JPH022906A - 分光計用の検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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口 従来技術 １菫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。

−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姻を
処理するためのデーターステーションから成っている。

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
試サンプルを送シ込むための装置であってもよい。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
となったサンプルが、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つの納金に
よる放射の分散を基礎としている。

−船釣に、電子的検出装置は放射（エミッション）また
は吸収線の正確さや測定の迅速さによって、写真フィル
ムに取って替わシつつある。

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
って、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、ダイナミックレンジ、信号対
雑音比、Ｋ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ｎ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−を用いたシーケンシャ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
によって行なわれる。

別の４類の分光計は直接読み取υ法であって、そこでは
総てのスペクトルが検出装置の様式に従って表示されて
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ットを設け
、各課ヲ検出するように各スリットに対向した光電子倍
増管を設けることによって達成される。

実際には、Ｗｔ配装するスリットの数は光電子倍増管の
寸法とコストで制限さｎ、そのため異なる型のサンプル
のためには異なるスリット構造を使用しなければならず
、しかも、スリットの場所を選択するに当ってはサンプ
ル構成を前もって予測しておく必要がある。

一般にはバッ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ックグランド６１１１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
るバッ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
ックグランドはモノクロメータ−によって、原子発散巌
に関する格子角度の近くで測定される。直接、読取）法
では、−船釣にバックグランドは入射スリットの位置を
シフトさせ、そして連続的測定を行うことによって、測
定される。

今日使用さｎ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（エシュレ）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５９，５５２号（１９４９
年）の、Ｇ。

Ｒ，ハリソンによる「回折格子の製造１１階段（エシュ
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
、５ＰＩＥ第２９０巻２０２号（１９８１年）における
り、Ｃ）、ヨーク。

Ｅ、Ｂ、ジエンキンズ、Ｐ、デッチノ、　　Ｊ、Ｌ、ロ
ーランス、肌ロングおよびＡ、ゾンデイラによる「電荷
結合素子（ＣＣＤ）を用いる１＠段（エシュレ）分光計
」訪中に与えられている。概略的には、入射スリットを
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、よシ高密
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、１面
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ｗ２使用す
ると、かなシ高価となる。

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、電荷が発生ずるという原理に基づくものであ
る。スペクトル線の分鱗能（または、さらに広く言えば
イメージ分解能）を得るために、半導体チップ上のその
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、チップ内における画素からの電荷
の転移によって行なわれる。この技術は、例えばアカデ
ミツクプレス（１９７５年）のＣ，Ｈ，セフインおよび
Ｍ、Ｆ、　）ンゾセットによる「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１４
２〜１４６ページであって、そこには電荷結合素子（Ｃ
０Ｄ）とイメージ感知におけるそれの利用が説明されて
いる。

そのよつな検出器のだめの、比較的類似のものとしては
、電荷インジェクション素子（ＣＩＤ）がある。これは
モデイクフオー力ルプレーン方法論の５ＰＩＰ第２４４
巻２６号（１９８０年）におけるＡ、Ｂ、ゲラフィンガ
ーおよびＧ、Ｊ、　ミチョンによる「電荷インジェクシ
ョン素子ＣｃｘＤ）技術のレビュー」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（エシュレ）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５１２Ｘ、５２０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
する高読取ジノイズである。ビデオ型式のエリア検出器
は、素子中の電荷２よび１ｇ号のソリッドステートチャ
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１ｇ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めることが示さｎている。

一役的な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、導電チャ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、総ての画素からの導体
チャンネルと砧び付いた容量が比較的大きな値であるこ
との：ｔめノイズが多いこと、読出しのための高データ
−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ヲ扱う用途においてはダイナミ
ッ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４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。

別の目的は、ノイズを減少させ、感度を改善させ、ダイ
ナミッ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７＆：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って達
成される。この検出器は、選択されたスペクトル課およ
び接近しているバックグランド放射とが結び付いている
放射全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ップを含むものである。こ
の画釆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ップ上に形成
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、画素はチップの前方表面の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、Ｉ＋ｌｉ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
によっ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
反射格子によっ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、６つの要素が示されて２す、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ョン
１４である。

放射源１０は、原子素子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シ込まれている
誘導結合プラズマであるかも知ｎず、あるいは原子素子
のエミッショ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って集められる、
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
ション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＃１２は、スペクトル線の２次元表示を生じさせ
る、−船釣な、または望ましい型のものである。特に、
直交分数を有する階段（エシュレ）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、入射スリット１６を−った光と線
１７とは、凹面のコリメーター１８で反射されて反射階
段（エシュレ）格子２０に達する。この格子は比較的低
密度の成形韓２１と、高光輝角を持っておシ、公知の、
またはハリンンによる前述文献中で階段（エシュレ）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は毎センナメートル当り７９０の溝を
持ち、６３度の光輝であって、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つのオー
ダーが発生さべ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、６０から１
２０のオーダー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っ
て反射直交（クロス）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
ナメートル６７５０の、溝（示されていない）を有して
いる。格子２２は、比較的低い分散パワーを持つ低いオ
ーダーにおいて用いられ、そのクロス配向により第１格
子２０からの当該オーダが２次元スペクトルパターンに
分離される。「低いオーダー」とは、オーダー５以下で
あって、しかも標準的に第１オーダーであることを意味
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
散諒２３は、シュミットコレクター２４を通過して、凹
面球状反射器２６に達し、反射器２６は分散ＦＪを、平
面鏡２８および視野平坦化レンズ３０によって、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ｎる。

例えば、−船釣なシュミットコレクター２４は、〔代理
人審理予定表第１Ｄ−３７６２号〕にある、出頭中の特
許中で説明したように非球面形状の格子２２によって置
換することもできる。

この実施列においては、直交（クロス）格子２２は中央
開口部３６を有しており、放射の約２０％がこｎ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って、放射のこ
の部分をピックアップして、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によっ
て、第２検出器４２上に焦点合わせさｎ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っては同一である。検出器３
４．４２は、それぞれ印桐回路（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上をデータースチージョン１４に向かう。

このステーションはデータープロセッサーを有し、デイ
スプレィおよび／またはプリントアウトのようなグラフ
ィックまたは故字形式で情報の適切な提示を行う。

データーステーション（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ｄ４８．５０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って焦
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７°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って、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
あシ、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
子素子の存在と葉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、検出器の池の部分はパックグラ
ンド放射の測定を行うために、望まれるスペクトル緋の
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、本発明によって放射を受信する検出器チップ
上のアレーの位置を例示したものである。

一般的には、このチップは約１５ｍ１１ｔ四方である。

示さ扛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１９０ｎｍから約４００　ｎｍであシ、可視範囲
のそれは４００から８００　ｎｍにあると考えられる。

同様なチッ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ップとなるよう、１つのチップ上に
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ｎ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６つが、第２図におい
て５４゜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った、例えば２５ｘ１０
０マイクロメーターの、長方形のような横長スポット形
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６つの隣接した画素が、分析されるべき原子発散（
エミッション）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、パックグランド補正のために１つはスペ
クトル線に近いパッ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って、これにより光学系によ
って焦点合わせされる線位置の正確な前もっての決定が
必要でなくなる。

この画素は固体チップの表面上に形成された光感応スポ
ットである。全体的には、このチップ金属は列えはシリ
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（ＣＯＤ
）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６図は、６つの画素５４．５４’、５４ｎのす７”ア
レー５２の、本発明によるチップ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ヲ染めるため
にサブアレー間のチップに形成されたいくらか結合した
電子的構成要素の実ＩＮ　ＶＡＪを示している。

基本チッ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。

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って、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ャージを転送し、そして読出す
ように設計されている。

第６図の実施例においては、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
ウムによって囲まれており、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って移動し、あるいは周
辺電界によって吸引されて捕捉される。この導電層に重
なって、しかし絶縁層で隔離された層は、普通のＣＣＤ
バケットプリゲート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、６つの導体
上の普通のＣＯＤ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って、光電性電荷が完全に第１
の導体の下から、第６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
のデート（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５６′、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６導体５９
．５９′・・・５９ｎの組は、それら自身、直交する方
向におけるＣＯＤバケツトプリデ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ＣＯＤオーバーラツぎングではあるが
絶縁された導電体およびデート（示されていない）によ
って行なわｎ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、近くのバッファー増幅器γ
２に接続され、この増ｌ＠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つからのバッファトランジス
タ−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４Ｇ）によって制御回路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ィジタル論理、
例えばさらに別のデートやシフトレジスター　によって
作られ、そしてチップ上に置かれる。通常の方法で読出
すタメニ、？ａ４８（ｔ＆は５０）、Ｐ　Ｃ’板３５（
または４３）および線６１を通る、コンピューター１４
からの外部クロッ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、どのバッファ増幅器が最終段高利得バ
ッファ増幅器７Ｂ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、そしてバッファ増幅器７８は、線７
９からＰＣ板３５へ、そして結果的に緋４４からコンピ
ューター１４へとチッ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
びデ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、隣接画素からのバックグランド放射の測定と
、スペクトル線信号からの１算を含んでいる。精密な読
出しけ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、チップは、例えば液体窒
素またはペルチェ効果冷却器によって、冷却さ扛るべき
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心子要素のた
めのシリコン中に、埋没したチャ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。埋没チャンネル技術は例え
ば、セフ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デ
ートによっ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扛ることができる。この
場合、各画素５４全囲んでいる、第６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６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きせること
ができる。

本発明のよ＃）夏要な特徴点は、蓄積レジスタ捕捉レジ
スター　およびバッファ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ップ中に構成さｎる電子要素
が、画素のサブアレー間のチッ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画索長の距離以内
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ックレンジを持つ
ことによって、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、バックグラン
ド測定は械検出とジーケンシャ′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っている
。しかも、内部的電子回路の復雑ざとコストとは、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
ップ上に中央論理を集約することによって減少できる。

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
−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、コンピューター１４からＰＣ板３５を介して
チップ上の朋］御回路６０に与えられる、例えば８ビツ
トの、コード信号によって行なわれる。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。−役的な
イメージセンサ−上の画素の全エリアカバーと比較して
相対的に小さな、チッ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だめの、
ここで説明された分光計装置は、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ｎは本発明の
アレー検出器にとっ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ってのみ
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。

【図面の簡単な説明】

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１１１Ｉ１表面の概略図であシ、第６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
ターステーション、１６・°・入射スリット、１７・・
・鍼、１８・・・コリメーター　２０・・・１１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・・・チップ、５２
・・・サブアレー５４・・・画素、５６・・・金属層、
５ｄ・・・導電層、５９・・層、６０・・・制御回路、
６１・・・レジスター７２・・・増１温器、７６・・・
トランジスター　７８・・・増幅器、７９・・・線。 穐

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの原子素子に特有なスペクトル線の
   ２次元表示を生じさせるために放射を受信するクロス分
   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、 選択されたスペクトル線の放射および近接バックグラン
   ド放射を受信する光感応画素の２次元アレーをその上に
   持つ前側表面を有する固体チップであつて、そこにおい
   て画素（パイクセル）は複数のサブアレー中に配置され
   ており、各サブアレーは少なくとも１つの画素からなつ
   ており、選択された少なくとも１つのスペクトル線の前
   側表面上の突き出した場所に位置決めされている、固体
   チップと、 そして、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た読出
   し装置であつて、サブアレーの間のチップ内に形成され
   た複数の電子要素を含んでいる、読出し装置とを有する
   ことを特徴とする固体アレー検出器。 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つの画素からなつているような、特許請求の範囲
   第１項記載の検出器。 ３、各サブアレーが１０ないし２０画素からなつている
   ような、特許請求の範囲第２項記載の検出器。 ４、画素が、チップの前側表面の約１％以下を占めるよ
   うな、特許請求の範囲第１項記載の検出器。 ５、複数の電子要素が、複数の電子要素の組を有してお
   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用として設けられ
   、そして他のサブアレーの画素からは絶縁されているよ
   うな、特許請求の範囲第１項記載の検出器。 ６、電荷結合素子の形状をなすような、特許請求の範囲
   第１項記載の検出器。 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、また電子要素は、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しているような、特許請
   求の範囲第６項記載の検出器。 ８、増幅器装置がバッファトランジスターを含んでいる
   ような、特許請求の範囲第７項記載の検出器。 ９、少なくとも１つの原子素子に特有なスペクトル線の
   ２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、スペクトル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、 選択されたスペクトル線の放射および隣接するバックグ
   ランド放射を受信する光感応画素の２次元アレーをその
   上に持つ前側表面を有する固体チップであつて、画素は
   複数のサブアレー中に配置されており、各サブアレーは
   少なくとも１つの画素からなつており、選択されたスペ
   クトル線の少なくとも１つに相当する前側表面上の突き
   出した場所に位置決めされている、固体チップと、 そして、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た読出
   し装置であって、サブアレーの間のチップ内に形成され
   た複数の電子要素を含んでいる、読出し装置とを有する
   ことを特徴とする光学分光計。 １０、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つの画素からなつているような、特許請求の範
   囲第９項記載の光学分光計。 １１、各サブアレーが１０ないし２０画素からなつてい
   るような、特許請求の範囲第１０項記載の光学分光計。 １２、画素が、チップの前側表面の約１％以下を占める
   ような、特許請求の範囲第９項記載の光学分光計。 １３、複数の電子要素が、複数の電子要素の組を有して
   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用として設けら
   れ、そして他のサブアレーの画素からは絶縁されている
   ような、特許請求の範囲第９項記載の光学分光計。 １４、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ような、特許請求の範囲
   第９項記載の検出器。 １５、電荷結合素子の形状をなすような、特許請求の範
   囲第９項記載の光学分光計。 １６、クロス分散装置が、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反射格子によつて散乱さ
   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、そして 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
   とを有するような、特許請求の範囲第９項記載の光学分
   光計。 １７、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ような、特許請求の範囲
   第１６項記載の光学分光計。 １８、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ような、特許請求の範囲第１６項記
   載の光学分光計。 １９、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部分が通過するような、特許請求の範囲第１
   ６項記載の光学分光計。 ２０、２次元スペクトル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光学分光計において、直交
   分散装置が、スペクトルを発生するために光源からの光
   線を受ける第１反射格子と、 スペクトルの第１部分は第２反射格子によつて第１スペ
   クトルパターンに分散され、また高位のスペクトルの第
   ２部分は第２反射格子によつて散乱させられることなく
   通過するように配置されている第２反射格子と、第２ス
   ペクトルパターンを発生するために第２部分を受ける分
   散素子とを有することを特徴とする光学分光計。 ２１、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
   して生じさせるような、特許請求の範囲第２０項記載の
   光学分光計。 ２２、第２反射格子が中央開口を有し、その中を高位ス
   ペクトルの第２部分が通過するような、特許請求の範囲
   第２０項記載の光学分光計。