JP2011503596A - 自由サンプリングを用いる干渉逆変換のための方法及びデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の態様によれば、放射源、及び／又は該放射源と干渉計との間にあり、放射が通過する媒質の特徴変数を測定するための干渉逆変換法であって、干渉計は、放射源と該干渉計との間で同じ経路を進んできた２つの光線間に限られた数の光学的段差を作り出すことによって、該放射のインターフェログラムを生成することができ、該方法は、それによって逆変換の改善を特徴付ける量を決定するステップと、いかなるサンプリング規則性の制約も加えることなく、逆変換の改善を特徴付ける量の最適化に主に寄与する段差を選択するステップと、選択された段差のみを用いることによって、自由なインターフェログラムを生成するステップとを実施することを特徴とする、干渉逆変換法に関する。第２の態様によれば、本発明は、本発明の第１の態様による方法を実施するための干渉計を提供する。

Description

本発明の分野は、放射源、及び／又は放射源と干渉計との間にあり、放射によって横切られる媒質の特徴を明らかにする（characterizing）干渉法の分野である。

より具体的には、本発明は、干渉計によって生成されるインターフェログラムに含まれる情報を直接利用することによって干渉逆変換（interferometric inversion）を適用する、放射源、及び／又は放射源と干渉計との間にあり、放射によって横切られる媒質の特徴を明らかにするための干渉逆変換法に関する。

放射源Ｓ、及び放射源Ｓからの放射によって横切られる媒質Ｍが図１に示される。

放射源Ｓは自然の放射源（たとえば、地表、太陽等）、又は人工の放射源（たとえば、ランプ、レーザ等）とすることができ、その特性はたとえば、温度、放射率／反射率（化学物質、鉱物組成、湿度レベル等に関連する）である。

媒質Ｍは、地球の大気又は惑星大気、気体又は液体セル、化学的又は生物学的な対象分子を含む標本等とすることができ、その特性は、たとえば、温度、種々の元素の化学組成及び濃度、気体内の固体又は液体粒子の存在等である。

一般的に、媒質Ｍを横切った後に、放射源Ｓによって放射される放射を収集する干渉計によって生成されるインターフェログラムから、放射源Ｓ及び／又は媒質Ｍの１つ又は複数の特性を再び見つけることによって、放射源Ｓ及び／又は媒質Ｍの特徴を明らかにすることが求められる。これらの見つけられた特徴は、定性的であるか（所与の分子の存在）、又は定量的である（気体の濃度の測定値、又は大気の温度プロファイルの測定値）。

既知の技法は、放射源と干渉計との間で同じ経路を進んできた２つの光線間に限られた数の光路差を作り出すことによって、放射源Ｓから生じ媒質Ｍを横切った放射をその放射のインターフェログラムを生成することができる干渉計（図示せず）の入力に導くことから成る。

したがって、そのインターフェログラムは、干渉計の入力における輝度スペクトルの光学的なフーリエ変換を表す。

フーリエ変換分光器を用いるための従来の技法は、放射源、及び／又は放射によって横切られる媒質から特徴が明らかにされる場合がある、対象とする特性を後に逆変換するために、インターフェログラムからサンプルスペクトルを再構成する。

スペクトルを再構成するには、逆フーリエ変換を計算する必要がある。その際、インターフェログラムからスペクトルに進むには、シャノン又はナイキスト条件を満たすように、インターフェログラムを相対的に規則的にサンプリングする必要がある。これは、２つのサンプル間の最大距離を１／（２Δσ）以下にすべきであることを意味する。ただし、Δσは観測されるスペクトル帯域の幅であり、インターフェログラム内の最小ポイント数は、Ｄの最大光路差の場合に２ΔσＤである。インターフェログラムをサンプリングするためのこの基準は、特に従来のフーリエ変換分光器を製造する場合に、機器において厳しい制約である。実際には、高いスペクトル分解能を達成するために（たとえば、スペクトル内の細い線を検出するために）、Ｄの値は大きくする必要があり、それゆえ、インターフェログラムは、多数のサンプルを含むべきである。

不規則にサンプリングされるインターフェログラムからスペクトルを再構成できるようにする技法がある。しかしながら、これらの技法は、以下の制限を有する。
−それらの技法は、インターフェログラムのサンプリングに関する制約を伴う場合があり、そのサンプリングは、不規則ではあるが、全体として自由ではない。
−それらの技法は、スペクトルの一部（一般的に、数本の輝線）しか再構成できない場合があり、それでは、吸収スペクトルに適用することができない。

放射源Ｓ及び／又は媒質Ｍの特徴を明らかにするために、インターフェログラムからスペクトルを再構成し、スペクトルを逆変換する従来の技法が、図１の破線の構成要素によって示される。

本発明は、インターフェログラム内に含まれる情報を直接利用して干渉逆変換を適用する技法の範囲に入り、これにはいかなるスペクトル再構成も用いられない。これらの技法は、図１の破線内のステップをなくすことによって、特徴評価ループを「短縮する」可能性を与える。

実際には、インターフェログラム内に含まれる情報を直接利用して干渉逆変換を達成するために、スペクトルから、横切られる媒質及び／又は放射源の特性に進むために用いられるのと同じ逆変換アルゴリズムを用いることができる。たとえば、最適推定又は近接認識のようなアルゴリズムが適している。この点で、所与のスペクトルに関して逆変換するか、又は所与のスペクトルを得るためにサンプリングされたインターフェログラムに関して逆変換する結果として、見つけられる情報数及びその関連する精度に関して、最終的な性能は同じになることがわかった。

したがって、放射源の特徴、及び／又は放射源と干渉計との間にあり、放射によって横切られる媒質の特徴に関する知識を得るために、インターフェログラム内に含まれる情報を直接利用することが試みられ、これにはいかなるスペクトル再構成も用いられないことは、本発明の範囲内で理解されたい。これによれば、インターフェログラムのフーリエ変換を実行することなく（すなわち、いかなるスペクトルも収集することなく）、それゆえ、インターフェログラムをサンプリングすることに関するいかなる制約も加えることなく、放射源及び／又は横切られる媒質の化学組成、所与の分子種の濃度、温度、放射率等の特徴を得ることができる。

インターフェログラムを直接利用することは、
−大気探測に関しては、たとえば、
○非特許文献１
非特許文献２
において、
−又は、さらに、化学物質内の化合物を特定することに関して、たとえば、
○非特許文献３において既に提案されている。

しかしながら、これらの論文において提示される研究は全て、規則的にサンプリングされた単一のセグメントから成るインターフェログラム、おそらく部分的なインターフェログラムを利用する。それゆえ、これらの研究によれば、インターフェログラムのサンプリングの規則性に関する制約を取り除くことはできない。

Kyle著「Temperature soundings with partially scanned interferograms」（1977） Spankuch et al.著「Investigations on temperature soundings using partial interferograms」（1987） De Haseth et al.著「Interferogram-based infrared search system」（1981）

この認識から始めて、本発明の目的は、シャノン又はナイキスト条件に従うことなく、不規則にサンプリングされるか、又はサブサンプリングされるインターフェログラムから特に逆変換できるように、サンプリング制約を取り除くことができる技法を提案することである。

このため、本発明は、第１の態様によれば、放射源、及び／又は該放射源と干渉計との間にあり、放射によって横切られる媒質の可変特徴を測定するための干渉逆変換法であって、干渉計は、放射源と該干渉計との間で同じ経路を進んできた２つの光線間に限られた数の光路差を作り出すことによって、該放射のインターフェログラムを生成することができ、該方法は、
−逆変換の改善を特徴付ける量を決定するステップと、
−いかなるサンプリング規則性の制約も加えることなく、逆変換の改善を特徴付ける量の最適化に主に寄与する光路差を選択するステップと、
−選択された光路差のみを用いることによって、自由なインターフェログラムを生成するステップと
を適用することを特徴とする、干渉逆変換法を提供する。

本方法の、限定はしないが特定の好ましい態様は、
それによって生成されたインターフェログラムは理論値を用いて完成され、該理論値は任意の値であるか又はモデル化から導出される値であり、それによって完成した生成されたインターフェログラムから放射スペクトルが再構成され、
−干渉逆変換は、インターフェログラムからサンプリングされた放射のスペクトルを再構成することなく、それによって生成されたインターフェログラム内に含まれる情報を直接利用することによって適用され、
−上記量の最適化に対する光路差の寄与を判断するために、上記変数がインターフェログラムに及ぼす影響がモデル化され、
−光路差の選択は、上記量の最適化に主に寄与すると思われる光路差だけを選択するように、求められた変数が上記インターフェログラムに及ぼす影響をモデル化することから実験的に適用され、
−上記量は、上記インターフェログラムに関して、且つ上記光路差が除去されたインターフェログラムに関して計算され、計算間の差が、上記量の最適化から除去された光路差の寄与を推定するために生成され、
−本方法は、上記変数の逆変換に対して最も影響を及ぼす光路差だけを選択するように、求められた変数がインターフェログラムに及ぼす影響の上記モデル化からアルゴリズムに基づいて適用される、光路差を選択する後続のステップを含み、
−以下のステップは、選択された光路差の数と逆変換の性能との間の歩み寄りが果たされるまで、反復的に繰り返され、該ステップは、
○ａ：最初に、光路差は選択しないステップと、
○ｂ：以前に選択された光路差の全体に上記光路差が追加されるときに、光路差毎に逆変換の改善を特徴付ける量の増加を計算するステップと、
○ｃ：逆変換の改善を特徴付ける量を最大にする光路差を、選択された光路差の全体に追加し、ステップｂを再開させるステップとを含む。

第２の態様によれば、本発明は、放射源から媒質を横切ってきた放射を受信する手段を備える干渉計であって、該干渉計は、本発明の第１の態様に記載の方法に従って、いかなるサンプリング規則性の制約も加えることなく、選択された光路差からインターフェログラムを自由に生成するように、該放射源と適合する上記入力との間で同じ光路を進んできた２つの光線間に限られた数の光路差を作り出す手段を備えることを特徴とする、干渉計に関する。

本発明の他の態様、目的及び利点は、添付の図面を参照しながら、限定はしないが一例として与えられるその好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むと、さらに明らかになるであろう。

放射源Ｓ、及び放射源Ｓからの放射によって横切られる媒質Ｍを示す図である。 一酸化炭素の櫛形の線の一部が観測される大気上層における大気輝度のスペクトルの観測のシミュレーションを示す図である。 図２のスペクトルのフーリエ変換を示し、インターフェログラムの領域内の図２の信号に対応する図である。 図３のインターフェログラム内の一酸化炭素のヤコビアンを示す図である。 一酸化炭素プロファイルに対する情報内容を光路差の関数として示す図である。

たとえば、本発明は、大気圏（space）の分野において用途を見いだす。たとえば、その問題は、大気探測、及びＣＯ、ＣＯ₂等の気体（インターフェログラム内の情報の強い局在性によって櫛形の線の規則性が表される気体であり、それゆえ、標準的な分光測定法において要求されるように、インターフェログラムの規則的なサンプリングに対して非常に好都合であり、最適である）を吸収するプロファイルの逆変換のような、遠隔検出を達成することである。

また、本発明は、大気圏の分野以外においても用途を見いだす。たとえば、その問題は、化学又は生物学（たとえば、干渉計を用いて気体又は液体内の標的分子の濃度を測定するための研究又は産業）に適用される赤外線分光法である。一般的に、分光法、特に赤外線分光法によって行なわれる任意の測定が、本発明による自由／最適サンプリングを用いる干渉逆変換によって実施される場合があり、インターフェログラム内に有用な情報が凝縮されるため、後にさらに詳述されるように、提供される利得は全てが大きい。

本発明によれば、静的な干渉計に適用されるとき、過渡現象の特徴を明らかにするために必要な、良好な時間分解能も得られる場合があることに留意されたい。

包括的には、且つ第１の実施形態によれば、本発明による方法は、サンプリングされた放射スペクトルをインターフェログラムから再構成することなく、インターフェログラム内に含まれる情報を直接利用することによって、干渉逆変換を適用する。それゆえ、その課題は、放射源の特徴、及び／又は放射源と干渉計との間にあり、放射によって横切られる媒質の特徴に関する知識を得るために、インターフェログラム内に含まれる情報を直接利用することであり、これにはいかなるスペクトル再構成も用いられない。これによれば、インターフェログラムのフーリエ変換を実行することなく（すなわち、いかなるスペクトルも収集することなく）、それゆえ、インターフェログラムをサンプリングすることに関するいかなる制約も加えることなく、放射源及び／又は横切られる媒質の化学組成、所与の分子種の濃度、温度、放射率等の特徴を得ることができる。

より具体的には、本発明の範囲内で、いかなるサンプリング制約も加えることなく、選択された光路差をのみを用いることによって、インターフェログラムを自由にサンプリングすることが提案され、放射源及び／又は媒質の特徴変数の逆変換に対するその光路差の寄与が、影響を及ぼしているものと判断される。

言い換えると、本発明は、求められる情報を含む光路差だけを選択することによって、且つ他の光路差に集中することになる寄生信号の導入を回避することによって、インターフェログラムを自由にサンプリングすることを提案する。このようにして、最適なサンプリングが実施され、そのサンプリングによれば、目標とする特性の逆変換の性能を最大にしながら、測定されるサンプルの数を最小にすることができる。

それゆえ、本発明のこの実施形態による方法は、特に以下の点で好都合であることがわかる。
−サンプルが少なくても、そのように良好な最終性能を得ることができる。
−又は、サンプルが多いと、最良の最終性能（観測される媒質の１つ又は複数の特徴の測定精度）を得ることができる。
−又は、サンプルの数を減らすことによって、且つ逆変換の最終性能を高めることによって、或る時点で両方のレベルにおいて或る程度の成功を収めることができる。

サンプルの数を減らすことによって、静的なエシェレット(echelette)分光器の場合により簡単で且つコンパクトな分光器を得ることができ、又はたとえば、より大きな集積面を用いることによって、より良好な信号対雑音比の分光器を得ることができる。マイケルソン分光器の場合、最初のサンプルの光路差が０でないときに、自由インターフェログラムの収集時間を短縮する（測定を迅速にする）ことができる。

サンプルの数を減らすことによって、処理又は送信すべきデータの数（たとえば、空間測定の場合の制限要因）を減らすこともできる。

最後に、光路差を選択することによって、スペクトル内の求められる信号と混合されることになる寄生信号（たとえば、低周波数スペクトル成分）を取り除くことができる。

以下の説明では、本発明に従って放射源、及び／又は放射によって横切られる媒質の特徴を明らかにするための干渉逆変換に関して、インターフェログラムの自由であり最適なサンプリングの利点の一例が提示される。

赤外線分光法では、多くの場合に、或る特定の分子に固有の櫛形の吸収線又は輝線が観測される。ここで、これらの線の位置は、量子数を含む、分子内のエネルギー遷移の規則によって決定される。それゆえ、これらの線は、多くの場合に、極めてはっきりした周期的パターンを有する。

たとえば、これが図２によって示されており、図２は、一酸化炭素（ＣＯ）の櫛形の線の一部が観測される大気上層における大気輝度のスペクトルの観測のシミュレーションを示す。

図２のスペクトルのフーリエ変換を示す図３に示されるように、この周期性は、周期的な成分を有する信号によってインターフェログラム（スペクトルのフーリエ変換）の領域においても表される。

したがって、図３では、基線の周囲に規則的に一定の間隔を置いて示される振動が観測される（これ以降、「バースト」と呼ばれる）。これらのバーストは、ＣＯ線の存在によって引き起こされ、これが、図４に示されるヤコビアン（ＣＯの量に対するインターフェログラムの偏導関数）の計算によって確認される。

大気中の一酸化炭素（汚染ガス）濃度の垂直プロファイルを逆変換することが求められる場合には、達することができる垂直線に沿った独立情報の数を最大することが望ましい。図５では、ＣＯプロファイルの逆変換（横切られる媒質の特徴変数）に対する、インターフェログラムの異なるサンプル（「光路差」（ＤＤＭ））の寄与が、非常に変化に富んでいることが確認される。

それゆえ、有用な情報を含むインターフェログラム内の光路差を収集することだけを検討すればよい。

そのような手法はスペクトルには適用できないことに留意されたい。実際に、スペクトルの或る特定のサンプルが、あまり有用でない情報（たとえば、ＣＯの櫛形の２つの線間の情報）を確実に含む場合であっても、スペクトルはインターフェログラムの逆フーリエ変換によって１つのブロックとして再構成されるため、フーリエ変換による分光法によって、スペクトルのうちの数サンプルだけを収集することはできない。

それゆえ、ここで検討される例では、インターフェログラムのＤＤＭの位置を最適化することによって、情報内容の増加を達成することができるが、それは従来では、機器の信号対雑音比を改善する（その例では、２倍強だけ改善する）ことによって規則的なサンプリングの場合にのみ達成することができたことは理解されたい。対照的に、同じ性能を維持することが望ましい場合には、この例の場合、巧みに配置される２００サンプルが、規則的に配置される概ね１０００サンプルと同程度に効率的であると推定される。

本発明の代替の実施形態によれば、先に示されたものに従って最適化された自由サンプリングを用いながらスペクトルが再構成され（それゆえ、大きな測定「穴」を含むことができ）、それは、このスペクトルを逆変換することよって進められる。この目的を果たすために、十分に細かいサンプリングに達するために（たとえば、規則的にサンプリングされる）、そして、それによって完成したサンプリングされたインターフェログラムをフーリエ変換することによってスペクトルを再構成できるようにするために、有用な情報を含む光路差を選択することによって収集されるインターフェログラムが、理論値（変数の或る特定の先験値(a priori values)、又は任意の値の場合にモデル化される値）を用いることによって完成される。

この代替の実施形態の範囲内で、機器を簡単にするという利点、又は信号対雑音比を改善するという利点が達成されるが、その際、データの数を削減するという利点は失われる。しかしながら、入力においてスペクトルを取り込むが、その中にインターフェログラムを注入するために変更されることを意図していない処理連鎖が利用可能である場合には、スペクトルを得ることが有用である場合がある。

それによって得られた、スペクトルに関する逆変換は、収集されない光路差の計算において用いられる先験値に依存する場合があるが、たとえば、逆変換されることが意図される放射源及び／又は媒質の特徴変数の逆変換の過程において、シミュレートされた光路差に無限の雑音が割り当てられる場合には、この依存性を低減できるか、さらには無くすことができる。

本発明の概要に戻ると、インターフェログラムのサンプリングの最適化は、いかなるサンプリング規則性の制約も加えることなく光路差を選択することから成り、放射源及び／又は媒質の特徴を明らかにするために求められる変数の逆変換に対するその光路差の寄与が、影響を及ぼしているものと判断される。

この選択は、たとえば、シミュレートされるインターフェログラム内のバーストの位置から見て、たとえば実験的に行なわれる場合がある。

この選択は、以下に説明される原理に従ってアルゴリズムに基づいて行なうこともできる。
−ａ：逆変換における改善を特徴付ける量Ｇが決定される。逆変換における改善は、特に、放射源及び／又は横切られる媒質の（定性的又は定量的）特性を示す特徴変数の測定における最適化を意味する。最初に、ＤＤＭは選択されず、Ｇ＝０である。
−ｂ：ＤＤＭｉが予め選択されたＤＤＭの全体に追加されるときに、ＤＤＭｉ毎に、量Ｇの増加が計算される。
−ｃ：量Ｇを最大にするＤＤＭｉが、選択されたＤＤＭの全体に追加され、ステップｂが再開される。

そのアルゴリズムは、選択されたＤＤＭの数と達成された逆変換の性能との間の歩み寄りの結果が最適であると考えられるときに終了する。したがって、この量の最適化に対してほとんど影響を及ぼさない光路差を除去しながら、量Ｇの最適化に主に寄与する光路差が選択される。このアルゴリズムによれば、求められる信号（先に示される例ではＣＯ）に影響されやすいＤＤＭを選択するだけでなく、寄生大気信号（たとえば、水蒸気、又は地表温度）に影響されやすいＤＤＭを除去することもできる。

本発明の第１の態様による、種々の実現可能な実施形態が、これ以降に詳述される。

ステップＡ：インターフェログラム内の情報内容の分布を求めること
「全ての」取り得る位置、又は少なくとも、収集することが検討される全ての位置を走査するために、そのインターフェログラムは、できる限り細かくサンプリングされる「準連続」インターフェログラムである（或る特定のエリアが対象外であること、又は、たとえば、機器の最大サイズに対してＤＤＭが高すぎて、或る特定のエリアを収集することができないことが予めわかっている場合には、それらの特定のエリアを自発的に無視することができる）。この「準連続」インターフェログラムは、理論的なインターフェログラムである場合があるか（モデル化から生じる）、又は実際のインターフェログラムである場合がある（そのようなインターフェログラムを収集するのに別の機器を利用できる場合）。

◆その応用例（又は複数の応用例）（たとえば、ＣＯ、オゾンの大気プロファイルの測定、温度の測定、又は分子又は分子群の認識）が選択されると、逆変換の性能又は改善を特徴付けることができる量が決定される。限定はしないが、そのような量の例として、以下のものに言及することができる。
−たとえば、ＣＯのような気体の濃度プロファイルを得るために、大気探測の場合に垂直線に沿う独立要素の数（たとえば、Rodgers, C. D.著の教科書「Inverse method for atmospheric sounding: theory and practice」（World Scientific, 2000））において記述されるように、ＤＯＦＳ（信号のための自由度）の数によって与えられる）。その際、この量を最大にするものが求められる。
−逆変換される変数の精度、たとえば、０ｋｍ〜２ｋｍ（その関心が地表付近のＣＯである場合）に構成される空気層内のＣＯ濃度のパーセント精度。この量を最小にするものが求められる。
−逆変換によって生成された結果における誤差の成分。たとえば、その問題は、生成された結果（たとえば、気柱全体にわたって積分されるＣＯ濃度）に関するモデルのパラメータ（たとえば、空気温度）に関連する誤差を最小にすることである。
−２つの異なる分子を区別する能力。

◆次に、第２段階において、先行するステップにおいて求められた「逆変換性能」量を最適化する（場合によって最大するか、又は最小にするか）ために、各ＤＤＭが与えることになる情報が決定される。

このために、
−求められた変数が「準連続」インターフェログラムに及ぼす影響がモデル化される。大気探測の場合、これは放射伝達コードによって果たされ、これは無限に分解されるスペクトルを与え、そのコードから、フーリエ変換を適用することによってインターフェログラムを計算することができる。

場合によって、以下のものをモデル化することができる。
−インターフェログラム。
−インターフェログラムのヤコビアン（逆変換されることになる１つ又は複数の量に対するインターフェログラムの信号の偏導関数）。ヤコビアンは逆変換されることになる量に対する各ＤＤＭの感度を与える。その「寄生」成分（たとえば、ＣＯの場合には空気湿度；他の例では、利得のような機器欠陥）に対するインターフェログラムのヤコビアンを計算することもできる。

ステップＢ：ＤＤＭの選択
いくつかの代替形態が考えられる。
既に示されているように、この選択は実験によって行なわれる場合がある。
・インターフェログラムで開始することを仮定して（図３）、目標とする種によって実際にバーストの存在が引き起こされることが確実である場合には、そのバーストに対応するＤＤＭが選択される。
・目標とする種に対する各ＤＤＭの感度を直接与えるヤコビアンで開始することを仮定して（図４）、そのＤＤＭがバーストにおいて選択される（その際、それらのバーストは実際に、求められる種を示す痕跡であり、別のパラメータの痕跡でないことが確実である）。
・さらに複雑な情報内容指示子で開始することを仮定して（図５）、その内容が、他よりも有意であるＤＤＭが選択される。

たとえば、完全な「準連続」インターフェログラムの場合に、且つ或るＤＤＭが除去されたインターフェログラムの場合に（明確な逆変換によって、又は推定技法によって）、「逆変換性能」量が計算される。

これらの両方の計算間の差によって、「逆変換性能」量に対する除去されたＤＤＭの寄与の推定量が得られる。図５は、ＣＯの場合、及び可変パラメータ（湿度、温度等）の場合のインターフェログラムのヤコビアンから、上記のRodgersの教科書において与えられる式からＤＯＦＳを計算することによって行なわれる、そのような推定を示す。

この実施形態は、それによって求められた「情報内容」が、ＣＯに対する感度（できる限り大きくすべきであるため最大にされる）を考慮に入れるだけでなく、最小にされる（寄生信号の或る種のフィルタリングを実行することになる）他のパラメータ（湿度、温度等）に対する感度も考慮に入れるという利点を有する。

同じく先に既に示されているように、ＤＤＭの選択もアルゴリズムに基づいて行なわれる場合がある。
・その一例が本明細書において先に与えられている、反復法が適用される場合がある。本事例では、Ｇが、ＣＯ及び他の変数のインターフェログラムのヤコビアンから計算されるＤＯＦＳの数である。
・別の実現可能な技法は、ＤＤＭ間の相関を研究することによって、又はさらに、垂直ヤコビアン間の類似性をサーチすることによって（たとえば、或るプロファイルの逆変換の場合）、「クラスタ」によって近いＤＤＭのグループ化を達成することから成る。その後、各クラスタのただ１つの代表値が選択される場合があり、それは収集されるＤＤＭの数を制限する。

相関に基づくグループ化の場合、最適化は、逆変換されることになる変数に対して実行されるだけでなく、それに基づいて相関が計算された「基線(base)」を得ることができる可変パラメータの全体に対しても実行される。
・さらに別の実現可能な技法は、対象とする信号を生成する１つ又は複数の成分（逆変換されることになる量に対して、その分散が最大であり、且つ他の変数に対して最小である階級）を特定するために、そしてその後、これらの成分に主に関与するＤＤＭを選択するために、「ＭＣＡ」（主成分分析(Main Component Analysis)）タイプの解析を用いることから成る。
・さらに別の技法は、いくつかの異なるサンプリングによってシミュレートされるインターフェログラムを用いる逆変換モデルを適用することから始めることから構成される。その後、試験されるサンプリングの中で、比較要素として先に選択された量「逆変換性能」を用いることによって、最も満足のいく逆変換を与えるサンプリングが保持される。

当然、本発明は、放射源及び／又は媒質の特徴を明らかにするための方法に限定されるのではなく、そのような方法において用いられるように意図される干渉計にも拡張され、その干渉計は、放射源から媒質を横切ってきた放射を受信する手段を備え、その干渉計は、光路差からインターフェログラムを生成するために、放射源と適合する上記入力との間で同じ光路を進んできた２つの光線間に有限数の光路差を作り出す手段を備えることを特徴とし、放射源及び／又は媒質の特徴変数の逆変換中のその光路差の寄与が、影響しているものと判断される。

以下の説明は、本発明の第１の態様による方法の実用的な実施態様にさらに具体的に関連し、さらに、本発明の第２の態様による干渉計の実現可能な異なる実施形態を説明するように努める。

動的干渉計
動的干渉計の場合、単一の検出器が情報を収集する。干渉計の２つのアームのうちの一方を変位させることによって、異なる「光路差」が作り出される。その後、その単一の検出器は、時間の関数として干渉信号を収集する。

従来の構成では、モータがミラーを変位させるときに、全ての光路差にわたって連続した遷移が生じる。こうして、光路差の全部が連続して収集される。

それゆえ、ここでは、それらのうちの最も関心がある光路差のうちのいくつかを選択することによって機器利得(instrumental gain)は観測されない。一方、要求されるデータを送信する際にのみ利得が観測され、たとえば、機内に搭載される場合には、遠隔測定スループットを低減できるようになる。

動的ＦＴ分光器の代わりの機器は、ＤＣモータをステップモータで置き換えることから構成される。これは、低放射束(low flux)の応用例の場合に（長い時間にわたって信号を積分できるようにするために）、又は雑音が寄生放射源によって支配されるような測定値が存在する中で変調を必要とする応用例の場合に必要とされる。それゆえ、ステップモータを備える、そのような代替の機器は、有用なＤＤＭを収集するためにのみ用いられる場合がある。その際、これにより測定時間を長くすることができ、それゆえ信号対雑音比を大きくすることができるか、又は所与の信号対雑音比のために測定時間を短縮することができる。

本発明の第２の態様の代替形態によれば、ステップモータと、その寄与のために選択される光路差にミラーを変位させるように構成される、モータを制御する手段とを備える動的干渉計が提供される。

静的エシェレット干渉計
ミラーを変位させるためのデバイスを、エシェレットのシステムによって置き換えることによって、動的分光器を簡単にできることが仏国特許出願公開第２７８７１８６号明細書において示された。この場合には、光路差は、２つのミラーのうちの一方を変位させることによって作り出されるのではなく、ミラーのうちの少なくとも一方を一連の小さなミラー（小さな段等）に分割することによって生成される。

それによって分割されたミラーの小さな各エリア、すなわち各段が、或る特定の光路差に配置される。その後、光路差の全部が、分割されたミラー（すなわち、段）を撮像する検出器アレイによって同時に収集される。言い換えると、Ｎ個のマイケルソン干渉計が並列に形成され、それぞれが選択された光路差において「固定され（frozen）」、検出器アレイ上で同時に撮像される。

この原理から成る機器の制限は、これらの分割されたミラーを形成する技術的能力に関連する。しかしながら、ミラーの「分割数」がスペクトル内の意図されるサンプル数（すなわち、スペクトル幅をスペクトル分解能で除算した比）に正比例するため、狭いスペクトルに制限される場合には、高いスペクトル分解能が可能である。

それゆえ、同じ感度を保持しながら、形成される段の数を制限できるようにする限り、本発明は、エシェレットを備えるそのような静的干渉計から十分に恩恵を受けることは理解されたい。

同様に、同じ段数が保持される場合があり、それにより、より広いスペクトル帯域が探測される場合があり、それゆえ、より多くのスペクトル情報を用いることができる。

最後に、同じ段数の場合にいつでもスペクトル分解能を高めることができ、それによってもスペクトル情報も増加する。

それゆえ、本発明の第２の態様によれば、エシェレットを備える静的干渉計が提供され、複数の反射面を有するミラーのうちの少なくとも１つが、その寄与のための選択された光路差を与えるように配置される。

１つの例示的な実施形態として、それぞれ３０段を含む、エシェレットを備える２つのミラーが、たとえば、９００の異なるＤＤＭを生成するために用いられる。いずれのミラーも互いに９０°を成し、９００の異なるＤＤＭのネットワークを形成する。このために、第１のミラーは規則的な小さな段から成る。第２のミラーは大きな段から成り、大きな段の高さは、「小さなエシェレット」を備えるミラーの小さな段の高さの和である。それにより、いなかる余分な情報も用いることなく、サンプリングが規則的に進められる。

小さな段によって、２つの大きな段間に、より細かい網目を作り出すことができる。それゆえ、第１の階段のピッチをインターフェログラムの各エリアに合わせるために変更するのは難しい。一方、大きな段は、対象とするエリアを画定するように完全に不規則することができ、その対象とするエリアの周囲に、小さな段がより細かい網目を形成するであろう。

段の数が十分に少ないとき（典型的には１００未満）、２つの９０°を成すガラス階段を検討するのではなく、平坦なミラーと、階段状のミラーとを合わせたもの（又は２つの解決策の任意の他の組み合わせ）を検討することができる。その際、サンプリングは完全に自由である。

準静的干渉計
エシェレットを備える静的干渉計のサンプリングＤＤＭピッチの結果として、ガラス階段（又は、その形状によってはガラス集合体）の組み立てを制御できるようになる。この能力は約１μｍ〜２μｍとすることができ、それは、波長が短い領域ではさらに困難をもたらす。実際には、これまでのアルゴリズムによって決定される最適な位置は、１波長の分数(fraction)において得られなければならない。それゆえ、可視光−近赤外線領域において、これを実際には達成することが難しいことがわかるであろう。

さらに別の代替の実施形態によれば、全てのエシェレットの場合に同時に、典型的には波長の約数分の１だけ、或いは数波長だけ、ＤＤＭをわずかに変更するように、エシェレットを備える静的干渉計に、適応変調器が追加される。

たとえば、マイケルソンのガラス補償器の傾斜を変更することができるか、又は圧電機構上に、エシェレットを備えるさらに別のミラーを取り付けることができる。たとえば、要求される変位は、４分の１波長（すなわち、約１０μｍのスペクトル帯域の場合に２．５μｍ）であり、これは、動的ＦＴ分光器の場合に数センチメートル動かす必要があるのとは異なり、簡単な（圧電タイプの）機構で達成することができる。それにより達成された機器は、「準静的干渉計」と記載される。

２つの収集間で波長を数分の１だけ変位させる場合、これを達成する誤差によって、不明確な（neutral）干渉状態が見られるようになる（それにより、いなかる情報ももたらさない）ときに、波長の数分の１又はそれよりわずかに大きい値だけ変位した次の収集は、異なる、且つ不明確でない干渉状態において見られる。それにより、段を生成する難しさが取り除かれ、求められた対象領域を中心にして、サンプリングがさらに細かくされる。

動的エシェレット干渉計
別の実現可能な代替の実施形態によれば、そのスペクトル分解能を著しく高めることができるようにする動的干渉計にエシェレットを追加することによって、上記の解決策を組み合わせることが提供される。

たとえば、２ｃｍの移動を伴う従来の分光器の場合、段が２ｃｍだけ高くなるのに応じて、ミラーを４段に分割することができる。それにより、０ｃｍ〜２ｃｍにおいて第１のインターフェログラム、２ｃｍ〜４ｃｍにおいて第２のインターフェログラム等、４つのインターフェログラムを得ることができ、８ｃｍの分解能を達成することができる。不足している情報が低い有意性を有する場合には、その移動よりも大きな値だけ段を変更することによって、繋がっていない４つのインターフェログラムを得ることもできる。

Claims (12)

1. 放射源、及び／又は該放射源と干渉計との間にあり、放射によって横切られる媒質の特徴変数を測定するための干渉逆変換法であって、前記干渉計は、前記放射源と該干渉計との間で同じ経路を進んできた２つの光線間に限られた数の光路差を作り出すことによって、該放射のインターフェログラムを生成することができ、該方法は、
   −前記逆変換の改善を特徴付ける量を決定するステップと、
   −サンプリング規則性に関するいかなる制約も加えることなく、前記逆変換の改善を特徴付ける前記量の最適化に主に寄与する光路差を選択するステップと、
   −前記選択された光路差のみを用いることによって、自由なインターフェログラムを生成するステップと
   を適用することを特徴とする、干渉逆変換法。
2. それによって生成された前記インターフェログラムは理論値を用いて完成され、
   該理論値は、任意の値であるか又はモデル化から導出され、
   それによって完成した前記生成されたインターフェログラムから放射スペクトルが再構成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記干渉逆変換は、前記インターフェログラムからサンプリングされた放射のスペクトルを再構成することなく、それによって生成された前記インターフェログラム内に含まれる情報を直接利用することによって適用される、請求項１に記載の方法。
4. 前記量の前記最適化に対する前記光路差の寄与を判断するために、前記変数が前記インターフェログラムに及ぼす影響がモデル化される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 前記光路差の前記選択は、前記量の前記最適化に主に寄与すると思われる前記光路差だけを選択するように、前記求められた変数が前記インターフェログラムに及ぼす影響をモデル化することから実験的に適用される、請求項４に記載の方法。
6. 前記量は、前記インターフェログラムに関して、且つ前記光路差が除去されたインターフェログラムに関して計算され、
   前記計算間の差が、前記量の前記最適化に対する前記除去された光路差の寄与を推定するために求められる、請求項５に記載の方法。
7. 前記変数の前記逆変換に対して最も影響を及ぼす前記光路差だけを選択するように、前記求められた変数が前記インターフェログラムに及ぼす影響の前記モデル化からアルゴリズムに基づいて適用される、光路差を選択する後続のステップを含む、請求項４に記載の方法。
8. 以下のステップは、前記選択された光路差の数と前記逆変換の前記性能との間の歩み寄りが果たされるまで、反復的に繰り返され、該ステップは、
   ａ：最初に、光路差は選択しないステップと、
   ｂ：以前に選択された前記光路差の全体に前記光路差が追加されるときに、光路差毎に前記逆変換の前記改善を特徴付ける前記量の増加を計算するステップと、
   ｃ：前記逆変換の前記改善を特徴付ける前記量を最大にする前記光路差を、前記選択された光路差の全体に追加し、ステップｂを再開させるステップと
   を含む、請求項７に記載の方法。
9. 放射源から媒質を横切ってきた放射を受信する手段を備える干渉計であって、
   該干渉計は、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の方法に従って、いかなるサンプリング規則性の制約も加えることなく、選択された光路差からインターフェログラムを自由に生成するように、前記放射源と適合する前記入力との間で同じ光路を進んできた２つの光線間に限られた数の光路差を作り出す手段を備えることを特徴とする、干渉計。
10. 前記干渉計は、少なくとも１つのミラーと、該ミラーを変位させるように構成されるステップモータとを備えることを特徴とし、
    前記限られた数の光路差を作り出す手段は、前記ミラーを前記選択された光路差に変位させるように構成される前記ステップモータを制御する手段であることを特徴とする、請求項９に記載の干渉計。
11. 前記ミラーのうちの少なくとも１つは、前記選択された光路差を作り出すように配置される複数の反射面を有することを特徴とする、請求項９又は１０のいずれか一項に記載の干渉計。
12. 全ての前記反射面に対して同時に、波長の数分の１又はそれよりもわずかに大きな値だけ前記光路差をわずかに変更するように構成される変調器をさらに備えることを特徴とする、請求項１２に記載の干渉計。

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