JP2002196130A - エタロン構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 較正に利用され得る新規な非常に精巧なエタ
ロンを提供すること。 【構成】 近赤外スペクトル線を通過するために非常に
精巧なエタロンを含むエタロン構造。このエタロン構造
において、エタロンがその各側で被覆する半透明な金を
有する薄いポリマフイルムからなり、各被覆が１％ない
し１０％の間の透過を提供するのに十分であるように構
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は近赤外スペクトル線を通
過するためにエタロンを含むエタロン構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】分光機器は回析格子および検出器装置の
ごとき分散要素を含んでいる。１つの精密型において検
出器はピクセル位置が検出された波長を示す個々のピク
セル光検出器のアレイからなる在来のソリツドステート
デバイスである。かかる検出器は代表的にはフオトダイ
オードアレイ、電荷結合型デバイスまたは電荷注入デバ
イスである。他の分光機器は単一の光検出器を介して分
散要素を走査するかまたはインターフエログラムのフー
リエ変換を使用するが、概念は波長が物理的位置、方向
付け等に対して較正されるために同一である。最新の機
器はスペクトルを分析および比較するために検出器から
スペクトルデータを受信するコンピユータを含んでい
る。

【０００３】光学系、検出器およびコンピユータ導入に
おける改善によれば、非常に精密な測定を実行する可能
性を引き出した。例はガソリンのオクタン価を測定する
ために化学的測定の数理分析を使用する吸収分光光度計
またはポリクロメータである。オクタン価の差異は近赤
外線（ＩＲ）吸収スペクトルの微妙な差異と関連付けら
れる。スペクトル特性の非常に小さな変化は人間により
直接有効に検出されることができず、そしてコンピユー
タ化された自動化が必要である。またスペクトル測定に
関してはオンラインで連続して行われるのが望ましい。
かくして分析化学に進んだ分光測定法を利用することに
関心がある。

【０００４】較正は代表的には既知の組成物の標準の化
学製品または試験されるべき未知のサンプルと同様な他
の特性についてのスペクトル測定により実施される。化
学測定モデルは主要成分回帰（ＰＣＲ）または部分最小
二乗法（ＰＬＳ）のごとき多重振動較正法を使用するこ
れらのスペクトルから形成される。ガソリンオクタン価
値の場合におけるように、これは多数のサンプル（例え
ば、５０〜１００）に適切な精度および確度を要求する
かも知れず、かつ較正が機器のドリフトを補償するため
に頻繁に繰り返される必要があるかも知れない。かかる
モデル形成はまた精査および専門知識を必要とする。

【０００５】較正はまた公知の波長の幾つかのスペクト
ル線を供給するランプまたは伝送フイルタにより行われ
る。かかるスペクトル線源は幾つかの波長に関してのみ
利用可能であるので、フアブリイ・ペロー干渉計器によ
るような周辺パターンが所望のスペクトル範囲に亘って
較正すべく利用される。周辺パターンと既知の波長を相
関することは挑戦であつた。標準および干渉計により波
長を評価するための数学的モデルはサミユエル・シー・
バーデンにより編集された、テキスト「フアイバーオプ
テイツクス・イン・アストロノミー（天文学におけるフ
アイバーオプテイツクス）」、第３巻（１９８８年、Ａ
ｓｔｒｏ．Ｓｏｃ．オブ・ザ・パシフイツク）、第２１
８ないし２２３頁に教示されている。これらの方法は明
らかに分析化学の分野に適用されなかつた。

【０００６】代表的な分光光度計は、１９８９年の応用
分光測定４３（１）、第２７〜３２頁の、デイー・エム
・メイヤーおよびジエイ・ビー・カリスによる「６００
〜１１００ｎｍ波長領域用フオトダイオードアレイを基
礎にした近赤外線分光光度計」、および１９９１年のレ
ビユー・オブ・サイエンテイフイツク・インスツルメン
ト（科学機器についての概論）６２（２）、第５０７〜
５１５頁の、エム・リユソート、ジエイ・バン・ジーお
よびジエイ・ビー・カリスによる「ラツプトツプ・ケミ
ストリー：光フアイバ、電界移動式、近赤外線分光計」
に記載されている。多チヤンネル分光光度検出器装置の
設計、自己走査および性能に関する論文は１９７８年の
応用光学１７、第５７４〜５９２頁の、エス・エス・ヴ
オグト、アール・ジー・タルおよびピー・ケルトンによ
る「自己走査のフオトダイオードアレイ：高分散天文用
分光光度計における高性能運転」；および１９８０年
の、応用光学１９、第１４０１〜１４１４頁の、ワイ・
タルミおよびアール・ダブリユー・シンプソンによる
「自己走査のフオトダイオードアレイ：多チヤンネル分
光検出器」である。

【０００７】

【発明が解決すべき課題】高精度測定による問題は機器
が互いに変化することであり、そして各機器は時間にし
たがつて変化またはドリフトする。課題の１つは部分的
には較正を達成しかつ維持することである。より微妙な
態様は器具は各器具に対して特有でありかつまた時間に
より変化する固有の特性を有するということである。固
有の特性は機器によりりもたらされたデータを歪ませ、
比較を不正確にする。かかる固有の特性は非常に狭い、
鮮明なスペクトル線を示すスペクトルデータの外観（プ
ロフアイル）により代表される。かかる外観すなわち特
性曲線は基本的な光学設計ならびに回析作用および機器
の光学系および（より少ない範囲で）エレクトロニクス
における他の不完全さにより、固有の形状および実際の
線より広い線幅を有する。理想的な特性曲線はガウス分
布に近い、対称であるが、また「機器の特性曲線」とし
て知られる実際の固有の特性曲線は、同様に対称ではな
いかも知れない。

【０００８】本発明の目的は較正に利用され得る新規な
非常に精巧なエタロンを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題は、選択された
スペクトル範囲の各部分において仮定的に鮮明なスペク
トル線用の特有の固有特性曲線を有し、各固有特性曲線
が関連の固有の幅を有する分光機器を標準化するための
方法により解決される。分光機器は少なくとも１つの選
択された部分において、一般的に複数のタンデム部分に
おいて、少なくとも１つの狭いスペクトル線の線源を含
んでいる。各狭いスペクトル線は対応する選択された部
分用の固有の幅より実質上狭い線幅を有する。

【００１０】本方法は、固有の幅にほぼ等しい特性曲線
幅を有するガウス分布のような、各選択された部分にお
いて仮定的に鮮明なスペクトル線用の目標特性曲線を条
件として指定することからなる。本方法はさらに、各組
の特性曲線データが対応する選択された部分用の固有の
特性曲線を示すような各狭いスペクトル線用の１組の特
性曲線データを発生するために線源により機器を最初に
作動し、各組の特性曲線データを各選択された部分用の
対応する目標特性曲線に変換するために変換フイルタを
計算し、そしてサンプルデータへの将来の適用のために
変換フイルタを蓄えることからなる。

【００１１】機器の通常の使用において、本方法はさら
に、サンプルスペクトルを示すサンプルデータを発生す
るためにサンプル源により機器を通常作動し、かつサン
プルスペクトルを示す標準化されたサンプルデータを発
生するために各選択された部分において前記サンプルデ
ータへ前記変換フイルタを印加することからなる。

【００１２】本機器は公称背景データを記憶するために
機器を予備的に作動されるべきである。その後、計算お
よび印加工程の前に、特性曲線およびサンプルデータを
含むすべてのスペクトルデータが公称背景データによ
り、好ましくはかかるスペクトルデータを公称背景デー
タで除算することにより補正される。また、かかる工程
の前に、スペクトルデータが普通の強度較正に応じて較
正されるべきである。

【００１３】好ましい態様において、本方法はさらに、
機器用の波長較正を確立し、そして補正マトリクスをも
たらすために前記変換フイルタと前記波長較正を結合
し、そのさい前記蓄え工程はサンプルデータへの将来の
印加のために前記補正マトリクスを蓄えることからな
る。かくして補正マトリクスはサンプルスペクトルを示
す較正された標準化データを発生するために前記サンプ
ルデータに印加される。

【００１４】より好ましくは、本機器は較正データを発
生するために放射線の波長較正源により作動される。変
換フイルタ、または最も好ましくは、該フイルタを含ん
でいる補正マトリクスが波長較正を構成する標準化され
た較正データを発生するために前記較正データにその場
合に印加される。

【００１５】較正に関するさらに他の態様において、機
器は所望のスペクトル範囲に亘るスペクトル波長対スペ
クトル位置の公称（例えば、理論的または予備的）較正
を有する。本機器はさらに、ネオジウムでドーピングさ
れたイツトリウムアルミニウムガーネツトフイルタのご
とき、精密に識別された波長の１次スペクトルピークの
較正源を含んでいる。本機器また、スペクトル範囲に亘
って配置された多数の２次ピークの、好都合には被覆さ
れない溶融シリカプレートのごとき低精巧のフアブリ−
ペローエタロンからの縞の、多重源を含んでいる。各２
次ピークは相関定数にしたがつてピーク波長に対して相
関関数（例えば、簡単な縞平行状態）により識別される
整数または数を有する。

【００１６】かかるさらに他の態様において、波長較正
を確立する工程は以下からなる。すなわち、機器はスペ
クトルピークを示す較正データを発生するために較正源
により追加的に作動され、かつさらに多数の２次ピーク
を示す２次データを発生するために多重ピーク源により
追加的に作動される。前記較正データは１次ピーク位置
からスペクトル位置に対して確認される。２次データか
ら、１組の２次ピーク位置がスペクトル位置に対して確
認される。相関関数により、相関定数が前記公称較正に
より決定された少なくとも２つのピーク波長に関して異
なる順位数にしたがつて前記相関定数を評価される。ま
た、前記相関関数により、較正順序数は１次ピークに隣
接して配置された少なくとも１つの選択された２次ピー
クに関して識別され、該識別が評価された相関定数およ
び前記公称較正により選択された２次ピークに関して決
定された予備波長にしたがつて行われる。選択された２
次ピークから該選択された２次ピークおよび１次ピーク
の精密な相対的な位置決めが挿入（インターポレーテイ
ング）される。前記相関関数により、精密な相関定数が
前記較正順位数、前記精密に識別された波長および前記
相対的な位置決めから計算される。精密な相関定数はそ
の場合に較正された波長を関連の順位数にかつそれによ
りスペクトル位置に対する２次ピーク位置に割り当てる
ために相関関数とともに精密な相関定数を利用される。

【００１７】他の態様において、較正データが較正特性
曲線を画成する。確認工程は較正特性曲線の中心波長を
評価し、逆にされた特性曲線を作り出すために中心波長
を中心に較正特性曲線を反転し、結合された特性曲線を
作り出すために前記較正特性曲線および前記逆の特性曲
線を加算し、そして評価された中心波長と前記１次スペ
クトルピークとの間のずれを決定するために前記較正デ
ータを前記結合特性曲線に適合させることからなる。そ
れにより前記ずれが前記スペクトル位置に対する前記１
次ピーク位置を定義する。

【００１８】前記目的は、近赤外スペクトル線を通過す
るために或る型のフアブリ−ペローの非常に精巧なエタ
ロンにより達成される。前記エタロンがその各側で被覆
する半透明な金を有する薄いポリマフイルムからなり、
各被覆が１％ないし１０％の間の透過を提供するのに十
分である。このエタロンは上述した狭いスペクトル線を
もたらすために好都合に利用される。

【００１９】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づ
いて詳細に説明する。

【００２０】

【実施例】図１は標準化および波長較正がそれに関して
行われる光検出器１１を有する代表的な分光機器１０を
例示する。かかる機器は、例えば、ガソリンのオクタン
価を測定するための近赤外線の高い感度および安定性を
要求するオンライン化学測定分光ポリクロメータまたは
化学的測定機器であつても良い。安定しているが他の点
では通常の白熱光源１２が光フアイバ１６の入力端で焦
点合わせされるリレーレンズ１４を通過する光１３を供
給する。光フアイバは試験されるべきガソリンのごとき
液体中に浸漬されたプローブ構体１８へ光を向ける。直
線通過のプローブとして示されるけれども、該プローブ
は１９９１年１０月８日に出願された本譲受人の同時係
属のアメリカ合衆国特許出願第７７３，１８９号に開示
されたような、戻りフアイバへ光を戻すような反射を備
えた屈曲光学系を有することも可能である。

【００２１】プローブにおいてサンプル空間２０が光２
２が、光の幾つが選択的に濾過されることができる場合
に、液体に通されるよように液体に設けられる。液体を
透過した光は第２光フアイバ２４により取り出される。
光学スイツチ２８を備えたバイパスフアイバ２６が、液
体を透過した光をそれと比較する標準を提供するため
に、フアイバを通る光とともに液体を選択的にバイパス
するために設けられる。第２フアイバ２４は、例えば、
光３５を検出器１１へ分散する凹状ホログラフ格子３３
を利用する分光計３２へ光を運ぶ。スペクトルを示す検
出器からの信号はデイスクまたは他のメモリへの記憶３
９および処理のためにコンピユータ３７に向けられる。
本実施例において、スペクトルは、標準スペクトルに比
較されるかまたはそれに対して較正されるか、または化
学測定モデルを形成するのに使用されることができる、
サンプル液体の「指紋」として使用される。

【００２２】光検出器１１はＥＧ＆Ｇレテイコンにより
製造されたＲＬ１０２４Ｓのごとき在来のソリツドステ
ート型である。かかる検出器は代表的には自己走査型フ
オトダイオードアレイ、電荷結合デバイスであるか、ま
たは電荷注入デバイス等であつても良い。これは、隣接
する感光性ピクセル領域４１、例えば、１０２４ピクセ
ルの直線アレイを有する。ピクセルはライン４２を介し
てコンピユータ３７へ供給される電圧信号を発生するた
めに連続して読み出される。

【００２３】本実施例においては、視準領域４４が図１
に示されるようにそれに幾つかの開口を有する円板４３
を挿入するためにフアイバの１つに設けられる。関連の
レンズ対４５（１つが示される）は視準された光を選択
された開口を介してフアイバ端間に通す。１つの開口４
７はサンプルまたは背景を測定するために機器の通常の
作動のために濾過されない光を通すために空にされたま
まである。他の開口は後述される光学フイルタ要素４
６，４８，５０を含有する。円板は選択された開口また
はフイルタのためにライン５３を介してコンピユータ３
７により自動的にモータ５２によつて、手動でまたはよ
り普通に（例えば、再較正のための選択された間隔にお
いて）位置決め可能である。

【００２４】分光機器は不完全な光学系のため代表的に
は線の広がりおよび歪みを導く。この作用はスペクトル
の非常に鮮明なスペクトル線に関して特徴的な固有の特
性曲線５４によつて説明され得る。特性曲線はスペクト
ル範囲に亘って変化可能である。すなわち、特性曲線帯
域幅および歪みは変化する。本目的のために、スペクト
ルの少なくとも１つの部分（例えば、図２に示される部
分）が関心のあるスペクトル範囲において選択される。
固有の機器特性曲線が存在しかつ各選択された部分に関
して識別される。かかる各特性曲線は半分の高さにおい
て特性曲線の幅として普通に定義される、関連の固有の
帯域幅Ｗ'を有する。

【００２５】全体の標準化および較正のフローチヤート
を図３に示す。本実施形態は２つの全体的な態様、すな
わち、機器作用を置換する絶対標準へのスペクトルの特
性曲線の変換の構造を含む特性曲線標準化５６、および
精密波長較正５８を有する。好都合にはこれら２つの態
様は２つの段階においてともに利用される。すなわち、
一方の段階において変換は較正決定の間中較正データに
印加される。他方の段階において変換および波長較正は
補正マトリクスに結合される。このマトリクスその場合
にサンプルデータ、再較正時の繰り返しおよび更新標準
化を含む続いて起こるすべてのデータに印加５９され
る。（本書でかつ特許請求の範囲において使用されるよ
うに、用語「データ」は検出された波長に関する検出器
への放射線入射の強さに関連付けられる検出器からの信
号情報に言及し、かつまた本書で明記されるような標準
化、変換または他の処理の形状のかかる情報に言及す
る。）

【００２６】特性曲線標準化 特性曲線標準化５６に関して、かつより詳細には図３の
フローチヤートを参照して、機器は公称背景データ６２
を測定しかつ記憶するために予備的に作動６０される。
データの変換により固有の特性曲線を置き換えるように
なされる目標特性曲線６３は各選択された部分の仮定の
狭いスペクトル線に条件が指定され、例えば、図２に示
されるかつ以下に説明されるように、目標特性曲線６３
はガウス（ガウシヤン）分布であつても良い。線源は各
選択された部分に少なくとも１つの狭いスペクトル線を
備え、各線は対応する選択された部分に関する固有の幅
より実質上狭い線幅を有する。これらの線の各々に関す
る未処理のスペクトルデータは機器の作用により関連の
特性曲線（図２）を有する。

【００２７】機器は選択された狭いスペクトル線の各々
に関して１組の特性曲線データ６６を記憶するために線
源により最初に作動６４され、特性曲線データの各ピー
クは対応する選択された部分に関する固有の特性曲線を
示す。特性曲線データはこれを公称背景データ６２で除
算することにより標準化６８される。標準化された固有
特性曲線を相互に分離する分離工程７０の後で、以下に
説明される、標準化された固有の特性曲線１０６を発生
するために、各選択された部分に関する変換デジタルキ
ーフイルタ７２が、該フイルタが各固有の特性曲線１０
６を対応する目標特性曲線６３に変換するように、コン
ピユータプログラムにより確認７４される。挿入（イン
ターポレーシヨン）７６がすべてのフイルタ７８を発生
するように選択された部分間のギヤツプを塞ぐように好
ましくは印加され、かかるフイルタは関心のスペクトル
範囲に亘る１組の選択されたスペクトル要素の各々に関
してである。

【００２８】好適な実施例において、機器用の波長マツ
プ較正が後述される手順５８によるように、確立され
る。波長較正は機器が通常作動されるとき測定されたデ
ジタルデータに一般の使用５９に関して記憶される補正
マトリクスを形成８２するために変換フイルタ７８と結
合される。

【００２９】機器はサンプルスペクトルを示す測定デー
タ８８を記憶するためにサンプル放射線により通常作動
８６される。サンプルは、事実上、直接または伝送、散
乱、反射、蛍光等の放射線源、例えば、原子放出源また
はガソリンを通る上述した伝送放射線であつても良い。
変換フイルタを含んでいる補正マトリクス８４は、対で
サンプルスペクトルおよび背景を示す標準化された、較
正データ９２を発生するためにデータに印加９２され
る。これらはさらに所望の情報を化学測定的に抽出する
ように処理され得る。

【００３０】別の方法として、特性曲線変換フイルタを
測定データに直接印加しかつ波長較正を別個に印加する
ことができる。しかしながら、理解されることは、補正
マトリクスへの結合がデータの便利な、単一の工程処理
を提供するということである。

【００３１】測定されたデータはここでは光検出器を構
成するピクセルに関連して説明される。かかる指定は光
受容器上の多数の光受容区域のみでなく、また走査また
はフーリエ変換機器におけるようなスペクトル点の物理
的増分（物理的マツピング）の他の等価スペクトル位置
を示すようになされる。変換濾過後、ユニツトは任意で
ありかつ変換が理想的である場合に、絶対波長である波
長に較正されることのみが必要となる。かかるユニツト
はここでは「標準化ユニツト」と呼ばれかつ「標準化ス
ペクトル」を示す「標準化データ」に関する「標準化増
分」にあり、そしてピクセルまたは他の物理的増分との
１：１の一致を有する必要はない。例えば、ＩＲスペク
トル範囲にわたつてピクセルと同じ位の標準化増分の約
半分のみにし得る。

【００３２】機器の作動の１部分として幾つかの信号の
予備処理が検出器から到来するすべての未処理信号デー
タに実施されるべきである。これは強さ較正、すなわち
縦座標直線化を包含する。かかる較正は既知のまたはア
メリカ合衆国特許第５，２２９，８３８号に開示された
ような所望の精密方法により行われることができる。他
の予備処理は暗信号、すなわち遮断された光による信号
の減算である。

【００３３】すべての信号データは公称背景６２により
標準化されるべきである。かかる背景はかかる公称デー
タを記憶するために機器を予備的に作動することにより
評価、または好ましくは決定され得る。公称背景の正確
な形状は重要ではなく、目的は殆どの固定パターン変化
および明白なスペクトル変化を除去することである。い
つたん決定されると、この公称背景は永続的に記憶され
かつ常に予備処理以外のデータのさらに他の処理の前に
すべての他のデータに一貫して（変化なしに）印加され
る。標準化はデータを公称背景で除算することにより行
われる。特性曲線データを除いて（ステツプ６６）、個
々の計算工程を除去するために相関マトリクス８４に公
称背景を組み込むのがコンピユータ化された計算におい
て非常に便利である。

【００３４】吸収型スペクトルの代表的な場合におい
て、すべてのサンプルおよび較正データ８８，１２１，
１３０（さらに後述される）はデータとほぼ同時に取ら
れる普通の背景９４（ならびに公称背景）に関して通常
の方法において補正される。かかる場合においてデータ
および普通の背景はまず標準化されかつ補正マトリクス
８４を印加することにより較正（それぞれ９０，１２
７，１３２，９５）される。次いで予備的に補正された
サンプルマトリクス較正データが、通常補正された背景
で除算することにより、普通の背景に関してさらに補正
（９７，９７'，９７''）される。これは対応する十分
に補正されたデータ９２，１２９，１３４をそれぞれ発
生する。放出、散乱または蛍光のごとき他の場合におい
て、普通の背景に関する前記補正は省略されても良い。

【００３５】本実施例が関する限り図示してなくかつ任
意のさらに他のステツプは透過から吸収への従来のデー
タの変換であつても良い。これは一般には吸収スペクト
ルに関してのみでありかつマトリクス補正データの対数
をとることにより行われる。この場合にマトリクス補正
の普通の背景がまた変換されかつ他のデータから減算さ
れる。

【００３６】上に示したように、分光機器は普通には一
般に理想的でない特徴的な固有の特性曲線５４（図２）
でありそして関心のあるスペクトルにわたつて変化する
ことができる。より重要には、高い精度レベルにおい
て、特性曲線は機器から機器へかつ同様に時間から時間
へ変化する。本実施例における第１の目的は出力スペク
トルのかかる線形態を均一に定義された目標特性曲線６
３に変換することである。より一般的には、機器により
発生されるすべてのスペクトル、線またはその他は同一
の方法において変換され、その結果出力スペクトルはも
はや機器に依存せずそして非常に高い精度と比較され得
る。

【００３７】本実施例における工程は所望の目標特性曲
線６３の形状および幅に条件を指定することである。こ
れは非常に鮮明な、狭い入力線（例えば、原子放出また
はレーザ線）の単一ビームスペクトルに所望されるスペ
クトル形状である。また、それは実際の下に横たわる吸
収線が無視し得る幅を有する場合に非常に弱い、鮮明な
吸収特徴に関して所望の形状である。目標特性曲線は、
ガウス分布、スウパーガウス分布、渦巻きガウス分布、
矩形または三角形のごとき機器特性曲線に合理的に匹敵
し得る便利な、数学的に定義し得る形状にすることがで
きる。好都合には、目標特性曲線は形状においてガウス
分布である。目標特性曲線幅Ｗは、それが幾らか小さく
する、すなわち特性曲線幅Ｗが機器特性曲線の固有の幅
Ｗ'に公称上等しくすべきであるけれども、固有の幅Ｗ'
とほぼ同一、またはそれより僅かに大きいように選ばれ
る。必要ならば、目標特性曲線幅および他のパラメータ
が、測定の解像度条件が変化するためかまたは物理的機
器の最悪の場合の解像度がスペクトルを横切って顕著に
変化するため、波長の関数として変化するように条件が
指定されても良い。一般には、目標特性曲線幅は絶対波
長における多項式（第４順位まで）として条件が指定さ
れても良い。しかしながら、可能な場合には、幅を変化
せずかつ作動スペクトル範囲に亘る直線変化のみを許容
するのが好ましい。

【００３８】変換を発生するために、１組の特徴的な機
器特性曲線６６が関心のスペクトル領域に亘る一連の非
常に鮮明なスペクトル線を有する線源から発生６４され
かつ記憶される。線源は目的のために十分な線がありか
つそれらが鮮明である限り重要ではない。一連のレーザ
線または原子放出線源が、十分な数の線が設けられ得る
場合には、使用可能である。線は固有の幅より実質上狭
い、好ましくは固有の幅の２０％以下にすべきである。
とくに適切な線源は円板４３（図１）のフイルタの１つ
として白色光放射線ビームに挿入される非常に精巧なフ
アブリ−ペローエタロン４６である。（「精巧（フイネ
ツス）」はスペクトル線間隔対一連の規則的に間隔が置
かれた干渉計縞線の線幅の比として普通に定義され
る。）用語「非常に」は精巧が少なくとも約３０である
べきことを意味する。エタロンの非常に好都合な形状
（図６）はニトロセルロースのごときポリマフイルム９
６である。エタロン構造において、フイルムはリング上
に引き延ばされるか、または好都合には、指数整合の光
学セメント１０２を備えた１対の平らなガラス窓９８の
間に挟持されても良い。エポキシカプセル化または他の
密封体が構造を取り囲む。

【００３９】フイルムは、近づき過ぎず（過度の重な
り）また離れ過ぎない、適切なピーク密度を設けるよう
な厚さからなるべきである。線間隔（自由なスペクトル
範囲）はＬＳ＝Ｌ² ／２ｎｌにより付与され、ここで、
Ｌ＝波長、ｎ＝フイルムの屈折率そしてｌ＝フイルムの
厚さである。とくに、本目的に関して、フイルムは固有
の特性曲線幅が２〜３ｎｍであるとき近赤外線範囲（８
００〜１１００ｎｍ）に関して一般には１０ないし２５
ミクロンの間の厚さ、好ましくは約１５ないし２０ミク
ロンにすべきである。フイルムは両側で半透明の金被覆
１０２により被覆される。各金被覆は、金のほぼ３００
〜４００Ａの厚さで一般には達成される、１％ないし１
０％の間の透過、例えば約４％で設けるべきである。か
かるエタロンは約４０の精巧を備えた非常に鮮明な縞線
を設けることが見出された。

【００４０】記載されたように、特性曲線データ６６は
これを公称背景６２で除算（６８）することにより標準
化される。最初の標準化特性曲線１０４は重なり（７
０）を除去するために曲線置換により先端で変更される
べきである幾らかの重なり翼部を有するかも知れない。
キー変換フイルタ７２、例えば、変更された固有の特性
曲線１０６から目標特性曲線へ変換するのに要求される
１５個のキーフイルタが最初の組の選択されたスペクト
ル波長１０８に関して計算（７４）される。インターポ
レーシヨン（挿入）は、ピクセル位置に関して、所望の
スペクトル領域を適宜に被覆する１組の変換フイルタ７
８を確立するために選択された波長の間で行われる（７
６）。元のキーフイルタを置換する、インターポレーシ
ヨンからすべてのフイルタをもたらすためにより正確に
することが認められた。波長較正８０が、サンプルスペ
クトルを示す標準化データを発生するためにサンプルデ
ータへの将来の印加のために記憶される補正マトリクス
８４をもたらすために、その場合にピクセル範囲にわた
つてフイルタ７８と結合される。

【００４１】未処理スペクトルを標準化スペクトルに変
換するベクトル処理が図７に示される。変換は直線変換
であり、そして変換は簡単なベクトル−マトリクス乗算
として実行される。ベクトルは選択されたスペクトルに
わたつて較正されたスペクトル強さ対波長を示す。標準
化スペクトルベクトルがＹならば、未処理スペクトルデ
ータベクトルはｙであり、そして変換マトリクスはＴで
あり、そこでＹ＝Ｔｙである。

【００４２】実際の状態に関して、特定の標準化スペク
トル要素を発生するために必要とされる情報は本来未処
理のスペクトルの限定された部分から到来し、幅の領域
は機器特性曲線幅のほぼ数倍となる。かくしてマトリク
スＴにおいて殆どの係数Ｔ_{i j} はゼロとして得られるこ
とができる。マトリクスの各列は、対角線上または近く
で、幾つかの（代表的には２０〜４０）非ゼロ要素を含
み、その結果マトリクスＴはコンパクトな形状において
有効に記憶されることができ、かつ実際のマトリクス乗
算は比較的迅速にし得る。ベクトルＹおよびｙの単位は
一般に等しくない。代表的には１０２４個のピクセルが
ｙににありかつ５００ないし７５０のスペクトル増分が
標準化ベクトルにあるが、後者の数は適用の条件に依存
して広範に変化することができる。

【００４３】標準化単位は絶対波長によつて任意に定義
され、すなわちピクセルは直接較正されない。補正マト
リクス８４はサンプルデータが波長に直接関連付けられ
るように較正を行う。

【００４４】波長較正 機器の波長（ＷＬ）較正に関する概略は図３および図４
のフローチヤートに含まれる。記憶された最初の波長較
正１１２は臨界パラメータを決定するために較正ランプ
の使用により強調された機器の光学モデルを使用する公
称機器較正により普通に設けられる。光学モデル計算は
機器の物理的配置から通常の方法により行われる。最初
の較正はかなり正確にすることができ、例えば９９．９
％の確度にすべきである。最初の補正マトリクス８４は
最初の較正により発生（８２）される。機器の物理的標
準からの続いて起こる精密較正スペクトルデータは１ま
たはそれ以上の繰り返しループ１１８によりなされる改
善を介して、初期のマトリクスから形成される洗練され
た補正マトリクス８４により処理（総括的に５８）され
る。

【００４５】最初の較正はスペクトル波長対所望のスペ
クトル帯域に亘る光検出器ピクセルのようなスペクトル
位置に関してである。用語「波長」が本書および請求の
範囲において使用されるけれども、波数または周波数は
本目的に関して等価であるとして利用され得る。

【００４６】機器は精密に識別された波長の少なくとも
１つの１次スペクトルピークの物理的標準較正源を包含
する。好適な較正源は、円板４３（図１）によつて、放
射線ビームに挿入される光学標準４８である。短波の近
赤外線にとくに適する光学波長標準は精密に識別された
波長（ほぼ９３８．５および９４６．０ナノメータ）の
２つの近接した１次スペクトルピークにおいて吸収する
ネオジウムでドーピングされたイツトリウムアルミニウ
ムガーネツト（Ｎｄ：ＹＡＧ）水晶フイルタである。２
つのピークはともに精密に識別された波長において中央
１次スペクトルピーク１１７を定義する。（本書および
請求の範囲において使用されるように、用語「スペクト
ルピーク」は単一の中心ならびに、より一般的にはＮ
ｄ：ＹＡＧ二重項のごとき幾つかのピークの識別された
中心を意味する。）

【００４７】較正ステツプ（図３および図４）に関し
て、機器は１次スペクトルピークを示しかつ較正特性曲
線を定義する較正データ１２１を発生するために物理的
標準較正源である波長較正源により最初に作動１１９さ
れる。較正データは縦座標較正を含んでいる上述した前
処理により変更され、そして補正された標準ピークデー
タ１２９を発生するために補正マトリクス８４によりか
つ普通の背景（９７'）に関して補正（１２７）され
る。補正された標準ピークデータは好都合には公称背景
標準化を含み、かつまた最初に光学モデルからマトリク
ス続いて繰り返しループを介して以前の較正シーケンス
からである波長較正を含んでいる。

【００４８】ＷＬ標準特性曲線の中心（ピーク）の明白
な波長が幾つかの方法のいずれかににより決定される。
波長標準特性曲線位置（図８）の好適な態様１３１にお
いて最初の較正特性曲線１２０が記憶され、そしてこの
特性曲線はまた逆にされた特性曲線１２２を作るために
スペクトル位置に対して評価された中心波長１２１を中
心に反転される。記憶された特性曲線および逆転された
特性曲線は次いで完全に対称な結合特性曲線１２４を作
るために加算される。元の較正データ１２０は次いで評
価された中心波長１２１と１次スペクトルピーク１１７
との間のずれ１２５を決定するために結合された特性曲
線１２４に適合させられる。したがつてずれはスペクト
ル位置に対する１次ピーク位置を定義する。

【００４９】公称中心からのＷＬ標準特性曲線１２０の
ずれ１２５は結合された特性曲線１２４およびモデル成
分として波長に対するその派生体を使用する在来の最小
二乗適合方法により精密に決定される。結果として生じ
る中心位置１１７は補正されたスペクトルの１点を公知
の基準波長に較正するのに使用される。詳細は計算方法
の例により以下に記載される。

【００５０】機器はさらにスペクトル帯を横切って間隔
が置かれた多数の２次ピークを発生するために物理的標
準源を備えており、各２次ピークは相関定数にしたがつ
てピーク波長に識別し得る整数順位数を有する。適宜な
標準は低い精巧（フイネツス）のフアブリ−ペローエタ
ロン５０、好ましくは円板４３（図１）に配置された、
約５０ミクロンの厚さの被覆されない溶融シリカプレー
トである。この光学要素は多数の２次ピークの縞パター
ン中に放射線を伝送する。光学要素は十分に定義されか
つ良く知られた関係において波長に僅かに関連付けられ
る屈折率（ｎ）を有する。縞順位数（ｍ）は標準縞等式
（ｍ＝ｎＴ'／Ｌ）により相関定数（Ｔ'）にしたがつて
ピーク波長（Ｌ）に識別される。用語Ｔ'は要素の有効
厚さの２倍である。すなわち、Ｔ'はＴが実際の厚さで
ある場合にほぼ２Ｔである。定数Ｔ'が本書で開示され
た手順により非常に正確に決定されることができるの
で、実際の厚さは知られる必要はない。また、本方法は
均一でない厚さおよび温度により誘導される変化を平均
しかつ時々変化するかも知れない機器内のエタロンの誤
方向付けを補償する。

【００５１】機器は次にピクセルに関連して確認された
ピーク位置を有する２次ピークを示す２次データ１３０
を発生するために低いフイネツス（ＬＦ）のエタロンに
より作動１２８（図４）される。２次データは補正され
た２次ピークデータ１３４を発生するためにマトリクス
８４により補正１３２される。最初のラウンドに関し
て、ピーク波長は近似のみであり、印加された補正マト
リクスに含まれる光学モデル較正より正確でない。次の
ステツプ１３６は、ピクセル位置に関連して、または較
正によりピクセル位置に関連する標準化された位置に直
接関連して２次（縞）ピークを正確に配置するために、
Ｎｄ：ＹＡＧ水晶の１次ピーク１１７（またはその中心
等価）の正確に知られた波長に関連して上記等式を利用
する。

【００５２】相関定数Ｔ'は最初に少なくとも１つの選
択された順位数にしたがつて評価されかつ対応するピー
ク波長が公称較正により決定される。この評価は波長を
上記等式に適合させかつ相関定数すなわち傾斜Ｔ'を設
けるように派生体を取ることにより好都合に行われる。
較正順位数、すなわち本当の整数順位数が、次いで１次
ピークに隣接して配置された選択された２次ピークに関
して識別され、かかる識別は等式、評価された相関定数
および公称較正により選択された２次ピークに関して決
定された予備波長に従っている。他のすべての２次ピー
クに関する順位数はその場合に較正数から簡単にカウン
トアツプおよびカウントダウンすることにより確立され
る。

【００５３】１次ピークに関する実際の順位数はその各
側で２次ピークから挿入（インターポレーテイング）さ
れ、１つは選択された２次ピークである。精密な相関定
数が次いで部分順位数および精密な１次ピーク波長から
計算される。精密相関定数が絶対較正波長を関連の順位
数にかつそれによりスペクトル位置に対する２次ピーク
位置に割り当てるために上記等式により利用される。波
長補正係数１１６は記憶され、波長マツピング１１４が
更新され、そして補正マトリクス８４が同様に更新され
る。

【００５４】継続して図４を参照して、絶対波長（Ｗ
Ｌ）決定（１３６）後、２次データの観察されたピーク
位置が明白な波長位置（原稿の波長較正にしたがつて）
の予備モデルを発生するために適合（１３８）させら
れ、そしてこのモデルのピークはスペクトルを横切る波
長誤差を提供するために割り当てられた絶対較正波長か
ら減算（１４０）される。誤差は多項式（１４２）を使
用して適合させられた曲線であり、そして決定は誤差曲
線が予め定めた許容し得るレベル内にあるかどうかにつ
いてなされる（１４４）。誤差曲線のレベルが許容し得
ないならば、ステツプはマツピング発生器１１４用の波
長補正係数１１６の更新１４７を包含するように分岐１
５０を有する、小さい再較正ループ１１８について繰り
返される。誤差曲線のレベルが許容し得るならば、較正
は完全（１４６）と見做され、そして補正マトリクス８
４がサンプルデータへの印加に備えて保持される。

【００５５】図４の手順は、２つのループ、すなわち大
きな再較正ループ１４８および小さな再較正ループ１１
８により、繰り返して作動する。すべての作動は自動的
に運転および運行されるパラメータテーブルである。通
常、大きな再較正はたまに、または修理が装置に対して
なされるとき行われる。これらは比較的計算が多く時間
を消費する。小さな再較正はより迅速でありかつ、光学
装置の受動安定性に応じて、要求されるとき頻繁になさ
れることができる。通常、小さなループは収束が多項補
正係数をマツピングすることに対する補正が無視し得る
ために得られるまで繰り返される。これは初期の工場較
正時３ないし４回の繰り返しを要求するかも知れない
が、その後通常は１または２回のみである。

【００５６】前記ステツプを実施するためのプログラミ
ング手段はコンピユータにより利用される演算装置の供
給者を通して一般に利用し得る「Ｃ」のごとき在来のコ
ンピユータ言語により便利にかつ容易に達成される。曲
線適合が普通でありかつプログラムはそれゆえ容易に利
用し得る。全体のプログラムは、例えば、分光計と連係
することができる、デジタル・エクイツプメント・コー
ポレーシヨンのモデル３１６＋コンピユータで作り上げ
られ得る。

【００５７】この発明は同一の選択された目標特性曲線
を有する各機器により発生されるデジタルの共通の標準
化を提供する。該標準化は種々の機器からかつ時々各機
器から引き出されるかかるすべてのデータがあたかもす
べて単一の仮定の不変機器により発生されたものである
ようになつている。かかる仮定の機器はその固有の特性
曲線として選択された目標特性曲線を有し、かつ信号／
雑音（Ｓ／Ｎ）比および１次波長標準較正源の再生性に
より制限される以外、誤差許容レベルの設定において所
望されると事実上同じ位精密な波長確度を有する。時々
の再較正は完全に自動化されることができ、その結果機
器は連続して正確な出力データを供給し得る。かかる機
器は、近赤外線透過によりガソリンオクタンを監視する
ためのごとき、放射線透過または放出の非常に微妙な差
異を検出するのにとくに適する。

【００５８】理解されることは、本実施例は機器により
もたらされた分光機器データの歪みを示す固有の特性を
有する分光機器を標準化することを提供するということ
である。本実施例は分光測定標準化データ用の仮定の目
標関数（特性曲線）を条件として指定することを含む。
目標関数は固有の特性曲線に対する同様な幅のガウス分
布のごとき固有の特性に匹敵し得る。変換関数（例え
ば、マトリクス）は固有の特性を目標特性に変換するた
めに決定され、そして変換関数は標準化データを発生す
るために機器データに印加される。波長較正が利用され
るならば、較正された標準化データを発生するために機
器で印加される、補正関数をもたらすために変換関数と
結合されねばならない。

【００５９】計算方法の例 分離特性曲線 標準化された特性曲線は重なりを除去すべく変更される
べきである重なり翼部を有するかも知れない。適宜な方
法が使用され得る。有用と認められる翼部モデルは次式
（各谷部に関して）である。

【００６０】ｙ（Ｐ）＝ａ_L ｅｘｐ〔−ｂ_L ＊（Ｐ−Ｐ
_v ）〕＋ａ_R ｅｘｐ〔ｂ_R ＊（Ｐ_v −Ｐ）〕＋Ｃ ここで、Ｐ＝ピクセル数、Ｐ_V ＝谷部中心ピクセル、Ｃ
＝基線定数ずれ、ａ_L ，ａ_R ＝左、右指数翼部の振幅、
ｂ_L ，ｂ_R ＝（Ｌ，Ｒ）翼部の指数傾斜係数。

【００６１】初期の５つのパラメータ非直線適合ラウン
ドにおいて、各谷部はａ_L ，ｂ_L ，ａ_R ，ｂ_R およびＣ
を生じるように適合させられる。次の段階において、基
線はＣ'に全体の多項式適合により置き換えられる。ｂ
の値は多項式適合から生じる平滑にされた値により第１
ラウンドの値（左および右独立して）に置き換えられ
る。各谷部の２つのａ係数が次いで簡単な直線ＬＳ適合
（２つのパラメータのみ）を使用して再適合させられ
る。結果として生じる指数翼モデルは次いで個々の分離
されたキー特性曲線評価を供給するために観察された特
性曲線コアに接合される。本手順のフローシートが図１
０に示される。

【００６２】スペクトルを横切る規則的な間隔において
機器特性曲線を測定するために金被覆の高いフイネツス
のエタロンの透過ピークを使用することにおいて、幾つ
かのエラーがエタロン特性曲線が完全に鮮明でないため
生起する。この不完全さは測定可能な金の反射力および
厚さ非均一性による。結果として、特性曲線変換フイル
タはエラーが僅かであり、その結果本当に鮮明な線（レ
ーザ線またはガス放出線のごとき）のその後に変換され
た特性曲線が規定されたガウス分布より狭くなることが
判明する。多くの用途に関してエラーは小さくかつ無視
され得るが、必要なときそれは、未処理のエタロンスペ
クトルが、公称背景による除算を含む、あらゆる処理の
前に測定可能な金エタロン縞（フリンジ）幅に関して補
正される逆回旋（デコンボリユーシヨン）方法により十
分に除去されることができる。補正は非常に高い解像度
の分光計を使用する個々の測定によりまたは、代替的
に、ガス放出線ピーク形状に金エタロンピークを比較す
ることにより認められることができる。逆回旋フイルタ
はここではフイルタを計算するのに使用される技術と同
一である最小二乗回帰技術により計算され得る。

【００６３】特性曲線変換デジタルフイルタ １組のキーフイルタが、上記キー特性曲線の各々に関し
て少なくとも１つ発生される。フイルタの大きさｎ
_F （物理的なピクセルユニツトにおける素子の数、常に
奇数）は予め条件として指定される。使用者はスペクト
ル範囲に広がるように各々異なる大きさを有する幾つか
のグループのフイルタを条件として指定することができ
る。これは、より狭いフイルタがそれらが十分である場
合にスペクトル範囲の部分に使用されることができ、か
つより広いフイルタが必要な場合のみ使用される（より
不十分な機器解像度またはより正確な化学測定要件のた
め）ので、メモリ使用および速度の最適化を許容する。
グループ割当てはまたスペクトル範囲の各端部での「デ
ツドゾーン」を最小にするためにスペクトル範囲の端部
において非常に短いフイルタの使用を許容する。

【００６４】特性曲線デジタルフイルタ（ＰＤＦ）は変
換された未処理特性曲線と対応する目標特性曲線との間
の平均二乗エラーを最小にする特定の長さｎ_F のそれら
の直線フイルタであるように設計されかつ計算される。
計算方法は簡単でかつ良く知られている。フイルタを作
成する係数Ｆ_i はモデルベクトルが未処理特性曲線の連
続して移動されるコピーである通常の直線最小二乗回帰
の適合係数として決定され、そして適合されるべき目標
特性曲線関数は所望の目標特性曲線（代表的にはガウス
分布）である。

【００６５】回帰計算は均一に重みを付けられることが
できるか、または特性曲線の端部が翼部におけるフイル
タ性能を改善するために優先的に重みを付けられること
ができる。フイルタは係数の単位合計に見積もられる。
さらに、フイルタはピーク中心の最小移動を発生するよ
うに設計される。これは未処理特性曲線の中心を最初に
計算することにより達成される。対応するずれはその場
合に合成目標特性曲線に組み込まれ、その結果フイルタ
は特性曲線移動を発生しないことを要する。この用心に
も拘わらず、結果として生じるフイルタは、それらの非
ゼロ中心により証明されるように、常に多少の残留移動
作用を有する。

【００６６】計算はピクセル空間において完全に行われ
る。それゆえ、フイルタを発生する最小二乗回帰の目標
である目標特性曲線を合成することにおいて、ピクセル
上への標準化要素のマツピング、スペクトルにわたつて
変化するマツピングを考慮しなければならない。加え
て、目標特性曲線の幅は波長に依存するように条件とし
て指定されても良い。それゆえ、キーフイルタ発生は波
長較正が完全でかつ正確であるときのみ正しくなされる
ことができる。最初の通過時、マツピングは必然的に近
似し、その結果発生されるフイルタは幾らか不正確であ
る。したがつて、方法全体が少なくとも１回（大きな再
較正ループ）繰り返されねばならない。エラーは、しか
しながら、波長エラーにおける第２順位からなりそして
ＰＤＦの収束は非常に急速である。

【００６７】機器の標準化を実施するために、各選択さ
れたスペクトル要素用のフイルタを必要とする。一般
に、各フイルタは僅かに異なる。実際の場合に、物理的
な機器特性曲線の変化はＰＤＦがキーフイルタ間に連続
して挿入されることができるように十分に漸進的であ
る。挿入手順は任意（標準波長）のユニツト（変換後ピ
クセル空間に置換する）の空間において発生し、そして
フイルタ係数による係数で実施される。異なる大きさの
フイルタグループが使用されるとき、挿入は各グループ
内のみで実施される。各グループ内に包含されるキーフ
イルタはグループ境界近傍のキー特性曲線が両方の大き
さに関してＰＤＦを発生するのに使用されるように重な
り合う。これは非常に標準化された要素用のＰＤＦが、
外挿が要求されるかも知れないスペクトル範囲の両端に
おける以外、一方のグループまたは他方のグループのフ
イルタについての挿入により得られることができること
を保証する。

【００６８】標準挿入方法は特定の要素において中間の
フイルタ係数を引き出すのに使用され得る。３点ラグラ
ンゲ挿入は３点（すなわち、３つの連続フイルタのｊ
^{t h} 係数）に２次適合を有効に使用する。直線挿入／外
挿が端部領域において使用される（ラグランゲ２点挿
入）。キーフイルタは必ずしも等しく間隔が置かれる必
要はない。

【００６９】較正マトリクスの発生 挿入されたＰＤＦがいつたん制御下にありかつ標準化要
素とピクセルとの間波長マツピングの評価が存在するな
らば、変換を実際に行うマトリクスが形成されることが
できる。ｉ^{t h} の標準化要素に対応する、マトリクスの
ｉ^{t h} 行に関して、すべてゼロがマトリクスの対角線上
または近傍の非ゼロ部分を除いて使用される。この部分
は基本的には波長マツピングにしたがつて正確な端数の
ピクセルを発生するように変更された、対応するＰＤＦ
である。また、各要素は所望の標準化を導入するために
固定の公称背景ピクセルスペクトルにより分割される。
部分中心はｉ^{t h} 要素にマツピングするのに最も近くな
るピクセルに向けるように位置決めされる。

【００７０】とくに、ｉ^{t h} 行の非ゼロ部分は、｛Ｇ_i
＝Ｆ_i 〔回旋〕Ｓ_i ｝により付与され、ここでＦ_i はｉ
^{t h} 標準化要素、そしてＳ_i はマツピングの全ピクセル
プラス副ピクセル調整を行うための移動フイルタであ
る。この回旋後、Ｇ_i の個々の要素はそれぞれの背景標
準化要素Ｂ_j を除算することにより、すなわちＴ_{i j} ＝
Ｇ_{i j} ／Ｂ_j により標準化される。係数Ｓ_{i j} は標準化
要素ｉからマツピングする最も近いピクセルのまわりの
幾つかのピクセルにわたつてのみ非ゼロである。それら
は（ａ）マツピングの端数部分、および（ｂ）ＰＤＦ
Ｆ_i の非ゼロ中心による寄生移動を説明するのに必要と
される適切な副ピクセル挿入に実質上等しい直線変換を
実行するように計算される。

【００７１】移動フイルタを発生するのに使用される挿
入方法の選択は未処理データの品質に依存する。スペク
トルがかなりオーバーサンプリング（例えば、１０ピク
セル／特性曲線幅）されかつＳ／Ｎが非常に高い（＞１
０⁴ ）であるとき、本当に簡単な挿入方法が適切であ
る。とくに、移動は低い順位のラグランゲ挿入（通常４
点、挿入端数ピクセル値に跨がる４点に対して三次多項
式を適合させることに対応する）４つのラグランゲ係数
は移動フイルタＳ_i を構成する。ＰＤＦ Ｆ_i により回
旋されるとき、部分長さは３ピクセルだけ増加する。

【００７２】波長標準測定 波長標準の未処理スペクトル（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザ水晶、６ｍｍ厚さ、ドーピング〜０．５％）が標準
化されかつ二重ビーム吸収形状に変換される、すなわ
ち、標準化された強さスペクトルが測定された標準化背
景かつ同時に、吸収に変換された結果（−ｌｏｇ_{1 0} ）
により除算される。窓は標準線の予想位置のまわりで調
べられる。ピーク（または二重ピーク）を見つけると
き、ピーク位置対数が標準化ユニツト中のその位置（較
正が収束されるならば、絶対波長に等しい）を決定する
のに使用される。その公知の本当の位置からの観察され
たピーク位置のずれがその場合に、標準化要素において
注目される。

【００７３】適宜なピーク位置アルゴリズムは以下の通
りである。まず、粗いピーク発見が行われる。これは調
査窓における最高のスペクトル点である。対称の多重線
の場合には我々はスペクトルを、標準化要素間隔が挿入
なしに許容するのと同じくらいそれに近接して、公知の
多重線ににより対称的に移動されるスペクトルの多数の
コピーを重畳しかつ加算することにより前処理する。こ
れは多重線の対称の中心において単一の最高のピークを
有する合成擬似スペクトルを結果として生じる。ピーク
位置はこの擬似スペクトル中心ピーク（ほぼその最高
点）の中心を計算することによりさらに精密にされるこ
とができる。中心計算はより低いレベルのカツトオフが
確立されることを要求し、これは基線上方のピーク高さ
の固定部分としてなされる。

【００７４】制御下にあるこのさらに精密にされたピー
ク位置評価により、我々は元の標準化された二重ビーム
スペクトル（擬似スペクトルではない）に復帰する。評
価を予備ピーク中心として取るとき、我々はスペクトル
をこの点のまわりに左方から右方に裏返す。この裏返し
（フリツプ）点は、一般にデータ点上にまたはそれらの
間の中間ににないので、元の格子でサンプリングされる
裏返された回転を発生することは挿入を要求する。立方
（キユービツク）スプラインまたはラグランゲ挿入は両
方とも目的に適する。左右反転スペクトルは次いで実際
のピーク形状と同様な、ピーク形状モデルを発生するた
めに元のスペクトルに加算されるが、構成により裏返し
点のまわりに対称に保証される。元のスペクトルはその
場合にモデルスペクトル、すなわち（ａ）対称的にされ
たピーク形状モデル、（ｂ）ピーク形状モデルの数値的
派生物、および（ｃ）１またはそれ以上の多項式背景項
（代表的には定数、直線項、および２次項）として使用
する普通の直線最小二乗回帰を使用して適合させられ
る。観察された線の移動はその第１派生物の混合として
第１順位にモデル化される。したがつて、派生物ベクト
ルに対応する最小二乗適合係数はその仮定された位置か
らのピーク移動の測定である。これは移動がピーク幅の
小さな部分である限り有効であり、その状態は上記手順
を見出している粗いピークにより確実にされる。移動を
決定するための技術は１９９１年１０月４日に出願され
た本譲受人のアメリカ合衆国特許の同時係属出願７７
１，７０５号に開示されている。

【００７５】第２波長標準線、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ中
の８５３ｎｍに位置される線を測定するのが望ましいか
も知れない。この測定は較正シーケンスにおいて早期に
機器波長分散を決定するのに使用され、そしてマーカー
エタロン縞数の考え得る誤った識別を回避する。それは
最終的な較正に作用しない。

【００７６】第２ピーク測定 単一の低いフイネツスの縞スペクトルが有効なエタロン
厚さを決定しかつ縞の各ピーク（および谷部）での標準
化較正横座標を測定するのに使用されれる。包絡線１５
１中の平均中心二重ビーム標準化吸収縞スペクトルが図
９に示される。ピーク１５２および谷部１５４（本目的
のためのピークを構成する）は縞のゼロ交差を見出すこ
とによりほぼ配置される。ピークおよび谷部は波数（反
復波長）におけるゼロ交差間のほぼ中間であるように取
られる。

【００７７】最小二乗回帰は、多項式（２より大きいか
またはほぼ等しい順位の）をピークおよび谷部点に同時
に適合させることにより、縞の包絡線を確立するように
行われる。この包絡線適合は縞分析において後で使用さ
れる。標準化ユニツトは減少された波数またはＺ＝ｓｎ
（Ｓ）によりＺユニツトに変換され、ここで、ｓ＝（１
／Ｌ）が波数（ｃｍ^{- 1} ）（真空）でありそしてｎ
（ｓ）は波数の関数としてのエタロン材料の屈折率であ
る。エタロン等式はｍ＝ＺＴ'として書き表され、ここ
でｍは干渉の順位、Ｔ'はエタロンの２倍の有効厚さで
ある。

【００７８】縞ピークおよび谷部のＺ位置に対する縞数
をプロツトすることは非常に高い直線プロツトを付与す
る。その点に対する直線適合が行われるとき、傾斜は有
効厚さの２倍の第１の評価、すなわち、Ｔ'＝ｄｍ／ｄ
ｚを付与する。ｉ番目の縞ピークの絶対順位数ｍはその
場合にｍ_j ＝ＩＮＴ（ＺＴ'）を使用して見出される。
正確な順位数を各縞に割当て（ピークに関して整数、使
用されるならば、谷部に関して半整数）た後、次いでｄ
ｍ／ｄｚ、かつそれゆえ有効厚さをより正確に決定する
ために単一のパラメータ最小二乗適合（傾斜のみ、切片
なし）を行うことができる。これはＴ'に関しての「改
善された評価」である。

【００７９】この点において、波長標準線がそれにおい
て発生する縞数が見出される。これを行うために、波長
標準（上記で決定されるような）の標準化ユニツト位置
に跨がる幾つかの（代表的には２ないし５）隣接する縞
スペクトルが詳細に検査される。とくに、それらのピー
ク（谷部）Ｚ位置が後述されるような手順により正確に
測定される。

【００８０】これらの幾つかの縞の順位数は次いでそれ
らの測定されたＺ位置および行われた直線適合（直線回
帰）に対してプロツトされる。垂線Ｚ＝Ｚ（観察され
た、波長標準）によるこの回帰線上のｍ切片はその場合
にＷＬ標準波長に対応する端数の順位数ｍ'を付与す
る。次いでＴ'＝ｍ'／Ｚ（絶対、波長標準）から２倍の
有効エタロン厚さに関する最終の最良評価を計算するこ
とが可能である。

【００８１】縞は次いで１つづつ計算される。各々に関
して（ａ）有効厚さに基づいて理論的なＺ位置が計算さ
れそして（ｂ）適合方法（以下）を使用して観察された
Ｚ位置が測定される。差異はスペクトル中のこの点にお
ける較正誤差として取られる。また、この同一の情報は
波長エラー対物理的ピクセル数に変換される。波長エラ
ーに対する多項式適合が次いで、代表的には順位３また
は５について行われる。この適合の係数は、特定された
しきい値より大きいならば、その場合に直接減算により
り多項式補正係数をマツピングするマスタ波長を更新す
るのに使用される。

【００８２】第２標準（低いフイネツスのエタロン）ピ
ークおよび谷部は直線適合方法により精密に配置され
る。各ピーク（谷部）を取り囲むスペクトルの小さな領
域、代表的には０．７ないし１．５の縞幅は、Ｚ空間内
の適切な周期のモデル関数合成変更サインおよびコサイ
ン縞として使用するために個々に最小二乗適合させられ
る。サインおよびコサイン関数はそれらに上記で決定さ
れた包絡線関数を乗算することにより変更される。基線
ずれ項がまた適合に包含される。ピーク位置ずれはサイ
ン対コサイン回帰係数の比により付与される。

【００８３】本発明は特定の実施例に関連して詳細に上
述されたが、本発明の精神および特許請求の範囲内にあ
る種々の変化および変更は当該技術に熟練した者には明
らかとなる。それゆえ、本発明は特許請求の範囲および
それらの同等物によつてのみ制限されるべく意図され
る。

【００８４】叙上のごとく、本発明は、近赤外スペクト
ル線を通過するために非常に精巧なエタロンを含むエタ
ロン構造において、前記エタロンがその各側で被覆する
半透明な金を有する薄いポリマフイルムからなり、各被
覆が１％ないし１０％の間の透過を提供するのに十分で
あるように構成としたので、較正に利用され得る新規な
非常に精巧なエタロンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における分光装置を示す概略図である。

【図２】分光機器の固有特性曲線、選択された目標特性
曲線、および関連の変換フイルタを示すスペクトルプロ
ツトを示す図である。

【図３】実施例において利用されるコンピユータプログ
ラムに関するフローチヤートである。

【図４】実施例において利用されるコンピユータプログ
ラムに関するフローチヤートである。

【図５】図３と図４の関係を説明する説明図である。

【図６】本発明による高いフイネツスのエタロンの断面
図である。

【図７】実施例における補正マトリクスを利用するベク
トル乗算を説明する説明図である。

【図８】二重ピーク較正特性曲線および実施例における
その処理を示すスペクトルプロツト図である。

【図９】実施例において利用される低いフイネツスのス
ペクトルを示すスペクトルプロツト図である。

【図１０】図３および図４のフローチヤートにおける特
性曲線を分離するためのステツプの詳細なフローチヤー
トである。

【符号の説明】

１０ 分光機器 １１ 光検出器 １２ 光源 ３２ 分光計 ３７ コンピユータ ４３ 円板 ４６ 光学フイルタ要素 ５４ 固有特性曲線

フロントページの続き (72)発明者 ディヴィッド・エイチ・トレーシー アメリカ合衆国 コネチカット 06850、 ノーウォーク、ベルデン・ヒル・ロード 581 (72)発明者 ロバート・エイ・ホウルト イギリス国 イングランド エイチピー９ １キューエイ、バッキンガムシャイア ー、ビーコンズフィールド、ポスト・オフ ィス・レーン （番地なし) Ｆターム(参考） 2H048 GA03 GA09 GA13 GA48 GA61

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 近赤外スペクトル線を通過するために非
   常に精巧なエタロンを含むエタロン構造において、前記
   エタロンがその各側で被覆する半透明な金を有する薄い
   ポリマフイルムからなり、各被覆が１％ないし１０％の
   間の透過を提供するのに十分であることを特徴とするエ
   タロン構造。
2. 【請求項２】 前記ポリマフイルムが約１０ないし２５
   μｍの厚さであることを特徴とする請求項１に記載のエ
   タロン構造。
3. 【請求項３】 前記ポリマフイルムがニトロセルロース
   であることを特徴とする請求項１に記載のエタロン構
   造。
4. 【請求項４】 さらにそれらの間に挟持されたエタロン
   を有する１対の平らなガラス窓からなることを特徴とす
   る請求項１に記載のエタロン構造。