CN108458786B - 光谱测定装置以及光谱测定方法 - Google Patents

光谱测定装置以及光谱测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种更优异的光谱测定装置以及光谱测定方法。光谱测定装置具备：CCD(Charge Coupled Device)检测器，包含二维排列的多个受光元件；光学系统，将入射光分光并照射至所述CCD检测器；以及限制部，对朝向所述多个受光元件的各行的一部分行以及各列的一部分列的至少任一方的来自所述光学系统的光的照射进行限制。

Description

光谱测定装置以及光谱测定方法
技术领域
本发明涉及一种光谱测定装置以及光谱测定方法，特别涉及一种将对象光分光的光谱测定装置以及光谱测定方法。
背景技术
在非专利文献1中记载了作为测定光的电磁波谱的光学设备的光谱测定装置的概略。然后，近年来，正在开发用于测定按波长的强度的光谱测定装置。
此外，正在开发将CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)检测器作为受光单元的摄影装置。例如，在日本特开2010-266538号公报(专利文献1)中公开了如下所示的构成。即，摄影装置具备：拍摄图像的CCD图像传感器；变更图像的变焦倍率的可变倍率透镜以及透镜驱动器；指示变焦倍率的变更的操作部；从通过CCD图像传感器拍摄的图像检测特征部分的特征检测部；以及CPU，在通过操作部指示了变焦倍率的变更的情况下，将通过特征检测部检测到的特征部分的大小与特征检测部可以检测的特征部分的大小的限界值进行比较，并根据操作部所指示的变焦倍率和比较结果对可变倍率透镜以及透镜驱动器进行控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-266538号公报
专利文献2：日本特开平10-145679号公报
专利文献3：日本特开2000-324400号公报
专利文献4：日本特开2001-268444号公报
专利文献5：日本特开2001-268446号公报
专利文献6：日本特开2003-298959号公报
非专利文献
非专利文献1：“维基百科”，[online]，[平成29年1月4日检索]，因特网〈URL：http：//ja.wikipedia.org/wiki/分光器〉
发明内容
发明所要解决的问题
可以考虑例如使用专利文献1中记载的CCD检测器等来作为光谱测定装置中的受光单元的构成。正在寻求一种在这样的构成中提供更优异的用于测定光谱的装置的技术。
本发明是为了解决上述的问题而完成的，其目的在于提供一种更优异的光谱测定装置以及光谱测定方法。
用于解决问题的方案
(1)为了解决上述问题，本发明的与某种局面相关的光谱测定装置具备：CCD检测器，包含二维排列的多个受光元件；光学系统，将入射光分光并照射至所述CCD检测器；以及限制部，对朝向所述多个受光元件的各行的一部分行以及各列的一部分列的至少任一方的来自所述光学系统的光的照射进行限制的。
通过这样的构成，例如能通过限制朝向通用的CCD检测器的光的照射，不开发新的CCD检测器地实现使检测区域缩小(downsized)的CCD检测器，因此能降低装置的开发成本。此外，由于能减少被光照射的行数以及列数的至少任一方，因此，与不限制光的照射对象的构成相比，能缩短在各受光元件中生成的电荷的取得处理所需的时间。因此，能提供更优异的光谱测定装置。
(2)优选的是：基于与光谱测定有关的条件来设定所述限制部的限制对象。
通过这样的构成，能设定与应测定的光谱的内容相应的适当的限制对象。
(3)进一步优选的是：通过所述光学系统进行分光的各波长的光照射至对应的所述列，基于由所述CCD检测器实施的一个光谱的测定时间以及所述CCD检测器应检测的光量的至少任一方，设定作为所述限制对象的所述行数。
通过这样的构成，例如能在所要求的测定时间内实现光谱的测定完成，或能实现满足所要求的SN(Signal Noise：信噪)比的光谱的测定。
(4)进一步优选的是：通过所述光学系统进行分光的各波长的光照射至对应的所述列，将分别对应于所述光谱测定装置应取得的光谱的多个波长的多个所述列以外的、一个或多个所述列设定为所述限制对象。
通过这样的构成，能高效地测定所要求的波长范围的光谱。
(5)优选的是：所述光学系统包含将分光后的光聚光于所述限制部不作为限制对象的所述受光元件群的聚光部。
通过这样的构成，能提高照射至应使用的受光元件群的光的强度，因此能使光谱的SN比提高。
(6)优选的是：所述CCD检测器包含：多个列移位寄存器，按所述列设置，分别对应属于所述列的多个所述受光元件地设有多个列电荷蓄积元件；以及行移位寄存器，分别对应所述多个列移位寄存器地设有多个行电荷蓄积元件，所述列移位寄存器使对应于属于所述行的所述受光元件的自身的所述列电荷蓄积元件中的蓄积电荷移动至对应于属于其他所述行的所述受光元件的自身的所述列电荷蓄积元件、或所述行移位寄存器中的对应的所述行电荷蓄积元件。
如此，通过将在被光照射的受光元件中生成的电荷按列进行汇集的构成，能高效地取得按波长的所希望的电荷量。
(7)优选的是：所述限制部对朝向所述各行的一部分行以及所述各列的一部分列的来自所述光学系统的光的照射进行限制。
通过这样的构成，能减少被光照射的行数以及列数这两方，因此能进一步缩短在各受光元件中生成的电荷的取得处理所需的时间。
(8)为了解决上述问题，本发明的与某种局面相关的光谱测定方法是一种具备包含二维排列的多个受光元件的CCD检测器的光谱测定装置的光谱测定方法，包含：将入射光分光并照射至所述CCD检测器的步骤；以及取得通过照射至所述CCD检测器的分光后的光而在所述多个受光元件中生成的电荷的步骤，在将光照射至所述CCD检测器的步骤中，对朝向所述多个受光元件的各行的一部分行以及各列的一部分列的至少任一方的进行了分光的所述入射光的照射进行限制。
通过这样的方法，例如能通过限制朝向通用的CCD检测器的光的照射，不开发新的CCD检测器地实现使检测区域缩小的CCD检测器，因此能降低装置的开发成本。此外，由于能减少被光照射的行数以及列数的至少任一方，因此，与不限制光的照射对象的构成相比，能缩短在各受光元件中生成的电荷的取得处理所需的时间。因此，能提供更优异的光谱测定装置。
发明效果
根据本发明，能提供一种更优异的光谱测定装置以及光谱测定方法。
附图说明
图1是表示具备本发明的实施方式的光谱测定装置的比较例的光谱测定系统的构成的图。
图2是表示本发明的实施方式的光谱测定系统中的光谱测定装置的比较例的构成的图。
图3是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取方法的比较例的图。
图4是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取方法的比较例的图。
图5是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取方法的比较例的图。
图6是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取方法的比较例的图。
图7是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取方法的比较例的图。
图8是表示本发明的实施方式的光谱测定系统中的光谱测定装置的构成的图。
图9是从水平传送方向所观察设于本发明的实施方式的光谱测定装置的CCD检测器的侧视图。
图10是表示设于本发明的实施方式的光谱测定装置的限制部的变形例的构成的图。
图11是表示设于本发明的实施方式的光谱测定装置的限制部的变形例的构成的图。
图12是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取方法的图。
图13是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取方法的图。
图14是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取方法的图。
图15是用于说明本发明的实施方式的光谱测定系统的效果的图。
图16是表示本发明的实施方式的光谱测定装置中的光学系统的变形例的构成的图。
图17是表示本发明的实施方式的光谱测定系统的变形例的构成的图。
图18是表示本发明的实施方式的光谱测定系统中的光谱测定装置的变形例的构成的图。
图19是表示本发明的实施方式的光谱测定系统中的光谱测定装置的变形例的构成的图。
图20是表示在本发明的实施方式的光谱测定系统中，测定光谱时的时序的一例的图。
附图标记说明：
1 光谱测定装置
5 光学系统
5a 狭缝
5b 衍射光栅
5d 准直镜
5e 聚焦镜
5f 凹面衍射光栅
5g 聚光部
6a 输出部
6 CCD检测器
7 光学系统
11 光谱测定装置
21 限制部
22 限制部
41 控制器
42 个人计算机
43 对象物
44 光纤
301 光谱测定系统
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，对图中相同或相当部分会赋予相同附图标记，且不会重复对其进行说明。此外，也可以将以下记载的实施方式的至少一部分任意进行组合。
图1是表示具备本发明的实施方式的光谱测定装置的比较例的光谱测定系统的构成的图。
参照图1，光谱测定系统301具备：作为比较例的光谱测定装置1、控制器41以及个人计算机(PC)42。
用户例如设置对象物43作为光谱测定装置1的测定对象。对象物43是照明以及显示装置等自身发光的物体、或是反射或透射来自光源的光的物体等。
个人计算机42可以接收用户的操作。个人计算机42例如当接收用于开始测定的用户的操作时，根据接收到的操作向控制器41发送测定开始命令。
控制器41根据由个人计算机42发送的测定开始命令控制光谱测定装置1，取得基于光谱测定装置1的测定结果的光谱。
控制器41例如通过对取得的光谱实施规定的运算处理来进行对象物43的好坏判定。控制器41将表示判定结果的结果信息发送至个人计算机42。
当个人计算机42接收来自控制器41的结果信息时，将接收到的结果信息的内容在例如未图示的显示器中显示。
需要说明的是，控制器41采用将结果信息发送至个人计算机42的构成，但并不限定于此。控制器41也可以是将表示光谱的信息发送至个人计算机42的构成。
图2是表示本发明的实施方式的光谱测定系统中的光谱测定装置的比较例的构成的图。
参照图2，光谱测定装置1具备：光学系统5、CCD检测器6。光学系统5包含：狭缝5a、衍射光栅5b、准直镜(collimating mirror)5d以及聚焦镜(focus mirror)5e。
参照图1以及图2，光谱测定装置1可以通过将来自对象物43的入射光分光来测定表示入射光的按波长的强度的光谱。具体而言，光谱测定装置1为车尔尼特纳分光器(Czerny-Turner spectrometer)。
具体而言，光谱测定装置1中的光学系统5将入射光分光并照射至CCD检测器6。
更具体而言，光学系统5中的狭缝5a的开口部例如具有长方形的形状，设为长边沿着铅垂方向。
准直镜5d具有例如球面形状的反射面，反射通过了狭缝5a的来自对象物43的入射光并转换成平行光，将转换后的平行光照射至衍射光栅5b。
衍射光栅5b根据波长将来自准直镜5d的入射光衍射向不同的方向。
更具体而言，衍射光栅5b例如是反射型衍射光栅，沿着铅垂方向的槽设于反射面。衍射光栅5b将来自准直镜5d的入射光以在与波长相应的各个方向上强度变大的方式进行反射。
聚焦镜5e具有例如球面形状的反射面，反射通过衍射光栅5b进行衍射的入射光并聚光于CCD检测器6。
具体而言，CCD检测器6为CCD图像传感器，包含二维排列的多个受光元件。
更具体而言，CCD检测器6包含以m行n列的矩阵状进行排列的m×n个受光元件。在此，属于列的受光元件的排列方向以及属于行的受光元件的排列方向分别沿着垂直(V)方向以及水平(H)方向。此外，m、n是2以上的整数。
CCD检测器6例如配置为通过光学系统5进行分光的各波长的光被照射至属于对应的列的受光元件。因此，相同波长的入射光被照射至属于相同列的受光元件。
受光元件例如是光电二极管，由控制器41对其施加反向偏置而生成与接收到的入射光的强度相应的电荷并进行蓄积。
CCD检测器6例如包含按列进行设置的n个列移位寄存器、行移位寄存器以及输出部。在n个列移位寄存器中，例如分别对应属于列的m个受光元件地设有m个列电荷蓄积元件。在行移位寄存器中，分别对应列移位寄存器地设有n个行电荷蓄积元件。
[组合处理(Binning Processing)的比较例]
图3～图7是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取(读出)方法的比较例的图。
参照图3，在该例中，为了说明的简单，对包含排列成4行4列的4×4个受光元件的CCD检测器6中的电荷的读取方法进行说明。
CCD检测器6例如是行间CCD(interline CCD)或帧转移CCD(frame transferCCD)。
CCD检测器6例如包含：按列进行设置的、分别对应属于该列的四个受光元件地设有四个列电荷蓄积元件Cc的四个列移位寄存器Sc；分别对应列移位寄存器Sc地设有四个行电荷蓄积元件Cr的行移位寄存器Sr；以及输出部6a。输出部6a例如是放大器。
需要说明的是，CCD检测器6并不限于行间CCD或帧转移CCD，也可以是全帧转移CCD(full-frame transfer CCD)。该情况下，在CCD检测器6，属于列的四个受光元件分别也作为四个列电荷蓄积元件Cc而发挥功能。
以越靠近行移位寄存器Sr编号越大的方式对各行赋予行编号。此外，以越靠近输出部6a编号越大的方式对各列赋予列编号。
此外，将平行于列的方向的、朝向行移位寄存器Sr的方向定义为垂直传送方向Dv。此外，将平行于行的方向的、朝向输出部6a的方向定义为水平传送方向Dh。
列移位寄存器Sc例如将对应于属于行的受光元件的自身的列电荷蓄积元件Cc中的蓄积电荷移动至对应于属于其他行的受光元件的自身的列电荷蓄积元件Cc、或行移位寄存器Sr中的对应的行电荷蓄积元件Cr。
具体而言，首先，控制器41当经过规定的曝光时间时，进行使各受光元件中蓄积的电荷传送至对应的列电荷蓄积元件Cc的同时传送控制(步骤S102)。
此时，16个列电荷蓄积元件Cc分别蓄积Q1～Q16的电荷。此外，各受光元件经过上述曝光时间后，生成与接收到的入射光的强度相应的电荷并进行蓄积，直到从控制器41接收新的同时传送控制。
接着，控制器41通过向各列移位寄存器Sc提供垂直侧传送信号Vc1，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向朝向行移位寄存器Sr的方向即垂直传送方向Dv移位(步骤S104)。
此时，行移位寄存器Sr中的四个行电荷蓄积元件Cr分别蓄积由第四行中的四个列电荷蓄积元件Cc传送的Q4、Q3、Q2、Q1的电荷。
参照图4，接着，控制器41通过向各列移位寄存器Sc提供垂直侧传送信号Vc2，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向朝向行移位寄存器Sr的方向移位(步骤S106)。
此时，行移位寄存器Sr中的四个行电荷蓄积元件Cr进一步蓄积分别由第四行中的四个列电荷蓄积元件Cc传送的电荷，由此蓄积(Q4+Q8)、(Q3+Q7)、(Q2+Q6)、(Q1+Q5)的电荷。
接着，控制器41通过向各列移位寄存器Sc提供垂直侧传送信号Vc3，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向朝向行移位寄存器Sr的方向移位(步骤S108)。
此时，行移位寄存器Sr中的四个行电荷蓄积元件Cr进一步蓄积分别由第四行中的四个列电荷蓄积元件Cc传送的电荷，由此蓄积(Q4+Q8+Q12)、(Q3+Q7+Q11)、(Q2+Q6+Q10)、(Q1+Q5+Q9)的电荷。
参照图5，接着，控制器41通过向各列移位寄存器Sc提供垂直侧传送信号Vc4，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向朝向行移位寄存器Sr的方向移位(步骤S110)。
此时，行移位寄存器Sr中的四个行电荷蓄积元件Cr进一步蓄积分别由第四行中的四个列电荷蓄积元件Cc传送的电荷，由此蓄积(Q4+Q8+Q12+Q16)、(Q3+Q7+Q11+Q15)、(Q2+Q6+Q10+Q14)、(Q1+Q5+Q9+Q13)的电荷。
接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供水平侧传送信号Hc1，使属于行移位寄存器Sr的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷向朝向输出部6a的方向即水平传送方向Dh移位(步骤S112)。
此时，对应于第四列的列移位寄存器Sc的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷(Q1+Q5+Q9+Q13)被传送至输出部6a。输出部6a将具有与蓄积的电荷(Q1+Q5+Q9+Q13)相应的电平(level)的成分信号S4输出至控制器41。
参照图6，接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供水平侧传送信号Hc2，使属于行移位寄存器Sr的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷向朝向输出部6a的方向移位(步骤S114)。
此时，对应于第四列的列移位寄存器Sc的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷(Q2+Q6+Q10+Q14)被传送至输出部6a。输出部6a将具有与蓄积的电荷(Q2+Q6+Q10+Q14)相应的电平的成分信号S3输出至控制器41。
接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供水平侧传送信号Hc3，使属于行移位寄存器Sr的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷向朝向输出部6a的方向移位(步骤S116)。
此时，对应于第四列的列移位寄存器Sc的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷(Q3+Q7+Q11+Q15)被传送至输出部6a。输出部6a将具有与蓄积的电荷(Q3+Q7+Q11+Q15)相应的电平的成分信号S2输出至控制器41。
参照图7，接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供水平侧传送信号Hc4，使属于行移位寄存器Sr的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷向朝向输出部6a的方向移位(步骤S118)。
此时，对应于第四列的列移位寄存器Sc的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷(Q4+Q8+Q12+Q16)被传送至输出部6a。输出部6a将具有与蓄积的电荷(Q4+Q8+Q12+Q16)相应的电平的成分信号S1输出至控制器41。
控制器41基于由输出部6a发送的成分信号S4～S1来取得表示按波长的强度的光谱。
[技术问题]
通过上述的步骤S102～S118测定一个光谱，但寻求进一步缩短这一个光谱的测定所需的时间(以下也称为单位测定时间。)。
例如可以考虑使用行数更少的CCD检测器6的方法，但在适当行数的CCD检测器6未在市面出售的情况下，需要新开发CCD检测器6，成本负担变大。
此外，在使用少于适当行数的行数的CCD检测器6的情况下，可以缩短单位测定时间，但由于列中的多个列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷的合计变少，因此SN比降低。
即，寻求一种如下技术：可以不新开发CCD检测器而使用通用的CCD检测器来缩短单位测定时间，并且确保一定水平的SN比。
因此，在本发明的实施方式的光谱测定系统中，通过如下所示的构成以及动作来解决这样的技术问题。
[光谱测定装置的构成]
图8是表示本发明的实施方式的光谱测定系统中的光谱测定装置的构成的图。
参照图8，光谱测定系统301具备光谱测定装置11以代替图1所示的光谱测定装置1。光谱测定装置11具备：光学系统5、CCD检测器6以及限制部(限制结构)21。
光谱测定装置11中的光学系统5以及CCD检测器6的构成以及动作分别与图2所示的光谱测定装置1中的光学系统5以及CCD检测器6相同。CCD检测器6为例如通用品。
图9是从水平传送方向观察设于本发明的实施方式的光谱测定装置的CCD检测器的侧视图。
参照图8以及图9，限制部21例如对朝向多个受光元件的各行的一部分行的来自光学系统5的光的照射进行限制。
具体而言，限制部21为例如屏蔽(mask)构件。限制部21在CCD检测器6中的受光元件具有灵敏度的波长带是不透明的。在图8中，为了容易理解以半透明的方式对限制部21进行示出。
限制部21例如由金属或树脂形成。限制部21设于CCD检测器6的受光面中的、应限制来自光学系统5的光的照射对象的区域(以下也称为限制对象区域)Au。换言之，限制部21设于CCD检测器6的受光面中的、应照射来自光学系统5的光的区域(以下也称为照射对象区域)Ar以外的区域。
限制部21例如通过反射来自光学系统5的光来对来自光学系统5的光照射向CCD检测器6的照射对象进行限制。
然而，由限制部21反射的光在光谱测定装置11的内部会成为杂散光，因此，限制部21优选为通过吸收来自光学系统5的光来限制朝向CCD检测器6的来自光学系统5的光的照射的构成。
限制部21的限制对象例如基于与光谱测定有关的条件进行设定。
更具体而言，例如基于由CCD检测器6实施的一个光谱的测定时间即单位测定时间来设定作为限制对象的CCD检测器6的行数。
具体而言，以单位测定时间比规格上所要求的时间短的方式设定作为限制对象的CCD检测器6的行数。限制对象的行数可以是一个，也可以是多个。
此外，限制对象区域Au设为包含垂直传送方向Dv上的起点侧的最初的行即第一行。
需要说明的是，限制对象区域Au也可以设为分割成多个。该情况下，设置为：分割的限制对象区域Au中的一个包含第一行。
[限制部21的变形例1]
图10是表示设于本发明的实施方式的光谱测定装置的限制部的变形例的构成的图。在图10中，为了容易理解以半透明的方式对限制部21进行示出。
限制部21的变形例1例如对朝向多个受光元件的各列的一部分列的来自光学系统5的光的照射进行限制。
例如，将分别对应于光谱测定装置11应取得的光谱的多个波长的多个列以外的、一个或多个列设定为限制对象。
具体而言，将分别对应于规格上所要求的多个波长的多个列以外的、一个或多个列设定为限制对象。限制对象的列数可以是一个，也可以是多个。
此外，限制对象区域Au设为包含水平传送方向Dh上的起点侧的最初的列即第一列。
需要说明的是，限制对象区域Au也可以设为分割成多个。该情况下，设置为：分割的限制对象区域Au中的一个包含第一列。
[限制部21的变形例2]
图11是表示设于本发明的实施方式的光谱测定装置的限制部的变形例的构成的图。在图11中，为了容易理解以半透明的方式对限制部21进行示出。
限制部21的变形例2例如对朝向多个受光元件的各行的一部分行以及各列的一部分列的来自光学系统5的光的照射进行限制。
例如，将分别对应于光谱测定装置11应取得的光谱的多个波长的多个列以外的、一个或多个列设定为限制对象。
具体而言，图11所示的限制对象区域Au，例如在行方向上根据图8所示的设定方法进行设定，在列方向上根据如图10所示的设定方法进行设定。
[组合处理]
图12～图14是表示本发明的实施方式的CCD检测器中的受光元件中蓄积的电荷的读取方法的图。
图12所示的CCD检测器6与图3所示的CCD检测器6相同。此外，在图12所示的CCD检测器6设有与图11所示的限制部21的变形例2相同形状的限制部21。在该例中，限制部21的限制对象为第一行、第二行以及第一列。
列移位寄存器Sc例如使对应于照射对象区域Ar中的受光元件的、即属于行的受光元件的自身的列电荷蓄积元件Cc中的蓄积电荷移动至对应于属于其他行的受光元件的自身的列电荷蓄积元件Cc、或行移位寄存器Sr中的对应的行电荷蓄积元件Cr。
具体而言，首先，控制器41当经过规定的曝光时间时，进行使各受光元件中蓄积的电荷传送至对应的列电荷蓄积元件Cc的同时传送控制(步骤S202)。
此时，照射对象区域Ar中的六个列电荷蓄积元件Cc分别蓄积Q1～Q6的电荷。
接着，控制器41通过向各列移位寄存器Sc提供垂直侧传送信号Vc1，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向朝向行移位寄存器Sr的方向移位(步骤S204)。
此时，由于限制对象区域Au中所包含的第一列中的列电荷蓄积元件Cc不蓄积电荷，因此，行移位寄存器Sr中的四个行电荷蓄积元件Cr分别蓄积基于第四行中的四个列电荷蓄积元件Cc的零、Q3、Q2、Q1的电荷。
参照图13，接着，控制器41通过向各列移位寄存器Sc提供垂直侧传送信号Vc2，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向朝向行移位寄存器Sr的方向移位(步骤S206)。
此时，行移位寄存器Sr中的四个行电荷蓄积元件Cr进一步蓄积分别基于第四行中的四个列电荷蓄积元件Cc的电荷，由此蓄积零、(Q3+Q6)、(Q2+Q5)、(Q1+Q4)的电荷。
接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供水平侧传送信号Hc1，使属于行移位寄存器Sr的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷向朝向输出部6a的方向移位(步骤S208)。
此时，对应于第四列的列移位寄存器Sc的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷(Q1+Q4)被传送至输出部6a。输出部6a将具有与蓄积的电荷(Q1+Q4)相应的电平的成分信号S4输出至控制器41。
参照图14，接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供水平侧传送信号Hc2，使属于行移位寄存器Sr的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷向朝向输出部6a的方向移位(步骤S210)。
此时，对应于第四列的列移位寄存器Sc的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷(Q2+Q5)被传送至输出部6a。输出部6a将具有与蓄积的电荷(Q2+Q5)相应的电平的成分信号S3输出至控制器41。
接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供水平侧传送信号Hc3，使属于行移位寄存器Sr的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷向朝向输出部6a的方向移位(步骤S212)。
此时，对应于第四列的列移位寄存器Sc的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷(Q3+Q6)被传送至输出部6a。输出部6a将具有与蓄积的电荷(Q3+Q6)相应的电平的成分信号S2输出至控制器41。
控制器41基于由输出部6a发送的成分信号S4～S2来取得表示按波长的强度的光谱。
图15是用于说明本发明的实施方式的光谱测定系统的效果的图。
参照图15，在作为比较例的光谱测定装置1中，如图3～图7所示，CCD检测器6在从控制器41接收到同时传送控制U1后，按顺序从控制器41接收垂直侧传送信号Vc1～Vc4以及水平侧传送信号Hc1～Hc4。该CCD检测器6分别向控制器41发送成分信号S4～S1以作为水平侧传送信号Hc1～Hc4的响应，由此在控制器41中完成一个光谱的取得。
另一方面，在光谱测定装置11中，如图12～图14所示，CCD检测器6在从控制器41接收到同时传送控制U1后，按顺序从控制器41接收垂直侧传送信号Vc1、Vc2以及水平侧传送信号Hc1～Hc3。该CCD检测器6分别向控制器41发送成分信号S4～S2以作为水平侧传送信号Hc1～Hc3的响应，由此在控制器41中完成一个光谱的取得。
如此，在光谱测定装置11中，通过将照射对象区域Ar中蓄积的电荷设为传送对象的构成，能减少垂直传送方向Dv以及水平传送方向Dh的电荷传送的次数，因此与光谱测定装置1的单位测定时间相比能缩短单位测定时间。
[光学系统5的变形例]
图16是表示本发明的实施方式的光谱测定装置中的光学系统的变形例的构成的图。图16是从水平传送方向观察CCD检测器6的侧视图。
参照图16，光学系统5的变形例与图8所示的光学系统5相比，还包含聚光部5g。
聚光部5g例如将分光后的光聚光于限制部21不作为限制对象的受光元件群。
更具体而言，聚光部5g为例如透镜。该透镜的形状可以是球面，也可以是圆筒形。
聚光部5g例如设于聚焦镜5e与CCD检测器6之间的光路上。需要说明的是，聚光部5g也可以设于狭缝5a与聚焦镜5e之间的光路上。
聚光部5g将从聚焦镜5e接收到的光中的在未设置聚光部5g的情况下照射向限制部21的光(图9参照)聚光至CCD检测器6中的照射对象区域Ar。
通过这样的构成，能使照射至照射对象区域Ar的光量增加，因此能使光谱测定装置11所测定的光谱的SN比提高。
需要说明的是，聚光部5g并不限于透镜，也可以是可以聚光于CCD检测器6中的照射对象区域Ar的反射镜。
此外，也可以将聚光部5g设为使分光后的光向如图10或图11所示的照射对象区域Ar进行聚光的构成。
[光谱测定系统301的变形例]
图17是表示本发明的实施方式的光谱测定系统的变形例的构成的图。
参照图17，在光谱测定系统301的变形例中，来自对象物43的光经由光纤44射入光谱测定装置11中的狭缝5a。
光谱测定系统301的变形例中的控制器41以及个人计算机42的构成以及动作分别与图1所示的光谱测定系统301中的控制器41以及个人计算机42相同。
光谱测定系统301的变形例中的光谱测定装置11的构成以及动作与图8所示的光谱测定装置11相同。
[光谱测定装置11的变形例1]
图18是表示本发明的实施方式的光谱测定系统中的光谱测定装置的变形例的构成的图。
参照图18，图18所示的光谱测定装置11的变形例1与图8所示的光谱测定装置11相比，具备光学系统7以代替光学系统5。光学系统7包含狭缝5a、凹面衍射光栅5f。
光谱测定装置11的变形例1中的限制部21、狭缝5a以及CCD检测器6的构成以及动作分别与图8所示的光谱测定装置11中的限制部21、狭缝5a以及CCD检测器6相同。
图18所示的光谱测定装置11为帕邢-龙格分光器(Paschen-Rungespectrometer)。光谱测定装置11中的光学系统7将入射光分光并照射至CCD检测器6。
更具体而言，光学系统7中的凹面衍射光栅5f是例如具有凹面形状的反射型衍射光栅，根据波长使通过了狭缝5a的入射光衍射向不同的方向，且将衍射的入射光聚光于CCD检测器6。
[光谱测定装置11的变形例2]
图19是表示本发明的实施方式的光谱测定系统中的光谱测定装置的变形例的构成的图。
参照图19，图19所示的光谱测定装置11的变形例2与图8所示的光谱测定装置11相比，具备限制部(限制结构)22以代替限制部21。
光谱测定装置11的变形例2中的光学系统5以及CCD检测器6的构成以及动作分别与图8所示的光谱测定装置11中的光学系统5以及CCD检测器6相同。
限制部22例如对朝向多个受光元件的各行的一部分行的来自光学系统5的光的照射进行限制。
具体而言，限制部22是例如透镜。该透镜的形状可以是球面，也可以是圆筒形。
限制部22例如设于聚焦镜5e与CCD检测器6之间的光路上。需要说明的是，限制部22也可以设于狭缝5a与聚焦镜5e之间的光路上。
限制部22通过将从聚焦镜5e接收到的光中的在未设置限制部22的情况下照射向限制部21的光(参照图9)聚光至CCD检测器6中的照射对象区域Ar，来限制朝向CCD检测器6的来自光学系统5的光的照射。
需要说明的是，在本发明的实施方式的光谱测定装置的变形例2中，限制部22采用对朝向多个受光元件的各行的一部分行的来自光学系统5的光的照射进行限制的构成，但并不限定于此。限制部22也可以是对朝向多个受光元件的各列的一部分列的来自光学系统5的光的照射进行限制的构成，也可以是对朝向多个受光元件的各行的一部分行以及各列的一部分列的来自光学系统5的光的照射进行限制的构成。
[动作的流程]
光谱测定系统301中的各装置具备计算机，该计算机中的CPU等运算处理部分别从未图示的存储器中读取并执行包含以下的时序图或流程图的各步骤的一部分或全部的程序。这些多个装置的程序能分别从外部安装。这些多个装置的程序分别以储存于记录介质的状态进行流通。
图20是表示在本发明的实施方式的光谱测定系统中，测定光谱时的时序的一例的图。
参照图20，首先，用户设置对象物43以作为光谱测定装置11的测定对象(步骤S302)。
接着，用户对个人计算机42进行用于开始测定的操作(步骤S304)。
接着，当个人计算机42从用户接收该操作时，根据接收到的操作将测定开始命令发送至控制器41(步骤S306)。
接着，当控制器41从个人计算机42接收测定开始命令时，根据接收到的测定开始命令，进行清除(clear)CCD检测器6中的各受光元件中蓄积的电荷的重置(reset)处理(步骤S308)。
更具体而言，作为重置处理，控制器41例如以等于CCD检测器6的照射对象区域Ar中所包含的行(以下也称为对象行。)的个数的次数重复垂直侧传送信号并发送至CCD检测器6后，以等于照射对象区域Ar中所包含的列(以下也称为对象列。)的个数的次数重复水平侧传送信号并发送至CCD检测器6。此外，重置处理的时刻(timing)为规定的曝光时间的开始时刻。
接着，控制器41待机至经过上述曝光时间(步骤S310)。
接着，控制器41进行使各受光元件中蓄积的电荷传送至对应的列电荷蓄积元件Cc的同时传送控制(步骤S312)。
接着，控制器41将最初的垂直侧传送信号传送至CCD检测器6(步骤S314)。
接着，控制器41在对象行的个数为3以上的情况下将垂直侧传送信号向CCD检测器6发送一次或多次，将最后的垂直侧传送信号、即第对象行的行数次的垂直侧传送信号发送至CCD检测器6(步骤S316)。
接着，控制器41将最初的水平侧传送信号发送至CCD检测器6(步骤S318)。
接着，控制器41从CCD检测器6接收作为最初的水平侧传送信号的响应的成分信号(步骤S320)。
接着，控制器41在对象列的个数为3以上的情况下进行一次或多次的水平侧传送信号的发送以及成分信号的接收，并将最后的水平侧传送信号、即第对象列的列数次的水平侧传送信号发送至CCD检测器6(步骤S322)。
接着，控制器41从CCD检测器6接收作为最后的水平侧传送信号的响应的成分信号(步骤S324)。
接着，在进行连续测定的情况下(在步骤S326为“是”)，控制器41待机至经过下一次曝光时间(步骤S310)。
另一方面，在不进行连续测定的情况下(在步骤S326为“否”)，控制器41根据从CCD检测器6接收到的各成分信号生成光谱，并对生成的光谱实施规定的运算处理，由此进行对象物43的好坏判定(步骤S328)。
接着，控制器41将表示判定结果的结果信息发送至个人计算机42(步骤S330)。
需要说明的是，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，采用基于单位测定时间来设定作为限制对象的CCD检测器6的行数的构成，但并不限定于此。也可以是基于CCD检测器6应检测的光量来设定作为限制对象的CCD检测器6的行数的构成。具体而言，基于所要求的SN比来设定作为限制对象的CCD检测器6的行数。此外，也可以是基于单位测定时间以及CCD检测器6应检测的光量来设定作为限制对象的CCD检测器6的行数的构成。此外，也可以是与单位测定时间以及该光量无关地例如任意地设定作为限制对象的CCD检测器6的行数的构成。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，采用基于与光谱测定有关的条件来设定限制部21的限制对象的构成，但并不限定于此。在光谱测定装置11中，也可以是基于与光谱测定无关的条件来设定限制部21的限制对象的构成。具体而言，例如可以是基于行移位寄存器Sr中的行电荷蓄积元件Cr的蓄电容量来设定作为限制对象的CCD检测器6的行数的构成。更具体而言，在通过组合处理在列移位寄存器Sc中的各列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷被传送至对应的行电荷蓄积元件Cr的情况下，以被传送的电荷的总量不超过行电荷蓄积元件Cr的蓄电容量的方式对作为限制对象的CCD检测器6的行数进行设定。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，采用将分别对应于光谱测定装置11应取得的光谱的多个波长的多个列以外的、一个或多个列设定为限制对象的构成，但并不限定于此。在光谱测定装置11中，也可以是与光谱测定装置11应取得的光谱的多个波长无关地，基于其他条件将一个或多个列设定为限制对象的构成。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，采用进行组合处理的构成，但并不限定于此。光谱测定装置11也可以是不进行组合处理的构成。具体而言，光谱测定装置11例如也可以是分别读取多个受光元件中蓄积的电荷的构成。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，采用限制对象区域Au设为包含垂直传送方向Dv上的起点侧的最初的行即第一行的构成，但并不限定于此。限制对象区域Au也可以是设为不包含垂直传送方向Dv上的起点侧的最初的行的构成。
具体而言，例如，在图12所示的CCD检测器6中，限制对象区域Au包含第三行以及第四行，并且照射对象区域Ar包含第一行以及第二行的情况下，可以通过以下的方法取得正确的成分信号。
即，控制器41在经过第一曝光时间后，通过向各列移位寄存器Sc提供两次垂直侧传送信号Vc1，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向垂直传送方向Dv移位。
此时，限制对象区域Au中的列电荷蓄积元件Cc的电荷向对应于自身所属的列的、行移位寄存器Sr中的行电荷蓄积元件Cr移动。此外，照射对象区域Ar中的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向限制对象区域Au中的对应的列电荷蓄积元件Cc移动。
接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供四次水平侧传送信号Hc1来清除属于行移位寄存器Sr的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷。此时，控制器41丢弃由输出部6a发送的成分信号。
接着，在控制器41经过第二曝光时间后，通过向各列移位寄存器Sc提供两次垂直侧传送信号Vc1，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向垂直传送方向Dv移位。
此时，限制对象区域Au中的列电荷蓄积元件Cc的电荷即第一曝光时间中蓄积的电荷向对应于自身所属的列的行电荷蓄积元件Cr移动。此外，照射对象区域Ar中的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷即第二曝光时间中蓄积的电荷向限制对象区域Au中的对应的列电荷蓄积元件Cc移动。
接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供四次水平侧传送信号Hc1来按顺序取得基于在第一曝光时间中蓄积的电荷的成分信号。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，采用限制对象区域Au设为包含水平传送方向Dh上的起点侧的最初的列即第一列的构成，但并不限定于此。限制对象区域Au也可以是设为不包含水平传送方向Dh上的起点侧的最初的列的构成。
具体而言，例如，在图12所示的CCD检测器6中，限制对象区域Au包含第三列以及第四列，并且照射对象区域Ar包含第一列以及第二列的情况下，可以通过以下的方法取得正确的成分信号。
即，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供两次水平侧传送信号Hc1来清除对应于照射对象区域Ar的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷。此时，控制器41丢弃由输出部6a发送的成分信号。
接着，在控制器41经过第一曝光时间后，通过向各列移位寄存器Sc提供四次垂直侧传送信号Vc1，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向垂直传送方向Dv移位。
此时，照射对象区域Ar中的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向对应于自身所属的列的、行移位寄存器Sr中的行电荷蓄积元件Cr移动。
接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供两次水平侧传送信号Hc1，使对应于照射对象区域Ar的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷即在第一曝光时间中蓄积的电荷向对应于限制对象区域Au的行电荷蓄积元件Cr移动。此时，控制器41丢弃由输出部6a发送的成分信号。
接着，在控制器41经过第二曝光时间后，通过向各列移位寄存器Sc提供四次垂直侧传送信号Vc1，使属于各列的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向垂直传送方向Dv移位。
此时，照射对象区域Ar中的列电荷蓄积元件Cc中蓄积的电荷向对应于自身所属的列的、行移位寄存器Sr中的行电荷蓄积元件Cr移动。
接着，控制器41通过向行移位寄存器Sr提供两次水平侧传送信号Hc1来按顺序取得基于在第一曝光时间中蓄积的电荷的成分信号，并且使对应于照射对象区域Ar的行电荷蓄积元件Cr中蓄积的电荷即在第二曝光时间中蓄积的电荷向对应于限制对象区域Au的行电荷蓄积元件Cr移动。
在限制对象区域Au设为不包含垂直传送方向Dv上的起点侧的最初的行的构成以及限制对象区域Au设为不包含水平传送方向Dh上的起点侧的最初的列的构成中，控制器41在经过第二曝光时间后取得基于在第一曝光时间中蓄积的电荷的成分信号。
与之相对，如图8、图10以及图11所示，在限制对象区域Au设为包含垂直传送方向Dv上的起点侧的最初的行的构成以及限制对象区域Au设为包含水平传送方向Dh上的起点侧的最初的列的构成中，控制器41能更快的取得基于在第一曝光时间中蓄积的电荷的成分信号。具体而言，控制器41例如能在第二曝光时间中或第二曝光时间前取得该成分信号。
再者，作为光谱测定装置中的受光单元，例如可以考虑使用专利文献1中记载的CCD检测器等的构成。在这样的构成中，寻求一种提供更优异的用于测定光谱的装置的技术。
与之相对，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，CCD检测器6包含二维排列的多个受光元件。光学系统5将入射光分光并照射至CCD检测器6。然后，限制部21对朝向多个受光元件的各行的一部分行以及各列的一部分列的至少任一方的来自光学系统5的光的照射进行限制。
通过这样的构成，例如通过限制朝向通用的CCD检测器6的光的照射，能不开发新的CCD检测器地实现使检测区域缩小的CCD检测器，因此能降低装置的开发成本。此外，由于能减少被光照射的行数以及列数的至少任一方，因此，与不限制光的照射对象的构成相比，能缩短在各受光元件中生成的电荷的取得处理所需的时间。因此，能提供更优异的光谱测定装置。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，基于与光谱测定有关的条件来设定限制部21的限制对象。
通过这样的构成，能设定与应测定的光谱的内容相应的适当的限制对象。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，通过光学系统5进行了分光的各波长的光被照射至对应的列。然后，基于由CCD检测器6实施的一个光谱的测定时间以及CCD检测器6应检测的光量的至少任一方来设定作为限制对象的行数。
通过这样的构成，例如能在所要求的测定时间内实现光谱的测定完成，或能实现满足所要求的SN比的光谱的测定。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，通过光学系统5进行了分光的各波长的光被照射至对应的列。然后，将分别对应于光谱测定装置11应取得的光谱的多个波长的多个列以外的、一个或多个列设定为限制对象。
通过这样的构成，能高效地测定所要求的波长范围的光谱。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，光学系统5包含聚光部5g，该聚光部5g将分光后的光聚光于限制部21不作为限制对象的受光元件群。
通过这样的构成，能提高照射至应使用的受光元件群的光的强度，因此能使光谱的SN比提高。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，CCD检测器6包含：按列进行设置的、分别对应属于列的多个受光元件地设有多个列电荷蓄积元件Cc的多个的列移位寄存器Sc；以及分别对应多个列移位寄存器Sc地设有多个的行电荷蓄积元件Cr的行移位寄存器Sr。然后，列移位寄存器Sc使对应于属于行的受光元件的自身的列电荷蓄积元件Cc中的蓄积电荷移动至对应于属于其他行的受光元件的自身的列电荷蓄积元件Cc、或行移位寄存器Sr中的对应的行电荷蓄积元件Cr。
如此，通过将在被光照射的受光元件中生成的电荷按列进行汇集的构成，能高效地取得按每个波长的所希望的电荷量。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定装置中，限制部21对朝向各行的一部分行以及各列的一部分列的来自光学系统5的光的照射进行限制。
通过这样的构成，能减少被光照射的行数以及列数的两方，因此能进一步缩短在各受光元件中生成的电荷的取得处理所需的时间。
此外，在本发明的实施方式的光谱测定方法中，首先，将入射光分光并照射至CCD检测器6。接着，取得通过照射至CCD检测器6的分光后的光来在多个受光元件中生成的电荷。然后，在CCD检测器6照射光时，对朝向多个受光元件的各行的一部分行以及各列的一部分列的至少任一方的进行了分光的入射光的照射进行限制。
通过这样的方法，例如通过限制朝向通用的CCD检测器6的光的照射，能不开发新的CCD检测器地实现使检测区域缩小的CCD检测器，因此能降低装置的开发成本。此外，由于能减少被光照射的行数以及列数的至少任一方，因此，与不限制光的照射对象的构成相比，能缩短在各受光元件中生成的电荷的取得处理所需的时间。因此，能提供更优异的光谱测定装置。
上述实施方式中，应认为所有方面均是举例示出而并非对其进行限制。本发明的范围是由权利要求的范围而不是上述说明来表示，并意图包含与权利要求的范围均等以及在其范围内的所有变更。

Claims (7)

1.一种光谱测定装置，具备：
CCD检测器，包含二维排列的多个受光元件；
光学系统，将入射光分光并照射至所述CCD检测器；以及
限制部，对朝向所述多个受光元件的各列的一部分列的来自所述光学系统的光的照射进行限制，
通过所述光学系统进行分光的各波长的光照射至对应的所述列，
将分别对应于所述光谱测定装置应取得的光谱的多个波长的多个所述列以外的、一个或多个所述列设定为所述限制部的限制对象。
2.根据权利要求1所述的光谱测定装置，其中，
基于与光谱测定有关的条件设定所述限制对象。
3.根据权利要求2所述的光谱测定装置，其中，
所述限制部还对朝向所述多个受光元件的各行的一部分行的来自所述光学系统的光的照射进行限制，
基于由所述CCD检测器实施的一个光谱的测定时间以及所述CCD检测器应检测的光量的至少任一方，设定作为所述限制对象的所述行数。
4.根据权利要求2所述的光谱测定装置，其中，
所述限制部还对朝向所述多个受光元件的各行的一部分行的来自所述光学系统的光的照射进行限制。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光谱测定装置，其中，
所述光学系统包含将分光后的光聚光于所述限制部不作为限制对象的所述受光元件群的聚光部。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的光谱测定装置，其中，
所述CCD检测器包含：多个列移位寄存器，按所述列设置，分别对应属于所述列的多个所述受光元件地设有多个列电荷蓄积元件；以及行移位寄存器，分别对应所述多个列移位寄存器地设有多个行电荷蓄积元件，
所述列移位寄存器使对应于属于所述多个受光元件的行的所述受光元件的自身的所述列电荷蓄积元件中的蓄积电荷移动至对应于属于其他所述行的所述受光元件的自身的所述列电荷蓄积元件、或所述行移位寄存器中的对应的所述行电荷蓄积元件。
7.一种光谱测定方法，为具备包含二维排列的多个受光元件的CCD检测器的光谱测定装置的光谱测定方法，包含：
将入射光分光并照射至所述CCD检测器的步骤；以及
取得通过照射至所述CCD检测器的分光后的光而在所述多个受光元件中生成的电荷的步骤，
在将光照射至所述CCD检测器的步骤中，对朝向所述多个受光元件的各列的一部分列的进行了分光的所述入射光的照射进行限制，
在将光照射至所述CCD检测器的步骤中，将所述分光后的各波长的光照射至对应的所述列，
将分别对应于所述光谱测定装置应取得的光谱的多个波长的多个所述列以外的、一个或多个所述列设定为所述分光后的光的照射的限制对象。
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