(57)【要約】      （修正有）【課題】非常に輝度の異なる信号を同時に分析できる分光測定法と装置を提供する。【解決手段】中心波長の異なる一組の光束から成る光ビームのスペクトル分光測定法と装置である。アクティブ・コラムを有するホトディテクタのマトリックスから成る結像装置に光ビームを分散させてその光ビームの光束を検出する。この結像装置の向きをホトディテクタのラインに一つの波長を割り当てられるように決める。光束毎に最大強度Ｉmaxを測定するのに必要な露光時間τｉと光束に関連するホトディテクタのマトリックスのサブ・マトリックスＭｉとを決める。ホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉにτｉよりも小さい全集積時間Ｔの最大整数の除数となるような露光時間τ’ｉを割当てる。スペクトルの集積時間Ｔの間τ’ｉ毎に他のサブ・マトリックスＭｊ（j≠ｉ）から独立した対応サブ・マトリックスＭｉを測定しそしてリセットする。時間Ｔでビームのスペクトルを測定する。【選択図】    図２
2005077417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ中心波長の異なる一組の光束から成る光ビームのスペクトル分光測定器であって、
この一組の光束を分散させる分散素子と、分散した光束を検出するためＣＭＯＳタイプの画素から成るホトディテクタ（１２）のライン‐コラムマトリックスとアクティブ・コラム（１１）とを含んでいる結像デバイス（１０）とを備えているスペクトル分光測定器において、
アクティブ・コラム（１１）を有する結像デバイス（１０）の向きを、一つのホトディテクタのライン（２７）に一つの波長を割り当てられるように決めて、それぞれが異なる波長を中心としており、光強度が異なる光束を同時に分析できるようにしたことを特徴とするスペクトル分光測定器。
【請求項２】
ホトディテクタのマトリックスのサブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６；ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎に露光時間τ’ｉを設定する手段、
ホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６；ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎に測定された信号を蓄積する手段、
サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）毎に時間Ｔで得た全信号を決定する処理ユニット、そして
ビームのスペクトルを可視化する手段
を備え、前記のサブ・マトリックスＭｉは分散光束と関連しており、τ’ｉはτｉよりも小さいＴの最大整数の除数であり、Ｔは利用者が選択した全集積時間、そしてτｉは前記の考慮されている光束の最大強度Ｉmaxを測定するのに必要な露光時間である請求項１に記載のスペクトル分光測定器。
【請求項３】
基準スペクトルを有する基準光源を含んでいる請求項２に記載のスペクトル分光測定器。
【請求項４】
それぞれ中心波長の異なる一組の光束から成る光ビームのスペクトル分光測定法であって、
この一組の光束を分散素子を介して分散させ、そしてＣＭＯＳタイプの画素から成るホトディテクタのライン‐コラムマトリックスとアクティブ・コラムとを含んでいる結像デバイス上でその分散した光束を検出するようにしたスペクトル分光測定法において、
アクティブ・コラム（１１）を有する結像デバイス（１０）の向きを、一つのホトディテクタのライン（２７）に一つの波長を割り当てれるように決め、
光束（ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎にその光束の最大強度Ｉmaxを測定するのに必要な露光時間τｉと、前記の光束と関連したホトディテクタのマトリックスのサブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）とを決め、各光束（ｉ＝１，２，・・…ｎ）はホトディテクタ（１２）の少なくとも一つの異なるライン上で検出されており、
ホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）に、τｉよりも小さいＴ（利用者が選択した全集積時間）の最大整数の除数となるようなτ’ｉを割当て、
前記のスペクトルの集積時間Ｔの間τ’ｉ（ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎に他のホトディテクタのサブ・マトリックスＭｊ（j≠ｉ）から独立した対応サブ・マトリックスＭｉを測定し、そしてリセットし、サブ・マトリックスＭｉ毎に測定した信号を蓄積手段へ割りつけ、
サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）毎に時間Ｔについて得られた全信号を決定し、そして
ビームのスペクトルを計測する
ことを特徴とするスペクトル分光測定法。
【請求項５】
サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）の全信号を得るためにサブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）のホトディテクタ(１２)毎に時間Ｔの間行われた測定の各々を加え、そしてＴ／τ’ｉで除してその得られた信号を標準化する請求項４に記載のスペクトル分光測定法。
【請求項６】
サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）のホトディテクタ（１２）毎に時間Ｔの間行われた測定の各々を加え、サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）のホトディテクタ(１２)の所与のライン（２７）に対しホトディテクタ（１２）毎に得た値を加え、得られた全信号をＴ／τ’ｉで除して標準化する請求項４に記載のスペクトル分光測定法。
【請求項７】
基準スペクトルを有する基準光源で前記の測定を収集する前にホトディテクタのマトリックスのライン上の波長の位置を決める請求項４ないし６のいずれかに記載のスペクトル分光測定法。
【請求項８】
光束と関連のホトディテクタのサブマトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）を決定し、そして回折面に垂直な方向に光束を限定することによりサブマトリックスの大きさを調整して信号／雑音比を最適化する請求項４ないし７のいずれかに記載のスペクトル分光測定法。
【請求項９】
各サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６；ｉ＝１，２，・・…ｎ）が分散光束を受けるホトディテクタ（１２）のライン（２７）を含んでいる請求項４ないし８のいずれかに記載のスペクトル分光測定法。
【請求項１０】
サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６；ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎にバックグラウンド・ノイズに相当する信号を受けるホトディテクタ（１２）のライン（２７）を測定する請求項４ないし８のいずれかに記載のスペクトル分光測定法。
【請求項１１】
各サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６；ｉ＝１，２，・・…ｎ）にその実施された最初の測定からゼロ・バックグラウンド・ノイズを割りつけ、
集積時間Ｔの間個々の新しい測定に対し、ゼロ・バックグラウンド・ノイズと測定されたバックグラウンド・ノイズを比較し、そしてバックグラウンド・ノイズの偏差を決定し、
サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６；ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎に得られた測定を修正する請求項１０に記載のスペクトル分光測定法。
【請求項１２】
請求項４ないし１１のいずれかにに記載のスペクトル分光測定法の、好ましくはＩＣＰ、ＳＰＡＲＫもしくはＧＤＳ技術から選択された原子放射への適用。
【請求項１３】
請求項４ないし１１のいずれかにに記載のスペクトル分光測定法のラーマンへの適用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＯＳ（相補形金属酸化膜半導体）のアクティブ・コラムを有するホトディテクタのマトリックスを含む結像装置を有する分光測定装置と方法とに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（電荷結合素子）のホトディテクタのマトリックスを使用する結像装置の出現は、全スペクトルの同時獲得を可能とすることにより、ラーマン、ＩＣＰ（誘導性結合プラズマ）、ＮＩＲＳ（近赤外線反射分光）などの分光複合分析の実現へ路をつけた。
【０００３】
例えば、ＩＣＰ放射分光においては、プラズマから原子とイオンにより放射される光ビームが分光器（回折格子分光器、プリズム分光器など）に送られて分析される。その場合、分散素子（分散格子、プリズムなど）が光ビームをスペクトル状に広げ、分散した異なる中心波長の放射線をホトディテクタの行／列マトリックスから成る検出器に送る。例えば、検出器のコラムに垂直な方向に光ビームを広げる。受け取った光ビームは、波長（横軸３）に対して強度（縦軸２）を示す分光分布（図１）を有する。この分光分布１は例えば、低いピーク４、準平坦部分５そして高いピーク６を示している。分光曲線１の異なるレベルの強度（４，５，６）に対応して区域７，８，９を区別できる。これらの区域の各々はホトディテクタの一つもしくは幾つかの画素をカバーしている。
【０００４】
ホトディテクタが光子を受け取ると、それは光子を検出器の量子効率に等しい確率で電荷に変換する。ホトディテクタの動的特性が表しているのは、光がない（熱雑音と読み出し雑音）状態でランダムに発生する電荷の数の標準偏差に基づいて、ホトディテクタに含まれている最大数の電荷（フル・ウエル容量）の間の関係である。これらの両極値間でのみホトディテクタの応答は線形であって、ホトディテクタの作動域を形成している。この動的特性は現在最良のホトディテクタでニ三十万のオーダーである。ＩＣＰ型放射分光における動的特性は広くて、１０６のオーダーである。それ故、このような動的特性とそれらの検出器はうまく合わない。
【０００５】
例えば、高いピーク６を計測する検出器の感度適応性は低いピーク４の検出を不能とする。この後の検出は熱雑音と読み出し雑音の中に「溺れ」させられてしまう。そこで、計測者は検出器の光に対しての露光時間を長くして図１の分光曲線１の区域８の強度の弱いピークを出すようにしなければならないが、そうすると強い光６の区域では飽和して望ましくない。
【０００６】
それ故、現在の検出器（ＣＣＤ・…）は輝度が大きく変わる信号を同時に計測することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、非常に輝度の異なる信号を同時に分析できる、設計も作動も簡単な、結像装置を有する分光測定法を提案することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、アクティブ・コラムを持つＣＭＯＳカメラを使ってスペクトルを獲得するときそのようなＣＭＯＳカメラのコラム増幅器の利得に対する標準化を無用とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため本発明は、それぞれ中心波長の異なる一組の光束から成る光ビームのスペクトル分光測定装置であって、この一組の光束を分散素子を介して分散させ、そしてＣＭＯＳタイプの画素から成るホトディテクタのマトリックスとアクティブ・コラとを含んでいる結像装置上で分散した光束を検出するようにしている。
【００１０】
アクティブ・コラムを有する結像装置の向きを、一本のホトディテクタのラインに一つの波長を割り当てられるように決め、それぞれ異なる波長を中心とし、異なる輝度を有する光束の同時分析を可能としている。
【００１１】
本発明の幾つかの実施例では以下の特徴を個々に、もしくは組合せて有している。
測定装置は
●ホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉ（ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎に露光時間τ’ｉを設定する手段、ここでτ’ｉはτｉよりも小さいＴの最大整数の除数であって、Ｔは利用者が選択した全集積時間である。
●ホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６；ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎に測定された信号を蓄積する手段、
●サブ・マトリックスＭｉ（１３、２４‐２６）毎に時間Ｔについての全信号を決定する処理ユニット、
●ビームのスペクトルを可視化する手段
測定装置は基準スペクトルを有する基準光源を含んでいる。
【００１２】
また本発明は、それぞれ中心波長の異なる一組の光束から成る光ビームのスペクトル分光測定法であって、この一組の光束を分散素子を介して分散させ、そしてＣＭＯＳタイプの画素から成るホトディテクタのマトリックスとアクティブ・コラムとを含んでいる結像デバイス上でその分散した光束を検出するようにしており、ホトディテクタのそれぞれはＣＭＯＳ型ピクセルを含んでいる。
【００１３】
本発明では、
アクティブ・コラムを有する結像デバイスの向きを、一つのホトディテクタのラインに一つの波長を割り当てるように決め、
光束（ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎にその光束の最大強度Ｉmaxを測定するのに必要な露光時間τｉと、光束と関連したホトディテクタのマトリックスのサブ・マトリックスＭｉとを決め、各光束（ｉ＝１，２，・・…ｎ）はホトディテクタの少なくとも一つの異なるライン上で検出され、
ホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉに、τｉよりも小さいＴ（利用者が選択した全集積時間）の最大整数の除数となるτ’ｉを割当て、
スペクトルの集積時間Ｔの間τ’ｉ（ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎に他のホトディテクタのサブ・マトリックスＭｊ（j≠ｉ）から独立した対応サブ・マトリックスＭｉを測定し、そしてリセットし、サブ・マトリックスＭｉ毎に測定した信号を蓄積手段へ割りつけ、
サブ・マトリックスＭｉ毎に集積時間Ｔについて得られた全信号を決定し、
ビームのスペクトルを計測する
【００１４】
本発明の異なる実施例では以下の特徴を個々に、もしくは組合せて有している。
サブ・マトリックスＭｉの全信号を得るためにサブ・マトリックスＭｉのホトディテクタ毎に時間Ｔの間行われた測定の各々を加え、そしてＴ／τ’ｉで除してその得られた信号を標準化する。
サブ・マトリックスＭｉのホトディテクタ毎に時間Ｔの間行われた測定の各々を加え、サブ・マトリックスＭｉのホトディテクタの所与のラインについてホトディテクタ毎に得た値を加え、その得られた全信号をＴ／τ’ｉで除して標準化する。
前記の測定を収集する前に基準スペクトルを有する基準光源でホトディテクタのマトリックスのライン上の波長の位置を決める。
光束と関連のホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉを決定し、そして回折面に垂直な方向に光束を限定することによりサブ・マトリックスの大きさを調整して信号／雑音比を最適化する。
各サブ・マトリックスＭｉ（ｉ＝１，２，・・…ｎ）が分散光束を受けるホトディテクタのラインを含んでいる。
サブ・マトリックスＭｉ（ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎にバックグラウンド・ノイズに相当する信号を受けるホトディテクタのラインを測定する。
●各サブ・マトリックスＭｉ（ｉ＝１，２，・・…ｎ）にその実施された最初の測定からゼロ・バックグラウンド・ノイズを割りつけ、
●集積時間Ｔの間個々の新しい測定に対し、ゼロ・バックグラウンド・ノイズと測定されたバックグラウンド・ノイズを比較し、そしてバックグラウンド・ノイズの偏差を決定し、
●サブ・マトリックスＭｉ（ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎に得られた測定を修正する。
【００１５】
本発明の分光計測法はスペクトルの計測に特に適しており、特にＩＣＰ、ＳＰＡＲＫもしくはＧＤＳ技術の実施、ラーマン分光もしくはＮＩＲＳ分光測定に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
測定法は、ＣＭＯＳベースの結像装置の利点、すなわち非破壊読出しと、波長を直接選択させるランダムアクセスとを利用している。アクティブ・コラム１１を持つ結像装置１０をπ/２ラジアンの角度だけ回転させて、ホトディテクタ１２の一つのライン２７に一つの波長を割りつける。分析しようとする光源のスペクトルを集める前に、基準波長スペクトルを持つ基準光源でホトディテクタのマトリックスのすべてのライン２７上で波長の位置を求めておくと好都合である。この基準光源は基準スペクトルを持つ基準ランプである。この基準スペクトルも結像装置へ接続された処理ユニットに記録される。基準光源が放射した光ビームを分散素子で分散させて基準スペクトルを得、記録されている基準スペクトルとの比較によって、ホトディテクタのマトリックスのライン２７のそれぞれへ波長を割り当てる。分析しようとしている光ビームを放射している光源をその基準源と置換える。この光源はラマン分析ビーム、近赤外線分析ビームなどと相互作用しているサンプルであり、もしくは誘導性結合源のプラズマビームなどと相互作用しているサンプルである。異なる波長を中心としているこれらの光束が直接決定されるのは、その分光分布が図１に示されるように、当然にピークを示すからであり、または結像装置１０のホトディテクタ１２のライン２７のそれぞれが、均質な分光分布を異なる波長を中心とした光束に切り分けているからである。
【００１７】
分散素子上にその一組の光束を分散させ、そしてその分散させた光束を結像装置１０（図２）上で検出する。この結像装置１０はアクティブ・コラム１１を持つホトディテクタ１２の行列マトリックスであり、ホトディテクタ１２の各々はＣＭＯＳタイプの画素を構成している。行列パターンはホトディテクタのサブ・マトリックスを特定の形、正方形、矩形、卵形などに限定するものとして理解さるべきものではない。好ましい実施例ではマトリックス内で基準軸が直角、相互に実質的に直角となっている。特定の実施例のマトリックスでは一つのコラムで少なくとも１００画素、一つのラインで少なくとも１００画素ある。分散素子は、例えば回折格子、プリズムなどである。
【００１８】
それぞれ異なる中心波長を持つ一組の光束が形成する光ビームのスペクトルを獲得するため、第１段として、検出しようとするその一組の光束ｉ（＝１，２、・…ｎ）を例えば適当な露光時間について最初の測定により決定する。その場合、各光束ｉ（＝１，２，・・…ｎ）の最大強度Ｉmaxを測定するのに必要な露光時間であるτｉを光束毎に決める。「最大強度Ｉmax」とは、０．８Ｉsat±１０％内で等しい強度を意味している（ここで、Ｉsatはホトディテクタ１２の飽和強度）。各光束ｉ（＝１，２，・・…ｎ）はホトディテクタ１２の少なくとも一つの異なるライン２７上で検出されるので、これらの光束の各々へホトディテクタ１２のサブ・マトリックスMi１３を関連付けられる。これらのサブ・マトリックスMi１３（ｉ＝１，２，・・…ｎ）は相互に異なっている。都合のよいことには、サブ・マトリックスは結像装置１０のメイン・マトリックスの表面の小さい部分を構成しており、そのことはデーターの転送プロセスを加速する。
【００１９】
第１の実施例において各サブ・マトリックスMi１３（ｉ＝１，２、・…ｎ）は、分散光束を受けるホトディテクタ１２のライン２７を含んでいるだけである。別の実施例においては、バックグラウンドノイズに相当する信号を受けるホトディテクタ１２の各サブ・マトリックスＭｉ１３（ｉ＝１，２、・…ｎ）のライン２７で測定する。この場合サブ・マトリックスＭｉ１３の異なる測定中このバックグラウンド・ノイズの偏差もしくはオフセットを修正できる。バックグラウンドノイズは主として、信号のアナログ/ディジタル変換から生じる読み出しノイズと、熱的に発生する電荷に起因する雑音である。そうするには各サブ・マトリックスＭｉ１３（ｉ＝１，２、・…ｎ）にそれの最初の測定からのゼロ・バックグラウンド・ノイズを割り当てる。集積期間Ｔの間の新しい測定毎に、測定したバックグラウンドノイズをゼロバックグラウンドノイズと比較して、バックグラウンドノイズの偏差を決定する。各サブ・マトリックスＭｉ１３（ｉ＝１，２、・…ｎ）毎に得た測定を修正する。
【００２０】
光束と関連したホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉの大きさを信号／雑音比を最適化するよう調整する。例えば、誘導性結合プラズマ源が放出した光ビームのスペクトルを測定するとき、プラズマが放射する光束は空間的に均一ではなく、結像装置上のそれの像も均質でなくなり、異なるコラムが受けたそれぞれのスペクトル線は異なってしまう。光強度がほぼ一定して大きいコラムを選定して測定範囲（ホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉ１３）をその区域に限定することにより信号／雑音比を最適化する。空間方向にすなわちスペクトルの広がる方向に垂直に（回折面にも垂直に）サブ・マトリックスＭｉ１３を制限する。
【００２１】
ホトディテクタ１２の異なるサブ・マトリックス１３の間での時間に干渉することなく、簡単な管理で異なるサブ・マトリックス１３上で独立して時間を管理する。結像装置１０は例えば、一つのメインタイマーとホトディテクタ１２のサブ・マトリックス１３と同じ数のサブタイマー１３とを含んでいる。この方法によりサブ・マトリックス１３をその他のサブ・マトリックスから独立して読むことができ、それ故、強度の小さい光束に対しても無飽和の電荷を溜めれる。図２の実施例で行列マトリックスはホトディテクタのマトリックスの区域を選択するためラインのアドレッサー１４とコラムのアドレッサー１５とを含み、コラム１１毎に増幅手段１６、ホトディテクタの一つもしくは幾つかのライン２７（もしくは波長）のリセット手段１７、そしてアナログ／ディジタル変換器１８をも含んでいる。ホトディテクタのマトリックスは例えば、１２×１２μｍ２の１０２４×１０２４個の画素を含んでいる。
【００２２】
光束ｉ（＝１，２、・…ｎ）ごとに最大輝度Ｉmaxを測定するのに必要な露光時間τｉを決定した後ホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉへ露光時間τ’ｉを割当てる。このτ’ｉは、ユーザーが選択したスペクトルの集積時間Ｔの最大整数の除数でτ’ｉよりも小さい。
【００２３】
時間τｉｍａｘはτ’ｉの中の最大である。時間τｉｍａｘはホトディテクタのマトリックスのメインタイマーの時間であり、τ’ｉはホトディテクタＭｉ１２のサブ・マトリックス１３のサブタイマーの時間である。所与の光束を測定する同じサブ・マトリックス１３のホトディテクタ１２のすべてのライン２７は同じ時間τ’ｉを割り当てられている。分散した最低輝度の光束と関連した、それ故最大輝度Ｉmaxに到達するのに長い露光時間を必要とするホトディテクタＭｉmaxのサブマトリックス１３のタイマーに時間τｉｍａｘは対応する。
【００２４】
結像装置１０を一旦リセットし，スペクトルの集積時間を決め、この時間中時間τ’ｉ毎に測定し、ホトディテクタＭｊ（ｊ≠ｉ）の他のサブマトリックスから独立してその対応サブマトリックスＭｊ１３を読み出しそしてリセットする。「集積時間」とは露光時間τｍａｘと収得もしくは測定数との積である。サブマトリックスＭｉ（＝１，２・…ｎ）毎に測定された信号が蓄積手段例えばバッファーメモリに蓄積される。サブマトリックスＭｉ毎に時間Ｔについて得られた全信号を決定し、そしてビームのスペクトルを測定する。可視手段上にスペクトルを見えるようにするか、又は記憶手段にスペクトルを記録する、もしくはその両方をする。これらの可視化手段は例えばスクリーンを含んでいる。
【００２５】
２つのスペクトル表示が可能である。
結像モードもしくは２Ｄモード：このモードではスペクトルの画素単位の２次元像が構成される。サブ・マトリックスＭｉ１３毎の全信号を得るためにサブ・マトリックスＭｉ１３のホトディテクタ１２毎に集積時間Ｔの間に行われた測定の各々を加えていき、そしてＴ／τ’ｉで割ることによって得られた信号を標準化する。
空間モード：同じライン２７の各画素は同じ波長を表しており、各サブ・マトリックスＭｉ１３のライン２７毎に信号の垂直和（画素バイニング）を求めて、その波長に対する輝度の分布を特徴付けるスペクトルを得る。輝度は垂直集和前または後に収得数に関して標準化される。
【００２６】
結像装置１０をπ／２だけ回転させると、増幅器１６の異なる利得に対する信号の標準化は不要となるのは、所与のコラム１１にそれぞれの波長が割り付けられているのでそれが同じ増幅器１６を使用するからである。
【００２７】
本発明はそれぞれ中心波長の異なる一組の光束から成る光ビームのスペクトルの分光測定の装置に係るものであって、この一組の光束を分散素子で分散させ、分散した光束を結像装置１０で検出し、この検出装置１０はＣＭＯＳタイプの画素から成るホトディテクタ１２のマトリックスとアクティブ・コラム１１とを含んでいる。アクティブ・コラム１１を有する結像デバイス１０の向きを、一本のホトディテクタのライン２７に一つの波長を割り当てれるように決めて、それぞれが異なる波長を中心とした光束を同時に分析できるようにし、そしてホトディテクタの固有のダイナミックよりも大きい感度を有している。好ましくはこの分光測定装置は、ホトディテクタ１２のマトリックスのサブ・マトリックスＭｉ１３（ｉ＝１，２，・・…ｎ）毎に露光時間τ’ｉを設定する手段（τ’ｉはτｉよりも小さいＴの最大整数の除数であり、Ｔは利用者が選択した全集積時間）、ホトディテクタのサブ・マトリックスＭｉ１３毎に測定された信号を蓄積する手段、サブ・マトリックスＭｉ１３毎に集積時間Ｔで得た全信号を決定する処理ユニット、そしてビームのスペクトルを可視化する手段を備えている。またそれは基準スペクトルを有する基準光源を備えている。
【００２８】
本発明による新規で有用な分光測定の例を以下に説明する。これは本発明の方法によって実施されたものである。
【００２９】
例
図３は、誘導性結合プラズマ源が放射した光ビームのスペクトルの測定を本発明の方法で実施した第１の例である。光ビームは３つの放射線１９，２０，２１を含んでいる。これら３つの光束はそれぞれ（横軸２２で示す）異なる波長を中心としている。結像装置１０のホトディテクタ２３のマトリックス上のこれらの光１９，２０，２１の分布は以下のようになる。第１放射線１９は左にあって最も輝いている（輝度Ｉ２）；第２の放射線２０は中央にあって輝きは小さい（輝度Ｉ１）；第３の放射線２１の輝度は左の第１の放射線と実質的に等しい（輝度Ｉ２）。ホトディテクタのメイン・マトリックス２３上の３つのサブ・マトリックスＭｉ（ｉ＝１，２，３）２４，２５，２６とライン１４、コラム１５のアドレッサーを選択する。３つのサブマトリックスＭｉ２４，２５，２６の各々は放射線１９，２０，２１に関連している。サブマトリックス２４，２６に放射線１９、２１の輝度に対応する露光時間を割り当てる。このことは画素の飽和強度に到達しないと言うことを意味している。中央にあって感光能力の乏しい第２の放射線２０の露光時間Ｔ１は他の２つの放射線１９，２１よりもかなり大きい（露光時間Ｔ２）。これらの異なるサブマトリックス２４、２５、２６は図４に示されている。時間Ｔ１はメイン・タイマーτｉmaxに対応し、時間Ｔ２はサブ・タイマーに割り当てられている。時間Ｔ１とＴ２の整数倍である放射線の全集積時間を決定する。
【００３０】
集積手順は以下の通りである。
ａ）輝度Ｉ１とＩ２の放射線１９，２０，２１を時間Ｔ２にわたって集積する。測定毎に前に決めた電子装置の残留偏差を差し引く。
ｂ）第１と第３の放射線１９，２１の輝度Ｉ２は非常に高く、最大輝度Ｉmaxに近い。２つのサブマトリックスＭｉ（ｉ＝１，３）２４，２６の各画素が集積した電荷を読み取る。その後これらの画素が集積した電荷はリセットされる。これらの読み取りとリセットとはタイマーＴ１を有するサブマトリックスＭ２２５を破壊することはない。
ｃ）時間Ｔ１になるまでａとｂを反復する。そうすると輝度の低い第２の放射線２０は最大輝度Ｉmaxに近づいている。サブマトリックスＭ２２５の各画素が集積した電荷を読み取る。その後これらの画素が集積した電荷をリセットする。これらの読み取りとリセッテイング操作は時間Ｔ２を割り当てたサブマトリックスに対しては非破壊である。
ｄ）全集積時間Ｔになるまでａ、ｂ、ｃを反復する。サブマトリックスＭｉ２４，２５，２６（ｉ＝１，２，３）を読み取る毎に、前の読み取りの信号へその信号を加える。この信号をサブマトリックス２４，２５，２６の各々に必要な露光回分の数で割ることにより（Ｔ／Ｔ２とＴ／Ｔ１）総計の信号を得る。こうして時間平均スペクトルを計算する。
【００３１】
異なる波長が各々同じコラムの増幅器を使っており、それ故、同じ平均利得が得られると言う利点がある。同じ平均利得と同じ残留偏差により利得に関しての、コラムの増幅器の残留偏差に関しての標準化は無用となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ＣＣＤタイプの結像装置でつくった先行技術のスペクトル分布図（波長対強度）。
【図２】本発明で実施したアクティブ・コラムを有する結象装置の略図。一つの波長がホトディテクタの一つのラインに割りつけられるように装置を配向。
【図３】本発明の特定の実施例による結像装置のホトディテクタのマトリックス上のスペクトラムの略図。
【図４】図３のスペクトラムの光束と関連のサブマトリックスの略図。
【符号の説明】
【００３３】
１  分光曲線
２  縦軸
３  横軸
４  低いピーク
５  平坦部分
６  高いピーク
７  区域
８  区域
９  区域
１０  検出装置
１１  アクティブ・コラム
１２  ホトディテクタ
１３  サブ・マトリックス
１４  アドレッサー
１５  アドレッサー
１６  増幅器
１７  リセット手段
１８  アナログ／ディジタル変換器
１９  放射線
２０  放射線
２１  放射線
２２  横軸
２３  ホトディテクタ
２４  サブ・マトリックス
２５  サブ・マトリックス
２６  サブ・マトリックス
２７  ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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