KR100264163B1

KR100264163B1 - 분광측정장치 및 그 표준화 방법

Info

Publication number: KR100264163B1
Application number: KR1019930001937A
Authority: KR
Inventors: 엠. 간츠 알란; 에이치. 트래씨 데이비드; 에이. 홀트 로버트
Original assignee: 에드윈티 그림스; 더퍼킨-엘머코포레이션
Priority date: 1992-02-12
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 2000-08-16
Also published as: DE69315607D1; EP0800066A3; DE69333054D1; EP0560006B1; CA2087360C; JP3768873B2; EP0560006A3; KR930018264A; EP0800066A2; DE69333054T2; EP0800066B1; JP2002196130A; JPH0682307A; EP0560006A2; CA2087360A1; DE69315607T2; US5303165A; JP3547771B2

Abstract

예리한 분광 라인에 대해 고유 프로파일을 나타내는 광측정 장치는 좁은 분광라인에 대해 프로파일 데이터를 처리한다. 분광 라인들은, 금으로 피복된 중합체의 고급의 미세 에탈론으로 실행된다. 변환 필터가 프로파일 데이터를 가우스 곡선형 프로파일로 변환시키도록 계산된다. 파장 교정은, 샘풀 데이터에 인가되어 교정된 표준화 데이터를 발생시키는 수정 매트릭스를 달성하도록 필터에 결합된다. 수정 매트릭스가 교정 데이터에 반복적으로 인가되어 파장 교정을 위해 사용된 표준화된 교정 데이터를 발생시킨다. 광학 표준, 간섭 에탈론 및 줄무늬 방정식에 의해 교정이 달성된다. 먼저 에탈론 유효두께가 계산되고 정확히 측정되므로써 줄무늬 피크들이 파장을 교정한다.

Description

분광측정장치 및 그 표준화 방법

제1도는 본 발명을 합체한 분광 사진 시스템의 개략도.

제2도는 분광 사진측정 장치의 고유 프로파일, 본 발명에 따라 선택된 타겟 프로파일, 및 관련된 변환필터를 예시하는 분광 플롯(plot).

제3도는 본 발명에 이용된 컴퓨터 프로그램용 플로우챠트.

제4도는 본 발명에 따른 매우 미세한 에탈론의 단면도.

제5도는 본 발명에 따른 수정 매트릭스를 이용하는 벡터곱을 예시하는 도면.

제6도는 2 중 피크 교정 프로파일 및 본 발명에 따라 그것을 처리하는 것을 예시하는 분광 플롯.

제7도는 본 발명에 사용된 저급의 미세 스펙트럼을 예시하는 분광 플롯.

제8도는 제3도의 플로우챠트내의 프로파일을 분리시키는 단계에 대한 상세한 플로우챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 분광측정장치 11 : 광 검출기

12 : 광 소오스 13 : 광선

14 : 렌즈 16 : 광섬유

18 : 탐침 조립체 20 : 샘플간격

26 : 바이패스 섬유 33 : 회절 격자

본 발명은 분광측정장치(spectrometric instrument), 특히 그같은 분광장치 에 의한 분광데이터의 고유왜곡을 수정하기 위해 그 분광측정장치를 표준화하고 교정(standardization and calibration)하는 방법에 관한 것이다.

[발명의 배경]

분광측정장치는 회절격자와 같은 분산요소 및 검출기 시스템을 포함한다. 하나의 정밀형태에 있어서, 검출기는, 화소(pixel) 위치가 검출된 파장으로 나타나는 각각의 화소 광 검출기의 배열을 포함하는 통상의 고체 디바이스로 된다. 그 같은 검출기는 대개 광 다이오드 어레이, 전하 결합 디바이스 또는 전하 주입 디바이스로된다. 다른 분광측정장치는 단일 광 검출기상의 분산요소를 주사(scan)하거나, 또는 간섭사진의 푸리에 변환(Fourier transform)을 사용하지만, 그러나 그 개념은 파장이 물리적 위치, 방향 또는 그와 유사한 것에 대해 교정된다는 점에서 동일하다. 현재의 분광측정장치는 검출기로부터의 각각의 분광 데이터를 고려하여 스펙트럼을 분석하고 비교하는 컴퓨터를 포함한다.

광학기, 검출기 및 컴퓨터화에 대한 개선점이 매우 정확한 측정을 수행할 수 있는 능력을 발전시켜왔다. 하나의 예로서, 캐모메트릭(chemometric) 수학적 분석을 사용하여 개솔린의 옥탄가를 측정하는 흡수 분광 광도계 또는 폴리크로메이터(polychromator)가 있다. 옥탄가의 차이는 근 적외선(IR) 흡수 스펙트럼내의 미묘한 차이에 관련된다. 분광 특성내의 매우 작은 변화들은 효과적으로 직접 개별 검출될 수 있으며, 컴퓨터 처리되는 자동 조작이 필요하다. 또는 그같은 분광 측정치들은 연속적인 온라인(on-line)으로 달성되는 것이 바람직하다. 따라서, 분석 화학을 위한 진보된 분광 측정방법의 사용이 관심사로 대두되었다.

테스트될 미지의 샘플들과 유사한 표준화학제품들의 공지의 성질 또는 다른 특성의 분광측정으로 교정을 수행하는 것이 일반적이다. 케모메트릭 모델들은 주성분 회귀(Principal Component Regression ; PCR) 또는 부분 최소 자승(Partial Least Squares ; PLS)과 같은 다변성(multivariate) 교정법을 사응하는 스펙트럼들로 이루어져 있다. 개솔린 옥탄의 경우에는, 적합한 정확성 및 정밀성을 위해 다수 (예컨데 50-100)의 샘플을 필요로할 수 있으며, 기계적 편차를 처리하기 위해 자주 반복될 필요가 있다. 그 같은 모델의 성장은 또한 근접 정사(close scrutiny) 및 숙련도를 필요로한다.

또한 공지된 파장의 확실한 스펙트럼 렌즈를 제공하는 램프 또는 투과필터로 교정이 실행될 수 있다. 그같은 소오스는 소수의 파장에서만 유용하며, 파브리-페롯(Fabry-Perot) 간섭계 등을 사용한 줄무늬 패턴(fringe pattern)이 소기의 분광범위에 걸쳐서 교정하는데 이용된다. 공지된 파장과 줄무늬 패턴을 연관시키는 방법이 요구되었다. 파장을 표준 및 간섭계로 판단하기위한 수학적 모델이 사무에 씨. 바덴이 1988년 Astro. Soc. of the Pacific, 발표한 “천문학에서의 광섬유”라는 논문에 개시되어 있다. 명백하게 이같은 방법은 분석화학분야에 적용되지 않았다.

대표적인 분광 광도계가 디. 엘. 에이즈 및 제이. 비. 칼리스에 의해 1989년 분광학 48 (1) 127-32 페이지에 발표된 “600-1000nm 파장 영역에 대한 광다이오드 어레이를 기본으로하는 근 적외선 분광 광도계” 및 엠. 리사트, 제이. 만 지 및 제이. 비. 칼리스에 의해 1991년 과학기수의 고찰 62 (2) 507-515페이지에 발표된 “랩탑 케미스트리 ; 광섬유, 필드 포터블, 근적외선 분광기”에 개시되어 있다. 다중 채널 분광광도 검출기 시스템의 설계, 자동 주사 및 작동에 관련된 논문으로서 에스. 에스. 보그트, 알. 지. 툴 및 피. 켈톤에 의해 1978년 사용된 섬유 17, 574-592 페이지에 발표된 “자동주사 광 다이오드 어레이 :고분산 천문학 분광 광도학에서의 고성능작동” 및 1980년 와이. 탈미 및 알. 떠블유. 심프슨에 의해 사용된 광학 19 ; 1401-1414 페이지에 발표된 “자동 주사 광다이오드 어레이 : 다중채널 분광 검출기”가 있다.

고도로 정확한 측정에 대한 문제점은, 기계들이 상호 변하며, 또한 각각의 기구가 변하거나 또는 시간에 따라 표류한다는 점이다. 그 같은 문제는 교정을 달성하여 유지하는데 일부의 문제로서 작용한다. 더 미묘한 양상은, 장치들이 각각의 장치에 대해 개별적이며 또한 시간에 따라 변하는 고유의 특성을 지닌다는 것이다. 고유 특성들이 장치에 의해 달성된 데이터를 왜곡시켜 부정확한 비교를 초래한다. 그같은 고유특성들은, 매우 좁고 예리한 분광라인을 나타내는 분광 데이터의 프로파일로 정형화된다. 그같은 프로파일은, 기본적인 광학설계뿐 아니라 회절효과 및 광학에서의 다른 불완전성 및 장치에서의 (더작은 범위의) 전자공학 때문에, 실제 선보다 넓은 고유 선의 폭 및 형상을 지닌다. 이상적인 프로파일은 가우스곡선에 근접한 대칭성이지만, “장치 프로파일” 로서 공지된 실제 고유 프로파일은 대칭으로 될 수 없다.

그러므로, 본 발명의 주요 목적은 표준화된 분광 데이터를 달성하기 위한 신규한 수단을 지닌 분광측정장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 분광측정장치, 특히 데이터를 왜곡시키는 고유특성을 지니는 장치, 더욱이 좁은 분광라인용의 특성적 고유 프로파일을 지니는 장치를 표준화하기 위한 신규한 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 데이터가 어떠한 다른 그같은 표준화된 분광 데이터와의 비교를 위해 표준화되도록 장치의 모든 데이터를 변환시키기 위한 신규 방법 및 수단을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 분광측정장치의 교정, 및 전술된 표준화를 교정과 합체하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 교정에 이용될 수 있는 신규한 매우 미세한 에탈론을 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 특히 교정을 실시하기위한, 광학표준의 분광 피크 위치를 결정하는 개선된 방법을 제공하는데 있다.

[발명의 개요]

전술된 목적 및 다른 목적들이, 선택된 분광범위의 각 세그먼트내의 가상의 예리한 분광라인에 대한 특성적 고유 프로파일을 지니는 분광측정장치를 표준화하는 방법에 의해 달성되는바, 각각의 고유 프로파일은 관련된 고유폭을 지닌다. 그 장치는 적어도 하나의 선택된 분광 세그먼트, 일반적으로 다수의 직렬 세그먼트에서 적어도 하나의 좁은 분광라인의 라인 소오스를 포함한다. 각각의 좁은 분광라인은 상응하는 선택된 세그먼트에 대한 고유폭보다 쥼은 관련된 선폭을 지닌다.

그 방법은 고유폭과 대략 동일한 프로파일폭을 갖는 가우스 곡선과 같이, 각각의 선택된 세그먼트에서 가상의 예리한 분광라인에 대한 타겟 프로파일을 지정하는 단계를 포함한다. 그 방법은 또한 각각의 좁은 분광라인에 대한 일세트의 프로파일 데이터를 생산하도록 라인 소오스로 장치를 작동시켜 각 세트의 프로파일 데이터를 상응하는 선택된 세그먼트에 대한 고유 프로파일로 표현하는 단계, 각 세트의 프로파일 데이터를 각각의 선택된 세그먼트에 대한 대응 타겟 프로파일로 변환시키기 위해 변환 필터를 계산하는 단계, 및 샘플데이터에 추후 적용을 위해 변환필터를 저장하는 단계를 포함한다.

장치의 정상적 사용에 있어서, 그 방법은 또한 샘플 소오스로 장치를 작동시켜 샘플 스펙트럼으로 나타나는 샘플 데이터를 발생시키는 단계, 및 각각의 선택된 세그먼트에서 샘플 데이터에 변환필터를 인가하여 샘플 스펙트럼으로 나타나는 표준화된 샘플 데이터를 발생시키는 단계를 포함한다.

그 장치는 공칭(nominal) 배경 데이터를 저장하는데 시험적으로 작동되어야 한다. 그후. 컴퓨터처리 및 인가 단계 전에, 프로파일 및 샘플 데이터를 포함하는 모든 분광 데이터는, 바람직하게는 그 같은 분광 데이터를 공칭 배경 데이터에 의해 분리시킴으로써 그같은 공칭 배경 데이터에 의해 수정된다. 또한 그같은 단계전에, 분광데이터는 통상의 강도 교정에 따라 교정된다.

바람직한 면에 있어서, 그 방법은 또한 장치에 대한 파장 교정을 설정하는 단계, 파장 교정을 변환필터에 합체시켜 수정 매트릭스를 달성하는 단계, 및 샘플 데이터에 추후 적용을 위해 수정 매트릭스를 저장(save) 하는 단계를 더 포함한다. 따라서, 수정 매트릭스가 샘플 데이터에 인가되어 샘플 스펙트럼으로 나타나는 교정된 표준화 데이터를 발생시킨다.

장치가 방사 파장 교정소오스로 작동되어 교정 데이터를 발생시키는 것이 더 바람직하다. 변환필터, 또는 가장 바람직하게는 그 필터를 포함하는 수정 매트릭스가 교정 데이터에 인가되어 파장교정을 구성하는 표준화된 교정 데이터를 발생 시킨다.

교정을 위한 본 발명의 또 다른 면에 있어서, 그 장치는 소기의 분광 범위에 걸쳐 분광파장 대 분광위치의 공칭 (예컨데, 이론적 또는 시험적으로) 교정을 지닌다. 장치는 네오디뮴 도프된 이트륨 알루미늄 석류석 필터와 같은, 정확히 확인된 파장의 주 분광피크의 교정 소오스를 더 포함한다. 그 장치는 또한, 피복되지 않은 융합된 실리카 플레이트와 같은 파브리-페롯 저급미세 에탈론으로부터 분광 대역, 유리하게는 줄무늬를 가로질러 이격된 다수의 2차 피크의 소오스를 포함한다. 각각의 2차 피크는 상관 (대비) 상수에 따라 피크 파장에 대한 상관함수 (예컨대, 단일 줄무늬 방정식)에 의해 확인된 정수 순서번호를 지닌다.

그같은 관점에 있어서, 파장교점을 설정하는 단계는 다음과 같은 사항을 포함한다. 즉, 장치가 교정소오스로 부가적으로 작동되어 주 분광피크로 나타나는 교정데이터를 발생시키고, 또한 다수의 피크소오스로 작동되어 다수의 2차 피크들로 나타나는 2차 데이터를 발생시킨다. 교정 데이터는 분광위치에 대해 주 피크 위치로부터 확인된다. 일세트의 2차 피크 위치가 분광위치들이 분광위치들에 대해 2차 데이터로 부터 확인된다 상관함수에 대해서, 상관상수는 공칭교정에 의해 결정된 적어도 2개의 피크 파장과 구별되는 순서번호에 따라 평가된다. 또한 상관함수에 대해서, 교정 순서번호는 주피크에 인접 배치된 적어도 하나의 선택된 2차 피크에 대해 확인되는바, 상기 확인 단계는 공칭 교정에 의해 선택된 2차 피크에 대해 결정된 주파장 및 평가된 수정함수에 따라 달성된다. 선택된 2차 피크와 주피크의 정확한 상대위치는 선택된 2차 피크로부터 보간된다. 상관함수에 있어서, 정확한 상관상수가 교정 순서번호, 정확하게 확인된 파장 및 상대위치로부터 계산된다. 정확한 상관상수가 상관함수로써 이용될 수 있어 교정된 파장을 관련된 순서번호에, 따라서 분광위치들에 대한 2차 피크 위치에 부여한다.

본 발명의 또 다른 면에 있어서, 교정 데이터가 교정 프로파일을 형성한다. 확인 단계는 교정 프로파일의 중심파장을 평가하는 단계, 교정파일을 중심파장에 대해 역전시켜 역전된 프로파일을 발생시키는 단계, 교정 프로파일 및 역전된 프로파일을 부가하여 결합된 프로파일을 발생시키는 단계, 및 결합된 프로파일에 교정 데이터를 공급하여 평가된 중심파장과 주 분광피크사이에 오프셋을 결정하는 단계를 포함한다. 따라서 그 오프셋은 분광위치들에 대해 주 피크위치를 형성한다.

상기 목적들은, 근 적외선 분광라인들을 통과시키기 위한 어떤 형태의 파브리-페롯 고급 미세 에탈론에 의해 부가적으로 달성된다. 그 에탈론은 각 측변상에서 반투명의 금 피복재를 지니는 얇은 중합체 필름을 포함하는바, 각각의 피복재는 1 % 내지 10 %의 투과율을 제공하는데 충분하다. 이 에탈론은 전술된 좁은 분광라인을 달성하는데 유리하게 이용된다.

본 발명의 목적은 또한, 다양한 전술된 단계들을 달성하기위한 수단을 포함하는 표준화 시스템을 더 포함하는 분광측정장치에 의해 달성된다.

[본 발명의 상세한 설명]

제1도에는, 표준화 및 파장교정이 본 발명에 따라 달성되는 광 검출기(11)를 지니는 대표적인 분광측정장치(10)가 예시되어 있다. 예컨대 그 같은 장치는, 개솔린의 옥탄가를 측정하기 위해 근 적외선형태의 고감도 및 안정도를 필요로하는 온-라인 케모메트릭 분광사진 폴리크로메이터로 될 수 있다. 안정된 그렇지않으면 통상의 백열광 소오스(12)가, 릴레이렌즈(14)를 통과하여 광섬유(16)의 입력단부상에 초점된 광(13)을 제공한다. 광섬유는 그광을 시험될 개솔린과 같은 액체에 집중된 탐침조립체(18)를 향하게 한다. 직립 관통탐침으로 도시되었지만, 대신에 그탐침은 본 양수인에 의해 1991년 10월 8일에 출원되어 계류 중인 미합중국 특허출원 제 733,189호에 개시된 바와같은 복귀섬유내로 광의 후퇴를 유도하도록 반사부를 지니는 접힌 렌즈를 지닐 수 있다.

탐침에 있어서, 액체에 대해 샘플 간격(20)이 제공되어 광(22)이 액체를 통해 통과되는바, 여기서 일부의 광이 선택적으로 여과될 수 있다. 여과된 광이 제 2광섬유(24)에 의해 픽업된다. 광학 스위치(28)를 지니는 바이패스섬유(26)가 그 섬유를 통해 광과함께 액체를 선택적으로 바이패스시키기 위해 제공되어, 여과된 광을 비교하기위한 표준치를 제공한다. 다른 광 기준 수단이 바이 패스수단대신에 사용될 수 있다. 제 2 섬유(24)가 예컨대 만곡형 흘로그래픽회절격자(33)를 이용하는 분광기(32) 로 광을 전송하는바, 그 회절격자는 광(35)을 검출기(11)로 분산시킨다. 스펙트럼을 나타내는 검출기로부터의 신호가 컴퓨터(37)내로 향하게되어 디스크 또는 다른 메모리상의 저장소(39)에 저장되어 처리된다. 본 실시예에 있어서, 스펙트럼은 샘플액체의 “지문(finger print)”으로서 사용되는바, 이는 표준 스펙트럼에 대해 비교되거나 교정될 수 있거나, 또는 케모메트릭 모델을 설정하는데 사용된다.

광검출기(11) 는 EE & G Reticon에 의해 제조된 RL 1024S PDA와 같은 통상의 고체 형태이다. 그같은 검출기는 전형적으로 자동 주사 광다이오드 어레이, 전하 결합소자이거나, 또는 전하 주입소자, 또는 그와 유사한 소자로 될 수 있다. 이는 예컨대 1024개의 화소를 지니는 근접 감광 화소 영역(41)의 선형 어레이를 지닌 다. 이 화소들은 연속적으로 판독되어 라인(42)을 통해 컴퓨터(37)로 공급되는 전압신호를 발생시킨다.

본 발명을 실행하기 위해, 제1도에 도시된 바와같이 다양한 개구부를 지니는 디스크(43)를 내부에 삽입하기위한 섬유들중 하나에 시준 영역(44)이 제공된다. 관련된 쌍의 렌즈들(45 ; 하나만 도시되어 있음)이 시준된 광을 선택된 개구부를 통해 섬유 단부들 사이로 통과시킨다. 하나의 개구부(47)가 장치의 공칭 작동동안 여과되지 않은 광을 통과시키기 위해 비워진 상태로 남아있어 샘플 또는 배경을 측정한다. 다른 개구부들은 후술된 광학 필터요소(46, 48, 50)를 포함한다. 디스크는 손으로 배치시킬 수 있거나, 또는 더 통상적으로 선택된 개구부 또는 필터에 대해 라인(53)을 거쳐 컴퓨터(37)에 의해 자동적으로 (예컨대 재교정을 위한 선택된 간격으로) 모터(52)에 의해 배치시킬 수 있다.

분광측정장치는 전형적으로 불완전한 렌즈 때문에 확장 및 왜곡되는 라인을 도입한다. 이 효과는 스펙트럼내의 매우 예리한 분광라인에 대한, 파장 (또는 파수 또는 주파수)에 관한 분광라인 형상의 특징적 고유 프로파일(54 ; 제2도)의 관점에서 설명될 수 있다. 그 프로파일은 스펙트럼을 가로질러 변할 수 있을 것이다.

즉, 프로파일 띠의 폭 및 왜곡이 변할 수 있다. 본 목적을 위해, 적어도 하나의 스펙트럼 세그먼트(예컨대, 제2도에 도시된 세그먼트)가 관심있는 광 영역에서 선택된다. 분광라인 형상의 고유 장치 프로파일이 존재하며 각각의 선택된 세그먼트에 대해 확인된다. 각각의 그같은 프로파일은, 통상적으로 절반 높이에서 프로파일의 폭으로 한정되는 관련된 고유 대역폭(W′)을 지닌다.

제3도에는 전체적인 표준화 및 교정절차의 플로우챠트가 개시되있는바, 이는 본 발명을 수행하기 위한 방법 및 장치를 예시한다. 본 발명은 2개의 일반적인 과정, 즉, 스펙트럼의 프로파일을 절대표준으로 변환시켜 기계적 효과로 변환시키는 구성을 수반하는 프로파일 표준화 과정(56), 및 정확한 파장 교정 과정(58)을 지닌다. 이같은 2개의 과정은 다음과 같은 2개의 단계와 함께 이용되는 것이 유리하다. 즉. 하나의 단계에서, 교정결정동안 교정 데이터에 변환이 가해진다. 다른 단계에서, 변환 및 파장 교정이 수정 매트릭스에 결합된다. 이 매트릭스는 이후 샘플 데이터를 포함하는 모든 연속 데이터, 재교정 중 반복에 또한 새로운 표준화에 인가된다(과정(59)). 본 명세서 및 청구범위에서 사용된바와 같이, 용어 “데이터”는 검출된 파장에 대한 검출기상의 투사되는 방사선의 강도에 관련된 검출기로부터의 신호정보를 나타내며, 또한 본원에 명세된 바와같이 정규화된, 변환된 또는 다르게 처리된 형태의 정보를 의미한다.

[프로파일 표준화]

프로파일 표준화(56)를 위해, 플로우 챠트를 참고로 더 상세히 설명하면, 그 장치가 예비적으로 작동되어 (단계 (60)) 공칭 배경 데이터(62)를 측정 및 저장한다. 데이터의 변환에 의해 고유 프로파일을 대신하도록 의도된 분광라인 형상의 타겟 프로파일(63)이 각각의 선택된 세그먼트내의 가상의 좁은 분광라인을 위해 지정되는바, 예컨대 제2도에 도시되고 후술될 바와같이, 타겟 프로파일(63)은 가우스곡선형태로 될 수 있다. 라인소오스는 각각의 선택된 세그먼트에 적어도 하나의 좁은 분광라인을 제공하는바, 각각의 그같은 라인은 상응하는 선택된 세그먼트에 대한 고유폭보다 실제로 좁은 관련된 라인폭을 지닌다 각각의 이같은 라인들에 대한 원래 분광데이터는 기구적 효과때문에 관련된 프로파 일(제2도)을 지닐 것이다.

그 장치는 초기에 라인소오스로 작동되어 (64) 선택된 각각의 좁은 분광라인에 대해 일세트의 프로파일 데이터(66)를 저장하는바, 프로파일 데이터의 각각의 피크는 상응하는 선택된 세그먼트에 대한 고유 프로파일로 나타나게 된다. 프로파일 데이터는, 공칭 배경 데이터(62)로 나눔으로써 정규화된다. 분리단계(70) 후 정규화된 고유프로파일(106)을 발생시키도록, 후술과 같이, 각각의 선택된 세그먼트에 대한 변환 디지탈 키이필터(72)가 컴퓨터 프로그램에 의해 조사됨으로써(단계 (74)), 필터가 각각의 고유 프로파일(106)을 대응하는 타겟 프로파일(63)로 변환시킨다. 보간단계(76)에서 모든 필터(78)들을 발생시키도록 선택된 세그먼트들 사이의 갭을 채우도록 사용되는 것이 바람직한바, 그같은 하나의 필터는 일세트의 선택된 분광요소들 각각에 대해, 관심있는 분광범위를 가로지르게 된다.

바람직한 실시예에 있어서, 장치에 대한 파장 맵핑교정이 후술된 과정(58)과 같이 설정된다. 파장교정은, 장치가 정상적으로 작동될때 측정된 데이터상에 일반적 사웅(59)을 위해 저장되는 수정 매트릭스(84)를 설정하도록 (단계 (82)) 변환필터(78)에 결합된다.

장치가 샘플 방사선으로 정상적으로 작동되어 (단계 (86)) 샘플 스펙트럼으로 나타나는 측정된 데이터(88)를 저장한다. 그 샘플은 예컨대 원자방사 또는 개솔린을 통한 전술된 전송방사와 같이 방사, 직접 또는 전송, 산란, 편향, 형광 소오스로 될 수 있다. 변환 필터를 포함하는 수정 매트릭스(84)가 데이터에 인가되어 (단계 (90)) 샘플 스펙트럼 및 배경으로 나타나는 표준화 및 교정된 데이터(92)를 발생시킨다. 이는 케모메트릭하게 더 처리되어 소기의 정보를 얻어낸다.

선택적으로 프로파일 변환 필터를 측정된 데이터에 직접 인가하고 이어서 파장 교정을 분리적으로 사용한다. 그러나, 수정 매트릭스내의 결합은 데이터의 통상적인 단일 단계 처리를 제공하는 것으로 명백해질 것이다

측정된 데이터가 화소들에 대해 본원에 기술된다. 그같은 고안은 광수용기 상에 다수의 광수용 영역뿐 아니라, 주사 또는 푸리에 변환장치에서와 같이 분광지점들의 물리적 증가 (물리적 맵핑) 부에서 어떤 다른 균등의 분광위치로 나타나게 된다. 변환 여과 과정후, 유니트들은 임의적이며, 또한 변환이 이상적일 경우 절대파장인 파장으로 계산되기만 하면 된다. 그같은 유니트가 본원에서는 “표준화된 유니트”로 명명되며 또한 “표준화된 스꿱트럼”을 나타내는 “표준화된 데이터”에 대한 “표준화된 증가치”로 되며, 화소 또는 다른 물리적 증가치 들에 대해 1 : 1의 비율이면 족하다. 예컨대, 소기의 IR 분광범위상의 화소들과 같은 많은 표준화된 증분들에 대해 단지 약 절반으로될 뿐이다.

장치의 작동의 일부로써의 어떤 신호의 사전처리가 검출기로부터 나오는 모든 원신호 데이터로 수행될 것이다. 이같은 실행은 농도교정, 즉, 세로좌표 선형화를 포함한다. 그같은 교정은 어떤 공지된 소기의 정확한 방법에 의해 달성될 수 있는바, 그 같은 방법이 본 양수인의, 1992년 1월 21일자로 출원되어 계류중인 미국 특허출원 제823,631호에 개시되어 있다. 또 다른 예비처리는 어두운 신호 즉, 차단된 빛을 갖는 신호들의 기초이다.

모든 신호 데이터가 공칭 배경(62)으로 정규화될 것이다. 그같은 배경은 장치를 실험적으로 작동시켜 평가되거나 또는 바람직하게는 결정될 수 있어 그같은 공칭 배경 데이터를 저장한다. 공칭 배경의 정확한 형상은 임계적이 아닌바; 이는 대부분의 고정된 괘턴 변화 및 총 분광 변화를 제거하는데 그 목적이 있다. 일단 결정되면, 이 공칭 배경은 영구적으로 저장되며 또한 항상 예비처리을 제외한 데이터의 어떤 처리전에 모든 다른 데이터에 일정하게 (변화없이) 인가된다.

정규화는 기준배경으로 데이터를 나눔으로써 달성된다. 프로파일 데이터 (단계 66)를 제외하고, 컴퓨터화된 계산에 있어서, 분리된 계산 단계들을 제거하기 위하여 공칭 배경을 수정 매트릭스(84) 내로 합체하는 것이 가장 편리하다.

흡수형 스펙트럼의 대표적인 경우에 있어서, 모든 샘플 및 교정 데이터(88, 121, 130 ; 후술됨)는 데이터와 동시에 취해지는 보통 배경(94) (공칭배경뿐만 아니라)에 대해 통상적인 방식으로 수정된다. 그같은 경우에 있어서, 데이터 및 보통배경은 먼저 수정 매트릭스(84)를 사용함으로써 표준화되고 교정된다(단계 90, 127, 132, 95). 이후 초기에 수정된 샘플 또는 교정 데이터는 수정된 배경으로 나눔으로서 보퉁 배경에 대해 더 수정된다 (단계 (97, 97′, 97″)). 이 절차는 완전히 수정된 데이터(92, 129, 134)에 각각 대응한다. 방사, 확산 또는 형광과 같은 다른 경우에 있어서, 보통배경에 대한 전술된 수정이 생략될 수 있다.

본 발명에 관련되는 한 나타나지 않은 임의적인 또 다른 단계는 전송으로부터 흡수까지의 데이터의 통상적인 변환으로 될 수 있다. 이것은 흡수 스펙트럼에 대해서만 일반적이며 매트릭스-수정된 데이터의 로그를 취함으로써 달성된다. 이 경우에 있어서, 매트릭스 수정된 보퉁 배경은 다른 데이터로 부터 변환되고 감산된다.

전술된 바와같이, 분광측정장치는 대개 비선형 이며 대칭적이고 관심있는 스펙트럼상에서 변할 수 있는 특징적 고유 프로파일(54 ; 제2도)을 디스플레이한다. 더 중요하게는, 고정밀수준에서, 프로파일이 증분에 따라 변하고 또한 시간에 따라 변한다. 본 발명의 주목적은 그같은 선형형상을 균일하게 형성된 타겟 프로파일(63)에 대해 출력 스펙트럼으로 변환시키는데 있다. 더 일반적으로, 장치에 의해 발생된 모든 스펙트럼, 라인등은 동일 방식으로 변환됨으로써, 출력 스펙트럼은 더 이상 기구에 종속되지 않으며 또한 매우 높은 정확도로 비교될 수 있다.

본 발명에서의 하나의 단계는, 소기의 타겟 프로파일(63)의 형상 및 폭을 지정하는 단계이다. 이것은, 매우 예리하고 좁은 출력라인(예컨데, 원자방사 또는 레이저 선인)의 단일 비임 스펙트럼에 대해 바람직한 분광형상이다. 이는 진실한 제 1 의 흡수 라인이 사소한 폭을 지니는 곳에서는, 매우 약하고 예리한 흡수 특징에 대해 바람직한 형상이다. 타겟 프로파일은, 가우스 곡선 형태, 슈퍼가우스곡선 형태, 회선가우스형 ; 직사각형 또는 삼각형과 같은 장치 프로파일에 대해 정당하게 비교할 수 있는 통상의 수학적으로 정의할 수 있는 통상의 수학적으로 정의할 수 있는 형상으로 될 것이다. 타겟 프로파일은 가우스 곡선 형상이 유리하다. 타겟 프로파일 폭(W)은 그 폭이 다소 작게 될 수 있을지라도 고유쪽(W′)보다 약간 크거나 같게 되도록 정상적으로 선택된다 ; 즉 프로파일 폭(W)은 명목상, 장치 프로파일의 고유폭(W′)과 동일하게 될 것이다. 필요하다면, 타겟 프로파일 폭 및 다른 변수들은, 측정 변수들의 분석의 필요성 때문에 또는 스펙트럼을 현저하게 가로지르는 물리적 증분변화들의 최적의 분석 때문에 파장의 함수로써 변하도록 지정될 수 있다. 일반성을 위해, 타겟 프로파일폭은 절대 파장내의 다항식(4차식)으로 지정될 수 있다. 그러나, 가능하면 폭을 변화시키지 않는 것이 바람직하며, 아마도 작동 분광범위를 가로지는 선형 변화만을 허용하는 것이 바람직하다.

변화를 발생시키기 위해, 일세트의 특징적 장치 프로파일(66)이 단계(64)에서 발생되어 관심있는 분광영역을 가로지르는 일련의 매우 예리한 분광라인을 갖는 라인소오스로부터 저장된다. 라인 소오스는 본 발명의 목적위해 충분한 라인으로 되거나 예리하게되는 한 임계적이 아니다. 충분한 수의 라인들이 제공될 수만 있다면, 일련의 레이저 선 또는 원자 방사선 소오스가 사용될 수 있다. 이 라인들은 고유폭보다 실제로 좁게되며, 고유 폭의 20% 미만으로 되는 것이 바람직하다. 특히 적절한 라인소오스는, 디스크(43 ; 제1도) 내의 필터들 중 하나로써 흰색 방사비임내로 삽입된 고급 미세 파브리-페롯 에탈론(46)이다(“미세”는 규칙적으로 이격된 일련의 간섭계 줄무늬 라인으로 라인폭 대 분광라인 폭의 비로써 통상적으로 정의된다).

용어 “고급(high)”은 적어도 약 30의 미세를 의미한다. 에탈론(제4도)의 매우 유리한 형태는 니트로세룰로스와 같은 중합체 필름(96)이다. 에탈론 구조에 있어서, 그 필름은 링상으로 뻗어나갈 수 있거나, 또는 유리하게 인덱스-결합된 광학 시멘트(102)로 한쌍의 편평한 유리 윈도우(98) 사이에 샌드위치될 수 있다.

필름은 너무 근접(중첩은 벗어난) 하지도 않고 너무 이격되지도 않게 피크들의 적절한 강도를 제공하는 두께로 될 것이다. 라인간격 (자유 분광범위)은 LS = L²/2nl로 주어지는바, 식 중 L = 파장, n = 필름의 굴절율 및 1 = 필름의 두께이다. 특히, 본 목적을 위해, 필름의 두께는, 고유 프로파일 폭이 2-3nm 일때, 일반적으로 10 내지 20 미크론, 바람직하게는 근 적외선 영역(800-1100nm)에 대해 약 15-50 미크론으로 된다. 필름은 반투명 금 피복재(102)로 양측면이 피복된다. 각각의 금 피복재는 1 % 내지 10 %의 투과율을 제공하는바, 예컨대 300-400 Å두께의 금에 대해 일반적으로 약 4%가 달성된다. 그같은 에탈론은 약 40의 미세도를 지니는 매우 예리한 줄무늬 라인을 제공하는 것으로 발견됐다.

설명된 바와같이, 프로파일 데이터(66)는 공칭 배경(62)으로 나눔으로써 (단계 (68)) 정규화된다. 초기에 정규화된 프로파일(104)들은 오버랩(70)을 제거하도록 굴곡 치환에 의해 팁에서 수정되는 어떤 오버랩 날개들을 지닐 수 있다.

수정된 고유 프로파일(106)로부터 타겟 프로파일로 전환시키는데 필요한 예컨대 15개의 키이필터와 같은 키이변환 필터(72)들이 선택된 분광파장(108)들의 초기세트에 대해 계산된다 (단계 (74)). 보간이 선택된 파장들 사이에서 달성되어 (단계 (76)) 화소 위치의 항으로, 소기의 분광영역을 적절하게 덮는 일세트의 변환필터(76)들을 설정한다. 본래의 키이필터대신에 보간으로부터 모든 필터를 실행시키는 것이 더 정확하게 되는 것으로 발견됐다. 이후 파장교정(80)은 화소영역상에서 필터(78)와 결합되어, 샘플 데이터에 차후 적용을 위해 저장되어 샘플 스펙트럼으로 나타나는 표준화된 데이터를 발생시키는 수정 매트릭스(84)를 달성한다.

원 스펙트럼을 표준화된 스펙트럼으로 전환시키는 벡터 과정이 제5도에 도시 되어 있다. 변환은 선형이며, 따라서 전환은 단순 벡터 매트릭스 다항식으로 이행 된다. 그 벡터들은, 교정된 분광강도 대 선택된 스펙트럼상에서의 파장을 표시 한다. 표준화된 분광 벡터는 Y이며, 원 분광데이터 벡터는 y이며, 변화 매트릭스는 T이며, Y = Ty로 된다.

실제적인 면에 있어서, 특정의 표준화된 분광요소를 발생시키는데 필요한 정보는 필수적으로 원스펙트림의 제한된 세그먼트로부터 오는바, 폭의 범위는 기껏해야 장치 프로파일 폭에 대해 몇배에 불과한 양으로 된다. 따라서, 매트릭스(T) 내의 대부분의 계수(T_ij)는 제로로 취해질 수 있다. 매트릭스의 각각의 역은 대각선 또는 대각선에 가까운 적은수 (전형적으로 20-40)의 영(0)이 아닌요소를 포함함으로써, 매트릭스(T)는 콤팩트한 형태로 효과적으로 저장될 수 있으며, 실제 매트려스 실행은 비교적 빠르게될 수 있다. 벡터 Y 및 y의 유니트는 일반적으로 동일하지 않다. y는 대개 1024개의 화소로 되며 500 내지 750개의 분광증분은 표준화된 벡터로 되지만, 뒤의 숫자는 용도에 따라 광범위하게 변할 수 있다.

표준화된 유니트는 절대 파장의 항으로 임의적으로 정의되는바 ; 즉, 화소들은 직접 교정되지 않는다. 수정 매트릭스(84)가 교정을 달성하므로서, 샘플 데이터가 파장에 직접 관련된다.

[파장 교정]

장치의 파장 (WL) 교정에 대한 재료가 제3도의 플로우챠트에 포함된다. 저장된 초기 파장교정(112)은, 임계변수를 결정하도록 교정램프의 사용에 의해 증가된 장치의 광학 모델을 사용하는 공칭 장치교정에 의해 통상적으로 제공된다. 광학 모델 계산이 장치의 물리적 구조로부터 정상적인 방법에 의해 달성된다. 초기의 교정은 실제로 정확하게, 예컨대 99.9 %의 정확도로 될 수 있다. 초기의 교정 매트릭스(84)는 초기 교정으로 발생된다 (단계 (82)). 장치에서의 물리적 표준으로부터의 연속적인 정확한 교정 분광 데이터는 하나 이상의 반복 루프(118)로 형성된 정밀함을 통해 초기 매트릭스로부터 성장된 정련된 수정 매트릭스(84)로 처리된다 (단계 (58)).

초기 교정은, 소기의 분광 띠를 가로지르는 광검출기 화소들과 같은 분광위치대 분광파장의 항으로 된다. 용어 “파장”이 본원 및 청구범위에 사용되었지만, 파수 또는 주파수가 그같은 목적의 등가로써 이용될수 있다.

장치는, 정확하게 확인된 파장의 적어도 하나의 주 분광피크의 물리적 표준 교정소오스를 포함한다. 바람직한 소오스는 디스크(43 ; 제1도)에 의해 방사비임내로 삽입된 광학 표준(48) 이다. 단일의 근적외선에 대해 특히 적합한 광학 파장 표준은, 정확히 확인된 파장(약 938.5 및 946.0nm)의 2 개의 근사한 주분광 피크들을 흡수하는 네오디뮴 도프된 이트륨 알루미늄 석류석(Nd : YAG) 이다. 2개의 피크는 정확히 확인된 파장으로 중앙의 주 분광 피크(117 ; 제6도)을 함께 형성한다(본원 및 청구범위에 사용된 바와같이, 용어 “분광피크”은 단일 피크의 중심뿐 아니라 더 일반적으로 Nd : YAG 쌍과 같은 여러 피크들의 확인된 중심을 의미한다).

교정 단계(제3도)에 대해서, 장치가 먼저 파장 교정 소오스로 작동되어 (단계 (119)) 주 분광피크를 나타내고 교정 프로파일을 형성하는 교정 데이터(121)를 발생시킨다. 교정 데이터는 극좌표 교정을 포함하는 전술된 예비처리에 의해 수정되고 수정 매트릭스(84)및 배경(97′)에 의해 수정되어(단계 (127)) 수정된 표준 피크 데이터(129)를 발생시킨다. 후자는 공칭 배경 정규화를 포함하는 것이 유리하며, 또한 이전 교정 시퀀스로부터 반복루프를 거쳐 연속적으로 되거나 광학 모델로부터의 파장교정을 포함한다.

WL 표준 프로파일의 중심 (피크)의 명백한 파장은 여러 방법으로 결정된다. 파장 표준 프로파일 위치 (제6도)를 찾는 바람직한 단계 (131)에 있어서, 본래의 교정 프로파일(120)이 저장되며, 이 프로파일은 분광 위치들에 대해 평가된 중심 파장(121)에 대해 역전되어 역전된 프로파일 (122)을 발생시킨다. 이후 저장된 프로파일 및 역전된 프로파일이 완전히 대칭인 결합된 프로파일(124)을 형성하도록 부가된다. 이후 원래의 교정 데이터(120)는 결합된 프로파일(124)에 접합되어 평가된 중심 파장(121)과 주 분광피크(117) 사이에 오프셋(125)을 결정한다. 따라서 오프셋은 분광위치들에 대해 주피크위치를 형성한다.

기준 중심으로부터의 WL 표준 프로파일(120) 의 오프셋(125) 은 결합된 프로파일(124) 및 모델 성분으로써 파장에 대한 도함수를 사용하는 통상의 적어도 자승피팅 절차에 의해 정확히 결정된다. 결과적인 중심위치(117)는 공지된 기준 파장에 대해 수정된 스펙트럼내의 일지점을 교정하는데 사용된다 상세한 설명의 계산방법의 실시예로 후술된다.

장치에는 분광띠를 가로질러 이격된 다수의 2차 피크들을 제공하기 위한 물리적 표준 소오스가 제공되는바, 각각의 2차 피크는 상관함수에 따라 피크파장에 대해 동일함을 증명할 수 있는 정수 순서번호를 지닌다. 적합한 표준은 파브리- 페롯 저급미세 에탈론(50), 바람직하게는 디스크(43 ; 제1도)에 배치된 약 50미크론 두께의 피복되지 않은 융합 플레이트이다. 이 광학요소는 다수의 2차 피크의 줄무늬 패턴으로 방사선을 전달한다. 이 요소는 정의되고 공지된 관계로 파장에 대해 약간 관계되는 굴절율(n)을 지닌다. 줄무늬 순서번호(m)는 표준 줄무늬식 m = nT′/L 에 의해 상관 상수(T′) 에 따라 피크 파장(L)에 대해 판정된다. 항T′는 요소의 유효두께의 2배이다. 즉, T′는 약 2T인바, 여기서 T는 실제 두께이다. 상수(T′)는 본원에 기술된 절차에 의해 매우 정확히 결정될 수 있다. 또한, 그 절차는 불균일한 두께 및 온도 원인변화를 확보하며 장치내의 에탈론의 약간의 오배향(misorientation)을 설명할 것으로서 때때로 변할수 있다.

장치는 2차적으로 저급 미세(LF) 에탈론으로 작동되어 (단계 (128) ; 제3도)화소들에 대해 확인된 피크 위치들을 갖는 2차 피크들을 나타내는 2차 데이터(130)를 발생시킨다. 2차 데이터는 매트려스(84)에 의해 수정되어 (단계 (132)) 수정된 2 차 피크 데이터(134) 를 발생시킨다. 한편 피크 파장들은 단지 근사할뿐이며, 사용된 수정 매트릭스에 포함된 광학모델 교정보다는 덜 정확하게 된다. 다음 단계(136) 는 Nd : YAG 크리스탈의 주 피크(117) (또는 그것의 중심 등가)의 정확히 공지된 파장과의 접합으로 전술된 식을 이용하여, 2차(줄무늬) 피크들을, 화소 위치들에 대해, 더 직접적으로는 교정에 의해 화소 위치들에 관련하는 표준한 위치들에 대해 정확히 배치시킨다.

상관 상수(T′)는 먼저 적어도 하나의 선택된 순서번호 및 기준 교정에 의해 결정된 대응 피크 파장에 따라 평가된다. 이같은 평가는, 기울기(T′)를 제공하도록 미분함수를 취하고 상기 방정식에 파장을 대입시켜 통상적으로 달성된다.

교정 순서번호, 즉, 진실한 정수 순서번호는 주피크에 인접 배치된 선택된 2차 피크에 대해 확인되는바, 그같은 확인은 방정식, 평가된 교정 상수 및 공칭 교정에 의해 선택된 2차 피크에 대해 결정된 기본 파장에 따르게 된다. 모든 다른 2차 피크들에 대한 순서번호들이 교정 번호로부터 단순히 총계를 내고 셈을 함으로써 설정된다.

주피크에 대한 실제적인 순서번호는 주피크의 양측면상의 2차 피크로부터 보간되는바, 일면은 선택된 2차 피크로 된다. 정확한 상관 상수가 분수의 순서번호와 정확한 주 피크 파장으로부터 계산된다. 정확한 상관 상수가 상기 방정식에 이용되어, 절대 교정된 파장을 연관된 순서번호에 그럼에 따라 분광위치들에 대해 2차 피크 위치들에 부여한다. 파장 수정 계수(116)들이 저장되며, 파장 맵핑단계(114)가 갱신되고, 수정 매트릭스(84) 또한 갱신된다.

제3도를 참조하면, 절대파장(WL) 결정 (단계 (136)) 후에, 2차 데이터내의 관찰된 피크 위치들이 단계 (138)에서 피팅되어 (현 파장교정에 따라) 명백한 파장위치들의 준비 모델을 발전시키며, 이 모델내의 피크들이 부여된 절대 교정파장들로 부터 제외되어 (단계 (140)) 스팩트럼을 가로질러 파장오차를 제공한다. 이 오차는 다항식(142)을 사용하는데 적합한 곡선으로 되며, 오차곡선이 미리 결정된 수용 가능한 수준내에 있는가에 따라 하나의 결정이 단계(144)에서 이루어진다. 그렇지않으면, 단계들이 보조 재교정 루프(118) 상에서 반복되는바, 그 루프는 맵핑발생기(114)용의 파장 수정계수(116)의 갱신부(147)를 포함하도록 지선(150)을 지닌다. 그렇다면, 교정은 완전한 것으로 간주되며 (단계 (146)), 수정 매트릭스(84)는 샘플 데이터에 대한 적용을 위해 준비상태로 유지된다.

제3도의 절차는 2개의 루프, 즉, 주 재교정 루프(148) 및 보조 재교정 루프(118)로 반복적으로 작동한다. 모든 작동은 자동적으로 구동되고 작동된 변수 테이블이다. 정상적으로, 또는 시스템의 수리가 행해질때 주 재교정이 드물게 실행된다. 이것은 비교적 철저한 계산이며 시간이 소모된다. 보조 재교정은 광학 시스템의 수동적 안전성에 따라, 더 빠르고 필요에 따라 자주 실행될 수 있다. 정상적으로, 맵핑 보간 교정 계수들에 대한 수정이 사소하게 되는 곳에서 수렴이 얻어질때까지 보조 루프가 반복된다. 이것은 초기 공장의 교정 중 3 내지 4회의 반복을 필요로하지만, 그후에는 대개 1 내지 2회만을 필요로 한다.

선행 단계들을 수행하기 위한 프로그램 수단은, 컴퓨터와 함께 사용된 작동 시스템의 서플라이어를 통해 일반적으로 유용한 “C ”와 같은 통상의 컴퓨터언어에 의해 통상적이고 용이하게 달성된다. 곡선 피팅은 통상적이며, 따라서 프로그램은 쉽게 구입할수 있다. 전체 프로그램은, 예컨대 분광기에 연결될수 있는 디지탈 에큅먼트 코포레이션 모델 316+컴퓨터에서 컴파일될 수 있다.

본 발명은, 동일하게 선택된 타겟 프로파일을 지니는 각각의 장치에 의해 발생된 데이터의 공통 표준화를 제공한다. 표준화는, 다양한 장치로부터, 또한 간혹 각각의 장치로부터 획득된 모든 데이터들이 모두 단일의 가상적인 무변화 장치에 의해 발생되도록 된다. 그같은 가상의 장치는 그것의 고유 프로파일로서 선택된 타겟 프로파일을 지니며, 또한 주파장 표준 교정소오스의 재발생성 및 신호/노이즈(S/N)에 의해 한정되는 것을 제외하고 오차 수용수준의 세팅에서 바람직하게 정확할 정도로 실제로 파장의 정확도를 지닌다. 때때로 재교정이 완전히 자동화될 수 있어 장치가 연속적으로 정확한 출력 데이터를 제공할 수 있다.

그같은 장치는 근적외선 투과에 의해 개솔린 옥탄가를 모니터하는 바와같이, 방사선 투과 또는 방사 중 매우 적합한 편차를 검출하기에 매우 적합하다.

본 발명은 일반적으로 고유특성을 지니는 분광측정장치를 표준화하기를 제공하는바, 그 고유특성은 장치에 의해 달성된 분광측정장치 데이터의 왜곡을 나타내는 것으로 명백해질 것이다. 본 발명은 분광 표준화 데이터용의 가상의 타겟 함수(프로파일)를 지정하는 단계를 포함한다. 타겟함수는 고유 프로파일과 유사한 폭의 가우스 곡선 형태와 같은 고유특성과 비교할수 있다. 병형함수 (예컨대, 매트릭스)는 고유특성을 타겟 특성으로 변환시키기 위해 결정되며, 변환함수가 장치 데이터에 인가되어 표준화되어 데이터를 발생시킨다. 파장교정이 이용된다면, 이것은 변환함수와 결합되어 교정함수를 달성하는바, 그 교정함수는 장치 데이터에 인가되어 교정된 표준화된 데이터를 발생시킨다.

[계산방법들의 실시예]

[분리 프로파일]

정규화된 프로파일들이, 오버랩을 제거하도록 수정될 오버랩 날개(overapping wing)를 지닐수 있다. 어떤 적절한 절차가 사용될 수 있다. 유용하게 발견된 날개 모델이 (각각의 골에 대해) 다음식에 따른다.

y(p) = a_Lexp[-b_L* (p - p_v)] + a_Rexp[b_R* (p_v- p)] + C

식중 P = 베이스라인 상수 오프셋

a_L, a_R= 좌, 우측 지수날개의 진폭,

b_L, b_R=(L, R) 날개의 지수 기울기 계수.

초기 5개의 변수 비선형 피팅 라운드에 각각의 골이 피트되어 a_L, b_L, a_R, b_R및 C를 형성한다. 다음 단계에서, 베이스라인이 구형의 다항식 피팅에의해 C′들로 변환된다. b값은 다항식 맞춤으로부터 결과로 하는 부드럽게된 값들에 의해 제 1 라운드값(좌, 우 독립적으로)으로 변환된다. 각각의 골에서의 2개의 계수는 단일 선형 LS 피팅(2 변수만)을 사용하여 다시 피트된다. 결과적인 지수날개 모델들이 관찰된 프로파일 코어에 접합되어 각각 분리된 키이 프로파일 측정치를 제공한다. 그같은 절차를 위한 플로우챠트가 제8도에 제공되어 있다.

스펙트럼을 가로지르는 규칙적인 간격으로 장치 프로파일들을 측정하도록 금으로 피복된 고급 미세 에탈론의 투과 피크를 사용하는데는, 에탈론 프로파일이 완전히 예리하지 않기때문에 어떠한 문제가 초래된다. 이같은 불완전성은 한정된 금의 반사율 및 두께의 불균일성 때문이다. 그 결과로써, 프로파일 변환 필터들에 약간의 오차가 발생하는바, 그에따라 (레이저선 또는 가스 방사선과 같은) 실제로 예리한 선의 계속적으로 변환된 프로파일들은 전술된 가우스곡선보다 좁게된다. 많은 적용을 위해서, 오차는 작으며 또한 무시될 수 있지만, 필요시 그 오차는 비회선 절차에 의해 크게 제거될수 있는바, 원에탈론 스펙트럼은 어떠한 절차전에 제한적인 금 에탈론 줄무늬 폭에 대해 수정되어 공칭 배경에 의한 분리를 포함한다. 이 수정은 매우 높은 분석 분광기를 사용하여 또는 선택적으로 금에탈론 피크들을 가스 방사 라인 피크 형상들과 비교함으로써 분리 측정치들에 의해 발견될 수 있다. 비회선식 필터들은, 본원의 필터들을 계산하는데 사용된 기술과 동일한 가장 작은 직사각형 회귀기술로 계산될수 있다.

[프로파일 변환 디지탈 필터]

일세트의 키이 필터가 발생되는바, 각각의 키이 필터들 중 적어도 하나는 상기한 바와 같다. 필터크기(n_F;물리적 화소 유니트내의 요소의 수, 항상 기수임)는 사전에 정해진다. 사용자는 여러 필터그룹을 지정하여 분광범위를 각각 다른 크기로 되게할수 있다. 이것은 메모리 사용 및 속도의 최적화를 허용하는바, 이는 더 좁은 필터들이 충분한 분광범위의 부분들에 사용될수 있고 더 넓은 필터들은(우수하지 못한 장치 분석 또는 더 정확한 케오메트릭 필요성때문에) 단지 필요한 곳에서만 사용되기 때문이다. 그룹배치는 또한. 각 단부에서의 “사역(dead zone)”을 최소화하기 위해 분광 범위의 말단에서 매우 짧은 필터들의 사용을 허용한다.

프로파일 디지탈 필터(PDF)들은, 변환된 원 프로파일과 대응하는 타겟 프로파일들 사이의 평균 자승오차를 최소화하는 지정된 길이(n_F)의 선형필터로 되도록 설계되고 계산된다. 계산방법은 간단하고 잘 공지되어 있다. 필터를 마련하는 계수(F_i)들은 보통의 선형의 보다 작은 자승 회귀기술에 의해 피팅계수로써 결정되는바, 그 회귀기술에서 모델 벡터는 원 프로파일의 연속적으로 시프트된 카피로 되며, 맞춰지게될 타겟 프로파일 함수는 소기의 타겟 프로파일(대개 가우스 곡선형) 이다.

회귀 계산은 균일하지 않게 가해지거나, 또는 프로파일의 극단은 날개들내의 필터성능을 향상시키도록 선택적으로 가해질수 있다. 필터들은 계수의 단일합으로 정해진다. 더우기, 필터는 피크중심의 최소 시프트를 형성하도록 설계된다. 이것은 먼저 원 프로파일의 중심을 계산함으로써 달성된다. 대응하는 오프셋이 종합 타겟프로파일내로 합체되므로써, 필터는 프로파일 시프트가 없는 형성을 필요로 한다. 이같은 예방에도 불구하고, 결과적인 필터들은 그들의 비제로 중심에 의해 증명된 바와 같이 항상 어떠한 잔여 시프트 효과를 지닌다.

계산이 화소공간에서 전체적으로 실행된다. 그러므로, 필터를 발생시키는 보다 작은 자승 회귀의 타겟인 타겟 프로파일을 합성하는 중에, 화소상으로의 표준화된 요소들의 맵핑을 고려하여야 하는바, 하나의 맵핑은 스펙트럼상에서 변한다. 부가적으로, 타겟 프로파일의 폭은 파장에 따라 지정될 수 있다. 그러므로, 키이필터 발생은, 파장 교정이 완전하고 정확할때에만 정확히 실행될수 있다. 제 1 상태에서, 맵핑은 필수적으로 근사치로 될것이므로, 발생된 필터들은 다소 부정확하게 될것이다. 결과적으로, 전체 절차는 적어도 한번은 (주 재교정 루프로) 반복되야 한다. 그러나 오차들은 파장오차에서 2등급으로 되며 PDF의 수렴은 매우 신속하다.

장치 표준화를 수행하기 위해, 각각의 선택된 분광요소에 대한 필터를 필요로 한다. 일반적으로, 각각의 필터는 미세하게 차이가 날것이다. 실제의 경우에 있어서, 물리적 장치프로파일의 변화는 점진적으로 됨으로써, PDF는 키이필터들 사이에서 연속적으로 보간되기에 충분하다. 보간절차는 (변환후에 화소공간을 대시하는)임의의(표준 파장)유니트의 공간에서 발생하며, 필터계수에 의해 수행된다. 다른 크기로된 필터들의 그룹들이 사용되면, 보간은 각 그룹내 에서만 수행된다. 각각의 그룹내에 포함된 키이필터들이 병합되므로써, 그룹 경계들 근처의 키이프로파일들은 양크기들에 대한 PDF를 발생시키는데 사용된다. 이것은, 모든 표준화된 요소들에 대한 PDF가 외삽이 필요하게 될 수 있는 분광범위의 극단부를 제외한, 하나의 그룹 또는 다른 그룹의 필터들상의 보간에 의해 획득될 수 있다.

어떠한 표준 내삽방법은, 특정요소에서 중간 필터 계수들을 획득하는데 사용될수 있다. 3지점 라그랑제(Lagrange) 내삽이 3지점 (즉, 3연속 필터들의 j^th계수들)에 대한 2차 맞춤을 효과적으로 사용한다. 선형 내삽/외삽이 단부 영역 (라그랑제 2지점 내삽)에 사용된다. 키이필터들이 동일하게 이격될 필요는 없다

[교정 매트릭스의 발생]

내삽된 PDF들이 제어되고, 표준화된 요소들과 화소들 사이의 파장 맵핑의 판단이 행해진다면, 변환을 실제로 수행하는 매트릭스가 설정될 수 있다. j^th표준화된 요소들에 대응하는 매트릭스의 i^th렬에 대해, 모든 제로(0)들은 매트릭스의 대각선 또는 그 근처의 비제로 세그먼트를 제외하고 사용된다. 이 세그먼트는 기본적으로 대응하는 PDF 이며, 파장 맵핑에 따라 정확한 분수 화소시프트를 발생 시키도륵 수정 된다. 또한, 각각의 요소는 고정된 공칭 배경 화소 스펙트럼에의해 분리되어 바람직한 정규화를 유도해낸다. 세그먼트 중심은, i^th요소로의 맵핑에 가장 근접하게 되는 화소에 대한 지점에 배치된다. 명세적으로, i^th열의 비제로 세그먼트는{G_i= F_i[컨볼루션] Si} 로 부여되는바, 식중 F_i는 i^th표준화된 요소에 대한 PDF 필터이며, S_i는 맵핑의 보조화소와 완전화소를 더해 조절하는 것을 수행하기 위한 시프팅 필터이다. 이같은 컨볼루션후, G_i의 각각의 요소는 각각의 배경 정규화 요소들 B_j: T_ij= G_ij/B_j를 나눔으로써 정규화된다.

계수 S_ij들은, 표준화된 요소(i)로부터 맵핑되는 근접화소둘레의 소수 화소들상에서만 비제로로 된다. 이것들은 (a)맵핑의 소수부분, 및 PDF F_i의 비제로 중심으로 인한 기생 시프트를 계산하는데 필요한 적합한 보조 화소 내삽에 달하는 선헝 변환을 이행하도록 계산된다.

시프팅 필터들을 발생시키는데 사용된 내삽 방법의 선택은 원데이터의 성질에 의존한다. 스펙트럼들이 실제로 과잉 샘플(예컨대 10 화소/프로파일 폭) 되고 또한 S/N이 매우 높게 (10⁴이상)되면, 아주 단순한 내삽 방법들로서도 충분하다. 실제로, 시프트는 저급 라그랑제 내삽(주로, 내삽 분수 화소 같을 협차하는 4 지점에 대해 3차 다항식을 피팅시키는 것에 대응하는 4지점)을 사용하여 실행될수 있다. 4개의 라그랑제 계수들이 시프팅필터(S_i)를 구성한다. 이것이 PDF(F_i)로 컨볼루션되면, 세그먼트 길이는 3개의 화소로 증가한다.

[파장 표준 측정]

파장표준의 원스펙트럼(예컨대, Nd : YAG 레이저 크리스탈, 6mm 두께, ∼0.5% 도프됨)은 2중 비임 흡광도형태로 표준화되고 전환된다 즉, 표준화된 강도의 스펙트럼이 동시적으로 측정된 표준화된 배경으로 나눠지고, 그결과가 흡광도 (-log₁₀)로 변환된다. 윈도우가 표준라인의 기대된 위치 둘레에서 조사된다. 피크(또는 2중 피크)을 발견하는 중에, 피크위치 알고리즘은 표준화된 유니트내에 그것의 위치를 결정하는데 사용된다(그 위치는 교정이 수렴되어 제공된 절대파장에 등가이다). 공지된 진실 위치로부터의 관찰된 피크위치의 오프셋이 표준화된 요소에 주시 된다.

적합한 피크위치 알고리즘은 다음을 따른다. 첫째, 처리되지 않은 피크의 발견이 실행된다. 이 피크는 조사윈도우내의 가장 높은 분광 지점이다. 대칭적인 복합물에 있어서, 대칭적인 다중의 경우에 있어서, 본 발명자는, 표준화된 요소간격이 내삽이 없는것 만큼 근접한 공지된 다중 공간에 의해 대칭적으로 시프트되는 스펙트럼의 다중 복사물을 과다노출하고 부가함으로써 스펙트럼을 미리 처리했다. 이것은 다중물의 대칭의 중심에서 단일의 가장 높은 피크를 지니는 합성 모조 스펙트럼을 결과로 한다. 피크위치는 (가장 높은 지점둘레에서) 이같은 모조 스펙트럼 중심피크의 중심을 계산함으로써 정제절수 있다. 중심 교정은 컷오프의 낮은 수준이 설정되는 것을 펼요로 하는바 ; 이것은 베이스라인상의 피크높이의 고정분수로서 실행된다.

이같이 정제된 피크위치를 평가하는데 있어서, 본 발명자는 본래의 2중비임 스펙트럼(모조 스펙트럼이 아님)으로 언급했다. 일시적인 피크 중심으로 평가를 취함으로써, 본 발명자는 이 지점에 대해 스펙트럼을 좌측에서 우측으로 플립(flip)시켰다. 이같은 플릴지점이 일반적으로 데이터 지점들 사이에 또는 그 중간에 있지않기 때문에, 본래의 격자상에 샘플로되는 플립된 버전을 발생시켜 내삽을 필요로 한다. 입방 스플라인 또는 라그랑제 내삽은 그같은 목적을 위해 모두 적합하다. 좌 - 우 반전된 스펙트럼이 본래의 스펙트럼에 부가되어 실제피크 형상과 유사하지만 구성에 의해 플림지점에 대해 대칭적으로 보증된 피크 형상 모델을 발생시킨다 본래의 스펙트럼은 보통의 선형의 보다 작은 자승 회귀법을 사용하여 적합하게 되는바, 다음과 같은 벡터들을 사용한다. 즉, (a) 대칭화된 피크형 모델, (b) 수치도함수의 피크형 모델 및 (c) 하나이상의 다항식 배경 항들(대표적으로 상수, 선형항, 및 2차항)이다. 관찰된 라인의 시프트는 제 1 미분의 혼합으로써 제 1 순서로 모델화될수 있다. 따라서, 미분 벡터에 상응하는 보다작은 입방 피팅계수는 그것의 가상위치로부터의 피크 시프트의 측정치 이다. 이것은 시프트가 피크폭의 작은 분수로 되는한 유효한바, 그 상태는 전술된 처리되지 않은 피크 발견과정에 의해 보장된다. 시프트를 결정하기 위한 기술이 본 양도인에 의해 1991년 10휠 4일 출원되어 계류중인 미합중국 특허 출원 제771,705호에 개시되어 있다.

이는 예컨대 Nd : YAG에서 853nm에 배치된 제 2 파장 표준라인을 측정하는데 바람직하게 될 수 있다. 이것은 교정 절차에서 미리 장치 파장 분산을 결정하는데 사용되며, 또한 마커 에탈론 줄무늬 수들의 가능한 오판을 회피한다. 최후 교정에 영향을 미치지 않는다.

[2차 피크 측정]

단일의 저급 미세 줄무늬 스펙트럼이, 유효 에탈론 두께를 결정하고 줄무늬들의 각각의 피크 (및골) 에서 표준화된 교정 횡좌표 오차들을 측정하는데 사용된다. 엔벨로프(151) 내의 평균 중심으로된 2중 비임 표준화 흡수 줄무늬 스펙트럼이 제7도에 도시되어 있다. (본 목적을 위해 피크들을 구성하는) 피크(152)및 골(154)들이 줄무늬들의 제로 횡단점을 발견함으로써 대략적으로 배치된다. 피크들 및 골들은 파수(반복파장)내의 제로 횡단점들 사이의 거의 중간으로 되도록 취해진다.

최소자승 회귀법이, 피크 및 골지점들에 대해 동시적으로 (2차 이상) 다항식을 피팅시켜 줄무늬의 엔벨로프를 설정하도록 수행된다. 이 엔벨로프 피팅은 줄무늬 분석후에 사용된다. 표준화된 유니트들은 Z = sn(s)에 따른 Z 유니트 또는 감소된 파수로 변환되는바, 여기서 s =(1/L) 은 파수(cm^-1)(진공)이며 n(s) =파수의 함수로서 에탈론 재료의 반사지수이다. 에탈론 방정식은 m = ZT′로 되며, 여기서 m = 간섭의 차수이며 T′=에탈론의 2배의 유효두께이다.

줄무늬 피크들 및 골들의 Z위치에 대해 줄무늬 수를 플로팅(plotting)하면 매우 선형적인 플롯을 획득한다. 지점들에 대한 직선형 피팅이 수행되면, 기울기는 유효두께의 2 배인 제 1 평가를 제공한다 : T′= dm/dZ. i^th번째 줄무늬 피크의 절대 순서번호는 m_i= INT(ZT′)를 사용하여 발견될 수 있다. 정확한 순서번호를 각각의 줄무늬에 부여(피크에 대해서는 정수, 골에 대해서는 반정수)한 후에, 단일 변수 최소 자숭 피팅(기울기만, 잘려지지않음)을 수행하여 dm/dZ을 더 정확하게 따라서 유효두께를 더 정확하게 결정한다. 이것은 T′에 대한 “향상된 계산” 이다.

이 시점에서, 파장 표준라인이 발생하는 줄무늬 번호가 발견된다. 이것을 실행하기 위해(상기에서 정해진 바와 같은)파장 표준의 표준화된 유니트 위치를 협차하는 여러개 (전형적으로 2 내지 5개)의 인접 줄무늬 말단이 상세히 평가된다. 특히, 그들의 피크(골)(Z) 위치들은 후술될 과정에 의해 정확히 측정된다.

이같은 소수의 줄무늬의 순서번호(m)들은 그들의 측정된 Z위치 및 실행된 직선 퍼트(선형회귀)에 대해 플롯된다. 수직선 Z = Z(관찰된 파장표준)에 의한 이같은 회귀선상의 m 절단이 WL 표준 파장에 상옹하는 분수 순서번호(m′)를 부여한다. 이후 T′= m′/Z(파장 표준, 절대치)으로부터의 2배의 유효 에탈론 두께에 대해 최종의 최상의 평가를 계한할수 있다.

줄무늬들이 차례로 계산된다. 그 각각의 단계는 (a) 유효두께를 기본으로 하는 이론적 Z위치를 계산하고 (b) 피팅 과정 (후술됨)을 사용하여 관찰된 Z위치를 측정하는 단계이다. 그 차이는 이 시점에서 스펙트럼내의 교정오차로써 취해진다. 또한, 이같은 동일 정보는 파장 오차 대 물리적 화소 번호로 전환된다. WL 오차들에 대한 다항식 대업은 전형적으로 3차 또는 5차로 수행된다. 이같은 다항식의 계수들이 지정된 한계 치보다 크다면, 그 계수들은 직접 감산에 의해 주파장 맵핑 다항식 수정 계수들을 갱신하는데 사용된다.

2차 표준(저급 미세 에탈론) 피크들 및 골들은 선형 적합 과정에 의해 정확히 배치된다. 각각의 피크(골)을 포위하는 전형적으로 0.7 내지 1.5의 줄무늬 넓이의 작은 스펙트럼의 영역은 모델함수로써 Z 공간내의 적합한 기간의 대칭 수정된 사인 및 코사인 줄무늬들을 사용하여 피트된 각각의 최소 자승들이다. 사인 및 코사인 함수는 전술된 엔벨로프 함수에 의해 그것들을 곱함으로써 수정된다. 베이스라인 오프셋 항들은 또한 이 피트에 포함된다. 피크 위치 오프셋들은 사인 대 코사인 회귀 계수들의 비로 주어진다

본 발명이 특정 실시예를 참조로 상세히 설명되었지만. 여러 변형예 및 수정 예들이 본 발명의 사상 및 청구범위의 범위내에서 행해질 수 있다는 것은 당업자에게는 자명하다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위 또는 그들의 등가물에 의해서만 한정 된다.

Claims

선택된 분광범위의 각 세그먼트내에 가상의 얇은 분광라인에 대한 분광라인형상의 특성 고유 프로파일을 가지며, 각각의 고유 프로파일은 관련된 고유 폭을 가지며 상기 분광범위 중 적어도 하나의 선택된 세그먼트 내에 적어도 하나의 좁은 분광라인의 라인 소오스를 포함하며, 각각의 좁은 분광라인은 대응하는선택된 세그먼트에 대한 고유폭보다 실질적으로 더 좁은 관련된 라인폭을 가지는 분광측정장치를 표준화하는 방법에 있어서, 각각의 선택된 세그먼트 내에 가상의 예리한 분광라인에 대한 분광라인 형상의 타겟 프로파일을 특정하는 단계, 초기에 상기 장치를 라인 소오스로 작동시켜 각각의 좁은 분광라인에 대한 한세트의 프로파일 데이터를 생성함으로써 각 세트의 프로파일 데이터가 대응하는 선택된 세그먼트에 대한 고유 프로파일을 나타내도륵 하는 단계, 각 세트의 프로파일 데이터를 각각의 선택된 세그먼트에 대한 해당 타겟 프로파일로 변환시키도록 변환 필터를 계산하는 단계, 및 샘플 데이터에 추후 적용을 위해 상기 변환 필터를 저장(save) 하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 장치를 샘플 소오스를 사용하여 정상적으로 작동시켜 샘플 스펙트럼을 나타내는 샘플 데이터를 생성시키는 단계, 및 각각의 선택된 세그먼트 내의 샘플 데이터에 상기 변환 필터를 적용하여 상기 샘플 스펙트럼을 나타내는 표준화된 샘플 데이터를 생성시키는 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 장치를 예비 작동시켜 공칭 배경 데이터를 저장하는 단계, 및 상기 프로파일 데이터 및 상기 샘플 데이터를 상기 공칭 배경 데이터로 수정하는 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 수정하는 단계는 상기 프로파일 데이터와 상기 샘플 데이터를 상기 공칭 배경 데이터로 나누는 단계를 포함하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 정상적으로 작동시키는 단계는, 상기 장치를 더 작동시켜 상기 샘플 데이터와 관련된 정규 배경 데이터를 생성시키는 단계를 포함하고, 상기 변환 필터를 적용하는 단계는, 상기 변환 필터를 상기 정규 배경 데이터에 더 적용하여 표준화된 배경 데이터를 생성시키는 단계를 포함하며, 상기 방법은, 상기 표준화된 샘플 데이터를 상기 표준화된 배경 데이터로 수정하는 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 계산 단계이전에 미리 선택된 분광 강도교정에 따라 상기 프로파일 데이터를 교정하는 단계, 및 상기 변환 필터를 적용하는 단계이전에 상기 강도 교정에 따라 상기 샘플 데이터를 교정하는 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 타겟 프로파일은 고유폭과 명목상 동일한 프로파일 폭을 갖는 방법.
제1항에 있어서, 상기 타겟 프로파일은 가우스(gaussian)곡선 형태인 방법.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 선택된 세그먼트는, 상기 선택된 분광범위에 걸쳐서 복수의 직렬(tandem)세그먼트를 포함하고, 각각의 직렬 세그먼트는 적어도 하나의 좁은 분광라인을 갖는 방법.
제9항에 있어서, 상기 라인 소오스는 고급의 미세 파브리-패롯 에탈론(Fabry-Perot etalon) 인 방법.
제1항에 있어서, 상기 장치에 대한 파장 교정을 설정하는 단계, 및 상기 파장교정을 상기 변환 필터와 결합시켜 수정 매트릭스를 이루는 단계를 부가적으로 포함하고, 상기 저장하는 단계는 샘플 데이터에 추후적용을 위해 상기 교정 매트릭스를 저장하는 단계를 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 장치를 샘플 소오스로 정상 작동시켜 샘플 스펙트럼을 나타내는 샘플 데이터를 생성시키는 단계, 및 상기 수정 매트릭스를 상기 샘플 데이터에 적용하여 상기 샘플 스펙트럼을 나타내는 교정된 표준화 데이터를 생성시키는 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 설정단계는 상기 장치를 방사선의 파장 교정 소오스로 작동시켜 교정 데이터를 생성시키는 단계, 및 상기 변환 필터를 상기 교정 데이터에 적응하여 상기 파장 교정을 구성하는 표준화된 교정 데이터를 생성시키는 단계를 포함하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 장치를 예비 작동시켜 공칭 배경 데이터를 저장하는 단계, 및 상기 교정 데이터, 상기 프로파일 데이터 및 상기 샘플 데이터를 상기 공칭 배경 데이터로 수정하는 단계를 부가적으로 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 수정단계는 상기 교정 데이터, 상기 프로파일 데이터 및 상기 샘플 데이터를 상기 공칭 배경 데이터로 나누는 단계를 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 장치는, 상기 분광 범위 내에 분광파장대 분광위치의 공칭 교정을 가지며, 정확히 식별된 파장의 1차 분광 피크의 교정 소오스 및 상기 분광 범위에 걸쳐서 이격된 다수의 2차 피크의 다중 소오스틀 부가적으로 포함하며, 각각의 2차 피크는 상관 상수에 따른 피크 파장에 대한 상관 함수에 의해 식별되는 정수 순서번호를 가지며, 상기 파장 교정을 설정하는 단계는, 상기 장치를 상기 교정 소오스로 부가적으로 작동시켜 상기 1차 분광피크를 나타내는 교정 데이터를 생성시키고, 상기 장치를 상기 다중 피크 소오스로 더 부가적으로 작동시켜 상기 다수의 2차 피크를 나타내는 2차 데이터를 생성시키는 단계, 상기 교정 데이터로부터 상기 분광위치에 관하여 1차 피크위치를 확인하고, 상기 2차 데이터로부터 상기 분광위치에 관하여 한 세트의 2차 피크위치를 부가적으로 확인하는 단계, 상기 공칭 교정에 의해 결정되는 적어도 2개의 피크파장에 대한 순서번호 미분에 따라 상기 상관상수를 상기 상관 함수로 평가하는 단계, 상기 1차 피크에 인접 배치되어 있는 적어도 하나의 선택된 2차 피크에 대한 교정 순서번호를 상기 상관함수로 식별하는 단계로서, 상기 공칭 교정에 의해 선택된 2차 피크에 대하여 결정된 예비파장 및 상기 평가된 상관 상수에 따라 달성되는 식별하는 단계, 상기 선택된 2차 피크 및 상기 1차 피크의 정확한 상대 위치를 상기 선택된 2 차 피크로부터 보간하는 단계, 상기 상관함수를 사용하여 상기 교정 순서번호, 상기 정확하게 식별된 파장 및 상기 상대 위치로부터 정확한 상관 상수를 계산하는 단계, 상기 상관 함수로, 상기 정확한 상관 상수를 사용하여 교정된 파장을 관련된 순서번호에 할당하고, 이에 따라서 상기 분광 위치에 대한 2차 피크 위치에 할당하는 단계를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 다중 소오스는 방사선 소오스 및 상기 방사선 소오스에 삽입된 제 1 의 광학 요소를 포함하고, 상기 제 1의 광학 요소는 파장과 관련된 굴절율(n) 을 지니며, 상기 순서번호(m) 는 상기 상관함수 m = nT′/L에 의하여, 상기 상관상수(T′) 에 따라 피크 파장(L)으로 식별되는 방법.
제17항에 있어서, 상기 다중 소오스는 다수의 2차 피크를 포함하는 줄무늬 패턴(fringe pattern)으로 상기 방사선을 전달하도록 배치된 파브리-페롯의 저급 미세 에탈론인 방법.
제18항에 있어서, 상기 저급 미세 에탈론은 피복되지 않은 융합 실리카 플레이트를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 교정 데이터는 교정 프로파일을 한정하며, 상기 확인 단계는 상기 교정 프로파일을 저장하는 단계, 상기 분광위치에 대하여 상기 교정 프로파일의 중심 파장을 평가하는 단계, 상기 중심 파장에 대하여 상기 교정 프로파일을 반전시켜 반전된 프로파일을 형성하는 단계, 상기 교정 프로파일과 상기 반전된 프로파일을 부가하여 결합된 프로파일을 형성하는 단계, 및 상기 교정 데이터를 상기 결합된 프로파일에 정합시켜 상기 평가된 중심 파장과 상기 1차 분광 피크사이의 오프셋을 결정함으로써 상기 오프셋이 상기 분광 위치에 대하여 상기 1 차 피크위치를 한정하는 단계를 포함하는 방법.
제20항에 있어서, 광학 표준은 네오디뮴이 도우프된 이트륨 알루미늄 석류석 필터인 방법.
정밀하게 식별된 파장의 분광 피크의 교정 소오스를 포함하는 분광측정장치에서 정밀 파장 지점을 설정하는 방법으로서, 상기 분광측정장치는, 분광범위 내에 분광파장 대 분광위치의 공칭교정을 가지며, 상기 방법은, 상기 장치를 상기 교정 소오스로 작동시켜 적어도 하나의 분광피크를 나타내는 교정 프로파일을 생성하는 단계, 상기 교정 프로파일을 저장하는 단계, 상기 분광위치에 대하여 상기 교정 프로파일의 중심 파장을 평가하는 단계, 상기 중심 파장에 대하여 상기 교정 프로파일을 반전시켜 반전된 프로파일을 형성하는 단계, 상기 교정 프로파일 및 상기 반전된 프로파일을 부가하여 결합된 프로파일을 형성하는 단계, 및 상기 교정 데이터를 상기 결합된 프로파일에 정합시켜 상기 평가된 중심 파장과 상기 1차 분광 피크사이의 오프셋을 결정함으로써 상기 오프셋이 상기 분광위치에 대하여 상기 1 차 피크위치를 한정하는 단계를 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 광학 표준은 네오디뮴이 도우프된 이트륨 알루미늄 석류석 필터인 방법.
선택된 분광범위 내에 분광파장 대 분광위치의 공칭교정을 갖는 분광측정장치에서 파장을 정확하게 교정하는 방법으로서, 상기 분광측정장치가 정확하게 식별된 파장의 1차 분광피크의 교정 소오스 및 상기 분광범위에 걸쳐서 이격된 다수의 2차 피크의 다중 소오스를 포함하며, 각 2차피크가 상관 상수에 따른 피크 파장에 대한 상관함수에 의해 식별되는 정수 순서번호를 갖는 분광측정장치에서 파장을 정확하게 교정하는 방법에 있어서, 파장 교정을 설정하는 단계는, 상기 장치를 상기 교정 소오스로 부가적으로 작동시켜 상기 1 차 분광피크를 나타내는 교정 데이터를 생성시키고, 상기 장치를 상기 다중 피크 소오스로 더 부가적으로 작동시켜 상기 다수의 2차 피크를 나타내는 2차 데이터를 생성시키는 단계, 상기 교정 데이터로부터 상기 분광위치에 관하여 1차 피크위치를 확인하고, 상기 2차 데이터로부터 상기 분광위치에 관하여 한 세트의 2차 피크위치를 부가적으로 확인하는 단계, 상기 공칭 교정에 의해 결정되는 적어도 2개의 피크 파장에 대한 순서번호 미분에 따라 상기 상관 상수를 상기 상관함수로 평가하는 단계, 상기 1차 피크에 인접 배치되어 있는 적어도 하나의 선택된 2차 피크에 대한 교정 순서번호를 상기 상관함수로 식별하는 단계로서, 상기 공칭 교정에 의해 선택된 2차 피크에 대하여 결정된 예비 파장 및 상기 평가된 상관상수에 따라 달성되는 식별단계, 상기 선택된 2차 피크 및 상기 1차 피크의 정확한 상대 위치를 상기 선택된 2 차 피크로부터 보간하는 단계, 상기 상관함수를 사용하여, 상기 교정 순서번호, 상기 정확히 식별된 파장 및 상기 상대 위치로부터 정확한 상관 상수를 계산하는 단계, 상기 상관함수로, 상기 정확한 상관 상수를 사용하여 교정된 파장을 관련된 순서번호에 할당하고, 이에 따라서 상기 분광위치에 대한 2차 피크위치에 할당하는 단계를 포함하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 다중 소오스는 방사선 소오스 및 상기 방사선 소오스에 삽입된 제 1 의 광학요소를 포함하고, 상기 제 1 의 광학요소는 파장과 관련된 굴절율(n) 을 지니며, 상기 순서번호(m) 는 상기 상관함수 m = nT′/L에 의하여, 상관상수(T′) 에 따른 피크파장(L) 으로 식별되는 방법.
제25항에 있어서, 상기 다중 소오스는 다수의 2차 피크를 포함하는 줄무늬 패턴으로 상기 방사선을 전달하도록 배치된 파브리-페롯의 저급 미세 에탈론인 방법.
제26항에 있어서, 상기 저급 미세 에탈론은 피복되지 않은 융합 실리카 플레이트를 포함하는 방법.
제24항에 있어서, 상기 교정 데이터는 교정 프로파일을 한정하며, 상기 확인 단계는 상기 교정 프로파일을 저장하는 단계, 상기 분광위치에 대하여 상기 교정 프로파일의 중심파장을 평가하는 단계, 상기 중심 파장에 대하여 상기 교정 프로파일을 반전시켜 반전된 프로파일을 형성하는 단계, 상기 교정 프로파일과 상기 반전된 프로파일을 부가하여 결합된 프로파일을 형성하는 단계, 및 상기 교정 데이터를 상기 결합된 프로파일과 정합시켜 상기 평가된 중심 파장과 상기 1차 분광 피크사이의 오프셋을 결정함으로써 상기 오프셋이 상기 분광위치 대하여 상기 1차 피크위치를 한정하는 단계를 포함하는 방법.
제28항에 있어서, 광학 표준은 네오디뮴이 도우프된 이트륨 알루미늄 석류석 필터인 방법.
선택된 분광범위의 각 세그먼트 내에 가상의 얇은 분광라인에 대한 특성 고유 프로파일을 가지는 분광측정장치로서, 각 고유 프로파일은 관련된 고유폭을 가지며, 상기 장치는 상기 분광 범위의 적어도 하나의 선택된 세그먼트 내에 적어도 하나의 좁은 분광라인의 라인 소오스를 포함하며, 각각의 좁은 분광라인은 해당하는 선택된 세그먼트에 대한 고유폭보다 실질적으로 더 좁은 관련된 라인폭을 가지는 분광측정장치에 있어서, 상기 장치는, 각각의 선택 세그먼트 내에 가상의 얇은 분광라인에 대한 타겟 프로파일을 특정하는 구체화 수단, 초기에 상기 장치를 상기 라인 소오스로 작동시켜 각각의 좁은 분광라인에 대하여 한세트의 프로파일 데이터를 생성함으로써 각 세트의 프로파일 데이터가 해당하는 선택된 세그먼트에 대한 고유 프로파일을 나타내게 하는 개시수단, 각 세트의 프로파일 데이터를 각각의 선택된 세그먼트에 대한 해당 타겟 프로파일로 변환시키도록 변환 필터를 계산하는 계산 수단, 상기 장치를 샘플 소오스를 사용하여 정상 작동시켜 샘플 스펙트럼을 나타내는 샘플 데이터를 생성하는 작동수단, 및 각각의 선택된 세그먼트 내의 샘플 데이터에 상기 변환 필터를 적용하여 상기 샘플 스펙트럼을 나타내는 표준화 샘플 데이터를 생성시키는 적용수단을 포함하는 표준화 시스템을 더 포함하는 분광측정장치.
제30항에 있어서, 상기 장치를 예비 작동시켜 공칭 배경 데이터를 저장하고, 상기 프로파일 데이터와 상기 샘플 데이터를 상기 공칭 배경 데이터로 수정하는 배경 수단을 부가적으로 포함하는 분광측정장치.
제30항에 있어서, 상기 라인 소오스는 고급의 미세 파브리-페롯 에탈론을 구비한 에탈론 구조인 분광측정장치.
제32항에 있어서, 상기 에탈론은 각 측면 상에 반투명한 금 피복재를 갖는 얇은 폴리머 필름을 포함하며, 각각의 피복재는 1 %내지 10 %의 투과율을 제공하기에 충분한 분광측정장치.
제33항에 있어서, 상기 필름은 대략 10내지 25마이크로미터의 두께인 분광측정장치.
제33항에 있어서, 상기 필름은 니트로셀룰로오스인 분광측정장치.
제35항에 있어서, 상기 에탈론 구조는, 한쌍의 편평한 유리 윈도우를 더 포함하여, 그들 사이에 에탈론이 샌드위치되도록 하는 분광측정장치.
제30항에 있어서, 상기 장치에 대하여 파장 수정을 설정하는 교정수단, 상기 파장교정을 상기 변형 필터와 결합시켜 수정 매트릭스를 이루는 결합수단, 상기 장치를 샘플 소오스로 작동시켜 샘플 스펙트럼을 나타내는 샘플 데이터를 생성하는 작동수단, 및 상기 수정 매트릭스를 상기 샘플 데이터에 적용하여 상기 샘플 스펙트럼을 나타내는 교정된 표준화 데이터를 생성시키는 적용수단을 부가적으로 포함하는 분광측정장치.
제37항에 있어서, 상기 장치는, 방사선의 파장 교정 소오스를 부가적으로 포함하며, 상기 교정수단은, 상기 장치를 상기 파장 교정 소오스로 작동시켜 교정 데이터를 생성하고, 상기 변환 필터를 상기 교정 데이터에 적용하여 상기 파장 교정을 구성하는 표준화된 교정 데이터를 생성하는 수단을 부가적으로 포함하는 분광측정장치.
제38항에 있어서, 상기 장치를 예비작동시켜 공칭 배경 데이터를 저장하고, 상기 교정 데이터, 상기 프로파일 데이터 배경 데이터 및 상기 샘플 데이터를 상기 공칭 배경 데이터로 수정하는 배경수단을 부가적으로 포함하는 분광측정장치.
제37항에 있어서, 상기 장치는, 상기 분광범위 내에 분광파장 대분광위치의 공칭 교정을 가지며, 상기 장치는, 정확하게 식별된 파장의 적어도 하나의 1차 분광피크의 교정소오스와 상기 분광범위에 걸쳐서 이격된 다수의 2차 피크의 다중 소오스를 더 포함하며, 각각의 2차 피크는 상관 상수에 따라 피크 파장에 대한 상관함수에 의해 식별된 정수 순서번호를 가지며, 상기 교정수단은, 상기 장치를 상기 교정 소오스로 부가 작동시켜 상기 1차 분광피크를 나타내는 교정 데이터를 생성시키고, 상기 장치를 상기 다중 피크 소오스로 더 부가 작동시켜 상기 다수의 2차 피크를 나타내는 2차 데이터를 생성시키는 부가수단, 상기 교정 데이터로부터 상기 분광위치에 관하여 1차 위치를 확인하고, 상기 2차 데이터로부터 상기 분광위치에 관하여 한 세트의 2차 피크 위치를 더 확인하는 확인수단, 상기 공칭 교정에 의해 결정되는 적어도 2개의 피크 파장에 대한 순서번호 미분에 따라 상기 상관 상수를 상관 함수로 평가하는 평가수단, 상기 1차 피크에 인접 배치되어 있는 적어도 하나의 선택된 2차 피크에 대한 교정 순서번호를 상기 상관 함수로 식별하는 식별수단으로서, 상기 공칭 교정에 의해 선택된 2차 피크에 대하여 결정된 예비파장 및 상기 평가된 상관 상수에 따라 달성되는 식별수단, 상기 선택된 2차 피크로부터,상기 선택된 2차 피크 및 상기 1차 피크의 정확한 상대위치를 보간하는 보간수단, 상기 상관함수를 사용하여 상기 교정 순서번호, 상기 정확히 식별된 파장 및 상기 상대 위치로부터 정확한 상관 상수를 계산하는 계산수단. 및 상기 상관함수로, 상기 정확한 상관상수를 사용하여, 교정된 파장을 관련 순서번호에 할당하고, 이에 따라서 상기 분광위치에 대한 2차 피크위치에 할당하는 이용수단을 포함하는 분광측정장치.
제40항에 있어서, 상기 다중 소오스는 상기 다수의 2차 피크를 포함하는 줄무늬 패턴으로 상기 방사선을 전달하도록 배치된 파브리-페롯의 저급 미세 에탈론인 분광측정 장치.
제41항에 있어서, 상기 저급 미세 에탈론은 피복되지 않은 융합 실리카 플레이트를 포함하는 분광측정장치.
제40항에 있어서, 상기 교정 소오스는 네오디뮴이 도우프된 이트륨 알루미늄 석류석 필터인 분광측정장치.
정밀하게 식별된 파장의 적어도 하나의 1차 분광 피크의 교정 소오스, 및 분광 범위에 걸쳐서 이격된 다수의 2차 피크의 다중 소오스를 포함하며, 각각의 2차 피크가 상관 상수에 따른 피크 파장에 대한 상관 함수에 의해 식별된 정수 순서번호를 가지며, 선택된 분광범위 내에 분광파장 대 분광위치의 공칭 교정을 가지는 분광측정장치에 있어서, 상기 장치를 상기 교정소오스로 부가 작동시켜 상기 1차 분광 피크를 나타내는 교정 데이터를 생성하고, 상기 장치를 상기 다중 피크 소오스로 더 부가 작동시켜 상기 다수의 2 차 피크를 나타내는 2 차 데이터를 생성하는 부가수단, 상기 교정 데이터로부터, 상기 분광위치에 관하여 1차 피크위치를 확인하고, 상기 2차 데이터로부터 상기 분광위치에 관하여 한세트의 2차 피크위치를 더 확인하는 확인수단, 상기 공칭 교정에 의해 결정되는 적어도 2개의 피크파장에 대한 순서번호 미분에 따라 상기 상관상수를 상기 상관함수로 평가하는 평가수단, 상기 1차 피크에 인접 배치된 적어도 하나의 선택된 2차 피크에 대한 교정 순서번호를 상기 상관함수로 식별하는 식별수단으로서, 상기 공칭교정에 의해 선택된 2차 피크에 대하여 결정된 예비 파장 및 상기 평가된 상관 상수에 따라 달성되는 식별수단, 상기 선택된 2차 피크로부터, 상기 선택된 2차 피크 및 상기 1차 피크의 정확한 상대위치를 보간하는 보간수단, 상기 상관함수를 사용하여 상기 교정 순서번호, 상기 정확히 식별된 파장 및 상기 상대위치로부터 정확한 상관 상수를 계산하는 계산수단, 및 상기 상관함수로, 상기 정확한 상관 상수를 사용하여 교정된 파장을 관련 순서번호에 할당하고, 이에 따라서 상기 분광위치에 대한 2차 피크위치에 할당하는 이용수단을 포함하는 교정수단을 부가적으로 포함하는 분광측정장치.
제44항에 있어서, 상기 다중 소오스는 방사선 소오스 및 상기 방사선 소오스에 삽입된 제 1의 광학 요소를 포함하며, 상기 제 1의 광학 요소는 파장과 관련된 굴절율(n)을 가지며, 상기 순서번호(m) 는 상관함수 m = mT′/L에 의한 상관 상수(T′) 에 따라 피크 파장(L)으로 식별되는 분광측정장치.
제45항에 있어서, 상기 다중 소오스는 상기 다수의 2차 피크를 포함하는 줄무늬 패턴으로 상기 방사선을 전달하도록 배치된 파브리-페롯의 저급 미세에탈론인 분광측정 장치.
제46항에 있어서, 상기 저급 미세 에탈론은 피복되지 않은 융합 실리카 플레이트를 포함하는 분광측정장치.
제44항에 있어서, 광학 표준은 네오디뮴이 도우프된 이트륨 알루미늄 석류석 필터인 분광측정장치.