DE69424082T2

DE69424082T2 - Gruppierung von Spektralbändern für die Datenerfassung in Spektrophotometern

Info

Publication number: DE69424082T2
Application number: DE69424082T
Authority: DE
Inventors: Michael I. Crockett; Peter L. Lundberg; David H. Tracy
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JP3568570B2; CA2115856A1; CA2115856C; EP0615115B1; DE69424082D1; AU5757394A; US5412468A; EP0615115A3; AU667614B2; EP0615115A2; JPH06300628A

Description

Diese Erfindung betrifft Spektralfotometer und insbesondere Mittel und Einrichtungen zur Organisation von Spektralbändern für die Datenerfassung in einem Spektralfotometer.

Hintergrund der Erfindung

Verschiedene Arten optischer Spektralfotometer sind für solche Zwecke in Verwendung, wie der Atomemissionsspektroskopie, der Atomabsorptionsspektroskopie und der Astronomie. Ein vollständiges System besteht im allgemeinen aus einer Strahlungsquelle, einem Spektrometer zur Trennung und Erfassung einzelner Spektralkomponenten und einer Datenstation zur Verarbeitung der Informationen von dem Spektrometer. Die Strahlungsquelle kann beispielsweise ein System sein, eine Testprobe in ein induktiv gekoppeltes Plasma einzubringen, wo die atomare Art in der Probe angeregt wird und eine charakteristische Atomemission abstrahlt. Ein anderes Beispiel ist eine Probe, die in einem Grafitofen verdampft wird, wo die Gasprobe gewisse Frequenzen der einfallenden Strahlung absorbiert und atomare Absorptionslinien liefert. Ähnlich liefern astronomische Quellen atomare Emissions- und Absorptionslinien zur spektralfotografischen Analyse.
Spektrometern liegt allgemein eine Strahlungsablenkung durch Beugungsgitter, Prismen und Kombinationen von beiden zugrunde. Elektronische Erfassungseinrichtungen haben die Aufgabe von Fotofilm für genaue und rechtzeitige Messungen der Emissions- oder Absorptionslinien übernommen.
Es gibt verschiedene Arten Detektoren, die zum Messen des Spektrums verwendet werden. Die herkömmliche Art war ein oder mehrere Sekundärelektronenvervielfacherröhren oder -einrichtungen, die gerichtete Strahlung empfangen und freie Elektronen erzeugen, deren Zahl vervielfacht wird, um einen der Strahlungsintensität proportionalen Signalausgang in Realzeit zu liefern. Einer neueren Art liegt das Prinzip der Ladungserzeugung beim Auftreffen von Strahlung auf eine Oberfläche, wie Silicium, zugrunde. Um eine Auflösung der Spektrallinien (oder allgemeiner eine Bildauflösung) zu ergeben, ist eine solche Fläche auf einem Halbleiterchip in Pixelbereiche unterteilt. Die Ansammlung und Verarbeitung von Signalen von den Pixeln wird durch die Ladungsübertragung in dem Chip von den Pixeln ausgeführt. Eine Art ist eine ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD). Eine verwandte Methode solcher Detektoren ist die Technologie der Ladungsinjektionseinrichtungen.
Eine bestimmte Form eines Festkörperdetektors ist in dem US Patent Nr. 4,820,048 (Barnard) des gegenwärtigen Zessionars und in dem US Patent Nr. 4,940,325 (Becker- Ross u. a.) geoffenbart. Ein Festkörperchip weist auf seiner Vorderfläche ein zweidimensionales Feld von fotoempfindlichen Pixelsensoren auf, die Strahlung ausgewählter Spektrallinien und nahe Hintergrundstrahlung empfangen. Die Pixel sind in einer Mehrzahl Unterfelder angeordnet, wobei jedes Unterfeld aus zumindestens einem der Pixel besteht. Die Unterfelder sind auf der Vorderfläche an einer Projektionsstelle von zumindest der ausgewählten Spektrallinien angeordnet. Elektronische Komponenten, die auf dem Chip zwischen den Unterfeldern gebildet sind, sind betriebsmäßig mit den Pixeln zur Erzeugung von Auslesesignalen verbunden, die mit den Intensitäten der Spektrallinien korrelieren.
Die Sekundärelektronenvervielfacherröhren haben einen ziemlich breiten dynamischen Bereich, d. h., der praktische Bereich der Strahlungsintensität, über den eine Erfassung durchgeführt werden kann. Festkörpersensoren haben keinen solchen Bereich und haben typischerweise einen maximalen Bereich von ungefähr 4 Größenordnungen. Auch haben Festkörpersensoren endliche Auslesezeiten, die Verunreinigungen durch Überlaufen nachfolgend durch Strahlung induzierter Elektronen, insbesondere bei sehr intensiver Strahlung auf den Pixeln ergeben können. Die Druckschrift DE-A-41 43 284 beschreibt einen integrierten Halbleitersensor für ein Spektrometer. Der Sensor besteht aus einer Mehrzahl Detektoren, die speziell angeordnet sind, damit sie zu der räumlichen Verteilung eines optischen Spektrums passen. Mit der Verwendung logischer Schaltungen ist es möglich, vorbestimmte Abschnitte des Sensors so auszuwählen, daß die spektralen Anordnungen, die diesen Bereichen entsprechen, gleichzeitig und mit einem schnellen Datenzugriff gemessen werden können. Des weiteren kann die Integrationszeit (Meßzeit) dieser Bereich einzeln an die spektralen Intensitäten der entsprechenden spektralen Anordnungen angepaßt werden.
Die Druckschrift US-A-4 674 880 beschreibt ein Spektralfotometer, das einen Fotodetektor umfaßt, der aus einer Mehrzahl Fotozellen besteht, die die Intensität eines Wellenlängenbereichs eines Spektrums messen. Das Spektralfotometer liest die Fotozellen, die einem Bereich hoher Empfindlichkeit des Wellenlängenbereichs entsprechen, innerhalb einer kürzeren Dauer als die aus, die einem Bereich geringer Empfindlichkeit des Bereichs entsprechen. Die Meßsignale werden für jeden Wellenlängenbereich getrennt addiert, damit ein Spektrum über den gesamten Wellenlängenbereich erhalten wird. Mit diesem Verfahren kann das Rauschen verringert werden und die Synchronisierung des Spektrums geht nicht verloren.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um den wirksamen, dynamischen Bereich eines Mehrsensordetektors in einem Spektralfotometer mit einem verbesserten Arbeitswirkungsgrad und einem verbesserten Signal/Rauschwirkungsgrad zu erweitern.
Diese Zielsetzung wird durch die Verfahren und Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1, 2, 20 und 30 erreicht.
Eine andere Zielsetzung ist, eine verbesserte Organisation von Datenläufen in mehreren Gruppen bei dem Spektralfotometerbetrieb mit einem solchen Detektor zu schaffen, damit eine gleichzeitige Datenerfassung in den Gruppen erreicht wird.
Eine noch andere Zielsetzung ist, einen Spektralfotometerbetrieb mit einem solchen Detektor ohne Ausleseverunreinigung des Sensors zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Gruppierung von Spektralbändern für die Datenerfassung in einem Spektralfotometer, das einen Detektor mit einer Mehrzahl fotoempfindlicher Sensoren umfaßt, die in bestimmten Zonen angeordnet sind und zeitintegrierte Strahlung empfangen, die die spektralen Intensitäten in ausgewählten Spektralbändern darstellt, die mit entsprechenden Sensoren verbunden sind. Eine maximal zulässige zeitintegrierte Strahlungsmenge ist für jeden entsprechenden Sensor vorbestimmt. Das Spektralfotometer wird anfangs mit einer ausgewählten Strahlungsquelle während einer vorbestimmten Anfangszeit betrieben, die für die Sensoren ausreicht, zeitintegrierte Strahlung zu sammeln, damit vorläufige Daten erzeugt werden, die für die zeitintegrierte Strahlung für alle ausgewählten Bänder repräsentativ ist. Aus den vorläufigen Daten werden maximale Belichtungszeiten für die entsprechenden Sensoren gewonnen, so daß jede maximale Belichtungszeit die maximal erlaubte zeitintegrierte Strahlungsmenge für jeden entsprechenden Sensor ausführt. Die maximalen Belichtungszeiten für die Sensoren sind zumindest in einer Gruppe gruppiert, wobei jede Gruppe eine höchste, maximale Belichtungszeit und eine niedrigste maximale Belichtungszeit umfaßt, so daß das Verhältnis der höchsten zu der niedrigsten gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Bereichsfaktor ist. Eine Gruppenablaufzeit wird für jede Gruppe hergestellt, die gleich oder nominal kleiner als die niedrigste, maximale Belichtungszeit in der Gruppe ist. Das Spektralfotometer wird des weiteren mit einer Strahlungsquelle betrieben, die im wesentlichen die gleiche wie die ausgewählte Strahlungsquelle ist, indem jede Gruppe für die Gruppenablaufzeit betrieben wird, um Funktionsdaten zu erzeugen, die für die spektralen Intensitäten der zugeordneten Spektralbänder repräsentativ sind.
Jeder Sensor ist vorteilhaft durch Speicherung von strahlungsinduzierten Ladungen während der Gruppenlaufzeit und durch nachfolgendes Auslesen der Ladungen während der Auslesezeitcharakteristik des Sensors betreibbar. Eine Speicherung weiterer solcher Ladungen tritt während der Auslesezeit auf, so daß ein Überlaufen der weiteren Ladungen nach einer Überlaufzeitcharakteristik des Sensors auftreten kann. In einem solchen Fall sollte das Verfahren zusätzliche Schritte für die ausgewählten Spektralbänder in einer ausgewählten Gruppe vor dem Schritt des weiteren Betriebs umfassen. Aus den vorläufigen Daten wird eine Wartezeit für die entsprechenden Sensoren gewonnen, so daß eine Belichtung der ausgewählten Quelle während jeder Wartezeit einen vorbestimmten Wert der zeitintegrierten Strahlung bewirkt, der kleiner als der Überlaufwert ist. Ausgewählte Spektralbänder der Gruppe sind in zumindest einer Untergruppe so geordnet, daß jedes nachfolgende Spektralband in jeder Untergruppe eine aufaddierte Auslesezeit von allen vorhergehenden Spektralbändern in der Untergruppe aufweist, wobei die aufaddierte Auslesezeit kleiner als die Wartezeit für das Spektralband ist. Der Schritt des weiteren Betriebs umfaßt, das Spektrometer für jede Untergruppe so zu betreiben, daß zugeordnete Sensoren während der Gruppenablaufzeit belichtet werden und, während die Belichtung fortgesetzt wird, die zugeordneten Sensoren sequentiell entsprechend der Ordnung der Spektralbänder in der Untergruppe auszulesen.
Die Erfindung umfaßt auch eine spektrometrische Vorrichtung, die ein spektrales Streusystem umfaßt, das Strahlung empfängt und von dieser Spektralbänder hervorruft, einen Detektor mit einer Mehrzahl photoempfindlicher Sensoren, die in bestimmten Zonen angeordnet sind und eine zeitintegrierte Strahlung empfangen, die für die spektralen Intensitäten in den ausgewählten Spektralbändern repräsentativ ist, die mit den entsprechenden Sensoren verbunden sind, sowie eine Datenstation, die Signaldaten von dem Detektor erhält, die für die zeitintegrierte Strahlung repräsentativ sind. Die Datenstation umfaßt Programmittel, um die ausgewählten Spektralbänder zur Datenerfassung zu gruppieren. Die Programmittel umfassen gespeicherte, vorbestimmte Maximalgrößen der zeitintegrierten Strahlung, die für die entsprechenden Sensoren erlaubt ist. Die Vorrich tung umfaßt ferner Einrichtungen, um anfangs das Spektralfotometer während einer vorbestimmten Anfangszeit zu betreiben, die für die Sensoren ausreichend ist, zeitintegrierte Strahlung zu sammeln, so daß vorläufige Daten erzeugt werden, die für die zeitintegrierte Strahlung für alle ausgewählten Bänder repräsentativ ist.
Die Programmittel umfassen Mittel zur Herstellung maximaler Belichtungszeiten, die für die entsprechenden Sensoren erlaubt sind, aus den vorläufigen Daten, so daß jede maximale Belichtungszeit die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung für den entsprechenden Sensor hervorruft. Die Programmittel umfassen des weiteren Mittel zur Gruppierung der maximalen Belichtungen für die Sensoren in zumindest eine Gruppe, wobei jede Gruppe eine höchste maximale Belichtungszeit und eine niedrigste maximale Belichtungszeit umfaßt, und wobei das Verhältnis der höchsten zu der niedrigsten gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Bereichsfaktor ist, sowie Mittel, eine Gruppenablaufzeit für jede Gruppe herzustellen, die gleich oder nominal kleiner als die niedrigste maximale Belichtungszeit in der Gruppe ist. Die Vorrichtung umfaßt des weiteren eine Einrichtung, das Spektralfotometer bei jeder Gruppe während der Gruppenablaufzeit zu betreiben, um Funktionsdaten zu erzeugen, die für die spektralen Intensitäten für zugeordnete Spektralbänder repräsentativ sind.
In der Vorrichtung ist jeder Sensor vorteilhafter Weise durch Speicherung von strahlungsinduzierten Ladungen während der Gruppenablaufzeit und durch nachfolgendes Auslesen der Ladungen während einer Auslesezeitcharakteristik des Sensors betreibbar. Die Speicherung weiterer solcher Ladungen tritt während der Auslesezeit auf, so daß ein Überlaufen der weiteren Ladungen nach einer Überlaufzeitcharakteristik des Sensors auftritt. Die Programmittel umfassen, vor dem weiteren Betrieb und für die ausgewählten Spektralbänder in einer ausgewählten Gruppe, Mittel, Wartezeiten für entsprechende Sensoren aus den vorläufigen Daten herzustellen, so daß eine Belichtung von der ausgewählten Quelle während jeder Wartezeit einen vorbestimmten Wert der zeitintegrierten Strahlung bewirkt, der kleiner als der Überlaufwert ist. Die Programmittel umfassen ferner Mittel, die ausgewählten Spektralbänder der Gruppe in zumindest eine Untergruppe so zu ordnen, daß jedes nachfolgende Spektralband in jeder Untergruppe eine akkumulierte Auslesezeit von allen vorhergehenden Spektralbändern in der Untergruppe aufweist, wobei die akkumulierte Auslesezeit kleiner als die Wartezeit für das Spektralband ist. Die Mittel zum weiteren Betrieb umfassen Mittel, das Spektrometer bei jeder Untergruppe zu betreiben, so daß zugeordnete Sensoren gleichzeitig während der Gruppenablaufzeit belichtet werden und, während die Belichtung fortgesetzt wird, die zugeordneten Sensoren sequentiell entsprechend der Ordnung der Spektralbänder in der Untergruppe sofort ausgelesen werden, damit die Funktionsdaten erzeugt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung einer Vorrichtung, die die Erfindung verkörpert.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht der Vorderfläche eines Detektors, der ein Unterfeld von Pixeln zeigt und in der Erfindung verwendet wird.
Fig. 3 bis 6 sind Ablaufdiagramme, die ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung der Erfindung zeigen.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Ein Spektralfotometersystem 10, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Es gibt allgemein vier Komponenten: eine Quelle 12 für Strahlung 14, ein optisches Spektrometer 16, einen Detektor 18 für Spektralbänder 20 von dem Spektrometer, eine Datenstation 22 mit Speicher 24 und Verarbeitungsabschnitten 26 und ein Bildschirmgerät 28 und/oder einen Drucker. Die Strahlung kann in der Form von Spektrallinien sein, die beispielsweise durch ein induktionsgekoppeltes Plasma 27 emittiert werden, in das eine Testprobe 29 eingebracht wird. Die Quelle 12 kann alternativ eine Externe sein, wie bei der Astronomie. Das Spektrometer 16 und der Detektor 18 können eine spektrale Streuung in einer oder zwei Dimensionen erzeugen und erfassen. In einer zweckmäßigen Ausführungsform hat das Spektrometer gekreuzte Streuelemente, um eine zweidimensionale Darstellung von Spektralbändern oder Spektrallinien zu erzeugen, wie es in dem obengenannten US Patent Nr. 4,820,048 (Warnert) beschrieben ist. (Wie er hier und in den Ansprüchen verwendet wird, umfaßt der Ausdruck "Bänder" auch "Linien" als eine schmale Form von Spektralbändern.) Der Detektor 18 ist ein linearer oder Matrixtyp mit einer Mehrzahl fotoempfindlicher Sensoren, die in bestimmten Zonen angeordnet sind, wie Sekundärelektronenvervielfachereinrichtungen, die angeordnet sind, daß sie Strahlung in ausgewählten Spektralbändern empfangen. Der Detektor ist vorzugsweise ein Festkörperchip mit einer zweidimensionalen Anordnung fotoempfindlicher Sensoren (Pixel), die in bestimmten Zonen angeordnet sind und entweder fortlaufend oder selektiv verteilt sind. Jedes Pixel sammelt elektrische Ladungen, typischerweise Elektronen, in Antwort auf die Strahlungsphotonen. Obgleich weitere Beschreibungsteile unten auf eine solche bevorzugte Festkörpereinrichtung angewendet werden, erkennt man, daß die Erfindung auf andere Arten Strahlungsquellen angewendet werden kann, indem beispielsweise Signale von den Sekundärelektronenvervielfachereinrichtungen integriert werden.
Bezüglich eines besonders vorteilhaften Gesichtspunkts (Fig. 2) ist der Detektor 18 ein Festkörperchip mit einer zweidimensionalen Anordnung fotoempfindlicher Pixel oder vorzugsweise Unteranordnungen 30 von Pixeln, die sich im wesentlichen auf weniger als der vollen Oberfläche des Chips befinden. Die Pixel sind selektiv an Projektionsstellen für ausgewählte Spektrallinien angeordnet, wie es des weiteren in dem Patent von Barnert geoffenbart ist. Der Detektor wird wünschenswerter Weise von der Art Einrichtung abgeleitet, die im allgemeinen als eine Ladungsübertragungseinrichtung eingeordnet ist, wie eine Ladungsinjektionseinrichtung (CID) oder vorzugsweise eine ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD).
Jede Unteranordnung 30 kann aus nur einem Pixel bestehen, umfaßt aber vorzugsweise eine Mehrzahl Pixel, wie 10 bis 20 Pixel, beispielsweise 16 Pixel. Drei der einzelnen Pixel in einer Unteranordnung sind mit 32, 32', 32n bezeichnet, wie es in Fig. 2 angegeben ist. Jedes Pixel ist ein länglicher Fleck, wie ein Rechteck, mit einem Seitenverhältnis von ungefähr vier zu eins und ist beispielsweise 25 mal 100 Mikrometer groß. Jedes Pixel kann Strahlung empfangen, die auf es auftrift, und ein Signal zur Verarbeitung proportional zu der Strahlungintensität erzeugen.
Im allgemeinen ist jede Unteranordnung 30 so positioniert und bemessen, daß ein Pixel oder zwei oder drei benachbarte Pixel Strahlung einer entsprechenden Atomemissions spektrallinie empfangen, die analysiert werden soll. Die anderen Pixel in der selben Unteranordnung dienen zwei Zwecken. Einer ist, wie es oben erwähnt wurde, gleichzeitig Hintergrundstrahlung nahe der Spektrallinie zu erfassen, um in bezug auf Hintergrund zu korrigieren. Der andere Zweck ist, einen Bereich verfügbarer Pixelpositionen für die Spektrallinie zu schaffen, so daß eine genaue Vorbestimmung der Linienposition, die durch die Optik fokussiert wurde, nicht notwendig ist.
Wie es in dem Patent von Barnert erklärt ist, empfängt jeder Pixelsensor Strahlung, die einen Aufbau elektrischer Ladungen (im allgemeinen Elektronen) proportional zu der Intensität und der Belichtungszeit aufbaut. Gatter, Ladungsspeicherungs-Zwischenregister (Senken, Schaltungen in dem Chip und andere damit verbundene Schaltungen lesen selektiv oder periodisch die Ladungen von jedem Pixel aus, um Daten zu erzeugen, die für die zeitintegrierte Intensität der Strahlungsbelichtung des zugeordneten Pixels repräsentativ sind.) Die "zeitintegrierte Intensität" ist die gesamte Strahlung, die während eines Belichtungslaufs empfangen wird; die tatsächliche Strahlungsintensität, die von einem Pixel empfangen wird, ist diese Gesamtintensität dividiert durch die Laufzeit. Die Strahlung kann kontinuierlich sein, wobei die Laufzeit durch Steuern und Auslesen durch Chipgatter gesteuert wird. Die Daten werden in dem Speicherabschnitt 24 der Datenstation gespeichert und dann in dem Prozessorabschnitt 26 verarbeitet, um spektrale und verwandte Informationen zu liefern, wie die Menge verschiedener chemischer Stoffe in der Testprobe. Solche Verarbeitung wird in irgendeiner herkömmlichen oder erwünschten Weise mit Ausnahme des Umfangs der hier beschriebenen vorliegenden Erfindung ausgeführt.
Wie es ferner in dem Patent von Barnert erklärt ist, kann jeder Detektorchip Pixelstellen für sichtbare und ultraviolette (UV) Linien aufweisen. Das Spektrometer trennt die Spektren für die zwei Bereiche. Zwei identische Detektorchips werden in einem solchen Instrument verwendet, wobei einer nur für die sichtbare Strahlung und der andere nur für UV ausgelesen wird. Mehrere Werte der Flächenauflösung auf dem Chip sind möglich. Beispielsweise kann in dem Fall von UV bei einem Chip jedes Pixel weiter elektrisch halb durchgetrennt sein, so daß die Hälfte von jedem Pixel in einer Unteranordnung alternativ ausgelesen werden kann, wodurch die Flächenauflösung verdoppelt wird. In den unten angegebenen Beispielen sind Verzweigungsoperationen angegeben, die sich auf die normale Auflösung und eine hohe Auflösung beziehen.
Die Pixelsensoren haben eine praktische obere und untere Grenze für die zeitintegrierten Strahlungsbelichtungen. Die untere oder minimale Betriebsgrenze ergibt sich aus dem Leserauschen des Detektors, typischerweise ungefähr einen Ladungszählimpuls. Die obere Grenze, die hier als eine Sättigungsgrenze der zeitintegrierten Strahlung bezeichnet ist, ist der Punkt, an dem das Ladungsregister für ein Pixel gefüllt ist, so daß ein Überlaufen zu benachbarten Registern oder Pixeln beginnt. Dies kann beispielsweise bei ungefähr 60.000 Zählimpulsen auftreten. Somit hat der tatsächliche dynamische Bereich für einen Chip einen Faktor von ungefähr 60.000. In einem Hochauflösungsmodus kann die Zählergrenze die Hälfte sein. Eine Zielsetzung dieser Erfindung ist, einen erweiterten, virtuellen, dynamischen Bereich für Gruppen von Spektrallinien zu schaffen, die gleichzeitig gemessen werden. Dies wird durch den spezifischen Betrieb des Spektralfotometers, Gruppierungen von Spektraldaten und ausgewählte Laufzeiten für die Gruppen erreicht. Vorzugsweise wird eine Computerprogrammierung verwendet, die Operationen auszuführen.
Die Programmittel zur Durchführung der hier beschriebenen Schritte, wie sie in den Ablaufdiagrammen angegeben sind, sind bequem und ohne weiteres mit einem herkömmlichen Computersystem, wie "C", erreichbar, das im allgemeinen durch den Verkäufer des Betriebssystems zur Verfügung steht, das mit dem Computer verwendet wird. Das Programm kann beispielsweise auf einer Digital Equipment Corporation DECSTATIONTM 325 C Computer kompiliert werden, der mit dem Spektrometer verbunden ist.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm des Gesamtbetriebs. In diesem und den nachfolgenden Beschreibungsteilen werden bestimmte numerische Werte als Beispiele vorgeschlagen, sollen aber nicht als einschränkend betrachtet werden. Vor dem Beginn wird die maximal zulässige Belichtung für eine zeitintegrierte Bestrahlung bestimmt 34, vorzugsweise bei einem allgemein optimalen Bruchteil der Sättigungsgrenze. Diese Belichtung sollte im wesentlichen ein praktisches maximales, erlaubtes, Signal/Rauschverhältnis ohne die Gefahr einer Sättigung von irgendwelchen Pixeln ergeben. Eine geeignete Wahl für den optimalen Bruchteil sollte zwischen ungefähr 60% und 95% sein, vorzugsweise ungefähr 85% der Sättigungsgrenze, z. B. 50.000 Zählimpulse. Ein solcher Bruchteil soll so groß wie möglich sein, während er sicher unterhalb der Grenze ist. Ein anderer vorläufiger Schritt ist, jene Spektralbänder und zugeordnete Pixel oder Unteranordnungen auszuwählen 36, die zur Datenerfassung erwünscht sind.
Bei einer Anfangsabfolge 37 wird das Spektrometer während einer vorbestimmten Anfangszeit, z. B. 200 ms (Millisekunden), betrieben 38, die für den Detektor ausreichend ist, Strahlung für die ausgewählten Bänder zwischen der minimalen Betriebsgrenze und der Sättigungsgrenze zu sammeln, damit vorläufige Daten erzeugt werden, die für die zeitintegrierte Strahlung für im wesentlichen alle ausgewählten Bänder repräsentativ sind. Die Daten für jedes Pixel werden auf ein mögliches Überschreiten der maximal erlaubten Belichtungszählimpulse (z. B. die Grenze von 50.000 Zählimpulsen) geprüft 40. Wenn diese überschritten werden, wird die Anfangsoperation des Spektrometers während einer kürzeren Zeit, z. B. 1 ms, wiederholt 42. In jedem Fall wird eine maximale, erlaubte Belichtungszeit für jedes Pixel berechnet, damit die maximalen Zähler erhalten werden. In dem Fall von Pixeln in Unteranordnungen wird eine gemeinsame Zeit für jede Unteranordnung bestimmt, wobei die Pixel mit schwacher Intensität verwendet werden.
Ein Satz von Gruppenlaufzeiten wird hergestellt 46, wobei der Satz typischerweise nur ungefähr eine bis vier solcher Zeiten auf der Grundlage der maximalen Zeiten und gewisser voreingestellter Parameter enthält, wie es ausführlich unten angegeben ist. Die Pixel (oder deren Unteranordnungen oder der mit ihnen verbundenen Wellenlängen) werden gruppiert 48, so daß jede Gruppe eine zugeordnete Gruppenlaufzeit aufweist. Untergruppen mögen notwendig sein. Die Anzahl der entsprechenden Läufe wird für jede Gruppe auf der Grundlage einer vorher bestimmten minimalen Datensammelzeit bestimmt 50, und die Listen und die zugeordneten Zeiten und Laufnummern werden zu dem Prozessorspeicher geschickt 52. Das Spektrometer wird dann weiter für jede Gruppe mit der Gruppenlaufzeit betrieben 54, um Funktionsdaten zu erzeugen, die für die zeitintegrierten Intensitäten der ausgewählten Bänder repräsentativ sind. Die Funktionsdaten werden vorteilhafter Weise gleichzeitig für die ausgewählten Wellenlängenbänder erhalten, die jeder Gruppe zugeordnet sind, und liefern die tatsächlichen Laufdaten für die Testprobe, wobei die Daten dann für die erwünschten Informationen verarbeitet werden.
Fig. 4 zeigt ausführlich die Anfangsfolge 37. Es wird eine Liste ausgewählter Pixelunteranordnungen und zugeordneter Auflösungen (niedrige oder normale Auflösung "LORES" und hohe Auflösung "HIRES") gebildet. Die Liste wird in LORES und HIRES unterteilt 56, wobei LORES zuerst sortiert wird 58. Für HIRES wird eine kumulierte Auslesezeit für alle ausgewählten Wellenlängen berechnet, die Anzahl der Untergruppen für 80 ms pro Satz wird bestimmt 62 und die Wellenlängen werden des weiteren in Untersätze unterteilt 64. Das Spektralfotometer wird dann betrieben, und alle zeitintegrierten Intensitätsdaten (Laufzählimpulse in dem Fall von CCD) für alle ausgewählten Wellenlängen werden mit 200 ms ausgelesen 68.
Die Daten für jedes Pixel werden geprüft 70, ob sie die maximale Belichtung, das heißt 50.000 Zählimpulse für LORES und 25.000 Zähler für HIRES, überschreiten. Wenn die Grenze nicht überschritten wird, werden die Daten der Unteranordnungen (Zählimpulse für jedes Pixel in der Unteranordnung) gesichert 72; wenn jene überschritten wird, wird die Unternaordnung zu einer Wiederholungsausleseliste hinzugefügt 74. Das Prüfen wird für alle ausgewählten Unteranordnungen wiederholt 76. Jede Unteranordnung in der Wiederholungsausleseliste wird erneut von dem Spektralfotometer bei 1 ms durchlaufen, und die zeitintegrierten Intensitätsdaten (Zähler) werden gesichert 80. Die maximalen Belichtungszeiten für die entsprechenden Sensoren werden gewonnen, so daß eine jede solche Zeit die maximal erlaubte Größe der zeitintegrierten Strahlung für den entsprechenden Sensor durchführt. Die maximale Belichtungszeit TM wird vorzugsweise für jedes Pixel gemäß einer Formel berechnet 82; TM = Ti * MA/PD, wobei MA die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung für den Sensor (MA = 50.000 für LORES und 25.000 für HIRES), Ti die Anfangslaufzeit von 200 ms oder 1 ms ist und PD die vorläufigen Zähldaten für das Pixel mit der Maximalintensität in der Unteranordnung ist. Irgendwelche Unteranordnungen mit Zählwerten während des 1 ms Laufs, die die 50.000 oder 25.000 Grenze überschreiten, werden ausgeschlossen, aber zur Kenntnis der Bedienperson angezeigt oder gedruckt 84.
Bei der nächsten Folge 46 (Fig. 5) werden mehrere Parameter anfangs eingestellt 86, entweder dauerhaft oder jedesmal durch die Bedienperson oder letzteres mit Voreinstellwerten. Die Datensammelzeit (DCT) ist die Gesamtzeit, die für eine Gruppe ausgewählter Wellenlängen bestimmt wurde und das Multiplikationsergebnis von jeder Laufzeit und der Anzahl der Meßläufe ist. Eine minimale Datensammelzeit wird bestimmt, die so kurz wie möglich ist, um die Laufzeiten und die Wiederholungen zu minimieren, aber ausreichend groß ist, Kurzzeitrauschquellen zu minimieren und zufriedenstellend niedrige mittlere quadratische Abweichungen für die Daten zu erlauben. Eine maximale Datensammelzeit wird auch einfach auf der Grundlage einer praktischen oberen Grenze für Laufzeiten und Wiederholungen mit der Zielsetzung eingestellt, die Signal/Rauschverhältnisse zu maximieren. Beispielsweise kann die minimale Datensammelzeit von 1 bis 200 Sekunden mit einem Voreinstellwert von einer Sekunde sein und die maximale Datensammelzeit kann von vier bis zweihundert Sekunden mit einer Voreinstellzeit von 10 Sekunden sein.
Wie er hier und in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "Laufzeit" auf eine verschlußgesteuerte Belichtung mit Strahlung, die durch den Detektor hindurchgeht, oder auf eine Integrationszeit, die durch Steuerung und elektronisches Auslesen aus den Pixeln gesteuert wird, wie bei dem Beispiel des CCD Chip oder Ähnlichem. Um ein Programm zum Herstellen von Laufzeiten auszuführen, ist es passend, eine vorbestimmte Liste gestatteter Laufzeiten 88 einzurichten. Diese reichen von 1 ms bis 50.000 ms in Intervallen von ungefähr einem Faktor 2, z. B. 1 ms, 2 ms, 5 ms, 10 ms, 20 ms usw. bis 50.000 ms. Eine "erlaubte Liste" ist in Tabelle I (Spalte 1) angegeben, die auch ein Beispiel eines Satzes maximaler Belichtungszeiten (Spalte 2) ("maximale Liste") zeigt. Jedoch erkennt man, daß andere Mittel für programmierte Berechnungen statt der erlaubten Liste verwendet werden können. Die erlaubte Liste liefert, daß standardisierte Laufzeiten ausgewählt werden, die gleich oder nominal kleiner als die tatsächlichen Berechnungen sind. Vorteilhafter Weise bedeuten die Ausdrücke "nominal gleich" oder "nominal kleiner als", wie sie hier und in den Ansprüchen verwendet werden, innerhalb ungefähr eines Faktors von 2 des bezeichneten Werts. Im allgemeinen wird ein berechneter Wert auf die nächste Zeit in der erlaubten Liste abgerundet.
Gruppen und Gruppenlaufzeiten werden als nächstes bestimmt (Fig. 5). Jede Gruppe hat eine höchste, maximale Belichtungszeit und eine niedrigste, maximale Belichtungszeit. Die allgemeine Anforderung ist, daß das Verhältnis der höchsten zu der niedrigsten kleiner als ein Bereichsfaktor ist, wie z. B. 100.
Zuerst wird eine minimale Gruppenlaufzeit Tmin als die allgemeine niedrigste, maximale Zeit in der maximalen Liste bestimmt 90, die auf die nächste Zeit in der erlaubten Liste abgerundet ist. In Tabelle I ist die niedrigste maximale Zeit 6 ms, so daß Tmin gleich 5 ms ist.
Wenn es notwendig ist, wird zumindest eine weitere Gruppenlaufzeit zwischen einer maximalen Laufzeit (wird unten bestimmt) und der minimalen Laufzeit hergestellt, so daß das Verhältnis von jeder Laufzeit zu der nächst kürzeren Laufzeit kleiner als der Bereichsfaktor ist. Auch ist es, wenn Tmin kürzer als ein relativ niedriger Wert, wie 10 ms, ist (92), erwünscht, eine Belichtungszeit Tmit in einem mittleren Bereich einzuschließen, so daß das System nicht durch zu viele Belichtungen bei sehr kurzer Belichtungszeit verlangsamt wird. Bei einem Beispiel des vorliegenden Flußdiagramms ist, wenn Tmin kleiner als 5 ms (94) ist, Tmit die nächst höhere Integrationszeit in der maximalen Liste, die größer als 10 ms ist (96) und in der erlaubten Liste abgerundet ist. Wenn Tmin gleich (d. h. nicht kleiner als) 5 ms ist (97) (wie in Tabelle I), ist Tmit die nächste Zeit in der Maximalliste, die größer als 20 ms ist und in der erlaubten Liste abgerundet (98) ist. Somit sind in der Tabelle I 62 ms nächst größer als 20 und werden abgerundet, so daß Tmit = 50 ms. Wenn Tmin nicht kleiner als 10 ms (100) ist, gibt es kein Tmit.
Eine maximale Gruppenlaufzeit Tmax wird als gesamte höchste maximale Belichtungszeit in der Maximalliste festgelegt 102, die durch einen Nebenfaktor dividiert wird, der ein Zehntel eines vorbestimmten Bereichsfaktors ist, wobei das Ergebnis aufgerundet oder (vorzugsweise) in der erlaubten Liste abgerundet wird. Der Bereichsfaktor ist das maximale Vielfache der maximalen Zeiten, die in jeder Gruppe der ausgewählten Wellenlängen erlaubt sind. Ein Bereichsfaktor von 100 ist geeignet und wird hier verwendet, obgleich andere Werte, wie 1.000 oder 10 ausgewählt werden können. Der Bruchteil "ein Zehntel" ist für einen Bereichsfaktor von 100 geeignet, wobei aber allgemeiner ein ande rer Bruchteil ausgewählt werden kann, um beispielsweise einen logarithmischen Mittelpunkt des Bereichsfaktors hervorzurufen. In Tabelle I ist die größte maximale Zeit 15.000; eine Division durch 10 (ein Zehntel des Bereichsfaktors 100) ergibt 1.500, was auf eine erlaubte Tmax = 1.000 ms abgerundet wird. Dieser Wert wird dann geprüft 104, ob er kleiner als die erlaubte maximale Datensammelzeit (Max DCT) ist; Wenn er es nicht ist, wird Tmax auf MaxDCT (106) gesetzt.
Als nächstes wird ein Bereich als das Verhältnis von Tmax zu dem größeren Wert von Tmin oder Tmax (wenn überhaupt vorhanden) berechnet. Der Bereich wird darauf geprüft 110, ob er größer als der Bereichsfaktor ist. Wenn er es nicht ist (112), werden die Bestimmungen unter diesem Gesichtspunkt des Programms abgeschlossen 114. Wenn der Bereich zu groß ist, wird eine weitere Laufzeit Tmit2 als der Mittelpunkt der Maximalliste zwischen Tmax und dem größeren Wert von Tmin oder Tmit (wenn vorhanden) festgelegt und in der erlaubten Liste abgerundet. (Bei dem Beispiel der Tabelle I gibt es kein Tmit2) Obgleich keine weiteren Mittelzeiten unter den vorliegenden Umständen notwendig sein sollten, können solche in anderen Fällen, z. B. bei einem kleineren Bereichsfaktor, notwendig sein. Die tatsächlichen Gruppenlaufzeiten bestehen somit aus Tmax, Tmit2 (wenn vorhanden), Tmit (wenn vorhanden) und Tmin.
Es mag zusätzlich einen besonderen Test geben, nicht nur eine Gruppe bereitzustellen, wenn das Verhältnis der höchsten zu der niedrigsten maximalen Belichtungszeit kleiner als der Bereichsfaktor ist. In diesem Fall ist die Laufzeit die niedrigste maximale Zeit und in der erlaubten Liste abgerundet.
Eine Gruppierung und Untergruppierung wird als nächstes ausgeführt (48, Fig. 6). Die Unteranordnungen und die entsprechenden ausgewählten Wellenlängen werden den Laufzeitgruppen zugeordnet 118. Alle Unteranordnungen mit maximalen Belichtungszeiten, die größer als Tmax sind, werden dort zugeordnet. Alle weiteren Unteranordnungen mit maximalen Belichtungszeiten, die größer als Tmit2 (wenn vorhanden) sind, werden dort zugeordnet. Alle dann noch weiteren Unteranordnungen mit maximalen Belichtungszeiten größer als Tmit (wenn vorhanden) werden dort zugeordnet. Allen verbleibenden Unteranordnungen wird Tmin zugeordnet. Allgemeiner gesagt werden nach der Zuordnung von Tmax alle verbleibenden Unteranordnungen so zugeordnet, daß alle optimalen Belichtungszeiten jeder Gruppe länger als die Gruppenlaufzeit und kürzer als eine nächst längere Gruppenlaufzeit sind.
Es ist möglich, auf dieser Stufe die tatsächlichen Meßläufe durchzuführen. Jedoch ist eine weitere Prüfung nach einer möglichen Untergruppierung erwünscht, insbesondere für die Gruppe mit der kürzesten Zeit (Tmin), um eine mögliche Verunreinigung der Auslesedaten durch Ladungen zu berücksichtigen, die sich aus einer fortlaufenden Belichtung des Sensors mit der Strahlung ergeben. An dem Ende einer Laufzeit wird jedes Pixel ausgelesen, ein Vorgang, der während einer endlichen Auslesezeit durchgeführt wird. Während dessen werden zusätzliche Ladungen in den Pixeln aufgrund der fortlaufenden Belichtung mit der Strahlung gesammelt. Es ist notwendig, daß die Auslesezeit abgeschlossen ist, bevor sich der Gesamtwert der zusätzlichen Ladungen einem Wert nähert, bei dem ein Überlaufen in das Ausleseregister auftritt, was eine Verunreinigung der Auslesedaten ergeben würde. Deshalb wird für das Auslesen eine Anforderung festgelegt, daß es zu einer Zeit abgeschlossen ist, bevor ein Überlauf auftritt. In dem LORES Modus ist der Überlaufwert für den vorliegenden Zweck der gleiche wie der Sättigungswert, der ursprünglich verwendet wird, die maximalen Belichtungszeiten zu bestimmen. Somit sollte die Zeit zur Auslesebeendigung für den LORES Modus kleiner als eine Wartezeit sein, die vorzugsweise die gleiche wie die wirksame maximale Belichtungszeit ist, die aus den vorläufigen Daten bestimmt wurde. Da die Auslesevorgänge sequentiell für eine Gruppe ausgeführt werden, ist die tatsächliche Anforderung, die auf jedes Pixel in einer Gruppe angewendet wird, daß die akkumulierte Auslesezeit (alle Auslesevorgänge vor und einschließlich dieses Pixels) kleiner als die maximale Belichtungszeit für das Pixel ist.
In dem Fall des HIRES Modus wird ein Gatter (elektronisch) zwischen dem Strahlungssammelregister und dem benachbarten Speicherregister an dem Ende der Laufzeit aufgerichtet. Die Kapazität des Strahlungsregisters ist kleiner als die Hälfte des Speicherregisters, das während eines Laufs verwendet wird, so daß Überlaufen während des Auslesens in weniger als der halben üblichen Sättigungszeit auftreten kann. Deshalb wird ein Bruchteilskapazitätsfaktor angewendet, um die maximale Belichtungszeit für den Vergleich geeignet zu verringern. Der Faktor ist das Verhältnis der Kapazitäten der entsprechenden Speicherregister, die während der Meßlaufzeiten und des Auslesens verwendet werden. Bei dem vorliegenden Beispiel eines Chip mit HIRES ist der Kapazitätsfaktor 0,4. Bei dem LORES Modus ist der Faktor eins (1), da die Register die gleichen sind. Der Faktor wird geeigneter Weise mit den maximalen Zeiten multipliziert, um eine "Wartezeit" für jedes Pixel und die zugeordnete Wellenlänge herzustellen. Die akkumulierten Auslesezeiten werden dann gegenüber den Wartezeiten geprüft.
Allgemeiner kann der Überlaufpunkt durch irgendwelche geeigneten Mittel bestimmt werden 120, indem beispielsweise die Pixel auf Überlauf in der gleichen Weise geprüft werden, wie es herkömmlicher Weise verwendet wird, um die Sättigung während Datenläufen zu bestimmen. Vorzugsweise wird die Wartezeit durch einen vorbestimmten Wert (PL) bestimmt, der einen ausgewählten Bruchteil des Überlaufwerts für jede Art Pixel oder Modus ist, d. h., indem jeder Überlaufwert mit dem Bruchteil multipliziert wird. Vorteilhafter Weise ist dieser Bruchteil der gleiche wie der optimale Bruchteil, der verwendet wird, die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung aus der Sättigungsgrenze zu bestimmen. Obgleich die Berechnung der Wartezeit (Tw) in geeigneter Weise ausgeführt wird, wie es oben beschrieben ist, wird sie breiter aus der Formel Tw = Ti * PL/PD berechnet, worin Ti und PD die gleiche Bedeutung wie bei der Tm Berechnung haben.
Ein Beispiel ist in Tabelle II (mit von der Tabelle I verschiedenen Daten) angegeben, die für eine Gruppe mit einer "tatsächlichen Zeit" von 5 ms gilt. Die Spalte 1 stellt die Spektrallinienbezeichnungen dar und die Spalte 2 zeigt zugeordnete Unteranordnungsnummern. Die Spalte 3 gibt den Modus mit hoher Auflösung (HIRES) oder niedriger Auflösung (LORES) an. Die Spalte 4 liefert den Kapazitätsfaktor, der jedem Auflösungsmodus zugeordnet ist und den kleineren Überlaufwert für HIRES wiedergibt. Die Spalte 5 führt die maximalen Belichtungszeiten auf, die für die ausgewählten Unteranordnungen bestimmt sind.
In der Spalte 6 sind die Auslesezeiten für die Unteranordnungen aufgelistet. Diese Auslesezeiten sind Funktionen des Detektors und hängen von dem Auflösungsmodus und der Anzahl der Pixel in der Unteranordnung ab. Die Auslesezeiten sind in bezug auf die akkumulierten Auslesezeiten (Takk) mit nachfolgenden Auslesevorgängen relevant.
Eine "Wartezeit" (Tw) (Spalte 7) wird für jede ausgewählte Unteranordnung als das Multiplikationsprodukt des Kapazitätsfaktors (Spalte 4) und der maximalen Zeiten (Spalte 5) berechnet. (in dem Programm ist es geeignet, diese Berechnungen auszuführen, wenn die maximalen Zeiten berechnet werden.) Indexzahlen (Spalte 8) werden aufeinanderfolgend zunehmenden Wartezeiten zugeordnet.
Eine Klassifizierungsroutine wird mit den Wartezeiten und den akkumulierten Auslesezeiten ausgeführt, um zu gewährleisten, daß die letzteren kürzer als die Wartezeiten sind. Die Tabellen IIIa-IIIc stellen die Klassifizierung der Daten der Tabelle II dar. Aufeinanderfolgende Prüfungen werden in der Reihenfolge der Indexzahl ausgeführt, ob Takk kleiner als Tb ist; wenn es so ist, wird die Unteranordnung der geprüfen Untergruppe zugeordnet. Dies ist annehmbar für die Zuordnung der Unteranordnung mit dem Index 1 zu der Untergruppe 1 der Tabelle IIIa. Der nächste Index 2, akkumuliert mit dem Index 1 in der Untergruppe 1, hat eine Takk von 3,2, die größer als Tw von 2,6 ist. Deshalb ist der Index 2 für die Untergruppe 1 fehlerhaft und wird einer neuen Untergruppe 2 (Tabelle IIIb) zugeordnet.
Der Index 3 wird in der Untergruppe 1 (Tabelle IIIb) geprüft und paßt ebenfalls nicht; er paßt auch nicht in die Untergruppe 2 und deshalb wird der Index 3 der neuen Untergruppe 3 (IIIc) zugeordnet. Jede fortschreitende Indexzahl kann ähnlich geprüft werden, bis ein annehmbarer Platz gefunden ist. Die Tabelle IIIc zeigt das endgültige Klassifizieren in 3 Untergruppen, nachdem alle Unteranordnungsdaten in der Gruppe weitergeprüft worden sind.
Fig. 6 umfaßt ein Ablaufdiagramm, das diese Phase darstellt. Die Listen sind aus den maximalen Belichtungszeiten für eine Gruppe und die Auslesezeiten für entsprechende Wellenlängen (oder zugeordnete Unteranordnungen) aufgebaut 118. Wartezeiten werden aus den maximalen Zeiten 118 und dem vorbestimmten Sensorkapazitätsfaktor 122 berechnet 120. Indexzahlen werden aufeinanderfolgend zunehmenden Wartezeiten zu geordnet 124. In bezug auf den Index 1(126) wird dessen Auslesezeit geprüft 128, ob sie kleiner als die entsprechende Wartezeit ist. Wenn dies so ist, wird die Wellenlänge 130 der ersten Untergruppe zugeordnet, und der nächste Index 132 wird geprüft. Aufeinanderfolgende Indexe werden ähnlich geprüft, und, wenn alle durchgehen, werden keine weiteren Untergruppen benötigt (d. h. überhaupt keine Untergruppen). Wenn irgendeine nicht hindurchgeht 134, wird eine zweite Untergruppe für den nicht hindurchgegangenen Index hergestellt 136. Weitere Indexe werden ausgewählt 140 und versuchsweise in die Untergruppe eingegeben 142, die die kürzeste akkumulierte Auslesezeit erzeugt, darin geprüft 128' und zurückbehalten 146, wenn sie hindurchgegangen ist. Wenn irgendeine nicht hindurchgeht 148, wird eine dritte Untergruppe zugeordnet 149 und die Vorgänge werden mit weiteren Untergruppen, wenn notwendig, wiederholt, bis die Indexprüfung abgeschlossen ist 146.
Alle Gruppen (Tmit, Tmax usw.) können geprüft werden, aber nur von der Tmin Gruppe kann man erwarten, daß sie die akkumulierten Auslesezeiten überschreitet, so daß das Prüfen auf diese Gruppe beschränkt werden kann. Die Untergruppen läßt man getrennt laufen, wobei man aber jede während der vorhergehend bestimmten Laufzeit (5 ms in dem vorliegenden Beispiel) bei der Gruppe laufen, von der die Untergruppen abgeleitet sind.
Das Verfahren der Untergruppierung wird vorzugsweise verwendet, die grundlegende Gruppierung zu ergänzen, wie es beschrieben ist. Jedoch kann dieses Verfahren an und für sich beispielsweise ganz zweckmäßig sein, wenn die anfängliche Gruppierung und die Zeiteinstellungen in einem Handmodus ausgewählt werden, ohne daß ausführliche Gruppierungsprozeduren hier angegeben sind.
Der Schritt 50 zur Bestimmung der Anzahl der Läufe (Fig. 3) wird an diesem Punkt durchgeführt. Eine Computerformel hierfür ist: Anzahl der Läufe = ganzzahliger Teil [(MinDCT)/(Laufzeit) + 0,999999].
Wenn die Auflistungen 52 für das Gruppieren, wie es oben angegeben ist, und für das Untergruppieren, wie es erwünscht oder verlangt wird, aufgeführt worden sind, dann wird das Spektrometer 54 erneut mit der gleichen oder im wesentlichen der gleichen Strahlungsquelle wie bei dem Anfangsmeßlauf betrieben, d. h., mit der gleichen Probe 29, die wieder in das Plasma 27 eingebracht wird (Fig. 1). Für jede Gruppe und Untergruppe wird während der berechneten Gruppenlaufzeit ein Lauf gemacht, um Funktionsdaten zu erzeugen, die für die zeitintegrierte Intensität repräsentativ sind, und, wie es erwünscht ist, quantitative Messungen der chemischen Stoffe liefern. Solche Daten werden gleichzeitig für die ausgewählten Bänder erhalten, die mit jeder Gruppe verbunden sind, und werden während gleicher Zeiten innerhalb jeder Gruppe erhalten. Die Meßläufe werden entsprechend der berechneten Anzahl der Wiederholungen wiederholt, die gemacht werden sollen.
Die vorstehende Beschreibung ist auf ein Spektralfotometer mit einem einzigen, festen Eintrittsschlitz für die Strahlung von der Quelle anwendbar. Sie ist auch zweckmäßig, um die Grundidee mit einem Schlitz zu verwenden, der seitlich bei getrennten Läufen verschoben ist, beispielsweise um eine halbe Schlitzbreite, damit spektrale Orte für eine Linie auf den Meßpixeln gefüllt werden. Beispielsweise können zwei, vier oder eine andere Anzahl Schlitzlagen verwendet werden. In einem solchen Fall werden die vorgenannten Arbeitsweisen und Berechnungen abgeändert, wie es für die Anzahl der Schlitzlagen N, d. h. zwei, vier oder sonstwie, geeignet ist. Beispielsweise sollten die anfänglichen und weiteren Operationen des Spektralfotometers und der verbundenen Schritte bei jeder zusätzlichen Schlitzlage wiederholt werden; Tmax wird gegenüber MaxDCT/N geprüft, und die Anzahl der Läufe wird aus der Laufzeit multipliziert mit M berechnet. Weitere Einstellungen bei der Programmierung mit N können ohne weiteres bestimmt und eingegeben werden.
Die Meßläufe für jede Gruppe werden vorzugsweise gleichzeitig ausgeführt, um den Vorteil der Gruppierungen und der Laufzeitberechnungen zu gewinnen. Für die Erfindung ist es nebensächlich, ob man die Gruppen getrennt voneinander laufen läßt, da solche Operationen eine Funktion des Instruments und seiner Programmierungsmöglichkeiten sind. Wünschenswerter Weise beschleunigt eine Überlappung das Datensammeln weiter.
Gleichzeitiges Datensammeln innerhalb jeder Gruppe gewährleistet, daß genaue Vergleiche der Daten erreicht werden. Die Verfahren liefern auch einen erweiterten, virtuellen, dynamischen Bereich für den Detektor von bis zu 7 oder 8 Größenordnungen, wobei geeignete Signal/Rauschverhältnisse beibehalten werden und ein Überlaufen und eine Ausleseverunreinigung durch Pixelsättigung verhindert wird. Eigentlich sind die einzigen Kompromisse die Verteilung der Daten auf mehrere Gruppen und die Meßläufe in weniger als der maximalen Zeit. Jedoch gleichen die Vorteile dies in hohem Maße aus. TABELLE I TABELLE II TABELLE IIIa TABELLE IIIb TABELLE IIIc

Claims

1. Verfahren zur Gruppierung von Spektralbändern (20) zur Datenerfassung in einem Spektralfotometer (16), das einen Detektor (18) mit einer Mehrzahl fotoempfindlicher Sensoren (32) umfaßt, die in bestimmten Zonen (30) zur Aufnahme zeitintegrierter Strahlung angeordnet sind, die für die Spekatralintensitäten in ausgewählten Spektralbändern (20) repräsentativ ist, die den entsprechenden Sensoren (32) zugeordnet sind, das die Schritte umfaßt:

Vorbestimmen einer maximalen Größe (34) der für jeden entsprechenden Sensor (32) erlaubten, zeitintegrierten Strahlung;

Anfängliches Betreiben des Spektralfotometers mit einer ausgewählten Strahlungsquelle (12) während einer vorbestimmten Anfangszeit (38), die für die Sensoren (32) ausreichend ist, zeitintegrierte Strahlung zu sammeln, damit vorläufige Daten, die für die zeitintegrierte Strahlung repräsentativ sind, für alle ausgewählten Bänder erzeugt werden;

Bestimmen maximaler Belichtungszeiten (44) aus den vorläufigen Daten, die für die entsprechenden Sensoren (32) erlaubt sind, so daß jede maximale Belichtungszeit die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung für den entsprechenden Sensor ausführt,

Gruppieren der maximalen Belichtungszeiten (46) für die Sensoren (32) in zumindestens einer Gruppe, wobei jede Gruppe eine höchste, maximale Belichtungszeit (102) und eine niedrigste, maximale Belichtungszeit (90) umfaßt und das Verhältnis der höchsten zu der kleinsten gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Bereichsfaktor ist;

Bestimmen einer Gruppenlaufzeit (46) für jede Gruppe, die gleich oder nominal kleiner als die niedrigste, maximale Belichtungszeit (90-100) in der Gruppe ist; und

des weiteren das Spektralfotometer (16) mit einer Strahlungsquelle (12) zu betreiben (54), die im wesentlichen die gleiche wie die ausgewählte Strahlungsquelle ist, indem jede Gruppe während der Gruppenlaufzeit betrieben wird, um Funktionsdaten zu erzeugen, die für die Spektralintensitäten für die zugeordneten Spektralbänder (20) repräsentativ sind.

2. Verfahren zur Gruppierung von Spektralbändern (20) zur Datenerfassung in einem Spektralfotometer (10), das einen Detektor (18) mit einer Mehrzahl fotoempfindlicher Sensoren (32) umfaßt, die in bestimmten Zonen (30) zur Aufnahme zeitintegrierter Strahlung angeordnet sind, die für die Spekatralintensitäten in den ausgewählten Spektralbändern (20) repräsentativ ist, die den entsprechenden Sensoren (32) zugeordnet sind, das die Schritte umfaßt:

dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Sensor (32) durch Speicherung strahlungsinduzierter Ladungen während einer Laufzeit und durch nachfolgendes Auslesen der Ladungen während einer Auslesezeitcharakteristik des Sensors betrieben wird, wobei die Speicherung weiterer solcher Ladungen während der Auslesezeit auftritt derart, daß Überlaufen der weiteren Ladungen auftritt, nachdem eine Überlaufwertcharakteristik des Sensors erreicht ist, wobei das Verfahren umfaßt:

Anfängliches Betreiben (37) des Spektralfotometers mit einer ausgewählten Strahlungsquelle (12) während einer vorbestimmten Anfangszeit (38), die für die Sensoren (32) ausreichend ist, zeitintegrierte Strahlung zu sammeln, damit vorläufige Daten, die für die zeitintegrierte Strahlung repräsentativ sind, für alle ausgewählten Bänder erzeugt werden;

Bestimmen von Wartezeiten (120) für entsprechende Sensoren aus den vorläufigen Daten, so daß eine Belichtung von der ausgewählten Quelle während jeder Wartezeit einen vorbestimmten Wert der zeitintegrierten Strahlung ausführt, der kleiner als der Überlaufwert ist;

Ordnen (120-150) der ausgewählten Spektralbänder in zumindest eine Gruppe, so daß jedes aufeinanderfolgende Spektralband in jeder Gruppe eine akkumulierte Auslesezeit von allen vorhergehenden Spektralbändern in der Gruppe aufweist, wobei die akkumulierte Auslesezeit kleiner als die Wartezeit (128) für das Spektralband ist; und

des weiteren das Spektralfotometer (16) mit einer Strahlungsquelle (12) zu betreiben (54), die im wesentlichen die gleiche wie die ausgewählte Strahlungsquelle ist, damit die ausgewählten Sensoren gleichzeitig während einer für jede Gruppe ausgewählten Laufzeit belichtet werden, und während eine solche Belichtung fortgesetzt wird, sofort die zugeordneten Sensoren sequentiell entsprechend der Ordnung der ausgewählten Spektralbänder in der Gruppe auszulesen, um dadurch Funktionsdaten zu erzeugen, die für die Spektralintensitäten für die zugeordneten Spektralbänder (20) repräsentativ sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektor (18) ein Festkörperfotodetektor ist, der ein zweidimensionales Feld fotoempfindlicher Sensoren (32) umfaßt, die in bestimmten Zonen auf der Vorderfläche angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Sensoren (32) an Projektionsorten auf der Oberfläche so angeordnet sind, daß sie ausgewählte Spektrallinien (20) empfangen können, wobei die Sensoren im wesentlichen weniger als die Oberfläche bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Detektor (18) eine ladungsgekoppelte Einrichtung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (44) die maximalen Belichtungszeiten zu bestimmen, die Berechnung der maximalen Belichtungszeit TM für jeden entsprechenden Sensor (32) gemäß einer Formel TM = T1 * MA/PD umfaßt, wobei Ti die Anfangszeit ist, MA die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung für den entsprechenden Sensor (32) ist und PD die vorläufige Date des entsprechenden Sensors (32) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sensoren (32) des weiteren eine Sättigungsgrenze der zeitintegrierten Strahlung haben, und das Verfahren des weiteren umfaßt, die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung zu bestimmen, indem ein optimaler Bruchteil der Sättigungsgrenze (34) bestimmt und die Sättigungsgrenze für jeden Sensor (32) mit dem optimalen Bruchteil multipliziert wird, wobei der optimale Bruchteil derselbe für alle Sensoren ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Anfangszeit (38) für die Sensoren (32) ausreichend ist, zeitintegrierte Strahlung allgemein zwischen einer minimalen Betriebsgrenze und der Sättigungsgrenze zu sammeln.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Funktionsdaten gleichzeitig für die Spektralbänder (20) erhalten werden, die jeder zugeordneten Gruppe zugeordnet sind.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maximalbelichtungszeiten für alle Gruppen eine höchste Gesamtbelichtungszeit und eine niedrigste Gesamtbelichtungszeit umfassen, und der Schritt (46) zum Bestimmen der Laufzeit einer jeden Gruppe umfaßt, einen Nebenfaktor (102) als ausgewählten Bruchteil des Bereichsfaktors zu berechnen, eine maximale Gruppenlaufzeit zu bestimmen, die nominal gleich der höchsten Belichtungszeit dividiert durch den Nebenfaktor (102) ist, und eine minimalen Gruppenlaufzeit zu bestimmen, die gleich oder nominal kleiner als die niedrigste Belichtungszeit (90-100) ist, und der Gruppierungsschritt umfaßt, die ausgewählten Spektralbänder (20) der Gruppenlaufzeit (118) zuzuordnen, indem alle solche Bänder mit maximalen Belichtungszeiten, die größer als die maximale Gruppenlaufzeit ist, dieser zugeordnet werden, und die verbleibenden solchen Bänder der minimalen Gruppenlaufzeit zugeordnet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt (46) zum Bestimmen von jeder Gruppenlaufzeit des weiteren umfaßt, eine vorbestimmte Liste erlaubter Gruppenlaufzeiten (88) einzurichten, die maximale Gruppenlaufzeit mit einer erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen, die nominal gleich der höchsten Belichtungszeit dividiert durch den Nebenfaktor (102-116) ist, und die minimale Gruppenlaufzeit einer erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen, die die nächst kleinere als die niedrigste Belichtungszeit (90-100) ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei jede erlaubte Gruppenlaufzeit oberhalb einer niedrigsten solchen Zeit ungefähr um einen Faktor zwei größer als ihre nächst kleinere solche Zeit ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 12, wobei der Bereichsfaktor 100 ist.

14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt (46) zum Bestimmen von jeder Gruppenlaufzeit, des weiteren umfaßt, zumindest eine weitere Gruppenlaufzeit zwischen der maximalen Gruppenlaufzeit und der minimalen Gruppenlaufzeit auszuwählen, so daß jedes Verhältnis einer jeden Gruppenlaufzeit zu einer nächst kürzeren Gruppenlaufzeit kleiner als der Bereichsfaktor ist, und der Gruppierungsschritt des weiteren umfaßt, alle verbleibenden solchen Bänder so zuzuordnen, daß alle maximalen Belichtungszeiten für eine Gruppe länger als die Gruppenlaufzeit und kürzer als eine nächst größere Gruppenlaufzeit sind.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt zum Bestimmen von jeder Gruppenlaufzeit, des weiteren umfaßt, eine vorbestimmte Liste erlaubter Gruppenlaufzeiten (88) einzurichten, die maximale Gruppenlaufzeit einer erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen, die nominal gleich der höchsten Belichtungszeit dividiert durch den Nebenfaktor (102-116) ist, die minimale Gruppenlaufzeit einer erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen, die die nächst kleinere als die niedrigste Belich tungszeit (90-100) ist, und jede weitere Gruppenlaufzeit einer anderen erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen.

16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Sensor (32) durch Speicherung strahlungsinduzierter Ladungen während einer Gruppenlaufzeit und durch nachfolgendes Auslesen der Ladungen während einer Auslesezeitcharakteristik des Sensors (32) betrieben wird, wobei die Speicherung weiterer solcher Ladungen während der Auslesezeit auftritt derart, daß Überlaufen der weiteren Ladungen auftritt, nachdem eine Überlaufwertcharakteristik des Sensors erreicht ist, wobei das Verfahren umfaßt:

wobei das Verfahren des weiteren vor dem Schritt des weiteren Betriebs und für die ausgewählten Spektralbänder (20) in einer ausgewählten Gruppe umfaßt:

Einrichten von Wartezeiten (120) für entsprechende Sensoren aus den vorläufigen Daten, so daß eine Belichtung von der ausgewählten Quelle während jeder Wartezeit einen vorbestimmten Wert zeitintegrierter Strahlung bewirkt, der kleiner als der Überlaufwert ist;

Ordnen (48) der ausgewählten Spektralbänder der Gruppe in zumindest eine Untergruppe, so daß jedes nachfolgende Spektralband in jeder Untergruppe eine akkumulierte Auslesezeit von allen vorhergehenden Spektralbändern in der Untergruppe aufweist und die akkumulierte Auslesezeit kleiner als die Wartezeit (128) für das Spektralband (20) ist; und

Ausführen des Schritts des weiteren Betriebs (54) des Spektralfotometers für die ausgewählte Gruppe, indem das Spektrometer für jede Untergruppe so betrieben wird, daß zugeordnete Sensoren gleichzeitig während der Gruppenlaufzeit belichtet werden, und, während eine solche Belichtung fortgesetzt wird, sofort die zugeordneten Sensoren sequentiell entsprechend der Ordnung der Spektralbänder in der Untergruppe ausgelesen werden, um dadurch zugeordnete Funktionsdaten zu erzeugen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Sensoren (32) des weiteren eine Sättigungsgrenze der zeitintegrierten Strahlung haben, und das Verfahren des weiteren umfaßt, die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung zu bestimmen, indem ein optimaler Bruchteil der Sättigungsgrenze (34) bestimmt und die Sättigungsgrenze für jeden Sensor (32) mit dem optimalen Bruchteil multipliziert wird, wobei der optimale Bruchteil derselbe für alle Sensoren ist, so daß der vorbestimmte Wert gleich dem Überlaufwert für den mit dem optimalen Bruchteil multiplizierten Wert ist.

18. Verfahren nach Anspruch 2 oder 16, wobei der Schritt die Wartezeiten herzustellen, die Berechnung von jeder Wartezeit TW entsprechend einer Formel TW = Ti * PL/PD umfaßt, wobei Ti die Anfangszeit ist, PL ein vorbestimmter Wert der zeitintegrierten Strahlung für den entsprechenden Sensor (32) ist, der kleiner als der Überlaufwert ist, und PD die vorläufige Date (38) des entsprechenden Sensors ist.

19. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der vorbestimmte Wert für jeden Sensor gleich dem Überlaufwert für den Sensor multipliziert mit einem vorbestimmten optimalen Bruchteil des Überlaufwerts ist, wobei der optimale Bruchteil derselbe für alle Sensoren ist.

20. Spektrometervorrichtung (10) mit einem spektralen Streusystem (16, 18), das Strahlung aufnimmt und von dieser Spektralbänder bewirkt, einem Detektor (18) mit einer Mehrzahl fotoempfindlicher Sensoren (32), die in bestimmten Zonen (30) zum Empfang zeitintegrierter Strahlung angeordnet sind, die für die Spektralintensitäten in ausgewählten Spektralbändern repräsentativ ist, die entsprechenden Sensoren zugeordnet sind, einer Datenstation (22), die Signaldaten von dem Empfänger (18) erhält, die für die zeitintegrierte Strahlung repräsentativ sind, und einer Programmeinrichtung in der Datenstation (22) zur Gruppierung der ausgewählten Spektralbänder (20) zur Datenerfassung, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmeinrichtung gespeicherte, vorbestimmte maximale Größen (34) der für jeden entsprechenden Sensor erlaubten, integrierten Strahlung umfaßt, wobei:

die Vorrichtung (10) des weiteren eine Einrichtung (37) umfaßt, um das Spektralfotometer während einer vorbestimmten Anfangszeit zu betreiben, die für die Sensoren ausreichend ist, um zeitintegrierte Strahlung zu sammeln, damit vorläufige Daten, die für die zeitintegrierte Strahlung repräsentativ sind, für alle ausgewählten Bänder erzeugt werden;

wobei die Programmeinrichtung umfaßt:

eine Einrichtung zur Bestimmung maximaler Belichtungszeiten (44), die für die entsprechenden Sensoren erlaubt sind, aus den vorläufigen Daten, so daß jede maximale Belichtungszeit die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung für den entsprechenden Sensor durchführt;

eine Einrichtung zur Gruppierung (48) der maximalen Belichtungen für die Sensoren in zumindest einer Gruppe, wobei jede Gruppe eine höchste, maximale Belichtungszeit und eine niedrigste, maximale Belichtungszeit aufweist und das Verhältnis der höchsten zu der niedrigsten gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Bereichsfaktor ist; und

eine Einrichtung (90-116) zur Bestimmung einer Gruppenlaufzeit für jede Gruppe, die gleich oder nominal kleiner als die niedrigste, maximale Belichtungszeit in der Gruppe ist; und

die Vorrichtung des weiteren eine Einrichtung umfaßt, um das Spektralfotometer weiter bei jeder Gruppe während der Gruppenlaufzeit zu betreiben, damit Funktionsdaten erzeugt werden, die für die Spektralintensitäten für zugeordnete Spektralbänder (20) repräsentativ sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Einrichtung zur Bestimmung maximaler Belichtungszeiten (44) eine Einrichtung zur Berechnung der maximalen Belichtungszeit TM für jeden entsprechenden Sensor (32) entsprechend einer Formel TM = Ti * MA/PD umfaßt, wobei Ti die Anfangszeit ist, MA die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung für den entsprechenden Sensor (32) ist und PD die vorläufige Date des entsprechenden Sensors (32) ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Funktionsdaten gleichzeitig für die Spektralbänder (20) erhalten werden, die jeder Gruppe zugeordnet sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Maximalbelichtungszeiten für alle Gruppen eine höchste maximale Gesamtbelichtungszeit und eine niedrigste maximale Gesamtbelichtungszeit umfassen, und die Einrichtung zum Bestimmen der Laufzeit einer jeden Gruppe die Einrichtung umfaßt, einen Nebenfaktor (102) als ausgewählten Bruchteil des Bereichsfaktors zu berechnen, eine Einrichtung, eine maximale Gruppenlaufzeit zu bestimmen, die nominal gleich der höchsten Belichtungszeit dividiert durch den Nebenfaktor ist, und eine Einrichtung (90-100), eine minimale Gruppenlaufzeit zu bestimmen, die gleich oder nominal kleiner als die niedrigste Belichtungszeit ist, und die Einrichtung (48) zur Gruppierung umfaßt, eine Einrichtung, die ausgewählten Spektralbänder Gruppenlaufzeiten zuzuordnen, indem alle solche Bänder mit maximalen Belichtungszeiten, die größer als die maximale Gruppenlaufzeit sind, dieser zugeordnet werden, und die verbleibenden solchen Bänder der minimalen Gruppenlaufzeit zugeordnet werden.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Einrichtung (46) zum Bestimmen von jeder Gruppenlaufzeit des weiteren umfaßt, eine Einrichtung (88), um eine vorbestimmte Liste erlaubter Gruppenlaufzeiten einzurichten, eine Einrichtung, um die maximale Gruppenlaufzeit mit einer erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen, die nominal gleich der höchsten Belichtungszeit dividiert durch den Nebenfaktor ist, und eine Einrichtung (90-100), um die minimale Gruppenlaufzeit einer erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen, die die nächst kleinere als die niedrigste Belichtungszeit (90-100) ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei jede erlaubte Gruppenlaufzeit oberhalb einer niedrigsten solchen Zeit ungefähr um einen Faktor zwei größer als ihre nächst kleinere solche Zeit ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Einrichtung (46) zum Bestimmen von jeder Gruppenlaufzeit des weiteren eine Einrichtung umfaßt, zumindest eine weitere Gruppenlaufzeit zwischen der maximalen Gruppenlaufzeit und der minimalen Gruppenlaufzeit auszuwählen, so daß jedes Verhältnis einer jeden Gruppenlaufzeit zu einer nächst kürzeren Gruppenlaufzeit kleiner als der Bereichsfaktor ist, und die Einrichtung zur Gruppierung des weiteren eine Einrichtung umfaßt, alle verbleibenden solchen Bänder so zuzuordnen, daß alle maximalen Belichtungszeiten für eine Gruppe länger als die Gruppenlaufzeit und kürzer als eine nächst größere Gruppenlaufzeit sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Einrichtung (46) zum Bestimmen von jeder Gruppenlaufzeit des weiteren eine Einrichtung umfaßt, eine vorbestimmte Liste erlaubter Gruppenlaufzeiten (88) einzurichten, eine Einrichtung, die maximale Gruppenlaufzeit einer erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen, die nominal gleich der höchsten Belichtungszeit dividiert durch den Nebenfaktor ist, eine Einrichtung, die minimale Gruppenlaufzeit einer erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen, die die nächst kleinere als die niedrigste Belichtungszeit ist, und eine Einrichtung, jede weitere Gruppenlaufzeit einer anderen erlaubten Gruppenlaufzeit gleichzusetzen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei jeder Sensor (32) durch Speicherung strahlungsinduzierter Ladungen während der Gruppenlaufzeit und durch nachfolgendes Auslesen der Ladungen während einer Auslesezeitcharakteristik des Sensors betreibbar ist, wobei die Speicherung weiterer solcher Ladungen während der Auslesezeit auftritt derart, daß ein Überlaufen der weiteren Ladungen auftritt, nachdem eine Überlaufzeitcharakteristik des Sensors erreicht ist, und wobei die Programmeinrichtung ferner vor dem weiteren Betrieb und für die ausgewählten Spektralbänder in einer ausgewählten Gruppe eine Einrichtung (120) zum Bestimmen von Wartezeiten für entsprechende Sensoren(32) aus den vorläufigen Daten umfaßt, so daß eine Belichtung von der ausgewählten Quelle während jeder Wartezeit einen vorbestimmten Wert zeitintegrierter Strahlung bewirkt, der kleiner als der Überlaufwert ist; und eine Einrichtung (124-149) zum Ordnen der ausgewählten Spektralbänder der Gruppe in zumindest eine Untergruppe, so daß jedes nachfolgende Spektralband in jeder Untergruppe eine akkumulierte Auslesezeit von allen vorhergehenden Spektralbändern in der Untergruppe aufweist und die akkumulierte Auslesezeit kleiner als die Wartezeit für das Spektralband ist; und

die Einrichtung (54) zum weiteren Betrieb eine Einrichtung zum Betreiben des Spektralfotometers für jede Untergruppe umfaßt, damit zugeordnete Sensoren gleichzeitig während der Gruppenlaufzeit belichtet werden, und, während eine solche Belichtung fortgesetzt wird, sofort die zugeordneten Sensoren sequentiell entsprechend der Ordnung der Spektralbänder in der Untergruppe ausgelesen werden, um dadurch zugeordnete Funktionsdaten zu erzeugen.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Sensoren (32) des weiteren eine Sättigungsgrenze der zeitintegrierten Strahlung haben, und die Programmeinrichtung des weiteren eine Einrichtung umfaßt, die maximale Größe der zeitintegrierten Strahlung zu bestimmen, indem ein optimaler Bruchteil der Sättigungsgrenze bestimmt wird, und eine Einrichtung, die Sättigungsgrenze für jeden Sensor mit dem optimalen Bruchteil zu multiplizieren, wobei der optimale Bruchteil derselbe für alle Sensoren derart ist, daß der vorbestimmte Wert für jeden Sensor (32) gleich dem Überlaufwert für den Sensor (32) multipliziert mit dem optimalen Bruchteil ist.

30. Spektrometervorrichtung (10) mit einem spektralen Streusystem (16, 18), das Strahlung aufnimmt und von dieser Spektralbänder bewirkt, einem Detektor (18) mit einer Mehrzahl fotoempfindlicher Sensoren (38), die in bestimmten Zonen (30) zum Empfang zeitintegrierter Strahlung angeordnet sind, die für Spektralintensitäten in ausgewählten Spektralbändern repräsentativ ist, die den entsprechenden Sensoren zugeordnet sind, einer Datenstation (22), die Signaldaten von dem Empfänger (18) erhält, die für die zeitintegrierte Strahlung repräsentativ sind, und eine Programmeinrichtung in der Datenstation (22) zur Gruppierung der ausgewählten Spektralbänder (20) zur Datenerfassung, dadurch gekennzeichnet, daß

jeder Sensor (32) während der Gruppenlaufzeit durch Speicherung strahlungsinduzierter Ladungen und durch nachfolgendes Auslesen der Ladungen während einer Auslesezeitcharakteristik des Sensors (32) betreibbar ist, wobei die Speicherung weiterer solcher Ladungen während der Auslesezeit derart auftritt, daß ein Überlauf der weiteren Ladungen nach einer Überlaufzeitcharakteristik des Sensors auftritt, wobei:

die Programmeinrichtung eine Einrichtung umfaßt, Wartezeiten (120) für entsprechende Sensoren aus den vorläufigen Daten zu bestimmen, so daß eine Belichtung von der ausgewählten Quelle während jeder Wartezeit einen vorbestimmten Wert zeitintegrierter Strahlung bewirkt, der kleiner als der Überlaufwert ist; und eine Einrichtung (124-149) zum Ordnen der ausgewählten Spektralbänder der Gruppe in zumindest eine Gruppe, so daß jedes nachfolgende Spektralband in jeder Gruppe eine akkumulierte Auslesezeit von allen vorhergehenden Spektralbändern in der Gruppe aufweist und die akkumulierte Auslesezeit kleiner als die Wartezeit für das Spektralband ist; und

die Vorrichtung (10) ferner eine Einrichtung (54) zum Betreiben des Spektralfotometers während einer ausgewählten Laufzeit für jede Gruppe umfaßt, damit ausgewählte Sensoren gleichzeitig während der ausgewählten Laufzeit für jede Gruppe belichtet werden, und, während eine solche Belichtung fortgesetzt wird, sofort die zugeordneten Sensoren sequentiell entsprechend der Ordnung der Spektralbänder in der Gruppe ausgelesen werden, um dadurch Funktionsdaten zu erzeugen, die für Spektralintensitäten zugeordneter Spektralbänder repräsentativ sind.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der vorbestimmte Wert für jeden Sensor gleich dem Überlaufwert für den Sensor multipliziert mit einem vorbestimmten optimalen Bruchteil des Überlaufwerts ist, wobei der optimale Bruchteil derselbe für alle Sensoren ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 30, wobei die Einrichtung zum Betimmen von Wartezeiten (120) eine Einrichtung zur Berechnung von jeder Wartezeit Tw entsprechend einer Formel TW = Ti * PL/PD umfaßt, wobei Ti die Anfangszeit ist, PL ein vorbestimmter Wert der zeitintegrierten Strahlung für den entsprechenden Sensor ist, der kleiner als der Überlaufwert ist, und PD die vorläufige Date des entsprechenden Sensors ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 30, wobei der Detektor (18) ein Festkörperfotodetektor ist, der ein zweidimensionales Feld fotoempfindlicher Sensoren (32) auf einer Vorderfläche umfaßt, wobei die Sensoren in bestimmten Zonen angeordnet sind.

34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Sensoren (32) an Projektionsorten (30) auf der Oberfläche so angeordnet sind, daß sie ausgewählte Spektrallinien (20) empfangen können, wobei die Sensoren im wesentlichen weniger als die Oberfläche bilden.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei der Detektor (18) eine ladungsgekoppelte Einrichtung ist.