JP2022033250A - 光学スペクトル測定システムおよび光学スペクトル測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より優れた光学スペクトル測定装置および光学スペクトル測定方法を提供する。
【解決手段】光学スペクトル測定装置は、２次元配列された複数の受光素子を含むＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）検出器と、入射光を分光して前記ＣＣＤ検出器に照射する光学系と、前記複数の受光素子の各行の一部の行および各列の一部の列の少なくともいずれか一方への前記光学系からの光の照射を制限する制限部とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、光学スペクトル測定装置および光学スペクトル測定方法に関し、特に、対象光を分光する光学スペクトル測定装置および光学スペクトル測定方法に関する。

非特許文献１には、光の電磁波スペクトルを測定する光学機器である光学スペクトル測定装置の概略が記載されている。そして、近年、波長ごとの強度を測定するための光学スペクトル測定装置が開発されている。

また、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）検出器を受光手段とする撮影装置が開発されている。たとえば、特開２０１０－２６６５３８号公報（特許文献１）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、撮影装置は、画像を撮影するＣＣＤイメージセンサと、画像のズーム倍率を変更する変倍レンズおよびレンズドライバと、ズーム倍率の変更を指示する操作部と、ＣＣＤイメージセンサによって撮影された画像から特徴部分を検出する特徴検出部と、操作部によってズーム倍率の変更が指示された場合に、特徴検出部によって検出された特徴部分の大きさと、特徴検出部が検出可能な特徴部分の大きさの限界値とを比較し、操作部が指示したズーム倍率と比較の結果とに応じて変倍レンズおよびレンズドライバを制御するＣＰＵとを備える。

特開２０１０－２６６５３８号公報 特開平１０－１４５６７９号公報 特開２０００－３２４４００号公報 特開２００１－２６８４４４号公報 特開２００１－２６８４４６号公報 特開２００３－２９８９５９号公報

"ウィキペディア"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２９年１月４日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｊａ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／分光器〉

光学スペクトル測定装置における受光手段として、たとえば特許文献１に記載のＣＣＤ検出器等を用いる構成が考えらえる。このような構成において、光学スペクトルを測定するためのより優れた装置を提供する技術が求められている。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、より優れた光学スペクトル測定装置および光学スペクトル測定方法を提供することである。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光学スペクトル測定装置は、２次元配列された複数の受光素子を含むＣＣＤ検出器と、入射光を分光して前記ＣＣＤ検出器に照射する光学系と、前記複数の受光素子の各行の一部の行および各列の一部の列の少なくともいずれか一方への前記光学系からの光の照射を制限する制限部とを備える。

このような構成により、たとえば汎用のＣＣＤ検出器への光の照射を制限することで、新規のＣＣＤ検出器を開発することなく検出領域をダウンサイズしたＣＣＤ検出器を実現することができるので、装置の開発コストを低減することができる。また、光が照射される行数および列数の少なくともいずれか一方を減らすことができるので、光の照射先を制限しない構成と比べて、各受光素子において生成された電荷の取得処理に要する時間を短縮することができる。したがって、より優れた光学スペクトル測定装置を提供することができる。

（２）好ましくは、スペクトル測定に関する条件に基づいて前記制限部の制限対象が設定されている。

このような構成により、測定すべき光学スペクトルの内容に応じた適切な制限対象を設定することができる。

（３）より好ましくは、前記光学系によって分光された各波長の光が対応の前記列に照射され、前記ＣＣＤ検出器による１つの光学スペクトルの測定時間、および前記ＣＣＤ検出器が検出すべき光量の少なくともいずれか一方に基づいて、前記制限対象となる前記行の数が設定されている。

このような構成により、たとえば、要求される測定時間内での光学スペクトルの測定完了を実現したり、要求されるＳＮ（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ）比を満たす光学スペクトルの測定を実現したりすることができる。

（４）より好ましくは、前記光学系によって分光された各波長の光が対応の前記列に照射され、前記光学スペクトル測定装置が取得すべき光学スペクトルの複数の波長にそれぞれ対応する複数の前記列以外の、１または複数の前記列が前記制限対象として設定されている。

このような構成により、要求される波長範囲の光学スペクトルを効率的に測定することができる。

（５）好ましくは、前記光学系は、前記制限部が制限対象としない前記受光素子群に分光後の光を集光する集光部を含む。

このような構成により、使用すべき受光素子群に照射される光の強度を高めることができるので、光学スペクトルのＳＮ比を向上させることができる。

（６）好ましくは、前記ＣＣＤ検出器は、前記列ごとに設けられ、前記列に属する複数の前記受光素子にそれぞれ対応して複数の列電荷蓄積素子が設けられた複数の列シフトレジスタと、前記複数の列シフトレジスタにそれぞれ対応して複数の行電荷蓄積素子が設けられた行シフトレジスタとを含み、前記列シフトレジスタは、前記行に属する前記受光素子に対応する自己の前記列電荷蓄積素子における蓄積電荷を、他の前記行に属する前記受光素子に対応する自己の前記列電荷蓄積素子、または前記行シフトレジスタにおける対応の前記行電荷蓄積素子へ移動させる。

このように、光が照射された受光素子において生成された電荷を列ごとに集約する構成により、波長ごとの所望の電荷量を効率よく取得することができる。

（７）好ましくは、前記制限部は、前記各行の一部の行および前記各列の一部の列への前記光学系からの光の照射を制限する。

このような構成により、光が照射される行数および列数の両方を減らすことができるので、各受光素子において生成された電荷の取得処理に要する時間をより短縮することができる。

（８）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光学スペクトル測定方法は、２次元配列された複数の受光素子を含むＣＣＤ検出器を備える光学スペクトル測定装置における光学スペクトル測定方法であって、入射光を分光して前記ＣＣＤ検出器に照射するステップと、前記ＣＣＤ検出器に照射された前記入射光によって前記複数の受光素子において生成された電荷を取得するステップとを含み、前記ＣＣＤ検出器に光を照射するステップにおいては、前記複数の受光素子の各行の一部の行および各列の一部の列の少なくともいずれか一方への分光した前記入射光の照射を制限する。

このような方法により、たとえば汎用のＣＣＤ検出器への光の照射を制限することで、新規のＣＣＤ検出器を開発することなく検出領域をダウンサイズしたＣＣＤ検出器を実現することができるので、装置の開発コストを低減することができる。また、光が照射される行数および列数の少なくともいずれか一方を減らすことができるので、光の照射先を制限しない構成と比べて、各受光素子において生成された電荷の取得処理に要する時間を短縮することができる。したがって、より優れた光学スペクトル測定装置を提供することができる。

本発明によれば、より優れた光学スペクトル測定装置および光学スペクトル測定方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置の比較例を備える光学スペクトル測定システムの構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおける光学スペクトル測定装置の比較例の構成を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法の比較例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法の比較例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法の比較例を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法の比較例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法の比較例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおける光学スペクトル測定装置の構成を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置に設けられるＣＣＤ検出器を水平転送方向にみた側面図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置に設けられる制限部の変形例の構成を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置に設けられる制限部の変形例の構成を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法を示す図である。 図１４は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法を示す図である。 図１５は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムの効果を説明するための図である。 図１６は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置における光学系の変形例の構成を示す図である。 図１７は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムの変形例の構成を示す図である。 図１８は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおける光学スペクトル測定装置の変形例の構成を示す図である。 図１９は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおける光学スペクトル測定装置の変形例の構成を示す図である。 図２０は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおいて、光学スペクトルが測定される際のシーケンスの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

図１は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置の比較例を備える光学スペクトル測定システムの構成を示す図である。

図１を参照して、光学スペクトル測定システム３０１は、比較例である光学スペクトル測定装置１と、コントローラ４１と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）４２とを備える。

ユーザは、たとえば、光学スペクトル測定装置１の測定対象として対象物４３を設置する。対象物４３は、照明および表示装置等の自ら光を発する物体、または光源からの光を反射もしくは透過する物体等である。

パーソナルコンピュータ４２は、ユーザの操作を受け付けることが可能である。パーソナルコンピュータ４２は、たとえば、測定を開始するためのユーザの操作を受け付けると、受け付けた操作に従って、測定開始命令をコントローラ４１へ送信する。

コントローラ４１は、パーソナルコンピュータ４２から送信された測定開始命令に従って、光学スペクトル測定装置１を制御し、光学スペクトル測定装置１の測定結果に基づく光学スペクトルを取得する。

コントローラ４１は、たとえば、取得した光学スペクトルに対して所定の演算処理を施すことにより対象物４３の良否判定を行う。コントローラ４１は、判定結果を示す結果情報をパーソナルコンピュータ４２へ送信する。

パーソナルコンピュータ４２は、コントローラ４１から結果情報を受信すると、受信した結果情報の内容をたとえば図示しないディスプレイに表示する。

なお、コントローラ４１は、結果情報をパーソナルコンピュータ４２へ送信する構成であるとしたが、これに限定するものではない。コントローラ４１は、光学スペクトルを示す情報をパーソナルコンピュータ４２へ送信する構成であってもよい。

図２は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおける光学スペクトル測定装置の比較例の構成を示す図である。

図２を参照して、光学スペクトル測定装置１は、光学系５と、ＣＣＤ検出器６とを備える。光学系５は、スリット５ａと、回折格子５ｂと、コリメートミラー５ｄと、フォーカスミラー５ｅとを含む。

図１および図２を参照して、光学スペクトル測定装置１は、対象物４３からの入射光を分光することにより、入射光の波長ごとの強度を示す光学スペクトルを測定することが可能である。具体的には、光学スペクトル測定装置１は、ツェルニターナ分光器である。

詳細には、光学スペクトル測定装置１における光学系５は、入射光を分光してＣＣＤ検出器６へ照射する。

より詳細には、光学系５におけるスリット５ａの開口部は、たとえば、長方形の形状を有しており、長辺が鉛直方向に沿うように設けられている。

コリメートミラー５ｄは、たとえば球面形状の反射面を有しており、スリット５ａを通過した対象物４３からの入射光を反射して平行光に変換し、変換後の平行光を回折格子５ｂに照射する。

回折格子５ｂは、コリメートミラー５ｄからの入射光を、波長に応じて異なる方向に回折する。

より詳細には、回折格子５ｂは、たとえば、反射型回折格子であり、鉛直方向に沿った溝が反射面に設けられている。回折格子５ｂは、コリメートミラー５ｄからの入射光を、波長に応じた方向の各々において強度が大きくなるように反射する。

フォーカスミラー５ｅは、たとえば球面形状の反射面を有しており、回折格子５ｂによって回折された入射光を反射してＣＣＤ検出器６に集光する。

ＣＣＤ検出器６は、具体的には、ＣＣＤイメージセンサであり、２次元配列された複数の受光素子を含む。

より詳細には、ＣＣＤ検出器６は、ｍ行ｎ列の行列状に配列されたｍ×ｎ個の受光素子を含む。ここで、列に属する受光素子の並ぶ方向および行に属する受光素子の並ぶ方向は、それぞれ垂直（Ｖ）方向および水平（Ｈ）方向に沿っている。また、ｍ，ｎは２以上の整数である。

ＣＣＤ検出器６は、たとえば、光学系５によって分光された各波長の光が対応の列に属する受光素子に照射されるように配置されている。したがって、同じ列に属する受光素子には、同じ波長の入射光が照射される。

受光素子は、たとえば、ホトダイオードであり、コントローラ４１により逆バイアスが加えられ、受けた入射光の強度に応じた電荷を生成して蓄積する。

ＣＣＤ検出器６は、たとえば、列ごとに設けられたｎ個の列シフトレジスタと、行シフトレジスタと、出力部とを含む。ｎ個の列シフトレジスタにおいて、たとえば、列に属するｍ個の受光素子にそれぞれ対応してｍ個の列電荷蓄積素子が設けられる。行シフトレジスタにおいて、列シフトレジスタにそれぞれ対応してｎ個の行電荷蓄積素子が設けられる。

［ビニング処理の比較例］
図３～図７は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法の比較例を示す図である。

図３を参照して、この例では、説明を簡単にするために４行４列に配列された４×４個の受光素子を含むＣＣＤ検出器６における電荷の読み出し方法について説明する。

ＣＣＤ検出器６は、たとえば、インターラインＣＣＤまたはフレームトランスファーＣＣＤである。

ＣＣＤ検出器６は、たとえば、列ごとに設けられ、当該列に属する４個の受光素子にそれぞれ対応して４個の列電荷蓄積素子Ｃｃが設けられた４個の列シフトレジスタＳｃと、列シフトレジスタＳｃにそれぞれ対応して４個の行電荷蓄積素子Ｃｒが設けられた行シフトレジスタＳｒと、出力部６ａとを含む。出力部６ａは、たとえばアンプである。

なお、ＣＣＤ検出器６は、インターラインＣＣＤまたはフレームトランスファーＣＣＤに限らず、フルフレームトランスファーＣＣＤであってもよい。この場合、ＣＣＤ検出器６は、列に属する４個の受光素子がそれぞれ４個の列電荷蓄積素子Ｃｃとしても機能する。

各行には、行シフトレジスタＳｒに近いほど番号が大きくなるように行番号を付している。また、各列には、出力部６ａに近いほど番号が大きくなるように列番号を付している。

また、列に平行な方向であって行シフトレジスタＳｒへの方向を垂直転送方向Ｄｖと定義する。また、行に平行な方向であって出力部６ａへの方向を水平転送方向Ｄｈと定義する。

列シフトレジスタＳｃは、たとえば、行に属する受光素子に対応する自己の列電荷蓄積素子Ｃｃにおける蓄積電荷を、他の行に属する受光素子に対応する自己の列電荷蓄積素子Ｃｃ、または行シフトレジスタＳｒにおける対応の行電荷蓄積素子Ｃｒへ移動させる。

具体的には、まず、コントローラ４１は、所定の露光時間が経過すると、各受光素子に蓄積された電荷を対応の列電荷蓄積素子Ｃｃへ転送させる一斉転送制御を行う（ステップＳ１０２）。

このとき、１６個の列電荷蓄積素子Ｃｃは、それぞれＱ１～Ｑ１６の電荷を蓄積する。また、各受光素子は、上記露光時間の経過後にコントローラ４１から新たな一斉転送制御を受けるまで、受けた入射光の強度に応じた電荷を生成して蓄積する。

次に、コントローラ４１は、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ１を与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を行シフトレジスタＳｒへの方向すなわち垂直転送方向Ｄｖにシフトさせる（ステップＳ１０４）。

このとき、行シフトレジスタＳｒにおける４個の行電荷蓄積素子Ｃｒは、４行目における４個の列電荷蓄積素子Ｃｃから転送されたＱ４，Ｑ３，Ｑ２，Ｑ１の電荷をそれぞれ蓄積する。

図４を参照して、次に、コントローラ４１は、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ２を与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を行シフトレジスタＳｒへの方向にシフトさせる（ステップＳ１０６）。

このとき、行シフトレジスタＳｒにおける４個の行電荷蓄積素子Ｃｒは、それぞれ、４行目における４個の列電荷蓄積素子Ｃｃから転送された電荷をさらに蓄積することで、（Ｑ４＋Ｑ８），（Ｑ３＋Ｑ７），（Ｑ２＋Ｑ６），（Ｑ１＋Ｑ５）の電荷を蓄積する。

次に、コントローラ４１は、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ３を与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を行シフトレジスタＳｒへの方向にシフトさせる（ステップＳ１０８）。

このとき、行シフトレジスタＳｒにおける４個の行電荷蓄積素子Ｃｒは、それぞれ、４行目における４個の列電荷蓄積素子Ｃｃから転送された電荷をさらに蓄積することで、（Ｑ４＋Ｑ８＋Ｑ１２），（Ｑ３＋Ｑ７＋Ｑ１１），（Ｑ２＋Ｑ６＋Ｑ１０），（Ｑ１＋Ｑ５＋Ｑ９）の電荷を蓄積する。

図５を参照して、次に、コントローラ４１は、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ４を与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を行シフトレジスタＳｒへの方向にシフトさせる（ステップＳ１１０）。

このとき、行シフトレジスタＳｒにおける４個の行電荷蓄積素子Ｃｒは、それぞれ、４行目における４個の列電荷蓄積素子Ｃｃから転送された電荷をさらに蓄積することで、（Ｑ４＋Ｑ８＋Ｑ１２＋Ｑ１６），（Ｑ３＋Ｑ７＋Ｑ１１＋Ｑ１５），（Ｑ２＋Ｑ６＋Ｑ１０＋Ｑ１４），（Ｑ１＋Ｑ５＋Ｑ９＋Ｑ１３）の電荷を蓄積する。

次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ１を与えることにより、行シフトレジスタＳｒに属する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷を出力部６ａへの方向すなわち水平転送方向Ｄｈにシフトさせる（ステップＳ１１２）。

このとき、４列目の列シフトレジスタＳｃに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷（Ｑ１＋Ｑ５＋Ｑ９＋Ｑ１３）は、出力部６ａに転送される。出力部６ａは、蓄積した電荷（Ｑ１＋Ｑ５＋Ｑ９＋Ｑ１３）に応じたレベルを有する成分信号Ｓ４をコントローラ４１へ出力する。

図６を参照して、次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ２を与えることにより、行シフトレジスタＳｒに属する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷を出力部６ａへの方向にシフトさせる（ステップＳ１１４）。

このとき、４列目の列シフトレジスタＳｃに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷（Ｑ２＋Ｑ６＋Ｑ１０＋Ｑ１４）は、出力部６ａに転送される。出力部６ａは、蓄積した電荷（Ｑ２＋Ｑ６＋Ｑ１０＋Ｑ１４）に応じたレベルを有する成分信号Ｓ３をコントローラ４１へ出力する。

次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ３を与えることにより、行シフトレジスタＳｒに属する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷を出力部６ａへの方向にシフトさせる（ステップＳ１１６）。

このとき、４列目の列シフトレジスタＳｃに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷（Ｑ３＋Ｑ７＋Ｑ１１＋Ｑ１５）は、出力部６ａに転送される。出力部６ａは、蓄積した電荷（Ｑ３＋Ｑ７＋Ｑ１１＋Ｑ１５）に応じたレベルを有する成分信号Ｓ２をコントローラ４１へ出力する。

図７を参照して、次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ４を与えることにより、行シフトレジスタＳｒに属する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷を出力部６ａへの方向にシフトさせる（ステップＳ１１８）。

このとき、４列目の列シフトレジスタＳｃに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷（Ｑ４＋Ｑ８＋Ｑ１２＋Ｑ１６）は、出力部６ａに転送される。出力部６ａは、蓄積した電荷（Ｑ４＋Ｑ８＋Ｑ１２＋Ｑ１６）に応じたレベルを有する成分信号Ｓ１をコントローラ４１へ出力する。

コントローラ４１は、出力部６ａから送信された成分信号Ｓ４～Ｓ１に基づいて、波長ごとの強度を示す光学スペクトルを取得する。

［課題］
上述のステップＳ１０２～Ｓ１１８によって１つの光学スペクトルが測定されるが、この１つの光学スペクトルの測定に要する時間（以下、単位測定時間とも称する。）をより短縮することが求められる。

たとえば、行数のより少ないＣＣＤ検出器６を用いる方法が考えられるが、適正な行数のＣＣＤ検出器６が市販されていない場合、ＣＣＤ検出器６を新規開発する必要があり、コスト負担が大きくなってしまう。

また、適正な行数より少ない行数のＣＣＤ検出器６を用いる場合、単位測定時間を短縮することが可能であるが、列における複数の列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積される電荷の合計が少なくなるため、ＳＮ比が低下してしまう。

すなわち、ＣＣＤ検出器を新規開発することなく汎用のＣＣＤ検出器を用いて、単位測定時間を短縮するとともに、一定レベルのＳＮ比を確保することが可能な技術が求められる。

そこで、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムでは、以下のような構成および動作により、このような課題を解決する。

［光学スペクトル測定装置の構成］
図８は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおける光学スペクトル測定装置の構成を示す図である。

図８を参照して、光学スペクトル測定システム３０１は、図１に示す光学スペクトル測定装置１の代わりに、光学スペクトル測定装置１１を備える。光学スペクトル測定装置１１は、光学系５と、ＣＣＤ検出器６と、制限部（制限機構）２１とを備える。

光学スペクトル測定装置１１における光学系５およびＣＣＤ検出器６の構成および動作は、図２に示す光学スペクトル測定装置１における光学系５およびＣＣＤ検出器６とそれぞれ同様である。ＣＣＤ検出器６は、たとえば汎用品である。

図９は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置に設けられるＣＣＤ検出器を水平転送方向にみた側面図である。

図８および図９を参照して、制限部２１は、たとえば、複数の受光素子の各行の一部の行への光学系５からの光の照射を制限する。

具体的には、制限部２１は、たとえばマスク部材である。制限部２１は、ＣＣＤ検出器６における受光素子が感度を有する波長帯において不透明である。図８では、理解を容易にするために制限部２１が半透明で示されている。

制限部２１は、たとえば、金属または樹脂により形成される。制限部２１は、ＣＣＤ検出器６の受光面における、光学系５からの光の照射先を制限すべきエリア（以下、制限対象エリアとも称する）Ａｕに設けられる。言い換えると、制限部２１は、ＣＣＤ検出器６の受光面における、光学系５からの光を照射すべきエリア（以下、照射対象エリアとも称する）Ａｒ以外のエリアに設けられる。

制限部２１は、たとえば、光学系５からの光を反射することにより光学系５からの光のＣＣＤ検出器６への照射先を制限する。

しかしながら、制限部２１によって反射された光は、光学スペクトル測定装置１１の内部において迷光となるので、制限部２１は、光学系５からの光を吸収することにより、ＣＣＤ検出器６への光学系５からの光の照射を制限する構成が好ましい。

制限部２１の制限対象は、たとえば、スペクトル測定に関する条件に基づいて設定されている。

より詳細には、たとえば、ＣＣＤ検出器６による１つの光学スペクトルの測定時間すなわち単位測定時間に基づいて、制限対象となるＣＣＤ検出器６の行の数が設定されている。

具体的には、単位測定時間が、仕様上要求される時間より短くなるように、制限対象となるＣＣＤ検出器６の行の数が設定されている。制限対象の行の数は、１つでもよいし、複数でもよい。

また、制限対象エリアＡｕは、垂直転送方向Ｄｖにおける始点側の最初の行すなわち１番目の行を含むように設けられる。

なお、制限対象エリアＡｕは、複数に分割されて設けられてもよい。この場合、分割された制限対象エリアＡｕのうちの１つが、１番目の行を含むように設けられる。

［制限部２１の変形例１］
図１０は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置に設けられる制限部の変形例の構成を示す図である。図１０では、理解を容易にするために制限部２１が半透明で示されている。

制限部２１の変形例１は、たとえば、複数の受光素子の各列の一部の列への光学系５からの光の照射を制限する。

たとえば、光学スペクトル測定装置１１が取得すべき光学スペクトルの複数の波長にそれぞれ対応する複数の列以外の、１または複数の列が制限対象として設定されている。

具体的には、仕様上要求される複数の波長にそれぞれ対応する複数の列以外の、１または複数の列が制限対象として設定されている。制限対象の列の数は、１つでもよいし、複数でもよい。

また、制限対象エリアＡｕは、水平転送方向Ｄｈにおける始点側の最初の列すなわち１番目の列を含むように設けられる。

なお、制限対象エリアＡｕは、複数に分割されて設けられてもよい。この場合、分割された制限対象エリアＡｕのうちの１つが、１番目の列を含むように設けられる。

［制限部２１の変形例２］
図１１は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置に設けられる制限部の変形例の構成を示す図である。図１１では、理解を容易にするために制限部２１が半透明で示されている。

制限部２１の変形例２は、たとえば、複数の受光素子の各行の一部の行および各列の一部の列への光学系５からの光の照射を制限する。

たとえば、光学スペクトル測定装置１１が取得すべき光学スペクトルの複数の波長にそれぞれ対応する複数の列以外の、１または複数の列が制限対象として設定されている。

具体的には、図１１に示す制限対象エリアＡｕは、たとえば、行方向については図８に示す設定方法に従って設定され、列方向については図１０に示す設定方法に従って設定される。

［ビニング処理］
図１２～図１４は、本発明の実施の形態に係るＣＣＤ検出器における受光素子に蓄積された電荷の読み出し方法を示す図である。

図１２に示すＣＣＤ検出器６は、図３に示すＣＣＤ検出器６と同様である。また、図１２に示すＣＣＤ検出器６には、図１１に示す制限部２１の変形例２と同形状の制限部２１が設けられる。この例では、制限部２１の制限対象は、第１行、第２行および第１列である。

列シフトレジスタＳｃは、たとえば、照射対象エリアＡｒにおける受光素子であって行に属する受光素子に対応する自己の列電荷蓄積素子Ｃｃにおける蓄積電荷を、他の行に属する受光素子に対応する自己の列電荷蓄積素子Ｃｃ、または行シフトレジスタＳｒにおける対応の行電荷蓄積素子Ｃｒへ移動させる。

具体的には、まず、コントローラ４１は、所定の露光時間が経過すると、各受光素子に蓄積された電荷を対応の列電荷蓄積素子Ｃｃへ転送させる一斉転送制御を行う（ステップＳ２０２）。

このとき、照射対象エリアＡｒにおける６個の列電荷蓄積素子Ｃｃは、それぞれＱ１～Ｑ６の電荷を蓄積する。

次に、コントローラ４１は、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ１を与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を行シフトレジスタＳｒへの方向にシフトさせる（ステップＳ２０４）。

このとき、制限対象エリアＡｕに含まれる１番目の列における列電荷蓄積素子Ｃｃは電荷を蓄積しないので、行シフトレジスタＳｒにおける４個の行電荷蓄積素子Ｃｒは、それぞれ、４行目における４個の列電荷蓄積素子Ｃｃに基づくゼロ，Ｑ３，Ｑ２，Ｑ１の電荷を蓄積する。

図１３を参照して、次に、コントローラ４１は、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ２を与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を行シフトレジスタＳｒへの方向にシフトさせる（ステップＳ２０６）。

このとき、行シフトレジスタＳｒにおける４個の行電荷蓄積素子Ｃｒは、それぞれ、４行目における４個の列電荷蓄積素子Ｃｃに基づく電荷をさらに蓄積することで、ゼロ，（Ｑ３＋Ｑ６），（Ｑ２＋Ｑ５），（Ｑ１＋Ｑ４）の電荷を蓄積する。

次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ１を与えることにより、行シフトレジスタＳｒに属する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷を出力部６ａへの方向にシフトさせる（ステップＳ２０８）。

このとき、４列目の列シフトレジスタＳｃに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷（Ｑ１＋Ｑ４）は、出力部６ａに転送される。出力部６ａは、蓄積した電荷（Ｑ１＋Ｑ４）に応じたレベルを有する成分信号Ｓ４をコントローラ４１へ出力する。

図１４を参照して、次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ２を与えることにより、行シフトレジスタＳｒに属する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷を出力部６ａへの方向にシフトさせる（ステップＳ２１０）。

このとき、４列目の列シフトレジスタＳｃに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷（Ｑ２＋Ｑ５）は、出力部６ａに転送される。出力部６ａは、蓄積した電荷（Ｑ２＋Ｑ５）に応じたレベルを有する成分信号Ｓ３をコントローラ４１へ出力する。

次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ３を与えることにより、行シフトレジスタＳｒに属する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷を出力部６ａへの方向にシフトさせる（ステップＳ２１２）。

このとき、４列目の列シフトレジスタＳｃに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷（Ｑ３＋Ｑ６）は、出力部６ａに転送される。出力部６ａは、蓄積した電荷（Ｑ３＋Ｑ６）に応じたレベルを有する成分信号Ｓ２をコントローラ４１へ出力する。

コントローラ４１は、出力部６ａから送信された成分信号Ｓ４～Ｓ２に基づいて、波長ごとの強度を示す光学スペクトルを取得する。

図１５は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムの効果を説明するための図である。

図１５を参照して、比較例である光学スペクトル測定装置１では、図３～図７に示すように、ＣＣＤ検出器６は、一斉転送制御Ｕ１をコントローラ４１から受けた後、垂直側転送信号Ｖｃ１～Ｖｃ４および水平側転送信号Ｈｃ１～Ｈｃ４をコントローラ４１から順番に受ける。当該ＣＣＤ検出器６が、水平側転送信号Ｈｃ１～Ｈｃ４の応答として成分信号Ｓ４～Ｓ１をそれぞれコントローラ４１へ送信することで、コントローラ４１では、１つの光学スペクトルの取得が完了する。

一方、光学スペクトル測定装置１１では、図１２～図１４に示すように、ＣＣＤ検出器６は、一斉転送制御Ｕ１をコントローラ４１から受けた後、垂直側転送信号Ｖｃ１，Ｖｃ２および水平側転送信号Ｈｃ１～Ｈｃ３をコントローラ４１から順番に受ける。当該ＣＣＤ検出器６は、水平側転送信号Ｈｃ１～Ｈｃ３の応答として成分信号Ｓ４～Ｓ２をそれぞれコントローラ４１へ送信することで、コントローラ４１では、１つの光学スペクトルの取得が完了する。

このように、光学スペクトル測定装置１１では、照射対象エリアＡｒに蓄積された電荷を転送対象とする構成により、垂直転送方向Ｄｖおよび水平転送方向Ｄｈの電荷転送の回数を減ずることができるので、単位測定時間を光学スペクトル測定装置１の単位測定時間より短縮することができる。

［光学系５の変形例］
図１６は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置における光学系の変形例の構成を示す図である。図１６は、ＣＣＤ検出器６を水平転送方向にみた側面図である。

図１６を参照して、光学系５の変形例は、図８に示す光学系５と比べて、さらに、集光部５ｇを含む。

集光部５ｇは、たとえば、制限部２１が制限対象としない受光素子群に分光後の光を集光する。

より詳細には、集光部５ｇは、たとえばレンズである。当該レンズの形状は、球面であってもよいし、円筒形であってもよい。

集光部５ｇは、たとえば、フォーカスミラー５ｅとＣＣＤ検出器６との間における光路上に設けられる。なお、集光部５ｇは、スリット５ａとフォーカスミラー５ｅとの間における光路上に設けられてもよい。

集光部５ｇは、フォーカスミラー５ｅから受ける光のうち集光部５ｇが設けられない場合において制限部２１へ照射される光（図９参照）を、ＣＣＤ検出器６における照射対象エリアＡｒに集光する。

このような構成により、照射対象エリアＡｒに照射される光量を増加させることができるので、光学スペクトル測定装置１１が測定する光学スペクトルのＳＮ比を向上させることができる。

なお、集光部５ｇは、レンズに限らず、ＣＣＤ検出器６における照射対象エリアＡｒに集光可能なミラーであってもよい。

また、集光部５ｇを、図１０または図１１に示す照射対象エリアＡｒへ分光後の光を集光する構成とすることも可能である。

［光学スペクトル測定システム３０１の変形例］
図１７は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムの変形例の構成を示す図である。

図１７を参照して、光学スペクトル測定システム３０１の変形例では、対象物４３からの光が光ファイバ４４を介して光学スペクトル測定装置１１におけるスリット５ａへ入射される。

光学スペクトル測定システム３０１の変形例におけるコントローラ４１およびパーソナルコンピュータ４２の構成および動作は、図１に示す光学スペクトル測定システム３０１におけるコントローラ４１およびパーソナルコンピュータ４２とそれぞれ同様である。

光学スペクトル測定システム３０１の変形例における光学スペクトル測定装置１１の構成および動作は、図８に示す光学スペクトル測定装置１１と同様である。

［光学スペクトル測定装置１１の変形例１］
図１８は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおける光学スペクトル測定装置の変形例の構成を示す図である。

図１８を参照して、図１８に示す光学スペクトル測定装置１１の変形例１は、図８に示す光学スペクトル測定装置１１と比べて、光学系５の代わりに、光学系７を備える。光学系７は、スリット５ａと、凹面回折格子５ｆとを含む。

光学スペクトル測定装置１１の変形例１における制限部２１、スリット５ａおよびＣＣＤ検出器６の構成および動作は、図８に示す光学スペクトル測定装置１１における制限部２１、スリット５ａおよびＣＣＤ検出器６とそれぞれ同様である。

図１８に示す光学スペクトル測定装置１１は、パッシェンルンゲ分光器である。光学スペクトル測定装置１１における光学系７は、入射光を分光してＣＣＤ検出器６へ照射する。

より詳細には、光学系５における凹面回折格子５ｆは、たとえば凹面形状を有する反射型回折格子であり、スリット５ａを通過した入射光を波長に応じて異なる方向に回折させ、かつ回折させた入射光をＣＣＤ検出器６に集光する。

［光学スペクトル測定装置１１の変形例２］
図１９は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおける光学スペクトル測定装置の変形例の構成を示す図である。

図１９を参照して、図１９に示す光学スペクトル測定装置１１の変形例２は、図８に示す光学スペクトル測定装置１１と比べて、制限部２１の代わりに、制限部（制限機構）２２を備える。

光学スペクトル測定装置１１の変形例２における光学系５およびＣＣＤ検出器６の構成および動作は、図８に示す光学スペクトル測定装置１１における光学系５およびＣＣＤ検出器６とそれぞれ同様である。

制限部２２は、たとえば、複数の受光素子の各行の一部の行への光学系５からの光の照射を制限する。

具体的には、制限部２２は、たとえばレンズである。当該レンズの形状は、球面であってもよいし、円筒形であってもよい。

制限部２２は、たとえば、フォーカスミラー５ｅとＣＣＤ検出器６との間における光路上に設けられる。なお、制限部２２は、スリット５ａとフォーカスミラー５ｅとの間における光路上に設けられてもよい。

制限部２２は、フォーカスミラー５ｅから受ける光のうち制限部２２が設けられない場合において制限部２１へ照射される光（図９参照）を、ＣＣＤ検出器６における照射対象エリアＡｒに集光することにより、ＣＣＤ検出器６への光学系５からの光の照射を制限する。

なお、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置の変形例２では、制限部２２は、複数の受光素子の各行の一部の行への光学系５からの光の照射を制限する構成であるとしたが、これに限定するものではない。制限部２２は、複数の受光素子の各列の一部の列への光学系５からの光の照射を制限する構成であってもよいし、複数の受光素子の各行の一部の行および各列の一部の列への光学系５からの光の照射を制限する構成であってもよい。

［動作の流れ］
光学スペクトル測定システム３０１における各装置は、コンピュータを備え、当該コンピュータにおけるＣＰＵ等の演算処理部は、以下のシーケンス図またはフローチャートの各ステップの一部または全部を含むプログラムを図示しないメモリからそれぞれ読み出して実行する。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、外部からインストールすることができる。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、記録媒体に格納された状態で流通する。

図２０は、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定システムにおいて、光学スペクトルが測定される際のシーケンスの一例を示す図である。

図２０を参照して、まず、ユーザは、光学スペクトル測定装置１１の測定対象として対象物４３を設置する（ステップＳ３０２）。

次に、ユーザは、測定を開始するための操作をパーソナルコンピュータ４２に対して行う（ステップＳ３０４）。

次に、パーソナルコンピュータ４２は、当該操作をユーザから受け付けると、受け付けた操作に従って、測定開始命令をコントローラ４１へ送信する（ステップＳ３０６）。

次に、コントローラ４１は、測定開始命令をパーソナルコンピュータ４２から受信すると、受信した測定開始命令に従って、ＣＣＤ検出器６における各受光素子に蓄積された電荷をクリアするリセット処理を行う（ステップＳ３０８）。

より詳細には、コントローラ４１は、リセット処理として、たとえば、ＣＣＤ検出器６の照射対象エリアＡｒに含まれる行（以下、対象行とも称する。）の個数回、垂直側転送信号を繰り返しＣＣＤ検出器６へ送信した後、照射対象エリアＡｒに含まれる列（以下、対象列とも称する。）の個数回、水平側転送信号を繰り返しＣＣＤ検出器６へ送信する。また、リセット処理のタイミングが、所定の露光時間の開始タイミングとなる。

次に、コントローラ４１は、上記露光時間が経過するまで待機する（ステップＳ３１０）。

次に、コントローラ４１は、各受光素子に蓄積された電荷を対応の列電荷蓄積素子Ｃｃへ転送させる一斉転送制御を行う（ステップＳ３１２）。

次に、コントローラ４１は、最初の垂直側転送信号をＣＣＤ検出器６へ送信する（ステップＳ３１４）。

次に、コントローラ４１は、対象行の個数が３以上である場合には垂直側転送信号を１または複数回ＣＣＤ検出器６へ送信し、最後の垂直側転送信号、すなわち対象行の行数回目の垂直側転送信号をＣＣＤ検出器６へ送信する（ステップＳ３１６）。

次に、コントローラ４１は、最初の水平側転送信号をＣＣＤ検出器６へ送信する（ステップＳ３１８）。

次に、コントローラ４１は、最初の水平側転送信号の応答である成分信号をＣＣＤ検出器６から受信する（ステップＳ３２０）。

次に、コントローラ４１は、対象列の個数が３以上である場合には水平側転送信号の送信および成分信号の受信を１または複数回行い、最後の水平側転送信号、すなわち対象列の列数回目の水平側転送信号をＣＣＤ検出器６へ送信する（ステップＳ３２２）。

次に、コントローラ４１は、最後の水平側転送信号の応答である成分信号をＣＣＤ検出器６から受信する（ステップＳ３２４）。

次に、コントローラ４１は、連続測定を行う場合（ステップＳ３２６でＹＥＳ）、次の露光時間が経過するまで待機する（ステップＳ３１０）。

一方、コントローラ４１は、連続測定を行わない場合（ステップＳ３２６でＮＯ）、ＣＣＤ検出器６から受信した各成分信号から光学スペクトルを生成し、生成した光学スペクトルに対して所定の演算処理を施すことにより対象物４３の良否判定を行う（ステップＳ３２８）。

次に、コントローラ４１は、判定結果を示す結果情報をパーソナルコンピュータ４２へ送信する（ステップＳ３３０）。

なお、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、単位測定時間に基づいて、制限対象となるＣＣＤ検出器６の行の数が設定される構成であるとしたが、これに限定するものではない。ＣＣＤ検出器６が検出すべき光量に基づいて、制限対象となるＣＣＤ検出器６の行の数が設定される構成であってもよい。具体的には、要求されるＳＮ比に基づいて、制限対象となるＣＣＤ検出器６の行の数が設定される。また、単位測定時間、およびＣＣＤ検出器６が検出すべき光量に基づいて、制限対象となるＣＣＤ検出器６の行の数が設定される構成であってもよい。また、単位測定時間および当該光量に関わらず、制限対象となるＣＣＤ検出器６の行の数がたとえば任意に設定されている構成であってもよい。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、スペクトル測定に関する条件に基づいて制限部２１の制限対象が設定されている構成であるとしたが、これに限定するものではない。光学スペクトル測定装置１１では、スペクトル測定に関係しない条件に基づいて制限部２１の制限対象が設定されている構成であってもよい。具体的には、たとえば、行シフトレジスタＳｒにおける行電荷蓄積素子Ｃｒの蓄電容量に基づいて、制限対象となるＣＣＤ検出器６の行の数が設定される構成であってもよい。より具体的には、ビニング処理によって列シフトレジスタＳｃにおける各列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷が、対応の行電荷蓄積素子Ｃｒに転送された場合において、転送される電荷の総量が、行電荷蓄積素子Ｃｒの蓄電容量を超えないように、制限対象となるＣＣＤ検出器６の行の数が設定される。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、光学スペクトル測定装置１１が取得すべき光学スペクトルの複数の波長にそれぞれ対応する複数の列以外の、１または複数の列が制限対象として設定されている構成であるとしたが、これに限定するものではない。光学スペクトル測定装置１１では、光学スペクトル測定装置１１が取得すべき光学スペクトルの複数の波長に関わらず、他の条件に基づいて１または複数の列が制限対象として設定されている構成であってもよい。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、ビニング処理が行われる構成であるとしたが、これに限定するものではない。光学スペクトル測定装置１１は、ビニング処理が行われない構成であってもよい。具体的には、光学スペクトル測定装置１１は、たとえば、複数の受光素子に蓄積された電荷がそれぞれ別個に読み出される構成であってもよい。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、制限対象エリアＡｕは、垂直転送方向Ｄｖにおける始点側の最初の行すなわち１番目の行を含むように設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。制限対象エリアＡｕは、垂直転送方向Ｄｖにおける始点側の最初の行を含まないように設けられる構成であってもよい。

具体的には、たとえば、図１２に示すＣＣＤ検出器６において、制限対象エリアＡｕが３番目の行および４番目の行を含み、かつ照射対象エリアＡｒが１番目の行および２番目の行を含む場合、以下の方法により、正しい成分信号を取得することが可能である。

すなわち、コントローラ４１は、第１の露光時間経過後、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ１を２回与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を垂直転送方向Ｄｖにシフトさせる。

このとき、制限対象エリアＡｕにおける列電荷蓄積素子Ｃｃの電荷は、自己の属する列に対応する、行シフトレジスタＳｒにおける行電荷蓄積素子Ｃｒへ移動する。また、照射対象エリアＡｒにおける列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷は、制限対象エリアＡｕにおける対応の列電荷蓄積素子Ｃｃへ移動する。

次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ１を４回与えることにより、行シフトレジスタＳｒに属する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷をクリアする。このとき、コントローラ４１は、出力部６ａから送信される成分信号を破棄する。

次に、コントローラ４１は、第２の露光時間経過後、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ１を２回与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を垂直転送方向Ｄｖにシフトさせる。

このとき、制限対象エリアＡｕにおける列電荷蓄積素子Ｃｃの電荷すなわち第１の露光時間において蓄積された電荷は、自己の属する列に対応する行電荷蓄積素子Ｃｒへ移動する。また、照射対象エリアＡｒにおける列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷すなわち第２の露光時間において蓄積された電荷は、制限対象エリアＡｕにおける対応の列電荷蓄積素子Ｃｃへ移動する。

次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ１を４回与えることにより、第１の露光時間において蓄積された電荷に基づく成分信号を順次取得する。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、制限対象エリアＡｕは、水平転送方向Ｄｈにおける始点側の最初の列すなわち１番目の列を含むように設けられる構成であるとしたが、これに限定するものではない。制限対象エリアＡｕは、水平転送方向Ｄｈにおける始点側の最初の列を含まないように設けられる構成であってもよい。

具体的には、たとえば、図１２に示すＣＣＤ検出器６において、制限対象エリアＡｕが３番目の列および４番目の列を含み、かつ照射対象エリアＡｒが１番目の列および２番目の列を含む場合、以下の方法により、正しい成分信号を取得することが可能である。

すなわち、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ１を２回与えることにより、照射対象エリアＡｒに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷をクリアする。このとき、コントローラ４１は、出力部６ａから送信される成分信号を破棄する。

次に、コントローラ４１は、第１の露光時間経過後、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ１を４回与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を垂直転送方向Ｄｖにシフトさせる。

このとき、照射対象エリアＡｒにおける列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷は、自己の属する列に対応する、行シフトレジスタＳｒにおける行電荷蓄積素子Ｃｒへ移動する。

次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ１を２回与えることにより、照射対象エリアＡｒに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷すなわち第１の露光時間において蓄積された電荷を、制限対象エリアＡｕに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒへ移動する。このとき、コントローラ４１は、出力部６ａから送信される成分信号を破棄する。

次に、コントローラ４１は、第２の露光時間経過後、各列シフトレジスタＳｃに垂直側転送信号Ｖｃ１を４回与えることにより、各列に属する列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷を垂直転送方向Ｄｖにシフトさせる。

このとき、照射対象エリアＡｒにおける列電荷蓄積素子Ｃｃに蓄積された電荷は、自己の属する列に対応する、行シフトレジスタＳｒにおける行電荷蓄積素子Ｃｒへ移動する。

次に、コントローラ４１は、行シフトレジスタＳｒに水平側転送信号Ｈｃ１を２回与えることにより、第１の露光時間において蓄積された電荷に基づく成分信号を順次取得するとともに、照射対象エリアＡｒに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒに蓄積された電荷すなわち第２の露光時間において蓄積された電荷を、制限対象エリアＡｕに対応する行電荷蓄積素子Ｃｒへ移動する。

制限対象エリアＡｕが、垂直転送方向Ｄｖにおける始点側の最初の行を含まないように設けられる構成、および制限対象エリアＡｕが、水平転送方向Ｄｈにおける始点側の最初の列を含まないように設けられる構成では、コントローラ４１は、第１の露光時間において蓄積された電荷に基づく成分信号を第２の露光時間経過後に取得する。

これに対して、図８、図１０および図１１に示すように、制限対象エリアＡｕが、垂直転送方向Ｄｖにおける始点側の最初の行を含むように設けられる構成、および制限対象エリアＡｕが、水平転送方向Ｄｈにおける始点側の最初の列を含むように設けられる構成では、コントローラ４１は、第１の露光時間において蓄積された電荷に基づく成分信号をより早く取得することができる。具体的には、コントローラ４１は、たとえば当該成分信号を第２の露光時間中または第２の露光時間前に取得することができる。

ところで、光学スペクトル測定装置における受光手段として、たとえば特許文献１に記載のＣＣＤ検出器等を用いる構成が考えらえる。このような構成において、光学スペクトルを測定するためのより優れた装置を提供する技術が求められている。

これに対して、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、ＣＣＤ検出器６は、２次元配列された複数の受光素子を含む。光学系５は、入射光を分光してＣＣＤ検出器６に照射する。そして、制限部２１は、複数の受光素子の各行の一部の行および各列の一部の列の少なくともいずれか一方への光学系５からの光の照射を制限する。

このような構成により、たとえば汎用のＣＣＤ検出器６への光の照射を制限することで、新規のＣＣＤ検出器を開発することなく検出領域をダウンサイズしたＣＣＤ検出器を実現することができるので、装置の開発コストを低減することができる。また、光が照射される行数および列数の少なくともいずれか一方を減らすことができるので、光の照射先を制限しない構成と比べて、各受光素子において生成された電荷の取得処理に要する時間を短縮することができる。したがって、より優れた光学スペクトル測定装置を提供することができる。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、スペクトル測定に関する条件に基づいて制限部２１の制限対象が設定されている。

このような構成により、測定すべき光学スペクトルの内容に応じた適切な制限対象を設定することができる。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、光学系５によって分光された各波長の光が対応の列に照射される。そして、ＣＣＤ検出器６による１つの光学スペクトルの測定時間、およびＣＣＤ検出器６が検出すべき光量の少なくともいずれか一方に基づいて、制限対象となる行の数が設定されている。

このような構成により、たとえば、要求される測定時間内での光学スペクトルの測定完了を実現したり、要求されるＳＮ比を満たす光学スペクトルの測定を実現したりすることができる。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、光学系５によって分光された各波長の光が対応の列に照射される。そして、光学スペクトル測定装置１１が取得すべき光学スペクトルの複数の波長にそれぞれ対応する複数の列以外の、１または複数の列が制限対象として設定されている。

このような構成により、要求される波長範囲の光学スペクトルを効率的に測定することができる。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、光学系５は、制限部２１が制限対象としない受光素子群に分光後の光を集光する集光部５ｇを含む。

このような構成により、使用すべき受光素子群に照射される光の強度を高めることができるので、光学スペクトルのＳＮ比を向上させることができる。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、ＣＣＤ検出器６は、列ごとに設けられ、列に属する複数の受光素子にそれぞれ対応して複数の列電荷蓄積素子Ｃｃが設けられた複数の列シフトレジスタＳｃと、複数の列シフトレジスタＳｃにそれぞれ対応して複数の行電荷蓄積素子Ｃｒが設けられた行シフトレジスタＳｒとを含む。そして、列シフトレジスタＳｃは、行に属する受光素子に対応する自己の列電荷蓄積素子Ｃｃにおける蓄積電荷を、他の行に属する受光素子に対応する自己の列電荷蓄積素子Ｃｃ、または行シフトレジスタＳｒにおける対応の行電荷蓄積素子Ｃｒへ移動させる。

このように、光が照射された受光素子において生成された電荷を列ごとに集約する構成により、波長ごとの所望の電荷量を効率よく取得することができる。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定装置では、制限部２１は、各行の一部の行および各列の一部の列への光学系５からの光の照射を制限する。

このような構成により、光が照射される行数および列数の両方を減らすことができるので、各受光素子において生成された電荷の取得処理に要する時間をより短縮することができる。

また、本発明の実施の形態に係る光学スペクトル測定方法では、まず、入射光を分光してＣＣＤ検出器６に照射する。次に、ＣＣＤ検出器６に照射された入射光によって複数の受光素子において生成された電荷を取得する。そして、ＣＣＤ検出器６に光を照射する際、複数の受光素子の各行の一部の行および各列の一部の列の少なくともいずれか一方への分光した入射光の照射を制限する。

このような方法により、たとえば汎用のＣＣＤ検出器６への光の照射を制限することで、新規のＣＣＤ検出器を開発することなく検出領域をダウンサイズしたＣＣＤ検出器を実現することができるので、装置の開発コストを低減することができる。また、光が照射される行数および列数の少なくともいずれか一方を減らすことができるので、光の照射先を制限しない構成と比べて、各受光素子において生成された電荷の取得処理に要する時間を短縮することができる。したがって、より優れた光学スペクトル測定装置を提供することができる。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 光学スペクトル測定装置
５ 光学系
５ａ スリット
５ｂ 回折格子
５ｄ コリメートミラー
５ｅ フォーカスミラー
５ｆ 凹面回折格子
５ｇ 集光部
６ａ 出力部
６ ＣＣＤ検出器
７ 光学系
１１ 光学スペクトル測定装置
２１ 制限部
２２ 制限部
４１ コントローラ
４２ パーソナルコンピュータ
４３ 対象物
４４ 光ファイバ
３０１ 光学スペクトル測定システム

Claims (3)

1. ２次元配列された複数の受光素子を含むＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）検出器と、
   入射光を分光して前記ＣＣＤ検出器に照射する光学系と、
   前記複数の受光素子の行列配置における各行の一部の行および各列の一部の列の少なくともいずれか一方への前記光学系からの光の照射を制限する制限部と、
   コントローラとを備え、
   前記ＣＣＤ検出器は、前記列ごとに設けられ、前記列に属する複数の前記受光素子にそれぞれ対応して複数の列電荷蓄積素子が設けられた複数の列シフトレジスタと、前記複数の列シフトレジスタにそれぞれ対応して複数の行電荷蓄積素子が設けられた行シフトレジスタとを含み、
   前記コントローラは、各前記列シフトレジスタに垂直側転送信号を与えることにより各列に属する前記列電荷蓄積素子における蓄積電荷をシフトさせる垂直転送処理、および前記行シフトレジスタに水平側転送信号を与えることにより前記行電荷蓄積素子における蓄積電荷をシフトさせる水平転送処理を行い、
   前記列シフトレジスタは、前記コントローラから前記垂直側転送信号を受けて、前記行に属する前記受光素子に対応する自己の前記列電荷蓄積素子における蓄積電荷を、他の前記行に属する前記受光素子に対応する自己の前記列電荷蓄積素子、または前記行シフトレジスタにおける対応の前記行電荷蓄積素子へ移動させ、
   前記行シフトレジスタは、前記コントローラから前記水平側転送信号を受けて、前記行電荷蓄積素子における蓄積電荷を、他の前記行電荷蓄積素子、または前記行シフトレジスタの外部へ移動させ、
   前記制限部の制限対象は、前記行列配置において複数に分割されておらず、
   前記コントローラは、前記制限対象ではない前記行の数をＮとし（Ｎは整数）、前記制限対象ではない前記列の数をＭとしたとき（Ｍは整数）、各前記列シフトレジスタに前記垂直側転送信号をＮ回与えることにより各列に属する前記列電荷蓄積素子における蓄積電荷をＮ回シフトさせる前記垂直転送処理を行った後、前記行シフトレジスタに前記水平側転送信号をＭ回与えることにより前記行電荷蓄積素子における蓄積電荷をＭ回シフトさせる前記水平転送処理を行う処理手順を、複数回行う、光学スペクトル測定システム。
2. 前記コントローラは、前記処理手順と、次の前記処理手順との間に、各前記受光素子に蓄積された電荷を対応の前記列電荷蓄積素子へ転送させる一斉転送制御をさらに行う、請求項１に記載の光学スペクトル測定システム。
3. ２次元配列された複数の受光素子を含むＣＣＤ検出器を備える光学スペクトル測定システムにおける光学スペクトル測定方法であって、
   入射光を分光して前記ＣＣＤ検出器に照射するステップと、
   前記ＣＣＤ検出器に照射された前記入射光によって前記複数の受光素子において生成された電荷を取得するステップとを含み、
   前記ＣＣＤ検出器に光を照射するステップにおいては、前記複数の受光素子の行列配置における各行の一部の行および各列の一部の列の少なくともいずれか一方への分光した前記入射光の照射を制限し、
   前記ＣＣＤ検出器は、前記列ごとに設けられ、前記列に属する複数の前記受光素子にそれぞれ対応して複数の列電荷蓄積素子が設けられた複数の列シフトレジスタと、前記複数の列シフトレジスタにそれぞれ対応して複数の行電荷蓄積素子が設けられた行シフトレジスタとを含み、
   前記電荷を取得するステップにおいては、各前記列シフトレジスタに垂直側転送信号を与えることにより各列に属する前記列電荷蓄積素子における蓄積電荷をシフトさせる垂直転送処理、および前記行シフトレジスタに水平側転送信号を与えることにより前記行電荷蓄積素子における蓄積電荷をシフトさせる水平転送処理を行い、
   前記列シフトレジスタは、前記垂直側転送信号を受けて、前記行に属する前記受光素子に対応する自己の前記列電荷蓄積素子における蓄積電荷を、他の前記行に属する前記受光素子に対応する自己の前記列電荷蓄積素子、または前記行シフトレジスタにおける対応の前記行電荷蓄積素子へ移動させ、
   前記行シフトレジスタは、前記水平側転送信号を受けて、前記行電荷蓄積素子における蓄積電荷を、他の前記行電荷蓄積素子、または前記行シフトレジスタの外部へ移動させ、
   前記電荷を取得するステップにおいては、分光した前記入射光の照射の制限対象は、前記行列配置において複数に分割されておらず、
   前記電荷を取得するステップにおいては、前記制限対象ではない前記行の数をＮとし（Ｎは整数）、前記制限対象ではない前記列の数をＭとしたとき（Ｍは整数）、各前記列シフトレジスタに前記垂直側転送信号をＮ回与えることにより各列に属する前記列電荷蓄積素子における蓄積電荷をＮ回シフトさせる前記垂直転送処理を行った後、前記行シフトレジスタに前記水平側転送信号をＭ回与えることにより前記行電荷蓄積素子における蓄積電荷をＭ回シフトさせる前記水平転送処理を行う処理手順を、複数回行う、光学スペクトル測定方法。

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