[发明专利]最小化光谱仪中的非随机固定图样噪声的系统和方法

说明书

本发明涉及提高受非随机或者固定图样噪声限制的光学光谱仪的信噪比(SNR)的系统和方法。使用短的测试曝光收集来自样品的信号，计算最大化SNR的总观察时间，以及通过对其时间基于检测器的时间相关噪声结构而选择的多个曝光进行平均来实现总观察时间。而且，利用光谱仪的时间相关噪声结构的先验知识，该方法可容易地自动化并且可以对于未知化合物的光谱最大化SNR，而没有任何用户输入。

技术领域

本发明一般涉及最小化光谱仪中的非随机噪声的可自动化的系统和方法，并且更具体地涉及光学光谱仪。

背景技术

光谱仪制造商的一个主要挑战是向客户提供对于未知样品的测量自动地最大化信噪比的工具。手持式仪器经常在处理不能以最小化Johnson-Nyquist和/或散粒噪声相同的方式通过延长单个曝光而最小化的非随机噪声源时面临一组独特的挑战。

美国专利No.7,605,918描述用于拉曼光谱仪的自动曝光例程，其中操作员可以通过执行简短的测试脉冲以估计将不使检测器饱和的最大曝光长度来“指定当收集来自样品的光谱时要获得的目标信噪比(SNR)”。在美国专利No.7,605,918中，如果操作员指定的SNR需要将利用单个曝光使检测器饱和的观察时间，那么自动地收集多个曝光并且随后对多个曝光进行求和或者平均。美国专利No.7,605,918具体地陈述“如果期望的SNR小于使用最大曝光时间的曝光的SNR，那么仅需要单个曝光，并且可以使用来自单个简短的样品曝光的SNR对曝光时间进行缩放以实现至少近似期望的SNR的SNR”。

发明内容

在本申请中描述的系统和方法在目的和方法两者上与美国专利No.7,605,918显著不同。美国专利No.7,605,918的目的是要对多个进行求和或者平均以便实现否则将使检测器饱和的观察时间。与此相反，在本申请中描述的方法的目的是要使用预定时间的多个曝光以小化不能通过延长单个曝光而最小化的非随机噪声。

在美国专利No.7,605,918中描述的方法对多个扫描进行求和或者平均，只要检测器否则将饱和。使用该方法，使检测器饱和所必要的时间取决于由样品分析而导致的信号强度。因此，该最大曝光时间可以从一个样品到另一个样品而改变。与此相反，对于在本申请中描述的方法，曝光时间是基于特定系统的噪声特性而选择的预定义长度的时间，在制造时被设置并且与样品无关。该基于噪声的方法对于受非随机噪声限制的检测系统独特地有用，非随机噪声不像随机热或者散粒噪声，它的大小不在长的单个曝光上最终达到平均，并且经常时间随着曝光延长而增长。因此，在美国专利No.7,605,918中描述的方法对于最小化光学光谱仪中的非随机噪声将不是有用的。相反地，受益于美国专利No.7,605,918中描述的方法的光谱仪将可能不受益于这里描述的方法，因为它们可能受到散粒噪声或者检测器噪声限制，并且不必要地添加另外的光谱以进行平均将引入另外的读出噪声，因此增加检测系统的总体噪声。

本发明一般涉及最大化受非随机噪声限制的光谱仪中的SNR的自动化方法和系统。在该方法中，使用短的测试曝光收集来自样品的信号，计算最大化SNR的总观察时间，并且通过对其时间基于系统的时间相关噪声结构而选择的多个曝光进行平均来实现总观察时间。通过基于检测器的时间相关噪声结构选择曝光时间，可以以使用单个曝光不能实现的方式最小化非随机噪声。而且，利用光谱仪的时间相关噪声结构的先验知识，该方法可以是可自动化的并且不需要来自终端用户的输入。

参考附图以及附加到本说明书并且其一部分的权利要求，在阅读下面的描述之后，本发明的另外目的、特征和优点对本领域技术人员容易清楚。

附图说明

图1是最小化非随机电子噪声的系统的框图；

图2例示当它与时间有关时的噪声的不同贡献源(contributor)的示图；

图3例示示出当它与曝光时间有关时的信噪比的示图；

图4例示由现有技术系统生成的示例波形；以及