用于最終使用者食品分析的低成本光譜測定系統的制作方法

用于最終使用者食品分析的低成本光譜測定系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種緊湊型光譜儀，其適合于在諸如蜂窩電話等移動設備中使用。在優選實施方式中，該光譜儀包括濾光器、至少一個傅立葉變換聚焦元件、微透鏡陣列和檢測器，但是不使用任何色散元件。本發明還公開了將該光譜儀用作最終使用者設備以供特別是通過與可由設備的所有使用者訪問的可更新數據庫進行對比來進行對食品質量的現場確定的方法。
【專利說明】用于最終使用者食品分析的低成本光譜測定系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及低成本光譜測定系統。特別地，其涉及不使用光柵但具有足夠的靈敏度和分辨率以對個人消費者所擁有的物質(包括復雜混合物)特別是食物進行光譜分析一特別是經由分布式網絡進行上述分析的系統。
【背景技術】
[0002]食品安全是消費者存在已久的問題。即使特定商品在其運輸到銷售點時或者即使在最終使用者獲得它時是新鮮的，也不能保證其在實際使用時的新鮮度和安全性。因此，使最終使用者能夠在正要食用之前對食物進行污染物檢查的方法對消費者將會是非常有益的。非侵入性方法，即，不涉及移除或破壞被測試食品的一部分的方法將會是理想的，原因在于這樣的方法將會提供易用性，并從而提供較高的使用可能性。
[0003]用于確定食品安全性的光譜方法滿足非侵入性和原則上易于使用的要求。在最終使用者對此類方法的使用可以變得平常之前，有兩個主要障礙需要克服。第一是提供適當的光譜儀的必要性。圖1示出了本領域中已知的典型光譜儀10的設計。光105通過狹縫100進入，從第一反光鏡101反射到諸如光柵(103)等色散元件上，該色散元件將光導向到第二反光鏡102上。因為光根據其波長而由元件103所色散，所以光譜儀的傳感器104的每個像素將受到特定波長的照射。使用這種設計的光譜儀是復雜的，要求精確對準，難以裝配，并且在其微型化的能力方面受到限制。
[0004]相比之下，適合于日常消費者使用的光譜儀必須小型、耐用、易于使用，并且能夠提供可對被測試食品的組分做出有意義的結論的足夠質量和分辨率的光譜。第二個障礙是食品及其污染物一般不是單一物質，而是本身往往具有復雜光譜的物質的復雜混合物。因此，為了使這樣的最終使用者系統有用，其必須包含用于對所獲得的往往是復雜的光譜進行實時分析的裝置。
[0005]開發這樣的光譜系統對最終使用者確定食品安全性而言將是一個福音，而同時它的用處遠超過如此有限的用途。例如，其可用于環境污染物檢測、爆炸物或化學制劑或生物制劑遠程檢測或者患者狀況(例如，血氧水平或血糖水平)遠程診斷或監測等不同的應用。
[0006]因此，已經有相當大的努力致力于開發緊湊型光譜測定系統來滿足這些需求。在此給出本領域中已知的緊湊型光譜測定系統的一些示例。
[0007]第7262839號美國專利公開了一種緊湊型雙折射干涉成像光譜儀。該光譜儀包含用作可調濾光器的至少一個液晶盒或微機械法布里-珀羅(Fabry-Pe1t)系統。在一些實施方式中，可以設計液晶盒以創造出一系列帶通區。調諧不同的波長跨過二維檢測器的χ-y像場，從而能夠收集波長分辨的或空間分辨的光譜數據。
[0008]第7420663號美國專利公開了一種集成到諸如移動電話等移動通信設備中的便攜式光譜感測設備。光譜儀使用與位于移動通信設備中的相機相關聯的傳感器作為檢測器，并且其與移動設備的連接允許將由此獲得的光譜信息上傳到遠程位置。所公開的光譜感測設備基于諸如光柵或棱鏡等色散元件，隨之而來具有這樣的設備的所有缺點。[0009]第2010/0201979號美國專利申請公開了一種用于進行光譜-空間映射的系統和方法。該文所公開的系統使用柱形光束體全息圖(cylindrical beam volume hologram,CVBH)來對光加以色散，以代替諸如棱鏡或光柵等色散元件。該設計具有不需要狹縫或光柵的優點，但會遭受低光通量和小光譜范圍的缺點。此外，CVBH元件的費用妨礙了其在針對消費者的光譜儀中的使用。
[0010]第2010/0309454號美國專利申請公開了一種集成到無線通信設備中的便攜式光譜儀。該文所公開的光譜儀不僅依賴于色散元件，而且系統本身還要求使用接附到無線通信設備的光纖線纜以將光傳輸到光譜儀，因而進一步限制了易用性并增加了系統的成本。
[0011]因此，能夠集成到諸如蜂窩電話等消費者設備，而同時足夠耐用且成本低廉從而對于最終使用者對可疑物品進行光譜測量而言有實用性的緊湊型光譜儀系統，以及通過其能夠對這樣的光譜儀系統所獲得的光譜(特別是諸如食物等復雜混合物的光譜)進行分析并估計污染的可能性的便利方法仍然是長期渴望而尚未滿足的需求。

【發明內容】

[0012]本文所公開的緊湊型光譜儀系統和方法被設計用于滿足這一長期需求。公開了一種不具有色散元件或移動部件的低成本、耐用的光譜儀，連同使用經由可持續更新的數據庫的云計算來分析由光譜儀獲得的數據并將分析結果返回給使用者的方法。本文所公開的光譜儀系統具有基本上筆直的光軸，并且在優選實施方式中除了檢測器之外包含不多于
2-4個元件。元件之間所要求的對準精度相對于圖1中所圖示類型的光譜儀的對準精度非常低。筆直的光軸和小的傳感器尺寸能夠生產如下的光譜儀:該光譜儀足夠小且足夠經濟以裝配在諸如蜂窩電話等設備中，且還具有足夠的靈敏度和分辨率(典型地〈lOcnT1)以獲得諸如食物等復雜混合物的有用光譜。
[0013]因此，本發明的一個目的是公開一種用于獲得樣品的光譜的緊湊型光譜儀系統，該系統包括(a)用于檢測從所述樣品發出的光的光學檢測器；(b)位于所述樣品與所述檢測器之間的光學濾光器；以及(C)第一傅立葉變換聚焦元件，其中所述緊湊型光譜儀系統不含有任何色散光學兀件。
[0014]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器為不可調濾光器。
[0015]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述第一傅立葉變換聚焦元件安設在所述光學濾光器與所述光學檢測器之間，使得穿過所述光學濾光器的光由所述至少一個聚焦元件色散到所述檢測器的光敏感表面上。
[0016]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器的中心波長隨著射到其上的光的入射角而變化。
[0017]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含具有不同的中心波長的多個子濾光器。
[0018]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含基本上平行的多個條帶，所述多個條帶中的每個都包含子濾光器。
[0019]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含基本上為矩形的多個區域，所述多個區域中的每個都包含子濾光器。[0020]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器選自(a)法布里-珀羅濾光器、(b)薄膜濾光器和(C)干涉濾光器。
[0021]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述第一傅立葉變換聚焦元件為平凸透鏡，該平凸透鏡安設成使得其平坦面面向所述光學檢測器并且其曲面面向所述光學濾光器。
[0022]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括第二傅立葉變換聚焦元件。
[0023]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述傅立葉變換聚焦元件為平凸柱面透鏡，所述平凸柱面透鏡安設成使得每個透鏡的平坦面面向所述光學檢測器，每個透鏡的曲面面向所述光學濾光器，兩個透鏡的焦線沿著χ-y平面內的不同軸線定向，并且所述傅立葉變換聚焦元件的焦平面基本上重合。
[0024]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述傅立葉變換聚焦元件的焦平面與所述光學檢測器的光敏感表面基本上重合。
[0025]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述傅立葉變換聚焦元件的焦線垂直。
[0026]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括微透鏡陣列。
[0027]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述微透鏡陣列位于所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面內。
[0028]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述檢測器位于基本上垂直于光軸的平面處，使得微透鏡在所述光學檢測器上形成所述光學濾光器的多個圖像。
[0029]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含具有不同的中心波長的多個子濾光器。
[0030]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括第二傅立葉變換聚焦元件，其中所述微透鏡陣列包含柱面透鏡陣列，并且位于兩個所述聚焦元件中的第一個的焦平面處，并且所述光學檢測器位于兩個所述聚焦元件中的第二個的焦平面處。
[0031]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括安設在所述樣品與所述光學濾光器之間的漫射器。
[0032]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述第一傅立葉變換聚焦元件為選自(a)平凸透鏡、(b)雙凸透鏡和(C)非球面透鏡之中的透鏡，并且進一步地，其中所述光學濾光器位于所述第一傅立葉變換聚焦元件與所述樣品之間。
[0033]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含具有不同的中心波長的多個子濾光器。
[0034]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述多個子濾光器圍繞中心點徑向地安設。
[0035]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器緊靠所述光學檢測器。[0036]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學檢測器為二維圖像傳感器。
[0037]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括適于照射所述樣品的光源。
[0038]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光源為激光器。
[0039]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光源為發光二極管。
[0040]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括聚焦系統，該聚焦系統適于將來自所述光源的光聚焦在相對于所述樣品的預定位置。
[0041]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統為自動聚焦系統。
[0042]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統控制將所述光源所產生的光聚焦到所述樣品上的透鏡的位置。
[0043]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統控制將所述光源所產生的光聚焦到所述樣品上的透鏡的光學性質。
[0044]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統包含音圈馬達。
[0045]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統包含壓電馬達。
[0046]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統包含微電機系統(MEMS)馬達。
[0047]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中從所述樣品發出的所述光包含在照射時由所述樣品散射的光。
[0048]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述光譜選自(a)分子振動光譜、(b)分子旋轉光譜和(C)電子光譜。在所述緊湊型光譜儀系統的一些優選實施方式中，光譜為拉曼光譜。
[0049]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括第二光學濾光器。
[0050]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中在照射時從所述樣品散射的所述光包含在照射時由所述樣品反射的光。
[0051]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中從所述樣品發出的所述光包含由從所述樣品發出的熒光所產生的光。
[0052]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括用于與通信網絡通信的裝置。
[0053]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述通信網絡為無線通信網絡。
[0054]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述緊湊型光譜儀系統封裝在與所述通信網絡相關聯的移動通信設備內。
[0055]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述移動通信設備為蜂窩電話。
[0056]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括與所述通信網絡通信的光譜信息數據庫。
[0057]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述數據庫可實時地持續更新。
[0058]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括本地數字處理器。
[0059]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述本地數字處理器被編程用于執行選自(a)用于操作所述緊湊型光譜儀系統的算法；(b)用于處理所述緊湊型光譜儀系統所獲得的原始光譜數據的算法；(C)用于將所述緊湊型光譜儀系統所獲得的數據與存儲在數據庫中的數據進行對比的算法；和(C)用于將所述緊湊型光譜儀系統所獲得的光譜數據傳輸至遠程服務器的算法之中的至少一個算法。
[0060]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括本地存儲器。
[0061]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述本地存儲器選自(a)固定存儲器和(b)易失性存儲器。
[0062]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括存儲在所述本地存儲器內的光譜信息的本地數據庫。
[0063]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述緊湊型光譜儀系統并入到烤箱中。
[0064]本發明的進一步目的是公開這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述烤箱為微波爐。
[0065]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述緊湊型光譜儀系統并入到冰箱中。
[0066]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括用于確定所述光譜儀系統的位置的GPS定位裝置。
[0067]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的緊湊型光譜儀系統，其中所述樣品包括食品。
[0068]本發明的進一步目的是公開一種不使用色散光學器件而獲得樣品的光譜的方法，其中所述方法包括:提供樣品；使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上，該光學濾光器的中心波長取決于射到其上的光的入射角；使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件；將光強測量為預定平面P1中的位置的函數；以及將作為所述平面P1中的位置的函數的光強轉換為光譜。
[0069]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述測量光強作為預定平面P1中的位置的函數的步驟包括將光強測量為與所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面基本上重合的平面中的位置的函數。
[0070]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中所述使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上的步驟先于所述使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件的步驟，從而將穿過所述光學濾光器的光根據其波長進行角度編碼，以及由所述傅立葉變換聚焦元件對所述光進行變換以對其空間編碼。[0071]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中所述使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件的步驟先于所述使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上的步驟。
[0072]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其進一步包括在所述預定平面P1中放置圖像傳感器的步驟，該圖像傳感器適于將射到所述圖像傳感器上的光強測量為位置的函數。
[0073]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中所述使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件的步驟包括使所述光傳到平凸透鏡的步驟，該平凸透鏡的曲面面向所述光學濾光器。
[0074]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中所述使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上的步驟包括使從所述樣品發出的光射到包含多個子濾光器的光學濾光器上的步驟。
[0075]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其進一步包括在預定平面P2中放置微透鏡陣列，所述預定平面P2定向成使得每個微透鏡都對形成于所述平面P2處的光學傅立葉變換進行采樣，從而在預定平面P3處創建所述光學濾光器的孔徑的微像，并且從而根據到達所述微透鏡的特定子濾光器處的光的原點來分解所述光學傅立葉變換的采樣點。
[0076]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述預定平面P2與所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面基本上相同。
[0077]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其進一步包括放置圖像傳感器的步驟，該圖像傳感器適于將射到所述圖像傳感器上的光強測量為所述預定平面P3中的位置的函數。
[0078]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其進一步包括沿著單一軸線放置所述多個子濾光器并使所述經角度編碼的光穿過第二傅立葉變換聚焦元件，該第二傅立葉變換聚焦元件安設成使得由所述第二傅立葉變換聚焦元件所產生的經空間編碼的光相對于由所述第一傅立葉變換聚焦元件所產生的經空間編碼的光的定向成角度地編碼，并且使得所述第二傅立葉變換聚焦元件的焦平面與所述預定平面P3基本上相同；其中所述在所述第一傅立葉變換聚焦元件與所述預定平面P3之間放置微透鏡陣列的步驟進一步包括放置包含柱面微透鏡的微透鏡陣列，所述柱面微透鏡安設成使得穿過所述微透鏡陣列的光沿著與所述單一軸線平行的軸線被置于所述平面中。
[0079]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述使所述經角度編碼的光傳到第一傅立葉變換聚焦元件的步驟包括使所述經角度編碼的光傳到第一平凸柱面透鏡的步驟，所述第一平凸柱面透鏡的曲面面向所述光學濾光器，并且所述使所述經角度編碼的光穿過第二傅立葉變換聚焦元件的步驟包括使所述經角度編碼的光傳到第二平凸柱面透鏡的步驟，該第二平凸柱面透鏡的曲面面向所述光學濾光器。
[0080]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其進一步包括將所述微透鏡陣列放置在所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面中；以及將所述光學檢測器放置在所述第二傅立葉變換聚焦元件的焦平面中。
[0081]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其進一步包括使所述光穿過漫射器。[0082]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其進一步包括用光源來照射所述樣品。
[0083]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述照射所述樣品的步驟包括用選自激光器和發光二極管的光源來照射所述樣品。
[0084]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中所述光譜選自(a)分子振動光譜、(b)分子旋轉光譜和(C)電子光譜。在所述方法的一些優選實施方式中，光譜為熒光光譜。在所述方法的一些優選實施方式中，光譜為拉曼光譜。
[0085]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中所述光譜為熒光光譜。
[0086]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其進一步包括從熒光信號分離拉曼信號的步驟。
[0087]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其進一步包括將從所述光源發出的光聚焦到相對于所述樣品的預定位置的步驟。
[0088]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述聚焦從所述光源發出的光的步驟包括使用自動聚焦系統來聚焦從所述光源發出的光的步驟。
[0089]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述使用自動聚焦系統來聚焦從所述光源發出的光的步驟進一步包括實時地分析由所述光譜儀獲得的信號；以及相應地命令所述自動聚焦系統以便將所述光聚焦到在樣品處的最佳信號提取點。
[0090]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其進一步包括通過與光譜信息數據庫進行對比來分析所獲得的光譜。
[0091]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述分析步驟包括選自(a)將所述光譜與光譜數據庫中的光譜進行對比；(b)通過使用主成分分析將所述光譜與光譜數據庫中的光譜進行對比；(C)通過使用偏最小二乘分析將所述光譜與光譜數據庫中的光譜進行對比；以及(d)通過使用神經網絡算法將所述光譜與光譜數據庫中的光譜進行對比之中的至少一個步驟。
[0092]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其進一步包括將所述光譜添加到所述光譜數據庫。
[0093]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其進一步包括將所述光譜傳輸到遠程處理單元；使用所述遠程處理單元來進行所述分析步驟；以及將所述分析步驟的結果傳輸到使用者。
[0094]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述傳輸步驟通過在無線網絡上傳輸來進行。
[0095]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其進一步包括對在所述轉換作為所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面中的位置的函數的光強的步驟中獲得的所述光譜進行初步分析。
[0096]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述對所述光譜進行初步分析的步驟使用本地處理單元來進行。
[0097]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述對所述光譜進行初步分析的步驟遠程地進行。[0098]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述對所述光譜進行初步分析的步驟進一步包括選自(a)對多個獨立的測量求平均；(b)補償光學像差和(C)使用降噪算法來降低檢測器噪聲之中的至少一個步驟。
[0099]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其進一步包括向預定遠程位置傳輸獲得所述光譜的位置的步驟。
[0100]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，所述向預定遠程位置傳輸獲得所述光譜的位置的步驟進一步包括通過使用GPS來確定所述光譜所在的位置的步驟。
[0101]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中通過使用全都安設在移動通信設備內或移動通信設備上的光學元件來進行以下的所述步驟:使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上，該光學濾光器的中心波長取決于射到其上的光的入射角；使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件；以及將光強測量為所述平面P1中的位置的函數。
[0102]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述移動通信設備為蜂窩電話。
[0103]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中通過使用全都安設在烤箱內或烤箱上的光學元件來進行以下的所述步驟:使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上，該光學濾光器的中心波長取決于射到其上的光的入射角；使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件；以及將光強測量為所述平面P1中的位置的函數。
[0104]本發明的進一步目的是公開這樣的方法，其中所述烤箱為微波爐。
[0105]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中通過使用全都安設在冰箱內或冰箱上的光學元件來進行以下的所述步驟:使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上，該光學濾光器的中心波長取決于射到其上的光的入射角；使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件；以及將光強測量為所述平面P1中的位置的函數。
[0106]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中所述樣品包括食品O
[0107]本發明的進一步目的是公開如上述任何一項中所限定的這樣的方法，其中所述樣品包括藥物。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0108]現在將參考附圖來描述本發明，其中:
[0109]圖1呈現了根據本領域中已知的基于光柵的光譜儀的示意圖；
[0110]圖2呈現了本文所公開的緊湊型光譜儀系統的幾個非限制性實施方式的光學布局的不意圖；
[0111]圖3呈現了在根據本文所公開的緊湊型光譜儀系統的一個實施方式的檢測器上的光的色散的示意性圖示；
[0112]圖4呈現了用于在本文所公開的緊湊型光譜儀系統中使用的、包含多個子濾光器的光學濾光器的幾個實施方式的不意性圖不;
[0113]圖5呈現了本文所公開的本發明的非限制性實施方式中提取傅立葉圖像的示意性圖示；[0114]圖6呈現了合并有本文所公開的本發明的緊湊型光譜儀的框圖；以及
[0115]圖7呈現了本文所公開的本發明與通信網絡的連接的一個實施方式的框圖。
【具體實施方式】
[0116]在下文描述中，將會描述本發明的各個方面。為了解釋目的而闡述了具體細節，以便提供對本發明的透徹理解。對于本領域技術人員將會顯而易見的是，存在本發明的其他實施方式，這些實施方式在不影響其本質屬性的情況下在細節上有所不同。因此，本發明不受到圖中所圖示的和說明書中所描述的內容限制，而是僅如所附的權利要求中所指示的，僅由所述權利要求的最寬泛的解釋來確定適當的保護范圍。
[0117]如本文關于光學組件所使用，術語“色散”用來描述被設計用于在空間中根據光的波長來對光加以導向，從而將多色光束的不同波長成分在空間上分開的組件。根據這一定義的“色散”光學元件的非限制性示例包括衍射光柵和棱鏡。該術語明確排除由于諸如色差等非理想因素而使光色散的諸如透鏡等元件，或者根據入射輻射的角度而具有不同的透射分布的諸如干涉濾光器等元件。
[0118]現參考圖2A，其圖示了本文所公開的緊湊型光譜儀系統20的一個非限制性實施方式。該系統包括光學濾光器200、第一傅立葉變換聚焦元件201和檢測器204。在本發明的優選實施方式中，第一傅立葉變換聚焦元件201為平凸透鏡，其定向成使得凸面面向光學濾光器。檢測器位于預定平面P1中，該預定平面P1在本發明的優選實施方式中為第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面。
[0119]光學濾光器200可為本領域中已知的任何類型。合適的光學濾光器的非限制性示例包括法布里-珀羅(FP)共振器、級聯FP共振器和干涉濾光器。在圖2A中所示的盡可能簡單布置的典型實施方式中，可以使用具有在通帶之外的寬阻擋范圍(至少200nm)的窄帶通濾光器1cnT1)。在優選實施方式中，濾光器的中心波長(CWL)隨著射在其上的光的入射角而變化。
[0120]檢測器204可為本領域中已知的能夠檢測感興趣的波長范圍內的光的任何合適的類型；根據獲得的光譜的性質和被測試樣品的特定光譜特性，本文所公開的緊湊型光譜儀系統可在從UV到IR范圍內使用。如將在下文中解釋，因為通過將光強測量為預定平面(例如，第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面)中的位置的函數來獲得光譜，所以在本發明的優選實施方式中使用能夠將強度測量為位置的函數的檢測器(例如，陣列檢測器或二維圖像傳感器)。
[0121 ] 緊湊型光譜儀20的基本操作原理如下。光205射到光學濾光器200上。假設光205在光學濾光器的區域(在本發明的典型實施方式中，入口孔徑具有Imm2數量級的面積)上大致為空間不變的，并且假設光以足夠寬的傳播角范圍射到濾光器上一這兩者都是合理
的假設-則穿過濾光器的光在穿過光學濾光器之后被角度編碼(angularly encoded)。
第一傅立葉變換聚焦元件(201)對經角度編碼的光(近似地)進行空間傅立葉變換，從而將其變換為空間編碼光譜。也就是說，傳感器所記錄的作為傳感器上的位置(像素數)的函數的光強與對應于該位置的光的波長下的強度相關。
[0122]現參考圖3，其針對下述實施方式圖示了光在檢測器204上的色散，在該實施方式中，檢測器為位于平面P1中的2-D圖像傳感器，該平面P1與第一傅立葉變換聚焦元件201的焦平面基本上重合，并且第一傅立葉變換聚焦元件為具有徑向對稱性的透鏡。如圖中可見，不同波長(λρ λ2、λ3、入4等)的光將會作為與波長成比例的不同半徑的一系列圓到達檢測器。一般而言，波長與對應的圓的半徑之間的關系將不會為線性。
[0123]在其中從樣品發出的光未充分漫射的實施方式中，在光學濾光器的前面放置漫射器。現參考圖2Β，其圖示了合并有漫射器的緊湊型光譜儀系統20的典型實施方式。平行(或部分平行光)206射在漫射器上，該漫射器繼而產生漫射光205，該漫射光205繼而射在光學濾光器200上。
[0124]如圖2Α中所示那樣，使用單一濾光器可能會限制可用于光譜儀的光譜范圍。例如，如果光的入射角大于30°，則由于大角度下的透鏡像差和檢測器效率降低，系統將可能不會產生足夠強度的信號。對于30°的角度范圍和?850nm的光學濾光器CWL，可用于光譜儀的光譜范圍將為?35nm。該范圍對于諸如拉曼光譜法等許多應用而言是不夠的。在具有更大光譜范圍的實施方式中，使用實際上包括多個子濾光器的光學濾光器，其中每個子濾光器具有不同的CWL并從而覆蓋光學光譜的不同部分。
[0125]現參考圖4A和圖4B，其示出了包含多個子濾光器的光學濾光器的兩個非限制性實施方式。圖4A示出了其中子濾光器(在所示實施方式中是8個)沿著單一軸線布置的光學濾光器，而圖4B示出了其中子濾光器(在所示實施方式中是9個)在兩個維度上平鋪的光學濾光器。
[0126]根據子濾光器的數目，可進入光譜儀的波長范圍能達到幾百納米。在使用多個子濾光器的情況下，形成于像平面處的近似傅立葉變換(即，每個子濾光器一個)重疊，并且在檢測器的任何特定像素處獲得的信號通常是由不同的傅立葉變換的混合所產生的。
[0127]為了將來源于不同的子濾光器的信號分開，在預定平面P2中放置微透鏡陣列，該預定平面P2位于第一傅立葉變換聚焦元件與檢測器之間。這樣的微透鏡陣列是本領域中所熟知的，例如，全光相機中的微透鏡陣列。在優選實施方式中，微透鏡陣列平面P2與第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面基本上重合，并且檢測器平面P3與包括由微透鏡陣列創建的光學濾光器的圖像的平面基本上重合。現參考圖2C，其示意性地示出了合并有微透鏡陣列203的緊湊型光譜儀20的實施方式的光學布局，該微透鏡陣列203安設成使得其處于第一傅立葉變換聚焦元件201的焦平面內，并且使得檢測器204位于包括由微透鏡陣列創建的光學濾光器的圖像的平面內。
[0128]在這些實施方式中，每個微透鏡因此起到“超級像素(super-pixel)”的作用，該“超級像素”將射到其上的光分離成對應于由多個子濾光器所產生的多個傅立葉變換的成分。每個微透鏡在檢測器上創建出光學濾光器的孔徑的圖像。由此形成的“微像”代表對于從透鏡孔徑(即，光學濾光器)的每個部分到由微透鏡所覆蓋的“超級像素”的信號的貢獻。現參考圖5，其圖示了由微透鏡陣列將信號分解成分離的傅立葉變換信號。每個微透鏡對整體傅立葉圖像進行采樣，繼而根據在光學濾光器200處的信號原點來對每個樣本進行分解，從而能夠提取每個子濾光器的傅立葉圖像。
[0129]在圖5中所圖示的特定實施方式中，光學濾光器200包含沿著單一軸線對準的多個子濾光器。從所述子濾光器中的三個子濾光器(圖中指示為2100、2200和2300)射到傅立葉變換聚焦元件上的光導致三個不同的信號(相應地為210、220和230)，這三個不同的信號由微透鏡陣列色散(disperse)在檢測器上。微透鏡陣列安設成使得光沿著與子濾光器所對準的軸線平行的軸線色散在檢測器上。
[0130]現參考圖2D，其圖示了包括柱面微透鏡陣列的緊湊型光譜儀系統200的優選實施方式的光學布局。在這些實施方式中，在第一傅立葉變換聚焦元件與微透鏡陣列之間放置第二傅立葉變換聚焦元件202 (在優選實施方式中，兩個傅立葉變換聚焦元件均為具有面向檢測器的凸面的平凸柱面透鏡)。第二傅立葉變換聚焦元件202定向成使得其焦線不與第一傅立葉變換聚焦元件的焦線對準。在優選實施方式中，兩個焦線是垂直的。第二傅立葉變換聚焦元件放置成使得檢測器處于其焦平面內。
[0131]表1提供了對典型實施方式中的緊湊型光譜儀系統的組件的特性的總結。要注意的是，在優選實施方式中，傅立葉變換透鏡和微透鏡的F數(f-number)是相同的。該實施方式的波長分辨率<10cm 1O
表1
【權利要求】
1.一種用于獲得樣品的光譜的緊湊型光譜儀系統，包括: 光學檢測器，用于檢測從所述樣品發出的光； 光學濾光器，位于所述樣品與所述檢測器之間；以及 第一傅立葉變換聚焦元件； 其中所述緊湊型光譜儀系統不含有任何色散光學元件。
2.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器為不可調濾光器。
3.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述第一傅立葉變換聚焦元件安設在所述光學濾光器與所述光學檢測器之間，使得穿過所述光學濾光器的光由所述至少一個聚焦元件色散到所述檢測器的光敏感表面上。
4.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器的中心波長隨著射到其上的光的入射角而變化。
5.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含具有不同中心波長的多個子濾光器。
6.根據權利要求5所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含基本上平行的多個條帶，所述多個條帶中的每個都包含子濾光器。
7.根據權利要求5所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含基本上為矩形的多個區域，所述多個區域中的每個都包含子濾光器。
8.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器選自(a)法布里-珀羅濾光器、(b)薄膜濾光器和(c)干涉濾光器。
9.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述第一傅立葉變換聚焦元件為平凸透鏡，其安設成使得其平坦面面向所述光學檢測器而其曲面面向所述光學濾光器。
10.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括第二傅立葉變換聚焦元件。
11.根據權利要求10所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述傅立葉變換聚焦元件為平凸柱面透鏡，其安設成使得: 每個透鏡的平坦面面向所述光學檢測器； 每個透鏡的曲面面向所述光學濾光器； 兩個透鏡的焦線沿著x-y平面中的不同軸線定向；并且 所述傅立葉變換聚焦元件的焦平面基本上重合。
12.根據權利要求11所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述傅立葉變換聚焦元件的焦平面與所述光學檢測器的光敏感表面基本上重合。
13.根據權利要求11所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述傅立葉變換聚焦元件的焦線垂直。
14.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其進一步包括微透鏡陣列。
15.根據權利要求14所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述微透鏡陣列位于所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面中。
16.根據權利要求14所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述檢測器位于基本上垂直于光軸的平面處，使得所述微透鏡在所述光學檢測器上形成所述光學濾光器的多個圖像。
17.根據權利要求14所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含具有不同中心波長的多個子濾光器。
18.根據權利要求14所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括第二傅立葉變換聚焦元件，其中所述微透鏡陣列包括柱面透鏡陣列，并且位于兩個所述聚焦元件中的第一個的焦平面處，而所述光學檢測器位于兩個所述聚焦元件中的第二個的焦平面處。
19.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括安設在所述樣品與所述光學濾光器之間的漫射器。
20.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述第一傅立葉變換聚焦元件為選自(a)平凸透鏡、(b)雙凸透鏡和(C)非球面透鏡之中的透鏡，并且進一步地，其中所述光學濾光器位于所述第一傅立葉變換聚焦元件與所述樣品之間。
21.根據權利要求20 所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器包含具有不同中心波長的多個子濾光器。
22.根據權利要求21所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述多個子濾光器圍繞中心點徑向地安設。
23.根據權利要求20所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學濾光器緊靠所述光學檢測器。
24.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光學檢測器為二維圖像傳感器。
25.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括光源，所述光源適于照射所述樣品。
26.根據權利要求25所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光源為激光器。
27.根據權利要求25所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光源為發光二極管。
28.根據權利要求25所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括聚焦系統，所述聚焦系統適于將來自所述光源的光聚焦在相對于所述樣品的預定位置。
29.根據權利要求28所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統為自動聚焦系統。
30.根據權利要求28所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統控制將所述光源所產生的光聚焦到所述樣品上的透鏡的位置。
31.根據權利要求28所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統控制將所述光源所產生的光聚焦到所述樣品上的透鏡的光學性質。
32.根據權利要求28所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統包含音圈馬達。
33.根據權利要求28所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統包含壓電馬達。
34.根據權利要求28所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述聚焦系統包含微電機系統(MEMS)馬達。
35.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中從所述樣品發出的所述光包含在照射時由所述樣品散射的光。
36.根據權利要求35所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光譜選自(a)分子振動光譜、(b)分子旋轉光譜和(C)電子光譜。
37.根據權利要求36所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述光譜為拉曼光譜。
38.根據權利要求35所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括第二光學濾光器。
39.根據權利要求35所述的緊湊型光譜儀系統，其中在照射時從所述樣品散射的所述光包含在照射時由所述樣品反射的光。
40.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中從所述樣品發出的所述光包含由從所述樣品發出的熒光所產生的光。
41.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括用于與通信網絡通信的裝置。
42.根據權利要求41所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述通信網絡為無線通信網絡。
43.根據權利要求41所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述緊湊型光譜儀系統封裝在與所述通信網絡相關聯的移動通信設備內。
44.根據權利要求43所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述移動通信設備為蜂窩電話。
45.根據權利要求41所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括與所述通信網絡通信的光譜信息數據庫。
46.根據權利要求45所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述數據庫可實時地持續更新。
47.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括本地數字處理器。
48.根據權利要求47所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述本地數字處理器被編程用于執行選自(a)用于操作所述緊湊型光譜儀系統的算法；(b)用于處理所述緊湊型光譜儀系統所獲得的原始光譜數據的算法；(c)用于將所述緊湊型光譜儀系統所獲得的數據與存儲在數據庫中的數據進行對 比的算法；和(c)用于將所述緊湊型光譜儀系統所獲得的光譜數據傳輸至遠程服務器的算法之中的至少一個算法。
49.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括本地存儲器。
50.根據權利要求49所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述本地存儲器選自(a)固定存儲器和(b)易失性存儲器。
51.根據權利要求49所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括存儲在所述本地存儲器內的光譜信息的本地數據庫。
52.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述緊湊型光譜儀系統并入到烤箱中。
53.根據權利要求52所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述烤箱為微波爐。
54.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述緊湊型光譜儀系統并入到冰箱中。
55.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，進一步包括用于確定所述光譜儀系統的位置的GPS定位裝置。
56.根據權利要求1所述的緊湊型光譜儀系統，其中所述樣品包括食品。
57.一種不使用色散光學器件而獲得樣品的光譜的方法，其中所述方法包括: 提供樣品； 使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上，所述光學濾光器的中心波長取決于射到其上的光的入射角； 使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件； 將光強測量為預定平面P1中的位置的函數；以及 將作為所述平面P1中的位置的函數的光強轉換為光譜。
58.根據權利要求57所述的方法，其中所述測量光強作為預定平面P1中的位置的函數的步驟包括:將光強測量為與所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面基本上重合的平面中的位置的函數。
59.根據權利要求57所述的方法，其中所述使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上的步驟先于所述使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件的步驟，從而將穿過所述光學濾光器的光根據其波長進行角度編碼，以及由所述傅立葉變換聚焦元件對所述光進行變換以對其空間編碼。
60.根據權利要求57所述的方法，其中所述使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件的步驟先于所述使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上的步驟。
61.根據權利要求57所述的方法，其進一步包括在所述預定平面P1中放置圖像傳感器的步驟，所述圖像傳感器適于將射到所述圖像傳感器上的光強測量為位置的函數。
62.根據權利要求57所述的方法，其中所述使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件的步驟包括使所述光傳到平凸透鏡的步驟，該平凸透鏡的曲面面向所述光學濾光器。
63.根據權利要求57所述的方法，其中所述使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上的步驟包括使從所述樣品發出的光射到包含多個子濾光器的光學濾光器上的步驟。
64.根據權利要求63所述的方法，進一步包括: 在預定平面P2中放置微透鏡陣列，所述預定平面P2定向成使得每個微透鏡都對形成于所述平面P2處的光學傅立葉變換進行采樣，從而在預定平面P3處創建所述光學濾光器的孔徑的微像，并且從而根據到達所述微透鏡的特定子濾光器處的光的原點來分解所述光學傅立葉變換的采樣點。
65.根據權利要求64所述的方法，其中所述預定平面P2與所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面基本上相同。
66.根據權利要求64所述的方法，進一步包括放置圖像傳感器的步驟，所述圖像傳感器適于將射到所述圖像傳感器上的光強測量為所述預定平面P3中的位置的函數。
67.根據權利要求64所述的方法，進一步包括: 沿著單一軸線放置所述多個子濾光器；以及 使所述經角度編碼的光穿過第二傅立葉變換聚焦元件，該第二傅立葉變換聚焦元件安設成使得由所述第二傅立葉變換聚焦元件所產生的空間編碼的光相對于由所述第一傅立葉變換聚焦元件所產生的空間編碼的光的定向成角度地編碼，并且使得所述第二傅立葉變換聚焦元件的焦平面與所述預定平面P3基本上相同； 其中所述在所述第一傅立葉變換聚焦元件與所述預定平面P3之間放置微透鏡陣列的步驟進一步包括放置包含柱面微透鏡的微透鏡陣列，所述柱面微透鏡安設成使得穿過所述微透鏡陣列的光沿著與所述單一軸線平行的軸線被置于所述平面中。
68.根據權利要求67所述的方法，其中所述使所述經角度編碼的光傳到第一傅立葉變換聚焦元件的步驟包括使所述經角度編碼的光傳到第一平凸柱面透鏡的步驟，該第一平凸柱面透鏡的曲面面向所述光學濾光器，并且所述使所述經角度編碼的光穿過第二傅立葉變換聚焦元件的步驟包括使所述經角度編碼的光傳到第二平凸柱面透鏡的步驟，該第二平凸柱面透鏡的曲面面向所述光學濾光器。
69.根據權利要求67所述的方法，進一步包括: 將所述微透鏡陣列放置在所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面中；以及 將所述光學檢測器放置在所述第二傅立葉變換聚焦元件的焦平面中。
70.根據權利要求57所述的方法，進一步包括使所述光穿過漫射器。
71.根據權利要求57所述的方法，進一步包括用光源來照射所述樣品。
72.根據權利要求71所述的方法，其中所述照射所述樣品的步驟包括用選自激光器和發光二極管的光源來照射所述樣品。
73.根據權利要求56所述的方法，其中所述光譜選自(a)分子振動光譜、(b)分子旋轉光譜和(C)電子光譜。
74.根據權利要求73所述的方法，其中所述光譜為熒光光譜。
75.根據權利要求73所述的方法，其中所述光譜為拉曼光譜。
76.根據權利要求75所述的方法，進一步包括從熒光信號分離拉曼信號的步驟。
77.根據權利要求71所述的方法，進一步包括將從所述光源發出的光聚焦到相對于所述樣品的預定位置的步驟。
78.根據權利要求77所述的方法，其中所述聚焦從所述光源發出的光的步驟包括使用自動聚焦系統來聚焦從所述光源發出的光的步驟。
79.根據權利要求78所述的方法，其中所述使用自動聚焦系統來聚焦從所述光源發出的光的步驟進一步包括: 實時地分析由所述光譜儀獲得的信號；以及 相應地命令所述自動聚焦系統，以便將所述光聚焦到在樣品處的最佳信號提取點。
80.根據權利要求57所述的方法，進一步包括通過與光譜信息數據庫進行對比來分析所獲得的光譜。
81.根據權利要求80所述的方法，其中所述分析步驟包括選自(a)將所述光譜與光譜數據庫中的光譜進行對比；(b)通過使用主成分分析，將所述光譜與光譜數據庫中的光譜進行對比；(c)通過使用偏最小二乘分析，將所述光譜與光譜數據庫中的光譜進行對比；以及(d)通過使用神經網絡算法，將所述光譜與光譜數據庫中的光譜進行對比之中的至少一個步驟。
82.根據權利要求80所述的方法，進一步包括將所述光譜添加到所述光譜數據庫。
83.根據權利要求80所述的方法，進一步包括: 將所述光譜傳輸到遠程處理單元； 使用所述遠程處理單元來進行所述分析步驟；以及 將所述分析步驟的結果傳輸到使用者。
84.根據權利要求83所述的方法，其中通過在無線網絡上傳輸來進行所述傳輸步驟。
85.根據權利要求83所述的方法，進一步包括:對在所述轉換作為所述第一傅立葉變換聚焦元件的焦平面中的位置的函數的光強的步驟中所獲得的所述光譜進行初步分析。
86.根據權利要求85所述的方法，其中使用本地處理單元來進行所述對所述光譜進行初步分析的步驟。
87.根據權利要求85所述的方法，其中遠程地進行所述對所述光譜進行初步分析的步驟。
88.根據權利要求85所述的方法，其中所述對所述光譜進行初步分析的步驟進一步包括選自以下步驟之中的至少一個步驟: 對多個獨立的測量求平均；補償光學像差；以及 使用降噪算法來降低檢測器噪聲。
89.根據權利要求57所述的方法，進一步包括向預定遠程位置傳輸獲得所述光譜的位置的步驟。
90.根據權利要求57所述的方法，其中所述向預定遠程位置傳輸獲得所述光譜的位置的步驟進一步包括通過使用GPS來確定所述光譜所在的位置的步驟。
91.根據權利要求57所述的方法，其中通過使用全都安設在移動通信設備內或移動通信設備上的光學元件來進行以下的所述步驟: 使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上，所述光學濾光器的中心波長取決于射到其上的光的入射角； 使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件；以及 將光強測量為所述平面P1中的位置的函數。
92.根據權利要求91所述的方法，其中所述移動通信設備為蜂窩電話。
93.根據權利要求57所述的方法，其中通過使用全都安設在烤箱內或烤箱上的光學元件來進行以下的所述步驟: 使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上，所述光學濾光器的中心波長取決于射到其上的光的入射角； 使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件；以及 將光強測量為所述平面P1中的位置的函數。
94.根據權利要求93所述的方法，其中所述烤箱為微波爐。
95.根據權利要求57所述的方法，其中通過使用全都安設在冰箱內或冰箱上的光學元件來進行以下的所述步驟: 使從所述樣品發出的光射到光學濾光器上，所述光學濾光器的中心波長取決于射到其上的光的入射角； 使所述光傳到第一傅立葉變換聚焦元件；以及 將光強測量為所述平面P1中的位置的函數。
96.根據權利要求57所述的方法，其中所述樣品包括食品。
97.根據權利要求57所述的方法，其中所述樣品包括藥物。
【文檔編號】G01J3/45GK104040309SQ201280065917
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年10月31日 優先權日:2011年11月3日
【發明者】達米安·戈德林, 德羅爾·莎倫 申請人:威利食品有限公司