多変数光コンピューティング

多変量光コンピューティング（分子因子コンピューティングとも呼ばれる）は、特にプロセス分析支援などの産業用途向けに、圧縮センシング分光機器を開発するためのアプローチです。「従来型」の分光法では、多くの場合、多変量校正、パターン認識、分類などの多変量およびケモメトリックス手法を用いて、さまざまな波長で収集されたデータから分析情報（濃度を含む）を抽出します。多変量光コンピューティングは、光コンピュータを使用して、収集されたデータを分析します。このアプローチの目標は、結果の精度と正確性に関して多変量技術の利点を維持しながら、シンプルで堅牢な機器を製造することです。

このアプローチを実装する装置は、多変数光コンピュータと表現できます。これは特定の波長範囲ではなくアプローチを記述しているため、多変数光コンピュータは、さまざまな異なる装置（フーリエ変換赤外分光法（ FTIR）^{[ 1 ]}やラマン分光法^{[ 2 ]}など）を使用して構築できます。

多変量光計算における「ソフトウェア」は、干渉フィルタベースの多変量光学素子（MOE）、ホログラフィックグレーティング、液晶チューナブルフィルタ、空間光変調器（SLM）、デジタルマイクロミラーデバイス（DMD）などの光学素子スペクトル計算エンジンに直接エンコードされ、特定のアプリケーションに特化しています。スペクトル計算エンジン用の光学パターンは、実際にスペクトルを測定することなく、サンプルのスペクトルにおけるその多波長パターンの大きさを測定するという特定の目的に合わせて設計されています。^{[ 3 ]}

多変数光コンピューティングにより、パターン認識の数学を光コンピュータに直接組み込んだ計測器を製造することが可能になり、スペクトルを記録することなく光から情報を抽出できます。これにより、リアルタイムのインラインプロセス制御機器に必要な速度、信頼性、堅牢性を実現できます。

多変量光コンピューティングは、光学素子の透過関数のアナログ光回帰ベクトルを符号化します。試料から発せられる光には、スペクトルが発見されているか否かにかかわらず、その試料のスペクトル情報が含まれています。光が試料から素子を通過する際、広帯域検出器で検出される正規化強度は、回帰ベクトルとスペク​​トルの内積に比例します。つまり、回帰ベクトルが設計された分析対象物の濃度に比例します。分析の品質は、符号化された回帰ベクトルの品質に等しくなります。回帰ベクトルの分解能が、その回帰ベクトルが設計された実験機器の分解能に符号化され、検出器の分解能が同等であれば、多変量光コンピューティングによる測定は、従来の方法による実験機器の測定と同等になります。この技術は、過酷な環境下での検出というニッチ市場で普及が進んでいます。具体的には、石油業界では、油井における炭化水素組成の検出やパイプラインの監視にこの技術が採用されています。このような状況では、実験室での品質測定が必要ですが、過酷な環境下で行われます。^{[ 4 ]}

分析対象物の回帰と検出に単一の光学素子を使用するという概念は1986年に提案されましたが^{[ 5 ]} 、最初の完全なMOCコンセプトデバイスは1997年にサウスカロライナ大学のMyrickグループから発表され^{[ 6 ]}、その後2001年に実証されました^{[ 7 ]。}この技術は、過酷な環境のセンシングに利点のある光学分析を実行する新しい方法として、光学業界で広く認知されています。^{[ 4 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}この技術は、ラマン分光法、^{[ 2 ] [ 11 ] [ 12 ]}蛍光分光法^、 [ ^{12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} UV-Visの吸光度分光法、^{[ 7 ] [ 20 ]} NIR ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]および}MIR ^{[ 24 ] [ 25 ]}顕微鏡法、^{[ 26 ]}反射分光法^{[ 27 ]}およびハイパースペクトルイメージング^に適用されてい^ます。^{[ 11 ] [ 20 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} 最初の実証以来、防衛、^{[ 30 ]}法医学、^{[ 31 ]}化学反応の監視、^{[ 6 ] [ 32 ]}環境監視、^{[ 8 ] [ 33 ] [ 34 ]}リサイクル、^{[ 21 ]の用途が実証されている。] [ 35 ]}食品および医薬品、 ^{[ 28 ] [ 36 ]}医療および生命科学、 ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}および石油産業。 ^{[ 4 ] [ 10 ] [ 25 ] [ 32 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]過酷な環境での MOC の使用に関する最初の発表された実証は、2012年}に 150F ～ 350F の温度と 3000psi ～ 20,000psi の圧力での実験室研究で行われ、 ^{[ 10 ] 2013年に油井でのフィールドトライアルが}続きました。 ^{[ 42 ]}