JP2760818B2 - 分光計用の検出器 - Google Patents
分光計用の検出器Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
- G01J3/1809—Echelle gratings
-
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光学分光計の放射の検出に関するものであ
り、さらに特定化すれば、スペクトル線の２次元表示を
生じさせる型式の光学分光計に用いられる固体アレー検
出器に関するものである。
り、さらに特定化すれば、スペクトル線の２次元表示を
生じさせる型式の光学分光計に用いられる固体アレー検
出器に関するものである。
従来技術 種々型式の光学分光計は、原子放射分光学、原子吸収
分光学および天文学で用いられている。一揃いの装置は
普通、放射源、個々スペクトル要素を分離し検出するた
めの分光計、および分光計からの情報を処理するための
データーステーシヨンから成つている。
分光学および天文学で用いられている。一揃いの装置は
普通、放射源、個々スペクトル要素を分離し検出するた
めの分光計、および分光計からの情報を処理するための
データーステーシヨンから成つている。
例えば、放射源は、サンプル中の原子核が特色ある原
子放射を送出するような、誘導結合されたプラズマ中に
供試サンプルを送り込むための装置であつてもよい。別
の例としては、サンプルが黒鉛炉中で蒸発させられ、気
体となつたサンプルが、入射された放射のうちのある周
波数を吸収して、原子吸収線を生じさせる。同様に、天
文学的な放射源も原子放射や吸収線を発生する。
子放射を送出するような、誘導結合されたプラズマ中に
供試サンプルを送り込むための装置であつてもよい。別
の例としては、サンプルが黒鉛炉中で蒸発させられ、気
体となつたサンプルが、入射された放射のうちのある周
波数を吸収して、原子吸収線を生じさせる。同様に、天
文学的な放射源も原子放射や吸収線を発生する。
分光計は、回折格子、プリズムおよびその２つの結合
による放射の分散を基礎としている。一般的に、電子的
検出装置は放射（エミツシヨン）または吸収線の正確さ
や測定の迅速さによつて、写真フイルムに取つて替わり
つつある。分光計の開発における重大な狙いは検出装置
の改善であつて、供試サンプルまたは他の源における原
子核の定量測定上の速度、利得感度、ダイナミツクレン
ジ、信号対雑音比、に関するものである。
による放射の分散を基礎としている。一般的に、電子的
検出装置は放射（エミツシヨン）または吸収線の正確さ
や測定の迅速さによつて、写真フイルムに取つて替わり
つつある。分光計の開発における重大な狙いは検出装置
の改善であつて、供試サンプルまたは他の源における原
子核の定量測定上の速度、利得感度、ダイナミツクレン
ジ、信号対雑音比、に関するものである。
分光計は利用できる検出器技術を用いて、しばしば設
計されている。基本的に分光計には２つの種類がある。
１つは格子またはプリズムが回転するような、モノクロ
メーターを用いたシーケンシヤルな測定を行うものであ
る。角度は、素子の異なる発散（または吸収）線に相応
して調節される。単独の検出器が用いられ、そして測定
処理は、原子発散線に適合する格子角度に相応する、固
定された場所における測定を伴う、比較的速い格子の回
転によつて行なわれる。
計されている。基本的に分光計には２つの種類がある。
１つは格子またはプリズムが回転するような、モノクロ
メーターを用いたシーケンシヤルな測定を行うものであ
る。角度は、素子の異なる発散（または吸収）線に相応
して調節される。単独の検出器が用いられ、そして測定
処理は、原子発散線に適合する格子角度に相応する、固
定された場所における測定を伴う、比較的速い格子の回
転によつて行なわれる。
別の種類の分光計は直接読み取り法であつて、そこで
は総てのスペクトルが検出装置の様式に従つて表示され
ており、個々に着目されたスペクトル線を検出すること
が可能である。今日の技術によれば、最良の感度は、測
定されるいくつかの発散線の各々に関してスリツトを設
け、各線を検出するように各スリツトに対向した光電子
倍増管を設けることによつて達成される。実際には、管
を配置するスリツトの数は光電子倍増管の寸法とコスト
で制限され、そのため異なる型のサンプルのためには異
なるスリツト構造を使用しなければならず、しかも、ス
リツトの場所を選択するに当つてはサンプル構成を前も
つて予測しておく必要がある。
は総てのスペクトルが検出装置の様式に従つて表示され
ており、個々に着目されたスペクトル線を検出すること
が可能である。今日の技術によれば、最良の感度は、測
定されるいくつかの発散線の各々に関してスリツトを設
け、各線を検出するように各スリツトに対向した光電子
倍増管を設けることによつて達成される。実際には、管
を配置するスリツトの数は光電子倍増管の寸法とコスト
で制限され、そのため異なる型のサンプルのためには異
なるスリツト構造を使用しなければならず、しかも、ス
リツトの場所を選択するに当つてはサンプル構成を前も
つて予測しておく必要がある。
一般にはバツクグランド放射が存在するため、発散デ
ーターを補正するためにバツクグランド測定に用いられ
る、いくつかの方法もまた必要である。今日におけるバ
ツクグランド測定は発散検出の前および／または後に行
なわれる。シーケンシヤルな装置においては、バツクグ
ランドはモノクロメーターによつて、原子発散線に関す
る格子角度の近くで測定される。直接読取り法では、一
般的にバツクグランドは入射スリツトの位置をシフトさ
せて、そして連続的測定を行うことによつて、測定され
る。
ーターを補正するためにバツクグランド測定に用いられ
る、いくつかの方法もまた必要である。今日におけるバ
ツクグランド測定は発散検出の前および／または後に行
なわれる。シーケンシヤルな装置においては、バツクグ
ランドはモノクロメーターによつて、原子発散線に関す
る格子角度の近くで測定される。直接読取り法では、一
般的にバツクグランドは入射スリツトの位置をシフトさ
せて、そして連続的測定を行うことによつて、測定され
る。
今日使用されている分光計のうち最も高感度な型式の
１つは、２次元におけるスペクトル線の表示を提供する
階段（エシユレ）格子分光器である。この分光器および
その原理は、米国光学々会誌第39,552号（1949年）の、
G.R.ハリソンによる「回折格子の製造II,階段（エシユ
レ）格子の設計とスペクトルグラフ」中に説明されてい
る。そのような装置の詳細は天文学のための半導体撮
像、SPIE第290巻202号（1981年）におけるD.G.ヨーク,
E.B.ジエンキンズ,P.ザツチノ,J.L.ローランス、D.ロン
グおよびA.ゾンゲイラによる「電荷結合素子（CCD）を
用いる階段（エシユレ）分光計」誌中に与えられてい
る。概略的には、入射スリツトを通過した光は平行にさ
れ、そして、高程度の回折パターンを生じるように、低
密度の模様のある溝を持つ階段格子に向けられる。回折
されたビームは第２の、より高密度の溝、またはプリズ
ムを持つ直交格子に向かい、そこで２次元パターンに分
離される。このパターンは、個々のスペクトル線を検出
するために構成された２次元検出面上に焦点合わせされ
る。
１つは、２次元におけるスペクトル線の表示を提供する
階段（エシユレ）格子分光器である。この分光器および
その原理は、米国光学々会誌第39,552号（1949年）の、
G.R.ハリソンによる「回折格子の製造II,階段（エシユ
レ）格子の設計とスペクトルグラフ」中に説明されてい
る。そのような装置の詳細は天文学のための半導体撮
像、SPIE第290巻202号（1981年）におけるD.G.ヨーク,
E.B.ジエンキンズ,P.ザツチノ,J.L.ローランス、D.ロン
グおよびA.ゾンゲイラによる「電荷結合素子（CCD）を
用いる階段（エシユレ）分光計」誌中に与えられてい
る。概略的には、入射スリツトを通過した光は平行にさ
れ、そして、高程度の回折パターンを生じるように、低
密度の模様のある溝を持つ階段格子に向けられる。回折
されたビームは第２の、より高密度の溝、またはプリズ
ムを持つ直交格子に向かい、そこで２次元パターンに分
離される。このパターンは、個々のスペクトル線を検出
するために構成された２次元検出面上に焦点合わせされ
る。
実際の電子的光検出器には２つの型式がある。光電子
倍増管は高感度ではあるが、比較的大きく、そのため多
数の隣接線を検出するために組込まれるのは物理的に不
可能である。また、多数の光電子倍増管を使用すると、
かなり高価となる。
倍増管は高感度ではあるが、比較的大きく、そのため多
数の隣接線を検出するために組込まれるのは物理的に不
可能である。また、多数の光電子倍増管を使用すると、
かなり高価となる。
分光計の別の型式は、シリコンのような表面上に放射
を受けると、電荷が発生するという原理に基づくもので
ある。スペクトル線の分解能（または、さらに広く言え
ばイメージ分解能）を得るために、半導体チツプ上のそ
のような表面は画素範囲毎に分割される。画素からの信
号の蓄積および移動は、チツプ内における画素からの電
荷の転移によつて行なわれる。この技術は、例えばアカ
デミツクプレス（1975年）のC.H.セクインおよびM.F.ト
ンプセツトによる「電荷転移装置」の本の中に詳しく説
明されている。
を受けると、電荷が発生するという原理に基づくもので
ある。スペクトル線の分解能（または、さらに広く言え
ばイメージ分解能）を得るために、半導体チツプ上のそ
のような表面は画素範囲毎に分割される。画素からの信
号の蓄積および移動は、チツプ内における画素からの電
荷の転移によつて行なわれる。この技術は、例えばアカ
デミツクプレス（1975年）のC.H.セクインおよびM.F.ト
ンプセツトによる「電荷転移装置」の本の中に詳しく説
明されている。
特別な見どころは、11〜14、19〜42および142〜146ペ
ージであつて、そこには電荷結合素子（CCD）とイメー
ジ感知におけるそれの利用が説明されている。
ージであつて、そこには電荷結合素子（CCD）とイメー
ジ感知におけるそれの利用が説明されている。
そのような検出器のための、比較的類似のものとして
は、電荷インジエクシヨン素子（CID）がある。これは
モザイクフオーカルプレーン方法論のSPIE第244巻26号
（1980年）におけるA.B.グラフインガーおよびG.J.ミチ
ヨンによる「電荷インジエクシヨン素子（CID）技術の
レビユー」の論文中に説明されている。
は、電荷インジエクシヨン素子（CID）がある。これは
モザイクフオーカルプレーン方法論のSPIE第244巻26号
（1980年）におけるA.B.グラフインガーおよびG.J.ミチ
ヨンによる「電荷インジエクシヨン素子（CID）技術の
レビユー」の論文中に説明されている。
イメージ感知用CCD類およびCID類は、イメージ面の全
体エリアをカバーするようにされたビデオカメラのため
に最初開発された。それらは、分光計および天文学のた
めの他の光学装置中に組み込まれそして有効に利用され
た。階段（エシユレ）型分光器における後者の利用は、
ヨークその他による前述紙上に提示されており、そこで
は512×320画素のCCDが説明されている。その紙上で提
起された問題は、そのような素子に関する高読取りノイ
ズである。ビデオ型式のエリア検出器は、素子中の電荷
および信号のソリツドステートチヤンネリングの高密度
によると同様、表面の画素の全アレーからの信号の多様
性による結果として、ノイズと結び付いた感度という限
界のあることが示されている。
体エリアをカバーするようにされたビデオカメラのため
に最初開発された。それらは、分光計および天文学のた
めの他の光学装置中に組み込まれそして有効に利用され
た。階段（エシユレ）型分光器における後者の利用は、
ヨークその他による前述紙上に提示されており、そこで
は512×320画素のCCDが説明されている。その紙上で提
起された問題は、そのような素子に関する高読取りノイ
ズである。ビデオ型式のエリア検出器は、素子中の電荷
および信号のソリツドステートチヤンネリングの高密度
によると同様、表面の画素の全アレーからの信号の多様
性による結果として、ノイズと結び付いた感度という限
界のあることが示されている。
一般的なCCD類およびCID類における別の問題は、電荷
転移を実行するための、例えばポリシリコンのような、
導電チヤンネルによる吸収のため、紫外線放射に対して
は低感度を有していること、総ての画素からの動態チヤ
ンネルと結び付いた容量が比較的大きな値であることの
ためノイズが多いこと、読出しのための高データーレー
トが高ノイズを発生させること、多量画素のためには長
い読出し時間を要すること、一画素における電荷の飽和
および結果として生じる隣接画素中への電荷の分散のた
め異なる光強度を扱う用途においてはダイナミツクレン
ジが制限されること、および多量の画素のランダムアク
セスを得ることが困難であること、などである。
転移を実行するための、例えばポリシリコンのような、
導電チヤンネルによる吸収のため、紫外線放射に対して
は低感度を有していること、総ての画素からの動態チヤ
ンネルと結び付いた容量が比較的大きな値であることの
ためノイズが多いこと、読出しのための高データーレー
トが高ノイズを発生させること、多量画素のためには長
い読出し時間を要すること、一画素における電荷の飽和
および結果として生じる隣接画素中への電荷の分散のた
め異なる光強度を扱う用途においてはダイナミツクレン
ジが制限されること、および多量の画素のランダムアク
セスを得ることが困難であること、などである。
発明の目的 こうして、本発明の主要な目的は、スペクトル線の２
次元表示を生じさせる型式の光学分光計に利用できる、
新しい半導体アレー検出器を提供することである。
次元表示を生じさせる型式の光学分光計に利用できる、
新しい半導体アレー検出器を提供することである。
別の目的は、ノイズを減少させ、感度を改善させ、ダ
イナミツクレンジを改善させ、読出しデーターレートを
減少させ、そして画素のランダムアクセス読出しを可能
とした、２次元分光計の新しい半導体検出器を提供する
ことである。
イナミツクレンジを改善させ、読出しデーターレートを
減少させ、そして画素のランダムアクセス読出しを可能
とした、２次元分光計の新しい半導体検出器を提供する
ことである。
他の目的は、納得できる価格で、２次元スペクトル表
示のための高感度検出器を提供することである。
示のための高感度検出器を提供することである。
発明の構成 本発明の前述の目的および他の目的は、画素を新しく
配列した半導体検出器による本発明の構成要件によつて
達成される。この検出器は、選択されたスペクトル線お
よび接近しているバツクグランド放射とが結び付いてい
る放射を受信する光感知画素の２次元アレーをその上に
有する前方表面を持つ半導体チツプを含むものである。
この画素は複数のサブアレーに配列され、それぞれのサ
ブアレーは少なくとも１つの画素から構成される。この
サブアレーは、少なくとも１つの選択されたスペクトル
線の前方表面上の突き出た場所に位置決めされる。読出
し装置は、選択されたスペクトル線の強度に関する信号
の読出しを行うため画素に対し動作できるよう接続され
ている。この読出し装置はサブアレー間のチツプ上に形
成された複数の電子的構成要素からなる。
配列した半導体検出器による本発明の構成要件によつて
達成される。この検出器は、選択されたスペクトル線お
よび接近しているバツクグランド放射とが結び付いてい
る放射を受信する光感知画素の２次元アレーをその上に
有する前方表面を持つ半導体チツプを含むものである。
この画素は複数のサブアレーに配列され、それぞれのサ
ブアレーは少なくとも１つの画素から構成される。この
サブアレーは、少なくとも１つの選択されたスペクトル
線の前方表面上の突き出た場所に位置決めされる。読出
し装置は、選択されたスペクトル線の強度に関する信号
の読出しを行うため画素に対し動作できるよう接続され
ている。この読出し装置はサブアレー間のチツプ上に形
成された複数の電子的構成要素からなる。
望ましい形態では、画素はチツプの前方表面の１％以
下に構成され、そして電子的構成要素は複数の電子的構
成要素の組を含み、各組は相応するサブアレーの画素に
隣接する相応するサブアレーに供され、そして他のサブ
アレーの画素からは絶縁されている。
下に構成され、そして電子的構成要素は複数の電子的構
成要素の組を含み、各組は相応するサブアレーの画素に
隣接する相応するサブアレーに供され、そして他のサブ
アレーの画素からは絶縁されている。
望ましい実施例においては、本発明の検出器は、直交
分散装置を含む光学分光計に結合される。そのような装
置は、スペクトルを発生させる放射を受信する第１反射
格子を有している。第２反射格子は、スペクトルの第１
部分が第２反射格子によつて分散されて固体アレー検出
器に向う第１スペクトルパターンとなり、またスペクト
ルの第２部分は第２反射格子によつて乱されずに通過す
る。分散素子は第２部分を受信して第２スペクトルパタ
ーンを発生し、そして固体アレー第２検出器は第２スペ
クトルパターンを受信する。
分散装置を含む光学分光計に結合される。そのような装
置は、スペクトルを発生させる放射を受信する第１反射
格子を有している。第２反射格子は、スペクトルの第１
部分が第２反射格子によつて分散されて固体アレー検出
器に向う第１スペクトルパターンとなり、またスペクト
ルの第２部分は第２反射格子によつて乱されずに通過す
る。分散素子は第２部分を受信して第２スペクトルパタ
ーンを発生し、そして固体アレー第２検出器は第２スペ
クトルパターンを受信する。
実施例 本発明の検出器が組込まれたスペクトルグラフ装置
は、第１図に概略的に示されている。そこには、全体的
に見て、３つの要素が示されており、それらはすなわち
放射源10、光学分光計12、そしてデーターステーシヨン
14である。
は、第１図に概略的に示されている。そこには、全体的
に見て、３つの要素が示されており、それらはすなわち
放射源10、光学分光計12、そしてデーターステーシヨン
14である。
放射源10は、元素を全体的に特色づける赤外線、可視
および／または紫外放射を発生する。例えば、その源
は、供試のサンプル材料がその中に送り込まれている誘
導結合プラズマであるかも知れず、あるいは原子素子の
エミツシヨン線または吸収線を提供するよう動作する黒
鉛炉または類似のものであるかも知れない。逆に、この
源は天文学的な望遠鏡によつて集められる、地球外の光
線であるかも知れない。
および／または紫外放射を発生する。例えば、その源
は、供試のサンプル材料がその中に送り込まれている誘
導結合プラズマであるかも知れず、あるいは原子素子の
エミツシヨン線または吸収線を提供するよう動作する黒
鉛炉または類似のものであるかも知れない。逆に、この
源は天文学的な望遠鏡によつて集められる、地球外の光
線であるかも知れない。
続く構成素子、すなわち光学装置12とデーターステー
シヨン14の目的は、源10に関する原子素子の定量測定を
行うことである。１つの例が第１図に示されている光学
装置12は、スペクトル線の２次元表示を生じさせる、一
般的な、または望ましい型のものである。特に、直交分
散を有する階段（エシユレ）格子装置は、本発明に協同
させることが望ましい。示されているように、この装置
においては光線を２つの要素に分割することが望まし
く、１つは普通、可視範囲をカバーし、そして他は紫外
線範囲をカバーするものである。
シヨン14の目的は、源10に関する原子素子の定量測定を
行うことである。１つの例が第１図に示されている光学
装置12は、スペクトル線の２次元表示を生じさせる、一
般的な、または望ましい型のものである。特に、直交分
散を有する階段（エシユレ）格子装置は、本発明に協同
させることが望ましい。示されているように、この装置
においては光線を２つの要素に分割することが望まし
く、１つは普通、可視範囲をカバーし、そして他は紫外
線範囲をカバーするものである。
第１図を参照すると、入射スリツト16を通つた光と線
17とは、凹面のコリメーター18で反射されて反射階段
（エシユレ）格子20に達する。この格子は比較的低密度
の成形溝21と、ハイブレーズ角を持つており、公知の、
またはハリソンによる前述文献中で階段（エシユレ）格
子装置のために説明されているような、望ましい型式の
ものである。
17とは、凹面のコリメーター18で反射されて反射階段
（エシユレ）格子20に達する。この格子は比較的低密度
の成形溝21と、ハイブレーズ角を持つており、公知の、
またはハリソンによる前述文献中で階段（エシユレ）格
子装置のために説明されているような、望ましい型式の
ものである。
例えば、格子20は毎センチメートル当り790の溝を持
ち、63度のブルーズ角であつて、高度のスペクトルを発
生する。「高度のスペクトル」とは少なくとも２つの次
数の回折光が発生され、そしてそれらは最初のオーダー
よりも高い、ということを意味している。総体的に、次
数30から120の回折光を用いることが望ましい。このス
ペクトルは、第１格子20に垂直に方向付けられた分散を
持つて第１格子20と溝が直交するように配置された反射
格子22に向けられる。ハリソンが説明したと同様、格子
22は高密度の、例えば毎センチメートル3750の、溝（示
されていない）を有している。格子22は、比較的低い分
散能を持つ低い次数において用いられ、その直交配向に
より第１格子20からの次数が二次元スペクトルパターン
に分離される。低い次数とは５以下の次数であって、標
準的には１の次数であることを意味している。
ち、63度のブルーズ角であつて、高度のスペクトルを発
生する。「高度のスペクトル」とは少なくとも２つの次
数の回折光が発生され、そしてそれらは最初のオーダー
よりも高い、ということを意味している。総体的に、次
数30から120の回折光を用いることが望ましい。このス
ペクトルは、第１格子20に垂直に方向付けられた分散を
持つて第１格子20と溝が直交するように配置された反射
格子22に向けられる。ハリソンが説明したと同様、格子
22は高密度の、例えば毎センチメートル3750の、溝（示
されていない）を有している。格子22は、比較的低い分
散能を持つ低い次数において用いられ、その直交配向に
より第１格子20からの次数が二次元スペクトルパターン
に分離される。低い次数とは５以下の次数であって、標
準的には１の次数であることを意味している。
格子22からのスペクトルパターン中の、反射された分
散線23は、シユミツトコレクター24を通過して、凹面球
状反射器26に達し、反射器26は分散線を、平面鏡28およ
び視野平坦化レンズ30によつて、第１検出器34上に焦点
合わせする。計器のこの部分における２次元階段格子ス
ペクトルパターンは、紫外線範囲となるよう選択され
る。
散線23は、シユミツトコレクター24を通過して、凹面球
状反射器26に達し、反射器26は分散線を、平面鏡28およ
び視野平坦化レンズ30によつて、第１検出器34上に焦点
合わせする。計器のこの部分における２次元階段格子ス
ペクトルパターンは、紫外線範囲となるよう選択され
る。
別の一般的な、または望ましい光学装置も使用され
る。例えば、一般的なシユミツトコレクター24は、〔代
理人審理予定表第ID−3762号〕にある、出願中の特許中
で説明したように非球面形状の格子22によつて置換する
こともできる。
る。例えば、一般的なシユミツトコレクター24は、〔代
理人審理予定表第ID−3762号〕にある、出願中の特許中
で説明したように非球面形状の格子22によつて置換する
こともできる。
この実施例においては、前記格子22は中央開口部36を
有しており、放射の約20％がこれを通過する。プリズム
38であることが望ましい分散素子は、階段格子20に関し
て交差した位置にあつて、放射のこの部分をピツクアツ
プして、可視範囲における２次元階段スペクトルを提供
する。
有しており、放射の約20％がこれを通過する。プリズム
38であることが望ましい分散素子は、階段格子20に関し
て交差した位置にあつて、放射のこの部分をピツクアツ
プして、可視範囲における２次元階段スペクトルを提供
する。
このスペクトルは照射されて、無色のレンズ40によつ
て、第２検出器42上に焦点合わせされる。こうして、紫
外線と可視範囲を分離するための特別な光学系と検出器
に関する利点が得られる。
て、第２検出器42上に焦点合わせされる。こうして、紫
外線と可視範囲を分離するための特別な光学系と検出器
に関する利点が得られる。
原子発散線波長は変化しないため、それらの相対位置
は同一の階段格子分光計にとつては同一である。検出器
34,42は、それぞれ印刷回路（PC）板35,43上に載せられ
ている。これらの検出器は照射する放射に感応して信号
を生じ、それら信号はPC板上の回路で処理された後、そ
れぞれ線44,46上をデーターステーシヨン14に向かう。
このステーシヨンはデータープロセツサーを有し、デイ
スプレイおよび／またはプリントアウトのようなグラフ
イツクまたは数字型式で情報の適切な提示を行う。デー
ターステーシヨン（またはPC板）はまた、次に述べるよ
うに、検出器に対して、それぞれ線48,50上にタイミン
グ制御信号を提供することも行う。
は同一の階段格子分光計にとつては同一である。検出器
34,42は、それぞれ印刷回路（PC）板35,43上に載せられ
ている。これらの検出器は照射する放射に感応して信号
を生じ、それら信号はPC板上の回路で処理された後、そ
れぞれ線44,46上をデーターステーシヨン14に向かう。
このステーシヨンはデータープロセツサーを有し、デイ
スプレイおよび／またはプリントアウトのようなグラフ
イツクまたは数字型式で情報の適切な提示を行う。デー
ターステーシヨン（またはPC板）はまた、次に述べるよ
うに、検出器に対して、それぞれ線48,50上にタイミン
グ制御信号を提供することも行う。
本発明によれば、そして第２図に示されているよう
に、各検出器34,42は、検出器の前方表面にわたつて焦
点が合わせられるスペクトルの小さな部分だけに光感知
受信する画素グループまたはサブアレー52を持つ固体集
積回路チツプ51である。
に、各検出器34,42は、検出器の前方表面にわたつて焦
点が合わせられるスペクトルの小さな部分だけに光感知
受信する画素グループまたはサブアレー52を持つ固体集
積回路チツプ51である。
一般的には、検出器の表面エリアの約１パーセント未
満が受信に必要とされるのであつて、例えば単に約0.1
％が受信できるものとされるのである。選ばれた受信場
所は、選ばれたスペクトル線の焦点に対応しているので
あり、なるべくなら、それらは発散源中に存在が期待さ
れるいかなる、またそのような総ての素子に関して、原
子素子の存在と量の測定のために十分なものであること
が望ましい。加えて、検出器の他の部分はバツクグラン
ド放射の測定を行うために、望まれるスペクトル線の付
近の波長における放射を受信するように構成される。
満が受信に必要とされるのであつて、例えば単に約0.1
％が受信できるものとされるのである。選ばれた受信場
所は、選ばれたスペクトル線の焦点に対応しているので
あり、なるべくなら、それらは発散源中に存在が期待さ
れるいかなる、またそのような総ての素子に関して、原
子素子の存在と量の測定のために十分なものであること
が望ましい。加えて、検出器の他の部分はバツクグラン
ド放射の測定を行うために、望まれるスペクトル線の付
近の波長における放射を受信するように構成される。
第２図は、本発明によつて放射を受信する検出器チツ
プ上のアレーの位置を例示したものである。
プ上のアレーの位置を例示したものである。
一般的には、このチツプは約15mm四方である。示され
ている特定のアレーは45の原子素子に対応する120のス
ペクトル線のために選択されたもので、紫外線範囲をカ
バーするものである。全体的に、紫外線の波長は約190n
mから約400nmであり、可視範囲のそれは400から800nmに
あると考えられる。同様なチツプは可視範囲のためにも
準備される。望ましい実施例においては、両方の範囲の
ためのアレーは、分光計の２つの分離された範囲の各々
に用いられるような同じ構造のチツプとなるよう、１つ
のチツプ上に設けられて、紫外線部分のみが検出器34と
して、また可視部分のみが検出器42として用いられる。
ている特定のアレーは45の原子素子に対応する120のス
ペクトル線のために選択されたもので、紫外線範囲をカ
バーするものである。全体的に、紫外線の波長は約190n
mから約400nmであり、可視範囲のそれは400から800nmに
あると考えられる。同様なチツプは可視範囲のためにも
準備される。望ましい実施例においては、両方の範囲の
ためのアレーは、分光計の２つの分離された範囲の各々
に用いられるような同じ構造のチツプとなるよう、１つ
のチツプ上に設けられて、紫外線部分のみが検出器34と
して、また可視部分のみが検出器42として用いられる。
各サブアレー52は、単に１つの画素から構成されるこ
ともできるが、しかし10から20画素の、例えば16画素
の、ような複数の画素を含むことが望ましい。サブアレ
ー上の独立した画素のうちの３つが、第２図において5
4,54′,54nとして示されている。各画素は、約４対１の
アスペクト比を持つた、例えば25×100マイクロメータ
ーの、長方形のような横長スポツト形状をしている。各
画素はその上に照射された放射を受信して、その放射の
強度に比例した信号を、処理のための信号として発生す
る。この画素は、示されているように、放射の平行な線
を受けるよう、平行に整列されている。画素の分離は実
際には、５マイクロメーターを越える程度で、小さなも
のである。
ともできるが、しかし10から20画素の、例えば16画素
の、ような複数の画素を含むことが望ましい。サブアレ
ー上の独立した画素のうちの３つが、第２図において5
4,54′,54nとして示されている。各画素は、約４対１の
アスペクト比を持つた、例えば25×100マイクロメータ
ーの、長方形のような横長スポツト形状をしている。各
画素はその上に照射された放射を受信して、その放射の
強度に比例した信号を、処理のための信号として発生す
る。この画素は、示されているように、放射の平行な線
を受けるよう、平行に整列されている。画素の分離は実
際には、５マイクロメーターを越える程度で、小さなも
のである。
全体的に、各サブアレーは、１つの画素が、あるいは
２つか３つの隣接した画素が、分析されるべき原子発散
（エミツシヨン）スペクトル線に相当する放射を受ける
ように位置決めされ、寸法決めされる。
２つか３つの隣接した画素が、分析されるべき原子発散
（エミツシヨン）スペクトル線に相当する放射を受ける
ように位置決めされ、寸法決めされる。
前述のように、バツクグランド補正のために１つはス
ペクトル線に近いバツクグランド放射を同時に検出す
る。別の目的は、スペクトル線に関する利用できる画素
位置の範囲を提供することであつて、これにより光学系
によつて焦点合わせされる線位置の正確な前もつての決
定が必要でなくなる。
ペクトル線に近いバツクグランド放射を同時に検出す
る。別の目的は、スペクトル線に関する利用できる画素
位置の範囲を提供することであつて、これにより光学系
によつて焦点合わせされる線位置の正確な前もつての決
定が必要でなくなる。
この画素は固体チツプの表面上に形成された光感応ス
ポツトである。全体的には、このチツプ金属は例えばシ
リコンのような、半導体である。この検出器は、電荷注
入素子（CID）または、できれば電荷結合素子（CCD）の
ような、電荷転移素子として全体的に分類されている型
式の素子の中から得ることが望ましい。
ポツトである。全体的には、このチツプ金属は例えばシ
リコンのような、半導体である。この検出器は、電荷注
入素子（CID）または、できれば電荷結合素子（CCD）の
ような、電荷転移素子として全体的に分類されている型
式の素子の中から得ることが望ましい。
第３図は、３つの画素54,54′,54nのサブアレー52
の、本発明によるチツプ51の部分上におけるレイアウト
の形状および各画素からの信号を集めるためにサブアレ
ー間のチツプに形成されたいくらか結合した電子的構成
要素の実施例を示している。
の、本発明によるチツプ51の部分上におけるレイアウト
の形状および各画素からの信号を集めるためにサブアレ
ー間のチツプに形成されたいくらか結合した電子的構成
要素の実施例を示している。
基本チツプは一般的に適当に不純物添加されたシリコ
ン材で形成される。
ン材で形成される。
光感応画素エリアの各々は、対象としている波長にお
いて光子の吸収を強化するために、例えばシリコンニト
リド、２酸化シリコンまたはその両方によつて、シリコ
ンコートされて構成されている。その隣接エリアは不透
明なマスクでカバーされ、望ましくない光を阻止し、以
下の一般的なCCD技術を用いて、種々の導体、半導体お
よび絶縁材料が光電気チヤージを転送し、そして読出す
ように設計されている。
いて光子の吸収を強化するために、例えばシリコンニト
リド、２酸化シリコンまたはその両方によつて、シリコ
ンコートされて構成されている。その隣接エリアは不透
明なマスクでカバーされ、望ましくない光を阻止し、以
下の一般的なCCD技術を用いて、種々の導体、半導体お
よび絶縁材料が光電気チヤージを転送し、そして読出す
ように設計されている。
第３図の実施例において、画素54のような、各画素は
導電金属層56、例えばポリシリコンまたはアルミニウム
によつて囲まれており、それらは蓄積レジスターを構成
する容量性素子として働き、その下で、露光された中央
部に生じた電荷が拡散によつて移動し、あるいは周辺電
界によつて吸引されて捕捉される。この導電層に重なつ
て、しかし絶縁層で隔離された層は、普通のCCDバケツ
トブリゲード素子構成における層56と結合した別の導電
層58である。第３の導体59は、３つの導体上の普通のCC
D電圧バイアスシーケンスと関連して配置されたと同様
な層であつて、光電性電荷が完全に第１の導体の下か
ら、第３導体へと移動することが可能なものである。付
加的な導電体および層56、58、59間のゲート（示されて
いない）を構成する適当に不純物添加された領域が、用
いられる。画素54′…54nも同様に組織された導体領域5
6′、58′、59′から65n、58n、59nを有している。
導電金属層56、例えばポリシリコンまたはアルミニウム
によつて囲まれており、それらは蓄積レジスターを構成
する容量性素子として働き、その下で、露光された中央
部に生じた電荷が拡散によつて移動し、あるいは周辺電
界によつて吸引されて捕捉される。この導電層に重なつ
て、しかし絶縁層で隔離された層は、普通のCCDバケツ
トブリゲード素子構成における層56と結合した別の導電
層58である。第３の導体59は、３つの導体上の普通のCC
D電圧バイアスシーケンスと関連して配置されたと同様
な層であつて、光電性電荷が完全に第１の導体の下か
ら、第３導体へと移動することが可能なものである。付
加的な導電体および層56、58、59間のゲート（示されて
いない）を構成する適当に不純物添加された領域が、用
いられる。画素54′…54nも同様に組織された導体領域5
6′、58′、59′から65n、58n、59nを有している。
サブアレーにおける隣接画素の各々からの第３導体5
9、59′…59nの組は、それら自身、直交する方向におけ
るCCDバケツトブリゲードシーケンス中に接続されてお
り、それは集合的に読出しレジスター61を構成する一般
的なCCDオーバーラツピングではあるが絶縁された導電
体およびゲート（示されていない）によつて行なわれ
る。
9、59′…59nの組は、それら自身、直交する方向におけ
るCCDバケツトブリゲードシーケンス中に接続されてお
り、それは集合的に読出しレジスター61を構成する一般
的なCCDオーバーラツピングではあるが絶縁された導電
体およびゲート（示されていない）によつて行なわれ
る。
最後に、最終の例えば16番目の、第３の導体59nはシ
リコン基板内に作られた、近くのバツフアー増幅器72に
接続され、この増幅器は光電々荷信号を増幅して共通路
74に出力するが、この時の利得は信号が十分に電気的雑
音の源からの信号を越えるようにされている。第３図は
また、共通路に接続されている、他のサブアレー（示さ
れていない）の１つからのバツフアトランジスター76を
も描いている。
リコン基板内に作られた、近くのバツフアー増幅器72に
接続され、この増幅器は光電々荷信号を増幅して共通路
74に出力するが、この時の利得は信号が十分に電気的雑
音の源からの信号を越えるようにされている。第３図は
また、共通路に接続されている、他のサブアレー（示さ
れていない）の１つからのバツフアトランジスター76を
も描いている。
別々の導体層とトランジスターは、導体リード（全体
として46）によつて制御回路60の中の時間的電圧パルス
源に接続される。そのような回路はデイジタル論理、例
えばさらに別のゲートやシフトレジスター、によつて作
られ、そしてチツプ上に置かれる。通常の方法で読出す
ために、線48（または50）、PC板35（または43）および
線61を通る、コンピユーター14からの外部クロツク信号
および他の外部信号とが、サブアレーのタイミングとラ
ンダムアクセス選択とを制御することが望ましい。制御
信号はまた、どのバツフア増幅器が最終段高利得バツフ
ア増幅器78中にその信号を能動的に駆動するかというこ
とも選択し、そしてバツフア増幅器78は、線79からPC板
35へ、そして結果的に線44からコンピユーター14へとチ
ツプの内容を読出すため信号を適正な状態にする。この
ことは、全体的には各サブアレーに結合する電子的構成
要素の組を形成する導電エリアおよびゲートならびに適
正に不純物添加された絶縁層を含む画素からの電荷を読
出すことができることを意味する。読出された信号は、
選択されたスペクトル線の強度を表現するものとなる。
として46）によつて制御回路60の中の時間的電圧パルス
源に接続される。そのような回路はデイジタル論理、例
えばさらに別のゲートやシフトレジスター、によつて作
られ、そしてチツプ上に置かれる。通常の方法で読出す
ために、線48（または50）、PC板35（または43）および
線61を通る、コンピユーター14からの外部クロツク信号
および他の外部信号とが、サブアレーのタイミングとラ
ンダムアクセス選択とを制御することが望ましい。制御
信号はまた、どのバツフア増幅器が最終段高利得バツフ
ア増幅器78中にその信号を能動的に駆動するかというこ
とも選択し、そしてバツフア増幅器78は、線79からPC板
35へ、そして結果的に線44からコンピユーター14へとチ
ツプの内容を読出すため信号を適正な状態にする。この
ことは、全体的には各サブアレーに結合する電子的構成
要素の組を形成する導電エリアおよびゲートならびに適
正に不純物添加された絶縁層を含む画素からの電荷を読
出すことができることを意味する。読出された信号は、
選択されたスペクトル線の強度を表現するものとなる。
タイミング信号に関する一般的な同期は、スペクトル
線強度の情報を読出すための情報を提供する。データー
処理もまた、隣接画素からのバツクグランド放射の測定
と、スペクトル線信号からの減算を含んでいる。精密な
読出しは公知放射源に関する校正の後に得られる。さら
にノイズを減少させるためには、チツプは、例えば液体
窒素またはペルチエ効果冷却器によつて、冷却されるべ
きである。
線強度の情報を読出すための情報を提供する。データー
処理もまた、隣接画素からのバツクグランド放射の測定
と、スペクトル線信号からの減算を含んでいる。精密な
読出しは公知放射源に関する校正の後に得られる。さら
にノイズを減少させるためには、チツプは、例えば液体
窒素またはペルチエ効果冷却器によつて、冷却されるべ
きである。
光感応画素の実施のための第２実施例は、画素54、5
4′…54nの完全な領域範囲と隣接電子要素のためのシリ
コン中に、埋没したチヤンネル導体を用いるものであ
る。再び、画素表面は対象となる波長における光感応の
ためにコートされる。埋没チヤンネル技術は例えば、セ
クイン他による前述書籍中に説明されている。こうし
て、各サブアレーは、個別の光センサーが転移ゲートに
よつて読出しレジスターから絶縁されているような、リ
ニアアレーとして形成されることができる。この場合、
各画素54を囲んでいる、第３図の導体56は除かれ、そし
て電荷は導体58の下に直接集められる。他の構成の様
子、および動作は第３図の実施例と同等である。この第
２の実施例においては画素はさらに互いに接近させるこ
とができ、また光感応効率を増加させることができる。
4′…54nの完全な領域範囲と隣接電子要素のためのシリ
コン中に、埋没したチヤンネル導体を用いるものであ
る。再び、画素表面は対象となる波長における光感応の
ためにコートされる。埋没チヤンネル技術は例えば、セ
クイン他による前述書籍中に説明されている。こうし
て、各サブアレーは、個別の光センサーが転移ゲートに
よつて読出しレジスターから絶縁されているような、リ
ニアアレーとして形成されることができる。この場合、
各画素54を囲んでいる、第３図の導体56は除かれ、そし
て電荷は導体58の下に直接集められる。他の構成の様
子、および動作は第３図の実施例と同等である。この第
２の実施例においては画素はさらに互いに接近させるこ
とができ、また光感応効率を増加させることができる。
本発明のより重要な特徴点は、蓄積レジスター、捕捉
レジスター、およびバツフアトランジスターを含む、画
素からの信号を集めるためにチツプ中に構成される電子
要素が、画素のサブアレー間のチツプ上のスペースを利
用している点である。これはまた、電子要素の各組が相
応するサブアレーに直接的に結合して動作でき、サブア
レーの画素に接近できて、しかも近くのそして他の総て
の他のサブアレーの画素から絶縁されることを可能と
し、こうして相互容量効果を減少させる。全体的には、
付属している電子要素は画素エリアから約２画素長の距
離以内に設けられるべきである。漏話やノイズレベルの
減少による感度の実質的改善は、こうして行なわれる。
改善された信号／ノイズ比およびダイナミツクレンジを
持つことによつて、多数の光電子倍増管による実質的な
高コストを要することなく、光電子倍増管を用いた場合
の性能レベルに近づくことができた。さらに、バツクグ
ランド測定は線検出とシーケンシヤルに行うよりも、そ
れと同時に行う方が、速度および正確さの点で勝つてい
る。しかも、内部的電子回路の複雑さとコストとは、対
象のスペクトル範囲のために検出器を特定化し、そして
チツプ上に中央論理を集約することによつて減少でき
る。
レジスター、およびバツフアトランジスターを含む、画
素からの信号を集めるためにチツプ中に構成される電子
要素が、画素のサブアレー間のチツプ上のスペースを利
用している点である。これはまた、電子要素の各組が相
応するサブアレーに直接的に結合して動作でき、サブア
レーの画素に接近できて、しかも近くのそして他の総て
の他のサブアレーの画素から絶縁されることを可能と
し、こうして相互容量効果を減少させる。全体的には、
付属している電子要素は画素エリアから約２画素長の距
離以内に設けられるべきである。漏話やノイズレベルの
減少による感度の実質的改善は、こうして行なわれる。
改善された信号／ノイズ比およびダイナミツクレンジを
持つことによつて、多数の光電子倍増管による実質的な
高コストを要することなく、光電子倍増管を用いた場合
の性能レベルに近づくことができた。さらに、バツクグ
ランド測定は線検出とシーケンシヤルに行うよりも、そ
れと同時に行う方が、速度および正確さの点で勝つてい
る。しかも、内部的電子回路の複雑さとコストとは、対
象のスペクトル範囲のために検出器を特定化し、そして
チツプ上に中央論理を集約することによつて減少でき
る。
加えて、このサブアレーは読出しのためランダムにア
ドレスすることができ、これは電子回路に過度の高デー
ターレートを負わせることなく、特定用途のための装置
に速度および柔軟性を増加させることになる。ランダム
アクセスは、コンピユーター14からPC板35を介してチツ
プ上の制御回路60に与えられる、例えば８ビツトの、コ
ード信号によつて行なわれる。このコード信号は、読出
しのためにアドレスされるサブアレーの電子要素に電圧
の適切なシーケンスをトリガーする。一般的なイメージ
センサー上の画素の全エリアカバーと比較して相対的に
小さな、チツプ上のサブアレーの数は、そのようなラン
ダムアクセスを実際的なものとする。
ドレスすることができ、これは電子回路に過度の高デー
ターレートを負わせることなく、特定用途のための装置
に速度および柔軟性を増加させることになる。ランダム
アクセスは、コンピユーター14からPC板35を介してチツ
プ上の制御回路60に与えられる、例えば８ビツトの、コ
ード信号によつて行なわれる。このコード信号は、読出
しのためにアドレスされるサブアレーの電子要素に電圧
の適切なシーケンスをトリガーする。一般的なイメージ
センサー上の画素の全エリアカバーと比較して相対的に
小さな、チツプ上のサブアレーの数は、そのようなラン
ダムアクセスを実際的なものとする。
分離された紫外線と可視スペクトルを提供するため
の、ここで説明された分光計楝は、スペクトル線を得る
ことにおいて精密さを示すことができる。これは本発明
のアレー検出器にとつて特別に有益なことである。
の、ここで説明された分光計楝は、スペクトル線を得る
ことにおいて精密さを示すことができる。これは本発明
のアレー検出器にとつて特別に有益なことである。
本発明は、これまで特定の実施例を参照しながら詳細
に説明されてきたが、本発明の精神および特許請求の範
囲の内において種々の変更や変形が可能であることは当
業技術者には明らかであろう。このため、本発明は単
に、特許請求の範囲またはそれらと同等の範囲によつて
のみ制限されるべきものである。
に説明されてきたが、本発明の精神および特許請求の範
囲の内において種々の変更や変形が可能であることは当
業技術者には明らかであろう。このため、本発明は単
に、特許請求の範囲またはそれらと同等の範囲によつて
のみ制限されるべきものである。
発明の効果 本発明により、２次元表示式の分光計に利用できる、
半導体アレー検出器を提供できる。
半導体アレー検出器を提供できる。
第１図は、検出器と組み合わせられた光学分光計の直交
部分を含む、スペクトルグラフ装置の概略図であり、第
２図は、本発明による、画素のサブアレーを示した、検
出器の前側表面の概略図であり、第３図は、サブアレー
および結合する電子要素の１つの実施例を示す、詳細構
成図である。 10……放射源、12……分光計、14……データーステーシ
ヨン、16……入射スリツト、17……線、18……コリメー
ター、20……階段格子、21……溝、22……格子、23……
線、24……コレクター、26……反射器、28……平面鏡、
30……レンズ、34……検出器、35……PC板、36……開
口、38……プリズム、40……レンズ、42……検出器、43
……PC板、44、46、48、50……線、51……チツプ、52…
…サブアレー、54……画素、56……金属層、58……導電
層、59……層、60……制御回路、61……レジスター、72
……増幅器、76……トランジスター、78……増幅器、79
……線。
部分を含む、スペクトルグラフ装置の概略図であり、第
２図は、本発明による、画素のサブアレーを示した、検
出器の前側表面の概略図であり、第３図は、サブアレー
および結合する電子要素の１つの実施例を示す、詳細構
成図である。 10……放射源、12……分光計、14……データーステーシ
ヨン、16……入射スリツト、17……線、18……コリメー
ター、20……階段格子、21……溝、22……格子、23……
線、24……コレクター、26……反射器、28……平面鏡、
30……レンズ、34……検出器、35……PC板、36……開
口、38……プリズム、40……レンズ、42……検出器、43
……PC板、44、46、48、50……線、51……チツプ、52…
…サブアレー、54……画素、56……金属層、58……導電
層、59……層、60……制御回路、61……レジスター、72
……増幅器、76……トランジスター、78……増幅器、79
……線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 3/18 G01J 3/02 S
Claims (21)
- 【請求項１】少なくとも１つの元素に特有なスペクトル
線の二次元表示を生じさせるために放射を受信する直交
分散装置を含む型式の光学分光計に使用される固体アレ
ー検出器において、 固体チップを有しており、 前記固体チップは、選択されたスペクトル線の放射と近
接バックグランド放射を受信する光感応画素の二次元ア
レーをその上に持つ前側表面を有し、そこにおいて画素
は複数のサブアレー中に配置され、各サブアレーは少な
くとも１つの画素からなっており、選択された少なくと
も１つのスペクトル線と近接バックグランド放射の受信
される前側表面上の突出箇所に位置決めされており、さ
らに前記各サブアレーは、選択されたスペクトル線と近
接バックグランド放射の相応の突出箇所においてのみ表
面上に領域を有しており、 読出し装置を有しており、該読出し装置は、選択された
スペクトル線の強度に関する読出し信号を発生させるた
めに画素に動作的に接続され、サブアレーの間のチップ
内に形成される複数の電子素子を含んでいることを特徴
とする固体アレー検出器。 - 【請求項２】各画素がチップ上に細長いスポット状に定
められており、そして各サブアレーは、平行に整列され
た少なくとも２つの画素からなっている、特許請求の範
囲第１項記載の検出器。 - 【請求項３】各サブアレーが10ないし20画素からなって
いる、特許請求の範囲第２項記載の検出器。 - 【請求項４】画素が、チップの前側表面の１％以下を占
めている、特許請求の範囲第１項記載の検出器。 - 【請求項５】前記複数の電子素子は、複数の電子素子の
組として設けられており、各組は相応するサブアレーの
最も近い画素に対して動作するように、相応するサブア
レーに対して設けられ、そして他のサブアレーの画素か
らは絶縁されている、特許請求の範囲第１項記載の検出
器。 - 【請求項６】電荷結合素子の形状をなしている、特許請
求の範囲第１項記載の検出器。 - 【請求項７】各サブアレーに関して、相応する電荷はス
ペクトル線およびバックグランド放射に応じて各々の画
素中に発生し、また電子素子は、１つの蓄積レジスター
が相応する電荷を蓄積するために各画素の近くに、そし
てそれと共に動作するよう結合されて配置された多数の
蓄積レジスターと、蓄積レジスターからの電荷を受ける
よう蓄積レジスターの近くに配置された読出しレジスタ
ーと、 サブアレーの近くに設けられて、電荷から読出し信号を
発生するために読出しレジスターに動作できるように接
続された増幅器装置と、そして蓄積レジスターおよび読
出しレジスターを通して増幅器装置まで画素からの電荷
をシーケンシャルにシフトさせるために、タイミング信
号を受信するシフト装置とを有する、特許請求の範囲第
６項記載の検出器。 - 【請求項８】増幅器装置がバッファトランジスターを含
んでいる、特許請求の範囲第７項記載の検出器。 - 【請求項９】サブアレーのランダムアクセスアドレッシ
ングのための手段が含まれている、特許請求の範囲第１
項記載の検出器。 - 【請求項１０】少なくとも１つの元素に特有なスペクト
ル線の二次元表示を生じさせるために放射を受信する直
交分散装置と、スペックとる線の固体アレー検出器とを
含む光学分光計において、検出器が、 固体チップと読出し装置を有しており、 前記固体チップは、選択されたスペクトル線の放射と近
接バックグランド放射を受信する光感応画素の二次元ア
レーをその上に持つ前側表面を有し、そこにおいて画素
は複数のサブアレー中に配置され、各サブアレーは少な
くとも１つの画素からなっており、選択された少なくと
も１つのスペクトル線と近接バックグランド放射の受信
される前側表面上の突出箇所に位置決めされており、さ
らに前記各サブアレーは、選択されたスペクトル線と近
接バックグランド放射の相応の突出箇所においてのみ表
面上に領域を有しており、 前記読出し装置は、選択されたスペクトル線の強度に関
する読出し信号を発生させるために画素に動作的に接続
され、サブアレーの間のチップ内に形成される複数の電
子素子を含んでいることを特徴とする光学分光計。 - 【請求項１１】各画素がチップ上に細長いスポット状に
定められており、そして各サブアレーは、平行に整列さ
れた少なくとも２つの画素からなっている、特許請求の
範囲第10項記載の光学分光計。 - 【請求項１２】各サブアレーが10ないし20画素からなっ
ている、特許請求の範囲第10項記載の光学分光計。 - 【請求項１３】画素が、チップの前側表面の１％以下を
占めている、特許請求の範囲第10項記載の光学分光計。 - 【請求項１４】前記複数の電子素子は、複数の電子素子
の組として設けられており、各組は相応するサブアレー
の最も近い画素に対して動作するように、相応するサブ
アレーに対して設けられ、そして他のサブアレーの画素
からは絶縁されている、特許請求の範囲第10項記載の光
学分光計。 - 【請求項１５】さらにサブアレーのランダムアクセスア
ドレッシングのための装置を有している、特許請求の範
囲第10項記載の光学分光計。 - 【請求項１６】電荷結合素子の形状をなしている、特許
請求の範囲第10項記載の光学分光計。 - 【請求項１７】直交分散装置が、スペクトルを発生させ
るために放射を受ける第１反射格子と、 スペクトルの第１部分は第２反射格子により固体アレー
検出器に向かう第１スペクトルパターンに分散され、ま
たスペクトルの第２部分は第２反射格子によって散乱さ
れずに通過するよう配置されている第２反射格子と、 第２スペクトルパターンを生じさせるために第２部分を
受ける分散素子と、 第２スペクトルパターンを受ける固体アレー第２検出器
とを有している、特許請求の範囲第第10項記載の光学分
光計。 - 【請求項１８】固体アレー検出器および固体アレー第２
検出器が実質的に同等に形成されている、特許請求の範
囲第17項記載の光学分光計。 - 【請求項１９】第２反射格子は、第１スペクトルパター
ンを実質的に紫外線スペクトルとして生じさせ、また分
散素子は、第２スペクトルパターンを実質的に可視光線
スペクトルとして生じさせる、特許請求の範囲第16項記
載の光学分光計。 - 【請求項２０】第２反射格子が中央開口を有し、その中
をスペクトルの第２部分が通過する、特許請求の範囲第
17項記載の光学分光計。 - 【請求項２１】少なくとも１つの元素に特有なスペクト
ル線の二次元表示を生じさせるために放射を受信する直
交分散装置を含む型式の光学分光計に使用される固体ア
レー検出器において、 固体チップを有しており、 前記固体チップは、選択されたスペクトル線の放射を受
信する光感応画素の二次元アレーをその上に持つ前側表
面を有し、そこにおいて画素は複数のサブアレー中に配
置され、各サブアレーは少なくとも１つの画素からなっ
ており、選択された少なくとも１つのスペクトル線の受
信される前側表面上の突出箇所に位置決めされており、
さらに前記各サブアレーは、選択されたスペクトル線の
相応の突出箇所においてのみ表面上に領域を有してお
り、 読出し装置を有しており、該読出し装置は、選択された
スペクトル線の強度に関する読出し信号を発生させるた
めに画素に動作的に接続され、サブアレーの間のチップ
内に形成される複数の電子素子を含んでいることを特徴
とする固体アレー検出器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US123025 | 1987-11-19 | ||
| US07/123,025 US4820048A (en) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | Detector for a spectrometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH022906A JPH022906A (ja) | 1990-01-08 |
| JP2760818B2 true JP2760818B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=22406304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63290338A Expired - Lifetime JP2760818B2 (ja) | 1987-11-19 | 1988-11-18 | 分光計用の検出器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4820048A (ja) |
| EP (1) | EP0316802B2 (ja) |
| JP (1) | JP2760818B2 (ja) |
| AU (1) | AU625233B2 (ja) |
| CA (1) | CA1321898C (ja) |
| DD (1) | DD283691A5 (ja) |
| DE (1) | DE3888925T3 (ja) |
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- 1987-11-19 US US07/123,025 patent/US4820048A/en not_active Expired - Lifetime
-
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