FR2859279A1 - Dispositif et procede de mesure spectroscopique avec un dispositif d'imagerie comprenant une matrice de photodetecteurs - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé de mesure spectroscopique du spectre d'un faisceau lumineux. Selon le procédé, on détecte les flux lumineux dispersés dudit faisceau sur un dispositif d'imagerie comprenant une matrice de photodétecteurs (23) à colonnes (11) actives. Selon l'invention, ledit dispositif d'imagerie (10) est orienté de sorte qu'une longueur d'onde est affectée à une ligne (27) de photodétecteurs (12). On détermine pour chaque flux lumineux (i= 1, 2, ..., n) le temps d'exposition τi nécessaire pour mesurer une intensité maximale Imax et la sous-matrice Mi (13, 24-26) de photodétecteurs (12) associée audit flux lumineux. On affecte à la sous-matrice Mi (13, 24-26) de photodétecteurs un temps d'exposition τ'i tel que τ'i soit le plus grand diviseur entier du temps d'intégration total T inférieur à τi. Durant le temps d'intégration T dudit spectre, on mesure et on réinitialise, à chaque temps τ'i avec i= (1, 2, ..., n), la sous-matrice Mi correspondante indépendamment des autres sous-matrices Mj (13, 24-26) avec j≠i. On mesure le spectre du faisceau au temps T.Application du procédé de mesure spectroscopique à la mesure de spectres de raies, en particulier l'émission atomique (ICP, GDS, SPARK), au Raman et au proche infra-rouge.

Description

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de mesure

spectroscopique avec un dispositif d'imagerie comprenant une matrice de photodétecteurs à colonnes actives de type CMOS ("Complementary Metal Oxyde Semiconductor"- Semiconducteur Métal Oxyde Complémentaire).

L'émergence de dispositifs d'imagerie mettant en oeuvre une matrice de photodétecteurs du type CCD (Charge couple device dispositif à transfert de charges) a ouvert l'accès, en permettant l'acquisition simultanée de spectre entier, aux avantages de l'analyse multiplexée en spectroscopie qu'elle soit Raman, ICP ("Inductively coupled plasma" - source à plasma à couplage io inductif), NIRS ("Near infrared reflectance spectroscopy spectroscopie en proche infrarouge) ou autre.

En spectroscopie d'émission de type ICP, par exemple, le faisceau lumineux émis par des atomes et des ions issus du plasma, est envoyé vers un spectromètre (à réseau de diffraction, à prisme...) pour analyse. L'élément disperseur (réseau de diffraction, prisme...) étale alors spectralement le faisceau lumineux et envoie les radiations centrées sur des longueurs d'onde différentes et dispersées vers un détecteur comprenant une matrice ligne colonne de photodétecteurs. Cet étalement est, par exemple, réalisé dans une direction perpendiculaire aux colonnes du détecteur. Le faisceau lumineux reçu a une distribution spectrale 1 (Figure 1) donnant l'intensité (axe 2) en fonction de la longueur d'onde (axe 3). Cette distribution spectrale 1 présente par exemple des pics 4 de faible hauteur, des parties quasiment plates 5 et des pics 6 élevés. On peut également distinguer des zones 7, 8 ou 9 correspondant respectivement aux différents niveaux d'intensité (4, 5 et 6) de la courbe spectrale 1. Chacune de ces zones couvre un ou plusieurs pixels du photodétecteur.

Lorsqu'un photodétecteur reçoit un photon, il le convertit en une charge électrique avec une probabilité égale à l'efficacité quantique du détecteur. La dynamique d'un photodétecteur exprime le rapport entre le nombre maximal de charges (capacité de remplissage d'un pixel - "full well capacity") que peut contenir un photodétecteur sur l'écart-type du nombre de charges générées aléatoirement en absence de lumière (bruit thermique et de lecture). Seulement entre ces deux extrêmes, la réponse du photodétecteur est linéaire, ce qui constitue la plage de travail du photodétecteur. Cette dynamique est de l'ordre de quelques 100 000 pour les meilleurs photodétecteurs actuels. Or la dynamique en spectroscopie d'émission de type ICP est très étendue, de l'ordre de 108. II apparaît donc que ces détecteurs ne peuvent couvrir une telle dynamique.

Il en résulte que l'adaptation de sensibilité du détecteur pour la mesure de pics 6 élevés, par exemple, empêche la détection de pics de plus faible intensité 4. Ces derniers sont tout simplement "noyés" dans les bruits thermique et de lecture. L'opérateur doit alors augmenter le temps d'exposition à la lumière du détecteur pour faire apparaître ces pics de plus faible intensité, par exemple situés dans la zone 8 de la courbe spectrale 1 de lo la Figure 1, ce qui aura pour effet indésirable de saturer les zones de lumière intense 6.

Les détecteurs actuels (CCD...) ne permettent donc pas la mesure simultanée de signaux de luminosité très différente.

L'objectif de la présente invention est de proposer un procédé de is mesure spectroscopique avec un dispositif d'imagerie, simple dans sa conception et dans son mode opératoire, permettant l'analyse simultanée de signaux ayant des luminosités très différentes.

Un autre objet de la présente invention est de s'affranchir de toute normalisation par rapport aux gains des amplificateurs de colonnes pour les caméras CMOS à colonnes actives lorsqu'une telle caméra CMOS est utilisée pour l'acquisition d'un spectre.

A cet effet, l'invention concerne un dispositif de mesure spectroscopique du spectre d'un faisceau lumineux comprenant un ensemble de flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente dans lequel l'ensemble desdits flux est dispersé sur un élément dispersif et les flux dispersés sont détectés sur un dispositif d'imagerie comprenant une matrice de photodétecteurs à colonnes actives, chacun des photodétecteurs comprenant un pixel de type CMOS.

Selon l'invention, le dispositif d'imagerie à colonnes actives est orienté de sorte qu'une longueur d'onde est affectée à une ligne de photodétecteurs pour permettre l'analyse simultanée de flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente et ayant des intensités lumineuses différentes.

Dans différents modes de réalisation, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: le dispositif de mesure comprend: É des moyens pour fixer pour chaque sous-matrice Mi de photodétecteurs avec i= (1, 2, ..., n), un temps d'exposition i'; tel que i'; soit le plus grand diviseur entier de T inférieur à Ti, avec T 5 temps d'intégration total choisi par l'utilisateur, É des moyens pour stocker le signal mesuré pour chaque sous-matrice M; de photodétecteurs avec i= (1, 2, ..., n), É une unité de traitement pour déterminer le signal total obtenu au temps T pour chacune des sous-matrices M;, io des moyens pour visualiser le spectre du faisceau, - le dispositif de mesure comprend une source lumineuse de référence ayant un spectre de référence.

L'invention concerne également un procédé de mesure spectroscopique du spectre d'un faisceau lumineux comprenant un ensemble de flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente, selon lequel on disperse sur un élément dispersif l'ensemble desdits flux et on détecte les flux dispersés sur un dispositif d'imagerie comprenant une matrice de photodétecteurs à colonnes actives, chacun des photodétecteurs comprenant un pixel de type CMOS.

Selon l'invention, - le dispositif d'imagerie à colonnes actives est orienté de sorte qu'une longueur d'onde est affectée à une ligne de photodétecteurs, on détermine pour chaque flux lumineux i= (1, 2, ..., n) le temps d'exposition z; nécessaire pour mesurer une intensité maximale Imax et la sous-matrice M; de photodétecteurs associée audit flux lumineux, chacun desdits flux i= (1, 2, ..., n) étant détecté sur au moins une ligne de photodétecteurs différente, - on affecte à la sous-matrice M; de photodétecteurs un temps d'exposition i'; tel que soit le plus grand diviseur entier de T inférieur à avec T temps d'intégration total choisi par l'utilisateur, durant le temps d'intégration T dudit spectre, on mesure et on réinitialise, à chaque temps avec i= (1, 2, ..., n), la sous-matrice M; correspondante indépendamment des autres sous-matrices de photodétecteurs Mi avec j i, le signal mesuré pour chaque sous- matrice M; étant affecté à des moyens de stockage, - on détermine le signal total obtenu au temps T pour chacune des sous- matrices M;, on mesure le spectre du faisceau.

Dans différents modes de réalisation, la présente invention concerne 5 aussi les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: pour obtenir le signal total de la sous-matrice M;, on additionne pour chaque photodétecteur de la sous-matrice M;, chacune des mesures réalisées pendant le temps T et on normalise le signal obtenu en divisant par T, io - pour chaque photodétecteur de la sous-matrice M;, on additionne chacune des mesures réalisées pendant le temps T, puis on additionne pour une ligne de photodétecteurs donnée de la sous-matrice M;, les valeurs obtenues pour chacun des photodétecteurs, le signal total obtenu étant normalisé en divisant par T, z; - on définit avant de collecter lesdites mesures au moyen d'une source lumineuse de référence ayant un spectre de référence la position des longueurs d'onde sur les lignes de la matrice de photodétecteurs, - on détermine la sous-matrice M; de photodétecteurs associée à un flux lumineux et on ajuste les dimensions de cette sous-matrice en la limitant dans la direction perpendiculaire au plan de diffraction pour optimiser le rapport signal sur bruit, - chaque sous-matrice M; avec i = (1, 2, ..., n) comporte des lignes de photodétecteurs recevant un flux lumineux dispersé, - on mesure pour chaque sous-matrice M; avec i = (1, 2, ..., n) des lignes de photodétecteurs recevant un signal correspondant au bruit de fond, É on assigne à chacune des sous-matrices M; avec i = (1, 2, ..., n) un bruit de fond zéro à partir de la première mesure réalisée de celles-ci, É à chaque nouvelle mesure, pendant le temps d'intégration T, on 30 compare le bruit de fond mesuré par rapport au bruit de fond zéro et on détermine un offset du bruit de fond, É on corrige les mesures obtenues pour chacune des sous-matrices M; avec i = (1, 2, ..., n).

Selon l'invention, ce procédé de mesure spectroscopique est particulièrement adaptée à la mesure de spectres de raies, en particulier celle mettant en oeuvre des techniques ICP, SPARK ou GDS, à la spectroscopie Raman ou encore la spectroscopie NIRS.

s Dans différents modes de réalisation possibles, l'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre une distribution spectrale (intensité en fonction de la longueur d'onde) de l'art antérieur exploitée avec des dispositifs d'imagerie du type CCD; io - la figure 2 est une représentation schématique du dispositif d'imagerie à colonnes actives, mis en oeuvre selon l'invention, ledit dispositif étant orienté de sorte qu'une longueur d'onde est affectée à une ligne de photodétecteurs; - la figure 3 est une représentation schématique d'un spectre sur la matrice de photodétecteurs du dispositif d'imagerie, selon un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention.

- la figure 4 est une représentation schématique des sous-matrices associées au flux lumineux du spectre de la figure 3; Le procédé de mesure met à profit les avantages propres aux dispositifs d'imagerie à base de CMOS, i.e. une lecture non destructive, un accès aléatoire qui autorise une sélection directe des longueurs d'onde. Le dispositif d'imagerie 10 à colonnes 11 actives est tourné d'un angle de rr/2 radians de sorte qu'une longueur d'onde est affectée à une ligne 27 de photodétecteurs 12. Avantageusement, on définit avant de collecter le spectre d'une source lumineuse à analyser, la position des longueurs d'onde sur les lignes 27 de la matrice de photodétecteurs au moyen d'une source lumineuse de référence ayant un spectre de référence en longueurs d'onde. Cette source lumineuse de référence est une lampe de référence ayant un spectre de référence. Ce spectre de référence est également enregistré sur une unité de traitement reliée au dispositif d'imagerie. L'acquisition du spectre de référence par dispersion du faisceau lumineux émis par la source lumineuse de référence sur un élément dispersif permet par comparaison avec le spectre de référence enregistré d'affecter une longueur d'onde à chacune des lignes 27 de la matrice de photodétecteurs. La source de référence est ensuite remplacée par la source lumineuse dont on cherche à analyser le faisceau lumineux émis. Cette source lumineuse est par exemple un échantillon interagissant avec un faisceau d'analyse Raman, proche infrarouge ou autre, ou encore un plasma d'une source à couplage inductif ou autre. Le faisceau lumineux à analyser comprend un ensemble de flux lumineux centrés sur des longueurs d'onde différentes formant une distribution spectrale. Ces flux lumineux centrés sur des longueurs d'onde différentes sont définis soit directement parce que la distribution spectrale présente naturellement des pics, comme celle représentée, par exemple, à la Figure 1, soit parce que chacune des lignes 27 de photodétecteurs 12 du dispositif d'imagerie 10 découpe la distribution spectrale qui est homogène, en flux centrés sur des io longueurs d'onde différentes.

On disperse sur un élément dispersif l'ensemble desdits flux lumineux et on détecte les flux dispersés sur un dispositif d'imagerie 10 (Figure 2). Le dispositif d'imagerie 10 mis en oeuvre comprend une matrice lignecolonne de photodétecteurs 12 à colonnes 11 actives, chacun des photodétecteurs 12 comprenant un pixel de type CMOS. Le terme lignecolonne ne doit pas être entendu comme limitant la sous-matrice de photodétecteurs à une forme particulière, par exemple carrée, rectangulaire, ovoïde, ..., mais est introduit pour définir des axes de référence au sein de ladite matrice, lesdits axes étant dans un mode préféré perpendiculaires ou sensiblement perpendiculaires entre eux. Dans un mode de réalisation particulier, la matrice est composée d'au moins 100 pixels sur une colonne et au moins 100 pixels sur une ligne. L'élément dispersif est, par exemple, un réseau de diffraction, un prisme ou autre.

Pour acquérir le spectre d'un faisceau lumineux présentant une distribution spectrale formée par un ensemble de flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente, on détermine dans un premier temps l'ensemble des flux lumineux i= (1, 2, ..., n) à détecter, par exemple, par une première mesure à un temps d'exposition approprié. On détermine ensuite pour chaque flux lumineux i avec i= (1, 2, ..., n), le temps d'exposition 'r nécessaire pour mesurer une intensité maximale Imax dudit flux. On entend par "intensité maximale Imax", une intensité égale à 0.8 Isar à +1- 10 % près où Isar est l'intensité de saturation d'un photodétecteur 12. Chacun desdits flux (i= 1, 2, ..., n) étant détecté sur au moins une ligne 27 de photodétecteurs 12 différente, on associe à chacun de ces flux une sous-matrice Mi 13 de photodétecteurs 12. Ces sous-matrices M; 13 avec i= (1, 2, ..., n) sont différentes les unes des autres. Avantageusement, elles constituent une faible partie de la surface de la matrice principale du dispositif d'imagerie 10, ce qui accélère le processus de transfert de données.

Dans un premier mode de réalisation, chaque sous-matrice Mi 13 avec s i = (1, 2, ..., n) comporte uniquement des lignes 27 de photodétecteurs 12 recevant un flux lumineux dispersé. Dans un autre mode de réalisation, on mesure pour chaque sous-matrice M; 13 avec i = (1, 2, ..., n) des lignes 27 de photodétecteurs 12 recevant un signal correspondant au bruit de fond. Il est alors possible de corriger les variations (offset) de ce bruit de fond au cours de io différentes mesures des sous-matrices M; 13. Ce bruit de fond est principalement du au bruit de lecture qui résulte de la conversion analogique-numérique du signal et du bruit dû aux charges générées thermiquement. Pour cela, on assigne à chacune des matrices M; 13 avec i = (1, 2, ..., n) un bruit de fond zéro à partir de la première mesure réalisée de celles-ci. Puis, à chaque nouvelle mesure, pendant le temps d'intégration T, on compare le bruit de fond mesuré par rapport au bruit de fond zéro et on détermine un offset du bruit de fond. On corrige les mesures obtenues pour chacune des sous-matrices M; 13 avec i = (1, 2,

., n)...DTD: Les dimensions de la sous-matrice M; de photodétecteurs associée à un flux lumineux peuvent de plus être ajustées pour optimiser le rapport signal sur bruit. Par exemple, dans le cas de la mesure du spectre d'un faisceau lumineux émis par une source plasma à couplage inductif, le flux lumineux émis par le plasma n'étant pas spatialement homogène, son image sur le dispositif d'imagerie ne l'est pas non plus et les spectres reçus par les différentes colonnes sont alors différents. Connaissant l'emplacement des éléments ayant le plus grand effet lumineux dans le plasma pour la raie considérée, on peut alors délimiter la sous-matrice M; 13 de photodétecteurs aux photodétecteurs recevant le signal de ces éléments pour optimiser le rapport signal sur bruit. On effectue donc une limitation de la sous-matrice M; 13 dans la direction spatiale, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction d'étalement du spectre (ou encore perpendiculaire au plan de diffraction).

On gère indépendamment les temps sur les différentes sous-matrices 13, par une gestion simple et sans interférence du temps entre les différentes sous-matrices 13 de photodétecteurs 12. Le dispositif d'imagerie 10 comprend par exemple, une minuterie (timer) principale et au plus autant de sous- minuteries (subtimers) que de sous-matrices 13 de photodétecteurs 12. Le procédé permet alors de lire une sous-matrice 13 indépendamment des autres sous-matrices et donc d'accumuler des charges sans saturation pour des flux de lumière moins intenses. Dans un mode de réalisation particulier et d'après la Figure 2, la matrice ligne-colonne comprend un adresseur de lignes 14 et un adresseur de colonnes 15 afin de sélectionner des régions dans la matrice de photodétecteurs, des moyens d'amplification 16 pour chaque colonne 11, des moyens de remise 17 à zéro d'une ou plusieurs lignes 27 (ou longueurs d'onde) de photodétecteurs et un convertisseur analogique-numérique 18. La io matrice de photodétecteurs comporte, par exemple, 1024x1024 pixels de 12x12 pm2.

Après avoir déterminé pour chaque flux lumineux i avec i= (1, 2, ..., n) le temps d'exposition 'ri nécessaire pour mesurer une intensité maximale Imax, on affecte à la sous-matrice Mi de photodétecteurs un temps d'exposition tel que i'; soit le plus grand diviseur entier de T inférieur à 'ri, avec T le temps d'intégration dudit spectre choisit par l'utilisateur.

Le temps 'rimai est le plus grand des temps Ces temps 'rimax et 'r'; définissent respectivement le temps de la minuterie principale de la matrice de photodétecteurs et le temps de la sous-minuterie (subtimer) de la sous- matrice 13 de photodétecteurs 12 Mi. Toutes les lignes 27 de photodétecteurs 12 d'une même sous-matrice 13 mesurant un flux donné sont donc affectées du même temps 'r';. Le temps tiimax correspond également à la minuterie de la sous-matrice 13 de photodétecteurs Mimax associée au flux lumineux dispersé le plus faible en intensité et nécessitant donc un temps d'exposition le plus long pour atteindre l'intensité maximale Imax..

Le dispositif d'imagerie 10 étant réinitialisé, on définit un temps d'intégration T dudit spectre, durant lequel à chaque temps i';, on mesure et on réinitialise la sous-matrice Mi 13 correspondante indépendamment des autres sous-matrices de photodétecteurs Ml avec j i. On entend par "temps d'intégration", le temps d'exposition timax multiplié par le nombre d'acquisitions ou de mesures calculés. Le signal mesuré pour chaque sous-matrice Mi avec i= (1, 2, ..., n) est affecté dans des moyens de stockage, par exemple une mémoire tampon. On détermine ensuite le signal total obtenu au temps T pour chacune des sous-matrices Mi et on mesure le spectre du faisceau. On peut visualiser ce spectre sur des moyens de visualisation et/ou l'enregistrer sur des moyens de stockage. Ces moyens de visualisation comprennent par exemple un écran.

Deux représentations du spectre sont alors possibles: - un mode imagerie ou mode 2D dans lequel on restitue l'image pixel par pixel à deux dimensions du spectre. Pour obtenir le signal total de chaque sous-matrice M; 13, on additionne alors pour chaque photodétecteur 12 de la sous-matrice M; 13, chacune des mesures réalisées pendant le temps d'intégration T et on normalise le signal obtenu en divisant par T. Z-' un mode spectral: chaque pixel d'une même ligne 27 représentant io une même longueur d'onde, on effectue la somme verticale (bining des pixels) des signaux pour chaque ligne 27 de chaque sous-matrice M; 13 afin d'obtenir un spectre caractérisant la distribution de l'intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde. Les intensités lumineuses sont normalisées par rapport au nombre d'acquisitions avant ou après ladite sommation verticale.

Le dispositif d'imagerie 10 étant tourné de n/2 radians, aucune normalisation du signal par rapport aux gains différents des amplificateurs 16 n'est nécessaire, puisque chaque longueur d'onde étant affectée à une colonne donnée 11, elle utilise les mêmes amplificateurs 16.

L'invention concerne également un dispositif de mesure spectroscopique du spectre d'un faisceau lumineux comprenant un ensemble de flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente dans lequel l'ensemble desdits flux est dispersé sur un élément dispersif et les flux dispersés sont détectés sur un dispositif d'imagerie 10 comprenant une matrice de photodétecteurs à colonnes actives 11, chacun des photodétecteurs 12 comprenant un pixel de type CMOS. Le dispositif d'imagerie 10 à colonnes actives est orienté de sorte qu'une longueur d'onde est affectée à une ligne 27 de photodétecteurs pour permettre l'analyse simultanée de flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente et ayant une sensibilité supérieure à la dynamique intrinsèque desdits photodétecteurs. Préférentiellement, ce dispositif comprend des moyens pour fixer pour chaque sous-matrice Mi 13 avec i= (1, 2, ..., n) de photodétecteurs 12, un temps d'exposition z'; tel que i'; soit le plus grand diviseur entier de T inférieur à Ti, avec T temps d'intégration total choisi par l'utilisateur, des moyens pour stocker le signal mesuré pour chaque sous- matrice M; 13 de photodétecteurs, une unité de traitement pour déterminer le signal total obtenu au temps T pour chacune des sous-matrices M; 13 et des moyens pour visualiser le spectre du faisceau. II peut également comprendre une source lumineuse de référence ayant un spectre de référence.

On décrira maintenant différents exemples de mesures spectroscopiques nouvelles et utiles conformes à l'invention et que ce procédé permet de réaliser.

EXEMPLE

La figure 3 donne un premier mode de mise en oeuvre de l'invention lo pour la mesure du spectre d'un faisceau lumineux émis par une source plasma à couplage inductif. Ce faisceau lumineux comporte trois raies 19 à 21, i.e. trois flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente (axe 22). La répartition de ces raies 19 à 21 sur la matrice de photodétecteurs 23 du dispositif d'imagerie 10 est la suivante: une première raie 19 très lumineuse à gauche (luminosité 12), une deuxième raie 20 peu lumineuse (luminosité I,) au centre puis une troisième raie 21 de luminosité sensiblement égale à la première à droite (luminosité 12) . On sélectionne alors trois sous-matrices M; avec i=(1,2,3) 24 à 26 avec les adresseurs de lignes 14 et de colonnes 15 sur la matrice principale 23 de photodétecteurs, chacune des trois sous-matrices M; 24 à 26 étant associée à une raie 19 à 21. Puis, pour chacune des deux sous-matrices 24 et 26, on affecte un temps d'exposition correspondant à la luminosité de la raie 19 et 21, ce qui signifie que l'intensité de saturation des pixels ne doit pas être atteinte. La deuxième raie 20, peu sensible et au centre, a un temps d'exposition TI nettement supérieur aux deux autres raies 19 et 21 lumineuses (temps d'exposition T2). Ces différentes sous- matrices 24-26 sont représentées sur la figure 4. Le temps TI correspond à la minuterie principale timax et le temps T2 est affecté à la sous- minuterie. On détermine ensuite un temps d'intégration total T des raies qui est un multiple entier des temps TI et T2.

La séquence d'intégration est la suivante: -a) Intégrer pendant un temps T2 les raies 19 à 21 de luminosités Il et 12. Pour chaque mesure, l'offset électronique préalablement déterminé doit être soustrait.

-b) Les première et troisième raies 19, 21 très lumineuses 12 étant proches de 35 l'intensité maximale Imax, la charge accumulée par chaque pixel correspondant aux deux sous-matrices M; avec i= (1, 3) 24, 26 est lue. Une remise à zéro de la charge accumulée par ces pixels est ensuite effectuée. Ces opérations de lecture et de remise à zéro sont non destructives pour la sous-matrice M2 25 ayant le temps TI.

-c) On recommence les étapes a) et b) jusqu'à atteindre le temps T,. La deuxième raie 20, peu lumineuse, est alors proche de l'intensité maximale Imax, on lit la charge accumulée par chaque pixel correspondant à la sousmatrice M2 25. Une remise à zéro de la charge accumulée par ces pixels est ensuite effectuée. Ces opérations de lecture et de remise à zéro sont non io destructives pour les sous-matrices 24, 26 affectées du temps T2.

-d) On recommence alors les étapes a) à c) jusqu'à ce que le temps T d'intégration total soit atteint. Chaque fois qu'une sous-matrice M; 2426 avec i=(1,2,3) est lue, le signal est ajouté au signal des lectures précédentes. Le signal total est obtenu en divisant ce signal par le nombre de sous-expositions nécessaires (T/T2 et T/T,) pour chacune des sous-matrices 24-26. On calcule ainsi un spectre moyenné temporellement.

Avantageusement, les différentes longueurs d'onde utilisent chacune les mêmes amplificateurs de colonne et subissent donc le même gain moyen. On a donc le même gain moyen et le même décalage ("offset"), ce qui permet de s'affranchir de toute normalisation par rapport aux gains et aux offsets des amplificateurs de colonnes.

Claims (1)

12 REVENDICATIONS

1. Dispositif de mesure spectroscopique du spectre d'un faisceau lumineux comprenant un ensemble de flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente, ledit dispositif comprenant un élément dispersif pour disperser l'ensemble desdits flux lumineux et un dispositif d'imagerie (10) pour détecter les flux lumineux dispersés, le dispositif d'imagerie comprenant une matrice ligne-colonne de photodétecteurs à colonnes actives (11), chacun des photodétecteurs (12) comprenant un pixel de type CMOS, io caractérisé en ce que le dispositif d'imagerie (10) à colonnes (11) actives est orienté de sorte qu'une longueur d'onde est affectée à une ligne (27) de photodétecteurs pour permettre l'analyse simultanée de flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente et ayant des intensités lumineuses différentes.

2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens pour fixer un temps d'exposition i'; pour chaque sous-matrice Mi (13, 24-26) de la matrice de photodétecteurs avec i= (1, 2, ..., n), ladite sous-matrice M; étant associée à un flux lumineux dispersé, i'; étant le plus grand diviseur entier de T inférieur à 'ri, avec T temps d'intégration total choisi par l'utilisateur, et 'r le temps d'exposition nécessaire pour mesurer une intensité maximale Imax dudit flux considéré, des moyens pour stocker le signal mesuré pour chaque sous-matrice M; (13, 24-26) de photodétecteurs avec i= (1, 2, ..., n), une unité de traitement pour déterminer le signal total obtenu au temps T pour chacune des sous- matrices M; (13, 24-26), des moyens pour visualiser le spectre du faisceau.

3. Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse de référence ayant un spectre de référence.

4. Procédé de mesure spectroscopique du spectre d'un faisceau lumineux comprenant un ensemble de flux lumineux centrés chacun sur une longueur d'onde différente, selon lequel on disperse sur un élément dispersif l'ensemble desdits flux et on détecte les flux dispersés sur un dispositif d'imagerie comprenant une matrice de photodétecteurs à colonnes actives, chacun des photodétecteurs comprenant un pixel de type CMOS.

caractérisé en ce que, le dispositif d'imagerie (10) à colonnes actives (Il) est orienté de sorte qu'une longueur d'onde est affectée à une ligne (27) de photodétecteurs, - on détermine pour chaque flux lumineux i= (1, 2, ..., n) le temps d'exposition Ti nécessaire pour mesurer une intensité maximale Imax et la sous-matrice M; (13, 24-26) de photodétecteurs associée audit flux lumineux, chacun desdits flux i= (1, 2, ..., n) étant détecté sur au moins une ligne (27) de photodétecteurs (12) différente, on affecte à la sous-matrice M; (13, 24-26) de photodétecteurs un temps io d'exposition i'; tel que i'; soit le plus grand diviseur entier de T inférieur à Ti, avec T temps d'intégration total choisi par l'utilisateur, durant le temps d'intégration T dudit spectre, on mesure et on réinitialise, à chaque temps i'; avec i= (1, 2, ..., n), la sous-matrice M; correspondante indépendamment des autres sous-matrices de photodétecteurs Mi avec j i, le signal mesuré pour chaque sous-matrice M; étant affecté à des moyens de stockage, on détermine le signal total obtenu au temps T pour chacune des sous-matrices M; (13, 24-26), - on mesure le spectre du faisceau.

5. Procédé de mesure spectroscopique selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour obtenir le signal total de la sous-matrice M; (13, 24-26), on additionne pour chaque photodétecteur (12) de la sous- matrice M; (13, 24-26) chacune des mesures réalisées pendant le temps T et on normalise le signal obtenu en divisant par T. ri 6. Procédé de mesure spectroscopique selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour chaque photodétecteur (12) de la sous-matrice M; (13, 24-26), on additionne chacune des mesures réalisées pendant le temps T, puis on additionne pour une ligne (27) de photodétecteurs (12) donnée de la sous-matrice M; (13, 24-26), les valeurs obtenues pour chacun des photodétecteurs (12), le signal total obtenu étant normalisé en divisant par T. r; 7. Procédé de mesure spectroscopique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'on définit avant de collecter lesdites mesures au moyen d'une source lumineuse de référence ayant un spectre de référence la position des longueurs d'onde sur les lignes de la matrice de photodétecteurs.

8. Procédé de mesure spectroscopique selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'on détermine la sous-matrice M; (13, 24-26) de photodétecteurs associée à un flux lumineux et on ajuste les dimensions de cette sous-matrice en la limitant dans la direction perpendiculaire au plan de diffraction pour optimiser le rapport signal sur bruit.

9. Procédé de mesure spectroscopique selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que chaque sous-matrice M; (13, 24-26) io avec i = (1, 2, ..., n) comporte des lignes (27) de photodétecteurs (12) recevant un flux lumineux dispersé.

10. Procédé de mesure spectroscopique selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'on mesure pour chaque sousmatrice M; (13, 24-26) avec i = (1, 2, ..., n) des lignes (27) de photodétecteurs (12) is recevant un signal correspondant au bruit de fond.

11. Procédé de mesure spectroscopique selon la revendication 10, caractérisé en ce que: - on assigne à chacune des sous-matrices M; (13, 24-26) avec i = (1, 2, .. ., n) un bruit de fond zéro à partir de la première mesure réalisée de celles-ci, - à chaque nouvelle mesure, pendant le temps d'intégration T, on compare le bruit de fond mesuré par rapport au bruit de fond zéro et on détermine un offset du bruit de fond, - on corrige les mesures obtenues pour chacune des sous-matrices M; (13, 24-26) avec i = (1, 2, ..., n).

12. Application du procédé de mesure spectroscopique selon l'une quelconque des revendications 4 à 11 à l'émission atomique, préférentiellement choisie parmi une technique ICP, SPARK ou GDS.

13. Application du procédé de mesure spectroscopique selon l'une quelconque des revendications 4 à 11 au Raman.