JPH06300628A

JPH06300628A - 分光光度計におけるデータ取得のためのスペクトル帯のグループ化方法及び分光計測装置

Info

Publication number: JPH06300628A
Application number: JP6038743A
Authority: JP
Inventors: Peter L Lundberg; エルルンドベリペーター; Michael I Crockett; アイクロケットマイケル; David H Tracy; エイチトレイシーデイヴィッド
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1994-10-28
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP3568570B2; EP0615115A2; CA2115856C; US5412468A; DE69424082D1; DE69424082T2; EP0615115B1; AU5757394A; CA2115856A1; AU667614B2; EP0615115A3

Abstract

(57)【要約】【目的】スペクトル光度計における多重センサー検出
器の実効ダイナミックレンジを拡大するための新しい方
法と装置を提供することが本発明の目的である。【構成】スペクトル帯が複数のピクセルを持つ電荷結
合型検出器を有するスペクトル分光計におけるデータ取
得のためにグループ分けされる。予備データが、サンプ
ルに関してピクセルへの時間積分された放射によって発
生される。ピクセルに関する最大許容露光時間がデータ
及び前もって決められた最大露光から計算される。ピク
セルに関する累積されたリードアウト時間が、引き続く
電荷蓄積によるリードアウト汚染を防止するために確立
されたウエイトタイムよりも小さくなるように、サブグ
ループが作られそして順序づけされる。スペクトルデー
タを発生するために分光光度計はさらに、サンプル上で
各グループ及びサブグループの処理ないし作動時間だけ
動作される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスペクトル光度計に、そ
して特定化すればスペクトル光度計におけるデータ取得
のためにスペクトル帯を系統化するための装置と方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の光学的な分光光度計が、原子発光
分光学、原子吸収分光学および天文学のような目的に使
用されている。完全な装置は一般に、放射源、個々のス
ペクトルコンポーネントを分離し検出するための分光
計、そして分光計からの情報を処理するためのデータス
テーションからなっている。例えば放射源は、誘導的に
結合されたプラズマ、ここではサンプル内の原子核種が
励起されて特性的な原子発光を放射する、内に試験サン
プルを注入するための装置であってもよい。他の例とし
ては、サンプルは黒鉛炉中で核蒸発させられ、ここでは
ガス状のサンプルが投射されたある周波数を吸収して原
子吸収線を形成する。同様に、天文学的な放射源は原始
的な発光を生じさせ、そしてスペクトルグラフ的な分析
のための吸収線を発する。

【０００３】一般的に分光計は、回析格子、プリズムお
よびその２つの複合による放射の分散に基づいている。
発光または吸収線の、正確な、そして即時的な測定の故
に、電子的な検出装置が写真用のフィルムにとって代わ
っている。

【０００４】スペクトルを読みとるたるに使用されるい
くつかの型の検出器が存在する。一般的な型は、１つま
たはそれ以上の光電子増倍管または、放射強度に比例し
たリアルタイムの信号出力を提供するために増倍された
自由電子を提供するために、到来した放射を受け取る装
置を有している。より新しい型は、シリコンのような表
面上における放射の入射に応じた電荷発生の原理を基に
している。スペクトル線の分解能（または、さらに広く
言えば、像分解能）を得るために、半導体チップ上のそ
のような表面は、複数のピクセルエリアに分解される。
ピクセルからの信号の累積および取り扱いは、ピクセル
からのチップ内への電荷の移動を通して影響される。１
つの型は、電荷結合素子（ＣＣＤ）である。そのような
検出器に関する相対的なアプローチは電荷注入素子（Ｃ
ＩＤ）技術である。

【０００５】固体検出器の特定の形態は、本発明の代理
人の米国特許第４，８２０，０４８号（バーナード）、
および米国特許第４，９４０，３２５号（ベッカーロス
他）で開示されている。固体チップはその全面表面に、
選択されたスペクトル線の放射および近似の背景放射に
感応する光感応型ピクセルセンサーの２次元アレーを持
っている。ピクセルは複数のサブアレー、各サブアレー
は少なくとも１つのピクセルからなっている、に配置さ
れている。サブアレーは、少なくとも１つの選択された
スペクトル線の前面上の照射場所に位置決めされてい
る。サブアレーの中のチップ上に形成される電子化コン
ポーネントは、スペクトル線の強度に相関する読み出し
信号を発生させるように、ピクセルに動作的に接続され
ている。

【０００６】光電子増倍管は極めて広いダイナミックレ
ンジ、すなわちその範囲にわたって検出が可能な放射強
度の実際レンジ、を持っている。固体センサーはそのよ
うな広いレンジは持っておらず、標準的には約４桁程度
の最大レンジを持っているだけである。固体センサーも
また、有限のリードアウト時間を持っており、これは、
特にピクセル上の極めて強い放射からの、引き続く放射
で生じる電子のスピルオーバーによる、混交（汚染）と
いう結果をもたらす。

【０００７】

【発明の目的】本発明の目的は、スペクトル光度計にお
ける多重センサー検出器の実効ダイナミックレンジを拡
大するための新しい方法と装置を提供することである。
他の目的は、そのような検出器によるスペクトル光度計
動作においてデータ流をいくつかのグループに系統化す
ることによって、グループ内において同時にデータ取得
ができるという改善を提供することである。さらに別の
目的は、そのような検出器を持つ、そして改善された信
号対雑音能力を持つスペクトル光度計動作において改善
された動作効率を提供することである。さらに別の目的
は、センサーリードアウト混交のないそのような検出器
を持つスペクトル光度計動作を提供することである。

【０００８】

【発明の構成】本発明は、相応するセンサーと結びつい
た選択されたスペクトル帯におけるスペクトル強度を表
す時間積分された放射を受け取る複数のゾーンセンサー
を持つ検出器を含むスペクトル光度計におけるデータ取
得のためにスペクトル帯のグループ化の方法ステップを
含んでいる。時間積分された放射の最大許容量は、各相
応するセンサーに関して前もって決められる。スペクト
ル光度計は初期的に、センサーが時間積分された放射を
補正するのに十分な初期時間だけ、選択された放射源で
動作され、その結果選択された帯域の全体に関する時間
積分された放射を表す予備データを発生する。この予備
データから、相応するセンサーに関する最大露光時間が
確定され、その結果、各最大露光時間は各相応するセン
サーに関する時間積分された放射の最大許容量を定め
る。センサーに関する最大露光時間は少なくとも１つの
グループにグループ分けされ、各グループは最高の最大
露光時間および最低の最大露光時間を含み、その結果、
最高の最低に対する比は、前もって決められたレンジフ
ァクターに等しいか、またはそれよりも小さい。グルー
プの処理ないし作動時間は、各グループに関して等しい
か、またはグループ内の最低の最大露光時間よりも少な
くなるように確立される。スペクトル光度計はさらに、
関連するスペクトル帯に関するスペクトル強度を表す機
能データを発生するために、各グループ毎にグループ処
理ないし作動時間だけ動作することによって、選択され
た放射源と実質的に同じ放射源で動作する。

【０００９】都合よいことに各センサーは、グループ処
理ないし作動時間の間には放射線（の作用）で励起され
る電荷の蓄積によって、そしてセンサーのリードアウト
時間特性の間には電荷の引き続くリードアウトによっ
て、動作可能である。別のそのような電荷の蓄積は、別
の電荷のスピルオーバーが、センサーのスピルオーバー
時間特性の後に生じるように、リードアウト時間の間に
生じる。そのような場合には、本方法は、別の動作段階
の前に、選択されたグループにおける選択されたスペク
トル帯に関する付加的な段階を含むべきである。予備デ
ータから、相応するセンサーに関するウエイトタイムが
確立され、その結果各ウエイトタイムに関する選択され
た源からの露光が、スピルオーバーレベルより小さい、
時間積分された前もって決められた放射のレベルに影響
する。グループの選択されたスペクトル帯は、各サブグ
ループ内の各連続するスペクトル帯が、サブグループ内
のすべての先行したスペクトル帯からの累積されたリー
ドアウト時間、この累積されたリードアウト時間はスペ
クトル帯に関するウエイトタイムよりも小さい、を持つ
ように、少なくとも１つのサブグループ内に指示され
る。別の動作の段階は、各サブグループに関して分光計
を動作させ、こうして関連するセンサーをグループ処理
ないし作動時間だけ露光し、そのような露光の間に関連
するセンサーをサブグループ内のスペクトル帯の順序に
従って順次リードアウトすることを継続させることが含
まれる。

【００１０】本発明はまた、そこからの影響するスペク
トル帯に関する放射を受け取ることができるスペクトル
散乱装置と、相応するセンサーに関連する選択されたス
ペクトル帯におけるスペクトル強度を表す時間積分され
た放射を受け取ることができるゾーン分けされた複数の
センサーを持つ検出器と、そして時間積分された放射を
表す検出器からの信号データを受け取ることができるデ
ータステーションと、を有するスペクトル光度計装置を
含んでいる。このデータステーションは、データ取得の
ための、選択されたスペクトル帯のグループ化に関する
プログラム装置を含んでいる。このプログラム装置は、
相応するセンサーに許容されている時間積分された放射
の前もって決められた最大量を蓄積している。この装置
はさらに、すべての選択された帯域に関して時間積分さ
れた放射を表す予備データを発生するように、時間積分
された放射を集約するためにセンサーに関する十分な前
もって決められた初期時間だけスペクトル光度計を初期
的に動作させる装置をも含んでいる。

【００１１】プログラム装置は、予備データから相応す
るセンサーに関して許容される最大露光時間を確立する
ための装置を含んでおり、こうして各最大露光時間は相
応するセンサーに関する、時間積分された放射の最大量
に影響を与える。さらに、プログラム装置はセンサーに
関する最大露光を、少なくとも１つのグループにグルー
プ分け、すなわち各グループは最高の最大露光時間およ
び最低の最大露光時間を含んでおり、ここでは最高の、
最低に対する比は前もって決められているレンジファク
ターに等しいか、またはそれよりも小さい、する装置
と、そして各グループに関して、グループ内の最低の最
大露光時間に等しいか、または普通それよりも小さい、
グループ処理ないし作動時間を確立するための装置と、
を含んでいる。さらにこの装置は、スペクトル光度計
が、関連するスペクトル帯に関するスペクトル強度を表
す機能的データを発生するよう、グループ処理ないし作
動時間に関して各グループに対する別の動作のための装
置を含んでいる。

【００１２】都合の良いことに、この装置においては、
各センサーはグループ処理ないし作動時間の間に放射誘
導された電荷の蓄積によって、そして引き続くセンサー
のリードアウトタイム特性の間の電荷のリードアウトに
よって、動作可能である。別のそのような電荷の蓄積は
リードアウトタイムの間に生じ、別の電荷のスピルオー
バーは、センサーのスピルオーバータイム特性の後に生
じる。プログラム装置は、別の動作の前に、そして選択
されたグループにおける選択されたスペクトル帯のため
の、相応するセンサーのために予備データからウエイト
タイムを確立するための装置を含んでおり、こうして選
択された源からの各ウエイトタイム毎の露光は、スピル
オーバーレベルよりも少ない時間積分された放射の、前
もって決められたレベルに影響を与える。プログラム装
置はさらに、グループの選択されたスペクトル帯を少な
くとも１つのサブグループに整理し、各サブグループ内
の各連続するスペクトル帯が、サブグループ内のすべて
の先行したスペクトル帯からの累積したリードアウトタ
イム、この累積したリードアウトタイムはスペクトル帯
に関するウエイトタイムよりも小さい、を持つようにす
るための装置を含んでいる。別の動作のための装置は、
各サブグループに関する分光計を、関連するセンサーに
グループ処理ないし作動時間だけ同時に露光するよう
に、そしてそのような露光の間にはサブグループ内のス
ペクトル帯の順序に従って順次関連するセンサーを直ち
にリードアウトするように、動作させ、これによって機
能的なデータを発生させるための装置を含んでいる。

【００１３】

【実施例】本発明において使用されるスペクトル光度計
装置１０は、概略的に図１に示されている。大まかに、
４つのコンポーネントが存在しており、それらは放射１
４の源１２、光学分光計１６、分光計からのスペクトル
帯２０の検出器１８、蓄積器２４と処理部２６とを持つ
データステーション２２、およびモニター２８および／
またはプリンターである。放射は、例えば誘導結合され
たプラズマ２７、その中に試験サンプル２９が注入され
る、によって発散されるスペクトル線の形態をしてい
る。逆に、源１２は天文学におけるように、外部的であ
ってもよい。分光計１６および検出器１８は、１または
２次元におけるスペクトル散乱を発生させ、そして検出
する。利用価値の高い実施例においては、この分光計
は、ここで参照として取り込まれている、前に述べた米
国特許第４，８２０，０４８号（バーナード）で説明さ
れているような、スペクトル帯または線の２次元表示を
発生させるためのクロスさせられた散乱素子を有してい
る。（ここで、そして特許請求の範囲で用いられている
ように、術語「帯」はスペクトル帯の狭い形態としての
「線」を含む）検出器１８は、選択されたスペクトル帯
における放射を受け取るように設けられた光電子増倍管
装置のような複数のゾーンセンサーを持つ線形、または
アレー形である。この検出器は、連続的に、または選択
的に、のいずれかで分配された複数の光感応型ゾーンセ
ンサー（複数のピクセル）の２次元アレーを持つ固体チ
ップであることが望ましい。以下の説明が、そのような
望ましい固体装置に適用するようになされるとしても、
本発明は例えば光電子増倍管からの信号を集積するよう
な、他の型の放射センサーにも適用できることは明らか
である。

【００１４】特定の、有益な形態（図２）においては、
検出器１８は、チップの全表面範囲よりも実質的に小さ
く設けられた複数の光感応型ピクセルまたは望ましいこ
ととしては複数のピクセルのサブアレー３０、の２次元
アレーを持つ固体チップである。バーナード特許におい
てさらに説明されているように、ピクセルは選択された
スペクトルに関する選択的な照射場所に設けられいて
る。検出器は、電荷注入素子（ＣＩＤ）または望ましい
ものとして電荷結合素子（ＣＣＤ）のような、一般的に
電荷転送素子としてカテゴリー分けされる型の素子から
使用されることが望ましい。

【００１５】各サブアレー３０は単に１つのピクセルに
よって構成することもできるが、１０から２０のピクセ
ル、例えば１６ピクセル、のような複数のピクセルを含
むことが望ましい。サブアレー上の個々のピクセルのう
ちの３つが、図２において示されているように３２，３
２’，３２ｎとして指示されている。各ピクセルは、約
４対１のアクペクト比、例えば２５と１００マイクロメ
ーター、を持つ長方形の、長くされたスポット形であ
る。各ピクセルは、放射の強度に比例した処理のための
信号を発生するよう、その上に衝突する放射を受け取る
ことができる。

【００１６】全体的には各サブアレー３０は、１つのピ
クセルが、または２つまたは３つの隣接ピクセルが、分
析されるべき相応する原子発散スペクトル線の放射を受
け取るように位置決めされ、そして寸法合わせされる。
同じサブアレー内の他のピクセルは２つの目的で働く。
１つは、前に説明したように、背景に関する補正のため
にスペクトル線に近い背景放射を同時に検出することで
ある。他の目的は、スペクトル線に関する利用できるピ
クセル位置の範囲を提供し、その結果光学的に焦点合わ
せされる線位置の正確な事前決定を不必要とするもので
ある。

【００１７】バーナード特許で説明されているように、
各ピクセルセンサーは放射を受け、それは強度と露光時
間に比例した電荷（一般的には電子）を生じさせる。チ
ップの、中間的な電荷蓄積レジスター（受け穴）であ
る、ゲート回路およびそれに関連する他の回路は、関連
するピクセルの放射露光の時間積分された強度を表すデ
ータを発生するために、各ピクセルからの電荷を選択的
に、または周期的にリードアウトする。「時間積分され
た強度」は、露光処理ないし作動の間に受け取られた総
放射であり；ピクセルによって受け取られた放射の実際
の強度である。この放射は連続的であってもよく、処理
ないし作動時間はチップゲート制御およびリードアウト
によって制御されている。データはデータステーション
のメモリー部２４内に蓄積され、そして次にプロセッサ
ー部２６内で処理されて、スペクトルおよび試験サンプ
ル内の種々の化学物質の量のような関係する情報を提供
する。そのような処理は、ここで説明される本発明の範
囲を除く、どのような一般的な、または望ましい方法に
よってでも実行できる。

【００１８】バーナード特許においてさらに説明されて
いるように、各検出器チップは可視光線および紫外線
（ＵＶ）の両方に関してピクセル配置場所を持つことが
できる。この分光計はスペクトルを２つの領域に分離す
る。２つの検出器チップはそのような計測器に使用され
るが、しかしそれらは同等なものであって、１つは可視
放射に関してのみ、そして他はＵＶに関してのみリード
アウトされる。チップ上のエリア分解能のいくつかのレ
ベルは可能である。例えば、ＵＶの場合には、チップは
電気的にさらに半分に分割された各ピクセルを持つこと
ができ、こうしてサブアレー内の各ピクセルはエリア分
解能を重複させて交互に、効果的にリードアウトされる
ことができる。以下に行われる説明では、分岐動作が普
通の分解能および高分解能に関連して示される。

【００１９】ピクセルセンサーは、時間積分された放射
露光に関する実際的な上方および下方限界を有してい
る。下方または最小動作限度は、標準的には約１電荷カ
ウントである、検出器リードアウトノイズによって決め
られる。ここでは時間積分された放射の飽和限界として
識別される情報限界は、ピクセルのための電荷レジスタ
ーがそこで一杯となる点であり、その点において隣接レ
ジスターまたはピクセルへのスピルオーバーが開始され
る。それは、例えば約６０，０００カウントで発生する
かもしれない。こうして、チップに関する現実のダイナ
ミックレンジは、約６０，０００の係数である。高分解
能モードにおいては、カウント限界は半分であるかもし
れない。本発明の目的は、同時に測定されるスペクトル
線のグループに関する拡張された仮想ダイナミックレン
ジを提供することである。このことは、スペクトル光度
計の動作、スペクトルデータのグループ化、そしてグル
ープに関する選択された処理ないし作動時間、を規定す
ることによって達成される。この動作を実行するため
に、コンピュータープログラムが用いられることが望ま
しい。

【００２０】流れ図によって概観できるような、ここで
説明される段階を実行するためのプログラミング装置
は、一般的なもので、そしてコンピューターを利用した
動作装置の供給者を通して普通に使用できる「Ｃ」のよ
うな一般的なコンピューター装置を用いて容易に達成で
きる。このプログラムは、例えば分光計に結びついてい
るディジタルイクイープメント社のＤＥＣＳＴＡＴＩＯ
Ｎ(TM)３２５Ｃコンピューターによって、コンパイルす
ることができる。

【００２１】図３は全体動作の流れ図である。この図に
おいて、そして引き続く説明において特定の数値は例と
して示されるものであり、制限を与えるものとして解釈
されるべきではない。スタートの前に、時間積分された
放射に関する最大許容露光、これは飽和限界内の最適一
部分にあることが望ましい、が３４で決められる。この
露光は、基本的に、どのピクセルも飽和するリスクのな
い、実際的な最大許容信号対雑音比を与えるべきであ
る。最適一部分に関する適切な選択は、約６０％と９５
％との間であり、飽和限界の約８５％、例えば５０，０
００カウント、であることが望ましい。そのような一部
分は、安全に限界の下側にあっても、可能な限り高くさ
せられる。別の予備段階は、データ取得するために必要
なスペクトル帯および関連するピクセルまたはサブアレ
ーを選択する３６である。

【００２２】初期的シーケンス３７においては、３８で
分光計は例えば２００ｍｓ（ミリ秒）の、最小動作限界
と飽和限界との間の選択された帯域に関して検出器が放
射を集約するために十分な前もって決められた初期的時
間だけ動作させられ、その結果実質的に、選択された帯
域のすべてにわたって時間積分された放射を表す予備デ
ータが発生される。４０で、各ピクセルに関するデータ
は、最大許容露光カウント（例えば５０，０００カウン
ト限度）を越える可能性について試験される。もし越え
るならば、分光計の初期的動作は４２でより短い時間、
例えば１ｍｓ、だけ繰り返される。いずれの場合でも４
９で、最大許容露光は各ピクセルに関して最大カウント
を目標に計算される。ピクセルがサブアレーである場合
には、ピーク強度を持つピクセルを用いて各サブアレー
に関して共通時間が決められる。

【００２３】グループ処理ないし作動時間の組は、４６
で確立され、この組は標準的には約１から４だけを含ん
でおり、そのような時間は、最大時間および以下に説明
するように、ある前に決められたパラメーターを基にし
ている。ピクセル（または、そのサブアレー、またはそ
れに関連した波長）は４８でグループ化され、その結果
各グループは割り当てられたグループ処理ないし作動時
間を持つ。サブグループが必要となってもよい。各グル
ープに関するそれぞれの処理ないし作動の数は、前もっ
て確立されている最小データ集約時間を基に５０で決め
られて、そしてリストにされて、次には関連する時間と
処理ないし作動番号とが５２で、プロセッサーメモリー
に送られる。次に分光計は５４で、グループ処理ないし
作動時間に関して各グループ毎に、選択された帯域の時
間積分された強度を表す機能データを発生するようさら
に動作する。この機能データは、都合よいことに各グル
ープと関連している選択された波長帯に関して同時に得
られ、そして試験サンプルに関する実際の処理ないし作
動データを提供し、次にこのデータは望ましい情報用に
処理される。

【００２４】図４は、初期的シーケンス３７の詳細を示
している。選択されたピクセルサブアレー及び関連する
分解能（低いまたは通常の分解能「ＬＯＲＥＳ」、及び
高い分解能「ＨＩＲＥＳ」）のリストが５５で形成され
る。このリストは５６でＬＯＲＥＳおよびＨＩＲＥＳに
分けられ、ＬＯＲＥＳは最初に５８でソートされる。Ｈ
ＩＲＥＳに関しては、累積されたリードアウト時間がす
べての選択された波長に関して計算され、組毎に８０ｍ
ｓのサブセットの数が６２で決められ、そして６４でさ
らに波長がサブセットにソートされる。分光計は次に動
作し、そして６８で、すべての選択された波長に関する
すべての時間積分された強度データ（ＣＣＤの場合には
処理ないし作動カウント）が２００ｍｓにおいてリード
アウトされる。

【００２５】７０において各ピクセルに関するデータが
最大露光、すなわちＬＯＲＥＳに関して５０，０００カ
ウントおよびＨＩＲＥＳに関して２５，０００カウン
ト、を越えていないかどうかがチェックされる。限界を
超えていなければ、サブアレーデータ（サブアレーにお
ける各ピクセルに関するカウント）が７２においてセー
ブされ、もし越えていれば、そのサブアレーはリードア
ゲインリストに７４で加えられる。すべての選択された
サブアレーに関して試験が７６で繰り返される。リード
アゲインリスト内の各サブアレーは７８で１ｍｓだけ分
光計によって再び処理ないし作動され、そして時間積分
された強度データ（カウント）が８０でセーブされる。
相応するセンサーに関する最大露光時間が確立され、そ
の結果、各そのような時間が相応するセンサーに関する
時間積分された放射の最大許容された量に影響する。各
ピクセルに関する最大露光時間Ｔ_Mは８２で次の等式:Ｔ
_M＝Ｔ_i＊ＭＡ／ＰＤに従って計算されることが望まし
く、ここでＭＡはセンサーに関する時間積分された放射
の最大量（ＭＡはＬＯＲＥＳに関しては５０，０００お
よびＨＩＲＥＳに関しては２５，０００）Ｔ_iは２００
ｍｓまたは１ｍｓの初期的処理ないし作動時間、および
ＰＤはサブアレー内のピープ強度ピクセルに関する予備
カウントデータである。５０，０００または２５，００
０限度を超えた１ｍｓ処理ないし作動におけるカウント
を持つどのようなサブアレーも廃棄されるがしかし、オ
ペレータが知るように８９で表示またはプリントされ
る。

【００２６】次のシーケンス４６に関しては（図５）、
幾つかのパラメータが、永久的に、またはオペレータに
よってその都度、あるいはデフォルト値として、初期的
に８６でセットされる。データ収集時間（ＤＣＴ）は、
各々の処理ないし作動時間と処理ないし作動の回数の積
として、選択された波長のグループに関して確立された
トータル時間である。最小データ収集時間は可能な限り
処理ないし作動時間及び繰り返しを最小とするように短
くされるが、しかし短期間ソースノイズを最小とするに
十分な、そしてそのデータに関して満足できる程度に低
い標準偏差を持つことができる、程度に十分に長くされ
る。最大データ収集時間もまた、信号対雑音比を最大に
する目的をもって処理ないし作動時間及び繰り返しに関
する現実的な上限を基に簡単に決めることができる。例
としては、最小ＤＣＴは１秒のデフォルトを持って１か
ら２００秒となることがあり、そして最大ＤＣＴは１０
秒のデフォルトをもって４から２００秒となることがあ
る。

【００２７】ここで用いられてる、そして特許請求の範
囲で用いられているように、述語「処理ないし作動時
間」は検出器に通過する放射のシャッターの露光を、ま
たはＣＣＤチップまたは類似品の例におけるように、ゲ
ーテングおよびピクセルからの電子的なリードアウトに
よって制御される積分時間に起因するものである。処理
ないし作動時間を確立するためのプログラムを実行する
ために、８８で、許容される処理ないし作動時間の前も
って決められたリストをインストールしておくことは便
利である。それらは適切に２の倍数に近い間隔で１ｍｓ
から５０，０００ｍｓまで、すなわち１ｍｓ，２ｍｓ，
５ｍｓ，１０ｍｓ，２０ｍｓ等５０，０００ｍｓに至る
ように、範囲が定められている。１つの「許容されたリ
スト」は表Ｉ（欄１）に示されており、これはさらに最
大露光時間（欄２）の組の例も示している（「最大リス
ト」）。しかし、プロクラムされた計算のための他の装
置も許容されたリストの代わりに用いることができるこ
とも明らかである。許容されたリストは実際の計算に等
しいか、または名目上はそれよりも少ない、選択される
べき標準化された処理ないし作動時間を提供する。都合
の良いことにここで用いられそして、特許請求の範囲で
用いられているように、述語「名目的に等しい」または
「名目的により少ない」は、基準とされる値の２つの係
数付近にあることを意味している。一般的には計算され
た値は、許容されたリスト内の最も近い時間に切り捨て
られる。

【００２８】グループおよびグループ処理ないし作動時
間は次（図５）に確立されている。各グループは、最高
の最大露光時間及び最低の最大露光時間を持っている。
一般的な要求は、最高の最低に対する比は１００のよう
なレンジファクターよりも小さいことである。

【００２９】最初に、許容されたリストにおける最も近
い時間に切り捨てられた最大リストにおけるオーバーオ
ールの最も低い最大時間として、９０で最小グループ処
理ないし作動時間Ｔ_mimが決められる。表Ｉにおいて
は、最も小さな最大時間は６ｍｓであり、その結果Ｔ
_mimは５ｍｓである。

【００３０】もし必要であれば、少なくとも１つ以上の
グループ処理ないし作動時間が、各処理ないし作動時間
の次に短い処理ないし作動時間に対する比がレンジファ
クターよりも小さくなるように、（以下のように決めら
れる）最大処理ないし作動時間および最小処理ないし作
動時間との間に確立される。しかも、もしＴ_mimが１０
ｍｓのような比較的低い値よりも短いのであれば（９
２）、極めて短い露光時間の、より多くの露光によって
装置がスローダウンすることがないよう、中間範囲の露
光時間Ｔ_midを含むことが望ましい。この流れ図の例に
おいては、もしＴ_m _imが５ｍｓよりも小さければ（９
４）、Ｔ_midは、許容されたリスト内に切り捨てられ
て、１０ｍｓよりも大きな最大リスト内の次により高い
積分時間となる（９６）。もしＴ_mimが（表Ｉにあるよ
うに）５ｍｓに等しい（すなわち少なくない）のであれ
ば（９７）、Ｔ_midは許容されたリスト内であれば切り
捨てられて、２０ｍｓよりも大きな最大リストにおける
次の値となる（９８）。こうして表Ｉにおいては、６２
ｍｓは２０よりも大きな次の値であり、そしてそのため
Ｔ_mid＝５０ｍｓに切り捨てられる。もしＴ_mimが１０ｍ
ｓよりも小さくなければ（１００）、なんのＴ_midもな
い。

【００３１】最大グループ処理ないし作動時間Ｔ
_maxが、サブファクターによって前もって決められたレ
ンジファクターの１０分の１に分割された最大リスト内
でオーバーオール最高の最大露光時間として１０２でセ
ットされ、結果は許容されたリスト内で切り上げまたは
（望ましく）切り捨てられる。レンジファクターは選択
された波長の各グループ内において許容された最大時間
の最大倍数である。１００のレンジファクターは適切で
あり、そしてここで用いられているが、１０００または
１０のような他の値も選択することができる。一部分
「１０分の１」は１００のレンジファクターに関しては
適切であるがしかし、より一般的には、別の一部分が、
例えばレンジファクターの対数関数的な中点を用いるよ
うに選択されることもある。表Ｉにおいては、最も大き
な最大時間は１５，０００であり、１０で割ることによ
って（レンジファクター１００の１０分の１）１５００
が得られ、これは切り捨てられて許容されたＴ_max＝１
０００ｍｓとなる。この値は次に１０４において、許容
された最大データ収集時間（ＭａｘＤＣＴ）よりも小さ
いかどうかが試され、もしそうでなければＴ_maxはＭａ
ｘＤＣＴに等しくセットされる（１０６）。

【００３２】つぎにＴ_maxの、Ｔ_minまたは（もしあれ
ば）Ｔ_midのより大きな方に対する比としのレンジが１
０８で計算される。１１０においてレンジがレンジファ
クターよりも大きいかどうかが試される。もしそうでな
ければ（１１２）、プログラムのこの見地における決定
は１１４において完結する。もしレンジが大きすぎるな
らば、Ｔ_maxとＴ_minまたは（もしあれば）Ｔ_midの大き
な方との間の最大リストにおける中点としてのさらに別
の処理ないし作動時間Ｔ_mid2が１１６でセットされ、許
容されたリスト内で切り捨てられる。（表Ｉの例におい
てはＴ_mid2は存在しない。）現在の環境においてはさら
に別の中央時間が必要とされないとしても、そのような
数値はより小さなレンジファクターを持つような他の場
合において必要となるかもしれない。こうして、実際の
グループ処理ないし作動時間はＴ_max、（もしあれば）
Ｔ_midに、（もしあれば）Ｔ_midおよびＴ_minからなる。

【００３３】もし最大露光時間の最高と最低の比がレン
ジフアクターよりも小さいならば、付加的に単に１つの
グループを設けるための特定の試験が必要となるかもし
れない。この場合には処理ないし作動時間は、許容され
たリスト内で切り捨てられた最も低い最大時間である。

【００３４】グループ分けおよびサブグループ分けが次
に（図６、４８）において実行される。サブアレー、及
び相応する選択された波長は、処理ないし作動時間グル
ープ内に１１８で割り当てられる。Ｔ_maxよりも大きな
最大露光時間を持つすべてのサブアレーはそこに割り当
てられる。（もしあれば）Ｔ_mid2よりも大きな最大露光
時間を持つすべての別のサブアレーは、そこに割り当て
られる。（もしあれば）Ｔ_midよりも大きな最大露光時
間を持つすべてのさらに別のサブアレーは、そこに割り
当てられる。残りのすべてのサブアレーはＴ_minに割り
当てられる。より一般的に言えば、Ｔ_maxへの割り当て
の後に、すべての残りのサブアレーは、各グループに関
するすべての適切な露光時間がグループ処理ないし作動
時間よりも長く、そして次に長いグループ処理ないし作
動時間よりは短くなるように割り当てられる。

【００３５】この段階において実際の処理ないし作動を
行うことは可能である。しかし、可能なサブグループ分
けに関するさらに別の試験が望ましく、特に最も短い時
間グループ（Ｔ_min）に関しては、センサーを放射に連
続的に露光させることによる結果の電荷によってリード
アウトデータの汚れの可能性を考慮することが必要であ
る。処理ないし作動時間の終わりに、各ピクセルはリー
ドアウトされ、有限のリードアウト時間の間に処理が実
行される。そうしている間に連続的に放射に露光するこ
とによってピクセル内に付加的な電荷が収集される。付
加的な電荷の合計がリードアウトデータの汚れを生じさ
せるスピルオーバーがリードアウトレジスター内で発生
するレベルに近づくよりも前に、リードアウト時間が完
了していることが必要である。このため、スピルオーバ
ーが発生する前の時間にリードアウトが完了しているこ
とが要求される。ＬＯＲＥＳモードにおいては、この目
的のためのスピルオーバーレベルは最大露光時間を決め
るために最初に用いられた飽和レベルと同じである。こ
うしてＬＯＲＥＳモードに関するリードアウト完了時間
は、予備データから決められた実効最大露光時間と同じ
であることが望ましいウエイトタイムよりも小さくされ
るべきである。リードアウトがグループ毎に順序的に行
われるので、グループ内の各ピクセルに適用される実際
の要求は、(先行する、及びそのピクセルに含まれるす
べてのリードアウトの）累積されたリードアウト時間が
ピクセルに関する最大露光時間よりも少ないと言うこと
である。

【００３６】ＨＩＲＥＳモードの場合においては、処理
ないし作動時間の終わりに放射収集レジスターと隣接す
る蓄積レジスターとの間のゲートが（電子的に）開かれ
れる。放射レジスターの容量は処理ないし作動の間に用
いられている蓄積レジスターの半分よりも少ないので、
スピルオーバーは通常の飽和時間の半分よりも少ないリ
ードアウトの間に生じることができる。このため、一部
分的な容量ファクターが、比較のための最大露光時間を
適切に減少させるために加えられる。このファクターは
処理ないし作動時間及びリードアウトの間に用いられる
それぞれの蓄積レジスターの容量の比である。ＨＩＲＥ
Ｓを持つチップの現在の例においては、容量ファクター
は０．４である。ＬＯＲＥＳモードに関してはレジスタ
ーが同等であるために、このファクターは１（１）であ
る。便利なことに、このファクターは各ピクセル及び関
連する波長に関する「ウエイトタイム」を確立するため
に最大時間だけ乗算される。累積されたリードアウト時
間は次にウエイトタイムに対して試験される。

【００３７】さらに一般的には、スピルオーバーポイン
トは、例えばデータ処理ないし作動の間に飽和を決める
ために一般に用いられているようなものと同じ方法によ
ってスピルオーバーに関してピクセルを直接的に試験す
ることによるような、どのような適切な手段によっても
１２０で決めることができる。ウエイトタイムは、それ
ぞれの型のピクセルまたはモードに関するスピルオーバ
ーレベルの選択された一部分である前もって決められた
レベル（ＰＬ）によって、すなわち各スピルオーバーレ
ベルをその一部分によって乗算することによって、確立
されることが望ましい。都合の良いことに、この一部分
は、飽和限界から時間積分された放射の最大量を決める
ために用いられた最適の一部分と同じである。ウエイト
タイム（Ｔ_w）の計算が、一般的には前に説明したよう
に実行されるとしても、さらに広く言えば、これは等式
Ｔ_w＝Ｔ_i＊ＰＬ／ＰＤ、で計算されるものであり、ここ
でＴ_iおよびＰＤはＴ_mの計算のために用いられたものと
同様の意味を持つ。

【００３８】５ｍｓの「実際時間」グループに関する、
１つの例が（表Ｉとは異なるデータを持って）表ＩＩに
示されている。欄１はスペクトル線の種類指定を表し、
及び欄２は割り当てられたサブアレー番号を示す。欄３
は高い分解能（ＨＩＲＥＳ）または低い分解能（ＬＯＲ
ＥＳ）モードを表している。欄４はＨＩＲＥＳに関する
より低いスペルオーバーレベルを反映した、各分解能モ
ードに関連した容量ファクターを示している。欄５は選
択されたサブアレーに関して決められた最大時間のリス
トである。

【００３９】欄６はサブアレーに関するリードアウト時
間のリストである。これらのリードアウト時間は、検出
器の関数であり、そして分解能モード及びサブアレー内
のピクセルの数に依存するものである。リードアウト時
間は引き続くリードアウトの累積されたリードアウト時
間（Ｔ_acr）に関して適切である。

【００４０】「ウエイトタイム」（Ｔ_w）（欄７）は、
容量ファクター（欄４）と最大時間（欄５）の乗算の積
として各選択されたサブアレーに関して計算される。
（このプログラムにおいては最大時間が計算されるとき
にそれらの計算が行われるのが一般的である。）インデ
ッックス番号（欄８）は連続的に増加するウエイトタイ
ムに関して割り当てられる。

【００４１】ソートルーチンがウエイトタイム及び累積
されたリードアウトタイムに関して実行され、その結果
後者はウエイトタイムよりも短くなることが確実とされ
る。表ＩＩＩａ−ＩＩＩｃは、表ＩＩからのデータのソ
ーティングを示している。Ｔ_acrがＴ_wよりも小さいかど
うかに関する連続的な試験がインデックス番号の順番に
行われ、もしそうであればサブアレーは試験されたサブ
グループ内に割り当てられる。このことは、インデック
ス１サブアレーは表ＩＩＩａのサブグループ１内に割り
当てられることが許容される。サブグループ１内にイン
デックス１と共に累積された次のインデックス２は３．
２のＴ_acrを持ち、これは２．６のＴ_wai _tよりも大き
い。このため、インデックス２はサブグループ１内に取
り入れられ、そして新しいサブグループ２に割り当てら
れる（表ＩＩＩｂ）。

【００４２】インデックス３はサブグループ１内で試験
され（表ＩＩＩｂ）、そしてまたも失敗し、これはさら
にサブグループ２内でも失敗し、そのために、インデッ
クス３は新しいサブグループ３に割り当てられる（表Ｉ
ＩＩｃ）。各前進するインデックス番号は、受け入れら
れる場所が見いだされるまで同様に試験される。表ＩＩ
Ｉｃグループに分けられたサブアレーデータのすべての
さらに行われた試験の後に、３つのサブグループに最終
的にソーティングされたことを示している。

【００４３】図６はこのフェーズを示す流れ図を含んで
いる。グループ及び相応する波長(または関連するサブ
アレー）に関するリードアウト時間に関する最大露光時
間のリストが１１８でつくられる。１２０では、最大時
間１１８及び前もって決められたセンサー容量ファクタ
ー（１２２）からウエイトタイムが計算される。１２４
でインデックス番号が連続的に増加するウエイトタイム
に割り当てられる。

【００４４】インデックス１（１２６）に関しては、１
２８でそのリードアウト時間が相応するウエイトタイム
よりも小さいかどうかが試験される。もしそうであれ
ば、この波長は１３０で第１サブグループに割り当てら
れ、そして１３２で次のインデックスが１２８で試験さ
れる。連続的なインデックスは、同様に試験され、そし
てもしすべてがパスしたのであればさらに別のサブグル
ープは必要ではない（即ち全くサブグループが存在しな
い）。もし何らかの失敗が１３４であれば、第２サブグ
ループが失敗したインデックスのために１３６で確立さ
れる。さらに別のインデックスが１４０で選択され、そ
して最も短い累積されたリードアウト時間を発生するサ
ブグループ内に１４２で一時的に置かれ、そこにおいて
１２８’で試験され、そしてもしそこでパスするならば
１４６で保たれる。もし何らかの失敗が１４８で生ずる
ならば、第３サブグループが１４９で割り当てられ、そ
してインデックスされた試験が１４６で完了するまで必
要に応じてさらに別のサブグループを用いて、この手順
が１５０で繰り返される。

【００４５】総てのグループ（Ｔ_mid，Ｔ_max，等）が試
験されてもよいが、しかしＴ_minグループだけは累積さ
れたリードアウト時間を越えると予想されるので、この
グループに対する試験は制限される。サブグループは別
個に作動ないし処理されるが、しかし各々はサブグルー
プがそこから得られたグループに関して前もって決めら
れた処理ないし作動時間（現在の例では５ｍｓ）だけ処
理ないし作動される。

【００４６】サブグループ分け手順は説明されたような
基本的なグループ分けを補うために用いられることが望
ましい。しかし、この手順はそれ自体極めて有用であっ
て、例えばこれまでに述べたような詳細なグループ分け
手順がない手動モードにおいて初期的なグループ分けお
よび時間セッティングにおいても利用される。

【００４７】処理ないし作動の数を決めるための段階５
０（図３）はこの点において実行される。これに関する
コンピューターの公式は：処理（実行）の数＝インテガ
ー一部分〔（ＭｉｎＤＣＴ）／（処理（実行）時間）＋
０．９９９９９９〕である。

【００４８】前に説明したように実行されるグループ分
け及び、必要なまたは要求されたサブグループ分けのリ
スト作成５２においては、分光計は再び同様に、または
初期的処理ないし作動に関すると実質的に同じ放射源に
よって同じサンプル２９がプラズマ２７内に再び注入さ
れる（図１）ように再び５４で動作させられる。必要に
従って化学物質の種類の量的測定を提供する、時間積分
された強度を表す機能データを発生するために計算され
たグループ処理ないし作動時間だけの処理ないし作動が
各グループ及びサブグループに関して行われる。そのよ
うなデータは各グループと関連する選択された帯域に関
した同時に得られ、そして各グループ内においては等し
い時間だけ得られる。処理ないし作動は、計算された繰
り返し回数に従って繰り返される。

【００４９】これまでの説明は放射源からの放射に関し
て単独の、固定された入り口スリットを持つ分光計に適
用される。この概念を、例えば半分のスリット幅によっ
て、感知用ピクセル乗の１本の線に関してスペクトル場
所で満たすよう分離された処理ないし作動に関して横向
きに設けられた１本のスリットに用いることもまた実際
的である。例えば２つ、４つまたは他の数のスリット場
所もまた用いられる。そのような場合、前に説明した動
作及び計算はスリット場所の数Ｎ、即ち２，４または他
によって適切な仕方で変更されるであろう。例えば分光
計の初期的な、そして別の動作、及びそれに関連した段
階は、各付加的なスリット場所に関して繰り返されなけ
ればならず、Ｔ_maxはＭａｘＤＣＴ／Ｎに対して試験さ
れ、処理ないし作動の数はＮ倍された処理ないし作動時
間から計算されるべきである。Ｎに対するプログラムに
おけるさらに別の調節は容易に検出されそして取り入れ
ることができる。

【００５０】各グループに関する処理ないし作動は、グ
ループ分け及び処理ないし作動時間計算の利点を得るた
めに同時に実行されることが望ましい。グループが互い
に他から分離的に処理ないし作動するかどうかは、本発
明に付随することであるが、そのような動作は計器及び
そのプログラム可能性の関数である。望ましいグループ
処理ないし作動のより迅速なデータ収集を可能とする。

【００５１】各グループ内の同時のデータ収集は、デー
タの正確な比較が達成できることを確実にする。この処
理はまた適切な信号対雑音比を保持し、そしてピクセル
飽和スピルオーバー及びリードアウト汚染を防ぎなが
ら、検出器に関する仮想ダイナミックレンジを７−８桁
だけ拡大することを可能にする。実質的にとられる唯１
つの妥協は、データの幾つかのグループへの配分であ
り、そして最大回数よりも少ない回数での動作である。
それでも補償より多くの利点が得られる。

【００５２】本発明が特定の実施例を参照しながら詳細
にこれまで説明されてきたとはいえ、本発明の精神及び
添付特許請求の範囲における種々の変化や変形が、当業
技術者にとっては明白である。このため本発明は添付さ
れた特許請求の範囲またはそれらの同等事項によって制
限されるべきことが強調される。

【００５３】

【発明の効果】スペクトル光度計における多重センサー
検出器の実効ダイナミックレンジを拡大するための新し
い方法と装置とを提供できる。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】

【００５８】

【表５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を組み入れた装置の概略図である。

【図２】本発明に使用される、ピクセルのサブアレーを
示すための、検出器の前面の概略図である。

【図３】本発明を実施するための方法と装置の動作全体
の概念を表す流れ図である。

【図４】当該の方法と装置における初期的シーケンスの
詳細を示す流れ図である。

【図５】上記の初期的シーケンスの次のシーケンスの詳
細を示す流れ図である。

【図６】グループ分け及びサブストレートグループ分け
の詳細を示す流れ図である。

【符号の説明】

１０スペクトル光度計装置１２放射源１４放射１６分光計１８検出器２２データステーション２４蓄積器２６処理部２７プラズマ２８モニター２９試験サンプル

フロントページの続き (72)発明者デイヴィッドエイチトレイシーアメリカ合衆国コネチカットノーウォークベルデンヒルロード 581

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相応するセンサーに関連した選択された
スペクトル帯におけるスペクトル強度を表す時間積分さ
れた放射を受け取る複数のゾーン分けされたセンサーを
持つ検出器を含む分光光度計におけるデータ取得のため
のスペクトル帯をグループ化する方法において、各相応するセンサーに関して許容される時間積分された
放射の最大量を前もって決め、選択された帯域の総てに関する時間積分された放射を表
す予備データを発生するよう、時間積分された放射を収
集するためにセンサーに関して十分な前もって決められ
た初期的時間だけ選択された放射源にて分光光度計を初
期的に動作させ、予備データから、相応するセンサーに関して許容される
最大露光時間を決定し、そうして各最大露光時間が相応
するセンサーに関する時間積分された放射の最大量に影
響するようにし、センサーに関する最大露光時間を少なくとも１つのグル
ープにグループ分けし、各グループは最高の最大露光時
間及び最低の最大露光時間を含み、ここにおいて最高の
最低に対する比は前もって決められたレンジファクター
に等しいか、またはそれよりも小さくされ、グループ内の最低の最大露光時間に等しいかまたは普通
はそれよりも小さな、各グループに関するグループ処理
ないし作動時間を決定し、そして関連するスペクトル帯
に関するスペクトル強度を表す機能データを発生するた
めにグループ処理ないし作動時間だけ各グループ上に動
作することによって、実質的に選択された放射源と同じ
放射源にて分光光度計をさらに動作させる各ステップを
含むことを特徴とする方法。
【請求項２】検出器が前面上のゾーン分けされたセン
サーの２次元アレーを含む固体光検出器であるような、
特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】センサーが表面上の照射場所に設けられ
ており、その結果選択されたスペクトル線を受信するこ
とができ、そのセンサーは実質的に表面よりも小さく形
成されているような特許請求の範囲第２項記載の方法。
【請求項４】検出器が電荷結合素子であるような、特
許請求の範囲第３項記載の方法。
【請求項５】確定するための段階が、等式Ｔ_M＝Ｔ_i＊
ＭＡ／ＰＤに従って各相応するセンサーに関する最大露
光時間Ｔ_Mを計算することを含んでおり、ここでＴ_iは初
期的時間であり、ＭＡは相応するセンサーに関する時間
積分された放射の最大量であり、そしてＰＤは相応する
センサーに関する予備データであるような、特許請求の
範囲第１項記載の方法。
【請求項６】センサーがさらに時間積分された放射の
飽和限界を有しており、そして方法がさらに、飽和限界
の最適な一部分を決めることによって時間積分された放
射の最大量を決めることと、そして最適な一部分によっ
て各センサーに関する飽和限界が乗算されることと、を
含み、この最適な一部分は総てのセンサーに関して同じ
である、ような特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項７】初期的時間が、一般的には最小動作限界
と飽和限界との間にあるような時間積分された放射を収
集するためにセンサーにとって十分であるような、特許
請求の範囲第６項記載の方法。
【請求項８】機能データが、各グループに関連してい
るスペクトル帯に関して同時に得られるような、特許請
求の範囲第１項記載の方法。
【請求項９】レンジファクターが１００であるよう
な、特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項１０】総てのグループに関する最大露光時間
が、オーバーオールの最高の露光時間及びオーバーオー
ルの最低の最大露光時間を含んでおり、そして各グルー
プ処理ないし作動時間を決定する段階が、レンジファク
ターの選択された一部分であるようなサブファクターを
計算することと、名目上はサブファクターで除算された
最高の露光時間に等しいような最大グループ処理ないし
作動時間を確立することと、そして最低の露光時間に等
しいかまたは名目上は小さいような最小グループ処理な
いし作動時間を確立することとを含み、そしてグループ
分けの段階が、最大グループ処理ないし作動時間よりも
大きな最大露光時間を持つ総てのそのような帯域をそこ
に割り当てることによって、選択されたスペクトル帯を
グループ処理ないし作動時間に割り当てることと、そし
て残りのそのような帯域を最小グループ処理ないし作動
時間に割り当てることとを含む、ような特許請求の範囲
第１項記載の方法。
【請求項１１】各処理ないし作動時間を確立するため
の段階がさらに、許容されたグループ処理ないし作動時
間の前もって決められたリストをインストールすること
と、最大グループ処理ないし作動時間を名目上はサブフ
ァクターによって除算された最高の露光時間に等しい許
容されたグループ処理ないし作動時間に一致させること
と、そして最小グループ処理ないし作動時間を最低の露
光時間よりも次に小さな許容されたグループ処理ないし
作動時間に一致させることと、を含むような特許請求の
範囲第１０項記載の方法。
【請求項１２】最も小さなそのような時間より上の各
許容されたグループ処理ないし作動時間が、その次に小
さなその時間よりも２つ大きいファクターに近似される
ような、特許請求の範囲第１１項記載の方法。
【請求項１３】レンジファクターが１００であるよう
な、特許請求の範囲第１２項記載の方法。
【請求項１４】各グループ処理ないし作動時間を確立
する段階がさらに、最大グループ処理ないし作動時間と
最小グループ処理ないし作動時間との間に少なくとも１
つのさらに別の処理ないし作動時間を選択することを含
み、それによって各グループ処理ないし作動時間の、次
により短いグループ処理ないし作動時間への各比がレン
ジファクターよりも小さくされ、そしてグループ分けの
段階がさらに、グループに関する総ての最大露光時間が
グループ処理ないし作動時間よりも長く、そして次に大
きなグループ処理ないし作動時間よりも短いように総て
の残りのそのような帯域を割り当てることを含むよう
な、特許請求の範囲第１０項記載の方法。
【請求項１５】各グループ処理ないし作動時間を確立
する段階がさらに、許容されたグループ処理ないし作動
時間の前もって決められたリストをインストールするこ
とと、最大グループ処理ないし作動時間を名目上はサブ
ファクターによって除算された最高の露光時間に等しい
許容されたグループ処理ないし作動時間に一致させるこ
とと、最小グループ処理ないし作動時間を最低の露光時
間よりも次に小さな許容されたグループ処理ないし作動
時間に一致させることと、そして各さらに別のグループ
処理ないし作動時間を別の許容されたグループ処理ない
し作動時間に一致させることとを含むような、特許請求
の範囲第１４項記載の方法。
【請求項１６】各センサーが、グループ処理ないし作
動時間の間に放射誘導された電荷の蓄積によって、およ
びセンサーのスピルオーバーレベル特性に達した後にさ
らに別の電荷のスピルオーバーが発生するようなリード
アウト時間の間に生じるさらに別のそのような別の電荷
の蓄積と共に、センサーのリードアウト時間特性の間の
電荷の引き続くリードアウトによって、動作され、そし
てさらに別の動作の段階の前に、そして選択されたグル
ープにおける選択されたスペクトル帯に関して、この方
法はさらに、予備データから相応するセンサーに関するウエイトタイ
ムを確立し、そのようにして各ウエイトタイム毎の選択
された源からの露光が、スピルオーバーレベルよりも小
さな時間積分された放射の前もって決められたレベルに
影響を与え、各サブグループ内の各連続するスペクトル帯がサブグル
ープ内の総ての先行したスペクトル帯からの累積された
リードアウト時間を持つように、グループの選択された
スペクトル帯を少なくとも１つのサブグループに順序づ
けし、この累積されたリードアウト時間はスペクトル帯
に関するウエイト時間よりも少なく、そして各サブグル
ープに関して分光計を動作させることによって選択され
たグループに関してスペクトル分光計をさらに動作させ
るステップを実施し、そのようにしてグループ処理ない
し作動時間に関して同時に関連したセンサーを露光する
ようにしそして、そのような露光の継続している間に、
サブグループ内のスペクトル帯の順序づけに従って順次
関連したセンサーを直ちにリードアウトするようにし、
これによって関連する機能データを発生させる、ことを
含むような、特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項１７】センサーがさらに時間積分された放射
の飽和限界を有するようにした方法において、さらに、
飽和限界の最適一部分を決めることによって時間積分さ
れた放射の最大量を決めるステップと、そして最適一部
分によって各センサーに関する飽和限界を乗算するステ
ップとを含み、最適一部分は総てのセンサーに関して同
じであり、ここにおいて各センサーに関する前もって決
められたレベルは最適一部分によって乗ぜられたセンサ
ーに関するスピルオーバーレベルに等しくなるようにし
た、特許請求の範囲第１６項記載の方法。
【請求項１８】ウエイトタイムを確立する段階が、等
式Ｔ_w＝Ｔ_i＊ＰＬ／ＰＤに従って各ウエイトタイムＴ_w
を計算することを含み、ここにおいてＴ_iは初期的時間
であり、ＰＬはスピルオーバーレベルよりも小さい相応
するセンサーに関する時間積分された放射の前もって決
められたレベルであり、およびＰＤは相応するセンサー
に関する予備データであるような、特許請求の範囲第１
６項記載の方法。
【請求項１９】相応センサーに関連する選択されたス
ペクトル帯におけるスペクトル強度を表す時間積分され
た放射を受ける、複数のゾーン分けされたセンサーを持
つ検出器を含むスペクトル分光計においてデータ取得の
ためにスペクトル帯をグループ分けする方法、各センサ
ーは処理ないし作動時間の間に放射誘導された電荷を蓄
積することにより、およびセンサーのスピルオーバーレ
ベル特性に達した後にさらに別の電荷のスピルオーバー
が発生するようにリードアウト時間に生じるさらに別の
そのような電荷の蓄積と共に、センサーのリードアウト
時間特性の間に電荷の引き続くリードアウトによって動
作することができ、その方法は、選択された帯域の総てに関して時間積分された放射を表
す予備データを発生させるために時間積分された放射を
収集するのにセンサーにとって十分な前もって決められ
た初期的時間だけ選択された放射源上で初期的にスペク
トル分光計を動作させることと、各ウエイトタイムだけの選択された源からの露光がスピ
ルオーバーレベルよりも小さな、時間積分された放射の
前もって決められたレベルに影響を与えるように、予備
データから相応するセンサーに関するウエイトタイムを
確定することと、各グループ内の各連続するスペクトル帯がグループ内の
総ての先行するスペクトル帯からの累積されたリードア
ウト時間を有するように、選択されたスペクトル帯を少
なくとも１つのグループに順序づけし、累積されたリー
ドアウト時間はスペクトル帯に関するウエイトタイムよ
りも小さくされ、および選択された放射源と実質的に同
じ放射源上でスペクトル分光計をさらに動作させ、その
ようにして選択されたセンサーを、各グループに関して
選択された処理ないし作動時間だけ同時に露光させるよ
うにしそして、そのような露光が継続している間に、グ
ループ内の選択されたスペクトル帯の順序に従って順次
関連するセンサーを直ちにリードアウトし、それによっ
て関連するスペクトル帯に関するスペクトル強度を表す
機能データを発生させる、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】各センサーに関する前もって決められ
たレベルが、スピルオーバーレベルの前もって決められ
た最適な一部分によって乗ぜられたセンサーに関するス
ピルオーバーレベルに等しく、最適な一部分は総てのセ
ンサーに関して同じであるような、特許請求の範囲第１
９項記載の方法。
【請求項２１】ウエイトタイムを確立する段階が、等
式Ｔ_W＝Ｔ_I＊ＰＬ／ＰＤによって各ウエイトタイムＴ_W
を計算することを含み、ここでＴ_Iは初期的時間であ
り、ＰＬはスピルオーバーレベルよりも小さい、相応す
るセンサーに関する時間積分された放射の前もって決め
られたレベルであり、そしてＰＤは相応するセンサーに
関する予備データであるような、特許請求の範囲第１９
項記載の方法。
【請求項２２】検出器が、前面上のゾーン分けされた
センサーの２次元アレーを含む固体光検出器であるよう
な、特許請求の範囲第１９項記載の方法。
【請求項２３】センサーが表面上の照射場所に位置決
めされていて、その結果、選択されたスペクトル線を受
け取ることができ、センサーは実質的に表面よりも少な
く形成されるような、特許請求の範囲第２２項記載の方
法。
【請求項２４】検出器が電荷結合素子であるような、
特許請求の範囲第２３項記載の方法。
【請求項２５】感応するスペクトル帯に関する放射を
受けるためのスペクトル散乱装置と、相応するセンサー
に関連する選択されたスペクトル帯におけるスペクトル
強度を表す時間積分された放射を受け取るゾーン分けさ
れた複数のセンサーを持つ検出器と、時間積分された放
射を表す検出器からの信号データを受け取るデータステ
ーションと、そしてデータ取得のために選択されたスペ
クトル帯をグループ分けするためのデータステーション
内のプログラム装置と、を持つ分光計測装置であって、
プログラム装置は、各相応するセンサーに関する強要さ
れる時間積分された放射の蓄積された前もって決められ
た最大量を含んでいる、分光計測装置において、この装置はさらに、選択された帯域のすべてに関して時
間積分された放射を表す予備データを発生させるため
に、時間積分された放射を収集するためにセンサーにと
って十分な前もって決められた初期的時間だけスペクト
ル光度計を初期的に動作させるための装置を含み、プログラム装置は、各最大露光時間が相応するセンサー
に関する時間積分された放射の最大量に影響するよう相
応するセンサーに関して許容される最大露光時間を予備
データから確立するための装置と、各グループが最高の
最大露光時間および最低の最大露光時間を含み、ここに
おいて最高の最低に対する比は前もって決められたレン
ジファクターに等しいか、またはそれよりも少ないよう
にされるよう、センサーに関する最大露光を少なくとも
１つのグループにグループ分けするための装置と、そし
てグループ内の最低の最大露光時間に等しいかまたは名
目上、少ないように、各グループに関するグループ処理
ないし作動時間を確立するための装置とを含み、この装置はさらに、関連するスペクトル帯に関するスペ
クトル強度を表す機能データを発生するために、グルー
プ処理ないし作動時間に関して各グループ上にスペクト
ル光度計をさらに動作させるための装置を含んでいる、
ことを特徴とする装置。
【請求項２６】検出器が、前面上のゾーン分けされた
センサーの２次元アレーを含む固体光検出器であるよう
な、特許請求の範囲第２５項記載の装置。
【請求項２７】選択されたスペクトル線を受けるよう
に、センサーが表面上の照射場所に位置されており、セ
ンサーは実質的に表面よりも少なく形成されているよう
な特許請求の範囲第２６項記載の装置。
【請求項２８】検出器が電荷結合素子であるような特
許請求の範囲第２７項記載の装置。
【請求項２９】確立するための装置が、等式Ｔ_M＝Ｔ_i
＊ＭＡ／ＰＤに従って各相応するセンサーに関して最大
露光時間Ｔ_Mを計算するための装置を含んでおり、ここ
においてＴ_iは初期的時間であり、ＭＡは相応するセン
サーに関する時間積分された照射の最大量であり、そし
てＰＤは相応するセンサーに関する予備データであるよ
うな、特許請求の範囲第２５項記載の装置。
【請求項３０】機能データが、各グループと関連して
いるスペクトル帯に関して同時に得られるような、特許
請求の範囲第２５項記載の装置。
【請求項３１】すべてのグループに関する最大露光時
間が、オーバーオールの最高露光時間及びオーバーオー
ルの最低最大露光時間とを含み、そして各グループ処理
ないし作動時間を確立するための装置がレンジファクタ
ーの選択された一部分としてのサブファクターを計算す
るための装置と、サブファクターによって除算された最
高の露光時間に名目上は等しいような最大グループ処理
ないし作動時間を確立するための装置と、そして最低の
露光時間に等しいかまたは名目上それよりも少ないよう
な最小グループ処理ないし作動時間を確立するための装
置とを含み、そしてグループ分けするための装置が、最
大グループ処理ないし作動時間よりも大きな最大露光時
間を持つようなすべての帯域をこれに割り当てることに
より、そして残りのそのような帯域を最小グループ処理
ないし作動時間に割り当てることによって、選択された
スペクトル帯をグループ処理ないし作動時間に割り当て
るための装置を含むような、特許請求の範囲第２５項記
載の装置。
【請求項３２】各グループ処理ないし作動時間を確立
するための装置がさらに、許容されるグループ処理ない
し作動時間の前もって決められたリストをインストール
するための装置と、最大グループ処理ないし作動時間を
サブファクターによって除算された最高の露光時間に名
目上は等しい許容されたグループ処理ないし作動時間に
一致させるための装置と、そして最小グループ処理ない
し作動時間を最低露光時間の次に小さな許容されたグル
ープ処理ないし作動時間に一致させるための装置とを含
んでいるような、特許請求の範囲第３１項記載の装置。
【請求項３３】最も小さなそのような時間より上の各
許容されたグループ処理ないし作動時間が、その次に小
さなそのような時間よりも２つ大きなファクターに近似
されるような、特許請求の範囲第３１項記載の装置。
【請求項３４】各グループ処理ないし作動時間を確立
するための装置がさらに、各グループ処理ないし作動時
間の、次に短いグループ処理ないし作動時間に対する各
比がレンジファクターよりも小さくなるように、少なく
とも１つのさらに別のグループ処理ないし作動時間を最
大グループ処理ないし作動時間及び最小グループ処理な
いし作動時間との間から選択するための装置を含み、そ
してグループ分けのための装置がさらに、グループに関
するすべての最大露光時間がグループ処理ないし作動時
間よりも長くそして次に大きなグループ処理ないし作動
時間よりも短くなるようにすべての残りのそのような帯
域を割り当てるための装置を含んでいるような、特許請
求の範囲第３１項記載の装置。
【請求項３５】各グループ処理ないし作動時間を確立
するための装置がさらに、許容されたグループ処理ない
し作動時間の前もって決められたリストをインストール
するための装置と、最大グループ処理ないし作動時間を
サブファクターによって除算された最高の露光時間に名
目上は等しい許容されたグループ処理ないし作動時間に
一致させるための装置と、最小グループ処理ないし作動
時間を最低の露光時間よりも次に小さい許容されたグル
ープ処理ないし作動時間に一致させるための装置と、そ
して各さらに別のグループ処理ないし作動時間を別の許
容されたグループ処理ないし作動時間に一致させるため
の装置とを、含むような、特許請求の範囲第３４項記載
の装置。
【請求項３６】各センサーは、グループ処理ないし作
動時間の間の放射誘導（放射線の作用により励起誘起）
された電荷を蓄積することによって、及びセンサーのス
ピルオーバー時間特性が達せられた後にさらに別のスピ
ルオーバーが生じるようにリードアウト時間の間に生じ
るさらに別のそのような電荷の蓄積と共に、センサーの
リードアウト時間特性の間の引き続く電荷のリードアウ
トによって、動作可能であり、ここにおいてプログラム
装置がさらに、別の動作に先立って、そして選択された
グループ内の選択されたスペクトル帯に関して、各ウエイトタイム毎に選択された源からの露光が、スピ
ルオーバーレベルよりも小さな、時間積分された放射の
前もって決められたレベルに影響するように、予備デー
タから、相応するセンサーに関するウエイトタイムを確
立するための装置と、そして各サブグループ内の各連続
するスペクトル帯が、サブグループ内のすべての先行し
たスペクトル帯からの累積されたリードアウトタイムを
持つように、グループの選択されたスペクトル帯を少な
くとも１つのサブグループに順序づけするための装置
と、を含み、累積されたリードアウト時間はスペクトル
帯に関するウエイトタイムよりも少ない、そしてさらに
別の動作のための装置は、グループ処理ないし作動時間
に関して関連するセンサーを同時に露光するように、そ
してそのような露光が継続されている間に、サブグルー
プにおけるスペクトル帯の順序に従って順次関連するセ
ンサーを直ちにリードアウトするよう、各サブグループ
に関して分光計を動作させるための装置を含んでいるよ
うな、特許請求の範囲第２５項記載の装置。
【請求項３７】センサーがさらに、時間積分された放
射の飽和限界を有しており、そしてプログラム装置がさ
らに、飽和限界の最適一部分を決めることによって時間
積分された放射の最大量を決めるための装置と、そして
最適な一部分によって各センサーに関する飽和限界を乗
算するための装置とを含み、各センサーに関する前もっ
て決められたレベルが、最適な一部分によって乗算され
たセンサーに関するスピルオーバーレベルに等しくなる
ように、すべてのセンサーに関して最適な一部分が同じ
であるような、特許請求の範囲第３６項記載の装置。
【請求項３８】ウエイトタイムを確立するための装置
が、等式Ｔ_w＝Ｔ_i＊ＰＬ／ＰＤに従って各ウエイトタイ
ムＴ_wを計算するための装置を含んでおり、ここにおい
てＴ_iは初期的な時間であり、ＰＬはスピルオーバーレ
ベルよりも小さい相応するセンサーに関する時間積分さ
れた放射の前もって決められたレベルであり、そしてＰ
Ｄは相応するセンサーに関する予備データであるよう
な、特許請求の範囲第３６項記載の装置。
【請求項３９】そこからのスペクトル帯に影響するよ
う放射を受けるスペクトル散乱装置と、相応するセンサ
ーと関連する選択されたスペクトル帯におけるスペクト
ル強度を表す時間積分された放射を受けるゾーン分けさ
れた複数のセンサーを持つ検出器と、時間積分された放
射をあらわす、検出器からの信号データを受けるデータ
ステーションと、そしてデータ取得のために選択された
スペクトル帯をグループ分けするためのデータステーシ
ョン内のプログラム装置と、を含む分光学的装置におい
て、各センサーは、グループ処理ないし作動時間の間の
放射誘導された電荷の蓄積によって、そしてセンサーの
スピルオーバー特性の後に別の電荷のスピルオーバーが
生じるように、リードアウト時間の間に生じるさらにそ
のような電荷の蓄積と共に、センサーのリードアウト時
間特性の間に電荷の引き続くリードアウトによって動作
し、ここにおいて装置がさらに、選択された帯域のすべ
てに関する時間積分された放射を表す予備データを発生
するよう時間積分された放射を収集することがセンサー
にとって十分な前もって決められた初期的時間だけスペ
クトル分光計を初期的に動作させるための装置を含み、プログラム装置は、各ウエイト時間毎の、選択された源
からの露光が、スピルオーバーレベルよりも小さな時間
積分された放射の前もって決められたレベルに影響を与
えるように、予備データから相応するセンサーに関する
ウエイト時間を確立するための装置と、そして各グルー
プ内の各連続するスペクトル帯がグループ内のすべての
先行するスペクトル帯からの累積されたリードアウト時
間を持つように、選択されたスペクトル帯を少なくとも
１つのグループに順序づけするための装置とを含み、累
積されたリードアウト時間はスペクトル帯に関するウエ
イトタイムよりも小さくそして装置がさらに、各グルー
プに関して選択された処理ないし作動時間だけ選択され
たセンサーを同時に露光するよう、そしてそのような露
光が継続している間、グループ内のスペクトル帯の順序
に従って順次関連しているセンサーを直ちにリードアウ
トするように、各グループに関して選択された処理ない
し作動時間だけ分光計を動作させるための装置を含み、
これによって関連するスペクトル帯に関するスペクトル
強度を表す機能データを発生させる、ことを特徴とする
装置。
【請求項４０】各センサーに関する前もって決められ
たレベルがスピルオーバーレベルの前もって決められた
最適な一部分によって乗ぜられたセンサーに関するスピ
ルオーバーレベルと等しく、最適な一部分はすべてのセ
ンサーに関して同じであるような、特許請求の範囲第３
９項記載の装置。
【請求項４１】ウエイトタイムを確立するための装置
が、等式Ｔ_w＝Ｔ_i＊ＰＬ／ＰＤに従って各ウエイトタイ
ムＴ_wを計算するための装置を含んでおり、ここでＴ_iは
初期的時間であり、ＰＬはスピルオーバーレベルよりも
小さな相応するセンサーに関する時間積分された放射の
前もって決められたレベルであり、そしてＰＤは相応す
るセンサーに関する予備データであるような、特許請求
の範囲第３９項記載の装置。
【請求項４２】検出器が前面上のゾーン分けされたセ
ンサーの二次元アレーを含んでいる固体光検出器である
ような、特許請求の範囲第３９項記載の装置。
【請求項４３】センサーが、選択されたスペクトル線
を受けるように、表面上の照射場所に位置決めされ、セ
ンサーは実質的に表面よりも小さく形成されているよう
な、特許請求の範囲第４２項記載の装置。
【請求項４４】検出器が電荷結合素子であるような、
特許請求の範囲第４３項記載の装置。