CN110662944A - 高效多路复用技术 - Google Patents

高效多路复用技术 Download PDF

Info

Publication number
CN110662944A
CN110662944A CN201880034590.6A CN201880034590A CN110662944A CN 110662944 A CN110662944 A CN 110662944A CN 201880034590 A CN201880034590 A CN 201880034590A CN 110662944 A CN110662944 A CN 110662944A
Authority
CN
China
Prior art keywords
radiation
modulator
detector
different
incident
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880034590.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110662944B (zh
Inventor
大卫·普利斯特帕
约翰·帕卡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
10103560 Canada Ltd
Original Assignee
10103560 Canada Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 10103560 Canada Ltd filed Critical 10103560 Canada Ltd
Publication of CN110662944A publication Critical patent/CN110662944A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110662944B publication Critical patent/CN110662944B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/86—Investigating moving sheets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G01N27/623—Ion mobility spectrometry combined with mass spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/48—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/021—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using plane or convex mirrors, parallel phase plates, or particular reflectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0229—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using masks, aperture plates, spatial light modulators or spatial filters, e.g. reflective filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0237—Adjustable, e.g. focussing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0294—Multi-channel spectroscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/14—Generating the spectrum; Monochromators using refracting elements, e.g. prisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2846—Investigating the spectrum using modulation grid; Grid spectrometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J3/433—Modulation spectrometry; Derivative spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N2021/3595—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using FTIR
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6408—Fluorescence; Phosphorescence with measurement of decay time, time resolved fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/067—Electro-optic, magneto-optic, acousto-optic elements
    • G01N2201/0675—SLM
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44704—Details; Accessories
    • G01N27/44717—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones
    • G01N27/44721—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones by optical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/40—Time-of-flight spectrometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

在测量辐射的方法中，通过调制器将辐射在时间上和/或空间上分隔开，以将入射在每个区域上的辐射的至少N种不同组合引导至至少两个和小于N的不同方向中。通过每个调制器配置的检测器测量每个方向中的总辐射强度，同时对检测器的输出进行统计分析以获得与辐射的光谱特性有关的信息。以这种方式，在测量装置的入射孔处接收的基本所有能量都被编码入了多个输出中，同时一小部分数量的检测器接收到多路输出。

Description

高效多路复用技术
本发明涉及使用空间和/或时间调制来测量波场或粒子通量。波场可包括至少一个特征或因变量的空间变化。本发明适用于电磁波、物质波和压力(声)波。所述这些电磁波、物质波和压力(声)波可以是横向的也可以是纵向的。电磁波的空间变化或因变量可以是振幅、强度、频率、波长、相位、传播的极化方向或原点位置。
电磁波也可以称为光子通量。物质波也可以称为电子、中子、原子、离子、分子或其集合的粒子通量。粒子通量的空间变化可能与物质的任何特性有关，这些特性包括原点的位置、速度、加速度、电荷、质量、自旋、量子态、磁或电偶极子。声波的空间变化可以是振幅、强度、速度、相位或原点位置。
该测量方法可用于许多不同的领域，包括但不限于晶体学、光谱学、干涉术、光谱成像、成像、正电子发射断层扫描、显微镜、电子显微镜、质谱法、离子迁移谱和毛细管电泳。本文的布置也可以用于通信系统，雷达系统或以上具体阐述的其它用途。
于2013年1月1日授权的美国专利US 8345254(Prystupa)中公开了一个示例，用于从光学角度分析薄的异质样本，可对其公开内容作进一步研究以获取更多信息或其公开内容可通过引用并入本文。
于2016年1月28日公开的PCT公开申请2016/0011548(Prystupa)中公开了另一个示例，用于分析移动的样本所反射的光和超声，可对其公开内容作进一步研究以获取更多信息或其公开内容可通过引用并入本文。
于2018年2月1日公开的PCT公开申请2018/018155中公开了另一个示例，用于分离粒子，可对其公开内容作进一步研究以获取更多信息或其公开内容可通过引用并入本文。为了完整性，下文中也包含了本公开的主要特征。
背景技术
本发明是主要发展自多重光谱学领域的概念的扩展。光谱学领域涉及的参考文献极多。该描述仅作为概述，只详细描述了对本发明比较重要的几个点。读者可以参考Wolfgang Demtroder,Laser Spectroscopy:Basic Concepts and Instrumentation,2ndEdition.还可以参考文献(Springer Verlag,New York(1982))，其中对主题进行了实际描述。另外可参考(Max Born and Emil Wolf,Principles of Optics,7th Edition,Cambridge University Press(2002))，里面对主题进行了严谨的讨论。
马丁·哈威特(Martin Harwit，1979)很好地描述了将分散仪器的特征与多路复用技术相结合的哈达玛光谱仪。哈达玛光谱仪的总体设计包括一个入口狭缝，一个准直元件，一个衍射元件，一个空间掩码和一个检测器，以及沿光学路径的各个点分布的聚焦光学器件和折叠式反射镜。在一些设计中，衍射元件和空间滤波器的顺序是互换的。电磁辐射被衍射元件分散到各个波段中，并聚焦到一个空间滤波器上，该空间滤波器将部分但不是全部的波段导向检测器。该检测器测量一系列不同的空间滤波器的电磁辐射强度，并根据加权方案对一系列方程进行求解，以推导出每个波段的强度。有关该主题的完整讨论，请参见(Neil J.A.Sloane and Martin Harwit.Masks for Hadmard transform optics,andweighing designs APPLIED OPTICS 15(1)107-114(1976))。
早期的哈达玛仪器，例如于1971年5月18日授权的美国专利3578980(Decker)中所示的哈达玛仪器，通过逐步移动母掩码来生成一系列哈达玛空间掩码。这些系统在掩码对准方面存在问题，其引领了多项技术进步，其中没有一项技术是完全令人满意的。于1971年6月22日授权的美国专利3584442(Tripp)对这种设计进行了改变，其中空间编码的波段第二次入射在色散元件上，以消除色散并将辐射场集中在检测器上。开发了基于旋转掩膜的哈达玛系统。于2001年8月7日授权的美国专利6179917(Hagler)指出，在傅里叶分析下，二元掩码的透射步骤会产生振铃，并提出了具有渐变透射率的掩码缝。
哈达玛方法已应用于干涉仪，用于生产混合傅里叶变换光谱仪。于1988年6月14日授权的美国专利US 4750834中，Fateley等人描述了一种将电可变掩码放置在干涉图案的平面中的方法。于1996年1月30日授权的美国专利US5488474中，Fateley等人也提供了一种减少FTIR光谱仪的干涉图中心爆裂的方法。本发明扩展了这些方法以提供改善的信噪比。
于1989年8月15日授权的美国专利US 4856897中，Fateley等人描述了一种基于哈达玛电光掩码和单个检测器的拉曼光谱仪。本发明的目的在于改善这种设计的信噪性能。
最近，推出了基于电光效应(液晶)(如1993年8月10日授权的美国专利5235461 25(Kirsch)中所述的电光效应)，或基于机电效应(微镜阵列)(如1996年4月2日授权的美国专利5504575中所述的机电效应)动态生成的掩码的哈达玛设计。这些方法存在几个问题。占空比以及采样率受到掩码从一个定义状态过渡到另一定义状态的过渡时间的限制。在基于液晶的设计中，透射和吸收掩码区域之间的对比度比限制仪器可达到的精度的小10位。基于微镜的设计的占空比受热负载限制。此外，微镜设计受到衍射和非一体聚集率的干扰。另一个最近的哈达玛变体照亮了哈达玛掩码的固定阵列，并使用焦平面阵列测量透射图案，例如于1991年9月24日授权的美国专利5050989(Van Tassel)中所述。
这种设计的优点是机械强度高，没有活动部件，但缺点是需要较大的焦平面阵列。实际上，该方法限于光谱的可见区域，该可见区域中的基于硅的焦平面阵列并不贵。
可以按照与光谱尺寸相同的方式来复用空间尺寸。一般情况是光谱成像，光谱成像产生具有空间和光谱尺寸的数据立方体。Coifman等人在2009年9月15日授权的美国专利US 758972中描述了一种使用滤波器的马赛克阵列进行多光谱成像的设备。在美国专利US8345254中，多路复用技术甚至进一步扩展以放大弱信号。基于立方体中的点之间的相关性可用于减少描述立方体所需的参数量，数据立方体中的信息量和必要的处理要求推动了压缩采样方案的发展。McMackin等人在2014年5月6日授权的美国专利US 8717484中进行了更全面的描述。
上面提到的所有哈达玛变体共有的一个关键问题是，即使忽略了光损耗，也平均只有一半的进入入射孔的EM辐射被检测器所接收。分别于1986年10月7日和1989年1月24日授权的美国专利4615619和4799795(Fateley)中所示的布置部分克服了这种局限性，他们提出了使用既能透射又能反射EM辐射的电光滤波器的阵列来生成标准的哈达玛掩码。Fateley结合图5指出，可以测量透射辐射和反射辐射，这在原则上可以提高有效吞吐率。但是，Fateley给出的实现只提供了50％的调制(从5％透射到55％透射)。有效地，仅使用了进入入射孔的一半的EM辐射。Fateley没有提供有关如何使用第二个检测器的信息的任何公开专利。上面提到的所有哈达玛变体的另一个局限性是，可达到的最佳光谱分辨率受到掩码元件尺寸的固定几何形状的限制。
Brock等人(1998年)首次描述了哈达玛变换飞行时间质谱仪。离子通过电喷雾针连续引入、脱脂、加速和准直。准直的离子束入射到Bradbury-Nielsen快门上，该快门使离子束通过，而不偏转朝向检测器，或者使离子束偏转到光束轴的上方和下方。通过在光束轴的上方和下方添加检测器，对设备进行“修改”(Trapp，2004年)，以便可以测量直射离子束和偏转离子束。与早期版本相比，该修改将占空比提高了接近100％，并将SNR提高了29％。从理论上讲，预期将提高44％。这种差异要归咎于离子通量的不完全分离，而离子通量的不完全分离会导致检测器通道出现错误。在这两种版本中，快门均根据哈达玛矩阵的行进行时间调制，以通过伪随机时移传递离子包。每个包在自由场区域中散布开来，其中最轻的离子传播最快。检测器接收时移包的叠加，作为每一行的时间序列。执行哈达玛逆变换以恢复每个离子包内的原始质量分布。在随后的工作中，Hudgens等人调制了离子源以产生哈达玛图形。
Brock,A.；Rodriguez,N.；Zare,N.Hadamard Transform Time-of-Flight MassSpectroscopy.Anal.Chem.,70,3735-3741(1988)。
Trapp,o.,Kimmel,J.R.；Yoon,O.K.；Zuleta,I.A.；Fernandez,F.M.；Zare,R.N.Continuous Two Channel Time-of-Flight Mass Spectroscopic Detection ofElectrosprayed Ions.Agnew.Chem.Int.Ed.43,6541-6544(2004)。
Hudgens,J.W.；Bergeron,D.A Hadamard transform electron ionizationtime-of-flight mass spectrormeter.REVIEW OF SCIENRIFIC INSTRUMENTS79(1):014102(2008)。
上述每个参考文献的公开内容通过引用并入本文，或者可对上述这些公开内容进行研究，以获取可用于本文的结构细节。
发明内容
本发明是一种用于波和粒子通量的调制系统和分析方法。物理领域的技术人员将理解，由本发明测量的物理现象具有粒子和波的描述，而如何描述则从方便的角度出来。这种调制可以是时间调制和/或空间调制。这些波可以是电磁波、物质波或压力波。
根据本发明的一个定义，提供了一种用于测量入射辐射的一个或多个特性的方法，该方法包括以下步骤：
收集要测量的入射辐射；
将入射辐射分成N个包，每个包包含具有不同的第一特性值的辐射；
使用时间或空间调制器在时间或空间上分离所述辐射包，并使用调制序列改变调制器，以将N个不同的入射辐射包的组合定向到至少两个不同的路径中，其中所有不同路径的辐射强度之和至少为总入射辐射的60％；
通过每个调制器配置的检测器测量每个路径中的总辐射强度，以提供多个检测器输出；
对检测器的输出进行统计分析以获得与要测量的辐射的特性有关的信息；
其中，调制器配置序列包括至少两个配置，针对该配置，每个包被导向到所述不同路径。
在一个实施例中，辐射通过源位置、能量、频率、波长、相位或偏振在空间上分开，并且被引导到N＞2个不同的区域中，以表征为测量表面，并且调制器是置于所述测量表面的空间调制器。
在另一个实施例中，使用栅极调制器在时间上分离辐射。
根据本发明的另一个定义，提供了一种用于测量入射辐射的一个或多个特性的方法，该方法包括以下步骤：
收集要测量的入射辐射；
将入射辐射引导至一时间调制器或一空间调制器或一时间和空间调制器；
所述调制器通过一系列M个配置循环，在每个配置中，根据辐射入射到调制器上的位置和/或时间将入射辐射分成N个部分，并将入射辐射的每个部分的大部分引导到P个不同的路径中的一个路径，其中所有部分和所有路径的辐射强度之和至少为入射辐射强度的60％；
通过每个调制器配置的检测器测量每个路径中的总辐射强度，以提供多个检测器输出；
对检测器的输出进行统计分析以获得与要测量的辐射的特性有关的信息；
其中P大于或等于2且小于N；
其中M大于或等于N，并且调制器配置序列包括至少两个配置，针对该配置，每个部分的大部分被引导到不同路径中。
在一个实施例中，通过源位置、能量、频率、波长、相位或偏振将辐射在空间上划分为N＞2个部分，并且被引导到N个不同的区域中，以表征为测量表面，并且调制器是置于所述测量表面的空间调制器。
在另一个实施例中，使用例如根据所述序列调制的栅极调制器将辐射在时间上划分为N＞2个部分。
优选地，选择调制器的配置序列，使得配置序列Z的矩阵表示具有以下特性：ZTZ是非奇异的；其中Z具有MP行和N列，并且其中Z的每一行表示在一个检测器处的测量，Z的每一列表示粒子通量参数的一个范围。Z的元素表示该行指定的检测器接收的每个范围中的粒子通量的分数，用于一次测量。
根据本发明的另一个定义，提供了一种用于在自变量的间隔内测量入射辐射的一个或多个因变量的方法，该方法包括以下步骤：
收集要测量的入射辐射；
利用一空间调制器或一时间调制器将每个间隔中超过一半的所述入射辐射引导至至少两条不同路径中的一条路径中；所述调制器经历一系列配置，使得该序列的每个成员将间隔内的入射辐射的不同组合引导到每个路径中，其中所有不同路径的辐射强度之和至少为总入射辐射的60％；
通过每个调制器配置的检测器测量每个路径中的总辐射强度，以提供多个检测器输出；
对检测器的输出进行统计分析，以获得与要测量的辐射的因变量有关的信息。
本文实用的术语“栅极”或“栅极调制器”是指一种装置，该装置执行以下功能，即获取通量或粒子，并在不同时间将超过一半的例子通量传递到至少两个不同的目的地。其中一个栅极的示例是多路复用器。
术语“划分”和“范围”可互换使用。两者都指独立参数的间隔，通常指空间或时间，但也指与空间和时间参数相关的参数。
术语“统计地”和“统计分析”是指基于多元统计、相关性和概率的分析方法，无论是直接以至少平方的形式计算还是以神经网络的形式间接计算。
这是一般性描述，不涉及调制器配置的数量、调制器的类型或变量的类型。该定义包括部分确定和完全确定的方程组。从属是指辐射的特性，独立可以是辐射的特性或与时间或空间无关的事物的特性。
在一个实施例中，通过独立特性(独立特性选自源位置、能量、频率、波长、相位或偏振)将辐射在空间上分隔开，并且被引导到N个不同的区域中，以表征为测量表面，并且调制器是置于所述测量表面的空间调制器。
在另一个实施例中，独立特性是时间，并且使用栅极调制器将在时间段T上接收到的辐射在时间上分为N>2个时间片段。时间片段的长度可以相等T/N，也可以不相等。长度相等的时间片段可能对测量激光脉冲的形状有用，其中从属特性是强度。飞行时间光谱仪中的栅极调制器可以将通过分散介质传播的光子脉冲分成不相等的时间片段，以相等的波长间隔测量光子通量。
优选地，调制器的不同配置的数量大于或等于独立特性的划分数量。这保证可以解决所有变量。
优选地，调制器配置序列对于每个划分包括至少两种配置，其中该划分内的大部分辐射被引导到不同的路径中。
优选地，每个路径具有多个检测器，其中每个检测器测量在不同能量范围内沿着该路径传播的辐射。
在一个实施例中，要测量的辐射来自色散光谱仪。
在一个实施例中，要测量的辐射来自傅里叶变换光谱仪。
在一个实施例中，要测量的辐射来自成像光谱仪。在该实施例中，每个路径可以具有多个检测器，其中每个检测器测量待观察的对象中的不同区域组发出的辐射。
在一个实施例中，要测量的辐射来自干涉图。
在一个实施例中，要测量的辐射来自衍射仪。
在一个实施例中，要测量的辐射是拉曼散射。
在一个实施例中，要测量的辐射来自谷粒。
在一个实施例中，空间调制器是折射的。
在一个实施例中，空间调制器是反射的。
在一个实施例中，空间调制器是衍射的。
在一个实施例中，每条路径上的检测器产生一个模拟电压，并且在转换为数字形式之前，该模拟电压减去了基准电压电平。
在一个实施例中，本发明接收具有随位置和时间变化的至少一个特性的波，使用空间调制器沿两个或更多路径在空间上对该特性进行编码，使用时间调制器沿每个路径在时间上对该特性进行编码，使用检测器在每个路径上在时间上测量波的强度，并分析所有检测器的信息，以提供有关入射到分析仪上的波的信息。
即，通常，对于序列中的每个测量，使用空间调制器来进行一系列测量，该空间调制器对随着位置而变化的波特性进行编码。可以重复该序列以进一步改善信噪比。在该实施例中，本发明在概念上介于诸如傅里叶或哈达玛光谱仪的单个检测器多路复用仪器与检测器的非多路复用线性阵列之间。本发明提供了优于传统的多路复用并且接近于检测器的线性阵列的信噪比，同时使用了探测器数量的一小部分。
也就是说，在另一个实施例中，本发明接收具有至少一个随时间变化的特性的波，在检测器处接收波，该检测器产生与波特性成比例的模拟信号，将模拟信号在时间上调制为两个或更多个积分装置，并分析所有积分装置的信息，以提供有关入射到分析仪上的波的信息。
该实施例提供了一种测量重复现象的动力学的方法，其中时间分辨率和信噪比性能得以改善。
在另一个实施例中，可以组合以上提到的空间和时间调制实施例。
辐射可以包括粒子，粒子选自但不限于光子、电子、正电子、亚原子粒子、质子、中子、离子、原子或分子。
优选地，针对所有不同方向测量的辐射强度之和至少为入射在测量表面上的总辐射强度的90％。
优选地，调制器将辐射引导到至少三个方向。
优选地，调制器产生具有至少两个不同区域的基本掩码的循环置换。
优选地，调制器使基本掩码的每个区域将入射在该区域上的至少一半，优选90％的辐射引导至不同方向中。
优选地，调制器的基本掩码的至少一个区域将入射在该区域上的辐射的一部分引导到第一方向，并将入射在该区域上的至少一些辐射引导到不同的不同方向。
在一些实施例中，在测量期间移动或旋转调制器的至少一个区域，使得调制器的基础掩码区域的至少一部分穿过至少两个测量区域。
优选地，被引导到每个测量区域的每个不同方向的辐射分数被计算为掩码区域将辐射引导到该方向的时间加权几何部分。
在一些情况下，基本掩码是哈达玛掩码或伪随机掩码。
在一些情况下，空间调制器产生基本掩码的循环置换，并且至少一部分掩码特性由测量期间的掩码运动确定。但是，也可以使用非循环置换，例如，每个掩码元素都可以像微镜阵列那样单独调整。循环置换来自具有固定几何形状的掩码。
优选地，调制器的至少一个元件具有至少两种不同的配置，例如微镜阵列、微光栅、液晶、电光器件。
优选地，每个检测器输出被归一化为检测器输出的总和。
优选地，通过多变量最小二乘法分析来获得要测量的辐射的特性。
优选地，通过主成分分析原始检测器输出(如上述)或标准化检测器输出(如上述)来获得要测量的辐射信息。
在一个重要特征中，通过统计分析来分析具有N个区域的辐射方向图，以找到较小数量m的潜在变量；进行m次测量，并使用统计分析推断每个潜在变量的值。此特征在N个区域中的某些区域相互关联的情况下以及N个区域中的某些区域包含感兴趣的较少区域的情况下是有用的。每个潜在变量描述基础N个区域数据集中总方差的一部分。用户可以选择仅使用以可接受的精度对N个区域数据集进行建模所需的尽可能多的潜在变量。例如，如果PCA找到了潜在变量，则前m个潜在变量通常描述潜在N个区域数据集中的大部分方差。根据经验，前三个潜在变量通常描述具有数百个光谱区域的红外光谱中90％以上的变化。用户可以选择使用三个潜在变量作为对N个区域数据集的可接受近似值，也可以选择使用更多潜在变量来提高近似精度。
优选地，在所有检测器上求和的总辐射强度在至少一些空间调制器配置中变化；并且在每个调制器配置下，在每个检测器处生成原始强度值；其中调制器配置的总强度为C＝SUM(检测器强度di)，其中数据矢量加载的值为di'＝di/C，因此这种归一化可以补偿强度的变化。
在一个示例中，调制器包括动态托普利兹掩码，并且通过改变采样率来改变分辨率。
在一个重要的最终用途中，辐射由飞行时间质谱仪提供。
在一种重要的最终用途中，辐射由荧光衰变提供。
在一种重要的最终用途中，辐射由流通池提供，用于测量流体流量。
在一个重要的最终用途中，辐射由被分析的粒子反射的光提供。
在一个重要的最终用途中，辐射由通电的固体材料发出的超声波提供，用于分析材料的密度。
优选地，带通滤波器可用于限制通过检测系统传播的波长范围，且可用于为这种分析系统建立边界条件。
优选地，带通滤波器用于去除具有很少诊断值的光谱带，使得检测器的动态范围仅被用于测量具有更大诊断值的光谱带。
优选地，通过将不同光谱带的贡献与该光谱带的重要性成比例地加权，使用带通滤波器来优化用于检测特定分析物的仪器灵敏度。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于测量入射辐射的一个或多个特性的方法，该方法包括以下步骤：
收集要测量的入射辐射；
将入射辐射分成N个包，每个包包含具有不同的第一特性值的辐射；
使用时间或空间调制器在时间或空间上分离所述辐射包，并使用调制序列改变调制器以将入射辐射包的至少N个不同组合引导到至少两个不同的路径中；
通过每个调制器配置的检测器测量每个路径中的总辐射强度，以提供多个检测器输出；
对检测器的输出进行统计分析以获得与要测量的辐射的特性有关的信息；
通过统计分析来分析具有N个区域的辐射方向图，以找到光谱中较小数量m的潜在变量；进行m次测量，并使用统计分析推断每个潜在变量的值。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于测量入射辐射的一个或多个特性的方法，该方法包括以下步骤：
收集要测量的入射辐射；
将入射辐射分成N个包，每个包包含具有不同的第一特性值的辐射；
使用时间或空间调制器在时间或空间上分离所述辐射包，并使用调制序列改变调制器以将入射辐射包的至少N个不同组合引导到至少两个不同的路径中；
通过每个调制器配置的检测器测量每个路径中的总辐射强度，以提供多个检测器输出；
对检测器的输出进行统计分析以获得与要测量的辐射的特性有关的信息；
其中多个样本中的每个样本的辐射强度是变化的；
在每次采样时，在第一检测器A和第二检测器B处产生原始强度值；
其中，时间步长中的总强度为C＝A+B，其中数据矢量加载了值a’＝A/C和b’＝B/C，以便此归一化补偿强度的变化。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于测量入射辐射的一个或多个特性的方法，该方法包括以下步骤：
收集要测量的入射辐射；
将入射辐射分成N个包，每个包包含具有不同的第一特性值的辐射；
使用时间或空间调制器在时间或空间上分离所述辐射包，并使用调制序列改变调制器以将入射辐射包的至少N个不同组合引导到至少两个不同的路径中；
通过每个调制器配置的检测器测量每个路径中的总辐射强度，以提供多个检测器输出；
对检测器的输出进行统计分析以获得与要测量的辐射的特性有关的信息；
其中调制器包括动态托普利兹掩码，并且通过改变采样率来改变分辨率。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于测量入射辐射的一个或多个特性的方法，该方法包括以下步骤：
收集要测量的入射辐射；
将入射辐射分成N个包，每个包包含具有不同的第一特性值的辐射；
使用时间或空间调制器在时间或空间上分离所述辐射包，并使用调制序列改变调制器以将入射辐射包的至少N个不同组合引导到至少两个不同的路径中；
通过每个调制器配置的检测器测量每个路径中的总辐射强度，以提供多个检测器输出；
对检测器的输出进行统计分析以获得与要测量的辐射的特性有关的信息；
包括以下步骤：估算每个频段对每个检测器在每个测量中接收到的总强度的时间加权贡献，并设置Z矩阵的系数以明确地对时间加权贡献建模。
这在功能上等同于应用卷积，并且即使在单个检测器的情况下，所得的H矩阵也不是二进制和奇异的。
如下文中更详细描述的，本文公开的布置提供了一种使用最佳数量的检测器来有效地测量粒子通量的性质的复用方法。
在一个实施例中，粒子是光子。在以下讨论中，术语光子和电磁辐射以及EM辐射可互换使用。该方法可以用于包括但不限于光谱学、晶体学、干涉术、成像和光谱成像。本领域已知的收集光学器件用于将电磁辐射的至少三个(通常更多个)不同部分收集并投射到要进行测量的表面上，并且该表面上的空间调制器将至少两个部分引导至差分检测器。辐射的部分可能会根据源、偏振、波长、相位或这些的任意组合而变化。
在另一个实施例中，粒子是中子。该方法可以用于包括中子散射和中子衍射的应用中。
在另一个实施例中，粒子是电子。该方法可以用于包括电子衍射和电子显微镜的应用中。
在另一个实施例中，颗粒是质子和离子。该方法可以用于包括质谱、离子迁移谱和毛细管电泳的应用中。
在另一个实施例中，粒子是共同运动的原子或分子以形成压力波。该方法可以用于包括声学光谱学和声学成像的应用中。
本发明的目的在于收集和测量超过60％的，优选基本上全部的入射波或粒子通量能量。为了说明，本文参考电磁辐射，但是所示出的概念也适用于其它波，例如但不限于声波、中子波、电子波、离子波、原子波和分子波。现在参考电磁波，本发明包括一可选的带通滤波器，一空间调制器或时间调制器，两个或更多个检测器组或积分器，一控制系统和一分析系统。
带通滤波器可用于限制传播通过检测系统的波长范围，并为求解分析系统的方程(3)(参见下文)建立边界条件。其次，带通滤波器可用于去除诊断价值很小的光谱带，使得检测器的动态范围仅用于测量诊断价值更大的光谱带。第三，带通滤波器可用于优化仪器灵敏度，用于检测某一特定分析物，其中这种优化目的是通过以下方式实现的，即，通过不同光谱带与化学分析(例如，与所述分析物相关联的特征向量)测得的光谱带的贡献的重要性成比例的贡献，进行加权。这种方法的优势在于，可以最佳利用检测器组或积分器的动态范围，以实现分析物测量的最佳可能精度。
在一个实施例中，控制系统使空间调制器步进通过一系列配置。在每种配置中，空间调制器将入射辐射分为两个或更多个部分，其中每个配置都具有其特有的光谱含量，并且使用一组不同的检测器测量每个部分。在最简单的情况下，检测器和多个部分之间存在一一对应的关系。在测量扩展波长范围的情况下，可以使用一组检测器来测量每个部分。例如，一组检测器可以包括但不限于紫外线检测器、可见光检测器、近红外检测器、中红外检测器、微波检测器和无线电波检测器。应该理解，采用了附加的光学器件，例如棱镜、光栅、带通滤波器、二向色镜、反射镜和透镜，可以将每个光谱区域定向到适当的检测器。(采用外差方式)求每个检测器的强度或振幅的积分，并且将结果传输到分析装置。空间调制器可以通过透射一个部分并反射一个或多个其它部分，或者通过将两个或多个部分反射到不同方向来划分入射辐射。或者，空间调制器可以通过透射一部分并将一个或多个部分折射到不同的方向，或者通过将两个或多个部分折射到不同的方向来划分入射辐射。或者，空间调制器可以通过透射一部分并将一个或多个部分衍射到不同方向，或者通过将两个或更多部分衍射到不同方向来划分入射辐射。通常，透射、反射、折射和衍射的任何组合可用于将辐射的不同部分引导到不同方向。
在一些实施例中，空间调制器以及相关联的光学器件和检测器相对于要测量的辐射源进行相对运动，并且相对运动产生期望的调制。例如，绕地球轨道运行的卫星中的空间调制器上的图像相对于空间调制器以接近恒定的速度运动，并且以与图像静止且调制器正在移动相同的方式调制图像信息。在两种情况下，相对运动都会产生调制。
可以使用本领域技术人员众所周知的其它方法来引导非电磁波。
在如下所述的一个实施例中，收集快速移动的物体反射的辐射并将其传输到光谱仪的入口狭缝。由于物体相对于照射源和收集光学器件的距离和方向的变化，每个时间步长接收到的总辐射量不同。在每个时间步长，在检测器A(反射)和检测器B(透射)处生成原始强度值。时间步长中的总强度为C＝A+B。数据矢量加载了值a'＝A/C和b'＝B/C。这种归一化补偿了总信号电平的变化。
在另一个实施例中，待测量的辐射在总测量时间T内入射到一个或多个检测器上。为了说明，检测器可以是光电二极管，光电二极管通过光电效应产生光电子。总测量时间分为N个间隔。在每个时间间隔期间，时间调制器根据如下所述的伪随机序列选择多个积分器中的一个，并将在该时间间隔内产生的基本上所有光电子引导至所选的积分器。在具有两个积分器A和B的最简单情况下，A或B在每个时间间隔内接收光电子，并且A和B在时间段T内接收的光电子之和基本上等于在时间段T内由光电二极管产生的光电子的总数。该测量过程以N个单一的序列至少重复了N次，同时将每次测量中每个积分器接收的光电子的数量传输到分析系统。
现在转到分析系统，将注意到，在上述所有实施例中，多路复用是共同的要素。区别在于实现的细节不同。通用多元方程为
y＝AZb+e (1)
其中y是观测值的列向量，A是仪器函数，Z是多路复用系数的矩阵，b是粒子通量强度的列向量，e是由于测量误差或不确定性导致的残差的列向量。Z的每一行包含一个检测器进行一次测量的多路复用系数，而测量矢量y的对应行包含测量的值。Z的每一列对应于独立参数的值的范围。在每一列中表示的范围没有限制。在每一列中表示的值的范围可以是不连续的，并且在每一列中的范围可以表示在所有列上表示的独立参数的总跨度的不同分数。在本文讨论的测量潜在参数的情况，在每一列中表示的范围是不连续的。Z列表示的范围可以重叠。Z的每一列中的多路复用系数表示指定范围内的粒子通量或辐射的部分，该指定范围定向在通向该行指定的检测器的路径上。每个测量周期包括至少两个检测器和两行Z。光学系统中的仪器功能，例如是系统中每个光学组件效率的卷积。为了简单起见，在下面的讨论中，考虑一个理想的系统，其中A矩阵被视为恒等矩阵I。Z的多路复用系数代表空间调制器的几何形状或时间调制器的时间片段。在以下讨论中，残差(噪声)被认为是不相关的。在残差相关的这种不太常见的情况下，本领域技术人员已知有解。有n个光谱强度和n个光谱强度的不同组合的n个测量值。
Z的尺寸为n x n，b和y的尺寸均为n x1。Z的这种特殊情况的解为
b＝Z-1y (2)
如果Z的行进一步由哈达玛编码，则Z矩阵在文献中通常称为S矩阵。S矩阵仅对于n＝2m_1的特定值存在。其中m是>＝0的整数。S矩阵的有用特性是容易计算逆函数，并且所有元素都可以简化为二进制码，从而大大简化了计算。S矩阵方法使用大约一半(n/2+1)/n的粒子通量。现有技术包括串联使用的S矩阵方法，由于增加了信号吞吐量，因而在SNR方面提供了理论上的sqrt(2)改进。
方程式1还描述了检测器的线性阵列。在这种情况下，Z是恒等矩阵I。仪器功能矩阵A包含描述阵列中检测器之间响应差异的项。由n个检测器进行n次光谱强度测量和n次同时测量。
本发明是方程式(1)的物理实施例，而没有导致方程式(2)的简化假设。本发明中使用的一般情况在计算上要求更高，但是信噪比的进一步改善使得额外的计算是合理的，其中所述信噪比是通过方程式2所述的更简单的情况可实现的信噪比的增量。如上所述，本发明包括d个检测器或积分装置(d＞＝2)，并且还允许可重复测量c次(c＞＝1)。
在本发明中，Z的尺寸为ndc×n；y的尺寸为ndc x 1；b的尺寸为n x1。应注意，至少需要进行nd(c＝1)次测量。在本文中应理解，n是测量的参数的数量，其可以是潜在参数。如果以非整数值c>1中断数据采集，则仍可以分析数据。
此外，Z的矩阵元素是一般的复数，而不是现有技术中的整数。在下面的讨论中考虑将Z包含与仪器函数矩阵A的卷积是方便的，因为与A的卷积通常引入非整数元素。由于尺寸的原因，Z在这种情况下不能直接反转。而是可以通过对方程式(1)使用多重最小二乘(MLS)解以最小的误差来估计光谱强度b：
b＝(ZTZ)-1ZTy (3)
为了进一步讨论，定义H＝(ZTZ)-1ZT很方便。协方差矩阵ZTZ是对称的，从而简化了求逆的过程。在一般情况下，计算逆矩阵的计算量很大。应当注意，如果Z的行是种子序列的循环置换，则ZTZ始终是循环矩阵，因此可以使用离散傅里叶变换来计算逆。方程式1的其它解是可能的，并且N的较大值是优选的。一种替代方法是将测量矢量y与已知的输入矢量b相关以推断从y到b的变换系数。这可以通过直接方法完成，也可以通过无监督方法，例如神经网络来完成。尽管对于中等大小(N<1024)的系统，MLS方法是求解方程式1的首选方法，但是其它统计方法(例如有监督和无监督的相关性)也会起作用，并且在本发明的范围内。
本发明对Z的形式几乎没有限制。为了使用方程式3测量N个波段，所需要的只是Z具有至少N行。每个波段通过至少一行来表示；每行都是唯一的；ZTZ是非奇异的。也就是说，可以使用方便的Z形式进行测量，并将其转换为另一个计算基础。Z的元素不限于现有技术中的整数，而是通常可以是复数。但是，在大多数应用中，Z的元素是区间[0,1]中的实数，并且表示定向到检测器的辐射分数。应当认识到，将Z的所有元素乘以一个公因子将产生相等的结果，并且如果出于性能原因，用整数算法进行计算则可能是优选的。Z的选择不同，产生了在方程式(3)的求解中的信噪比也不同。选择Z是为了平衡工程考虑因素与根据方程式(3)计算得出的结果中的RMS噪声的最小化。一类重要的解决方案是在至少具有两个不同区域中通过种子模式的循环排列或排列的基本模式来构建的。如上所述，现有技术中的哈达玛图案是至少在单个检测器情况下被优化以最小化RMS噪声的该类别的子集。在本发明的范围内，通过包括第二检测器的哈达玛图案的补充，将哈达玛图案扩展到两个检测器。对于两个或多个检测器，伪随机种子序列可以用作循环置换的基础。对于本发明范围内的两个或更多个检测器，通过在每个测量中随机赋予每个检测器0至1之间的值来生成每个检测器的基本种子模式，使得在每次测量中所有检测器的和等于1。赋予每列的值表示粒子通量在独立参数的相应范围内入射的分数，以直接定向到指定的检测器。可以通过遗传算法将RMS噪声降到最低，该遗传算法可迭代更改种子序列并根据方程式3计算RMS噪声。
种子模式的另一个重要类别是基于托普利兹模式，该模式具有1’s块和0’s块。与制作基于伪随机种子的掩码相比，通常制作具有托普利兹图案的物理掩码更容易些，因为区域的物理尺寸可能更大。
还可以这样选择Z的元素，使得行之间不存在关系，以优化信噪比。
在应用中，y是测得的量，y可以写成
y＝yb+ys (4)
其中yb是恒定的基本信号，而ys表示可变的信号。代入(3)，我们得到
b＝Hyb+Hys (5)
因为yb是一个常数向量，因此Hyb也是一个常数向量。方程式5表示可以将常数添加到任何输入信号y上，唯一的影响是所得光谱b中的常数偏移。在硬件中，信号y通常是一个经过偏移，放大然后数字化的模拟电压(但可能是另一个可测量的量)。硬件组件在设定的限制内工作，该限制定义了检测系统的动态范围。最佳地，将检测系统的动态范围设置为与要测量的样本生成的输入信号的范围相匹配。可以通过执行以下步骤来校准检测系统。
1.对于一组代表性样本，以零偏移和低放大率测量y。
2.确定每个代表性样本集的平均最小和最大信号值以及标准偏差。
3.将最小预期信号设置为平均最小值减去三个标准偏差。
4.将最大预期信号设置为平均最大信号、平均最大加上三个标准偏差。
5.将电压偏移设置为预期的最小信号。
6.将放大增益g设置为(检测系统动态范围)/(预期最大值-预期最小值)。
在操作中，在检测系统的动态范围内测量ys，然后将其数字化。对于许多应用，唯一感兴趣的部分是ys。可以选择添加yb的数字值以恢复y。
对于本发明范围内与模式识别有关的许多实际应用，不需要计算光谱强度矢量b。从方程式3可以看出，b由y向量元素的线性组合组成。如上面的归一化过程中所指出的，y个向量元素可以是测量的线性坐标。计算光谱强度b的组合的任何分析程序也可以应用于测量向量y，并将产生相对于一组不同的基础向量表示的等效结果。用外行的术语来说，不同的集合或基向量只是不同的坐标系。例如，在三维空间中，点可以用笛卡尔坐标表示为{x，y，z}或等效地用球坐标表示为{r，θ，φ}。在大多数实际应用中，维数大于3。分析过程可以是任何多变量统计分析方法，例如LDA、MLS、PLS、PCA或传播方法，例如神经网络。例如，模式识别算法，例如主成分分析(PCA)，通常会计算b向量元素的线性组合，从而最好地捕获数据集中的方差。由于b向量元素本身是y向量元素的线性组合，因此得出结论，PCA算法可以直接将原始数据y向量作为输入来产生等效结果。
本文的布置能够获得具有不同水平的空间分辨率的光谱。在现有技术中，分辨率由空间编码器固定。在本发明中，可以通过增加采样率来增加光谱分辨率。通过复制条目来更改相应的代码，从而反映更高的采样率。例如，代码序列{1001101}在2倍的分辨率处变为{11 00 00 11 11 00 11}。尽管可以通过这种方法无限提高分辨率，但实际极限取决于将粒子通量引导到空间调制器的系统的分辨率。采样时间与分辨率成比例增加：将光谱分辨率提高2倍需要两倍的采样时间。傅里叶变换光谱仪具有相同的时间依赖性，但需要将干涉仪中的扫描镜平移两倍。无需改变任何机械部件，仅通过电子装置就可以改善本发明中的分辨率。如下图14所示，只有特定的操作参数才能提供有效结果，获得增强的分辨率。阵列检测器的分辨率是固定的。通过减小导致吞吐量损失的狭缝宽度可提高常规色散仪器的分辨率。因此，采样时间随着分辨率提高的平方而增加。多路复用器具有明显的优势。
关于占空比，本文的布置可以在静态和动态模式下操作。
在静态模式下，空间调制器在每次测量期间均保持固定配置。对于单个探测器的情况，这对应于现有技术中的常规哈达玛光谱仪。在这种模式下，调制器的物理区域与粒子通量的划分之间存在一一对应的关系。
在动态模式下，空间调制器相对于要测量的空间可变粒子通量进行相对运动。这种相对运动导致粒子通量的划分与调制器的物理区域之间出现一对多关系。在一个测量周期内，根据每个检测器的调制器区域的相对时间加权几何横截面，将来自每个区域的粒子通量引导到不同的检测器。
托普利兹模式可以由两组或更多组空间不同的区域组成。每组区域被设计成将入射在所述区域上的基本上所有的EM辐射引导到检测器或该组区域专有的一组检测器上。该装置可以包括一个或多个光学元件，以将来自该组的空间上分开的区域的EM辐射集中到检测器上。每组区域可采用反射、透射、折射或衍射将EM辐射引向一个探测器或一组探测器。
可以通过将透射材料放置在该区域中或者更优选地通过在该区域中放置狭缝来构造透射区域。可以通过在区域中放置高反射材料来构造反射区域。反射材料优选为在宽光谱范围内具有高反射率的金属，例如Al、Ag或Au。介质镜可以在较窄的光谱范围内提供更高的反射率。可以使用在感兴趣的光谱区域中提供高反射率的其它材料。入射角可以变化，提供指向不同检测器的反射区域组。在一些实施例中，反射区域具有平坦的表面，而在其它实施例中，反射区域具有弯曲的表面，以将EM辐射集中在检测器处。可以通过将折射率＞1的材料放置在该区域中来构造折射区域。折射材料优选地通常是楔形的，使得离开折射区域的EM辐射的大体方向不与入射在折射区域上的EM辐射的大体方向平行。可以通过改变楔角来构造出射方向不同的折射区域。具体地，可以通过使用两个或更多个不同的楔角来构造两组或更多组区域。为了将EM辐射集中在检测器处，折射区域的表面可以是平坦的或弯曲的。可以通过在区域中放置衍射光栅来构造衍射区域。衍射光栅可以是透射的或反射的。由于具有不同波长的EM辐射将落在具有公共光栅周期的一组空间分离的衍射表面上，因此通向公共检测器的一组路径是theta-Z空间中的一条线。应当注意，因为入射辐射被引导到几个衍射级，所以衍射光栅可以用作几个逻辑区域。可以通过修改闪耀角、凹槽深度或光栅材料等的参数来调整每个顺序的相对强度。可以通过改变光栅周期来构造具有不同出射方向的衍射区域。为了将EM辐射集中在检测器处，这个衍射表面可以是平面的或弯曲的。与本质上是二维的现有设计相比，本发明所设想的反射和折射区域导致空间调制器本质上在三个维度上可变。二维空间调制器通常比三维空间调制器更好制造，但是三维空间调制器可以提供更加优异的性能。衍射区域选件的优点是允许多个输出方向且制造更为简单，但是却降低了效率。
附图说明
现在将结合附图描述本发明的一个实施例，其中：
图1是谷物分选设备的等距视图，示出了其中可以使用根据本发明的方法的布置的一个示例。
图2是通过图1的设备的垂直横截面图。
图3是图1和图2的设备的测量系统28的根据本发明的两个检测器装置的示意图。
图4示出了在图3中使用的具有三种类型的反射区域的空间调制器的代表性部分。
图4A示出了不同类型的区域的曲线图，这些不同类型的区域布置成一排，以将入射在测量区域的不同部分上的辐射引入三个方向中。
图5与图4相似，不同的是固定反射镜被可移动反射镜镜代替，该可移动反射镜可在三个位置之间切换。
图6示出了具有三种类型的折射区域的空间调制器的代表性部分。
图7与图6类似，不同的是图7用到了单一类型的折射元件，并施加电场以改变折射率以将入射辐射引导到三个不同方向。
图8示出了具有三种类型的衍射区域的空间调制器的代表性部分。
图9A是具有平行于旋转轴线的特征的空间编码器盘的视图。
图9B是具有垂直于旋转轴线的特征的空间编码器盘的视图。
图10是基于数值模拟的RMS噪声和卷积的图，该模拟使用了图3中所示的23通道和三个采样模型的布置。
图11是类似于图10的曲线图，不同的是图11中的计算是针对127通道进行的，这127通道的实际应用要比23通道大。
图12是RMS噪声与卷积的曲线图，显示了根据检测器的数量，127通道系统的RMS噪声的依赖性。
图13是127通道以恒定速度运动的空间调制器的RMS噪声与占空比的关系图。
图14是具有三个检测器和23通道的系统的RMS噪声与占空比的关系图，用于基础采样频率的前10次谐波。
图15是使用本发明的具有三个检测器的飞行时间质谱仪的示意图。
图16示出了使用本发明的用于测量荧光衰减的系统的示意图。
图17示出了使用本发明的用于流通池的系统的示意图。
图18A示出了在本发明的测量过程中使用的权重函数的示意图。
图18B示出了要测量的从属参数的示意图。
图18C示出了图18B中的从属参数的积分强度的示意图。
图19A示出了本发明的示例权重函数。
图19B示出了本发明的示例权重函数。
图19C示出了本发明的示例权重函数。
图20A示出了相对运动对本发明的权重函数的影响。
图20B示出了本发明的最一般的权重函数的示例。
具体实施方式
基于图1和图2所示的颗粒的可测量参数对颗粒进行分选的设备包括：供给导管10，该供给导管10将分选自原料供给10A的颗粒运送至可绕轴线12旋转的旋转体11，其中所述原料供给10A连续不断地供给颗粒，以通过导管呈现。在所示的实施例中，旋转体是平盘，轴线12垂直布置，使得该盘提供了上部水平表面，来自导管10的流中的颗粒13被供给到该上部水平表面上。导管布置在盘的中心位置处，使得颗粒沉积在盘旋转但几乎没有向外速度的位置的中心上。在示例性情况下，颗粒可以是谷粒。此时的谷粒速度来自供给导管10中的流。盘上某一点的速度为v＝wr，其中w为角速度，r为半径。如果谷粒沉积在速度变化过大的区域中，则其会反弹并且流动会变得混乱。谷粒沉积在中心区域上，以将速度变化降到最低。
在形成旋转体的盘的上表面上设置有多个管道14，每个导管从邻近轴线的内端向外延伸到外端16，外端16距轴线的径向距离要比内端大。在该实施例中，管道的外端16布置在盘11的边缘17处。在该实施例中，每个管道14从紧邻中心的位置延伸到盘的外围17，使得管道的中心并排紧密布置，同时管道向外散开，从而在外端处17，这些管道可以绕外围17间隔开。
因此，内端15以与轴线相邻的阵列布置，使得供给导管10用于将待分选的颗粒沉积在管道的内端，以使待分选的颗粒进入内端。由于内端紧邻盘的中心布置，因此在中心形成堆积的颗粒会自动均匀地分选到其内端的管道开口处。假设在中心连续堆积一堆颗粒，则盘的旋转将使颗粒均匀地分选到流的各个管道中，管道的尺寸受到开口相对于颗粒的尺寸的限制。在沿着管道的路径起点处，颗粒会立刻相邻或重叠。但是，当颗粒在离心力作用下加速时，它们沿着管道通过会使颗粒彼此分开的散布开来，从而形成必须未重叠的一列颗粒。由于力相对均匀，因此颗粒将被均匀地加速，从而沿管道均匀地间隔开。谷粒在管道的第一部分中与管道轴向对准，并且谷粒长度限定了初始中心到中心的间距，但是谷粒大小有所不同，因此该间距也会出现一些变化。离心加速度在给定半径处是均匀的，但摩擦力变化约20％。摩擦力与科里奥利力＝uN(u＝摩擦系数约0.2-0.25，N＝主要由科里奥利力提供给管道壁的法向力)成比例。如上所述，管道可以成形为使得通过沿着净力(前文所述)的线使管道弯曲，将法向力和摩擦降到最低。
可以相对于颗粒的尺寸来选择管道的长度，使得可以将每个颗粒与后面的颗粒之间的间隔选择为与颗粒的长度成比例。在分离器用于种子的示例中，每个种子与下一个种子之间的间隔可以至少等于种子的长度，并且通常为种子长度的1.5倍或2.0倍。入口处的管道宽度应约为1.5个种子长度，以避免堵塞。
因此，管道的形状和布置使得颗粒在从内端穿过到外端时被加速，以使得颗粒在朝着外端移动时彼此排成一行。
外端16以成角度间隔布置在旋转体的外围处，使得每个管道中的一排颗粒通过离心力从盘的轴线向外从盘释放。所有的开口都位于盘的共同的径向平面中。这些管道可以形成为切入较厚盘上表面的凹槽，也可以通过施加在盘上表面的附加壁形成。
颗粒分离装置21的阵列20布置在盘11上的环形空间中或围绕盘的外边缘17布置，使得各个分离装置21绕盘布置在成角度分开的位置处。
每个分离装置可操作，以引导每个颗粒进入由分离装置的操作确定的多个路径中的一个路径中。在所示的示例中，分离装置布置成相对于出口16的平面向上或向下引导颗粒。如图2所示，分离装置21可占据初始中间位置或起始位置，在该初始中间位置或起始位置颗粒未在一个方向或另一个方向上彼此分离。分离装置可以向上移动，以将颗粒向下引入路径22中，以收集在收集室23中。类似地，当分离装置移动到降低位置时，颗粒沿着路径24向上移动到分离装置的顶部，从而收集在收集室25中。两条路径20和24由导向板26隔开，该导向板确保颗粒移动到收集室23、25中的一个或另一个中。
为了控制分离装置21，提供了一般由28表示的测量系统，该测量系统用于在颗粒从盘的边缘处的管道的一端朝向分离装置移动时测量颗粒的一个或多个选定参数。测量系统可以是如图3中所示的光谱仪。
在一个典型的示例中，颗粒的分析与种子因疾病而退化的存在有关，通常可以使用本发明人的现有技术美国专利8227719中公开的系统来光学检测到这种退化，其中该专利的公开内容通过引用并入本文。
每个分离装置21与相应的检测装置28相关联，该检测装置28可以包括多个检测部件，所述检测装置38可操作以测量颗粒的参数，并且针对由相关联的检测装置测量的参数，操作相应的分离装置以选择路径22或路径24。
应该理解，如果需要，取决于要测量的参数，可以将路径的数量修改为包括多于两个的路径。通过提供位于初始分离下游的后续分离装置21，可以选择数量增加的路径。由此，路径中的一个或两个可以被分成两个或更多个辅助路径，其中所有分离装置都由控制系统29控制，控制系统29接收来自测量装置28的数据。
因此，盘11具有面向供给导管的前表面8，并且管道14位于盘的径向平面中并且从轴线向外延伸到盘11的外围17。
如图所示，管道14形成具有敞开面的通道，该敞开面面向供给导管10。然而，管道可以在顶表面处封闭，仅开口15和排出端16是打开的。
如图1所示，管道14是弯曲的，使得外端16相对于内端15成角度地延迟。这形成了每个管道的侧面，该侧面相对于沿逆时针方向的旋转方向成角度地延迟，以D示出了该旋转方向，这还形成了成角度地向前倾斜的相对面上的侧面。管道的这种曲率被布置成基本上服从科里奥利力和离心力，使得颗粒沿着管道而行，而不会在管道的任一侧壁上施加过多的压力。然而，管道的形状设置成使得科里奥利力趋向于将粒子驱动抵靠管道14的下游侧。侧壁7是倾斜的，使得颗粒上的力F推动颗粒抵靠倾斜的壁，驱动颗粒朝向管道14的底部9。这可以将所有颗粒带向管道的底部，从而使颗粒在管道14的底表面的径向平面处从盘中出来。
如图1中最佳所示，管道14在与轴线相邻的内端15处并排布置，并朝着外端16增加间距。在内端15处，管道并排布置，使得最多数量的开口15提供最多数量的管道。在未示出的布置中，可以增加管道的数量，其中管道包括分支，使得每个管道沿着其长度分成一个或多个分支。
在未示出的另一种布置中，管道可以在内端15处彼此堆叠，以增加在内端处的管道开口的数量。也就是说，例如，如果将三个管道环彼此堆叠，则管道的总数可以增加三倍。然后，当外边缘有足够的空间容纳三个管道环时，将最上面的管道向下移动，从而将管道布置在外端的公共径向平面中。这样，管道的外端16可以直接并排布置在盘的外围17上。
在图2的实施例中，检测装置28和20分离装置21均位于盘的外围17之外。以这种方式，颗粒离开外围边缘17并且在它们从管道的外端穿到一排分离装置时未受引导。颗粒沿着由盘11的角速度确定的轨迹和外端16处的管道的方向行进。相关的检测装置28相对于分离装置21布置，以沿其轨迹作用在颗粒上。
即，该轨迹布置在外围17与分离装置21之间的自由空间中，使得离开管道的排出端16的颗粒依据其释放位置移动通过其中一个检测装置28，并且根据检测装置，颗粒移动到相关联的分离装置21，该分离装置21根据其相关联的检测装置28作出的分析来进行分离。因此，轨迹必须一致，确保检测到的颗粒移动到必要的分离装置。
在图3所示的一个实施例中，本发明用作色散光谱仪中的检测装置，例如用于分析图1和图2中的样本的反射接收的光。电磁辐射或在这种情况下要分析的光被收集并引导通过入射孔30。通常但非必须地，使用本领域技术人员熟知的方法，例如凹面镜31，通过聚焦光学器件产生准直光束32。准直光束穿过一个或更多个光阑33，限制了角度发散，并入射到一个或多个色散元件的阵列上，这导致光束路径中与波长有关的角度偏差。色散元件可以是折射的或衍射的。在所示的实施例中，色散元件包括棱镜34。偏离的角度范围被分为两个或更多个由要测量的最小波长和最大波长指定的波长范围35、36、37。为了便于讨论，这些波长范围称为“波段”。本领域技术人员将认识到，波段的最小宽度由前面的光学部件的分辨能力确定。波段宽度不一定相等。在一个优选实施例中，通过使用低折射率棱镜34进行色散来最大化吞吐量，因为在宽光谱范围内透射率通常优于80％，并且没有光谱混叠。
在下文中更详细讨论的另一种布置中，可以将衍射光栅设计为在特定波长处实现类似的效率，但是效率随着与设计波长的距离变大而降低。优选地，所有波段的波长范围限制在最小波长和最大波长之间。可以使用带通滤波器、孔径光阑或检测器灵敏度来限制波长范围。
分散的光束可选地由反射镜38和凹面镜39聚焦，并入射在第一空间调制器40上，该第一空间调制器40透射或吸收入射辐射。第一空间调制器40用作带通滤波器。在该实施例中，透射光传递到包含第二空间调制器42的第二表面41。
对于N次测量中的每一次测量，在测量表面41处的空间调制器42将入射辐射划分为透射的第一组波段和反射的第二组波段。对于每次测量，每个组中包含的波段是不同的，因此存在N个不同的组合。空间调制器42将第一组波段传输到聚焦镜43，聚焦镜43将该组波段聚焦到第一检测器44上。空间调制器42弯曲以将第二组波段反射并聚焦到第二检测器45上。尽管示出了两个不同的方向，但是在本发明的范围内可以有多达N-1个不同方向。在所有不同方向上求和的EM辐射强度至少为入射在空间调制器42上的EM辐射强度的60％。
用每个空间调制器配置的检测器44、45测量每个方向上EM辐射的总强度，并将检测器的输出传输到控制系统46，以对检测器的输出进行统计分析，从而获得与待测量的EM辐射的光谱特性相关的信息。
图4示出了具有三种类型的区域50、51和52的空间调制器的代表性截面。每种类型的区域都是反射性的并且以不同的角度倾斜，从而将入射辐射引导至三个不同的方向。聚焦元件53将辐射聚集在检测器54、55、56上。如图4A所示，将不同类型的区域排成一排，以将入射在测量表面的不同部分上的辐射引导到三个方向。在一些实施例中，区域的布置是二维的。
图5类似于图4，不同的是固定反射镜50、51和52被可移动反射镜57代替，该可移动反射镜57可以在许多位置之间切换，以示出的三个位置为例。在一个优选的实施例中，使用微镜阵列。
图6示出了具有三种类型的区域的空间调制器的代表性部分。每种类型的区域具有楔形折射元件58、59和60，楔形折射元件58、59和60将入射辐射引导到三个不同方向。聚焦元件53将辐射聚集在检测器54、55、56上。
图7类似于图6，不同的是用到单一类型的折射元件61并且施加电场以改变折射率，从而将入射辐射引导到三个不同方向。聚焦元件53将辐射聚集在检测器54、55、56上。
图8示出了具有三种类型的区域62、63和64的空间调制器的代表性部分。每种类型的区域在不同的光栅周期下都是衍射的。光栅刻线优选地基本上平行于沿着阵列的散射方向，以将衍射辐射从空间调制器的平面引到检测器54、55、56上。
图9A示出了空间编码器盘57，该盘具有间隙58的托普利兹模式和围绕垂直于盘平面的圆周布置的反射器59。盘绕着穿过中心并与磁盘平面垂直的轴线旋转。反射器与旋转轴平行。空间编码器盘可用于图3所示的光谱仪布局中。将光谱带聚焦在等于编码器盘圆周上的间隙和反射区域的一个周期48(图9B)的一个区域上。随着编码器盘的旋转，反射或透射的波段区域发生变化。方便地，反射区域的曲率可用于将反射的波段聚焦在检测器上。重复图案给出循环边界条件。在其它实施例中，图4、5、6、7和8中所示的模式可以围绕盘的圆周布置。该布置的主要优点在于，随着编码器盘旋转而扫出的角度范围在反射(或透射)区域的高度上保持恒定。
图9B示出了具有八个重复的伪随机图案的平面编码器盘。盘绕穿过中心69并垂直于盘平面的轴线旋转。波段聚焦在长度等于编码器模式一个周期的区域上。入射在暗区的辐射被透射并聚焦在第一检测器上，入射在亮区的辐射被反射并聚焦在第二检测器上。优选地，盘被制造成使得由反射或透射特征扫出的角度范围是恒定的。或者，可以使盘直径足够大，以使矩形特征引入的卷积小于公差值。在其它实施例中，图4、5、6、7和8中所示的图案可以围绕盘的圆周布置。
图1示出了卷积的数值模拟对23通道和三个采样模型的RMS噪声的影响。RMS检测器噪声为100，但由于多路复用的优势，每个通道中的RMS噪声较小。卷积为零的顶部曲线(Hadamard-1)对应于现有技术中的标准哈达玛技术，其中一个检测器测量一半的入射辐射。卷积为零时，每个空间掩码区域对齐，并且对应于一个波段区域。对于卷积计算，空间掩码以恒定速度移动，并且每个空间区域的中心在每个样本积分周期的中点处与每个波段的中心对齐。(完整光谱的)扫描速率与速度成正比。卷积因子高，则扫描速率高。卷积指数表示掩码区域从中心波段之前和之后的每个波段接收的辐射的分数。最大值0.25表示由掩码区域引导的辐射的1/4来自于先前的波段，1/2来自中心波段，而1/4来自于随后的波段。使用卷积时，编码模式既不是二进制也不是正交的。多重最小二乘算法可用于求解方程组。多路复用优势随着卷积的增加而降低，并在接近卷积因子0.19时该优势完全丧失。中间曲线(Hadamard-2)使用相同的哈达玛编码作为基准，除了基准编码的补充是通过第二个检测器测量的。第二条曲线与顶部曲线的常数比为0.65，标准偏差为0.01。由于单独测量的强度分数的增加，预期可得到sqrt(2)(0.71)的因数。0.06的进一步改进归功于补充掩码。底部曲线(3-genetic)是用遗传算法识别的三个检测器编码。通过将二进制1放在为23个三元组中的每一个随机选择的一个位置中，并通过仿真计算该代码生成的RMS噪声，来生成遗传算法的起点。测试了100,000个随机组合，并使用遗传算法进一步优化了最佳组合。遗传算法从23通道中随机选择一个通道进行突变，然后将该三元组中的二进制通道随机交换到另一个位置。
如果更改减小了RMS误差，则该更改将作为下一个突变的基础。否则，将保留原始序列。底部曲线使用的序列是：
S1＝{0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,1,1,1}；
S2＝{0,1,0,1,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,0,0,}；
S3＝{1,0,0,0,0,0,0,0,0,01,0,10,0,1,0,1,1,1,1,0,0,0}；
对于接近零的卷积，三个检测器情况下的RMS噪声为现有技术中标准哈达玛情况的0.60和双哈达玛情况的0.91。在两种情况下，标准偏差均为0.01，这证实了三重码优势不是统计伪像。但是，与任何基于哈达玛的变体相比，三重码对卷积的鲁棒性都强，并且随着卷积因子的增加，性能变得相对更好。在卷积因子为0.22时，RMS噪声是标准哈达玛的0.51，且是双哈达玛的0.80，这意味着三重码既可以降低RMS噪声，又可以提高扫描速率。通过1000次试验性实验对零卷积情况进行了测试。对于H1、H2和S3这三种情况，总信号强度约为25伏，RMS误差分别为1.56V、1.02V和0.55V。H1和H2之比接近sqrt(2)的期望值。在实验中，三个探测器的情况L3将RMS噪声降低了一定值，该值大于数值模拟预期的值。通过计算L1和每个多路复用情况之间的点积来评估每个与线性阵列结果L1匹配的程度。H1、H2和S3与L1的点积分别为0.971、0.981和0.988。线性阵列频谱和多路复用结果之间的匹配度随着检测器的数量从一增加到三而得到改善。
图11与图10相似，不同的是计算是针对127通道进行的，这127通道的实际应用要比23通道大。总体排名顺序是相同的，相对性能的比率是相似的。在三通道三重态的情况下，单个哈达玛情况的RMS噪声为0.65，而双哈达玛情况的噪声为0.93。在两种情况下，标准差均为0.01，这证实了三重码优势不是统计伪像。与23通道的情况不同，在127通道情况下，性能比没有随卷积因子变化而提高。
图12示出了127通道系统的RMS噪声与检测器数量的关系。前四个曲线使用简单的托普利兹模式(在某些文献中为块对称)。托普利兹模式的主要优势在于它们易于制造，可以节省成本。每个检测器的托普利兹模式都有一个连续的块。顶部曲线给出了两个检测器对卷积的RMS依赖性。块大小为63和64通道。除了卷积小于0.02之外，SNR性能都比线性阵列(RMS＝100)差，但仅使用了两个检测器而不是127，这大大节省了成本。第二条曲线表示具有23、41和63通道的块的三个检测器托普利兹几何形状。卷积为零时的RMS噪声是检测器数量少了124个的线性阵列的RMS噪声的2/3，并且在卷积因数高达0.11时，RMS噪声性能仍然很优异。第三条曲线显示了块长度分别为29、31、33和34的四个检测器的托普利兹模式的RMS性能。添加第四个检测器进一步降低了所有卷积因子的RMS噪声。第四条曲线显示了具有托普利兹几何形状的五个检测器情况。块长度为17、19、23、31和37。卷积为0时，使用更少的122个检测器，RMS噪声比线性阵列的RMS噪声小一半。高达0.16的卷积因数，性能仍然优于线性阵列。底部曲线给出了使用哈达玛模式的两个探测器系统的性能。哈达玛模式的性能明显优于任何托普利兹模式的性能，但是这加大了制造的复杂性，同时也使得操作过程的对准步骤变得更为复杂。
图13基于与图10相同的数据，除了积分时间的影响已计入噪声计算中。在图10中，卷积因子可以被认为是掩码区域的中心与波段区域的中心之间未对准的量度。对于以恒定速度移动的掩码，占空比在数值上是卷积因子的四倍。为了校正积分时间的影响，将卷积引起的RMS噪声乘以D-1/2，其中D是占空比。对于以恒定速度移动的掩膜，积分时间和卷积之间最佳的状态是在一个以0.5占空比为中心的宽区域内。当掩码和波段区域中心接近对准时减小掩码速度，而在对准不良时增大掩码速度，从而可以减小总体噪声。在一些实施例中，这可以通过作简单的谐波运动的振荡器来实现。
图14显示了相对于速度增加采样率的效果。基本采样率标记为H1，并与Z矩阵Z1关联，Z矩阵Z1具有对应于23个波段的23列。采样率加倍可使有效波段宽度减半，因此共有46个波段。Z矩阵Z2中的列数增加了一倍，达到46。为了从Z1中获得Z2，需要复制Z1中的每个元素，并将副本与原始元素相邻放置。Z2是奇异的矩阵，但是由于运动，卷积Z2变得非奇异，从而允许在占空比的某些值下实现低噪声解决方案。显示的谐波高达原始采样率的十倍。对于每种谐波，至少有一种解决方案可导致RMS噪声接近120。对于一个光谱仪，此结果意味着可以将采样分辨率提高到系统的光学分辨率，而SNR的损失却只有20％，但是不会改变空间调制器。
图15示出了根据本发明的总体上用70表示的多路飞行时间质谱仪。尽管为清楚起见简化了图纸，但许多组件与Brock设计相似。像之前一样，在71处引入离子，在72处撇去离子，然后在73处加速并准直(未示出)离子。这些步骤不是本发明的一部分。可以使用本领域技术人员已知的任何合适的手段。离子束可选地入射到连接到由处理器76控制的电压源75的Bradbury-Nielsen快门74上，该快门可用于设置测量序列的时间边缘。此功能类似于先前描述的色散光谱仪中屏蔽不需要的波长的预掩码。在数据采集过程中，快门打开，允许所有离子通过。然后，根据从控制器接收的信号，通过施加在一组或多组偏转板77上的电压将离子束偏转为离散角度，从而同步数据采集。在该实施例中，偏转板形成时间调制器。这类似于在以上图7的光学实施例中通过施加电压来改变折射率。在该图中，示出了三个离散路径81、82和83，但是路径的数量可以是大于2且小于测量数量的任何整数。离子束根据多态伪随机序列在离散路径81、82和83之间切换，该多态伪随机序列旨在将RMS噪声降至最低，并由检测器54、55和56检测。由于有限电压在偏转板上的摆率，离子束短暂地沿着离散路径之间的中间路径移动。这类似于光学盒中的卷积。掩码78可选地阻挡这些中间路径。可在偏转板77上的电压状态之间的转变期间激活可选的Bradbury-Nielsen快门74，以将离子束短暂地转变成光阑。更优选地，离散路径被布置为使得任意两个路径之间的过渡不与第三路径交叉。在优选的实施例中，检测器被布置成规则的多边形。引导到离散路径上的离子穿过无场区，以质量扩散，并被检测器接收。检测器信号被放大，积分，数字化并发送到处理器76。处理器通过将数据矢量与H矩阵相乘来计算电荷对质量的分布(方程式3)。本领域技术人员将认识到，可以以相同方式修改离子迁移谱仪并从本发明中实现相同的益处。
改进点：
1.整个离子束一次指向一个检测器，并基本上保持要检测和分析的总强度。该强度大于总强度的60％，优选大于总强度的90％。现有技术在两个检测器之间划分互补光束，并且互补通道中的总强度小于未偏转通道中的强度。
2.包括掩码以阻挡中间路径，可减少杂散离子。现有技术之所以能实现44％的改善而不是SNR的理论(sqrt(2)改善，很关键的一点就是杂散离子。
3.所有数据通道都由MLS一起分析，而不是像现有技术方法那样单独分析。
4.如现有技术中那样将检测器的数量增加到超过两个，从而增加了多路复用的优势，进而获得更好的SNR。
图16显示了测量荧光衰减的示意图。样本92进入初始状态，然后被来自光源90的电磁脉冲辐射91照射，以产生激发态，该激发态通过荧光发射93衰减。检测器95在周期T内接收到的荧光发射，产生与接收到的光子通量成比例的电信号94。检测器可以包括放大器(未示出)以产生与光子通量成比例的信号。电信号由门96以长度为T/N的N个间隔暂时编码。在每个间隔中，门将电信号从检测器引导到四个积分电路101、102、103和104中的其中一个中。在每个测量周期结束时，模数转换器111、112、113和114读取积分电路，并将数字化的结果发送到处理器。在另一种布置(未示出)中，短暂保留积分器101、102、103和104中的积分信号并按顺序将其导向单个模数转换器。允许样本松弛至初始状态，并针对N个不同的编码模式重复测量周期。处理器115使用公式3计算时间相关的荧光。
图17示出了使用本发明的用于测量液体的流通池的示意图。在该示例中，红外辐射束120从左侧入射在高折射率晶体121(在本领域中称为ATR)上，并且红外辐射束120从右侧出射之前在晶体内经历了几次全内反射122。晶体123的顶表面形成通道124的底表面的一部分，通道124包含要测量的流动液体。在晶体/液体界面处的每次全内反射中，倏逝波会穿透液体，而对应于液体中振动和自由跃迁的波长会被部分吸收。从右侧射出的修改后的红外光束通过一个孔(未显示)聚焦，并通过聚焦镜125进行准直，聚焦镜125引导红外辐射通过透射光栅126。散射的红外辐射127被反射镜128聚焦在空间调制器129上，空间调制器129将不同的波段集引导到三个检测器54、55和56上。空间调制器通过一系列配置循环，将N个不同的波段集投射到每个检测器，检测器的读数传输到处理器(未示出)，该处理器通过方程式3计算具有液体的N个光谱区域的红外光谱，并分析光谱以确定液体的成分。
在与2016年1月28日公开的PCT公开2016/0011548(Prystupa)有关的另一个实施例中，通过声换能器使一块肉以时间相关的模式振动，并且通过干涉法测量表面的变形。具体地，准单色光源被准直并且通过分束器分成两部分。一部分指向检测表面，第二部分入射在肉样品上，然后指向检测表面。在检测表面上，这些部分根据光程差形成干涉图案。任意点的光程差都通过声激发进行调制。将本发明的装置放置在检测表面中，以测量干扰图案中与时间有关的变化，并且对该变化进行统计分析以提供有关肉的结构的信息。
在另一个实施例中，本发明可以用于测量由傅里叶变换光谱仪产生的干涉图案。如果干涉光束是共线的，则给定波长的干涉条纹均匀分布；如果干涉光束不是共线的，则干涉条纹不均匀分布。共线情况在数学上更简单，但仅使用可用电磁辐射的一半。尽管增加了计算复杂度，但是本文中的非共线情况仍然是优选的，因为通过使用多于一半的可用电磁辐射，SNR得到了改善。1989年1月10日授予Clarke的US 4797923描述了一种利用分波分析的高分辨率FTIR光谱仪本发明是测量由克拉克描述的高分辨率干涉图案的合适方法。
在另一方面，本发明可以应用于改善在许多领域中使用的泵浦探测实验中的信噪比和时间分辨率，所述领域包括声学、光谱学、磁共振和晶体学。作为说明性示例，我们考虑约克在《自然方法》11(11)2014中描述的光子受限x射线衍射实验，该文献通过引用并入本文。在约克实验中，对X射线进行时间调制，并通过一系列检测器记录衍射图。然后通过Hadamard反演(方程式2)计算电子密度的时间演化。约克实验中的占空比为50％，但是通过应用本发明的方法(如图16所示)，该占空比可以提高到100％。在本发明中，X射线束在整个实验过程中都处于打开状态，以产生最大可用光子数。在实验的每个时间间隔内，通过门将来自每个检测器的光电流被引导到m(m>＝2)个积分电路中的其中一个上，以使每个积分电路接收光电流的时间调制通量。门功能上执行方程式3中Z矩阵指定的数据收集序列。每个序列的长度等于要测量的时间间隔数n。每个积分电路在编码序列的长度内收集光电子，然后通常通过模数转换(ADC)电路处理每个积分电路的总电荷，以产生一个与该积分电路累积的总电荷成比例的值。将这些值输入到方程式3的y数据向量的相应m个位置。允许样品松弛到起始状态，并且重复n次测量周期，其中Z矩阵中每m行的集进行一次测量，产生数据向量y的所有mn值。每个检测器的时间顺序最好是伪随机或哈达玛。然后可以从该时间步的衍射图计算出每个时间步的电子密度。
本发明是一种用于测量作为一个或多个独立参数的函数的从属参数的方法，其中，从属参数是粒子通量的可测量特性，而一个或多个独立参数是空间和时间参数。为了说明，将通用的独立参数指定为x，并且指定为f(x)的因变量随x的变化而变化。例如，x可以是照相机的焦平面上的位置，f(x)是在所述位置x处接收的照明强度。在许多情况下，先测量几个相关参数，然后将它们相互关联。例如，入射在棱镜上的光在测量表面上的不同位置x处扩散为不同的波长f(x)。还可以在相同位置测量光强度，并将测量值关联起来，以得到强度随波长变化的光谱。为了说明本文档，在独立参数的上下文中对从属参数的任何引用都应解释为对基础相关空间或时间参数的引用。那就是在以上示例中对波长的引用将被解释为对与波长相关的空间参数的引用。
粒子可以为任何类型的粒子，包括但不限于亚原子粒子、质子、中子、电子、正电子、光子、原子、离子和分子。可测量的特性可以是任何类型的特性，包括但不限于质量、能量、电荷、自旋、频率、波长、偏振、电偶极矩、磁偶极矩、动量、压力和速度。
独立参数分为由参数x的起始值和终止值指定的一系列范围。每个范围都分配有唯一的标签。用范围内x的平均值标记范围通常很方便，但这不是必需的，也可以使用其它标记方案。例如，一系列范围可以改为由一系列整数索引指定。本文中的术语“二进制”是指范围。
本发明涉及一种方法，该方法通过进行至少N组不同的测量以产生N组标量参数，进而测量N个范围中的从属参数的值。一组中有P个测量，其中P大于或等于2。一组中的每个测量都与权重函数wij(x)关联，权重函数的值范围为0到1，其中索引i为M值，索引j为P值且M大于或等于N。有P个逻辑检测器进行测量，每个逻辑检测器具有一个j值。每次测量的方式为通过将要测量的从属参数f(x)乘以wij(x)并对范围内包括的所有x值进行积分以生成一组标量gij。权重函数wij(x)是空间调制器和/或时间调制器的物理传递函数，描述了在测量i期间入射到位置x的入射粒子通量的分数被引导到检测器j的路径上。空间调制器可以例如由反射镜阵列组成，每个反射镜对应于独立参数x的不同范围。传递函数主要由反射镜的反射率决定。技术上可获得的最高宽带反射率约为0.97，因此在这种情况下的传递函数为0.97。本发明的一个限定特征是要求在x的每个范围上的权重函数之和大于0.60，即入射在每个范围上的粒子通量的60％多被引导到通往P个检测器之一的路径上。
图18示意性地显示了一种测量的计算。将(A)中所示的权重函数乘以(B)中的强度(从属参数)，然后将所得结果(C)相加，以提供用于测量的积分强度。在每个检测器进行的每次测量中，权重函数18A都是不同的。在现有技术中，存在一种如(A)所示的权重函数，其平均将约50％的入射通量传递给单个检测器。
图19示出了用于本发明的实施例的示意性理想权重函数，本发明具有三个权重函数(A)、(B)和(C)，它们对应于每个测量周期的三个检测器的输入。对于独立参数x的所有区域，权重函数的总和为1。在物理情况下，权函数的总和大于0.6，优选地大于0.9。
对于空间独立的参数，图19中的权重函数可以通过如图4所示的一组反射表面来物理实现，或通过如图5所示的可移动反射镜来物理实现，或通过如图6所示的折射楔来物理实现，或通过具使用如图7所示的电场的楔改变折射率来物理实现，或通过如图8中所示的一组衍射表面来物理实现，或通过使用图9A和9B中所示的旋转盘上的托普利兹图来物理实现。图16示出了利用时间独立参数来实现图19中的权重函数的方法。在图16中，光子脉冲穿过样品，并发生折射和散射。具有不同波长的光子于不同的时间从样品中出来，并由将光子通量强度转换为电压波形的光检测器进行配准。电压波形根据权重函数指向积分电路(此示例中所示的积分器中的一个积分器为零)。积分电压通过模数转换器转换为标量值。光源被脉冲N次。每次脉冲会用到一组不同的加权函数。
对于每组测量，将图19中的权重函数(A)、(B)和(C)乘以如图18B所示的从属参数，以如图18C示意性所示，产生的三个独立的和。在图19的示例中，至少进行N组测量(A)、(B)和(C)，以产生至少3N标量积分强度值。请注意，因为此示例中的权重函数在整个区域内具有恒定的离散值，因此积分减少为一个和，并且可应用方程式3中给出的线性代数解。或者，可以在本发明的范围内通过迭代方法求解积分方程组。在方程式3中，3N个权重函数中的每一个代表Z矩阵的一行。独立参数的每个范围对应于Z矩阵的一列，并且每一行中的元素都是权重函数的常数值。将3N个测量的标量值分别加载到观察向量y的行中，该行对应于该测量的权重函数的行。
图20示意性地示出了权重函数在每个区域上都不恒定的一般情况。图20A示出了在每次测量期间相对于独立参数以恒定速度运动的空间调制器的权重函数的一般形状。如前所述，可以通过在每个测量周期内用检测器从该范围接收到的粒子通量的时间加权平均强度代替每个范围的静态权重函数值来解释这种相对运动的影响。图20B示出了一般情况，其中权重函数在独立参数x的整个范围上取介于0和1之间的值。本发明的测量协议产生了可以通过迭代方法求解的积分方程组。也可以通过将测量区域划分为权重函数几乎恒定的小范围来获得近似解，同时方程式3中的方法也是可用的。
术语“检测器”在本文中是指产生与在有限的测量周期内积分的入射粒子通量有关的响应的任何设备。检测器可以是积分装置，并且检测器可以是与积分装置连接的换能器。术语“逻辑检测器”可以指单个物理检测器，也可以指多个物理检测器，所述多个物理检测器测量由调制器沿同一路径定向的粒子通量。

Claims (39)

1.一种用于在自变量的间隔内测量入射辐射的一个或多个因变量的方法，该方法包括以下步骤：
收集要测量的所述入射辐射；
利用一空间调制器或一时间调制器将每个间隔中超过一半的所述入射辐射引导至至少两条不同路径中的一条路径中，所述调制器经历一系列配置，使所述序列的每个成员将间隔内的入射辐射的不同组合引导到每个路径中；
其中所有不同路径的辐射强度之和至少为总入射辐射的60％；
通过每个调制器配置的检测器测量每个路径中的所述总辐射强度，以提供多个检测器输出；
对检测器的输出进行统计分析，以获得与要测量的辐射的因变量有关的信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制器通过一系列M个配置循环，在每个配置中，根据辐射入射到所述调制器上的位置和/或时间将入射辐射分成N个部分，并将入射辐射的每个部分的大部分引导到P个不同的路径中的一个路径；其中P大于或等于2且小于N；其中M大于或等于N，并且调制器配置序列包括至少两个配置，针对该配置，每个部分的大部分被引导到不同路径中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，辐射通过源位置、波长、相位或偏振在空间上分离，并且被引导到N＞2个不同的区域中，以表征为一测量表面，并且所述调制器是置于所述测量表面的空间调制器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用栅极调制器在时间上分离辐射。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使用根据所述序列调制的栅极调制器将辐射在时间上划分为N＞2个部分。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，选择调制器的配置序列，使得配置序列Z的矩阵表示具有以下特性：ZTZ是非奇异的；其中Z具有MP行和N列，并且其中Z的每一行表示在一个检测器处的测量，Z的每一列表示独立参数的一个范围，Z的元素表示所述行的每个范围中的粒子通量的分数。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过独立特性，其中所述独立特性选自源位置、波长、相位或偏振，将辐射在空间上分隔开，并且被引导到N＞2个不同的区域中，以表征为一测量表面，并且所述调制器是置于所述测量表面的空间调制器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐射通过一独立特性在空间上分隔开，其中所述独立特性是时间，并且使用栅极调制器在时间上分离辐射。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述调制器的不同配置的数量大于或等于所述独立特性的划分数量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述调制器配置序列对于每个划分包括至少两种配置，其中所述划分内的大部分辐射被引导到不同的路径中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个路径具有多个检测器，其中每个检测器测量在不同能量范围内沿着该路径传播的辐射。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个检测器测量来自不同起源地的辐射。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，要测量的辐射来自以下中的一种：色散光谱仪、傅里叶变换光谱仪、成像光谱仪、干涉图、衍射仪、拉曼散射、谷粒、飞行时间质谱仪、荧光衰变、测试流体流量的流通池、被分析的粒子反射的光、振动的通电固体材料反射的辐射所产生的干涉图，以及参考表面反射的辐射。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述空间调制器是折射的、反射的、衍射中的一种。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每条路径上的检测器产生一个模拟电压，并且在转换为数字形式之前，所述模拟电压减去了基准电压电平。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐射包括粒子，所述粒子选自光子、电子、正电子、亚原子粒子、质子、中子、离子、原子或分子。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对所有不同方向测量的辐射强度之和至少为入射在所述测量表面上的总辐射强度的90％。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对所有不同方向测量的辐射强度之和基本为入射在所述测量表面上的总辐射强度的100％。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述调制器将辐射引导到至少三个方向。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述调制器产生具有至少两个不同区域的基本掩码的循环置换。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述调制器使基本掩码的每个区域将入射在该区域上的所有辐射基本都引导至一不同方向中。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述调制器的基本掩码的至少一个区域将入射在该区域上的辐射的一部分引导到第一方向，并将入射在该区域上的至少一些辐射引导到一不同的方向上。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其特征在于，在测量期间移动或旋转所述调制器的至少一个区域，使得所述调制器的基础掩码区域的至少一部分穿过至少两个测量区域。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其特征在于，被引导到每个测量区域的每个不同方向的辐射分数被计算为所述掩码区域将辐射引导到该方向的时间加权几何分数。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的方法，其特征在于，所述基本掩码是哈达玛掩码或伪随机掩码。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的方法，其特征在于，所述调制器产生所述基本掩码的循环置换，并且至少一部分掩码特性由测量期间的掩码运动确定。
27.根据权利要求20至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述调制器的至少一个元件具有至少两种不同的配置。
28.根据权利要求20至27中任一项所述的方法，其特征在于，所述调制器包括动态托普利兹掩码，并且通过改变采样率来改变分辨率。
29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个检测器输出被归一化为所述检测器输出的总和。
30.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过多变量最小二乘法分析来获得要测量的辐射的特性。
31.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过多变量统计分析原始检测器输出或标准化检测器输出来获得要测量的辐射信息。
32.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过对原始检测器输出或标准化检测器输出进行相关分析来获得要测量的辐射信息。
33.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过统计分析来分析具有N个区域的辐射方向图，以找到在频谱中较小数量m的潜在变量；进行m次测量，并使用统计分析推断每个潜在变量的值。
34.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所有检测器上求和的所述总辐射强度在至少一些空间调制器配置中变化；并且在每个调制器配置下，在每个检测器处生成原始强度值；其中所述调制器配置的总强度为C＝SUM(检测器强度di)，其中数据矢量加载的值为di'＝di/C，因此这种归一化可以补偿强度的变化。
35.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，带通滤波器限制通过所述检测系统传播的波长范围，以为这种分析系统建立边界条件。
36.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，通过将不同光谱带的贡献与该光谱带的重要性成比例地加权，使用所述带通滤波器来优化用于检测特定分析物的仪器灵敏度。
37.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，多个样本中的每个样本的辐射强度是变化的；在每次采样时，在一第一检测器A和一第二检测器B处产生原始强度值；其中，时间步长中的总强度为C＝A+B，其中数据矢量加载了值a’＝A/C和b’＝B/C，以便此归一化补偿强度的变化。
38.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括将所述入射辐射分成N个包，每个包包含具有不同的第一特性值的辐射；使用一时间或空间调制器在时间或空间上分离所述辐射包，并使用一调制序列改变所述调制器以将入射辐射包的至少N个不同组合引导到至少两个不同的路径中；包括以下步骤：估算每个频段对每个检测器在每个测量中接收到的总强度的时间加权贡献，并设置Z矩阵的系数以明确地对时间加权贡献建模。
39.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述空间调制器以及相关联的光学器件和检测器相对于要测量的辐射源进行相对运动，并且所述相对运动产生期望的调制。
CN201880034590.6A 2017-05-25 2018-05-23 高效多路复用技术 Active CN110662944B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762510825P 2017-05-25 2017-05-25
US62/510,825 2017-05-25
PCT/CA2018/050599 WO2018213923A1 (en) 2017-05-25 2018-05-23 High efficiency multiplexing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110662944A true CN110662944A (zh) 2020-01-07
CN110662944B CN110662944B (zh) 2023-04-28

Family

ID=64395118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880034590.6A Active CN110662944B (zh) 2017-05-25 2018-05-23 高效多路复用技术

Country Status (15)

Country Link
US (1) US10585044B2 (zh)
EP (1) EP3635344A4 (zh)
JP (1) JP2020521971A (zh)
KR (1) KR102577524B1 (zh)
CN (1) CN110662944B (zh)
AR (1) AR111831A1 (zh)
AU (1) AU2018272330B2 (zh)
BR (1) BR112019024706A2 (zh)
CA (1) CA3064818A1 (zh)
IL (1) IL270806B (zh)
MX (1) MX2019013975A (zh)
RU (1) RU2758202C2 (zh)
SG (1) SG11201912005UA (zh)
TW (1) TWI782025B (zh)
WO (1) WO2018213923A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113297789A (zh) * 2021-05-17 2021-08-24 南京大学 一种基于机器学习的声涡旋分束器设计方法
CN114689097A (zh) * 2020-06-18 2022-07-01 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种超声旋转编码器的传感部件

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202033981A (zh) 2018-11-14 2020-09-16 加拿大商１１０９３５６８加拿大公司 高解析度多工系統
JP2022512980A (ja) 2018-11-14 2022-02-07 １１０９３６０６ カナダ エルティーディー． 空間変調装置
WO2021145054A1 (ja) * 2020-01-16 2021-07-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光学フィルタアレイ、光検出装置、および光検出システム
US11709138B2 (en) 2020-07-31 2023-07-25 12198681 Canada Ltd. Multi-dimensional spectroscopy of macromolecules
JP2023544455A (ja) * 2020-09-28 2023-10-23 １１８８７０４１ カナダ エルティーディー． 高スループットマルチプレックス分光法
WO2022115941A1 (en) * 2020-12-02 2022-06-09 12535505 Canada Ltd. Amplified multiplex absorption spectroscopy

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1659424A (zh) * 2002-03-06 2005-08-24 埃斯柏克特瑞克斯公司 用于辐射编码及分析的方法和装置
CN101359484A (zh) * 2007-08-01 2009-02-04 索尼株式会社 全息记录/再生装置
CN102175323A (zh) * 2011-01-31 2011-09-07 重庆大学 基于桥式光栅光调制器的阿达玛变换成像光谱仪
CN102175322A (zh) * 2011-01-31 2011-09-07 重庆大学 基于光栅平动式光调制器的成像光谱仪

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6271917B1 (en) * 1998-06-26 2001-08-07 Thomas W. Hagler Method and apparatus for spectrum analysis and encoder
US6300626B1 (en) * 1998-08-17 2001-10-09 Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Time-of-flight mass spectrometer and ion analysis
US20050270528A1 (en) * 1999-04-09 2005-12-08 Frank Geshwind Hyper-spectral imaging methods and devices
US6724546B2 (en) * 2002-04-25 2004-04-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Light converging optical system for converging light onto a reflecting optical-spatial modulator element and image displaying apparatus for displaying an image formed by light reflected by the reflecting optical-spatial modulator element
JP3895671B2 (ja) 2002-11-18 2007-03-22 オリンパス株式会社 分光法及び分光装置
JP3950059B2 (ja) 2003-01-06 2007-07-25 三井造船株式会社 時間分解二次元微弱光検出方法および装置
KR20080052040A (ko) * 2006-12-07 2008-06-11 삼성전자주식회사 홀로그래픽 정보 기록/재생 장치 및 상기 장치에서 북위치를 탐색하는 방법
US8184279B2 (en) * 2008-06-16 2012-05-22 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Fourier domain sensing
US8305575B1 (en) * 2008-06-23 2012-11-06 Spectral Sciences, Inc. Adaptive spectral sensor and methods using same
WO2010006081A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Chiaro Technologies, Inc. Multiple channel locating
US20110102780A1 (en) * 2009-10-30 2011-05-05 Karassiouk Valentine A Calibration of a spatial light modulator
WO2013046513A1 (ja) * 2011-09-30 2013-04-04 旭化成エレクトロニクス株式会社 タッチセンサの信号処理回路、およびタッチセンサ
JP5903059B2 (ja) 2013-02-26 2016-04-13 日本電信電話株式会社 分光器
CN103940509B (zh) * 2014-03-20 2016-03-23 南京大学 一种近红外光谱仪及其测量方法
CN107430349B (zh) * 2015-03-05 2020-03-10 Asml荷兰有限公司 用于检查及量测的方法和设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1659424A (zh) * 2002-03-06 2005-08-24 埃斯柏克特瑞克斯公司 用于辐射编码及分析的方法和装置
US20080007729A1 (en) * 2002-03-06 2008-01-10 Hagler Thomas W Method and apparatus for radiation encoding and analysis
CN101359484A (zh) * 2007-08-01 2009-02-04 索尼株式会社 全息记录/再生装置
CN102175323A (zh) * 2011-01-31 2011-09-07 重庆大学 基于桥式光栅光调制器的阿达玛变换成像光谱仪
CN102175322A (zh) * 2011-01-31 2011-09-07 重庆大学 基于光栅平动式光调制器的成像光谱仪

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114689097A (zh) * 2020-06-18 2022-07-01 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种超声旋转编码器的传感部件
CN114689097B (zh) * 2020-06-18 2023-11-24 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种超声旋转编码器的传感部件
CN113297789A (zh) * 2021-05-17 2021-08-24 南京大学 一种基于机器学习的声涡旋分束器设计方法
CN113297789B (zh) * 2021-05-17 2024-03-19 南京大学 一种基于机器学习的声涡旋分束器设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019143395A (ru) 2021-06-25
RU2758202C2 (ru) 2021-10-26
CA3064818A1 (en) 2018-11-29
WO2018213923A1 (en) 2018-11-29
AU2018272330A1 (en) 2020-01-16
TW201901121A (zh) 2019-01-01
SG11201912005UA (en) 2020-01-30
MX2019013975A (es) 2020-08-03
AU2018272330B2 (en) 2023-10-26
KR20200010359A (ko) 2020-01-30
CN110662944B (zh) 2023-04-28
AR111831A1 (es) 2019-08-21
EP3635344A4 (en) 2021-02-24
EP3635344A1 (en) 2020-04-15
TWI782025B (zh) 2022-11-01
BR112019024706A2 (pt) 2020-06-09
US10585044B2 (en) 2020-03-10
RU2019143395A3 (zh) 2021-09-27
IL270806B (en) 2021-07-29
KR102577524B1 (ko) 2023-09-12
IL270806A (en) 2020-01-30
US20180340893A1 (en) 2018-11-29
JP2020521971A (ja) 2020-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110662944B (zh) 高效多路复用技术
US7339521B2 (en) Analytical instruments using a pseudorandom array of sources, such as a micro-machined mass spectrometer or monochromator
JP6035772B2 (ja) 開口符号化多重画像化システムのためのフィルタ・モジュールの設計
JP6513697B2 (ja) 光干渉デバイス
JP2008545974A (ja) オーバーラップした画像を用いる光学分光法
JP2020521971A5 (zh)
US20240175750A1 (en) Image sensor and method of operating
CN103930754A (zh) 具有失真射束扩张的光谱仪
Medendorp et al. Applications of integrated sensing and processing in spectroscopic imaging and sensing
US20210223444A1 (en) Dispersion array and method of fabricating
US20160123884A1 (en) Fluorescence detection device, system and process
JP2003532102A (ja) 波長変化の測定
CN116972969A (zh) 一种基于二维色散光谱重构的光谱探测方法及装置
CN114324205A (zh) 对样品进行光谱测定的方法、系统以及流式细胞仪
US11740127B2 (en) High throughput multiplex spectroscopy
Bertola et al. The Chandra and XMM-Newton views of the Einstein Cross
Permyakova et al. The spectrum of substance for the carrier of information on the substance traces
Pedraz et al. The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs
Martin et al. Femtosecond Imaging of Single Particles and Molecules Using X-ray Free-electron Lasers
Otto et al. Nondestructive sensing technologies using micro-optical elements for applications in the NIR-MIR spectral regions
Eliseev et al. Optical methods in biomedicine: training manual:[for students of biological, medical, physical and chemical specialties]
Aota et al. Naohiro Yamaguchi, Jungo Katoh, Yukiko Sato
KR20130064335A (ko) 반사형 간섭 필터를 이용한 폴리크로메이터
Giordano The Connection between solar magnetic fields and photospheric dynamics

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant