(57)【要約】      （修正有）【課題】リニアイメージセンサでの蓄積時間を常に所定時間として測定することのできる分析装置を提供する。【解決手段】所定の基準蓄積時間t0だけ受光したリニアイメージセンサの各受光素子から出力される信号を受け、その信号の値が所定の上基準値を超えない場合は基準蓄積時間t0を測定蓄積時間tmとする。上基準値以上の場合は基準蓄積時間t0を所定の自然数で除した短縮蓄積時間tsだけ受光したリニアイメージセンサの信号を受け、その値が上基準値を超えない場合は短縮蓄積時間tsを測定蓄積時間tmとする。上基準値以上の場合は短縮蓄積時間tsを所定の自然数で除した短縮蓄積時間tsを算出して再度該短縮蓄積時間だけリニアイメージセンサから出力される信号を受けるという処理を、出力信号の値が上基準値を超えなくなるまで繰り返す。こうして決定した測定蓄積時間tmの測定を、基準蓄積時間t0を測定蓄積時間tmで除した回数だけ行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) それぞれ分光された光を受けて光量に対応した電荷を蓄積する複数の受光素子から成るリニアイメージセンサと、
b) 所定の基準蓄積時間だけ受光した前記リニアイメージセンサの各受光素子から出力される信号を受け、該信号の値が所定の上基準値を超えない場合は前記基準蓄積時間を測定蓄積時間とし、該信号の値が該上基準値以上の場合は前記基準蓄積時間を所定の自然数で除した短縮蓄積時間を算出する第１蓄積時間変更部と、
c) 前記短縮蓄積時間だけ受光した前記リニアイメージセンサの各受光素子から出力される信号を受け、該信号の値が前記上基準値を超えない場合は該短縮蓄積時間を測定蓄積時間とし、該信号の値が前記上基準値以上の場合は前記短縮蓄積時間を所定の自然数で除した短縮蓄積時間を算出して再度該短縮蓄積時間だけ受光した前記リニアイメージセンサの各受光素子から出力される信号を受けるという処理を、該信号の値が前記上基準値を超えなくなるまで繰り返す第２蓄積時間変更部と、
d) 前記測定蓄積時間の測定を、前記基準蓄積時間を該測定蓄積時間で除した回数だけ行う測定部と
を備えることを特徴とするリニアイメージセンサを使用した分析装置。
【請求項２】
前記リニアイメージセンサからの信号として、全受光素子中の最大出力の信号を採用する請求項１に記載のリニアイメージセンサを使用した分析装置。
【請求項３】
前記リニアイメージセンサからの信号として、目的の波長に対応する受光素子の信号を採用する請求項１に記載のリニアイメージセンサを使用した分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光光度計などで使用されるリニアイメージセンサ及びそれを使用した分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光光度計では、分光素子で波長毎に分光した光をリニアイメージセンサの受光面に入射させることで、全ての波長についての受光強度が得られる。これにより、高速にスペクトルデータを取得することができる。また、文書等の表面をラインで走査して2次元イメージデータを形成するスキャナにおいても、リニアイメージセンサが用いられる。
【０００３】
リニアイメージセンサには、CCD（Charge Coupled Device; 電荷結合素子）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor; 相補型MOS）、NMOS（n型MOS）など各種存在するが、いずれにおいても受光素子が1列又は2次元平面状に並んだ構造をとる。リニアイメージセンサでは、これら受光素子を一定時間露光した後、各素子から測定データを読み出す。この読み出しにより各素子のデータがリセットされ、その直後から次の測定の露光が始まる。
【０００４】
測定の際に、リニアイメージセンサの各素子を露光させる時間を蓄積時間と呼ぶ。蓄積時間は通常、装置の使用者によって測定前に設定される。蓄積時間はすなわち検出器の受光面の露光時間であり、例えば光の照射量（単位時間あたりの光量）の少ない測定の際には長時間露光させることで、測定する光の量を増やすことができる。逆に、照射量の多い測定の場合や高速に測定したい場合には、蓄積時間を短く設定して速い周期で測定するなど、蓄積時間により光の量を適切な値に調整することができる。なお、特定の周期での測定が必要な場合は、蓄積時間として特定の時間が定められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2014-006212号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リニアイメージセンサを使用する分析装置において、一般的には測定する試料によって検出器に入射する光量が異なる。通常、蓄積時間は測定前に測定者により設定されるが、設定した蓄積時間が短かすぎると、測定により得られる試料からの光量が少な過ぎ、ノイズに埋もれてしまうことになる。逆に、設定した蓄積時間が長すぎると、試料からの光量がイメージセンサの許容蓄積容量を超えてしまい、測定値が飽和してしまう。いずれの場合も正しい測定結果が得られないため、それらの場合には分析者は設定を変えて再度測定を行う必要がある。
【０００７】
特許文献１には、リニアイメージセンサであるフォトダイオードアレイの受光素子が電荷を蓄積する時間を最適な時間にすることができる機能を有するフォトダイオードアレイ検出器が記載されている。この蓄積時間の調整は具体的には、サンプルセルにブランク液が流れている際に、最も強度の大きい波長の光が入射する受光素子の蓄積電荷量が一定量（例えば飽和電荷量の90%）に達するまでの時間を計測し、その時間を蓄積時間として設定することにより行われている。
【０００８】
このように、蓄積時間を適宜調整して最適な値に設定することにより、受光素子での蓄積電荷の飽和という事態は避けられるが、この場合、蓄積時間は測定毎に変化してしまい、複数の測定間或いは複数の試料間の測定条件に差異が生じる。厳密な分析を行う場合、複数の試料間或いは複数の測定間での測定条件を一定としておかねばならないことがあるが、そのような場合、特許文献１に記載のような方法では対応することができない。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、リニアイメージセンサを使用する分析装置において、該リニアイメージセンサでの蓄積時間を常に所定時間（規定された時間）として測定することのできる分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために成された本発明に係るリニアイメージセンサを使用した分析装置は、
a) それぞれ分光された光を受けて光量に対応した電荷を蓄積する複数の受光素子から成るリニアイメージセンサと、
b) 所定の基準蓄積時間だけ受光した前記リニアイメージセンサの各受光素子から出力される信号を受け、該信号の値が所定の上基準値を超えない場合は前記基準蓄積時間を測定蓄積時間とし、該信号の値が該上基準値以上の場合は前記基準蓄積時間を所定の自然数で除した短縮蓄積時間を算出する第１蓄積時間変更部と、
c) 前記短縮蓄積時間だけ受光した前記リニアイメージセンサの各受光素子から出力される信号を受け、該信号の値が前記上基準値を超えない場合は該短縮蓄積時間を測定蓄積時間とし、該信号の値が前記上基準値以上の場合は前記短縮蓄積時間を所定の自然数で除した短縮蓄積時間を算出して再度該短縮蓄積時間だけ受光した前記リニアイメージセンサの各受光素子から出力される信号を受けるという処理を、該信号の値が前記上基準値を超えなくなるまで繰り返す第２蓄積時間変更部と、
d) 前記測定蓄積時間の測定を、前記基準蓄積時間を該測定蓄積時間で除した回数だけ行う測定部と
を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るリニアイメージセンサを使用した分析装置では、本測定の前に、次のような、本測定における1回の蓄積時間（測定蓄積時間）を決定する処理を行う。
まず、測定光を所定の基準蓄積時間だけリニアイメージセンサで受光し、それを構成する複数の受光素子から出力される信号を受けて所定の上基準値と比較する。この「所定の基準蓄積時間」とは、本測定において規定された蓄積時間である。「所定の上基準値」は、リニアイメージセンサを構成する各受光素子の最大電荷蓄積容量に対応する値よりも少し小さな値（例えば95%、90%など）としておく。また、このリニアイメージセンサからの信号としては、全受光素子中の最大出力の信号を採用してもよいし、目的の波長が分かっている場合にはその波長に対応する受光素子の信号を採用してもよい。
【００１２】
リニアイメージセンサの出力信号が上基準値を超えない場合は、この基準蓄積時間をそのまま測定蓄積時間として、本測定を行う。
【００１３】
リニアイメージセンサの出力信号が上基準値以上である場合は、受光素子において電荷が飽和する可能性があるため、蓄積時間を自然数分の１（例えば、1/2、1/3等）に短くする。短くした蓄積時間（短縮蓄積時間）によるリニアイメージセンサの出力信号の値が上基準値を超えなければ、この短縮蓄積時間を測定蓄積時間とする。やはり上基準値以上であれば、再び蓄積時間を自然数分の１（この自然数は、前の自然数と別の数であってもよい。）に短くし、同じことを繰り返す。リニアイメージセンサの出力信号の値が上基準値を超えなくなった時点で、そのときの短縮蓄積時間を本測定に用いる。ただし、この蓄積時間は基準蓄積時間よりも短く（自然数分の１と）なっているため、本測定では、このときの短縮蓄積時間での測定を、基準蓄積時間と同じになる回数だけ繰り返す。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るリニアイメージセンサを使用した分析装置では、リニアイメージセンサの受光素子において信号を飽和させることなく、必ず、規定された蓄積時間（基準蓄積時間）だけ測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例である分光分析装置の概略構成図。
【図２】実施例の分光分析装置において行われる、光量が過大である場合の測定蓄積時間決定のための処理のフローチャート。
【図３】光量が過小である場合の測定蓄積時間決定のための処理のフローチャート。
【図４】光量が過大である場合の測定蓄積時間決定のプロセスを示す説明図。
【図５】光量が過大である場合の測定蓄積時間決定後の本測定のプロセスを示す説明図。
【図６】光量が過小である場合の測定蓄積時間決定のプロセスを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施例を、図１の分光分析装置を用いて説明する。本実施例の分光分析装置は、光源１１、集光レンズ１２、試料セル１３、スリット１４、分光素子１５、リニアイメージセンサ１６等を備えた測定部１０と、測定部１０の各部を制御するとともに、測定部１０で得られた信号を処理する制御部２０から成る。
【００１７】
光源１１からの光は集光レンズ１２によって試料セル１３に照射され、試料セル１３を透過した光がスリット１４を通って分光素子１５で分光され、リニアイメージセンサ１６に入射する。リニアイメージセンサ１６は、多数の受光素子が分光素子１５の分光方向に沿って配置されて成り、各受光素子では分光された各波長の光の強度に応じた電荷が生成され、外部から指示された蓄積時間の間、そこに蓄積される。
【００１８】
前記蓄積時間が経過した後、リニアイメージセンサ１６の各受光素子からの信号は制御部２０に送られる。制御部２０では、各受光素子からの信号をA/D変換器２１でデジタルデータに変換し、それに基づいて測定部１０の動作を制御する。以下、特にリニアイメージセンサ１６の動作の制御について説明する。
【００１９】
本実施例の分光分析装置では、分析の目的、規格等によりリニアイメージセンサ１６における蓄積時間が指定されたとき、その蓄積時間（以下、これを基準蓄積時間と呼ぶ。）で実際に測定を行うことができるか否かを検討し、基準蓄積時間で動作させた場合に不具合が生じるときには、それを修正する。基準蓄積時間で動作させた場合、一つには、リニアイメージセンサ１６における電荷生成量が過大となり、受光素子の電荷蓄積容量を超えることがある。逆に、電荷生成量が過小である場合には、試料による信号がノイズに埋もれることがある。いずれの場合も正しい測定を行うことができなくなるため、指定された蓄積時間（基準蓄積時間）で実際に試料の測定（本測定）を行う前に、本測定を行う際の蓄積時間を決定する。
【００２０】
この処理を図２及び図３のフローチャート及び図４〜図６の説明図を用いて説明する。まず、基準蓄積時間t0だけリニアイメージセンサ１６を動作させ、各受光素子で電荷を蓄積する（ステップS1）。比較部２２は、基準蓄積時間t0経過後のリニアイメージセンサ１６からの出力信号Epを、所定の上基準値EHと比較する（ステップS10、図４）。上基準値EH及び後述の下基準値ELは、制御部２０のメモリ２３に格納されている。上基準値EHと比較するリニアイメージセンサ１６からの出力信号としては、全受光素子の信号中、最大のものを採用してもよいし、目的とする波長が分かっている場合にはその波長に対応する受光素子の信号としてもよい。なお、下基準値ELとの比較については後述する。
【００２１】
リニアイメージセンサ１６からの出力信号Epが上基準値EHを下回る場合は、蓄積時間変更部２４は基準蓄積時間t0を測定蓄積時間tmとする（ステップS12）。出力信号Epが上基準値EH以上である場合は、基準蓄積時間t0を2で除した（1/2を乗じた）値t0/2を短縮蓄積時間tsとし（ステップS11）、この短縮蓄積時間tsでリニアイメージセンサ１６を動作させる（ステップS13）。この場合のリニアイメージセンサ１６の出力（このときは、Ep/2となっているはずである。）を再び上基準値EHと比較し（ステップS14）、それを下回る場合は蓄積時間変更部２４はそのときの短縮蓄積時間tsを測定蓄積時間tmとする（ステップS16）。出力信号Ep/2がやはり上基準値EH以上である場合は、短縮蓄積時間tsを更に2で除した（1/2を乗じた）値ts/2を新たな短縮蓄積時間tsとし（ステップS15）、リニアイメージセンサ１６での電荷蓄積を行う（ステップS13）。これを繰り返しているうちに、いずれ出力は上基準値EHを下回るようになり、測定蓄積時間tmが決定される（ステップS16）。
【００２２】
実際の試料の測定（本測定）では、測定部２５は、こうして決定された測定蓄積時間tmによるリニアイメージセンサ１６での電荷蓄積を、総計が基準蓄積時間t0となるまで、すなわち、t0/tm回だけ、繰り返す（ステップS17、図５）。この間、もちろん各回において信号を出力し、各受光素子の電荷をリセットするため、リニアイメージセンサ１６では電荷が飽和することなく、正しい測定を行うことができる。
【００２３】
なお、上記例では蓄積時間を短縮する際に常に1/2倍としたが、これは1/3倍等としてもよい。
【００２４】
次に、図３及び図６により、基準蓄積時間t0だけリニアイメージセンサ１６を動作させたとき（ステップS1）の出力信号Epを下基準値ELと比較する場合について説明する。比較部２２は、出力信号Epを、前記のように所定の上基準値EHと比較する前又は後に、所定の下基準値ELとも比較する（ステップS20）。出力信号Epが下基準値ELを超える場合は、先の場合と同様、蓄積時間変更部２４は基準蓄積時間t0をそのまま測定蓄積時間tmとする（ステップS22）。しかし、出力信号Epが過小であり、下基準値EL以下である場合は、基準蓄積時間t0に2を乗じた値2・t0を延長蓄積時間teとし（ステップS21）、この延長蓄積時間teでリニアイメージセンサ１６を動作させる（ステップS23）。この場合のリニアイメージセンサ１６の出力（このときは、2・Epとなっているはずである。）を再び下基準値ELと比較し（ステップS24）、それを上回る場合はそのときの延長蓄積時間teを測定蓄積時間tmとする（ステップS26）。出力信号2・Epがやはり下基準値EL以下である場合は、延長蓄積時間teに更に2を乗じた値2・tsを新たな延長蓄積時間teとし（ステップS25）、リニアイメージセンサ１６での電荷蓄積を行う（ステップS23）。これを繰り返しているうちに、いずれ出力は下基準値ELを上回るようになり、測定蓄積時間tmが決定される（ステップS26）。
【００２５】
実際の試料の測定（本測定）では、測定部２５は、こうして決定された測定蓄積時間tmによりリニアイメージセンサ１６で電荷蓄積を行い（ステップS27）、その測定値（出力信号。図６の場合、4・Ep）を、tm/t0（図６の場合、tm/t0=4）で除算する。
【符号の説明】
【００２６】
１０…測定部
１１…光源
１２…集光レンズ
１３…試料セル
１４…スリット
１５…分光素子
１６…リニアイメージセンサ
２０…制御部
２１…A/D変換器
２２…比較部
２３…上基準値/下基準値メモリ
２４…蓄積時間変更部
２５…測定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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