KR102112940B1 - 기준 방식들에서의 측정 시간 분포 - Google Patents

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Abstract

기준 방식들에 대한 측정 시간 분포(1276, 1277, 1278)를 위한 방법들 및 시스템들이 개시된다. 개시된 방법들 및 시스템들은 샘플 신호, 기준 신호, 잡음 레벨들 및 SNR에 기초하여 측정 시간 분포를 동적으로 변화시킬 수 있다. 방법들 및 시스템들은 샘플 측정 상태(1282), 기준 측정 상태(1284) 및 다크 측정 상태(1286)를 포함하는 복수의 측정 상태들로 구성된다. 일부 예들에서, 측정 시간 분포 방식은 동작 파장, 샘플링 인터페이스에서의 측정 위치 및/또는 타겟팅된 SNR에 기초할 수 있다. 본 개시내용의 예들은 상이한 측정 상태들을 동시에 측정하기 위한 시스템들 및 방법들을 더 포함한다. 또한, 시스템들 및 방법들은 SNR을 감소시킬 수 있는 상관해제된 잡음 변동들을 제거 또는 감소시키기 위해 고주파수 검출기를 포함할 수 있다.

Description

기준 방식들에서의 측정 시간 분포
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 2015년 9월 18일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/220,887호에 대해 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원은 그 전체가 참조로 통합된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 기준 방식들에 대한 신호 대 잡음비를 개선하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이고, 더 상세하게는 측정 시간 분포를 동적으로 변화시키고 고주파수 잡음을 제거하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
흡수 분광법은, 샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정하기 위해 사용될 수 있는 분석 기술이다. 흡수 분광법을 위한 종래의 시스템들 및 방법들은 샘플링 인터페이스에서 광을 방출하는 것을 포함할 수 있다. 광이 샘플을 통해 투과될 때, 광 에너지의 일부는 하나 이상의 파장들에서 흡수될 수 있다. 이러한 흡수는 샘플을 빠져 나가는 광의 속성들에서의 변화를 초래할 수 있다. 샘플링 인터페이스를 빠져 나가는 광의 속성들은 기준을 빠져 나가는 광의 속성들과 비교될 수 있고, 샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형은 이러한 비교에 기초하여 결정될 수 있다.
비교는 샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정할 수 있지만, 측정들은 고정된 측정 시간 분포 방식을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 고정된 측정 시간 분포 방식은 3개의 측정 상태들, 즉, 샘플 측정, 기준 측정 및 다크(dark) 측정에 대해 동일한 분포의 사이클 시간을 포함할 수 있다. 그러나, 샘플 신호, 기준 신호, 다크 신호 및 이들의 대응하는 잡음 레벨들은 동작 파장, 주위 환경 및/또는 샘플 내의 물질의 측정 위치에 따라 상이할 수 있다. 그 결과, 고정된 측정 시간 분포 방식은 모든 동작 파장들 및 샘플 내의 측정 위치들에 대해 최적은 아닐 수 있다. 추가적으로, 고정된 측정 시간 분포 방식은 중요하지 않은 정보, 잘못된 측정 데이터, 낮은 신호 대 잡음비(SNR) 또는 이들의 조합으로 긴 측정 시간들을 초래할 수 있다. 따라서, 측정 시간 분포를 동적으로 변화시키기 위한 방법들 및 시스템들이 요구될 수 있다. 또한, 시스템 내의 고주파수 잡음은 허용불가능한 SNR을 초래할 수 있어서, 고주파수 잡음을 제거하는 방법들 및 시스템들이 요구될 수 있다.
이는 기준 방식들에 대한 측정 시간 분포와 관련된다. 개시된 방법들 및 시스템들은 샘플 신호, 기준 신호, 잡음 레벨들 및 SNR에 기초하여 측정 시간 분포를 동적으로 변화시킬 수 있다. 방법들 및 시스템들은 샘플 측정 상태, 기준 측정 상태 및 다크 측정 상태를 포함하는 복수의 측정 상태들로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 시스템의 잡음 레벨들이 낮은 경우 다크 측정 상태에 더 적은 시간이 할당될 수 있다. 일부 예에서, 샘플 신호는 약할 수 있고, 시스템은 다른 측정 상태들보다 샘플 측정 상태에 더 많은 양의 시간을 할당할 수 있다. 일부 예에서, 샘플 신호는 강할 수 있고, 시스템은 다른 측정 상태들보다 기준 측정 상태에 더 많은 양의 시간을 할당할 수 있다. 일부 예들에서, 측정 시간 분포 방식은 동작 파장, 샘플 내의 측정 위치 및/또는 타겟팅된 SNR에 기초할 수 있다. 본 개시내용의 예들은 상이한 측정 상태들을 동시에 측정하기 위한 시스템들 및 방법들을 더 포함한다. 또한, 시스템들 및 방법들은 SNR을 감소시킬 수 있는 상관해제된 잡음 변동들을 제거 또는 감소시키기 위해 고주파수 검출기를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 예들에 따라 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 다수의 검출기들을 포함하는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 예들에 따라 다수의 검출기들을 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 예들에 따라 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 공유된 검출기를 포함하는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 4는 본 개시내용의 예들에 따른 공유된 검출기를 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 5는 본 개시내용의 예들에 따라 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정하기 위한 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 예들에 따라 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위해 광원과 샘플 사이에 위치된 변조기를 포함하는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 예들에 따라 광원과 샘플 사이에 위치된 변조기를 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 예들에 따라 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위해 광원과 샘플 사이에 위치된 변조기를 포함하는 예시적인 시스템을 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 예들에 따라 광원과 샘플 사이에 위치된 변조기를 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 예들에 따라 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정하기 위해 사용되는 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다.
도 11은 본 개시내용의 예들에 따른 동일한 측정 시간 분포를 갖는 3개의 측정 상태들을 포함하는 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다.
도 12는 본 개시내용의 예들에 따른 동일하지 않은 측정 시간 분포를 갖는 3개의 측정 상태들을 포함하는 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다.
도 13은 본 개시내용의 예들에 따라 측정 시간 분포를 동적으로 변화시키기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
도 14는 본 개시내용의 예들에 따라 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하고 상이한 측정 상태들을 동시에 측정할 수 있는 예시적인 시스템의 일부를 도시한다.
도 15는 본 개시내용의 예들에 따라 상이한 측정 상태들을 동시에 측정할 수 있는 시스템에 대한 측정 상태들의 예시적인 플롯을 도시한다.
도 16은 본 개시내용의 예들에 따라 복수의 MEMS 컴포넌트들을 포함하고 상이한 측정 상태들을 동시에 측정할 수 있는 예시적인 시스템의 일부의 단면도를 도시한다.
도 17은 본 개시내용의 예들에 따른 잡음 변동들을 갖는 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다.
도 18은 본 개시내용의 예들에 따른 고주파수 검출기를 포함하는 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 시스템을 도시한다.
도 19는 본 개시내용의 예들에 따른 고주파수 검출기를 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다.
예들의 다음 설명에서, 첨부된 도면들이 참조되며, 실시될 수 있는 특정 예들이 도면들 내에서 예시로서 도시된다. 다양한 예들의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 예들이 이용될 수 있고 구조적 변경이 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시내용에 따른 방법들 및 장치들의 대표적인 응용들이 이 섹션에 기술된다. 이 예들은 단지 맥락을 부가하고 기술된 예들의 이해를 돕기 위하여 제공된다. 따라서, 기술된 예들이 구체적인 세부사항들의 일부 또는 전부가 없어도 실시될 수 있다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 다른 적용예들도 가능하며, 따라서 이하의 예들을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
다양한 기술들 및 프로세스 흐름 단계들이 첨부된 도면들에 도시된 예들을 참조하여 상세히 기술될 것이다. 이하의 설명에서, 본 명세서에 기술되거나 언급된 하나 이상의 양태 및/또는 특징의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 기재된다. 그러나, 본 명세서에 기술되거나 언급된 하나 이상의 양태 및/또는 특징이 이 구체적인 세부사항들의 일부 또는 전부 없이 실시될 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 공지된 프로세스 단계들 및/또는 구조들은 본 명세서에 기술되거나 언급된 양태들 및/또는 특징들의 일부를 모호하게 하지 않도록 상세히 기술되지 않았다.
또한, 프로세스 단계들 또는 방법 단계들이 순차적인 순서로 기술될 수 있지만, 이러한 프로세스들 및 방법들은 임의의 적합한 순서로 동작하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 본 개시내용에 기술될 수 있는 단계들의 임의의 시퀀스 또는 순서는, 그 자체로는, 단계들이 그 순서대로 수행되어야 한다는 요구사항을 나타내지는 않는다. 게다가, 일부 단계들은 (예컨대, 하나의 단계가 다른 단계 후에 기술되기 때문에) 비동시적으로 발생하는 것으로서 기술되거나 암시되어 있음에도 불구하고, 동시에 수행될 수 있다. 또한, 프로세스를 도면에 도시하는 것에 의해 프로세스를 예시하는 것은 예시된 프로세스가 그에 대한 다른 변형들 및 수정을 제외한다는 것을 암시하지 않고, 예시된 프로세스 또는 그의 단계들 중 임의의 것이 예들 중 하나 이상에 필요하다는 것을 암시하지 않으며, 예시된 프로세스가 선호된다는 것을 암시하지 않는다.
본 개시내용은 기준 방식들에 대한 측정 시간 분포와 관련된다. 개시된 방법들 및 시스템들은 샘플 신호, 기준 신호, 다크 신호, 잡음 레벨들, SNR 또는 이들의 조합에 기초하여 측정 시간 분포를 동적으로 변화시킬 수 있다. 방법들 및 시스템들은 샘플 측정 상태, 기준 측정 상태 및 다크 측정 상태를 포함하는 복수의 측정 상태들로 구성될 수 있다. 일부 예에서, 시스템의 잡음 레벨들이 낮은 경우 다크 측정 상태에 더 적은 시간이 할당될 수 있다. 일부 예에서, 샘플 신호는 약할 수 있고, 시스템은 다른 측정 상태들보다 샘플 측정 상태에 더 많은 양의 시간을 할당할 수 있다. 일부 예에서, 샘플 신호는 강할 수 있고, 시스템은 다른 측정 상태들보다 기준 측정 상태에 더 많은 양의 시간을 할당할 수 있다. 일부 예들에서, 샘플 측정 상태 및 기준 측정 상태에 할당된 시간양은 잡음 레벨에 기초할 수 있다. 일부 예들에서, 잡음 레벨은 샘플 신호, 기준 신호 또는 둘 모두의 강도에 의존할 수 있다. 일부 예들에서, 측정 시간 분포 방식은 동작 파장, 샘플 내의 측정 위치, 주위 환경 조건들 및/또는 타겟팅된 SNR에 기초할 수 있다. 본 개시내용의 예들은 상이한 측정 상태들을 동시에 측정하기 위한 시스템들 및 방법들을 더 포함할 수 있다. 또한, 시스템들 및 방법들은 특정 기준 방식들에서 SNR을 감소시킬 수 있는 시간-상관해제된 잡음 변동들을 제거 또는 감소시키기 위해 고주파수 검출기를 포함할 수 있다.
샘플 내의 물질들의 경우, 각각의 물질은 하나 이상의 흡광도 피크들에 의해 형성되는 파장의 함수로서의 패턴에 의해 표시되는 특정 파장 체제에서 시그니처(signature)를 가질 수 있다. 하나의 예시적인 파장 체제는 단파장 적외선(SWIR)일 수 있다. 물질은 하나 이상의 파장들에서 더 많은 양의 에너지를 흡수할 수 있고, 다른 파장들에서 더 적은 양의 에너지를 흡수할 수 있어서, 물질에 고유한 스펙트럼 핑거프린트를 형성할 수 있다. 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 유형의 결정은 측정된 스펙트럼을 관련 물질들의 핑거프린트들을 포함하는 스펙트럼 라이브러리의 내용과 매칭시킴으로써 수행할 수 있다. 추가적으로, 물질의 농도는 흡수양에 기초할 수 있다.
샘플은 입사 광을 수정할 수 있는 다수의 물질들을 포함할 수 있다. 다수의 물질들 중, 하나 이상의 물질들이 관심있는 물질일 수 있고, 다른 물질들은 관심 대상이 아닐 수 있다. 일부 예들에서, 관심 대상이 아닌 물질들이 관심있는 물질보다 더 많은 입사 광을 흡수할 수 있다. 추가적으로, 스펙트럼 아티팩트들이 관심있는 하나 이상의 물질들의 흡광도 피크들을 "마스킹"할 수 있다. 스펙트럼 아티팩트들 및 관심 대상이 아닌 물질들의 흡수 둘 모두는 관심있는 물질의 검출을 어렵게 할 수 있다. 또한, 하나 이상의 물질들의 농도는 샘플에서 불균일한 방식으로 분포될 수 있고, 이는 샘플의 광학 속성들(예를 들어, 선형 복굴절, 광학 활성도, 이중-감쇠(diattenuation))의 변화를 생성할 수 있다. 샘플에서 광학 속성들의 변경들은 샘플 내의 측정 위치에 기초하여 상이한 신호 값들을 초래할 수 있다. 추가적으로, 관심 대상이 아닌 물질들의 흡광도 또는 샘플 내의 상이한 위치들에서의 잡음 레벨들은 상이할 수 있다. 또한, 시스템의 컴포넌트들은 시간에 따라 상이한 드리프트를 가질 수 있고, 이는 신호 값들 및/또는 잡음 레벨들을 변화시킬 수 있다. 상이한 신호 값들 및/또는 상이한 잡음 레벨들은 몇몇 팩터들, 예를 들어, 파장, 샘플 내의 측정 위치 또는 둘 모두에 기초하여 변하는 SNR을 초래할 수 있다.
흡수 분광법은, 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정하기 위해 사용될 수 있는 분석 기술이다. 광은, 광원으로부터 방출되고 샘플 상에 입사하는 경우 초기 강도 또는 에너지를 가질 수 있다. 광이 샘플을 통해 투과될 때, 에너지의 일부는 하나 이상의 파장들에서 흡수될 수 있다. 이러한 흡수는 샘플을 빠져 나가는 광의 강도에서의 변화(예를 들어, 손실)를 초래할 수 있다. 샘플 내의 물질의 농도가 증가함에 따라, 더 많은 양의 에너지가 흡수될 수 있고, 이는 다음과 같은 비어-람버트 법칙(Beer-Lambert Law)에 의해 표현될 수 있고:
Figure 112018020148176-pct00001
(1)
여기서, ε는 측정 파장에서 샘플 내의 물질의 흡수율일 수 있고, l은 샘플을 통한 광의 경로 길이일 수 있고, c는 관심있는 물질의 농도일 수 있고, T는 샘플을 빠져 나가는 광의 투과율일 수 있고, Isample은 측정 파장에서 측정된 샘플 경로를 따른 강도일 수 있고, Ireference는 측정 파장에서 측정된 기준 경로를 따른 강도일 수 있다.
식 1에 나타난 바와 같이, 샘플을 빠져 나가는 광의 양은 농도의 지수 함수일 수 있다. 식 1에서 언급된 흡광도와 투과율 측정 사이의 관계가 주어지면, 샘플 내의 물질의 흡광도와 농도 사이에 선형 관계가 존재할 수 있다. 일부 예들에서, 물질의 농도는 흡광도 측정에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 예들에서, 기준 경로는 관심있는 하나 이상의 물질들의 공지된 농도를 갖는 기준 "샘플"을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 샘플 내의 물질의 농도는 다음과 같이 정의된 기준 및 비례 방정식을 사용하여 계산될 수 있고;
Figure 112018020148176-pct00002
(2)
여기서, Asample 및 Areference는 각각 샘플 흡광도 및 기준 흡광도이고, Csample 및 Creference는 각각 샘플 내의 및 기준 내의 물질의 농도들이다. 일부 예들에서, 물질은 하나 이상의 화학적 성분들을 포함할 수 있고, 측정은 샘플 내에 존재하는 각각의 화학적 성분의 농도를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 예시적인 시스템을 도시하고, 도 2는 본 개시내용의 예들에 따라 다수의 검출기들을 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 시스템(100)은 신호(104)를 통해 제어기(140)에 의해 제어되는 광원(102)을 포함할 수 있다. 광원(102)은 단색광기(106)를 향해 다중 대역 또는 다중 파장 광(150)을 방출할 수 있다(프로세스(200)의 단계(202)). 단색광기는 다중 파장 광(150)으로부터 하나 이상의 이산적 파장들을 선택할 수 있는 컴포넌트이다. 일부 예들에서, 하나 이상의 이산적 파장들은 한정된 범위의 파장들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 단색광기(106)는 스펙트럼 해상도를 선택하고/선택하거나 원하지 않는 광 또는 미광을 배제하도록 구성된 입구 슬릿을 포함할 수 있다. 단색광기는 파장 선택을 위한 하나 이상의 간섭 또는 흡광 필터들, 프리즘들 또는 회절 격자들과 커플링될 수 있다. 단색광기(106)는 광(150)을 하나 이상의 이산적 파장들로 분리하여 광(152)을 형성할 수 있다(프로세스(200)의 단계(204)). 광(152)은 빔스플리터(110) 상에 입사될 수 있다. 빔스플리터는 광의 빔을 광의 다수의 빔들로 분리할 수 있는 광학 컴포넌트이다. 빔스플리터(110)는 광(152)을 2개의 광 빔들, 즉, 광(154) 및 광(164)으로 분리할 수 있다(프로세스(200)의 단계(206)).
광(154)은 샘플(120) 상에 입사될 수 있다. 광의 일부는 샘플(120) 내의 물질에 의해 흡수될 수 있고, 광의 일부는 샘플(120)을 통해 투과될 수 있다(프로세스(200)의 단계(208)). 일부 예들에서, 광의 일부는 산란될 수 있다. 산란은 광 손실을 초래할 수 있고, 샘플(120)을 통해 투과되는 광의 경로 길이를 변경할 수 있다. 샘플(120)을 통해 투과되는 광의 일부는 광(156)으로 표현될 수 있다. 광(156)은 검출기(130)의 활성 영역 상에 충돌할 수 있는 광자들의 세트를 포함할 수 있다. 검출기(130)는 활성 영역 상에 충돌하는 광 또는 광자들에 응답하거나 이를 측정할 수 있고(프로세스(200)의 단계(210)), 광(156)의 속성들을 표시할 수 있는 전기 신호(158)를 생성할 수 있다(프로세스(200)의 단계(212)). 전기 신호(158)는 제어기(140)에 입력될 수 있다.
광(164)은 거울(112)을 향해 지향될 수 있다(프로세스(200)의 단계(214)). 거울(112)은 광을 기준(122)을 향해 지향 또는 재지향시킬 수 있는 임의의 유형의 광학 장치일 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 추가적으로 또는 대안적으로, 광 재지향을 위한 비반사 컴포넌트(들)(예를 들어, 곡선형 도파관)를 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 예들에서, 시스템(100)은 광 가이드들, 회절 격자들 또는 반사판과 같은 다른 유형들의 광학 장치를 포함할 수 있다. 광(164)은 기준(122) 상에 입사될 수 있다. 광(164)의 일부는 기준(122) 내의 물질에 의해 흡수될 수 있고, 광(164)의 일부는 광(166)으로서 기준(122)을 통해 투과될 수 있다(프로세스(200)의 단계(216)). 광(166)은 검출기(132) 상에 입사될 수 있는 광자들의 세트를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 검출기(130) 및 검출기(132)는 매칭되는 검출기들일 수 있다. 즉, 검출기(130) 및 검출기(132)는 검출기의 유형, 동작 조건들, 응답성 및 성능을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 유사한 특성들을 가질 수 있다. 검출기(132)는 활성 영역 상에 충돌하는 광 또는 광자들에 응답하거나 이를 측정할 수 있고(프로세스(200)의 단계(218)), 광(166)의 속성들을 표시하는 전기 신호(168)를 생성할 수 있다(프로세스(200)의 단계(220)). 전기 신호(168)는 제어기(140)에 입력될 수 있다.
제어기(140)는 신호(158) 및 신호(168) 둘 모두를 수신할 수 있다. 일부 예들에서, 신호(158)는 샘플 신호를 포함할 수 있고, 신호(168)는 기준 신호를 포함할 수 있다. 제어기(140)는 샘플 신호를 기준 신호로 나누거나, 감산하거나 또는 스케일링하여, 예를 들어, 비(ratio)를 획득할 수 있다. 비는 식 1을 사용함으로써 흡광도로 변환될 수 있고, 물질의 농도를 결정하기 위한 알고리즘이 흡광도 스펙트럼에 적용될 수 있다.
(도 1에 도시된) 시스템(100)을 사용하여 샘플 내의 물질의 조성을 결정하는 것의 하나의 이점은, 물질의 조성에서의 변화들로부터 초래되는 것이 아닌 광원으로부터 초래되는 변동들, 드리프트 및/또는 변경들이 보상될 수 있는 것일 수 있다. 예를 들어, 광원(102)으로부터 방출된 광(152)의 특성들이 예기치 않게 변하면, 광(154) 및 광(164) 둘 모두는 이러한 예기치 않은 변화에 의해 동일하게 영향받을 수 있다. 그 결과, 광(156) 및 광(166) 둘 모두는 또한 동등하게 영향받을 수 있어서, 제어기(140)가 신호(158)를 신호(168)로 나누거나, 스케일링하거나 또는 감산하는 경우 광에서의 변화가 제거되거나 비례 제거될 수 있다. 그러나, 시스템(100)은 흡광도 측정들을 위한 2개의 상이한 검출기들(예를 들어, 검출기(130) 및 검출기(132))을 포함하기 때문에, 검출기들 자체로부터 초래되는 변동들, 드리프트 및/또는 변경들은 보상되지 않을 수 있다. 검출기(130) 및 검출기(132)는 매칭될 수 있지만(즉, 동일한 특성들을 가짐), 환경 조건들과 같은 물질과 무관한 다양한 팩터들이 상이한 검출기들에 대해 미칠 수 있는 레이트 또는 효과는 동일하지 않을 수 있다. 당업자는 동일한 특성들이 15% 편차를 초래하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 상이한 검출기들에 대한 상이한 효과들로 인해, 신호들 둘 모두가 아닌 오직 하나의 신호가 교란될 수 있다. 제어기(140)가 오직 하나의 신호를 교란시킨 물질과 무관한 팩터가 존재함을 인식하는 것 대신에, 제어기(140)는 기준(122)에 비교된 샘플(120)의 농도에서의 차이로서 이러한 교란을 잘못 계산할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어기(140)는, 교란이 스펙트럼 핑거프린트에서의 변화를 초래하면, 물질의 유형을 오인할 수 있다.
변동들, 드리프트 및 변경들의 많은 원인들이 존재할 수 있다. 하나의 예시적인 드리프트는 컴포넌트들의 "워밍 업"으로 인한 초기화 드리프트일 수 있다. 이러한 초기화 드리프트가 안정화될 때까지 사용자는 특정 시간을 대기할 수 있지만, 이는 특정 애플리케이션들에서 적절한 솔루션이 아닐 수 있다. 예를 들어, 낮은 전력 소비가 요구되는 시스템들에서, 특정 컴포넌트들은, 사용되지 않는 경우 전력을 보존하기 위해 턴 오프될 수 있고, 사용되는 경우 스위치 온될 수 있다. 컴포넌트들이 워밍 업하는 것을 대기하는 것은 안정화를 위해 얼마나 오래 소요되는지에 따라 사용자를 지치게 할 수 있다. 또한, 대기하는 동안 소비되는 전력은 컴포넌트들을 턴 오프시키는 이점을 무효화할 수 있다.
다른 예시적인 드리프트는 잡음에 기인할 수 있다. 예를 들어, 전극들의 비저항 접촉부들을 랜덤으로 변화시키는 것 및/또는 컴포넌트 내의 표현 측정 상태 트랩들로부터의 영향들로 인해 1/f 잡음이 존재할 수 있다. 랜덤 변화들로 인해, 변화들을 예측불가능할 뿐만 아니라 상이한 검출기들에 상이한 방식으로 영향을 미칠 수 있다. 다른 예시적인 드리프트는 주변 환경의 온도 및/또는 습도에서의 변경들로 인해 열 드리프트될 수 있고, 이는 또한 상이한 검출기들에 상이한 방식으로 영향을 미칠 수 있다.
변동들, 드리프트 및 변경들의 소스와 무관하게, 일 검출기가 샘플을 측정하게 하고 상이한 검출기가 기준을 측정하게 하는 효과는 감도, 검출도 및/또는 흡광도 스펙트럼에서 원치 않는 변화를 초래할 수 있다. 샘플을 통해 이동하는 광 경로가 기준을 통해 이동하는 광 경로와 상이할 수 있고 2개의 경로들 사이에 많은 공유되지 않은 컴포넌트들 또는 맵핑되지 않은 상관들이 존재할 수 있기 때문에, 광 경로들 사이의 미스매치로 인한 신호에서의 임의의 변화는 관심있는 물질로 인한 신호에서의 변화와 구별되지 않을 수 있다.
시스템(100) 내의 광원(102)이 공유될 수 있기 때문에, 광원(102)으로부터 기인하는 드리프트 및 불안정성들이 보상될 수 있다. 그러나, 광 경로들 둘 모두를 따라 공유되지 않는(즉, 공통이 아닌) 컴포넌트들로부터 기인하는 드리프트 또는 불안정성들은 보상되지 않을 수 있다. 또한, 시스템의 측정 능력들은, 검출기들이 샷 잡음(shot noise) 제한된 상황들에서 제한될 수 있다. 샷 잡음은 모바일 전하 캐리어들의 랜덤 생성 및 흐름으로부터 생성되는 잡음 또는 전류이다. 샷 잡음 제한된 검출기들에 있어서, 상이한 검출기들은 랜덤 및/또는 상이한 잡음 플로어들을 가질 수 있다. 결과적으로, 시스템(100)(도 1에 도시됨)은 높은 감도 또는 낮은 신호 측정들에 적합하지 않을 수 있다.
도 3은 예시적인 시스템을 도시하고, 도 4는 본 개시내용의 예들에 따른 공유된 검출기를 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 시스템(300)은 신호(304)를 통해 제어기(340)에 의해 제어되는 광원(302)을 포함할 수 있다. 광원(302)은 단색광기(306)를 향해 다중 파장 광(350)을 방출할 수 있다(프로세스(400)의 단계(402)). 단색광기(306)는 다중-파장 광(350)을, 광(352)을 포함하는 광의 하나 이상의 이산적 파장들로 분리할 수 있다(프로세스(400)의 단계(404)). 광(352)은 빔스플리터(310)를 향해 지향될 수 있고, 그 다음, 빔스플리터(310)는 광을 2개의 광 빔들, 즉, 광(354) 및 광(364)으로 분리할 수 있다(프로세스(400)의 단계(406)).
광(354)은 샘플(320) 상에 입사될 수 있다. 광의 일부는 샘플(320) 내의 물질에 의해 흡수될 수 있고, 광의 일부는 샘플(320)을 통해 투과될 수 있다(프로세스(400)의 단계(408)). 샘플을 통해 투과되는 광의 일부는 광(356)으로 지칭될 수 있다. 광(356)은 거울(314)을 향해 지향될 수 있다. 거울(314)은 광(356)의 전파 방향을 선택기(324)를 향해 지향시키거나 변화시킬 수 있다(프로세스(400)의 단계(410)).
광(364)은 거울(312) 상에 입사될 수 있다. 거울(312)은 광의 전파 방향을 기준(322) 향해 변화시킬 수 있다(프로세스(400)의 단계(412)). 광(364)의 일부는 기준(322) 내의 화학적 물질에 의해 흡수될 수 있고, 광(364)의 일부는 기준(322)을 통해 투과될 수 있다(프로세스(400)의 단계(414)). 기준(322)을 통해 투과되는 광의 일부는 광(366)으로 지칭될 수 있다.
광(356 및 366) 둘 모두는 선택기(324) 상에 입사될 수 있다. 선택기(324)는 초퍼(334)를 향해 지향하도록 광 빔을 이동시키거나 선택할 수 있는 임의의 광학 컴포넌트일 수 있다. 초퍼(334)는 광 빔을 주기적으로 인터럽트하는 컴포넌트일 수 있다. 시스템(300)은 초퍼(334)가 광(356)을 변조하는 것과 광(366)을 변조하는 것 사이의 시간에서 교번할 수 있다. 초퍼(334)를 통해 투과되는 광은 검출기(330)의 활성 영역 상에 입사될 수 있다. 광(356) 및 광(366) 둘 모두는 각각 검출기(330) 상에 입사되는 광자들의 세트를 포함할 수 있다. 검출기(330)는 입사 광 또는 광자들에 대응하거나 이를 측정할 수 있고, 광의 속성들을 표시하는 전기 신호를 생성할 수 있다.
제1 시간에, 초퍼(334)는 광(356)을 변조할 수 있다(프로세스(400)의 단계(416)). 검출기(330)는 샘플(320)을 통해 투과된 광(356)을 측정할 수 있고(프로세스(400)의 단계(418)), 광(356)의 속성들을 표시하는 전기 신호(358)를 생성할 수 있다(프로세스(400)의 단계(420)). 제2 시간에, 초퍼(334)는 광(366)을 변조할 수 있다(프로세스(400)의 단계(422)). 검출기(330)는 기준(322)을 통해 투과된 광(366)을 측정할 수 있고(프로세스(400)의 단계(424)), 광(366)의 속성들을 표시하는 전기 신호(368)를 생성할 수 있다(프로세스(400)의 단계(426)).
제어기(340)는 신호(358) 및 신호(368) 둘 모두를 상이한 시간들에 수신할 수 있다. 신호(358)는 샘플 신호를 포함할 수 있고, 신호(368)는 기준 신호를 포함할 수 있다. 제어기(340)는 샘플 신호를 기준 신호로 나누거나, 감산하거나 또는 스케일링하여, 예를 들어, 비(ratio)를 획득할 수 있다(프로세스(400)의 단계(428)). 비는 식 1을 사용함으로써 흡광도로 변환될 수 있고, 물질의 농도를 결정하기 위한 알고리즘이 흡광도 스펙트럼에 적용될 수 있다.
시스템(300)(도 3에 도시됨)은 공유된 검출기로 인한 검출기에서의 사소한 변동들, 드리프트들 및/또는 변경들을 보상할 수 있지만, 시스템(300)이 상이한 유형들의 드리프트 사이를 식별하는 것은 어려울 수 있다. 제로 드리프트(zero drift) 및 이득 드리프트(gain drift)와 같은 다수의 유형들의 드리프트가 존재할 수 있다. 제로 드리프트는 시간에 따른 제로 레벨에서의 변화를 지칭할 수 있고, 이에 따라 시간에 따라 일정한(즉, 수평) 관계를 방지할 수 있다. 이득 드리프트는 생성된 전자-홀 쌍당 전자 캐리어들의 평균 수에서의 변화를 지칭할 수 있다. 즉, 이득 드리프트는 생성된 전자-홀 쌍들의 검출기의 현재 응답에 대한 효율 또는 비에서의 변화를 지칭할 수 있다. 제로 드리프트와 이득 드리프트 사이를 식별하기 위해, 시스템은 일 유형의 드리프트를 안정화시키고 다른 유형의 드리프트를 측정할 수 있다. 예를 들어, 광원으로부터의 이득 드리프트를 결정하기 위해, 시스템은 DC 안정화될 수 있다(즉, 안정된 제로 드리프트). 그러나, 시스템(300)에서 일 유형의 드리프트를 안정화시키기 위한 능력의 부족으로 인해, 제로 드리프트 및 이득 드리프트는 식별되지 않을 수 있다.
일부 예들에서, 미광의 존재가 검출기에 의해 측정될 수 있고, 이는 잘못된 신호 및 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형에 대한 잘못된 결정을 초래할 수 있다. 시스템(300)에서, 광이 샘플(320) 또는 기준(322)을 통해 투과된 후의 초퍼(334)의 배치는, 미광이 샘플(320) 또는 기준(322)에 도달하는 것을 초래할 수 있다. 미광은 분광 신호에 기여하지 않을 수 있어서, 미광이 샘플(320) 또는 기준(322)에 도달하도록 허용함으로써, 검출기(330)는 미광에 포함된 광자들을 검출할 수 있다. 미광에 포함된 광자들을 검출하는 것은 신호(358) 또는 신호(368) 중 어느 하나에서 잘못된 변화들을 초래할 수 있다. 신호(358) 또는 신호(368)에서의 변화에 따라, 제어기(340)는 이러한 변화가 미광에 기인하는지 또는 광원(302)에서의 변경들에 기인하는지 여부 또는 얼마나 많이 기인하는지를 결정하지 못할 수 있다. 따라서, 시스템(300)은 무시할 수 없는 양의 미광이 존재할 수 있는 상황들에 적합하지 않을 수 있다.
샘플 내의 관심있는 물질이 낮은 농도를 갖는 경우, 시스템(100)(도 1에 도시됨) 및 시스템(300)(도 3에 도시됨)과 비교하여, 증가된 정확도 및 감도를 갖는 시스템이 요구될 수 있다. 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위해, 시스템(100)(도 1에 도시됨) 및 시스템(300)(도 3에 도시됨)은 샘플 및 기준을 다수회 측정할 수 있다. 도 5는 본 개시내용의 예들에 따라 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정하기 위한 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다. 시스템은 다크 위상(570)으로 시작할 수 있고, 여기서 에러들을 최소화하기 위해, 시스템의 하나 이상의 컴포넌트들이 최적화, 교정 및/또는 동기화될 수 있다. 다크 위상(570)은 예를 들어, 기준 흡광도를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 다크 위상(570)은 시스템의 다크 전류 및 잡음을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 물질의 공지되고 안정된 농도를 갖는 샘플은, 샘플이 위치된 광 경로에 배치될 수 있다. 시스템은 온 또는 오프 중 어느 하나일 수 있다. 제어기는 흡광도를 결정할 수 있고 이러한 흡광도와 동일한 "제로 레벨"을 설정할 수 있다. 상당한 드리프트로 인해 신호가 포화되거나 클리핑되면, 제어기는 신호가 더 이상 포화되지 않을 때까지 광원 방출 속성들을 조정할 수 있다.
다크 위상(570)이 완료되고 제로 레벨이 결정되면, 시스템은 측정 위상(572)으로 진행할 수 있다. 측정 위상(572)에서, 샘플 내의 물질의 농도는 다수회 샘플링함으로써 측정되어, 복수의 샘플 포인트들(574)을 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 수십 내지 수백개의 샘플 포인트들(574)을 측정할 수 있다. 특정 수의 샘플 포인트들(574)이 측정되면, 제어기는 샘플 포인트들(574)의 값들을 평균화하여 흡광도를 결정할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 흡광도 측정들은, 고려되지 않는 경우 물질의 농도의 결정에서 에러들을 초래할 수 있는 사소한 교란들을 포함할 수 있기 때문에, 다수의 샘플 포인트들을 측정하고 평균을 결정하는 것이 요구될 수 있다. 일부 예들에서, 광원이 방출 파장을 변화시키는 경우, 연속적인 다크 위상들 사이에서 미리 결정된 시간이 경과한 이후, 또는 미리 결정된 수의 샘플 포인트들이 측정된 이후, 다크 위상(570)은 제로 레벨을 다시 제로화하기 위해 반복될 수 있다.
일부 예들에서, 도 5에 도시된 측정 절차는 연속적인 다크 위상들 사이에 긴 시간들을 가질 수 있어서, 실제 제로 레벨로부터 드리프트하는 설정된 제로 레벨로 인해 부정확한 평균 신호 측정이 초래될 수 있다. 도면은 제로 드리프트 또는 이득 드리프트를 도시하며, 여기서 흡광도 신호는 제로 레벨 또는 이득 값이 실제 제로 레벨 또는 실제 이득 값으로부터 각각 멀리 드리프트하는 것으로 인해 시간에 걸쳐 일정한(즉, 수평) 관계로부터 편향되기 시작할 수 있다. 연속적인 다크 위상들 사이의 시간은 단축될 수 있지만, 정확한 측정을 위해 요구될 수 있는 최소 수의 샘플 포인트들로 인해 다크 위상들 사이의 최소 시간 기간에 대한 제한이 존재할 수 있다. 이는, SNR이 낮은 상황들에서 특히 사실일 수 있으며, 이는 다소 정확한 평균 흡광도 값을 달성하기 위해 수십 내지 수백개의 반복된 측정들을 요구할 수 있다.
도 6은 예시적인 시스템을 도시하고, 도 7은 본 개시내용의 예들에 따라 광원과 샘플 사이에 위치된 변조기를 포함하는 시스템을 사용하여 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 시스템(600)은 제어기(640)에 커플링되는 광원(602)을 포함할 수 있다. 제어기(640)는 신호(604)를 광원(602)에 전송할 수 있다. 일부 예들에서, 신호(604)는 전류 또는 전압 파형을 포함할 수 있다. 광원(602)은 필터(606)를 향해 지향될 수 있고, 신호(604)는 광원(602)이 필터(606)를 향해 광(650)을 방출하게 할 수 있다(프로세스(700)의 단계(702)). 광원(602)은 램프, 레이저, 발광 다이오드(LED), 유기 LED(OLED), 전계발광(EL) 소스, 수퍼-발광 다이오드, 섬유-기반 소스를 포함하는 임의의 수퍼-연속체 소스 또는 이러한 소스들 중 하나 이상의 조합을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌, 광을 생성할 수 있는 임의의 소스일 수 있다. 일부 예들에서, 광원(602)은 단일 파장의 광을 방출할 수 있다. 일부 예들에서, 광원(602)은 복수의 파장들의 광을 방출할 수 있다. 일부 예들에서, 복수의 파장들은 서로 인접하여 연속적인 출력 대역을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 광원(602)은 SWIR 및 MWIR 범위들 둘 모두의 적어도 일부에서 광을 방출할 수 있는 수퍼-연속체 소스일 수 있다. 수퍼-연속체 소스는 복수의 파장들을 출력하는 임의의 광대역 광원일 수 있다. 일부 예들에서, 광원(602)은 SWIR 시그니처를 생성할 수 있는 임의의 튜닝가능한 소스일 수 있다.
필터(606)는 구동 주파수를 튜닝함으로써 단일 파장 또는 다수의 이산적 파장들을 튜닝 또는 선택할 수 있는 임의의 유형의 필터일 수 있다. 일부 예들에서, 필터(606)는 음향-광학 튜닝가능 필터(AOTF)일 수 있다. 일부 예들에서, 필터(606)는 각도 튜닝가능한 협대역 통과 필터일 수 있다. 도면에 도시되지 않지만, 필터(606)는 제어기(640)에 커플링될 수 있고, 제어기(640)는 필터(606)의 구동 주파수를 튜닝할 수 있다. 일부 예들에서, 필터(606)는 광의 하나 이상의 연속적인 대역들(즉, 파장 범위들)이 투과되게 선택적으로 허용하도록 구성되는 통과 대역 필터일 수 있다. 광(650)은 다수의 파장들을 포함할 수 있고(프로세스(700)의 단계(702)), 필터(606)를 통해 투과된 후, 하나 이상의 이산적 파장들을 포함하는 광(652)을 형성할 수 있다(프로세스(700)의 단계(704)). 일부 예들에서, 광(652)은 광(650)보다 더 적은 파장들의 광을 포함할 수 있다. 광(652)은 빔스플리터(610)를 향해 지향될 수 있다. 빔스플리터(610)는 입사 광을 다수의 광 빔들로 분리할 수 있는 임의의 유형의 광학 장치일 수 있다. 일부 예들에서, 빔스플리터(610)에 의해 분리된 각각의 광 빔은 동일한 광학 속성들을 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 광학 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 빔스플리터(610)는, 도면에 도시된 바와 같이, 광(652)을 2개의 광 빔들, 즉 광(654) 및 광(664)으로 분리할 수 있다(프로세스(700)의 단계(706)).
광(654)은 초퍼(634)를 통해 투과될 수 있고, 여기서 초퍼(634)는 광(654)의 강도를 변조할 수 있다(프로세스(700)의 단계(708)). 초퍼(634)는 입사 광 빔을 변조할 수 있는 임의의 컴포넌트일 수 있다. 일부 예들에서, 초퍼(634)는 광학 초퍼일 수 있다. 일부 예들에서, 초퍼(634)는 기계적 셔터일 수 있다. 일부 예들에서, 초퍼(634)는 변조기 또는 스위치일 수 있다. 광(654)은 광학 장치(616)를 통해 투과될 수 있다(프로세스(700)의 단계(710)). 광학 장치(616)는 광(654)의 빔 스팟 크기 및/또는 전파의 각도와 같은 거동 및 속성들을 변화시키도록 구성된 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 광학 장치(616)는 렌즈 또는 렌즈 배열, 빔 지향 요소, 시준 또는 포커싱 요소, 회절 광학 장치, 프리즘, 필터, 확산기 및 광 가이드를 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 광학 장치(616)는 해결된 경로 샘플링(RPS) 시스템, 공초점(confocal) 시스템, 또는 샘플링 인터페이스에서 샘플(620) 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기에 적합한 임의의 광학 시스템과 같은 임의의 배열로 배치될 수 있다. 광학 장치는 샘플 인터페이스 상의 다수의 입사 각도들 및 다수의 광학 경로들에 포함된 상이한 경로 길이들을 해결할 수 있는 광학 시스템일 수 있다. 일부 예들에서, 광학 시스템은 경로 길이들의 범위 내의 경로 길이 및 각도들의 범위 내의 입사 각도를 갖는 하나 이상의 입사 광선들을 수용하고, 경로 길이들의 범위 외부의 경로 길이 및 각도들의 범위 외부의 입사 각도를 갖는 광학 경로들을 거부하도록 구성될 수 있다.
광(654)은 샘플(620)을 통해 투과될 수 있다. 에너지는 샘플(620) 내의 물질에 의해 하나 이상의 파장들에서 흡수되어, 샘플을 빠져 나가는 광(656)의 속성들에서의 변화를 초래할 수 있다(프로세스(700)의 단계(712)). 일부 예들에서, 광(656)은 샘플 내에 위치된 물질의 반사 또는 산란에 의해 형성될 수 있다. 광(656)은 거울(614) 상에 입사될 수 있고, 거울(614)은 광(656)을 선택기(624)를 향해 지향 또는 재지향시킬 수 있다(프로세스(700)의 단계(714)). 거울(614)은 광의 전파 방향 또는 각도를 변화시킬 수 있는 임의의 유형의 광학 장치일 수 있다. 예를 들어, 거울(614)은 광 전파 방향을 90°만큼 변화시키도록 구성되는 오목 거울일 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 추가적으로 또는 대안적으로, 광 재지향을 위한 비반사 컴포넌트(들)(예를 들어, 곡선형 도파관)를 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
광(664)은 거울(612) 상에 입사될 수 있다(프로세스(700)의 단계(716)). 거울(612)은 광(664)을 검출기(630)를 향해 재지향시킬 수 있다. 거울(612)은 광의 전파 방향 또는 각도를 변화시킬 수 있는 임의의 거울일 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 추가적으로 또는 대안적으로, 광 재지향을 위한 비반사 컴포넌트(들)(예를 들어, 곡선형 도파관)를 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 예들에서, 거울(612)은 거울(614)과 동일한 광학 속성들을 가질 수 있다. 광(664)은 광의 강도(664)를 변조할 수 있는 초퍼(636)를 통해 투과될 수 있다(프로세스(700)의 단계(718)). 일부 예들에서, 초퍼(634) 및 초퍼(636)는 초핑 주파수 및 디스크 구성과 같은 동일한 초퍼 특성들을 가질 수 있다. 당업자는 동일한 초퍼 특성들이 15% 편차를 초래하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일부 예들에서, 초퍼(636)는 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 셔터와 같은 셔터일 수 있다. 일부 예들에서, 초퍼(636)는 변조기 또는 스위치일 수 있다. 변조된 광은 광(666)을 생성하기 위해 필터(608)를 통해 투과될 수 있다(프로세스(700)의 단계(720)). 필터(608)는 광을 선택적으로 투과시킬 수 있는 임의의 유형의 필터일 수 있다. 일부 예들에서, 필터(608)는 중립 밀도 필터, 블랭크 감쇠기, 또는 광의 모든 파장들의 강도를 감쇠 또는 감소시키도록 구성되는 필터일 수 있다. 일부 예들에서, 필터(608)는 미리 결정된 또는 공지된 상수 값 또는 감쇠 팩터만큼 광을 감쇠시킬 수 있다.
광(656) 및 광(666) 둘 모두는 선택기(624) 상에 입사될 수 있다. 선택기(624)는 검출기(630)를 향해 지향되도록 광 빔을 이동시키거나 선택할 수 있는 임의의 광학 컴포넌트일 수 있다. 시스템(600)은 일 시간에 광(656)이 검출기(630) 상에 입사되도록 허용하는 것과 광(666)이 다른 시간에 검출기(630) 상에 입사되도록 허용하는 것 사이에서 시간상 교번할 수 있다. 상황들 둘 모두에서, 광(656) 및 광(666)은 각각 광자들의 세트를 포함할 수 있다. 광자들은 검출기(630) 상에 입사될 수 있고, 검출기(630)는 입사 광의 속성들 또는 충돌하는 광자들의 수를 표시하는 전기 신호를 생성할 수 있다. 검출기(630)는 광(656)으로부터 광자들의 세트를 측정할 수 있고(프로세스(700)의 단계(722)), 전기 신호(658)를 생성할 수 있다(프로세스(700)의 단계(724)). 신호(658)는, 샘플(620) 내의 관심있는 물질에 의해 리턴되는 광(654)으로부터의 에너지를 표현할 수 있는 광(656)의 속성들을 표시할 수 있다. 검출기(630)는 광(666)으로부터 입사 광자들의 세트를 측정할 수 있고(프로세스(700)의 단계(726)), 전기 신호(668)를 생성할 수 있다(프로세스(700)의 단계(728)). 신호(668)는 필터(608)에 의해 흡수되지 않은 광(664)의 속성들을 표시할 수 있고, 기준 신호로서 동작할 수 있다.
검출기(630)는 포토다이오드(photodiode)들, 광전도체들, 볼로미터(bolometer)들, 초전 검출기들, 전하 결합 소자들(CCD들), 열전쌍들, 서미스터(thermistor)들, 광전지들 및 포토멀티플라이어(photomultiplier) 튜브들과 같이 광 또는 광자들을 측정하거나 이에 응답할 수 있는 임의의 유형의 검출기일 수 있다. 검출기(630)는 다중 대역 검출기 또는 초점 평면 어레이(FPA)와 같은 단일 검출기 픽셀 또는 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 검출기 어레이는 기판 상에 배치된 하나 이상의 검출기 픽셀들을 포함할 수 있다. 검출기 픽셀은 공통 풋프린트를 갖는 하나 이상의 검출기 요소를 포함할 수 있다. 검출기 요소는 광의 존재를 검출하도록 설계된 요소일 수 있고, 검출된 광을 나타내는 신호를 개별적으로 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 검출기(630)는 SWIR에서 광을 검출할 수 있는 임의의 유형의 검출기일 수 있다. 예시적인 SWIR 검출기들은 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 인듐 안티모나이드(InSb) 및 인듐 갈륨 비소(InGaAs)를 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 예들에서, 검출기(630)는 확장된 파장 범위(최대 2.7 μm)에서 동작할 수 있는 SWIR 검출기일 수 있다.
제어기(640)는 신호(658) 및 신호(668) 둘 모두를 수신할 수 있고, 여기서 각각의 신호는 상이한 시간에 수신될 수 있다. 신호(658)는 샘플 신호를 포함할 수 있고, 신호(668)는 기준 신호를 포함할 수 있다. 제어기(640)는 샘플 신호를 기준 신호로 나누거나, 감산하거나 또는 스케일링하여, 예를 들어, 비를 획득할 수 있다(프로세스(700)의 단계(730)). 비는 식 1을 사용함으로써 흡광도로 변환될 수 있고, 물질의 농도를 결정하기 위한 알고리즘이 흡광도 스펙트럼에 적용될 수 있다. 일부 예들에서, 제어기(640)는 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정하기 위해, 기준 흡광도를 룩업 테이블 또는 메모리에 저장된 하나 이상의 흡광도 값들과 비교할 수 있다. 식 2 및 상기 논의는 흡광도의 맥락에서 제공되지만, 본 개시내용의 예들은 반사율, 굴절률, 밀도, 농도, 산란 계수 및 산란 이방성과 같은 임의의 광학 속성을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
시스템(600)은 시스템(100)(도 1에 도시됨) 및 시스템(300)(도 3에 도시됨)에 대한 대안일 수 있다. 시스템(600)은 샘플(620) 및 (임의적) 필터(608)를 통한 광을 측정하기 위한 공유된 검출기(예를 들어, 검출기(630))를 가질 수 있다. 공유된 검출기를 활용하는 것은 상이한(또는 랜덤) 변동들, 드리프트들 및/또는 변경들로 인한 감도, 검출도 및/또는 흡광도에서의 예측불가능한 변화들을 제거 또는 경감할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 변동들, 드리프트들 및/또는 변경들은 초기화, 1/f 잡음, 및/또는 2개의 검출기들에 상이한 방식으로 영향을 미칠 수 있는 환경 변화들에 기인할 수 있다. 추가적으로, 시스템(600)은, 샘플(620) 및 필터(608) 상에 각각 입사되기 전에 광 경로에서 초퍼(634) 및 초퍼(636)의 배치로 인한 무시할 수 없는 양들의 미광을 용인 및 식별할 수 있다. 또한, 시스템(100) 및 시스템(300)과 달리 시스템(600)은 광원(602) 및 검출기(630) 둘 모두로부터 초래되는 임의의 변동들, 드리프트들 및/또는 변경들을 고려할 수 있다.
일부 예들에서, 사전 결정된 또는 공지된 상수 값만큼의 필터(608)에 의한 입사 광의 감쇠는 광(656)(즉, 샘플(620)을 통해 투과되는 광)과 광(666)(즉, 필터(608)를 통해 투과되는 광) 사이의 미스매치를 초래할 수 있다. 이러한 미스매치는 상이한 파장들에서의 상이한 흡광도에 기인할 수 있다. 하나 이상의 파장들에서, 샘플(620) 내의 물질은 큰 퍼센티지의 광을 흡수할 수 있고, 따라서 필터(608)에 대한 낮은 감쇠 팩터는 그러한 하나 이상의 파장들에서 적합할 것이다. 다른 파장들에서, 샘플(620) 내의 동일한 물질 및 그 물질의 동일한 농도는 매우 적은 광을 흡수할 수 있고, 따라서 필터(608)에 대한 높은 감쇠 팩터가 적합할 것이다. 필터(608)는 관심있는 모든 파장들에 대해 상수 값만큼 감쇠할 수 있기 때문에, 시스템(600)의 정확한 측정들은 오직 하나의 또는 적은 수의 파장들로 제한될 수 있다. 또한 감쇠 팩터가 최적이 아니면, 샘플 내의 관심있는 물질의 낮은 농도를 검출하는 경우 블랭크 감쇠기 또는 중립 밀도 필터는 효과적이 아닐 수 있다. 따라서, 샘플(620) 내의 파장에 대한 흡광도에서의 변경들을 고려할 수 있고 샘플 내의 물질의 낮은 농도를 검출할 수 있는 시스템이 바람직할 수 있다.
도 8은 예시적인 시스템을 도시하고, 도 9는 본 개시내용의 예들에 따라 광원과 샘플 사이에 위치된 변조기를 포함하는 시스템을 사용하여 샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 시스템(800)은 제어기(840)에 커플링되는 광원(802)을 포함할 수 있다. 제어기(840)는 신호(804)를 광원(802)에 전송할 수 있다. 일부 예들에서, 신호(804)는 전류 또는 전압 파형을 포함할 수 있다. 광원(802)은 필터(806)를 향해 지향될 수 있고, 신호(804)는 광원(802)이 광(850)을 방출하게 할 수 있다(프로세스(900)의 단계(902)). 광원(802)은 광(850)을 방출할 수 있는 임의의 소스일 수 있다. 일부 예들에서, 광원(802)은 단일 파장의 광을 방출할 수 있다. 일부 예들에서, 광원(802)은 복수의 파장들의 광을 방출할 수 있다. 예시적인 광원은 램프, 레이저, LED, OLED, EL 소스, 수퍼-발광 다이오드, 수퍼-연속체 소스, 섬유-기반 소스 또는 이러한 소스들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 예들에서, 복수의 파장들은 서로 가깝거나 인접하여 연속적인 출력 대역을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 광원(802)은 SWIR 시그니처를 생성할 수 있는 임의의 튜닝가능한 소스일 수 있다. 일부 예들에서, 광원(802)은 SWIR 및 MWIR 둘 모두의 적어도 일부에서 광을 방출할 수 있는 수퍼-연속체일 수 있다.
필터(806)는 구동 주파수를 튜닝함으로써 단일 파장 또는 다수의 이산적 파장들을 튜닝 및 선택할 수 있는 임의의 필터일 수 있다. 일부 예들에서, 필터(806)는 AOTF일 수 있다. 일부 예들에서, 필터(606)는 각도 튜닝가능한 협대역 통과 필터일 수 있다. 도면에 도시되지 않지만, 필터(806)는 제어기(840)에 커플링될 수 있고, 제어기(840)는 필터(806)의 구동 주파수를 튜닝할 수 있다. 일부 예들에서, 필터(806)는 광의 하나 이상의 연속적인 대역들(즉, 파장 범위들)이 투과되게 선택적으로 허용하도록 구성되는 투과 대역 필터일 수 있다. 광(850)은 다수의 파장들을 포함할 수 있고, 필터(806)를 통해 투과된 후, 하나 이상의 이산적 파장들을 포함하는 광(852)을 형성할 수 있다(프로세스(900)의 단계(904)). 일부 예들에서, 광(852)은 광(850)보다 더 적은 파장들의 광을 포함한다. 광(852)은 빔스플리터(810)를 향해 지향될 수 있다. 빔스플리터(810)는 입사 광을 다수의 광 빔들로 분리할 수 있는 임의의 유형의 광학 장치일 수 있다. 일부 예들에서, 빔스플리터(810)에 의해 분리된 각각의 광 빔은 동일한 광학 속성들을 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 광학 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 빔스플리터(810)는 광(852)을 2개의 광 빔들, 즉, 광(854) 및 광(864)으로 분리할 수 있다(프로세스(900)의 단계(906)).
광(854)은 초퍼(834)를 통해 투과될 수 있고, 여기서 초퍼(834)는 광(854)의 강도를 변조할 수 있다(프로세스(900)의 단계(908)). 초퍼(834)는 입사 광 빔을 변조하거나 주기적으로 인터럽트할 수 있는 임의의 컴포넌트일 수 있다. 일부 예들에서, 초퍼(834)는 광학 초퍼일 수 있다. 일부 예들에서, 초퍼(834)는 MEMS 셔터와 같은 기계적 셔터일 수 있다. 일부 예들에서, 초퍼(834)는 변조기 또는 스위치일 수 있다. 광(854)은 광학 장치(816)를 통해 투과될 수 있다(프로세스(900)의 단계(910)). 광학 장치(816)는 광(854)의 빔 스팟 크기 및/또는 전파의 각도와 같은 광의 거동 및 속성들을 변화시키도록 구성된 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 광학 장치(816)는 렌즈 또는 렌즈 배열, 빔 지향 요소, 시준 또는 포커싱 요소, 회절 광학 장치, 프리즘, 필터, 확산기 및 광 가이드를 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 광학 장치(816)는 RPS 시스템, 공초점 시스템, 또는 샘플(820) 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기에 적합한 임의의 광학 시스템과 같은 임의의 유형의 광학 시스템을 포함할 수 있다.
광(854)은 샘플(820)을 향해 지향될 수 있다. 샘플(820)은 광(854)의 일부를 흡수할 수 있고 광(854)의 일부는 하나 이상의 파장들에서 투과될 수 있다(프로세스(900)의 단계(912)). 광(854)의 일부는 샘플(820) 내의 물질에 의해 흡수될 수 있고, 광(854)의 일부는 샘플(820)을 통해 투과될 수 있다. 샘플(820)을 통해 투과되는 광(854)의 일부는 광(856)으로 지칭될 수 있다. 일부 예들에서, 광(856)은 샘플(820) 내에 위치된 물질의 반사 또는 산란에 의해 형성될 수 있다. 광(856)은 거울(814)을 향해 지향될 수 있고, 거울(814)은 광(856)을 거울(814)을 향해 지향시킬 수 있다(프로세스(900)의 단계(914)). 거울(814)은 광 전파 방향을 변화시킬 수 있는 임의의 유형의 광학 장치일 수 있다. 일부 예들에서, 거울(814)은 광 전파 방향을 90°만큼 변화시키도록 구성되는 오목 거울일 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 추가적으로 또는 대안적으로, 광 재지향을 위한 비반사 컴포넌트(들)(예를 들어, 곡선형 도파관)를 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
광(852)을 분리하는 빔스플리터(810)에 의해 형성되는 제2 광 경로는 광(864)으로 지칭될 수 있다. 광(864)은 거울(812)을 향해 지향될 수 있다. 거울(812)은 광(864)의 전파 방향을 변화시킬 수 있는 임의의 유형의 광학 장치일 수 있다. 거울(812)은 광(864)을 선택기(824)를 향해 지향 또는 재지향시킬 수 있다(프로세스(900)의 단계(916)). 광(864)은 초퍼(836)를 통해 투과될 수 있고, 초퍼(836)는 광(864)을 변조할 수 있다(프로세스(900)의 단계(918)). 초퍼(836)는 입사 광 빔의 강도를 변조할 수 있는 임의의 컴포넌트일 수 있다. 일부 예들에서, 초퍼(834) 및 초퍼(836)는 초핑 주파수 및 디스크 구성과 같은 동일한 초핑 특성들을 가질 수 있다. 당업자는 동일한 초핑 특성들이 15% 편차를 초래하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일부 예들에서, 초퍼(836)는 MEMS 셔터와 같은 기계적 셔터일 수 있다. 일부 예들에서, 초퍼(834)는 광학 변조기 또는 스위치일 수 있다. 광(864)은 광학 장치(818)를 통해 투과될 수 있다(프로세스(900)의 단계(920)). 광학 장치(818)는 하나 이상의 렌즈들, 빔 지향 요소들, 시준 또는 포커싱 요소들, 회절 광학 장치, 프리즘들, 필터들, 확산기들, 광 가이드들, 또는 하나 이상의 이러한 광학 요소들의 조합을 포함할 수 있고, 샘플(820) 또는 기준(822) 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기에 적합한 임의의 배열(예를 들어, RPS 시스템 또는 공초점 시스템)로 배열될 수 있다. 일부 예들에서, 광학 장치(818)는 광학 장치(816)와 동일한 컴포넌트들, 배열 및/또는 특성들을 가질 수 있다.
광 출사 광학 장치(818)는 기준(822) 상에 입사될 수 있다(프로세스(900)의 단계(922)). 기준(822)은 샘플(820)과 동일한 분광 속성들(예를 들어, 산란 특성들, 반사 특성들 또는 둘 모두)을 가질 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 분광 속성들이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예들에서, 기준(822)은 샘플(820)의 카피 또는 "팬텀(phantom)" 복제일 수 있다. 일부 예들에서, 기준(822)의 흡수 스펙트럼은 샘플(820)의 흡수 스펙트럼과 동일할 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 흡수 스펙트럼이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 광의 일부는 기준(822)에 의해 흡수될 수 있고, 광의 일부는 기준(822)을 통해 투과되어 광(866)을 형성할 수 있다. 기준(822)을 통해 투과된 후, 광(866)은 선택기(824)를 향해 지향될 수 있다.
선택기(824)는 검출기(830)를 향해 지향되도록 광 빔을 이동시키거나 선택할 수 있는 임의의 광학 컴포넌트일 수 있다. 일부 예들에서, 선택기(824)는 제어기(840)에 커플링될 수 있고, 제어기(840)는 선택기(824)의 이동을 제어하기 위한 신호(미도시)를 전송할 수 있다. 일 시간 기간에서, 선택기(824)는 광(856)이 검출기(830)의 활성 영역 상에 입사되도록 허용할 수 있다. 광(856)은 광자들의 세트를 포함할 수 있고, 검출기(830)는 광(856)에서 광자들의 수를 측정할 수 있다(프로세스(900)의 단계(924)). 검출기(830)는 광(856)의 속성들(또는 광자들의 수)을 표시하는 전기 신호(858)를 생성할 수 있다(프로세스(900)의 단계(926)). 신호(858)는 신호를 저장 및/또는 프로세싱할 수 있는 제어기(840)에 전송될 수 있다. 다른 시간 기간에서, 선택기(824)는 광(866)이 검출기(830)의 활성 영역 상에 입사되도록 허용할 수 있다. 광(866)은 또한 광자들의 세트를 포함할 수 있고, 검출기(830)는 광(866)에서 광자들의 수를 측정할 수 있다(프로세스(900)의 단계(928)). 검출기(830)는 광(866)의 속성들(또는 광자들의 수)을 표시하는 전기 신호(868)를 생성할 수 있다(프로세스(900)의 단계(930)). 신호(868)는 측정된 신호를 저장 및/또는 프로세싱할 수 있는 제어기(840)에 전송될 수 있다.
검출기(830)는 단일 검출기 픽셀 또는 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 검출기(830)는 SWIR에서 광을 검출할 수 있는 임의의 유형의 검출기일 수 있다. 일부 예들에서, 검출기(830)는 HgCdTe, InSb 또는 InGaAs 단일 검출기 또는 FPA일 수 있다. 일부 예들에서, 검출기(830)는 최대 2.7 μm의 확장된 파장 범위에서 동작할 수 있는 SWIR 검출기일 수 있다.
제어기(840)는 신호(858) 및 신호(868) 둘 모두를 상이한 시간들에 수신할 수 있다. 신호(858)는 샘플 신호를 포함할 수 있고, 신호(868)는 기준 신호를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제어기(840)는 샘플 신호를 기준 신호로 나누거나, 감산하거나 또는 스케일링하여, 비를 획득할 수 있다. 비는 식 1을 사용함으로써 흡광도로 변환될 수 있고, 샘플(820) 내의 관심있는 물질의 농도를 결정하기 위한 알고리즘이 흡광도 스펙트럼에 적용될 수 있다(프로세스(900)의 단계(932)). 일부 예들에서, 제어기(840)는 샘플(820) 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정하기 위해, 기준 흡광도를 룩업 테이블(LUT) 또는 메모리에 저장된 하나 이상의 흡광도 값들과 비교할 수 있다. 일부 예들에서, 신호(858)는 광원(802), 검출기(830) 또는 둘 모두로부터의 드리프트의 양만큼 신호(868)와 상이할 수 있다. 제어기(840)는 드리프트의 양을 결정하기 위해 신호(858)를 신호(868)로 나누거나, 감산하거나 또는 스케일링할 수 있다. 식 2 및 상기 논의는 흡광도의 맥락에서 제공되지만, 본 개시내용의 예들은 반사율, 굴절률, 밀도, 농도, 산란 계수 및 산란 이방성과 같은 임의의 광학 속성을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
시스템(800)은 시스템(600)의 이점들 모두를 포함할 수 있는 한편, 파장에 의한 샘플(820)의 흡광도에서의 변경들을 또한 고려할 수 있다. 전술한 시스템들은 초퍼들, 광학 장치, 거울들, 샘플, 광원, 필터들 및 검출기와 같은 하나 이상의 컴포넌트들을 도시하고 있지만, 당업자는 시스템이 단지 예시적인 도면들에 도시된 컴포넌트들에만 제한되지 않음을 인식할 것이다. 또한, 당업자는 이러한 컴포넌트들의 위치 및 배열이 단지 예시적인 도면들에 도시된 위치 및 배열에만 제한되지 않음을 인식할 것이다.
시스템의 이상적인 레이아웃 또는 배열은 샘플을 통해 이동하는 광 경로와 기준을 이동하는 광 경로 사이에서 공유되는 모든 컴포넌트들을 가질 것이지만, 이러한 배열은 물리적으로 가능하거나 실현가능한 것이 아닐 수 있다. 본 개시내용의 예들은 이러한 컴포넌트들이 2개의(또는 다수의) 광 경로들 사이에서 공통되거나 공유되도록 드리프팅하기 쉬운 하나 이상의 컴포넌트들을 위치확인하는 것 및 2개(또는 다수의 광 경로들) 사이에서 공통이 아니거나 공유되지 않도록 드리프팅하기 어려운 컴포넌트들(즉, 안정된 컴포넌트들)을 위치확인하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 드리프팅하기 쉬운 컴포넌트들은 임의의 전자 기기들 또는 광전자 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 드리프팅하기 어려운 컴포넌트들은 광학 장치를 포함할 수 있다. 도 6의 시스템(600) 및 도 8의 시스템(800) 둘 모두에 도시된 바와 같이, 광원(예를 들어, 광원(602) 및 광원(802)) 및 검출기(예를 들어, 검출기(630) 및 검출기(830))는 드리프팅하기 쉬울 수 있고, 따라서 2개의 광 경로들(예를 들어, 광(656) 및 광(666); 광(856) 및 광(866)) 사이에서 공유될 수 있다. 한편, 초퍼들(예를 들어, 초퍼(634), 초퍼(636), 초퍼(834) 및 초퍼(836)) 및 광학 장치(예를 들어, 광학 장치(616), 광학 장치(816) 및 광학 장치(818))는 안정적이며 드리프팅하기 어려울 수 있고, 따라서 각각의 광 경로에 대해 개별적일 수 있다.
도 10은 본 개시내용의 예들에 따라 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정하기 위해 사용되는 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다. 흡광도 측정은 복수의 사이클들(1076)을 포함할 수 있다. 각각의 사이클(1076)은 하나 이상의 다크 위상들(1070) 및 하나 이상의 측정 위상들(1072)을 포함할 수 있다. 각각의 다크 위상(1070)은 제로 레벨, 잡음 플로어, 미광 누설 또는 이들의 조합을 측정하기 위한 하나 이상의 단계들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템의 광원은 방출된 광이 샘플링 인터페이스 또는 기준 상에 입사되지 않도록 오프 되거나 비활성화될 수 있다. 검출기는 다크 전류 및 미광 누설의 양을 결정하기 위한 측정을 취할 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 측정은 제로 레벨을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 검출기는 이러한 측정을 제어기에 전송할 수 있고, 제어기는 측정 및/또는 관련 정보를 메모리에 저장할 수 있다. 제어기는 이러한 정보를 사용하여 샘플 또는 기준 내의 물질의 실제 흡광도를 결정할 수 있거나 이러한 정보를 사용하여 제로 레벨을 설정할 수 있다.
측정 위상들(1072)은 다크 위상들(1070) 사이에 산재될 수 있다. 측정 위상들(1072)은 일 시간 동안 샘플의 흡광도 스펙트럼을 측정하는 것 및 다른 시간 동안 기준의 흡광도 스펙트럼을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 임의의 광학 속성(예를 들어, 반사율, 굴절률, 밀도, 농도, 산란 계수 및 산란 이방성)이 흡광도 대신에 또는 흡광도에 추가로 측정될 수 있다. 제어기는 샘플의 흡광도 스펙트럼을 기준의 흡광도 스펙트럼으로 나누거나, 감산하거나 스케일링할 수 있다. 일부 예들에서, 제어기는 샘플 내의 물질의 농도를 결정하기 위해, 기준 흡광도를 LUT 또는 메모리에 저장된 하나 이상의 흡광도 값들과 비교할 수 있다. 측정은 복수의 샘플 포인트들(1074)을 생성하기 위해 각각의 측정 위상(1072) 내에서 다수회 반복될 수 있고, 샘플 포인트들(1074)의 평균이 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 제어기는 평균 신호 값을 결정하는 경우 다수의 사이클들(1076)로부터 샘플 포인트들(1074)을 컴파일할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 측정 위상(1072)의 지속기간은 미리 결정된 또는 고정된 수의 샘플 포인트들(1074)에 기초할 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 측정 위상(1072) 내의 샘플 포인트들(1074)의 수는 10 미만일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 측정 위상(1072) 내의 샘플 포인트들(1074)의 수는 100 미만일 수 있다. 일부 예들에서, 적어도 하나의 측정 위상(1072)의 지속기간은 기준의 안정성(예를 들어, 10% 초과만큼 드리프팅하기 전의 시간)에 기초할 수 있다. 예를 들어, 기준이 60초 동안 화학적으로 안정되게 유지되면, 측정 위상(1072)의 지속기간은 또한 60초일 수 있다. 일부 예들에서, 측정 위상(1072)의 지속기간은 공유된 컴포넌트들(예를 들어, 광원 및 검출기)의 안정성에 기초할 수 있다. 측정 위상(1072)이 완료되면, 제어기는 다음 사이클(1076)로 진행할 수 있다.
더 빈번하게 교정함으로써, 제로 드리프트 및 이득 드리프트 둘 모두가 모두 고려될 수 있다. 추가적으로, 도 5에 도시된 절차와 달리, 드리프트는 모든 사이클마다(또는 사이클들의 다수의 수 이후) 정정될 수 있고, 이는 제로 레벨로부터의 임의의 상당한 편차를 방지할 수 있다. 또한, 임의의 변동들 및/또는 변경들은 신호가 편향을 시작하기 전에, 그 동안에 또는 그 직후에 보상될 수 있다. 수십 또는 수백개의 샘플 포인트들(1074)이 측정된 후 대신에, 변동들, 드리프트 및/또는 변경들을 보상하고 제로 레벨을 초기에 다시 제로화함으로써, 평균화된 신호 값의 정확도가 개선될 수 있다. 일부 예들에서, 측정 위상(1072) 동안 취해진 샘플 포인트들(1074)의 수는 측정 위상(572)(도 5에 도시됨) 동안 취해진 샘플 포인트들(574)의 수보다 적을 수 있다. 일부 예들에서, 측정 위상(1072)은 측정 위상(572)보다 짧을 수 있다.
일부 예들에서, 각각의 사이클은 3개의 측정 "측정 상태들"을 포함할 수 있다. 도 11은 본 개시내용의 예들에 따른 동일한 측정 시간 분포를 갖는 3개의 측정 상태들을 포함하는 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다. 흡광도 측정들은 복수의 사이클들(1176)을 포함할 수 있다. 각각의 사이클(1176)은 3개의 측정 상태들, 즉, 샘플 측정 상태(1182), 기준 측정 상태(1184) 및 다크 측정 상태(1186)를 포함할 수 있다. 샘플 측정 상태(1182)는 샘플(예를 들어, 도 6에 도시된 샘플(620) 또는 도 8에 도시된 샘플(820))의 흡광도(또는 임의의 다른 광학 속성)를 측정하도록 구성될 수 있다. 기준 측정 상태(1184)는 기준(예를 들어, 도 6에 도시된 필터(608) 또는 도 8에 도시된 기준(822))의 흡광도(또는 임의의 다른 광학 속성)를 측정하도록 구성될 수 있다. 다크 측정 상태(1186)는 다크 전류, 미광 누설 및/또는 잡음을 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 다크 측정 상태(1186) 동안 시간 분포를 프로세싱, 평가 및/또는 할당하도록 구성될 수 있다. 시스템은 샘플 측정 상태(1182), 기준 측정 상태(1184) 및 다크 측정 상태(1186)를 반복하도록 구성될 수 있고, 여기서 측정 상태들 중 어느 것도 시간상 공유되지 않는다. 측정 상태들은 시간 지속기간 t로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 측정 상태의 시간 지속기간 t는 동일할 수 있다. 통상의 기술자는 동일한 시간 지속기간이 15% 편차를 야기하는 허용오차들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 방식으로, 샘플 측정 상태(1182)에 할당된 시간은 사이클(1176)에 대한 시간의 33%(또는 1/3)일 수 있다. 유사하게, 기준 측정 상태(1184) 및 다크 측정 상태(1186)에 할당된 시간 각각은 사이클(1176)에 대한 시간의 33%(또는 1/3)일 수 있다.
사이클 시간은 3개의 측정 상태들 각각에 동등하게 분포될 수 있지만, 하나의 측정 상태(또는 측정 유형)에 대한 신호 값, 잡음 레벨들 및 SNR은 동일한 사이클의 다른 측정 상태와 상이할 수 있다. 따라서 3개의 측정 상태들의 측정 시간 분포는 하나의 측정 상태에 대해 최적일 수 있지만, 사이클의 다른 측정 상태들에 대해서는 최적이 아닐 수 있다. 추가적으로, 신호 값, 잡음 레벨들 및 SNR은 파장, 주위 환경 및/또는 샘플 내의 물질의 측정 위치에 따라 상이할 수 있다. 그 결과, 최적의 측정 시간 분포는 상이한 파장들 및 샘플 내의 상이한 위치들에 대해 상이할 수 있다. 추가적으로, 동일한 측정 시간 분포들을 갖는 3개의 측정 상태들을 포함하도록 측정들을 구성하는 것은, 중요하지 않은 정보, 잘못된 측정 데이터, 낮은 SNR, 또는 이들의 조합으로 긴 측정 시간들을 초래할 수 있다.
도 12는 본 개시내용의 예들에 따른 동일하지 않은 측정 시간 분포를 갖는 3개의 측정 상태들을 포함하는 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다. 흡광도 측정들은 사이클(1276), 사이클(1277) 및 사이클(1278)과 같은 복수의 사이클들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 사이클(1276)은 사이클(1277)과 동일한 시간 지속기간 t4로 구성될 수 있다. 각각의 사이클은 3개의 측정 상태들, 즉, 샘플 측정 상태(1282), 기준 측정 상태(1284) 및 다크 측정 상태(1286)를 포함할 수 있다. 샘플 측정 상태(1282)는 시간 t1 동안 샘플의 흡광도를 측정하도록 구성될 수 있고, 기준 측정 상태(1284)는 시간 t2 동안 기준의 흡광도를 측정하도록 구성될 수 있고, 다크 측정 상태(1286)는 시간 t3 동안 잡음(예를 들어, 다크 전류 및 미광)의 흡광도를 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 샘플 신호는 사이클(1276)에 도시된 바와 같이 약할 수 있거나 낮은 강도(예를 들어, 기준 신호의 강도의 20% 미만)를 가질 수 있다. 시스템은 사이클(1276)의 샘플 측정 상태(1282)에 대한 시간을 다른 측정 상태들에 대한 시간보다 더 크게 할당할 수 있다 예를 들어, 샘플 신호의 강도는 기준 신호의 강도의 4.3%일 수 있고, 시간 t4는 각각 65%, 30% 및 5%를 포함하는 시간들 t1, t2 및 t3으로 분포될 수 있다. 일부 예들에서, 시간 t1은 사이클(1276)에 대한 시간의 50% 이상일 수 있다.
일부 예들에서, 샘플 신호는 사이클(1277)에 도시된 바와 같이 기준 신호에 비해 강할 수 있거나 높은 강도를 가질 수 있다. 샘플 측정 상태(1282)는 시간 t11로 구성될 수 있고, 기준 측정 상태(1284)는 시간 t12로 구성될 수 있고, 다크 측정 상태(1286)는 시간 t13으로 구성될 수 있다. 시스템은 사이클(1277)의 기준 측정 상태(1284)에 대한 시간을 다른 측정 상태들에 대한 시간보다 더 크게 할당할 수 있다 예를 들어, 샘플 신호의 강도는 기준 신호의 강도의 85%일 수 있고, 시간 t4는 각각 20%, 60% 및 5%를 포함하는 시간들 t11, t12 및 t13으로 분포될 수 있다. 일부 예들에서, 시간 t12는 사이클(1277)에 대한 시간의 50% 이상일 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 사이클당 측정 시간은 신호 값들 및 잡음 레벨들에 기초하여 분포될 수 있고, 이러한 분포는 동적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 잡음 레벨들이 낮으면, 시스템은 다크 측정 상태에서 더 적은 시간을 소요하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 사이클 시간은 상이할 수 있고/있거나 동적으로 변화될 수 있다. 일부 예들에서, 측정 시간 분포는 동작 파장에 기초할 수 있다. 예를 들어, 동작 파장들은 (예를 들어, 관심있는 물질에 의한 더 낮은 확률의 흡광도로 인해) 더 낮은 중요도의 하나 이상의 파장들을 포함할 수 있고, 따라서 시스템은 더 낮은 중요도의 하나 이상의 파장들을 측정하는데 더 적은 시간을 소요하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 전체 측정 시간은 감소될 수 있고, 중요하지 않은 정보를 갖는 긴 측정 시간들이 회피될 수 있고, 측정 정확도가 개선될 수 있다.
일부 예들에서, 측정 시간 분포는 미리 결정된 또는 타겟팅된 SNR에 기초할 수 있다. 예를 들어, 신호 값들이 약하면, 시스템은 샘플 측정 상태 또는 기준 측정 상태에서 더 많은 시간을 소요하도록 구성될 수 있어서, 정확한 신호 값이 측정될 수 있고 중요하지 않은 측정 정보가 회피될 수 있다. 일부 예들에서, 잡음을 측정하는데 소요되는 시간은 SNR에 기초하여 동적으로 변화될 수 있고, 남은 시간은, 남은 시간의 절반이 샘플을 측정하는데 소요되고 남은 시간의 다른 절반이 기준을 측정하는데 소요되도록 분포될 수 있다.
일부 예들에서, 측정 시간 분포는 샘플 또는 연관된 검출기 픽셀에서 측정된 위치에 기초할 수 있다. 각각의 검출기 픽셀은 샘플 내의 위치 또는 대응하는 광학 경로와 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 상이한 광학 경로들은 샘플 내의 상이한 위치들 상에 입사될 수 있다. 일부 예들에서, 검출기 픽셀들의 샘플 신호 값은 상이할 수 있다. 상이한 샘플 신호 값들은 임의의 수의 소스들, 예를 들어, 샘플 내의 일 위치에서 다른 것으로부터 상이한 흡광도, 시스템 컴포넌트들(예를 들어, 광원, 도파관들, 변조기들, 광학 장치, 검출기들)로부터의 드리프트, 동작 조건들에서의 변화들(예를 들어, 컴포넌트들의 동작 온도 또는 환경적 변화들)에 기인할 수 있다. 따라서, 시스템은 상이한 측정 시간 분포 값들을 갖는 적어도 2개의 검출기 픽셀들로 구성될 수 있다.
최적의 측정 시간 분포는 신호 값들, 잡음 레벨들, 파장 및 샘플 내의 측정 위치에 따라 변할 수 있기 때문에, 시스템은 실제 측정 시간 분포를 동적으로 변화시키도록 구성될 수 있고, 이는 개선된 SNR로 측정 정확도를 손상시키지 않고 감소된 전반적 측정 시간을 도출할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 실제 측정 시간 분포 값들, 및 동작 파장과 검출기 픽셀에 대한 연관성들을 포함할 수 있는 LUT를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, LUT는 교정-위상 측정들에 기초하여 구성이 선택될 수 있는 다양한 구성들을 저장할 수 있다. 시스템은 측정에 대한 동작 조건들 및/또는 시스템의 애플리케이션에 기초하여 최적화 및 튜닝될 수 있다.
도 13은 본 개시내용의 예들에 따라 측정 시간 분포를 동적으로 변화시키기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 프로세스(1300)는 주어진 파장에서 검출기 픽셀에 대한 신호 값, 잡음 레벨들 또는 둘 모두를 측정하는 단계를 포함할 수 있다(단계(1302)). 일부 예들에서, 측정은 사전 결정된 시간 동안 수행되는 대략적 측정일 수 있다. 측정은 시스템에 포함된 다른 검출기 픽셀들에 대해 반복될 수 있다(단계(1304) 및 단계(1306)). 측정된 신호 값 및 잡음 레벨들에 기초하여, 시스템에 포함된 제어기 또는 프로세서는 LUT를 사용하여 복수의 측정 상태들 각각에 대한 시간 및 퍼센티지들을 결정할 수 있다(단계(1308)). 일부 예들에서, LUT는 타겟팅 또는 미리 결정된 SNR을 포함할 수 있고, 이는 측정 상태들에 대한 시간들 및 퍼센티지들을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 결정된 시간들 및 퍼센티지들을 사용하면, 시스템은 측정 시간 분포를 동적으로 변화시킬 수 있다(단계(1310)). 일부 예들에서, 시스템은 전체 측정 시간, 측정 정확도 및 실제 SNR에 관한 피드백을 제공하는 로직을 포함할 수 있고, 타겟팅된 값들로부터의 임의의 편차에 기초하여 시스템은 LUT를 재기록하거나 업데이트할 수 있다. 측정은 관심있는 다른 파장들에 대해 반복될 수 있다(단계(1312) 및 단계(1314)). 관심있는 모든 검출기 픽셀들 및 관심있는 파장들이 측정되는 경우, 시스템은 측정들을 반복할 수 있다(단계(1316)).
일부 예들에서, 상이한 측정 상태들이 동시에 측정될 수 있다. 도 14는 본 개시내용의 예들에 따라 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하고 상이한 측정 상태들을 동시에 측정할 수 있는 예시적인 시스템의 일부를 도시한다. 시스템(1400)은 시스템(100)(도 1에 도시됨), 시스템(300)(도 3에 도시됨), 시스템(600)(도 6에 도시됨) 및 시스템(800)(도 8에 도시됨)의 맥락에서 앞서 논의된 바와 같은 속성들 중 하나 이상을 갖는 몇몇 컴포넌트들, 예를 들어, 광원(1402), 제어기(1440), 필터(1406), 필터(1407), 빔스플리터(1410), 거울(1412), 초퍼(1434), 초퍼(1436), 광학 장치(1416), 광학 장치(1417) 및 광학 장치(1418)를 포함할 수 있다. 시스템(1400)은 복수의 검출기들, 예를 들어, 검출기(1430), 검출기(1431) 및 검출기(1432)를 더 포함할 수 있다. 검출기(1430)는 기준 측정 상태(예를 들어, 기준 측정 상태(1184) 또는 기준 측정 상태(1284)) 동안 기준 신호를 측정하도록 구성될 수 있고, 기준(1422)을 통해 광(1466)의 속성들을 표시하는 신호(1468)를 생성할 수 있다. 검출기(1431)는 다크 측정 상태(예를 들어, 다크 측정 상태(1186) 또는 다크 측정 상태(1286)) 동안 잡음(예를 들어, 다크 전류)를 측정하도록 구성될 수 있고, 다크 전류(1476)의 속성들을 표시하는 신호(1478)를 생성할 수 있다. 검출기(1432)는 샘플 측정 상태(예를 들어, 샘플 측정 상태(1182) 또는 샘플 측정 상태(1282)) 동안 샘플 신호를 측정하도록 구성될 수 있고, 샘플(1420)을 통해 광(1456)의 속성들을 표시하는 신호(1458)를 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 검출기들은 샘플 신호, 기준 신호 및 잡음 신호를 동시에 측정하기 위해 사용될 수 있다. 일 사이클 동안, 시스템은 복수의 기준 측정 값들을 생성할 수 있고, 적어도 하나의 검출기 픽셀은 신호(예를 들어, 샘플 신호, 기준 신호 또는 잡음 신호)를 항상 측정하고 있을 수 있다.
도 15는 본 개시내용의 예들에 따라 상이한 측정 상태들을 동시에 측정할 수 있는 시스템에 대한 측정 상태들의 예시적인 플롯을 도시한다. 시스템은 3개의 검출기들, 즉, 검출기 1, 검출기 2 및 검출기 3을 포함할 수 있고, 3개의 측정 상태들, 즉, 샘플 측정 상태(1582), 기준 측정 상태(1584) 및 다크 측정 상태(1586)로 구성될 수 있다. 시간 t1 동안, 검출기 1은 다크 측정 상태(1586)에서 잡음 신호를 측정하도록 구성될 수 있다. 동일한 시간에, 검출기 2는 기준 측정 상태(1584)에서 기준 신호를 측정하도록 구성될 수 있고, 검출기 3은 샘플 측정 상태(1582)에서 샘플 신호를 측정하도록 구성될 수 있다. 다른 시간 t2에서, 각각의 검출기에 대한 측정 상태들은 변할 수 있다. 검출기 1은 샘플 측정 상태(1582)에서 샘플 신호를 측정하도록 구성될 수 있고, 검출기 2는 다크 측정 상태(1586)에서 잡음 신호를 측정하도록 구성될 수 있고, 검출기 3은 기준 측정 상태(1584)에서 기준 신호를 측정하도록 구성될 수 있다. 도면들에 도시된 바와 같이, 각각의 검출기(예를 들어, 검출기 1, 검출기 2 및 검출기 3)는 항상 3개의 신호들 값 중 하나를 측정할 수 있다. 즉, 측정 상태들은 상이한 검출기들에 걸쳐 동시에 그리고 각각의 검출기에서 연속적으로 측정될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템은 광을 상이한 검출기들에 지향 또는 재지향시키도록 구성된 튜닝가능한 거울을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 튜닝가능한 거울은 복수의 데이터 광 프로세싱(DLP) 거울들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광은 하나 이상의 빔스플리터들을 사용하여 재지향될 수 있다.
일부 예들에서, 시스템은 복수의 마이크로전자기계 시스템들(MEMS) 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 도 16은 본 개시내용의 예들에 따라 복수의 MEMS 컴포넌트들을 포함하고 상이한 측정 상태들을 동시에 측정할 수 있는 예시적인 시스템의 일부의 단면도를 도시한다. 시스템(1600)은 검출기 어레이(1630)에 포함된 복수의 검출기 픽셀들, 예를 들어, 검출기 픽셀(1633) 및 검출기 픽셀(1635) 및 복수의 MEMS 컴포넌트들, 예를 들어, MEMS 컴포넌트(1623) 및 MEMS 컴포넌트(1625)를 포함할 수 있다. 각각의 검출기 픽셀은 MEMS 컴포넌트에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 검출기 픽셀(1633)은 MEMS 컴포넌트(1623)에 커플링될 수 있고, 검출기 픽셀(1635)은 MEMS 컴포넌트(1625)에 커플링될 수 있다. 광(1656)은 샘플로부터 반사된 광일 수 있고, MEMS 컴포넌트(1623)는 광(1656)이 검출기 픽셀(1633) 상에 입사하도록 각을 이루거나 배향될 수 있다. 추가적으로, 기준으로부터 반사될 수 있는 광(1666)은 MEMS 컴포넌트(1623)에 의해 차단될 수 있다. MEMS 컴포넌트(1625)는 광(1666)이 검출기 픽셀(1637) 상에 입사하고 광(1656)(즉, 샘플로부터 반사된 광)이 차단되어 검출기 픽셀(1635)에 도달하는 것이 방지될 수 있도록 각을 이루거나 배향될 수 있다. 일부 예들에서, MEMS 컴포넌트는 상이한 시간들 동안 배향들을 변화시켜서, 일 시간에 샘플로부터의 광을 측정하고, 그 다음 다른 시간에 기준으로부터의 광을 측정할 수 있다. 일부 예들에서, 검출기 어레이(1630) 내의 하나 이상의 인접한 검출기 픽셀들 또는 검출기 픽셀들의 인접한 세트들은 상이한 배향들을 갖는 MEMS 컴포넌트들을 가질 수 있다.
일부 예들에서, 잡음 레벨들은 시간상 상관해제될 수 있는 변동들을 초래할 수 있다. 도 17은 본 개시내용의 예들에 따른 잡음 변동들을 갖는 흡광도 측정들의 예시적인 플롯을 도시한다. 측정은 복수의 샘플 포인트들, 예를 들어, 샘플 포인트(1774) 및 샘플 포인트(1775)를 포함할 수 있다. 샘플 포인트(1774)는 샘플 측정 상태(1782)에 포함될 수 있고, 샘플 포인트(1775)는 기준 측정 상태(1784)에 포함될 수 있다. 샘플 포인트(1774)에 포함된 잡음은 샘플 포인트(1775)에 포함된 잡음과 상이할 수 있고, 이는 샘플 신호 및 기준 신호에서 시간 상관해제된 잡음을 초래할 수 있다. 샘플 신호 및 기준 신호의 상관해제된 잡음은 잘못된 측정들을 초래할 수 있다.
샘플 신호 및 기준 신호 둘 모두에 공통인 잡음은 공통 모드 잡음으로 지칭될 수 있다. 일부 예들에서, 공통 모드 잡음은 시스템에 포함된 광원들 뿐만 아니라 광원들로부터 방출된 광 빔을 라우팅, 감쇠 및/또는 형상화하기 위해 사용될 수 있는 시스템의 다른 컴포넌트들로부터 기인할 수 있다. 광원들은 다수의 유형들의 잡음, 예를 들어, 장기 드리프트 및 단기 잡음을 포함할 수 있다. 더 앞서 언급된 상관해제된 잡음은 고주파수 잡음일 수 있는 단기 잡음일 수 있다.
도 18은 예시적인 시스템을 도시하고, 도 19는 본 개시내용의 예들에 따른 고주파수 검출기를 포함하는 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 측정하기 위한 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 시스템(1800)은 시스템(100)(도 1에 도시됨), 시스템(300)(도 3에 도시됨), 시스템(600)(도 5에 도시됨), 시스템(800)(도 8에 도시됨) 및 시스템(1400)(도 14에 도시됨)의 맥락에서 앞서 논의된 속성들 중 하나 이상을 갖는 몇몇 컴포넌트들, 예를 들어, 광원(1802), 제어기(1840), 필터(1806), 빔스플리터(1810), 거울(1812), 초퍼(1834), 초퍼(1836), 광학 장치(1816), 광학 장치(1818), 검출기(1830) 및 검출기(1832)를 포함할 수 있다. 시스템(1800)은 빔스플리터(1811) 및 검출기(1833)를 더 포함할 수 있다. 빔스플리터(1811)는 입사 광을 다수의 광 빔들로 분리하도록 구성되는 광학 컴포넌트일 수 있다. 이러한 하드웨어 컴포넌트들 중 하나 이상은 본원에 설명된 측정 사이클들 및 상태들을 변화시키기 위해 제어기(1840)의 소프트웨어 제어 하에서 동작할 수 있다. 이러한 하드웨어 컴포넌트들 및 제어기 중 하나 이상은 본원에서 로직으로 지칭될 수 있다.
광원(1802)은 필터(1806)를 향해 지향될 수 있고, 신호(1804)는 광원(1802)이 광(1850)을 방출하게 할 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1902)). 광(1850)은 다수의 파장들을 포함할 수 있고, 필터(1806)를 통해 투과될 수 있고, 하나 이상의 이산적 파장들을 포함하는 광(1852)을 형성할 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1904)). 광(1852)은 빔스플리터(1811)를 향해 지향될 수 있고, 빔스플리터(1811)는 광(1852)을 2개의 광 경로들, 즉, 광(1853) 및 광(1855)으로 분리할 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1906)).
광(1853)은 빔스플리터(1810)를 향해 지향될 수 있고, 빔스플리터(1811)는 광(1853)을 2개의 광 빔들, 즉, 광(1854) 및 광(1864)으로 분리할 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1908)). 광(1854)은 초퍼(1834) 및 광학 장치(1816)를 통해 투과될 수 있다. 광(1854)는 샘플(1820) 상에 입사될 수 있고, 샘플(1820) 내의 하나 이상의 물질들은 광(1854)의 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 샘플(1820)을 통해 투과되거나 그로부터 반사되는 광은 광(1856)으로 지칭될 수 있다. 검출기(1832)는 광(1856)을 검출할 수 있고, 광(1856)의 속성들을 표시하는 신호(1858)를 생성할 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1910)). 추가적으로, 광(1864)은 거울(1812)에 의해 지향 또는 재지향될 수 있고, 초퍼(1836) 및 광학 장치(1818)를 통해 투과될 수 있다. 광(1864)은 기준(1822) 상에 입사될 수 있고, 일부는 광(1866)으로서 기준(1822)을 통해 투과되거나 그로부터 반사될 수 있다. 검출기(1830)는 광(1866)을 검출할 수 있고, 광(1866)의 속성들을 표시하는 신호(1868)를 생성할 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1912)). 일부 예들에서, 검출기(1830) 및 검출기(1832)는 기준 신호 및 샘플 신호를 동일한 시간에 또는 동시에 각각 측정할 수 있다. 일부 예들에서, 검출기(1830) 및 검출기(1832)는 기준 신호 및 샘플 신호를 상이한 시간들에 측정할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(1800)은 단일 검출기가 샘플 신호 및 기준 신호 둘 모두를 측정하도록 구성될 수 있다.
검출기(1833)는 광(1853)을 측정하도록 구성될 수 있고, 광(1855)의 속성들을 표시하는 신호(1888)를 생성할 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1914)). 일부 예들에서, 검출기(1833)는 고주파수 잡음을 측정하기 위해 AC 커플링될 수 있는 고주파수 검출기일 수 있다. 제어기(1840)는 신호(1888)를 수신할 수 있고, 시간에서 신호들(예를 들어, 샘플 신호 및 기준 신호) 각각에 대한 공통 모드 잡음을 계산할 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1916)). 계산된 공통 모드 잡음에 기초하여, 제어기(1840)는 신호들 각각에 대한 하나 이상의 정규화 팩터들을 생성할 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1918)). 일부 예들에서, 정규화 팩터들은 신호(1888)의 잡음 강도를 신호(1858) 및/또는 신호(1868)와 매칭시키는 것에 기초하여 생성될 수 있다. 일부 예들에서, 신호(1888)의 잡음 강도를 신호(1858) 및/또는 신호(1868)와 매칭시키는 것은 신호들의 강도 값들에서의 차이들을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 샘플 신호 및 기준 신호는 정규화 팩터들 또는 스케일링 방식에 기초하여 정정 또는 스케일링될 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1920)). 일부 예들에서, 정규화 팩터들 또는 스케일링 방식은 표준 편차에 기초할 수 있다. 그 다음, 정정된 또는 스케일링된 신호들은 샘플 내의 하나 이상의 물질들의 농도 및 유형을 결정하기 위해 사용될 수 있다(프로세스(1900)의 단계(1922)).
광(1852)에 포함된 고주파수 잡음을 검출기(1833)로 검출함으로써, 샘플 신호 잡음은 감소될 수 있고, SNR은 개선될 수 있다. 일부 예들에서, 검출기(1833)는 검출기(1830), 검출기(1832) 또는 둘 모두와 상이한 이득으로 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 빔스플리터(1811)는 광(1853) 및 광(1855)이 상이한 강도들을 갖도록 광(1852)을 분리할 수 있다.
전술한 기능들 중 하나 이상은 예를 들어, 메모리에 저장되고 프로세서 또는 제어기에 의해 실행되는 펌웨어에 의해 수행될 수 있다. 펌웨어는 또한 명령어 실행 시스템, 장치 또는 디바이스로부터 명령어들을 페치하여 명령어들을 실행할 수 있는 컴퓨터 기반 시스템, 프로세서 포함 시스템, 또는 다른 시스템과 같은, 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 임의의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 내에서 저장 및/또는 전송될 수 있다. 본 명세서와 관련하여, "비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체"는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 포함하거나 저장할 수 있는 (신호를 제외한) 임의의 매체일 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치 또는 디바이스, 휴대용 컴퓨터 디스켓(자기), 랜덤 액세스 메모리(RAM)(자기), 판독 전용 메모리(ROM)(자기), 소거가능 프로그래머블 판독 전용 메모리(EPROM)(자기), CD, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-R, 또는 DVD-RW와 같은 휴대용 광학 디스크, 또는 콤팩트 플래시 카드, 보안 디지털 카드, USB 메모리 디바이스, 메모리 스틱과 같은 플래시 메모리 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 본 명세서의 맥락에서, "전송 매체"는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 그와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 전달, 전파, 또는 전송할 수 있는 임의의 매체일 수 있다. 전송 판독가능 매체는 전자, 자기, 광학, 전자기, 또는 적외선형 유선 또는 무선 전파 매체를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
앞서 논의된 바와 같이, 본 개시내용의 예들은 샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 물질의 농도를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 샘플은 사용자의 적어도 일부를 포함할 수 있고, 여기서 사용자들이 관심있을 수 있는 측정된 정보, 분석 또는 임의의 다른 콘텐츠의 전달을 개선하기 위한 추가적인 정보가 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 측정된 정보, 분석 또는 다른 콘텐츠는 개인 정보, 예를 들어, 사용자를 고유하게 식별할 수 있는(예를 들어, 사용자와 접촉하거나 사용자를 위치확인하기 위해 사용될 수 있는) 정보를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 개인 정보는 지리적 정보, 인구 통계적 정보, 전화 번호들, 이메일 주소들, 우편 주소들, 집 주소들 또는 다른 식별 정보를 포함할 수 있다. 이러한 개인 정보의 사용은 사용자의 이익을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 개인 정보는 측정된 정보, 분석 또는 다른 콘텐츠를 사용자에게 전달하기 위해 사용될 수 있다. 개인 정보의 사용은 측정된 정보의 적절하고 제어된 전달을 가능하게 하는 것을 포함할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 개시내용은 또한 개인 정보를 측정, 수집, 분석, 공개, 전송 및/또는 저장할 수 있는 엔티티가 잘-설정된 프라이버시 정책들 및/또는 관행들을 준수할 것임을 고려한다. 이러한 프라이버시 정책들 및/또는 관행들은 일반적으로 비밀 및 보안 개인 정보에 대한 산업 또는 정부 요건들을 충족시키는(또는 초과하는) 것으로 인식될 수 있고, 구현되고 일관되게 사용되어야 한다. 예를 들어, 개인 정보는 합법적이고 타당한 목적들(예를 들어, 측정된 정보를 사용자에게 전달하는 것)을 위해 수집되어야 하며, 그러한 목적들을 벗어나서 공유(예를 들어, 판매)되어서는 안 된다. 게다가, 수집된 개인 정보는 오직 사용자(들)의 통지된 동의를 수신한 후에만 발생해야 한다. 프라이버시 정책들 및/또는 관행들을 준수하기 위해, 엔티티들은 개인 정보에 대한 외부 액세스를 세이프가드하고 보안하기 위해 필요한 임의의 단계들을 취해야 한다. 일부 예들에서, 엔티티들은, 엔티티들이 잘-설정되고 일반적으로 인식되는 프라이버시 정책들 및/또는 관행들을 준수하고 있음을 입증하기 위해 제3자 평가(들)를 받을 수 있다.
일부 예들에서, 사용자(들)는 개인 정보에 대한 액세스 및/또는 사용을 선택적으로 차단 또는 제한할 수 있다. 측정 시스템은 사용자(들)가 개인 정보에 대한 액세스 및/또는 사용을 선택적으로 차단 또는 제한하도록 허용하기 위해 하나 이상의 하드웨어 컴포넌트들 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정 시스템은 등록 동안 개인 정보를 수집하는 경우 사용자들이 광고 전달 서비스들을 "옵트 인" 또는 "옵트 아웃"하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 사용자는 어느 정보를 제공할지(예를 들어, 지리적 위치) 및 어느 정보를 배제할지(예를 들어, 전화 번호)를 선택할 수 있다.
본 개시내용의 예들은 사용자의 개인 정보의 사용에 의한 물질의 농도를 측정하기 위한 시스템들 및 방법을 포함할 수 있지만, 본 개시내용의 예들은 또한 사용자의 개인 정보 없이 하나 이상의 기능들 및 동작이 가능할 수 있다. 개인 정보의 전부 또는 일부의 부족은 시스템들 및 방법들이 동작불가능하게 하지 않을 수 있다. 일부 예들에서, 콘텐츠는 비-사용자 특정 개인(예를 들어, 공개적으로 이용가능한) 정보에 기초하여 선택 및/또는 사용자에게 전달될 수 있다.
샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 물질의 농도 및 유형을 결정하기 위한 시스템이 개시된다. 일부 예들에서, 시스템은, 제1 검출기 픽셀을 포함하는 하나 이상의 검출기 픽셀들 - 하나 이상의 검출기 픽셀들은 복수의 사이클들에서 동작하도록 구성되고, 각각의 사이클은 복수의 측정 상태들을 포함하고, 복수의 측정 상태들은, 제1 시간 기간 동안 물질의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하도록 구성되는 제1 측정 상태, 제2 시간 기간 동안 기준의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하도록 구성되는 제2 측정 상태, 및 제3 시간 기간 동안 잡음을 측정하도록 구성되는 제3 측정 상태를 포함함 -; 및 복수의 사이클들의 하나 이상의 양상들을 동적으로 변경할 수 있는 로직을 포함하고, 하나 이상의 양상들은 각각의 시간 기간의 지속기간을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 하나 이상의 검출기 픽셀들은 제2 검출기 픽셀을 더 포함하고, 동일한 시간에 제1 검출기 픽셀은 제1 측정 상태로 구성되고, 제2 검출기 픽셀은 제2 측정 상태로 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 하나 이상의 검출기 픽셀들은 제3 검출기 픽셀을 더 포함하고, 동일한 시간에 제3 검출기 픽셀은 제3 측정 상태로 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 복수의 거울들을 더 포함하고, 각각의 거울은 복수의 검출기 픽셀들에 포함된 검출기 픽셀과 연관되고, 제1 광이 반사 또는 차단되도록 하는 배향으로 구성되고, 제1 광과 상이한 제2 광에 대한 액세스를 연관된 검출기 픽셀에 제공하도록 추가로 구성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 시스템은 제1 측정 상태, 제2 측정 상태 및 제3 측정 상태로 구성되는 검출기 픽셀을 더 포함하고, 제1, 제2 및 제3 측정 상태들은 연속적이고, 물질의 농도 및 유형의 결정은 제1, 제2 및 제3 측정 상태들에 기초한다.
제1 사이클 및 제2 사이클을 포함하는 복수의 사이클들 동안 샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 물질의 농도 및 유형을 결정하는 방법이 개시된다. 일부 예들에서, 방법은, 제1 사이클 동안, 제1 시간 기간 동안 물질의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하는 단계; 제2 시간 기간 동안 기준의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하는 단계; 제3 시간 기간 동안 잡음을 측정하는 단계; 및 제2 사이클 동안 제1 시간 기간, 제2 시간 기간 및 제3 시간 기간 중 적어도 하나의 지속기간을 동적으로 변경하는 단계를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 사이클 내의 제1 시간 기간, 제2 시간 기간 및 제3 시간 기간 중 적어도 2개의 지속기간은 상이하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 물질의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하는 단계는 제1 신호 값을 획득하는 단계를 포함하고, 기준의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하는 단계는 제2 신호 값을 획득하는 단계를 포함하고, 방법은, 제1 신호 값을 제2 신호 값과 비교하는 단계; 및 제1 신호 값이 제2 신호 값보다 작은 경우 제1 시간 기간을 제2 시간 기간보다 크게 설정하는 단계를 더 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 시간 기간은 제1 사이클에 대한 시간 기간의 50% 초과로 설정된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 물질의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하는 단계는 제1 신호 값을 획득하는 단계를 포함하고, 기준의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하는 단계는 제2 신호 값을 획득하는 단계를 포함하고, 방법은, 제1 신호 값을 제2 신호 값과 비교하는 단계; 및 제1 신호 값이 제2 신호 값보다 큰 경우 제1 시간 기간을 제2 시간 기간보다 작게 설정하는 단계를 더 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제2 시간 기간은 제1 사이클에 대한 시간 기간의 50% 초과로 설정된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 사이클은 제1 동작 파장을 포함하고, 제2 사이클은 제2 동작 파장을 포함하고, 제1 동작 파장은 제2 동작 파장과 상이하고, 제1 사이클은 제2 사이클과 상이한 제1 시간 기간, 제2 시간 기간 및 제3 시간 기간 중 적어도 하나를 갖는다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 시간 기간은 제1 사이클 내에서 제2 시간 기간과 동일하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 복수의 사이클들에 포함된 각각의 사이클은 복수의 검출기 픽셀들에 포함된 검출기 픽셀과 연관되고, 방법은, 룩업 테이블로부터 하나 이상의 엔트리들을 리트리브하는 단계 - 하나 이상의 엔트리들은 제1 시간 기간, 제2 시간 기간 및 제3 시간 기간 사이의 연관성, 및 동작 파장과 검출기 픽셀 중 적어도 하나를 포함함 -; 및 하나 이상의 엔트리들에 기초하여 제1 시간 기간, 제2 시간 기간 및 제3 시간 기간 중 적어도 하나를 설정하는 단계를 더 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 시간 기간, 제2 시간 기간 및 제3 시간 기간 중 적어도 하나는 복수의 검출기 픽셀들에 포함된 적어도 2개의 검출기 픽셀들에 대해 상이하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 방법은 동작 파장 및 검출기 픽셀과 연관된 속성을 결정하는 단계 - 속성은 측정 시간, 측정 정확도 및 신호 대 잡음비(SNR) 중 적어도 하나임 -; 속성을 룩업 테이블로부터의 하나 이상의 엔트리들과 비교하는 단계; 및 비교에 기초하여 룩업 테이블로부터의 하나 이상의 엔트리들을 업데이트하는 단계를 더 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 복수의 사이클들은 제3 사이클을 더 포함하고, 추가로 제1 사이클에 대한 제1 시간 기간은 제2 사이클에 대한 제2 시간 기간 및 제3 사이클에 대한 제3 시간 기간과 동일하다.
샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 물질의 농도 및 유형을 결정하기 위한 시스템이 개시된다. 일부 예들에서, 시스템은 제1 광 및 제2 광을 방출하도록 구성되는 광원 - 제1 광은 샘플링 인터페이스 상에 입사하고, 제2 광은 기준 상에 입사하고, 제1 광 및 제2 광은 잡음 성분을 포함함 -; 입사 광을 측정하도록 구성되는 제1 검출기 - 입사 광은 제1 광 및 제2 광 중 적어도 하나이고, 입사 광을 표시하는 제1 신호를 생성하도록 구성됨 -; 일 범위의 주파수들에 포함된 잡음 성분을 측정하도록 구성되고, 측정된 잡음 성분을 표시하는 제2 신호를 생성하도록 구성되는 제2 검출기; 및 제2 신호를 스케일링할 수 있고, 스케일링된 제2 신호를 사용하여 제1 신호를 보상할 수 있는 로직을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 검출기의 이득은 제2 검출기의 이득과 상이하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 제1 광의 강도는 제2 광의 강도와 상이하다.
개시된 예들이 첨부의 도면들을 참조하여 충분히 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 다양한 변경들 및 수정들이 명백할 것이라는 것에 주목하여야 한다. 그러한 변경들 및 수정들은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 개시된 예들의 범주 내에 포함되는 것으로서 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 물질의 농도 및 유형을 결정하기 위한 시스템으로서,
    제1 광 및 제2 광을 방출하도록 구성되는 광원 - 상기 제1 광은 상기 샘플링 인터페이스 상에 입사하고, 상기 제2 광은 기준 상에 입사하고, 상기 제1 광 및 상기 제2 광은 잡음 성분을 포함함 -;
    제1 검출기 픽셀을 포함하는 하나 이상의 검출기 픽셀들 - 상기 하나 이상의 검출기 픽셀들은 복수의 사이클들에서 동작하도록 구성되고, 각각의 사이클은 복수의 측정 상태들을 포함하고, 상기 복수의 측정 상태들은,
    제1 시간 기간 동안 상기 샘플 내의 상기 물질의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하도록 구성되는 제1 측정 상태,
    제2 시간 기간 동안 상기 기준의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하도록 구성되는 제2 측정 상태, 및
    제3 시간 기간 동안 상기 잡음 성분을 측정하도록 구성되는 제3 측정 상태를 포함함 -; 및
    상기 복수의 측정 상태들과 연관된 하나 이상의 측정된 파라미터들에 적어도 부분적으로 기초하여 제1 사이클로부터 제2 사이클까지 상기 제1 시간 기간, 상기 제2 시간 기간 및 상기 제3 시간 기간 각각의 지속기간을 동적으로 변경하도록 구성되는 로직을 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 검출기 픽셀들은 제2 검출기 픽셀을 더 포함하고, 동일한 시간에 상기 제1 검출기 픽셀은 상기 제1 측정 상태로 구성되고, 상기 제2 검출기 픽셀은 상기 제2 측정 상태로 구성되는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 검출기 픽셀들은 제3 검출기 픽셀을 더 포함하고, 상기 동일한 시간에 상기 제3 검출기 픽셀은 상기 제3 측정 상태로 구성되는, 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    복수의 거울들을 더 포함하고, 각각의 거울은 상기 하나 이상의 검출기 픽셀들에 포함된 검출기 픽셀과 연관되고, 상기 제1 광의 일부가 반사 또는 차단되도록 하는 배향으로 구성되고, 상기 제2 광에 대한 액세스를 상기 연관된 검출기 픽셀에 제공하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정 상태, 상기 제2 측정 상태 및 상기 제3 측정 상태에서 연속적으로 동작하도록 구성되는 검출기 픽셀을 더 포함하고,
    상기 로직은 상기 제1, 상기 제2 및 상기 제3 측정 상태들에 기초하여 상기 물질의 농도 및 유형을 결정하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 검출기 픽셀은 상기 제1 측정 상태로 구성되고, 상기 제1 입사 광을 표시하는 제1 신호를 생성하도록 구성되고,
    상기 하나 이상의 검출기 픽셀들은 상기 제3 측정 상태로 구성되고 상기 측정된 잡음 성분을 표시하는 제2 신호를 생성하도록 구성되는 제2 검출기 픽셀을 포함하고,
    상기 로직은 상기 제2 신호를 스케일링하고 상기 스케일링된 제2 신호를 사용하여 상기 제1 신호를 보상하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 검출기 픽셀의 이득은 상기 제2 검출기 픽셀의 이득과 상이한, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 광의 강도는 상기 제2 광의 강도와 상이한, 시스템.
  9. 제1 사이클 및 제2 사이클을 포함하는 복수의 사이클들 동안 샘플링 인터페이스에서 샘플 내의 물질의 농도 및 유형을 결정하는 방법으로서,
    상기 제1 사이클 동안:
    제1 시간 기간 동안 상기 샘플링 인터페이스에서 상기 물질의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하는 단계;
    제2 시간 기간 동안 기준의 하나 이상의 광학 속성들을 측정하는 단계;
    제3 시간 기간 동안 잡음 성분을 측정하는 단계; 및
    상기 제1 사이클로부터 상기 제2 사이클까지 상기 제1 시간 기간, 상기 제2 시간 기간 및 상기 제3 시간 기간 중 적어도 하나의 지속기간을 동적으로 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 사이클 내의 상기 제1 시간 기간, 상기 제2 시간 기간 및 상기 제3 시간 기간 중 적어도 2개의 지속기간들은 상이한, 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 물질의 하나 이상의 광학 속성들의 측정은 제1 신호 값을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 기준의 하나 이상의 광학 속성들의 측정은 제2 신호 값을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 방법은,
    상기 제1 신호 값을 상기 제2 신호 값과 비교하는 단계; 및
    상기 제1 신호 값이 상기 제2 신호 값보다 작은 경우 상기 제1 시간 기간을 상기 제2 시간 기간보다 크게 설정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 시간 기간의 지속기간은 상기 제1 사이클의 지속기간의 50%보다 크게 설정되는, 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 물질의 하나 이상의 광학 속성들의 측정은 제1 신호 값을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 기준의 하나 이상의 광학 속성들의 측정은 제2 신호 값을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 방법은,
    상기 제1 신호 값을 상기 제2 신호 값과 비교하는 단계; 및
    상기 제1 신호 값이 상기 제2 신호 값보다 큰 경우 상기 제1 시간 기간을 상기 제2 시간 기간보다 작게 설정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 시간 기간의 지속기간은 상기 제1 사이클의 지속기간의 50%보다 크게 설정되는, 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제1 사이클은 제1 동작 파장을 포함하고, 상기 제2 사이클은 제2 동작 파장을 포함하고, 상기 제1 동작 파장은 상기 제2 동작 파장과 상이하고, 상기 제1 사이클은 상기 제2 사이클과 상이한 상기 제1 시간 기간, 상기 제2 시간 기간 및 상기 제3 시간 기간 중 적어도 하나를 갖는, 방법.
  16. 제9항에 있어서, 상기 제1 시간 기간의 지속기간은 상기 제1 사이클 내의 상기 제2 시간 기간의 지속기간과 동일한, 방법.
  17. 제9항에 있어서, 상기 복수의 사이클들에 포함된 각각의 사이클은 복수의 검출기 픽셀들에 포함된 검출기 픽셀과 연관되고, 상기 방법은,
    룩업 테이블로부터 하나 이상의 엔트리들을 리트리브하는 단계 - 상기 하나 이상의 엔트리들은 상기 제1 시간 기간, 상기 제2 시간 기간 및 상기 제3 시간 기간 사이의 연관성, 및 동작 파장과 상기 검출기 픽셀 중 적어도 하나를 포함함 -; 및
    상기 하나 이상의 엔트리들에 기초하여 상기 제1 시간 기간, 상기 제2 시간 기간 및 상기 제3 시간 기간 중 적어도 하나를 설정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 시간 기간, 상기 제2 시간 기간 및 상기 제3 시간 기간 중 적어도 하나는 상기 복수의 검출기 픽셀들에 포함된 적어도 2개의 검출기 픽셀들에 대해 상이한, 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 동작 파장 및 상기 검출기 픽셀과 연관된 속성을 결정하는 단계 - 상기 속성은 측정 시간, 측정 정확도 및 신호 대 잡음비(SNR) 중 적어도 하나임 -;
    상기 속성을 상기 룩업 테이블로부터의 상기 하나 이상의 엔트리들과 비교하는 단계; 및
    상기 비교에 기초하여 상기 룩업 테이블로부터의 상기 하나 이상의 엔트리들을 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제9항에 있어서, 상기 복수의 사이클들은 제3 사이클을 더 포함하고, 추가로 상기 제1 사이클에 대한 상기 제1 시간 기간의 지속기간은 상기 제2 사이클에 대한 상기 제2 시간 기간의 지속기간 및 상기 제3 사이클에 대한 상기 제3 시간 기간의 지속기간과 동일한, 방법.
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