JP2014532873A - エンドユーザ食品分析のための低費用分光分析システム - Google Patents

Abstract

携帯電話等のモバイルデバイスで使用するために好適である小型分光計が開示される。好ましい実施形態では、分光計は、フィルタと、少なくとも１つのフーリエ変換集束要素と、マイクロレンズアレイと、検出器とを備えているが、いかなる分散要素も使用しない。特に、デバイスの全てのユーザによってアクセス可能である更新可能なデータベースと比較することによって、食品品質の現場決定を行うためのエンドユーザデバイスとして分光計を使用するための方法も開示される。

Description

本発明は、低費用分光分析システムに関する。具体的には、格子を使用しないが、特に、分散ネットワークを介して、個人消費者に保有されている、物質（複雑な混合物を含む）、特に、食品の分光分析を行うように十分な感度および分解能を有する、システムに関する。

食品の安全性は、長年の消費者問題である。たとえ特定のアイテムが、販売場所へのその輸送時に、またはエンドユーザがそれを取得する時に新鮮であっても、実際の使用時のその鮮度および安全性を保証することができない。したがって、消費の直前にエンドユーザが汚染について食品をチェックすることを可能にするであろう方法は、消費者にとって大きな利益となるであろう。非侵襲的方法、すなわち、検査されている食品の一部分の除去または破壊を伴わない方法は、使い易さ、したがって、より高い使用の可能性を提供するであろうため、そのような方法が理想的であろう。

商品の安全性の決定のための分光法は、非侵襲的であること、および原則として使用し易いことの要件を満たす。エンドユーザによるそのような方法の使用が日常的になり得る前に克服される必要がある２つの主要な障害がある。第１は、適切な分光計を提供する必要性である。図１は、当技術分野で公知である典型的な分光計１０の設計を示す。光１０５は、スリット１００を通って進入し、第１の鏡１０１から、光を第２の鏡１０２の上に方向付ける格子（１０３）等の分散要素の上に反射される。光がその波長に従って要素１０３によって分散されるので、分光計のセンサ１０４の全ピクセルは、特定の波長によって照射されるであろう。この設計を使用する分光計は、複雑であり、精密な整列を必要とし、組み立てることが困難であり、それらの小型化能力が制限されている。

対照的に、日常的な消費者使用に好適な分光計は、小さく、頑丈で、使い易く、検査されている食品の内容に関して有意義な結論を下すことができるように十分な品質および分解能のスペクトルを提供することが可能でなければならない。第２の障害としては、食品およびそれらの汚染物質が、一般に、単純な物質ではなく、それら自体が複雑なスペクトルを有する傾向がある、物質の複雑な混合物であるということである。したがって、そのようなエンドユーザシステムが有用になるために、複雑であることが多い、取得されるスペクトルのリアルタイム分析のための手段を組み込まなければならない。

そのような分光分析システムの開発は、食品の安全性のエンドユーザ決定にとって恩恵となるであろうが、その有用性は、そのような限定された使用をはるかに超えて広がるであろう。例えば、それは、環境汚染物質の検出、爆発物または化学あるいは生物剤の遠隔検出、または患者の症状（例えば、血中酸素またはグルコースレベル）の遠隔診断あるいは監視のように多様な用途で使用することができる。

したがって、これらの必要性を満たす小型分光分析システムの開発にかなりの努力が捧げられてきた。当技術分野で公知である小型分光分析システムのいくつかの実施例が、本明細書に挙げられる。

米国特許第７２６２８３９号（特許文献１）は、小型複屈折干渉撮像分光計を開示する。この分光計は、同調可能なフィルタとして使用される、少なくとも１つの液晶セルまたは微小機械ファブリ・ペローシステムを備えている。いくつかの実施形態では、液晶セルは、一連の帯域通過ゾーンを作成するように設計することができる。異なる波長が、２次元検出器のｘ−ｙ画像フィールドにわたり同調され、波長分解または空間分解スペクトルデータの収集を可能にする。

米国特許第７４２０６６３号（特許文献２）は、携帯電話等の移動通信デバイスに組み込まれる、携帯用分光感知デバイスを開示する。分光計は、検出器として、移動通信デバイスの中に位置するカメラに関連付けられるセンサを使用し、移動デバイスとのその接続は、そのようにして取得されるスペクトル情報の遠隔場所へのアップロードを可能にする。開示される分光感知デバイスは、格子またはプリズム等の分散要素に基づき、そのようなデバイスの結果として起こる欠点の全てを伴う。

米国特許出願第２０１０／０２０１９７９号は、スペクトル・空間マッピングを行うためのシステムおよび方法を開示する。プリズムまたは格子等の分散要素の代わりに、その中で開示されるシステムは、光を分散させるために、円筒形ビーム堆積ホログラム（ＣＶＢＨ）を使用する。この設計は、いなかるスリットまたは格子も必要とされないという利点を有するが、低スループットおよび狭スペクトル範囲という欠点に悩まされる。加えて、ＣＶＢＨ要素の費用が、消費者目的の分光計でのその使用を不可能にする。

米国特許出願第２０１０／０３０９４５４号は、無線通信デバイスに組み込まれる携帯用分光計を開示する。その中で開示される分光計は、分散要素に依存するだけでなく、本システム自体が、分光計へ光を透過させるために、無線通信デバイスに取り付けられた光ファイバケーブルの使用を必要とし、使い易さをさらに制限し、システムの費用を増加させる。

したがって、疑わしいアイテムのエンドユーザによる分光測定のために実用的であるように十分に頑丈かつ低費用である一方で、携帯電話等の消費者デバイスに組み込むことができる、小型分光計システム、およびそのような分光計システムによって取得されるスペクトル（具体的には、食品等の複雑な混合物のスペクトル）を分析することができ、汚染の可能性を推定することができる便利な方法は、長年にわたるが、満たされていない必要性のままである。

米国特許第７２６２８３９号明細書 米国特許第７４２０６６３号明細書

本明細書で開示される小型分光計システムおよび方法は、この長年にわたる必要性を満たすように設計されている。分光計によって取得されるデータを分析するため、および分析の結果をユーザに返信するために、連続的に更新可能なデータベースを介してクラウドコンピューティングを使用する方法とともに、分散要素または可動部品を伴わない、低費用で頑丈な分光計が開示される。本明細書で開示される分光計システムは、実質的に真っ直ぐな光軸を有し、好ましい実施形態では、検出器を除き２〜４個に満たない要素を備えている。要素間で必要とされる整列精度は、図１で図示される種類の分光計の精度に対して非常に低い。真っ直ぐな光軸および小さいセンササイズは、携帯電話等のデバイスに適合するほど十分に小さく十分に経済的であり、その上、食品等の複雑な混合物の有用なスペクトルを取得するように十分な感度および分解能（典型的には、＜１０ｃｍ^−１）を有する、分光計の生産を可能にする。

したがって、本発明の目的は、サンプルのスペクトルを取得するための小型分光計システムであって、（ａ）該サンプルから発する光を検出するための光検出器と、（ｂ）該サンプルと該検出器との間に位置する光学フィルタと、（ｃ）第１のフーリエ変換集束要素とを備え、該小型分光計システムが、いかなる分散光学要素も含まない、小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光学フィルタが、非同調可能フィルタである、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該第１のフーリエ変換集束要素が、該光学フィルタを通過した光が、該少なくとも１つの集束要素によって該検出器の感光表面上に分散されるように、該光学フィルタと該光検出器との間に配置されている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、光学フィルタの中心波長が、それに衝突する光の入射角とともに変化する、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光学フィルタが、異なる中心波長を伴う複数のサブフィルタを備えている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光学フィルタが、複数の実質的に平行な細い区画を備え、その各々が、サブフィルタを備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光学フィルタが、複数の実質的に長方形の領域を備え、その各々が、サブフィルタを備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光学フィルタが、（ａ）ファブリ・ペローフィルタ、（ｂ）薄膜フィルタ、および（ｃ）干渉フィルタから成る群より選択される、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該第１のフーリエ変換集束要素は、その平らな面が該光検出器に対面し、その湾曲した面が該光学フィルタに対面するように配置されている、平凸レンズである、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、第２のフーリエ変換集束要素をさらに備えている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該フーリエ変換集束要素が、各レンズの平らな面が、該光検出器に対面し、各レンズの前記湾曲した面が、該光学フィルタに対面し、２つのレンズの焦線が、ｘ−ｙ面内で異なる軸に沿って配向され、該フーリエ変換集束要素の焦点面が、実質的に一致しているように配置されている、平凸円柱レンズである、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該フーリエ変換集束要素の焦点面が、該光検出器の感光表面と実質的に一致している、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該フーリエ変換集束要素の焦線が垂直である、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、マイクロレンズアレイをさらに備えている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該マイクロレンズアレイが、該第１のフーリエ変換集束要素の焦点面内に位置する、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該検出器が、マイクロレンズが該光検出器上に該光学フィルタの複数の画像を形成するように、光軸に対して実質的に垂直な面に位置する、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光学フィルタが、異なる中心波長を伴う複数のサブフィルタを備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、第２のフーリエ変換集束要素をさらに備え、マイクロレンズアレイが、円柱レンズのアレイを備え、２つの該集束要素のうちの第１の要素の焦点面に位置し、該光検出器が、２つの該集束要素のうちの第２の要素の焦点面に位置する、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルと該光学フィルタとの間に配置されている拡散器をさらに備えている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該第１のフーリエ変換集束要素が、（ａ）平凸レンズ、（ｂ）両凸レンズ、および（ｃ）非球面レンズから成る群より選択されるレンズであり、さらに、該光学フィルタが、該第１のフーリエ変換集束要素と該サンプルとの間に位置する、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光学フィルタは、異なる中心波長を伴う複数のサブフィルタを備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該複数のサブフィルタが、中心点の周囲で半径方向に配置されている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光学フィルタが、該光検出器にごく接近している、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光検出器が、２次元画像センサである、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルを照射するように適合されている光源をさらに備えている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光源が、レーザである、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光源が、発光ダイオードである、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルに対する所定の場所で該光源からの光を集束させるように適合されている集束システムをさらに備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該集束システムが、自動焦点システムである、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該集束システムが、該光源によって生成される光を該サンプル上に集束させるレンズの位置を制御する、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該集束システムが、該光源によって生成される光を該サンプル上に集束させるレンズの光学性質を制御する、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該集束システムが、音声コイルモータを備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該集束システムが、圧電モータを備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該集束システムが、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）モータを備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルから発する該光が、照射時に該サンプルによって散乱させられる光を含む、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルが、（ａ）分子振動スペクトル、（ｂ）分子回転スペクトル、および（ｃ）電子スペクトルから成る群より選択される、そのような小型分光計システムを開示することである。該小型分光計システムのいくつかの好ましい実施形態では、スペクトルは、ラマンスペクトルである。

本発明のさらなる目的は、第２の光学フィルタをさらに備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、照射時に該サンプルから散乱させられる該光は、照射時に該サンプルによって反射される光を含む、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルから発する該光が、該サンプルから発する蛍光によって生成される光を含む、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、通信ネットワークと通信するための手段をさらに備えている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該通信ネットワークが、無線通信ネットワークである、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該小型分光計システムが、該通信ネットワークに関連付けられる移動通信デバイス内に封入されている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該移動通信デバイスが、携帯電話である、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該通信ネットワークと通信しているスペクトル情報のデータベースをさらに備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該データベースが、リアルタイムで連続的に更新可能である、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、ローカルデジタルプロセッサをさらに備えている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該ローカルデジタルプロセッサが、（ａ）該小型分光計システムを操作するためのアルゴリズム、（ｂ）該小型分光計システムによって取得される未加工スペクトルデータを処理するためのアルゴリズム、（ｃ）該小型分光計システムによって取得されるデータをデータベースに記憶されたデータと比較するためのアルゴリズム、および（ｃ）該小型分光計システムによって取得されるスペクトルデータを遠隔サーバに伝送するためのアルゴリズムから成る群より選択される少なくとも１つのアルゴリズムを実行するようにプログラムされている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、ローカルメモリをさらに備えている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該ローカルメモリは、（ａ）固定メモリ、および（ｂ）揮発性メモリから成る群より選択される、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該ローカルメモリ内に記憶されたスペクトル情報のローカルデータベースをさらに備えている、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、前記小型分光計システムが、オーブンに組み込まれる、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該オーブンは、電子レンジである、そのような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該小型分光計システムが、冷蔵庫に組み込まれている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該分光計システムの場所を決定するためのＧＰＳ測位手段をさらに備えている、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルが、食品を含む、上記のうちのいずれかで定義されるような小型分光計システムを開示することである。

本発明のさらなる目的は、分散光学部を使用することなく、サンプルのスペクトルを取得する方法を開示することであり、該方法は、サンプルを提供することと、該サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させることであって、その中心波長は、それに衝突する光の入射角に依存する、ことと、該光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させることと、所定の面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定することと、該面Ｐ_１内の位置の関数としての光の強度をスペクトルに変換することとを含む。

本発明のさらなる目的は、所定の面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定する該ステップが、該第１のフーリエ変換集束要素の焦点面と実質的に一致している面内の位置の関数として光の強度を測定することを含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる該ステップが、該光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させることに先行し、該光学フィルタを通過する該光が、その波長に従って角度符号化され、該光は、空間的に符号化されるように該フーリエ変換集束要素によって変換される、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる該ステップは、該サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる該ステップに先行する、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、位置の関数として該画像センサに衝突する光の強度を測定するように適合されている画像センサを該所定の面Ｐ_１内に設置することをさらに含む、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる該ステップが、該光を平凸レンズまで通過させるステップを含み、その湾曲した面が、該光学フィルタに対面している、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる該ステップが、該サンプルから発する光を、複数のサブフィルタを備えている光学フィルタに衝突させるステップを含む、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、各マイクロレンズが、所定の面Ｐ_２に形成される光学フーリエ変換をサンプリングするように配向されている、該所定の面Ｐ_２内にマイクロレンズアレイを設置し、それにより、所定の面Ｐ_３に該光学フィルタの開口の微小画像を作成し、それにより、該マイクロレンズに到達する特定のサブフィルタにおける光の起源に従って、該光学フーリエ変換のサンプリング点を分解することをさらに含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該所定の面Ｐ_２が、該第１のフーリエ変換集束要素の焦点面と実質的に同一である、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該所定の面Ｐ_３内の位置の関数として、該画像センサに衝突する光の強度を測定するように適合されている画像センサを設置するステップをさらに含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、単一の軸に沿って該複数のサブフィルタを設置することと、該第２のフーリエ変換集束要素によって生成される空間的に符号化された光が、該第１のフーリエ変換集束要素によって生成される該空間的に符号化された光の配向に対する角度で符号化されるように、かつ、該第２のフーリエ変換集束要素の焦点面が該所定の面Ｐ_３と実質的に同一であるように配置されている、第２のフーリエ変換集束要素に該角度符号化された光を通すこととをさらに備え、該第１のフーリエ変換集束要素と該所定の面Ｐ_３との間にマイクロレンズアレイを設置する該ステップがさらに、該マイクロレンズアレイを通過する光が、該単一の軸と平行な軸に沿って該面内に配置されるように配置されている、円柱マイクロレンズを備えているマイクロレンズアレイを設置することを含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該角度符号化された光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる該ステップが、該角度符号化された光を第１の平凸円柱レンズまで通過させるステップであって、その湾曲した面が、該光学フィルタに対面している、ステップを含み、該角度符号化された光を第２のフーリエ変換集束要素に通す該ステップが、該角度符号化された光を第２の平凸円柱レンズまで通過させるステップであって、その湾曲した面が、該光学フィルタに対面している、ステップを含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該第１のフーリエ変換集束要素の焦点面内に該マイクロレンズアレイを設置することと、該第２のフーリエ変換集束要素の焦点面内に該光検出器を設置することとをさらに含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光を拡散器に通すことをさらに含む、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、光源で該サンプルを照射することをさらに含む、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルを照射する該ステップが、レーザおよび発光ダイオードから成る群より選択される光源で該サンプルを照射することを含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルが、（ａ）分子振動スペクトル、（ｂ）分子回転スペクトル、および（ｃ）電子スペクトルから成る群より選択される、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。該方法のいくつかの好ましい実施形態では、スペクトルは、蛍光スペクトルである。該方法のいくつかの好ましい実施形態では、スペクトルは、ラマンスペクトルである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルが、蛍光スペクトルである、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、蛍光信号からラマン信号を分離することをさらに含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光源から発する光を該サンプルに対する所定の場所に集束させることをさらに含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該光源から発する光を集束させる該ステップは、自動焦点システムを使用して、該光源から発する光を集束させるステップを含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、自動焦点システムを使用して、該光源から発する光を集束させる該ステップがさらに、該分光計によって取得される信号をリアルタイムで分析することと、それに応じて、該光がサンプルにおける最適な信号抽出点に集束されるように、該自動焦点システムに命令することとを含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、スペクトル情報のデータベースとの比較によって、取得されるスペクトルを分析することをさらに含む、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、分析する該ステップが、（ａ）該スペクトルをスペクトルデータベース内のスペクトルと比較するステップ、（ｂ）主成分分析を使用することによって、該スペクトルをスペクトルデータベース内のスペクトルと比較するステップ、（ｃ）部分最小二乗分析を使用するステップによって、該スペクトルをスペクトルデータベース内のスペクトルと比較するステップ、および（ｄ）ニューラルネットワークアルゴリズムを使用することによって、該スペクトルをスペクトルデータベース内のスペクトルと比較するステップから選択される、少なくとも１つのステップを含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルを該スペクトルデータベースに追加することをさらに含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルを遠隔処理ユニットに伝送することと、分析する該ステップを行うために該遠隔処理ユニットを使用することと、分析する該ステップの結果をユーザに伝送することとをさらに含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、伝送する該ステップが、無線ネットワーク上で伝送することによって行われる、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該第１のフーリエ変換集束要素の焦点面内の位置の関数として光の強度を変換する該ステップで取得される該スペクトルの予備分析を行うことをさらに含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルの予備分析を行う該ステップが、ローカル処理ユニットを使用して行われる、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルの予備分析を行う前記ステップが、遠隔で行われる、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルの予備分析を行う該ステップがさらに、（ａ）複数の独立測定値を平均するステップ、（ｂ）光学収差を補うステップ、および（ｃ）雑音低減アルゴリズムを使用して、検出器雑音を低減するステップから成る群より選択される、少なくとも１つのステップを含む、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルが取得される場所を所定の遠隔場所に伝送することをさらに含む、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該スペクトルが取得される場所を所定の遠隔場所に伝送する該ステップがさらに、ＧＰＳの使用によって該スペクトルが取得される場所を決定するステップを含む、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる該ステップであって、その中心波長は、それに衝突する光の入射角に依存する、該ステップ、該光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる該ステップ、および該面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定する該ステップが、光学要素を使用することによって行われ、その全ては、移動通信デバイス内または上に配置されている、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該移動通信デバイスが、携帯電話である、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる該ステップであって、その中心波長が、それに衝突する光の入射角に依存する、該ステップ、該光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる該ステップ、および該面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定する該ステップが、光学要素を使用することによって行われ、その全てが、オーブン内または上に配置されている、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該オーブンが、電子レンジである、そのような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる該ステップであって、その中心波長が、それに衝突する光の入射角に依存する、該ステップ、該光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる該ステップ、および該面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定する該ステップが、光学要素を使用することによって行われ、その全てが、冷蔵庫内または上に配置されている、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルが、食品を含む、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

本発明のさらなる目的は、該サンプルが、薬剤を含む、上記のうちのいずれかで定義されるような方法を開示することである。

ここで、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、当技術分野で公知である、格子ベースの分光計の概略図を提示する。 図２は、本明細書で開示される小型分光計システムのいくつかの非限定的実施形態の光学レイアウトの概略図を提示する。 図２は、本明細書で開示される小型分光計システムのいくつかの非限定的実施形態の光学レイアウトの概略図を提示する。 図２は、本明細書で開示される小型分光計システムのいくつかの非限定的実施形態の光学レイアウトの概略図を提示する。 図３は、本明細書で開示される小型分光計システムの一実施形態による、検出器上の光の分散の概略図を提示する。 図４は、本明細書で開示される小型分光計システムで使用するための複数のサブフィルタを備えている、光学フィルタのいくつかの実施形態の概略図を提示する。 図４は、本明細書で開示される小型分光計システムで使用するための複数のサブフィルタを備えている、光学フィルタのいくつかの実施形態の概略図を提示する。 図４は、本明細書で開示される小型分光計システムで使用するための複数のサブフィルタを備えている、光学フィルタのいくつかの実施形態の概略図を提示する。 図４は、本明細書で開示される小型分光計システムで使用するための複数のサブフィルタを備えている、光学フィルタのいくつかの実施形態の概略図を提示する。 図５は、本明細書で開示される本発明の非限定的実施形態でのフーリエ画像の抽出の概略図を提示する。 図６は、本明細書で開示される本発明を組み込む小型分光計のブロック図を提示する。 図６は、本明細書で開示される本発明を組み込む小型分光計のブロック図を提示する。 図７は、通信ネットワークへの本明細書で開示される本発明の接続の一実施形態のブロック図を提示する。

以下の説明では、本発明の種々の側面を説明する。説明の目的で、本発明の徹底的な理解を提供するために、具体的詳細が記載される。その本質的な性質に影響を及ぼすことなく、詳細が異なる本発明の他の実施形態があることが、当業者に明白となるであろう。したがって、本発明は、図で図示され、本明細書で説明されるものによって限定されないが、適正な範囲が添付の請求項の最も広い解釈のみによって決定される、該請求項でのみ指示される通りである。

本明細書で使用される場合、その波長に従って空間内で光を方向付けるように、したがって、多色光線の異なる波長成分を空間的に分離するように設計される、構成要素を表すために、「分散」という用語が、光学構成要素に関して使用される。この定義による「分散」光学要素の非限定的実施例は、回折格子およびプリズムを含む。該用語は、色収差等の非理想性により光を分散させるレンズ等の要素、または入射放射線の角度に従って異なる透過プロファイルを有する干渉フィルタ等の要素を特定的に除外する。

ここで、本明細書で開示される小型分光計システム２０の１つの非限定的実施形態を図示する、図２Ａを参照する。本システムは、光学フィルタ２００と、第１のフーリエ変換集束要素２０１と、検出器２０４とを備えている。本発明の好ましい実施形態では、第１のフーリエ変換集束要素２０１は、凸側が光学フィルタに対面しているように配向される、平凸レンズである。検出器は、本発明の好ましい実施形態では、第１のフーリエ変換集束要素の焦点面である所定の面Ｐ_１内に位置する。

光学フィルタ２００は、当技術分野で公知である任意の種類であり得る。好適な光学フィルタの非限定的実施例は、ファブリ・ペロー（ＦＰ）共振器、直列ＦＰ共振器、および干渉フィルタを含む。図２Ａに示される可能な限り単純な配列の典型的実施形態では、透過帯域（少なくとも２００ｎｍ）外の幅広い遮断範囲を伴う狭帯域通過フィルタ（≦１０ｃｍ^−１）を使用することができる。好ましい実施形態では、フィルタの中心波長（ＣＷＬ）は、それに衝突する光の入射角とともに変化する。

検出器２０４は、目的とする波長範囲内の光を検出することが可能である、当技術分野で公知の任意の好適な種類であり得、本明細書で開示される小型分光計システムは、取得されているスペクトルの性質、および検査されているサンプルの特定のスペクトル性質に応じて、紫外線から赤外線まで使用することができる。以下で説明されるように、スペクトルは、所定の面（例えば、第１のフーリエ変換集束要素の焦点面）内の位置の関数として光の強度を測定することによって取得されるため、本発明の好ましい実施形態では、位置の関数として強度を測定することが可能である検出器（例えば、アレイ検出器または２次元画像センサ）が使用される。

小型分光計２０の動作の基本原理は、以下の通りである。光２０５が、光学フィルタ２００に衝突する。光２０５が光学フィルタの領域にわたってほぼ空間的に不変であり（本発明の典型的な実施形態では、入口開口が約１ｍｍ^２の面積を有する）、光が十分に広い範囲の伝搬角度でフィルタに衝突することを仮定すると（その両方が合理的な仮定である）、フィルタを通過する光は、光学フィルタを通過した後、角度符号化される。第１のフーリエ変換集束要素（２０１）は（近似的に）、角度符号化された光の空間フーリエ変換を行い、それを空間的に符号化されたスペクトルに変換する。つまり、センサ上の位置（ピクセル数）の関数としてセンサによって記録される光の強度は、その位置に対応する光の波長での強度に相関する。

ここで、検出器が、第１のフーリエ変換集束要素２０１の焦点面と実質的に一致している面Ｐ_１内に位置する２Ｄ画像センサであり、第１のフーリエ変換集束要素が、放射対称を伴うレンズである実施形態について、検出器２０４上の光の分散を図示する図３を参照する。図で見ることができるように、異なる波長の光（λ_１、λ_２、λ_３、λ_４等）が、波長に比例する異なる半径の一連の円として、検出器に達するであろう。一般に、波長と対応する円の半径との間の関係は、直線状ではないであろう。

サンプルから発する光が十分拡散しない実施形態では、拡散器が光学フィルタの前に設置される。ここで、拡散器を組み込む小型分光計システム２０の典型的実施形態を図示する図２Ｂを参照する。コリメート（または部分的コリメート）光２０６が、拡散器に衝突し、次いで、拡散器が散光２０５を生成し、次いで、散光が光学フィルタ２００に衝突する。

図２Ａに示されるような単一のフィルタの使用は、分光計に利用可能なスペクトル範囲を制限し得る。例えば、光の入射角が３０°よりも大きい場合、本システムは、おそらく、レンズ収差、および大きい角度での検出器の効率の減少により、十分な強度の信号を生成しないであろう。３０°の角度範囲および約８５０ｎｍの光学フィルタＣＷＬについては、分光計に利用可能なスペクトル範囲は、約３５ｎｍとなるであろう。この範囲は、ラマン分光法等の多くの用途に不十分である。より広いスペクトル範囲を伴う実施形態では、各サブフィルタが異なるＣＷＬを有し、したがって、光学スペクトルの異なる部分を対象とする、実際には複数のサブフィルタから成る光学フィルタが使用される。

ここで、複数のサブフィルタを備えている光学フィルタの２つの非限定的実施形態を示す、図４Ａおよび４Ｂを参照する。図４Ａは、サブフィルタ（示される実施形態では８個）が単一の軸に沿って配列される光学フィルタを示す一方で、図４Ｂは、サブフィルタ（示される実施形態では９個）が２つの次元でタイル張りされている光学フィルタを示す。

サブフィルタの数に応じて、分光計にアクセス可能な波長範囲は、数百ナノメートルに達し得る。複数のサブフィルタの使用の場合、画像面で形成される（すなわち、サブフィルタにつき１つ）近似フーリエ変換が重複し、検出器の任意の特定のピクセルで取得される信号は、通常、異なるフーリエ変換の混合物に起因するであろう。

異なるサブフィルタが起源である信号を分離するために、マイクロレンズアレイが、第１のフーリエ変換集束要素と検出器との間に位置する所定の面Ｐ_２内に設置される。そのようなマイクロレンズアレイは、当技術分野で、例えば、Ｐｌｅｎｏｐｔｉｃカメラで周知である。好ましい実施形態では、マイクロレンズアレイ面Ｐ_２は、第１のフーリエ変換集束要素の焦点面と実質的に一致し、検出器面Ｐ_３は、マイクロレンズアレイによって作成される光学フィルタの画像を含む面と実質的に一致している。ここで、第１のフーリエ変換集束要素２０１の焦点面内にあるように、および検出器２０４がマイクロレンズアレイによって作成される光学フィルタの画像を含む面内に位置するように配置される、マイクロレンズアレイ２０３を組み込む、小型分光計２０の実施形態の光学レイアウトを概略的に示す、図２Ｃを参照する。

これらの実施形態では、したがって、各マイクロレンズは、それに衝突する光を、複数のサブフィルタによって生成される複数のフーリエ変換に対応する成分に分離する、「スーパーピクセル」の役割を果たす。各マイクロレンズは、検出器上に光学フィルタの開口の画像を作成する。そのようにして形成される「微小画像」は、レンズ開口の各部分（すなわち、光学フィルタ）からマイクロレンズによって対象とされる「スーパーピクセル」までの信号への寄与を表す。ここで、マイクロレンズアレイによる別個のフーリエ変換信号への信号の分解を図示する、図５を参照する。各マイクロレンズは、全体的なフーリエ画像をサンプリングし、次いで、各サンプルは、光学フィルタ２００での信号起源に従って分解され、各サブフィルタに対するフーリエ画像の抽出を可能にする。

図５で図示される特定の実施形態では、光学フィルタ２００は、単一の軸に沿って整列させられる複数のサブフィルタを備えている。サブフィルタのうちの３つ（２１００、２２００、および２３００として図で示される）からフーリエ変換集束要素に衝突する光は、マイクロレンズアレイによって検出器上に分散させられる３つの異なる信号（それぞれ、２１０、２２０、および２３０）につながる。マイクロレンズアレイは、サブフィルタが整列させられる軸と平行な軸に沿って、光が検出器上に分散させられるように配置される。

ここで、円柱マイクロレンズアレイを含む小型分光計システム２０の好ましい実施形態の光学レイアウトを図示する、図２Ｄを参照する。これらの実施形態では、第２のフーリエ変換集束要素２０２（好ましい実施形態では、フーリエ変換集束要素の両方が、検出器に対面する凸側を伴う平凸円柱レンズである）が、第１のフーリエ変換集束要素とマイクロレンズアレイとの間に設置される。第２のフーリエ変換集束要素２０２は、その焦線が第１のフーリエ変換集束要素の焦線と整合させられ「ない」ように配向される。好ましい実施形態では、２つの焦線は、垂直である。第２のフーリエ変換集束要素は、検出器がその焦点面内に位置するように設置される。

表１は、典型的実施形態における小型分光計システムの構成要素の性質の概要を提供する。好ましい実施形態では、フーリエ変換レンズおよびマイクロレンズのｆ数が同一であることに留意されたい。この実施形態の波長分解能は、＜１０ｃｍ^−１である。

本発明のいくつかの実施形態では、目的とするスペクトル範囲外の光を遮断するために（すなわち、不要な光が検出器に到達することを防止するために）、追加のフィルタが小型分光計システムの前に設置される。

ここで、本明細書で開示される本発明の別の実施形態の光学レイアウトを図示する、図２Ｅを参照する。この実施形態では、光学フィルタ２００は、検出器にごく接近して位置し、第１のフーリエ変換集束要素２０１は、放射対称性両凸、平凸レンズ、非球面レンズであり、つまり、円柱レンズは、この実施形態では使用されない。分光計システムに進入する散光２０５は、第１のフーリエ変換集束要素２０１によってフーリエ変換される。以前に説明された実施形態と異なり、フーリエ変換集束要素の前に角度波長符号化がない。

この実施形態では、フィルタに衝突する光は、広い範囲の角度で方向付けられ、検出器上の各スポットは、異なる入射角に対応する。前の実施形態のように、光学フィルタは、そのＣＷＬが入射角に依存するように設計されている。したがって、画像上の各同心円は、分光計システムに到達する光のスペクトルの狭い部分のみを含むであろう。

前の実施形態と同様に、単一の光学フィルタによって対象とされるスペクトル範囲が不十分である、実施形態では、異なるＣＷＬを伴う複数のサブフィルタを備えている、光学フィルタが使用される。そのような光学フィルタの設計の２つの非限定的実施形態が、図４Ｃおよび４Ｄに示されている。これらの実施形態における検出器に到達する光が軸対象であるので、サブフィルタは、中心点の周囲に配置される。図４Ｃおよび４Ｄで図示される実施形態では、フィルタ２００の中心に間隙がある。一般に、入射角に伴う波長の変動は、小さい入射角において小さいので、画像の中心部を使用しないことは、スペクトルの品質に有意に影響を及ぼさないことが予期される。

図２Ｅで図示される実施形態は、性能の低下に対する追加の単純性のトレードオフを伴う。光学フィルタを検出器の上に製造するか、または少なくとも検出器の上に載置することができるので、図２Ｅで図示される実施形態の利点は、システム内の部品の数を削減できることである。一方で、画像面上に作成される各スポットは、入射角が同一ではない多くの光線（多くの平面波と同等である）から成る。具体的には、各スポットは、角度の範囲にわたって検出器に衝突する光線束から成り、この範囲の中心は、レンズの中心と画像上のスポットとを接続する線と、レンズの中心と画像の中心とを接続する線とによって作成される角度である。第１のフーリエ変換集束要素２０１のｆ数に応じて、ｆ数に反比例するこの角度は、数分の１度から数度まで変化し得る。光線束の中の各光線は、異なるフィルタリング機能を受け、したがって、スペクトル分解能を低減させるであろう。重要ではない用途について、スペクトル分解能の低減は、本システムのこの実施形態の複雑性および費用の減少によって補われるであろう。

本発明のいくつかの実施形態では、散乱周囲光を使用して、サンプルの測定が行われる。大抵の場合、散乱周囲光は、十分に高品質のスペクトルを提供するためには十分に強くないであろう。したがって、本発明の好ましい実施形態では、小型分光計システムは、光源を組み込む。光源は、スペクトル測定が行われるために適切である、当技術分野で公知の任意の種類（例えば、レーザまたは発光ダイオード）であり得る。

その小さいサイズおよび低い複雑性により、本明細書で開示される小型分光計システムは、携帯電話等の移動通信デバイスに組み込むことができる。それは、デバイス自体内に封入されることができるか、またはデバイス上に載置され、当技術分野で公知である電力およびデータリンクを提供するための任意の有線または無線手段によって接続されることができるかのいずれかである。モバイルデバイスに分光計システムを組み込むことによって、以下で詳細に説明されるように、取得されるスペクトルを遠隔場所にアップロードすることができ、そこで分析を行うことができ、ユーザに分析の結果を通知することができる。分光計システムはまた、測定されているサンプルの場所を報告することができるように、ＧＰＳデバイスを装備することもできる。

その小サイズおよび低費用により、本明細書で開示される分光計システムはまた、オーブン（特に電子レンジ）、フードプロセッサ、冷蔵庫等の台所用器具に組み込むこともできる。次いで、ユーザは、食品貯蔵および調理の経過中にリアルタイムで材料の安全性の決定を行うことができる。

ここで、本明細書で開示される小型分光計システムを組み込む、サンプル３０のスペクトルを取得するための分光計の２つの非限定的実施形態を図示する、図６を参照する。分光計は、小型分光計システム２０に加えて、光源６０を組み込む。いくつかの実施形態では、光源は、レーザであり得、他の実施形態では、それは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり得る。光源の波長および強度は、分光計が使用されるであろう特定の用途に依存するであろう。分光計はまた、電源（例えば、バッテリまたは電力供給部）４０と、処理および制御ユニット５０とを含む。図６Ａに示される実施形態では、分光計が、加えて、Ｉ／Ｏ光学部７０を含む一方で、図６Ｂに示される実施形態では、前の実施形態のＩ／Ｏ光学部の代わりに、光学フィルタが含まれ、１つは光源とサンプルとの間、他方はサンプルと小型分光計システム２０との間にある。当業者であれば、多種多様の分光技法とともに使用するために、光源、検出器、および関連光学部の適正な選択を伴って、本明細書で開示される分光計を採用できることを認識するであろう。非限定的実施例は、ラマン、蛍光、および赤外線または紫外・可視反射分光法を含む。上記で説明されるように、小型分光計システム２０は、蛍光信号からラマン信号を分離することができるので、本発明のいくつかの実施形態では、同一の分光計が両方の分光法に使用される。

上述のように、食品の安全性の決定のために分光技法を適合させるための第２の問題は、検査されている物質の複雑な性質、したがって、必要である複雑な分析である。具体的には、意図されたユーザが個人消費者である場合、分光分析システムの使用は、「自動露出」を超えない複雑さでなければならず、ユーザ側でいかなる広範な活動も伴わずに分析がユーザに提供されなければならない。

本発明のいくつかの実施形態では、分光計システムは、その中に記憶されたスペクトルデータのデータベースを伴うメモリ、および分析ソフトウェアがプログラムされたマイクロプロセッサが装備されている。メモリは、ユーザ自身の測定値をそれに組み込むことができるために、揮発性であり得る。他の実施形態では、データベースおよび／または分析ソフトウェアの全体あるいは一部が遠隔で記憶され、分光計システムは、当技術分野で公知である任意の適切な方法によって、ネットワーク（例えば、無線ネットワーク）を介してそれと通信する。データベースが遠隔に位置する、好ましい実施形態では、それは連続的に更新可能である。このようにして、分光計のユーザによって行われる各測定は、任意のユーザによって行われる将来の測定の品質および確実性を増加させる。

小型分光計の典型的な使用方法では、ユーザは、そのスペクトルが取得されるべきサンプルを照射する。次いで、スペクトルは、上記で説明されるように取得される。次いで、スペクトルは、任意の適切な分析方法を使用して分析される。使用することができるスペクトル分析技法の非限定的実施例は、主成分分析、部分最小二乗分析、およびスペクトル成分を決定するためのニューラルネットワークアルゴリズムの使用を含む。したがって、スペクトルは、調査されている複雑な混合物のペクトルが、物質、物質の混合物、または微生物のスペクトルと一致する成分を含有するか、その存在が望ましくないか、およびスペクトルの中のこれらの成分の強度から、それらの濃度が懸念するほど十分高いかどうかを決定するように分析される。そのような物質の非限定的実施例は、毒素、アレルゲン、分解生成物、または有害な微生物を含む。本発明の好ましい実施形態では、おそらくサンプルが消費に適していないと見なされる場合、ユーザに警告が提供される。

本発明の好ましい実施形態では、それは、ユーザが特定の測定で取得される情報を共有することを可能にする通信ネットワークに接続される。「クラウド」（すなわち、分散ネットワーク）内に位置する更新可能なデータベースが、常に、個々のユーザによって行われる測定の結果を受信し、リアルタイムで自ら更新し、したがって、より優れた精度および信頼性で各連続測定が行われることを可能にするとともに、分光的特徴が入手可能である物質の数を拡張する。

ここで、本明細書で開示されるシステムを使用するための本明細書で開示される方法の通信環境のブロック図を提示する、図７を参照する。光源と、小型分光計システム２０と、関連光学部とを備えている、プローブは、上記で説明されるハードウェアおよびソフトウェアのうちのいくつかまたは全てを備えているプラットフォームへの論理接続を有する。プローブシステムは、情報をユーザに提供するための追加の構成要素を含み得る。そのような構成要素の非限定的実施例は、食品サンプリングをサンプリングが行われた場所と結び付けるＧＰＳと、サンプルの視覚的印象を記録するためのカメラと、温度および湿度等の環境変数を測定するためのセンサとを含む。

図７に示されるブロック図はまた、上記で論議されるローカルまたは遠隔データベースへの論理リンクも示す。本発明の種々の実施形態では、スペクトルへの未加工強度データの変換は、ローカル（分光計システムに供給されたプロセッサおよびソフトウェアを用いて）または遠隔のいずれかで、行われ得る。より複雑な分析のためのより大量の計算は、一般に、遠隔で行われるであろう。

遠隔データ分析を組み込む実施形態では、遠隔システムに転送されるデータは、未加工検出器データ、前処理検出器データまたは処理がローカルで行われた後処理検出器データ、または未加工検出器データから導出されるスペクトルのうちの１つ以上を含み得る。これらの実施例は、限定的となることを目的としておらず、本発明の典型的実施形態を例証するために挙げられるにすぎない。

本発明のいくつかの実施形態では、以下の信号処理方式が使用される。第１に、画像または一連の画像が、上述の分光計の中の画像センサによって捕捉される。画像は、ローカル処理ユニットによって分析される。この分析段階は、画像平均化、光学ユニットの収差に対する補償、雑音低減アルゴリズムの使用による検出器雑音の低減、または未加工スペクトルへの画像の変換のうちのいずれかまたは全てを含み得る。次いで、未加工スペクトルが、遠隔処理ユニットに伝送され、好ましい実施形態では、伝送は、無線通信を使用して行われる。

次いで、未加工スペクトルが、遠隔で分析される。第１に、雑音低減が行われる。次いで、ラマンスペクトルが取得されている実施形態では、ラマン信号が任意の蛍光信号から分離される。次いで、ラマンおよび蛍光スペクトルの両方が、既存の較正スペクトルと比較される。較正が行われた後、スペクトル分解のための任意の適切なアルゴリズムを使用して、スペクトルが分析され、そのようなアルゴリズムの非限定的実施例は、主成分分析、部分最小二乗分析、およびニューラルネットワークアルゴリズムを使用するスペクトル分析を含む。この分析は、分光計を使用して検査されたサンプルを特徴付けるために必要とされる情報を提供する。次いで、分析の結果が、ユーザに提示される。

Claims (97)

1. サンプルのスペクトルを取得するための小型分光計システムであって、
   前記サンプルから発する光を検出するための光検出器と、
   前記サンプルと前記検出器との間に位置する光学フィルタと、
   第１のフーリエ変換集束要素と
   を備え、
   前記小型分光計システムは、いかなる分散光学要素も含まない、小型分光計システム。
2. 前記光学フィルタは、非同調可能フィルタである、請求項１に記載の小型分光計システム。
3. 前記第１のフーリエ変換集束要素は、前記光学フィルタと前記光検出器との間に配置され、前記光学フィルタを通過した光は、前記少なくとも１つの集束要素によって前記検出器の感光表面上に分散される、請求項１に記載の小型分光計システム。
4. 前記光学フィルタの中心波長は、前記光学フィルタに衝突する光の入射角とともに変化する、請求項１に記載の小型分光計システム。
5. 前記光学フィルタは、異なる中心波長を伴う複数のサブフィルタを備えている、請求項１に記載の小型分光計システム。
6. 前記光学フィルタは、複数の実質的に平行な細い区画を備え、それらの各々は、サブフィルタを備えている、請求項５に記載の小型分光計システム。
7. 前記光学フィルタは、複数の実質的に長方形の領域を備え、それらの各々は、サブフィルタを備えている、請求項５に記載の小型分光計システム。
8. 前記光学フィルタは、（ａ）ファブリ・ペローフィルタ、（ｂ）薄膜フィルタ、および（ｃ）干渉フィルタから成る群より選択される、請求項１に記載の小型分光計システム。
9. 前記第１のフーリエ変換集束要素は、平凸レンズであり、前記平凸レンズは、その平らな面が前記光検出器に対面し、その湾曲した面が前記光学フィルタに対面するように配置されている、請求項１に記載の小型分光計システム。
10. 第２のフーリエ変換集束要素をさらに備えている、請求項１に記載の小型分光計システム。
11. 前記フーリエ変換集束要素は、
    各レンズの前記平らな面が、前記光検出器に対面し、
    各レンズの前記湾曲した面が、前記光学フィルタに対面し、
    前記２つのレンズの焦線が、ｘ−ｙ面内で異なる軸に沿って配向され、
    前記フーリエ変換集束要素の焦点面が、実質的に一致している
    ように配置されている平凸円柱レンズである、請求項１０に記載の小型分光計システム。
12. 前記フーリエ変換集束要素の前記焦点面は、前記光検出器の感光表面と実質的に一致している、請求項１１に記載の小型分光計システム。
13. 前記フーリエ変換集束要素の前記焦線は、垂直である、請求項１１に記載の小型分光計システム。
14. マイクロレンズアレイをさらに備えている、請求項１に記載の小型分光計システム。
15. 前記マイクロレンズアレイは、前記第１のフーリエ変換集束要素の前記焦点面内に位置している、請求項１４に記載の小型分光計システム。
16. 前記検出器は、前記マイクロレンズが前記光検出器上に前記光学フィルタの複数の画像を形成するように、光軸に対して実質的に垂直な面に位置している、請求項１４に記載の小型分光計システム。
17. 前記光学フィルタは、異なる中心波長を伴う複数のサブフィルタを備えている、請求項１４に記載の小型分光計システム。
18. 第２のフーリエ変換集束要素をさらに備え、前記マイクロレンズアレイは、円柱レンズのアレイを備え、２つの前記集束要素のうちの第１の要素の前記焦点面に位置し、前記光検出器は、２つの前記集束要素のうちの第２の要素の前記焦点面に位置している、請求項１４に記載の小型分光計システム。
19. 前記サンプルと前記光学フィルタとの間に配置されている拡散器をさらに備えている、請求項１に記載の小型分光計システム。
20. 前記第１のフーリエ変換集束要素は、（ａ）平凸レンズ、（ｂ）両凸レンズ、および（ｃ）非球面レンズから成る群より選択されるレンズであり、さらに、前記光学フィルタは、前記第１のフーリエ変換集束要素と前記サンプルとの間に位置している、請求項１に記載の小型分光計システム。
21. 前記光学フィルタは、異なる中心波長を伴う複数のサブフィルタを備えている、請求項２０に記載の小型分光計システム。
22. 前記複数のサブフィルタは、中心点の周囲で半径方向に配置されている、請求項２１に記載の小型分光計システム。
23. 前記光学フィルタは、前記光検出器にごく接近している、請求項２０に記載の小型分光計システム。
24. 前記光検出器は、２次元画像センサである、請求項１に記載の小型分光計システム。
25. 前記サンプルを照射するように適合されている光源をさらに備えている、請求項１に記載の小型分光計システム。
26. 前記光源は、レーザである、請求項２５に記載の小型分光計システム。
27. 前記光源は、発光ダイオードである、請求項２５に記載の小型分光計システム。
28. 前記サンプルに対する所定の場所で前記光源からの光を集束させるように適合されている集束システムをさらに備えている、請求項２５に記載の小型分光計システム。
29. 前記集束システムは、自動焦点システムである、請求項２８に記載の小型分光計システム。
30. 前記集束システムは、前記光源によって生成される光を前記サンプル上に集束させるレンズの位置を制御する、請求項２８に記載の小型分光計システム。
31. 前記集束システムは、前記光源によって生成される光を前記サンプル上に集束させるレンズの光学性質を制御する、請求項２８に記載の小型分光計システム。
32. 前記集束システムは、音声コイルモータを備えている、請求項２８に記載の小型分光計システム。
33. 前記集束システムは、圧電モータを備えている、請求項２８に記載の小型分光計システム。
34. 前記集束システムは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）モータを備えている、請求項２８に記載の小型分光計システム。
35. 前記サンプルから発する前記光は、照射時に前記サンプルによって散乱させられる光を含む、請求項１に記載の小型分光計システム。
36. 前記スペクトルは、（ａ）分子振動スペクトル、（ｂ）分子回転スペクトル、および（ｃ）電子スペクトルから成る群より選択される、請求項３５に記載の小型分光計システム。
37. 前記スペクトルは、ラマンスペクトルである、請求項３６に記載の小型分光計システム。
38. 第２の光学フィルタをさらに備えている、請求項３５に記載の小型分光計システム。
39. 照射時に前記サンプルから散乱させられる前記光は、照射時に前記サンプルによって反射される光を含む、請求項３５に記載の小型分光計システム。
40. 前記サンプルから発する前記光は、前記サンプルから発する蛍光によって生成される光を含む、請求項１に記載の小型分光計システム。
41. 通信ネットワークと通信するための手段をさらに備えている、請求項１に記載の小型分光計システム。
42. 前記通信ネットワークは、無線通信ネットワークである、請求項４１に記載の小型分光計システム。
43. 前記小型分光計システムは、前記通信ネットワークに関連付けられる移動通信デバイス内に封入されている、請求項４１に記載の小型分光計システム。
44. 前記移動通信デバイスは、携帯電話である、請求項４３に記載の小型分光計システム。
45. 前記通信ネットワークと通信しているスペクトル情報のデータベースをさらに備えている、請求項４１に記載の小型分光計システム。
46. 前記データベースは、リアルタイムで連続的に更新可能である、請求項４５に記載の小型分光計システム。
47. ローカルデジタルプロセッサをさらに備えている、請求項１に記載の小型分光計システム。
48. 前記ローカルデジタルプロセッサは、（ａ）前記小型分光計システムを操作するためのアルゴリズム、（ｂ）前記小型分光計システムによって取得される未加工スペクトルデータを処理するためのアルゴリズム、（ｃ）前記小型分光計システムによって取得されるデータをデータベースに記憶されたデータと比較するためのアルゴリズム、および（ｃ）前記小型分光計システムによって取得されるスペクトルデータを遠隔サーバに伝送するためのアルゴリズムから成る群より選択される少なくとも１つのアルゴリズムを実行するようにプログラムされている、請求項４７に記載の小型分光計システム。
49. ローカルメモリをさらに備えている、請求項１に記載の小型分光計システム。
50. 前記ローカルメモリは、（ａ）固定メモリ、および（ｂ）揮発性メモリから成る群より選択される、請求項４９に記載の小型分光計システム。
51. 前記ローカルメモリ内に記憶されたスペクトル情報のローカルデータベースをさらに備えている、請求項４９に記載の小型分光計システム。
52. 前記小型分光計システムは、オーブンに組み込まれている、請求項１に記載の小型分光計システム。
53. 前記オーブンは、電子レンジである、請求項５２に記載の小型分光計システム。
54. 前記小型分光計システムは、冷蔵庫に組み込まれている、請求項１に記載の小型分光計システム。
55. 前記分光計システムの場所を決定するためのＧＰＳ測位手段をさらに備えている、請求項１に記載の小型分光計システム。
56. 前記サンプルは、食品を含む、請求項１に記載の小型分光計システム。
57. 分散光学部を使用することなく、サンプルのスペクトルを取得する方法であって、前記方法は、
    サンプルを提供することと、
    前記サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させることであって、前記光学フィルタの中心波長は、前記光学フィルタに衝突する前記光の入射角に依存する、ことと、
    前記光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させることと、
    所定の面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定することと、
    前記面Ｐ_１内の位置の関数としての光の強度をスペクトルに変換することと
    を含む、方法。
58. 所定の面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定する前記ステップは、前記第１のフーリエ変換集束要素の焦点面と実質的に一致している面内の位置の関数として光の強度を測定することを含む、請求項５７に記載の方法。
59. 前記サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる前記ステップは、前記光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる前記ステップに先行し、前記光学フィルタを通過する前記光は、その波長に従って角度符号化され、前記光は、空間的に符号化されるように前記フーリエ変換集束要素によって変換される、請求項５７に記載の方法。
60. 前記光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる前記ステップは、前記サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる前記ステップに先行する、請求項５７に記載の方法。
61. 画像センサを前記所定の面Ｐ_１内に設置することをさらに含み、前記画像センサは、位置の関数として前記画像センサに衝突する光の強度を測定するように適合されている、請求項５７に記載の方法。
62. 前記光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる前記ステップは、前記光を平凸レンズまで通過させるステップを含み、前記平凸レンズの湾曲した面は、前記光学フィルタに対面している、請求項５７に記載の方法。
63. 前記サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる前記ステップは、前記サンプルから発する光を、複数のサブフィルタを備えている光学フィルタに衝突させるステップを含む、請求項５７に記載の方法。
64. 各々が所定の面Ｐ_２に形成される光学フーリエ変換をサンプリングするように配向されているマイクロレンズアレイを前記所定の面Ｐ_２内に設置し、それにより、所定の面Ｐ_３に前記光学フィルタの開口の微小画像を作成し、それにより、前記マイクロレンズに到達する、特定のサブフィルタにおける光の起源に従って、前記光学フーリエ変換のサンプリング点を分解することをさらに含む、請求項６３に記載の方法。
65. 前記所定の面Ｐ_２は、前記第１のフーリエ変換集束要素の焦点面と実質的に同一である、請求項６４に記載の方法。
66. 前記所定の面Ｐ_３内の位置の関数として、前記画像センサに衝突する光の強度を測定するように適合されている画像センサを設置するステップをさらに含む、請求項６４に記載の方法。
67. 単一の軸に沿って前記複数のサブフィルタを設置することと、
    第２のフーリエ変換集束要素に前記角度符号化された光を通すことと
    をさら含み、
    前記第２のフーリエ変換集束要素は、前記第２のフーリエ変換集束要素によって生成される前記空間的に符号化された光が、前記第１のフーリエ変換集束要素によって生成される前記空間的に符号化された光の配向に対する角度で符号化されるように、かつ、前記第２のフーリエ変換集束要素の焦点面が前記所定の面Ｐ_３と実質的に同一であるように配置され、
    前記第１のフーリエ変換集束要素と前記所定の面Ｐ_３との間にマイクロレンズアレイを設置する前記ステップは、円柱マイクロレンズを備えているマイクロレンズアレイを設置することをさらに含み、前記マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズアレイを通過する光が、前記単一の軸と平行な軸に沿って前記面内に配置されるように配置されている、
    請求項６４に記載の方法。
68. 前記角度符号化された光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる前記ステップは、前記角度符号化された光を第１の平凸円柱レンズまで通過させるステップを含み、前記第１の平凸円柱レンズの湾曲した面は、前記光学フィルタに対面しており、第２のフーリエ変換集束要素に前記角度符号化された光を通す前記ステップは、前記角度符号化された光を第２の平凸円柱レンズまで通過させるステップを含み、前記第２の平凸円柱レンズの湾曲した面は、前記光学フィルタに対面している、請求項６７に記載の方法。
69. 前記第１のフーリエ変換集束要素の焦点面内に前記マイクロレンズアレイを設置することと、
    前記第２のフーリエ変換集束要素の焦点面内に前記光検出器を設置することと
    をさらに含む、請求項６７に記載の方法。
70. 前記光を拡散器に通すことをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
71. 光源で前記サンプルを照射することをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
72. 前記サンプルを照射する前記ステップは、レーザおよび発光ダイオードから成る群より選択される光源で前記サンプルを照射することを含む、請求項７１に記載の方法。
73. 前記スペクトルは、（ａ）分子振動スペクトル、（ｂ）分子回転スペクトル、および（ｃ）電子スペクトルから成る群より選択される、請求項５６に記載の方法。
74. 前記スペクトルは、蛍光スペクトルである、請求項７３に記載の方法。
75. 前記スペクトルは、ラマンスペクトルである、請求項７３に記載の方法。
76. 前記蛍光信号から前記ラマン信号を分離するステップをさらに含む、請求項７５に記載の方法。
77. 前記光源から発する光を前記サンプルに対する所定の場所に集束させるステップをさらに含む、請求項７１に記載の方法。
78. 前記光源から発する光を集束させる前記ステップは、自動焦点システムを使用して、前記光源から発する光を集束させるステップを含む、請求項７７に記載の方法。
79. 自動焦点システムを使用して、前記光源から発する光を集束させる前記ステップは、
    前記分光計によって取得される前記信号をリアルタイムで分析することと、
    それに応じて、前記光が前記サンプルにおける最適な信号抽出点に集束されるように、前記自動焦点システムに命令することと
    をさらに含む、請求項７８に記載の方法。
80. スペクトル情報のデータベースとの比較によって、取得される前記スペクトルを分析することをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
81. 分析する前記ステップは、（ａ）前記スペクトルをスペクトルデータベース内のスペクトルと比較するステップ、（ｂ）主成分分析を使用することによって、前記スペクトルをスペクトルデータベース内のスペクトルと比較するステップ、（ｃ）部分最小二乗分析を使用することによって、前記スペクトルをスペクトルデータベース内のスペクトルと比較するステップ、および（ｄ）ニューラルネットワークアルゴリズムを使用することによって、前記スペクトルをスペクトルデータベース内のスペクトルと比較するステップから選択される、少なくとも１つのステップを含む、請求項８０に記載の方法。
82. 前記スペクトルを前記スペクトルデータベースに追加することをさらに含む、請求項８０に記載の方法。
83. 前記スペクトルを遠隔処理ユニットに伝送することと、
    分析する前記ステップを行うために前記遠隔処理ユニットを使用することと、
    分析する前記ステップの結果を前記ユーザに伝送することと
    をさらに含む、請求項８０に記載の方法。
84. 伝送する前記ステップは、無線ネットワーク上で伝送することによって行われる、請求項８３に記載の方法。
85. 前記第１のフーリエ変換集束要素の焦点面内の位置の関数として光の強度を変換する前記ステップで取得される前記スペクトルの予備分析を行うことをさらに含む、請求項８３に記載の方法。
86. 前記スペクトルの予備分析を行う前記ステップは、ローカル処理ユニットを使用して行われる、請求項８５に記載の方法。
87. 前記スペクトルの予備分析を行う前記ステップは、遠隔で行われる、請求項８５に記載の方法。
88. 前記スペクトルの予備分析を行う前記ステップは、
    複数の独立測定値を平均するステップ、
    光学収差を補うステップ、および
    雑音低減アルゴリズムを使用して、検出器雑音を低減するステップ
    から成る群より選択される、少なくとも１つのステップをさらに含む、
    請求項８５に記載の方法。
89. 前記スペクトルが取得される場所を所定の遠隔場所に伝送することをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
90. 前記スペクトルが取得される場所を所定の遠隔場所に伝送する前記ステップは、ＧＰＳの使用によって前記スペクトルが取得される場所を決定するステップをさらに含む、請求項５７に記載の方法。
91. 前記サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる前記ステップであって、前記光学フィルタの中心波長は、前記光学フィルタに衝突する前記光の入射角に依存する、前記ステップ、
    前記光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる前記ステップ、および
    前記面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定する前記ステップは、
    光学要素を使用することによって行われ、前記光学要素の全ては、移動通信デバイス内またはその上に配置されている、請求項５７に記載の方法。
92. 前記移動通信デバイスは、携帯電話である、請求項９１に記載の方法。
93. 前記サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる前記ステップであって、前記光学フィルタの中心波長は、前記光学フィルタに衝突する前記光の入射角に依存する、前記ステップ、
    前記光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる前記ステップ、および
    前記面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定する前記ステップは、
    光学要素を使用することによって行われ、前記光学要素の全ては、オーブン内またはその上に配置されている、請求項５７に記載の方法。
94. 前記オーブンは、電子レンジである、請求項９３に記載の方法。
95. 前記サンプルから発する光を光学フィルタに衝突させる前記ステップであって、前記光学フィルタの中心波長は、前記光学フィルタに衝突する前記光の入射角に依存する、前記ステップ、
    前記光を第１のフーリエ変換集束要素まで通過させる前記ステップ、および
    前記面Ｐ_１内の位置の関数として光の強度を測定する前記ステップは、
    光学要素を使用することによって行われ、前記光学要素の全ては、冷蔵庫内またはその上に配置されている、請求項５７に記載の方法。
96. 前記サンプルは、食品を含む、請求項５７に記載の方法。
97. 前記サンプルは、薬剤を含む、請求項５７に記載の方法。

Images