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JP-2026514974-A - 温度耐性のある較正経路光学設計

JP2026514974AJP 2026514974 AJP2026514974 AJP 2026514974AJP-2026514974-A

Abstract

少なくとも1つの試料(114)に関する分光情報を取得するための少なくとも1つの分光計装置(112)と少なくとも1つの外部較正ターゲット(116)とを備え、前記外部較正ターゲット(116)が反射率R λ,ext を有するキット(110)が開示される。 前記分光計装置(112)は: - 試料(114,116)からの検出光(120)を検出するための少なくとも1つの検出器(118)と; - 少なくとも1つの選択された波長範囲内の入射光を前記検出器(118)に転送するように構成された少なくとも1つの光フィルタ(124)と; - 少なくとも1つの光スペクトル範囲内で照射光(130)を放出するように構成された少なくとも1つの光源(128)と; - 前記照射光(130)が試料インターフェイス(134)によって保持された試料(114)を照射することを可能にするように構成され、前記試料インターフェイス(134)によって保持された前記試料(114,116)からの光が前記光フィルタ(124)を介して前記検出器(118)に伝播することを可能にするように構成された、少なくとも1つの試料インターフェイス(134)と; - 少なくとも1つの第1光路(136)であって、前記第1光路(136)は、前記照射光(130)が前記試料インターフェイス(134)を少なくとも1回通過することによって、前記光フィルタ(124)を介して前記検出器(118)に伝播することを可能にするように構成された、少なくとも1つの第1光路(136)と; - 反射率R λ,int を有する少なくとも1つの内部較正ターゲット(122)と; - 少なくとも1つの第2光路(138)であって、前記第2光路(138)は、前記照射光(130)が前記内部較正ターゲット(122)と少なくとも1回相互作用することによって、前記光フィルタ(124)を介して前記検出器(118)に伝播することを可能にするように構成された、少なくとも1つの第2光路(138)と、 を備え、 前記分光計装置(112)は、前記外部較正ターゲット(116)を前記試料インターフェイス(134)によって保持された試料として使用することにより、前記第2光路(138)の少なくとも1つの初期較正を実行するように構成され、前記外部較正ターゲット(116)の反射率R λ,ext と前記内部較正ターゲット(122)の反射率R λ,int は、 【数1】 で互いに比例し、ここで、aは定数である。 【選択図】図1

Inventors

  • ツィマーマン,ヘンニンク
  • シュミット,フェリクス

Assignees

  • トリナミクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240423
Priority Date
20230424

Claims (15)

  1. 少なくとも1つの試料(114)に関する分光情報を取得するための少なくとも1つの分光計装置(112)と少なくとも1つの外部較正ターゲット(116)とを備え、前記外部較正ターゲット(116)が反射率R λ,ext を有するキット(110)であって、前記分光計装置(112)は: - 試料(114,116)からの検出光(120)を検出するための少なくとも1つの検出器(118)と; - 少なくとも1つの選択された波長範囲内の入射光を前記検出器(118)に転送するように構成された少なくとも1つの光フィルタ(124)と; - 少なくとも1つの光スペクトル範囲内で照射光(130)を放出するように構成された少なくとも1つの光源(128)と; - 前記照射光(130)が試料インターフェイス(134)によって保持された試料(114,116)を照射することを可能にするように構成され、前記試料インターフェイス(134)によって保持された前記試料(114,116)からの光が前記光フィルタ(124)を介して前記検出器(118)に伝播することを可能にするように構成された、少なくとも1つの試料インターフェイス(134)と; - 少なくとも1つの第1光路(136)であって、前記第1光路(136)は、前記照射光(130)が前記試料インターフェイス(134)を少なくとも1回通過することによって、前記光フィルタ(124)を介して前記検出器(118)に伝播することを可能にするように構成された、少なくとも1つの第1光路(136)と; - 反射率R λ,int を有する少なくとも1つの内部較正ターゲット(122)と; - 少なくとも1つの第2光路(138)であって、前記第2光路(138)は、前記照射光(130)が前記内部較正ターゲット(122)と少なくとも1回相互作用することによって、前記光フィルタ(124)を介して前記検出器(118)に伝播することを可能にするように構成された、少なくとも1つの第2光路(138)と、 を備え、 前記分光計装置(112)は、前記外部較正ターゲット(116)を前記試料インターフェイス(134)によって保持された試料として使用することにより、前記第2光路(138)の少なくとも1つの初期較正を実行するように構成され、前記外部較正ターゲット(116)の反射率R λ,ext と前記内部較正ターゲット(122)の反射率R λ,int は、 で互いに比例し、ここで、aは定数である、キット(110)。
  2. 前記外部較正ターゲット(116)の反射率R λ,ext と前記内部較正ターゲット(122)の反射率R λ,int が、前記選択された波長範囲内の各波長において互いに比例する、請求項1に記載のキット(110)。
  3. 前記定数aが温度及び/または波長に依存しない、請求項1または2に記載のキット(110)。
  4. 前記外部較正ターゲット(116)は少なくとも1つの拡散反射材料を含み、前記外部較正ターゲット(116)は:ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の少なくとも1層、酸化チタンまたは硫酸バリウムの1つ以上を含む白色表面コーティングなどの少なくとも1つの光学コーティング、誘電体コーティング、少なくとも1つの部分反射誘電体ミラー、金、銀、アルミニウム、クロムの1つ以上を含む金属コーティングを有する少なくとも1つのミラー、及び少なくとも1つのビームスプリッタの1つ以上を含む、請求項1または2に記載のキット(110)。
  5. 前記内部較正ターゲット(122)は前記外部較正ターゲット(116)の反射率をエミュレートするように設計されている、請求項1または2に記載のキット(110)。
  6. 前記外部較正ターゲット(116)は第1材料を有し、前記内部較正ターゲット(122)は第2材料を有しており、前記第1材料と前記第2材料は、前記外部較正ターゲット(116)の反射率R λ,ext と前記内部較正ターゲット(122)の反射率R λ,int が互いに比例するように、互いにマッチされている、請求項1または2に記載のキット(110)。
  7. 前記内部較正ターゲット(122)は少なくとも1つの拡散反射材料を含み、前記内部較正ターゲット(122)は:ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の少なくとも1層、酸化チタンまたは硫酸バリウムの1つ以上を含む白色表面コーティングなどの少なくとも1つの光学コーティング、誘電体コーティング、少なくとも1つの部分反射誘電体ミラー、金、銀、アルミニウム、クロムの1つ以上を含む金属コーティングを有する少なくとも1つのミラー、及び少なくとも1つのビームスプリッタの1つ以上を含む、請求項1または2に記載のキット(110)。
  8. 前記光フィルタ(124)は入射角に依存する透過プロファイルを有し、前記光フィルタ(124)は、前記第1光路(136)に対する第1透過プロファイルT 1,NBP と、前記第2光路(138)に対する第2透過プロファイルT 2,NBP とを有し、前記第1光路(136)及び前記第2光路(138)の前記光フィルタ(124)の透過プロファイルはT 1,NBP (λ)=d・T 2,NBP (λ)で互いに比例し、dは温度、波長、または入射角のうちの1つ以上に依存しない、請求項1または2に記載のキット(110)。
  9. 前記分光計装置(112)は、前記検出器(118)によって生成される少なくとも1つの検出器信号を評価するように構成され、前記第2光路(138)の初期較正は、前記第1光路(136)を介して少なくとも1つの波長λ i を有する光で前記外部較正ターゲット(116)を照射し、少なくとも1つの第1検出器信号S 1,i を得ることを含み、前記分光計装置(112)は、前記第2光路(138)を介して前記少なくとも1つの波長λ i を有する光で前記検出器(118)を照射し、少なくとも1つの第2信号S 2,i を取得ように構成され、前記評価ユニット(123)は、前記第1検出器信号S 1,i と前記第2信号S 2,i を使用することによって、少なくとも1つの初期較正情報項目c i,initial を決定するように構成され、前記初期較正情報項目c i,initial は、前記第1検出器信号S 1,i と前記第2信号S 2,i の比率を計算することにより決定される、請求項1または2に記載のキット(110)。
  10. 前記分光計装置(112)は、前記試料インターフェイス(134)によって保持される少なくとも1つの試料(114)に関する分光情報を: - 前記第1光路(136)を介して少なくとも1つの波長λ i を有する光で前記試料(114)を照射し、前記検出器(118)を使用することによって少なくとも1つの検出器信号S sample,i を得ることと、 - 前記第2光路(138)を介して少なくとも1つの波長λ i を有する光で前記内部較正ターゲット(122)を照射し、前記検出器(118)を使用することによって少なくとも1つの基準検出器信号S ref,i を得ることと、 - 前記評価ユニット(123)を使用することによって、前記検出器信号S sample,i を評価することであって、前記評価は、前記検出器信号S sample,i 、前記初期較正情報項目c i,initial 及び前記基準検出器信号S ref,i を使用することによって、前記試料(114)の分光情報を決定する、ことと、 によって決定するように構成されている、請求項9に記載のキット(110)。
  11. 前記試料(114)の分光情報は反射率R sample,i であり、 である、請求項10に記載のキット(110)。
  12. 分光計装置(112)を較正する方法であって、前記分光計装置(112)は請求項1または2に記載のキット(110)に含まれる分光計装置(112)であり、前記方法は: I. 試料インターフェイス(134)に外部較正ターゲット(116)を試料として提供するステップと; II. 少なくとも1つの第1光路(136)を介して、少なくとも1つの波長λ i を有する光で検出器(118)を照射し、少なくとも1つの第1検出器信号S 1,i を得る、ステップと; III. 少なくとも1つの第2光路(138)を介して、前記少なくとも1つの波長λ i を有する光で前記検出器(118)を照射し、少なくとも1つの第2信号S 2,i を得る、ステップと; IV. 前記第1検出器信号S 1,i 及び第2検出器信号S 2,i を使用することによって、少なくとも1つの初期較正情報項目c i,initial を決定する、ステップと、 を含む、方法。
  13. 分光計装置(112)を使用することによって、少なくとも1つの試料(114)の少なくとも1つの分光情報を決定する方法であって、前記分光計装置(112)は、キット(110)に関する請求項1または2に記載のキット(110)に含まれる分光計装置(112)であって、前記方法は: i 試料(114)を試料インターフェイス(134)に提供する、ステップと; ii 第1光路(136)を介して、少なくとも1つの波長λ i を有する光で検出器(118)を照射し、少なくとも1つの測定信号S sample,i を得る、ステップと; iii 第2光路(138)を介して、少なくとも1つの波長λ i を有する光で検出器(118)を照射し、少なくとも1つの基準信号S ref,i を得る、ステップと; iv 評価ユニット(123)を使用することによって検出器信号S sample,i を評価するステップであって、前記評価は、前記測定信号S sample,i 、前記基準信号S ref,i 、及び、請求項12に記載の分光計装置(112)を較正する方法を使用することによって決定される初期較正情報項目c i,initial 、を使用することによって前記試料(114)の分光情報を決定することを含む、ステップと、 を含む、方法。
  14. 分光計装置(112)を較正するためのコンピュータプログラムであって、プログラムがコンピュータまたはコンピュータネットワークによって実行されると、前記コンピュータまたはコンピュータネットワークに、分光計装置(112)を較正する方法に関する請求項12に記載の分光計装置(112)を較正する方法、及び/または、少なくとも1つの試料(114)の少なくとも1つの分光情報を決定する方法に関する請求項13に記載の少なくとも1つの試料(114)の少なくとも1つの分光情報を決定する方法を実行させる命令を含む、コンピュータプログラム。
  15. コンピュータ可読記憶媒体であって、命令がコンピュータまたはコンピュータネットワークによって実行されると、前記コンピュータまたはコンピュータネットワークに、分光計装置(112)を較正する方法に関する請求項12に記載の分光計装置(112)を較正する方法、及び/または、少なくとも1つの試料(114)の少なくとも1つの分光情報を決定する方法に関する請求項13に記載の少なくとも1つの試料(114)の少なくとも1つの分光情報を決定する方法を実行させる命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体。

Description

本発明は、少なくとも1つの試料に関する分光情報を取得するための少なくとも1つの分光計装置と少なくとも1つの外部較正ターゲットを含むキットと、分光計装置の較正方法と、ならびに分光計装置を用いて少なくとも1つの試料の少なくとも1つの分光情報を決定するための方法と、に関する。さらに、本発明は、分光計装置を較正するためのコンピュータプログラム及びコンピュータ可読記憶媒体に関する。このような方法及び装置は、一般に、特に、赤外(IR)スペクトル領域における、特に、近赤外(NIR)スペクトル領域における、及び可視(VIS)スペクトル領域における調査または監視目的に使用されることができる。しかし、さらなる応用が可能である。 一般に、分光計は、光を照射、反射及び/または吸収する際に、物体からのスペクトル光組成に関する情報を収集することが知られている。複数の分光計からのスペクトルを比較できるようにするために、分光計を較正する必要がある。一般的に分光計は、波長または波数の較正(例えば記録されたスペクトルのx軸較正)と、信号、反射率、透過率及び/または吸光度の較正(すなわち記録されたスペクトルのy軸較正)を必要とする。例えば、拡散反射型近赤外分光法の分野で一般的に必要とされる、反射測定における記録されたスペクトルのy軸の較正は、試料位置に配置される外部反射標準を用いる場合がある。あるいは、較正は、分光計の応答を較正するために分光計自体によって測定フィールド内へ自動移動される内部較正ターゲットを用いる場合がある。 しかしながら、モバイル分光法の分野では、外部較正標準及び/または可動式内部較正ターゲットの使用が不可能な場合がある。このため、試料位置に外部較正標準を配置し、及び/または可動式内部較正ターゲットの必要がない較正スキームが知られている。これらの較正スキームは内部較正経路を使用し得る。 US2021/063241A1は、光源;光源によって生成された光の第一部分を測定ターゲットに導くように構成された放出光学系;測定ターゲットからの光を受光するように構成された集光光学系;光源によって生成された光の第二部分をスペクトル基準に導くように構成された光導管;スペクトル基準;センサ;及びフィルタを含む光学測定装置を記載している。フィルタの第一部分は、集光光学系とセンサの第一部分との間に設けられることができる。フィルタの第二部分は、分光基準とセンサの第二部分との間に設けられることができる。 US2021/356322A1は、光センサの較正方法を記載しており、該方法は、光センサの内部光源がオフになっている間に、光センサの検出器を介して外部光源の第一特性を取得することと;内部光源を駆動することと;内部光源の駆動に基づいて、検出器を介して内部光源及び外部光源の第二特性を取得することと;第一特性と第二特性に基づいて、物体の吸光度を計算するための内部光源の基準特性を取得することと、を含む。 US2017/153142A1は分光計の方法及び装置を記載している。多くの場合、較正カバー、付属品、または分光計の1つ以上が、それぞれ一意の識別子及び対応する較正データに関連付けられている。一意の識別子に関連付けられた較正データは、個々の分光計装置で得られた物体の測定からスペクトル情報を決定するために使用されるデータベースに保存されることができる。 既知の方法及び装置によって達成された利点にもかかわらず、いくつかの技術的課題が残っている。一般に、分光計の較正は、すべての温度において定数ci=S1,i/S2,i=constを目標とし、ここでciは波長λiにおけるフィルタの較正係数を指す。較正定数ciが一定でない場合、分光計の較正は通常失敗する。内部較正経路を用いる較正スキームでは、較正係数は、一般的に温度に依存する光源ΦLightの分光放射束に依存する信号S1及びS2を用いて決定され得る。さらに、信号は、外部経路における外部反射ターゲットの反射率Rext、内部経路における内部反射ターゲットの反射率Rint、ならびに外部経路における光フィルタの透過率T2,filter及び内部経路における光フィルタの透過率T1,filterに依存し得る: したがって、光源ΦLightの分光放射束は、分光放射束が温度にともなって変化すると異なる重み付けがされる。この異なる重み付けは、Rext≠Rint及び/またはT1,filter≠T2,filterのいずれかの場合、較正係数cの変化を生じ得る。したがって、分光計に温度依存性光源を、入射角(AOI)依存性光フィルタと組み合わせて使用する場合、温度変化によって分光計の較正係数のドリフトが引き起こされる可能性がある。較正係数のドリフトは、具体的には内部経路と外部経路の光の比率の温度変化を含み得る。その結果、較正係数のドリフトは記録されるスペクトルの温度誘起ドリフトを引き起こす可能性がある。これは、光源の温度依存性がその放射スペクトル(emission spectrum)にわたって変動する場合に特に重大となり得る。 さらなる任意の特徴及び実施形態は、実施形態に続く説明において、好ましくは従属請求項と併せて、より詳細に開示される。そこでは、それぞれの任意の特徴は、当業者が理解するように、任意の実現可能な組み合わせだけでなく、独立した態様で実現されてよい。本発明の範囲は、好ましい実施形態によって制限されない。実施形態は、図に概略的に示されている。そこでは、これらの図中の同一の参照番号は、同一または機能的に同等の要素を指す。 図において: 少なくとも1つの試料に関する分光情報を取得するための少なくとも1つの分光計装置と少なくとも1つの外部較正ターゲットとを含むキットの実施形態を概略的に示す図である。 分光計装置を較正する方法の実施形態のフローチャートを示す図である。 分光計装置を使用することによって少なくとも1つの試料の少なくとも1つの分光情報を決定するための方法の実施形態のフローチャートを示す図である。 実施形態の詳細な説明 図1は、少なくとも1つの試料114に関する分光情報を取得するための少なくとも1つの分光計装置112を含むキット110の例示的な実施形態を概略的に示す。 分光計装置112は、具体的には近赤外分光計であり得る。キット110は、分光計装置112に加えて、少なくとも1つの外部較正ターゲット116を含む。図1に示されるように、分光計装置112に提供される物体は、試料114または外部較正ターゲット116のいずれかであり得る。外部較正ターゲット116は、反射率Rλ,extを有する。 分光計装置112は、試料(例えば、分光計装置112で分析される試料114、または試料インターフェイス134によって試料として保持される外部較正ターゲット116)からの検出光120を検出するための少なくとも1つの検出器118を備える。分光計装置112はさらに、反射率Rλ,intを有する少なくとも1つの内部較正ターゲット122を備える。図1に示されるように、検出器118によって検出される検出光120は、試料114によって反射された検出光120、外部較正ターゲット116によって反射された検出光120、及び/または内部較正ターゲット122によって反射された検出光120を含むことができる。検出器118は、単一の光感受性素子(optically sensitive element)もしくは領域(area)、または複数の光感受性素子もしくは領域(図示せず)を備えてよい。具体的には、検出器118は、少なくとも1つの検出器アレイ、より具体的には感光素子のアレイであるか、またはそれらを備えてよい。各感光素子は、入射光の強度に応じて電気信号を生成するように適合された(adapted)少なくとも1つの光感受性領域(photosensitive area)を備えることができ、この電気信号は特に評価ユニット123に提供され得る。分光計装置112は、具体的には、検出器118によって生成された少なくとも1つの検出器信号を評価し、検出器信号を用いて試料114に関する分光情報を決定するための、少なくとも1つの評価ユニット123を備えることができる。 分光計装置112はさらに、少なくとも1つの選択された波長範囲内の入射光を検出器118に転送するように構成された少なくとも1つの光フィルタ124を備える。図1に示されるように、光フィルタ124は、例えば光フィルタ124を検出器118上に配置することによるなど、検出器118に隣接して配置され得る。光フィルタ124は、例として、少なくとも1つの狭帯域通過フィルタ126、より具体的には狭帯域通過フィルタ126のセットを含むことができる。狭帯域通過フィルタ126は、例えば10から100nmの波長範囲、具体的には10から50nmの波長範囲、より具体的には20nmの幅を有する波長範囲、最も具体的には15nmの幅を有する波長範囲など、狭く選択された波長範囲内の光のみを透過するように構成されている。例えば、狭帯域通過フィルタ126のセットにおいて、各狭帯域通過フィルタ126は、互いに少なくとも部分的に異なる狭帯域選択波長範囲を有し得る。 分光計装置112はさらに、少なくとも1つの光スペクトル範囲の照射光130を放出するように構成された少なくとも1つの光源128を備える。例えば、光源128は、少なくとも1つの発光ダイオード(LED)132を含むことができる。図1の例において、照射光130は、少なくとも部分的に近赤外スペクトル範囲に位置する光スペクトル範囲を有することができる。分光計装置112は、照射光130が、試料インターフェイス134によって保持される試料、例えば、試料114または外部較正ターゲット116を照射することを可能にするように構成され、及び、試料から、例えば試料114から、または外部較正ターゲット116から、の光が光フィルタ124を介して検出器118に伝播することを可能にするように構成された、少なくとも1つの試料インターフェイス134を有している。 図1に示されるように、分光計装置112は、少なくとも1つの第1光路136を備える。第1光路136は、照射光130が試料インターフェイス134を少なくとも1回通過することによって、光フィルタ124を介して検出器118に伝播できるように構成されている。分光計装置112はさらに、少なくとも1つの第2光路138を備える。第2光路138は、照射光130が、内部較正ターゲット122と少なくとも1回相互作用することによって、光フィルタ124を介して検出器118に伝播できるように構成されている。図1に示されるように、内部較正ターゲット122は分光計装置112の第2光路138内に配置され得る。 分光計装置112は、外部較正ターゲット116を試料インターフェイス134によって保持される試料として使用することにより、第2光路138の少なくとも1つの初期較正を実行するように構成されている。外部較正ターゲット116の反射率Rλ,extと内部較正ターゲット122の反射率Rλ,intは、互いに比例関係であり、 ここで、aは定数である。 外部較正ターゲット116の反射率Rλ,ext及び内部較正ターゲット122の反射率Rλ,intは、選択された波長範囲内の各波長において互いに比例関係にあり得る。例えば、外部較正ターゲット116は、400nmから1500nmの範囲で99%超(>99%)の反射率、250nmから2500nmの範囲で95%超(>95%)の反射率を有する標準化された拡散反射ターゲットを含むことができる。内部較正ターゲット122は、外部較正ターゲット116の反射率をエミュレートするように設計されてよい。追加的にまたは代替的に、外部較正ターゲット1