码矩阵可以增加并且SNR的改善可以增 加。然而，总散粒噪声可均匀地分布在所测量的波长相关信号上，并且可 影响与一个或多个目标波长相关联的信号的SNR。在一些示例中，一些波 长可与比其他波长更弱的信号强度相关联。因此，对于信号强度较弱的那 些波长，散粒噪声的均匀分布会使SNR降低更多。在一些示例中，一些波 长可与更多相关信息(例如，对应于目标物质的吸收峰的波长)相关联， 因此防止信号的SNR降低可能比其他波长更重要。在一些示例中，信号强 度较弱的波长和/或具有更多相关信息的波长可包括在光谱的不同部分中。 因此，基于光谱将波长分成多个组可能导致SNR较差和测量不准确。
在一些示例中，系统可被配置为基于一个或多个属性将波长分成多个 组。在一些示例中，可将信号强度较弱的波长分组在一起，并且可将信号 强度较强的波长分组在一起。这样，较强的信号可能不会降低信号强度较 弱的波长的SNR。在一些示例中，两个或更多个波长的漂移特性可由于例 如光源、调制器、波导、反射镜和/或分束器的稳定性而变化。可基于漂移 的相似性对波长进行分组，因为根据不相似的漂移分量进行分组可导致整个组的降低。可基于漂移量针对每个组优化测量条件。在一些示例中，可 基于目标总SNR对波长进行分组。在一些示例中，目标总SNR可基于读出 方案的最佳条件，诸如最大化读出中ADC的使用。
在一些示例中，可基于检测器检测到的各个光功率对波长进行分组。 在一些示例中，白噪声可分布在整个波长上。因此，一些波长可具有较高 的光子噪声并且可将其噪声分布到具有较低光子噪声的波长。在一些示例 中，如果这些波长包括更多相关信息，则系统可将具有较高光子噪声的波 长分组在一起。在一些示例中，具有较少光子噪声的波长可包括更多相关 信息，因此将具有较高光子噪声的波长与具有较低光子噪声的波长分开可防止具有较高光子噪声的组中的光子散粒噪声降低具有较低光子噪声的组 的SNR。
在一些示例中，这些组可以分成较长的波长和较短的波长。较长的波 长可比较短的波长具有更强的衰减，这可导致检测器检测到较长波长的光 更少。因此，如果信号相关噪声(例如，光子噪声)显著，则与来自组合 在一起的较短波长和较长波长的信号相比，较长波长信号的SNR可得到改 善。通过将较长波长信号分组在一起并将较短波长信号分组在一起，当噪 声由信号无关噪声支配时，SNR可提高3.2(即，40/(2×sqrt(39)))。
在一些示例中，可基于一个或多个光谱设备内的位置对波长进行分 组。在一些示例中，可基于最小化热负荷、散热和/或温度相关波长位移来 选择位置。在一些示例中，可基于光源的材料特性对波长进行分组。在一 些示例中，来源于由类似材料制造的光源的波长可分组在一起。一些材料 可具有不同的要求或性能(例如，需要更多的电功率或可产生更多的热功 率)，因此在优化每个组的条件时可考虑这些变量。
在一些示例中，可基于一个或多个属性(诸如电功率)对部件进行分 组。例如，电功率要求可基于波长而不同，因此可对激光通道进行分组， 使得在整个光谱测量中电功率要求相同。配置具有一致电功率要求的系统 可最小化测量所需的总功率和/或可最小化功率分布的波动，使得可最小化 瞬态和最小和最大功率之间的大差异。
在一些示例中，两个或更多个组的测量时间可以不同。在一些示例 中，可基于相关性来划分波长。可将具有更多相关信息的波长(例如，包 括目标物质的吸收峰)分组在一起，并且可将具有较少相关信息的波长分 组在一起。具有更多相关信息的波长的测量时间可大于具有较少相关信息 的波长的测量时间。在一些示例中，测量状态的总测量时间(即，一次穿 过所有编码状态来获得光谱)可基于闪烁噪声和/或样本漂移的频率。当系 统被配置为使得总测量时间与源闪烁噪声和/或样本漂移的频率一致时，多 路复用测量方案可最小化源闪烁噪声和/或样本漂移的影响。在一些示例 中，可基于SNR值或水平来划分波长。例如，一个或多个第一组可包括 SNR较差的波长，并且一个或多个第二组可包括SNR良好的波长(即， SNR值或水平比一个或多个第一组更好)。在一些示例中，给定组的测量 时间可基于组的目标SNR。在一些示例中，SNR较差的组的测量时间可增 加或高于SNR较好的组的测量时间。
除了波长多路复用之外，本公开的示例可包括样本位置复用。在一些 示例中，可在多个位置处测量或照明样本。在一些示例中，可在相同波长 处测量样本中的多个位置。位置多路复用和波长多路复用可形成嵌套多路 复用测量方案。通过以嵌套方式组合位置多路复用和波长多路复用，可以 改善SNR。例如，可能需要测量多个位置的波长谱的强度。可使用第一编 码方案来测量多个位置。在位置编码的每个状态中，可以针对一系列波长编码状态测量信号强度，使得可以用第二编码方案测量多个波长。也就是 说，第二编码方案可以编码波长，而第一编码方案可以编码位置。在一些 示例中，位置多路复用可以与波长多路复用同时完成。
图5A示出了图示，并且图5B示出了根据本公开的示例的利用嵌套多 路复用方案的测量的过程流。嵌套多路复用测量方案可以包括测量作为波 长和位置(即样本位置)函数的信号强度。测量状态590可以包括位置编 码阶段512、多个波长测量状态500和位置解码阶段532。位置编码阶段 512可以包括编码矩阵，该编码矩阵可以包括针对测量的每个位置定义编码 状态的行。每个波长测量状态500可以包括波长编码阶段510、信号强度测 量阶段520和波长解码阶段530。波长编码阶段510可以包括编码矩阵，其 可以包括与状态相对应的行，所述行定义针对该状态测量的波长。因此， 行/状态可以确定在样本和参考处发射的光的波长。可以针对每个状态测量 并数字化与样本或参考相互作用之后的光的强度，并且将其存储在包括在 信号强度测量阶段520中的信号强度矩阵中。波长解码阶段530可包括解 码矩阵。在一些示例中，波长解码阶段530的解码矩阵可以是包括在波长 编码阶段510中的编码矩阵的逆。位置解码阶段532可包括解码矩阵。在 一些示例中，位置解码阶段532的解码矩阵可以是包括在位置编码阶段512 中的位置矩阵的逆。
在一些示例中，测量状态590可包括k个位置。每个波长测量状态500 可与不同位置相关联。每个测量状态500可包括m个波长，其中m可不等 于4n-1(其中n是整数)。与位置相关联的编码矩阵可由存储器确定或检 索(过程550的步骤552)。系统可选择位置编码矩阵中的状态(过程550 的步骤554)。系统可将波长分成多个组，诸如组502和组503，使得每组 中的波长数p等于4n-1(过程550的步骤556)。对于给定的波长组，可检 索与给定波长组的波长相关联的编码矩阵(过程550的步骤558)。系统可 测量与波长相关联的编码矩阵的每个状态的样本强度，以确定信号值包括 在信号强度测量阶段520(过程550的步骤560)中。虽然未在图中示出， 但系统还可以测量编码矩阵的每个状态的参考强度。在一些示例中，样本 强度和参考强度的测量可以同时发生。与给定组的波长相关联的解码矩阵 可由存储器确定或检索(过程550的步骤562)。可确定包括在信号强度测 量阶段520中的信号强度矩阵以及包括在波长解码矩阵530中的解码矩阵 的点积(过程550的步骤564)，从而产生波长相关信号540。可重复该过 程以测量参考信号和/或暗信号。可针对其他组(例如，组503)重复该过 程(过程550的步骤566和步骤568)。来自组502的波长相关信号和来自 组503的波长相关信号可以组合(过程550的步骤570)以形成聚集波长相 关信号542的m×1矩阵，该矩阵可以表示给定位置的测量信号与波长谱的 关系。可重复测量，直到已经测量了样本上的所有位置(过程550的步骤 572和步骤574)。与位置相关联的解码矩阵可由存储器确定或检索(过程 550的步骤576)。对于感兴趣的每个波长，可以确定波长和位置相关信号522和与位置相关的解码矩阵(包括在位置解码阶段532)的点积(过程 550的步骤578)。波长和位置相关信号544可以被组合或聚集，以形成测 量信号与波长和位置关系的m×k矩阵(过程550的步骤580)。控制器或 处理器可处理并分析波长和位置相关信号(过程550的步骤582)。虽然图 5A至图5B中的示例示出了嵌套在位置多路复用中的波长多路复用，本公开的示例可以包括嵌套在波长多路复用中的位置多路复用。
例如，在测量中的位置k的总数可以等于七。测量中的总波长数m可 等于78，其可不等于4n-1。系统可将78个波长分成两组，每组39个波 长，其可等于4n-1。编码矩阵可包括多个1和0，其中“1”可表示相关联 的光源被打开，“0”可表示相关联的光源被关闭。与顺序测量相比，在每 种波长处的SNR改善可为4.84(即(39+1)/(2×sqrt(39))×(7+1)/(2×sqrt(7)))。 另外，顺序测量可能需要23.4倍(即4.842)更长的测量以实现相同的 SNR。
系统可被配置为基于一个或多个属性将波长分成多个组。如上所述， 在图4A至图4B的上下文中，示例性属性可以包括但不限于信号强度、系 统中的一个或多个部件的漂移属性、目标总SNR、一个或多个光谱设备内 的位置、光源的材料属性、由检测器检测的单个光功率和光子噪声。虽然 图5A说明了两个级别的编码，但公开的示例可以包括任意数量的编码级 别。例如，系统可配置有三个级别的编码：位置多路复用、波长多路复用 和检测器状态(例如，暗测量、参考测量或样本测量)多路复用。另外， 尽管信号强度测量阶段520、波长相关信号540和聚集波长相关信号542中 包括的信号强度矩阵被示出为行矩阵，但本公开的示例可包括矩阵为列矩 阵，并且解码矩阵可相应地配置。
图5C示出了信号强度作为波长函数的曲线图，并且图5D示出了根据 本公开的示例的针对示例性顺序测量和示例性嵌套复用测量的强度的标准 偏差。系统可被配置为沿着样本跨越线性间隔在1500nm至2400nm之间的 78个波长测量7个位置。在嵌套多路复用测量方案590中，波长可分成两 组。一个组可包括较短(例如，前39个)波长，并且另一个组可包括较长 (例如，最后39个)波长。顺序测量方案592和嵌套复用测量方案590两 者的每个测量状态的时间可以相同。尽管用于顺序测量方案592和嵌套复 用测量方案590的图5C中所示的曲线可以在感兴趣的波长上具有相同的信 号强度，但是噪声可以不同，如图5D中所示。嵌套多路复用测量方案590 的强度标准偏差可以低于顺序测量方案592的强度标准偏差，这是因为多 路复用导致更低的信号无关噪声。
图5E示出了根据本公开的示例的针对示例性顺序测量和示例性嵌套复 用测量的SNR作为波长函数的曲线图。嵌套多路复用测量方案590的SNR 可以高于顺序测量方案592的SNR。例如，在光谱中的所有波长，SNR的 比率可以等于4.84。
在一些示例中，光电流可具有与信号无关噪声(例如，约翰逊噪声和 检测器噪声)相同的量值。图6A示出了信号强度作为波长函数的曲线图， 并且图6B示出了根据本公开的示例的针对示例性顺序测量和示例性嵌套复 用测量的强度的标准偏差。测量可被配置为沿着样本跨越线性间隔在 1500nm至2400nm之间的78个波长测量7个位置。在嵌套多路复用测量方 案690中，波长可分成两组。一个组可包括较短(例如，前39个)波长， 并且另一个组可包括较长(例如，最后39个)波长。顺序测量方案692和 嵌套复用测量方案690两者中的每个测量状态的时间可以相同。由于较高 的光电流，信号相关(光子)噪声和信号无关噪声的相对量可以较低(与 图5C至图5E中所示的曲线图相比)。由于相对信号无关噪声而言相应信 号相关噪声较高，较短波长可以具有比较长波长更高的强度。在嵌套多路 复用测量方案690中，由于较短波长可以分组在一起，并且较长波长可以 分组在一起，因此较短波长组的强度标准偏差可以高于较长波长组的强度 标准偏差。另一方面，在顺序测量方案692中，较短波长可与较长波长分 组在一起。因此，具有较高相应信号相关噪声的波长的噪声会影响其他波 长。如果更多相关波长具有更弱强度，并且受到具有较高相应信号相关噪 声的波长的噪声的影响，则测量可能不准确。相反，嵌套多路复用测量可 以通过例如根据SNR优化每个组来防止SNR降低。
本公开的示例可以包括任何编码和多路复用，包括但不限于Hadamard 码、Walsh码、Walsh-Hadamard码、Sylvester矩阵、Sylvester矩阵、 Sylvester-Hadamard矩阵、Hamming码、重复码、Zadoff-Chu序列、格雷码 和傅里叶编码或调制。在一些示例中，用于某一级(例如，波长多路复 用)的编码方案可以与在另一级(例如，位置多路复用)中使用的编码方 案不同。例如，波长多路复用可包括傅立叶编码，并且位置多路复用可包 括Hadamard码。
除了对波长进行分组(如上文所讨论的)之外或作为另一种选择，本 公开的示例可以包括对系统中的部件进行分组。重新参考图6A，可以利用 公开的多路复用测量方案和嵌套多路复用测量方案中的一个或多个来配置 系统。系统600中包括的光源可以包括具有多个单独激光通道的集成光 源，这些激光通道可以发射跨越感兴趣的波长光谱的光。激光通道可以是 固定的或可调的。在一些示例中，集成光源可以包括集成到硅光子平台上 的多个III-V半导体芯片，其中光例如可以使用光学轨迹606从III-V半导 体芯片耦合到硅芯片。例如，多个激光一起可以跨越半导体材料的全增益 带宽。在一些示例中，可以制造单模激光脊，使得多个激光设备可以装配 在芯片内。在一些示例中，激光脊可以具有1至3μm的宽度，并且多个激 光的横向尺寸可以小于1000μm。
在一些示例中，将激光定位在彼此接近的位置可导致从一个激光到另 一个激光的热扩散。例如，系统可被配置为具有在1500nm至2400nm的 SWIR波长范围内发射的12个激光芯片。每个芯片可具有75nm的发射带 宽以及350μm的芯片宽度。应用需要80个离散波长，这可导致每个芯片7 个波长。然而，由于热扩散或热串扰，每个激光芯片可以被限制为三个激 光通道，限制离散波长的总数为36个。为了克服由于热扩散引起的波长的 这种限制，系统可被配置为利用激光通道组。可以将通道分组，使得同时 激活的激光通道具有减小的热扩散效应，从而增加系统一次可以测量的离 散波长的数量。在一些示例中，系统可以配置有宽带光源以及配置成在空 间上分离不同波长的光的光学部件。在一些示例中，光学部件可为棱镜或 光栅。
为了实施多路复用测量方案和嵌套多路复用测量方案，系统可以配置 为包括能够调制的任何类型的部件。部件可用于控制哪些波长的光被允许 穿过感兴趣的光路(例如，样本光路或参考光路)。本公开的示例可包括 但不限于电子调制、机械调制、光学调制或它们的组合。在一些示例中， 调制可包括打开和关闭光源。在一些示例中，系统可包括用于调制的 MEMS反射镜。在一些示例中，系统可包括用于调制的数据光处理(DLP)分 量。在一些示例中，系统可包括机械斩波器。在一些示例中，机械斩波器 可以采用与编码方案或编码矩阵相关联的模式来设计。例如，机械斩波器 轮可以被设计成针对每个波长或一组波长具有不同的块和通过状态模式。
例如可通过存储在存储器中并由处理器或控制器执行的固件来执行上 文所述的功能中的一个或多个功能。该固件也可以存储和/或输送于任何非 暂态计算机可读存储介质内，以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计 算机的系统、包括处理器的系统或可以从指令执行系统、装置或设备获取 指令并执行指令的其他系统使用或与其结合。在本文档的上下文中，“非 暂态计算机可读存储介质”可以是可包含或存储程序以供指令执行系统、装置和设备使用或与其结合的任何介质(不包括信号)。非暂态计算机可 读存储介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系 统、装置或设备，便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM) (磁性)、只读存储器(ROM)(磁性)、可擦除可编程只读存储器(EPROM) (磁性)、便携式光盘(诸如，CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或 DVD-RW)、或闪存存储器(诸如，紧凑型闪存卡、安全数字卡)、USB 存储器设备、记忆棒等。在本文的上下文中，“传输介质”可以是可传 送、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的任 何介质。传输可读介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁或红外有 线或无线传播介质。
一种用于测量样本中物质的一个或多个特性的方法。在一些示例中， 该方法包括：在样本处发射第一组光，第一组光与第一特性的第一状态相 关联；在样本处发射第二组光，第二组光与第一特性的第二状态相关联， 其中第一特性的第一状态和第二状态基于第一测量状态信息；测量第一信 号，第一信号包括与第一组光相关联的强度；测量第二信号，第二信号包 括与第二组光相关联的强度；以及至少基于第一信号和第二信号来确定物质的一个或多个特性。除此之外或另选地，在一些示例中，该方法还包 括：将第一信号分配到第一组；将第二信号分配到第二组；以及确定来自 第一组和第二组的第一属性相关信号。除此之外或另选地，在一些示例 中，第一特性为波长，并且第一组包括比第二组短的波长。除此之外或另 选地，在一些示例中，第一特性为波长，并且第一组包括比第二组低的信号强度。除此之外或另选地，在一些示例中，将信号分别分配到第一组和 第二组的方法基于漂移相似度。除此之外或另选地，在一些示例中，该方 法还包括：确定目标信噪比，其中将信号分别分配到第一组和第二组，使 得第一组中所有信号的总信噪比和第二组中所有信号的总信噪比小于目标 信噪比。除此之外或另选地，在一些示例中，第一组包括与光谱设备的第 一特性相关联的信号，并且第二组包括与光谱设备的第二特性相关联的信 号。除此之外或另选地，在一些示例中，第一组包括与对应于第一物质的 吸收峰相关联的信号，并且第二组包括与对应于第二物质的吸收峰相关联 的信号。除此之外或另选地，在一些示例中，第一组具有不同于第二组的 测量时间。除此之外或另选地，在一些示例中，该方法还包括：在测量被 包括在第二组中的多个信号之前，测量被包括在第一组中的多个信号。除 此之外或另选地，在一些示例中，该方法还包括：测量被包括在第一组中 的多个信号；以及测量被包括在第二组中的多个信号，其中对被包括在第 一组中的多个信号的测量与对被包括在第二组中的多个信号的测量交错进 行。除此之外或另选地，在一些示例中，该方法还包括：在参考处发射第 三组光，第三组光与第一属性的第一状态相关联；在参考处发射第四组 光，第四组光与第一属性的第二状态相关联；测量第三信号，第三信号包 括与第三组光相关联的强度；测量第四信号，第四信号包括与第四组光相 关联的强度，其中确定物质的一个或多个属性至少还基于第三信号和第四 信号。除此之外或另选地，在一些示例中，该方法还包括：将第一信号和 第三信号分配到第一组；将第二信号和第四信号分配到第二组；以及确定 来自第一组和第二组的第一属性相关信号。除此之外或另选地，在一些示 例中，该方法还包括：针对多个扫描测量被包括在第一组中的多个信号； 针对多个扫描测量包括在第二组中的多个信号；在针对多个扫描对包括在 第一组中的测量的多个信号进行平均之前，对包括在第一组中的多个信号 进行解码；并且在针对多个扫描对包括在第二组中的测量的多个信号进行 平均之前，对包括在第二组中的多个信号进行解码。除此之外或另选地， 在一些示例中，该方法还包括：针对多个扫描测量被包括在第一组中的多 个信号；针对多个扫描测量包括在第二组中的多个信号；在针对多个扫描 对包括在第一组中的测量的多个信号进行平均之后，对包括在第一组中的 多个信号进行解码；并且在针对多个扫描对包括在第二组中的测量的多个 信号进行平均之后，对包括在第二组中的多个信号进行解码。除此之外或 另选地，在一些示例中，该方法还包括：在样本处发射第五组光，该第五 组光与第一属性的第一状态和第二状态以及第二属性的第一状态相关联；在样本处发射第六组光，该第六组光与第一属性的第一状态和第二状态以 及第二属性的第二状态相关联，其中第二属性的第一状态和第二状态基于 第二测量状态信息；测量第五信号，第五信号包括与第五组光相关联的强 度；并且测量第六信号，第六信号包括与第六组光相关联的强度，其中对 该物质的所述一个或多个属性的确定还基于第五信号和第六信号。除此之 外或作为另外一种选择，在一些示例中，第一属性是波长、在样本上的位 置或检测器中的一者，并且第二属性是波长、在样本上的位置或检测器中 的另一者。除此之外或作为另外一种选择，在一些示例中，第一属性与第 二属性相同。除此之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该方法还包 括：在样本处发射第七组光，第七组光与第二属性的第一状态和第二状态 以及第三属性的第一状态相关联；在样本处发射第八组光，第八组光与第 二属性的第一状态和第二状态以及第三属性的第二状态相关联，其中第三 属性的第一状态和第二状态基于第三测量状态信息；测量第七信号，第七 信号包括与第七组光相关联的强度；并且测量第八信号，第八信号包括与 第八组光相关联的强度，其中对该物质的所述一个或多个属性的确定还基 于第七信号和第八信号。
本发明公开了一种用于确定样本中物质的一种或多种性质的系统。该 系统可以包括：多个光源，该多个光源被配置为发射第一光入射到样本 上；多个透镜，该多个透镜被配置为收集第一光的反射的至少一部分；一 个或多个检测器像素，该一个或多个检测器像素被配置为检测反射的第一 光的至少一部分；以及第一调制器，该第一调制器被配置为基于第一测量 状态信息允许或阻挡来自多个光源中的一个或多个的光。除此之外或作为 另外一种选择，在一些示例中，该多个光源被进一步配置为发射入射在参 考上的第二光，并且其中所述一个或多个检测器像素被进一步被配置为检 测第二光的反射的至少一部分。除此之外或作为另外一种选择，在一些示 例中，第一测量状态信息与波长、在样本上的位置或检测器像素的状态相 关联。除此之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该系统还包括：第 二调制器，该第二调制器被配置为基于第二测量状态信息允许或阻挡来自 多个光源的光。除此之外或作为另外一种选择，在一些示例中，第一调制 器是数据光处理部件、机械斩波器和微电子机械系统(MEM)中的一者。除 此之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该多个光源中的每一者基于 多个光源的热扩散或电功率被分配给多个组中的一个，每个组包括同时激 活的光源。
虽然参照附图对公开的示例进行了全面的描述，但应注意，各种变化 和修改对于本领域内的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，此类变 化和修改被认为包括在由所附权利要求所限定的所公开的示例的范围内。

Claims (17)

1.一种用于进行测量的方法，所述方法包括：
使用编码矩阵选择用于第一组波长的第一组强度和第二组强度；
在第一时间段期间发射第一组光，所述第一组光与第一组波长的第一组强度相关联；
在第一时间段期间测量与第一组光相关联的第一强度；
在第二时间段期间发射第二组光，所述第二组光与第一组波长的第二组强度相关联；
在第二时间段期间测量与第二组光相关联的第二强度；以及
在解码阶段期间使用所述编码矩阵的逆矩阵来确定多个波长相关信号，所述多个波长相关信号中的每一个与第一组波长中的一个对应波长相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将第一信号分配到第一组；
将第二信号分配到第二组；以及
确定来自所述第一组和所述第二组的属性相关信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一属性为波长，并且所述第一组包括比所述第二组短的波长。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一属性为波长，并且所述第一组包括比所述第二组低的信号强度。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一信号到所述第一组的所述分配和所述第二信号到所述第二组的所述分配基于漂移相似度。
6.根据权利要求2所述的方法，还包括：
确定目标信噪比，其中第一信号到所述第一组的所述分配和第二信号到所述第二组的所述分配使得所述第一组中所有信号的总信噪比和所述第二组中所有信号的总信噪比小于所述目标信噪比。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一组包括与光谱设备的第一属性相关联的信号，并且所述第二组包括与光谱设备的第二属性相关联的信号。
8.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一组包括与对应于第一物质的吸收峰相关联的信号，并且所述第二组包括与对应于第二物质的吸收峰相关联的信号。
9.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一组具有不同于所述第二组的测量时间。
10.根据权利要求2所述的方法，还包括：
在测量所述第二信号之前，测量所述第一信号。
11.根据权利要求2所述的方法，还包括：
测量包括在所述第一组中的信号；以及
测量包括在所述第二组中的信号，其中对被包括在所述第一组中的信号的所述测量与对被包括在所述第二组中的信号的所述测量是交错进行的。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在参考对象处发射第三组光，所述第三组光与所述第一组强度相关联；
在所述参考对象处发射第四组光，所述第四组光与所述第二组强度相关联；以及
测量第三信号，所述第三信号包括与所述第三组光相关联的强度；
测量第四信号，所述第四信号包括与所述第四组光相关联的强度，其中确定波长相关还基于至少所述第三信号和所述第四信号。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
将所述第一信号和所述第三信号分配到第一组；
将所述第二信号和所述第四信号分配到第二组；以及
确定来自所述第一组和所述第二组的属性相关信号。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：
发射第五组光，所述第五组光与所述第一强度和所述第二强度以及所述第一组波长相关联；
发射第六组光，所述第六组光将所述第一强度和所述第二强度与所述第二组波长相关联；
测量第五信号，所述第五信号包括与所述第五组光相关联的强度；以及
测量第六信号，所述第六信号包括与所述第六组光相关联的强度，
其中对所述波长相关的确定还基于所述第五信号和所述第六信号。
15.一种用于进行测量的系统，包括：
处理器，所述处理器用于生成编码矩阵，所述编码矩阵用于为第一组波长选择第一组强度和第二组强度；
一个或多个第一光发射器，所述一个或多个第一光发射器在第一时间段期间发射第一组光，所述第一组光与第一组波长的第一组强度相关联，其中在第一时间段期间测量第一强度与第一组光相关联；
一个或多个第二光发射器，所述一个或多个第二光发射器在第二时间段期间发射第二组光，所述第二组光与第一组波长的第二组强度相关联，其中在第二时间段期间测量第二强度与第二组光相关联；并且
所述处理器在解码阶段期间使用所述编码矩阵的逆矩阵来确定多个波长相关信号，所述多个波长相关信号中的每一个与第一组波长中的一个对应波长相关联。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器进一步将所述第一强度分配到第一组以及将所述第二强度分配到第二组，
其中所述处理器进一步确定来自所述第一组和所述第二组的属性相关信号。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一属性为波长，并且所述第一组包括相比于所述第二组较短的波长和较低的信号强度中的一者或多者。
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