分光計測装置
【課題】 最適な加算数を短時間に求め、高精度の計測を短時間で行うことが可能な分光計測装置を提供する。
【解決手段】 光源12と、光源からの光を分光しサンプル14に照射する分光手段13と、複数個の受光画素からなり、サンプルを経た分光光を受光してその光強度に応じた信号を出力するＣＣＤイメージセンサ21と、ＣＣＤイメージセンサから出力される連続するＳ個の受光画素に対応する各出力を加算して出力するフローティングディフュージョンアンプ34と、計測に用いる波長に係る計測用分光光のエネルギーＥ(x) ，受光画素の感度をＡ(x) ，分光手段による減衰率をｍ(x) ，及びサンプルによる減衰率は仮の値ｎ(x) として、各パラメータＥ(x) ，Ａ(x) ，ｍ(x) ，ｎ(x) 及びＳの積がフローティングディフュージョンアンプの出力値に対して予め設定された値となるようにパラメータＳを設定する制御回路22とを有して分光計測装置を構成する。
【解決手段】 光源12と、光源からの光を分光しサンプル14に照射する分光手段13と、複数個の受光画素からなり、サンプルを経た分光光を受光してその光強度に応じた信号を出力するＣＣＤイメージセンサ21と、ＣＣＤイメージセンサから出力される連続するＳ個の受光画素に対応する各出力を加算して出力するフローティングディフュージョンアンプ34と、計測に用いる波長に係る計測用分光光のエネルギーＥ(x) ，受光画素の感度をＡ(x) ，分光手段による減衰率をｍ(x) ，及びサンプルによる減衰率は仮の値ｎ(x) として、各パラメータＥ(x) ，Ａ(x) ，ｍ(x) ，ｎ(x) 及びＳの積がフローティングディフュージョンアンプの出力値に対して予め設定された値となるようにパラメータＳを設定する制御回路22とを有して分光計測装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は分光計測装置に関し、特に高精度の計測を短時間で行うことの可能な分光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプルの光の反射率あるいは透過率を計測する分光計測装置の例が、特開２０００−６５６４３号公報に開示されている。図12に該公報開示の分光計測装置の基本構成を示す。このサンプルの光の反射率あるいは透過率を計測する分光計測装置は、光源112 と、該光源112 が照射する光を波長毎に空間的に分散させる分光手段113 と、分光した各波長の光が測定対象の物質（サンプル114 ）を反射もしくは透過した光を受光すべく配置された光検出手段111 とで構成されている。
【０００３】
図13は、光検出手段111 の構成を、図14は、光検出手段を構成するＣＣＤイメージセンサ121 の駆動タイミングを、図15は、ＣＣＤイメージセンサ121 に照射する光のエネルギーを示す。図12に示すように、上記公報に開示されている分光計測装置は、上記のように、光源112 ，分光手段113 ，分光手段113 で得られる光がサンプル114 を透過した成分を検出する光検出手段111 で構成されている。光源112 は、図面上の奥行き方向が長いライン形状である。分光手段113 は、図面上の左右方向に波長の異なる光が分散するように配置されている。
【０００４】
図13に示すように、光検出手段111 は制御回路122 とＣＣＤイメージセンサ121 で構成され、ＣＣＤイメージセンサ121 では垂直転送路133-ｖが図12の図面の奥行き方向に一致するよう配置される。このように配置すると、ＣＣＤイメージセンサ121 の垂直方向に並ぶ複数の画素131 には同一の波長の光が入射する。
【０００５】
図14に示すタイミングチャートには、制御回路122 で生成する信号φＶとφＨを示してあり、φＶは垂直転送路133-ｖの、φＨは水平転送路133-ｈの制御信号である。画素131 での電荷の蓄積は、図示されていないタイミングから始まり、φＶが高い電圧ＸＳＧと成った時点で終了し、このとき、画素131 に蓄積された電荷が、トランスファーゲート132 を介して垂直転送路133-ｖに移される。この後に、垂直転送路133-ｖに移された電荷は、φＶを低い電圧に設定する回数に相当する数だけ、垂直転送路133-ｖの上を水平転送路133-ｈまで移される。
【０００６】
図14に示すタイミングチャートでは、転送数をステップ１では１回、ステップ２では３回、ステップ３では10回と切り替えており、それぞれの設定により水平転送路133-ｈに１画素、３画素、10画素分の電荷が転送される。垂直転送路133-ｖの電荷を移す間、水平転送路133-ｈは止めてあり、水平転送路133-ｈに垂直転送路133-ｖを動かした回数分の電荷が加算され、保持される。この後、φＨを駆動することで、水平転送路133-ｈに保持された電荷がフローティングディフュージョンアンプ134 まで移され、ここで電圧に変換される。なお、図13において、135 はオーバーフロー制御ゲート、136 はオーバーフロードレインである。
【０００７】
図15は、サンプル114 を透過した光のエネルギーを示している。波長が短いＡはエネルギーが大きく、Ｂ，Ｃはこれに比べエネルギーが小さい。
【特許文献１】特開２０００−６５６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記公報開示の従来技術には、画素信号の最適な加算数を如何にして短時間に求め、高精度の計測を行うかについては、何ら考慮がなされていない。本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、最適な加算数を短時間に求め、高精度の計測を短時間で行うことが可能な分光計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、光源と、前記光源からの光を分光し、計測対象物たるサンプルに照射する分光手段と、複数個の受光画素からなり、前記サンプルを経た分光光を受光してその光強度に応じた信号を出力するＣＣＤイメージセンサと、前記ＣＣＤイメージセンサから出力される連続するＳ個の前記受光画素に対応する各出力を加算して出力する加算回路と、計測に用いる波長に係る計測用分光光のエネルギーをＥ(x) ，前記計測用分光光に対する前記受光画素の感度をＡ(x) ，及び前記計測用分光光に対する前記分光手段による減衰率をｍ(x) とし、且つ、前記計測用分光光に対する前記サンプルによる減衰率は仮の値ｎ(x) として、前記各パラメータＥ(x) ，Ａ(x) ，ｍ(x) ，ｎ(x) 及びＳの積が、前記加算回路の出力値に対して予め設定された値となるように前記パラメータＳを設定する制御回路とを有して分光計測装置を構成するものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る分光計測装置において、前記制御回路は、前記パラメータｎ(x) を減衰率が採り得る最小値として、及び前記加算回路の出力値に対して予め設定された値を前記加算回路の飽和出力値として、前記パラメータＳを設定することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る分光計測装置において、前記制御回路は、前記パラメータｎ(x) を減衰率が採り得る平均値として、及び前記加算回路の出力値に対して予め設定された値を前記加算回路の平均出力値として、前記パラメータＳを設定することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る分光計測装置において、前記ＣＣＤイメージセンサは、前記受光画素単位で信号を順次転送する転送路と、前記受光画素からの出力を転送路に転送するトランスファーゲートとを備え、前記加算回路は、前記転送路からの出力が入力されるフローティングディフュージョンアンプよりなり、ここで、前記制御回路は、前記パラメータＳに応じたタイミングにて前記フローティングディフュージョンアンプにリセット信号を印加することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１に係る分光計測装置において、前記ＣＣＤイメージセンサは、前記受光画素単位で信号を順次転送する転送路と、前記受光画素からの出力を転送路に転送するトランスファーゲートとを備え、前記加算回路は、前記転送路からの出力が入力されるフローティングディフュージョンアンプよりなり、ここで、前記制御回路は、前記分光手段と、前記サンプル及び前記ＣＣＤイメージセンサとの位置関係に応じて、前記フローティングディフュージョンアンプに印加するリセット信号のタイミングを変更することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、加算数に係るパラメータＳ（出力信号が連続出力される受光画素数）が、サンプルの減衰率が仮の値ｎ(x) を採ったときに加算回路の出力値に対して予め設定された値となるように決定されるので、最適な加算数（パラメータ）Ｓが短時間に求められ、高精度の計測を短時間で行うことが可能となる。また請求項２に係る発明によれば、加算回路からの出力を飽和させることなくパラメータＳを得ることができ、より高精度の計測を行うことが可能となる。また請求項３に係る発明によれば、平均出力値を中心とした加算回路による実測定値が出力されるので、出力値の飽和やノイズによる検出不能が抑えられ、より高精度の計測を行うことが可能となる。また請求項４に係る発明によれば、アナログ空間上で、前記転送路からの出力の加算が可能となる。また請求項５に係る発明によれば、分光手段と、サンプル及びＣＣＤイメージセンサとの間に位置ずれがあっても、その位置ずれに応じてフローティングディフュージョンアンプに印加するリセット信号のタイミングを変更し得るので、より高精度の計測を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
まず、本発明に係る分光計測装置の実施例１について図１〜図８を用いて説明する。図１は、実施例１に係る分光計測装置の基本構成を示している。この実施例に係る分光計測装置は、光源12と分光手段13と光検出手段11とで構成されており、そして分光手段13と光検出手段11の間に置くサンプル14を透過する光の透過率ｎから、サンプル14の組成、状態などを調べる分光計測を行うようになっている。以下の説明では、波長毎の各値を（ｘ）（ｘ＝１，２，３）を付して表現する。ｘは入射光の波長を示す番号で、ここでは波長が最も短い光を１，それより波長が長い光を２，一番波長の長い光を３で表現している。
【００１７】
光検出手段11はＣＣＤイメージセンサ21と制御回路22とで構成されている。光源12，例えばハロゲンランプで発生した式（１）に示す光は、分光手段13に照射される。
Ｅ＝∫Ｅ(x) （ｘ＝１，２，３） ・・・・・・・・・・・・（１）
【００１８】
分光手段13は、図面で左から右の方向に短波長〜長波長と並ぶ複数の光Ｋ0 (x) 〔Ｋ0 (1) ，Ｋ0 (2) ，Ｋ0 (3) 〕を生成する。分光手段13の出力、Ｋ0 (1) 〜Ｋ0 (3) は計測するサンプル14に照射され、計測するサンプル14を透過した光が光検出手段11を構成するＣＣＤイメージセンサ21に照射される。ＣＣＤイメージセンサ21は、複数の画素31，トランスファーゲート32，転送路33，フローティングディフュージョンアンプ34で構成されている。各画素31に付記した番号Ｎ＝１，２，３，・・・は、動作を説明する際に使う各画素の番号である。
【００１９】
分光手段13の出力、Ｋ0 (1) 〜Ｋ0 (3) は、式（１）に示した光源12の出力との間に式（２）に示す関係があるものとする。分光手段13の透過率に相当するｍ(x) は、１以下の定数で既知の値である。
Ｋ0 (x) ＝ｍ(x) ×Ｅ(x) （ｘ＝１，２，３） ・・・・・・（２）
また、分光手段13の出力Ｋ0 (1) 〜Ｋ0 (3) と、サンプル14の光の透過率ｎ(x) と、サンプル14を透過した光Ｋ1(1)〜Ｋ1 (3) の間には、式（３）に示す関係がある。
Ｋ1 (x) ＝ｎ(x) ×Ｋ0 (x) （ｘ＝１，２，３） ・・・・・（３）
【００２０】
図１で、光検出手段11を構成する制御回路22は、３つの端子、ＲＳＴ，ＴＧ，φを有する。ＣＣＤイメージセンサ21は制御回路22に接続される３つの端子、ＲＳＴ，ＴＧ，φと、出力端子Ｖout を有する。制御回路22で生成するＲＳＴ端子に加える信号は、ＣＣＤイメージセンサ21のフローティングディフュージョンアンプ34をリセットする信号であり、同様にＴＧ端子に加える信号は電荷を各画素31から転送路33に移すトランスファーゲート32を制御する信号であり、φ端子に加える信号は転送路33を制御する信号である。
【００２１】
各画素31で発生する電荷を蓄積し転送する動作を、図２〜図５を用いて説明する。図２は、フローティングディフュージョンアンプ34の構成を示している。図３は、トランスファーゲート32の構成を示している。図４は、トランスファーゲート32の制御タイミングチャートを示している。図５は、転送路33の構成並びに制御タイミングチャートを示している。
【００２２】
図２に示すフローティングディフュージョンアンプ34は、半導体のＰＮ接合に逆バイアスを印加した状態で実現される容量51と、リセットＳＷ52と、ソースフォロワ回路53とで構成されている。容量51の一端とリセットＳＷ52の一端とソースフォロワ回路53の入力端との接続点は、転送路33の末端に接続されている。リセットＳＷ52はＭＯＳトランジスタで構成され、先に説明した共通接続端子ではない他方の端子は電源電圧に接続され、ゲートにはＲＳＴ端子が接続されている。ソースフォロワ回路53の出力端子は、Ｖout 端子に接続されている。ＲＳＴ端子をＨレベルにしたとき、転送路33の末端に接続された容量51に電源電圧が供給される。
【００２３】
この後、ＲＳＴ端子をＬレベルにすると、容量51にはセットＳＷ52を構成するＭＯＳトランジスタの寄生容量で決まる電荷が加えられる。この後に転送路33がφ端子に加えられる信号で駆動されると、転送路33で運ばれる電荷が容量51に送られ、電圧に変換される。ＲＳＴ端子→φ端子→ＲＳＴ端子のように、ＲＳＴ端子をＨにする間に、１回φ端子を駆動すると、出力端子Ｖout には転送路33の一つにある電荷を示す電圧が現れる。同様にして、ＲＳＴ端子→φ端子（１回目）→φ端子（２回目）・・・φ端子（Ｓum回目）・・・→ＲＳＴ端子のように、ＲＳＴ端子をＨにする間に、Ｓum回φ端子を駆動すると、出力端子Ｖout には転送路33のＳumヶ分の電荷の和を示す電圧が現れる。
【００２４】
次に、図３と図４を用いてトランスファーゲート32の働きについて説明する。トランスファーゲート32は、複数の画素31と転送路33の間に配置され、ＴＧ端子に加えられる電圧で決まるポテンシャルにより、電荷を各画素31から転送路33に移す働きをする。図３の（Ａ）は、ＴＧ端子をＬレベルにしたときのトランスファーゲート32のポテンシャルを、図３の（Ｂ）は、ＴＧ端子をＨレベルにしたときのトランスファーゲート32のポテンシャルを示す。図４に示すタイミングチャートは、ＴＧ端子に加える電圧の制御により、画素31で一定期間、光電荷を蓄積する動作を説明している。図４において、上段からＴＧ端子の電圧、ＲＳＴ端子の電圧、φ端子の電圧、Ｖout 端子の電圧を並べて示している。画素31で一定期間、電荷を蓄積する動作と、画素31の信号を読み出す動作は並行して行われるが、ｙ番目の電荷を蓄積する動作の間には、（ｙ-1）番目に蓄積した電荷の読み出し動作を行っている。図４において、ＲＳＴ端子とφ端子に加える信号についてグレーで示した期間は任意である。この部分の動作は後で説明する。図３の（Ｂ）に示すように、ＴＧ端子にＨレベルを加えると、各画素31と転送路33に間のポテンシャルが下がり、各画素31にある電荷は転送路33に移る。この動作で画素31の電荷がなくなり、次にＴＧ端子にＨレベルが加わるまでの間、画素31に照射された光で生じた電荷がここにたまる。次にＴＧ端子にＨレベルが加わる際に、先に画素31にたまった電荷が転送路33に移る。
【００２５】
最後に図５を用いて転送路33の構成並びに動作タイミングを説明する。なお、ここで説明する転送路33は、二層パルス駆動と呼ぶ方式に対応する構成のもので、図１〜図５でφで表現している駆動信号を、互い逆層の二つの信号φ１とφ２で示している。図５の（Ａ）に示すように、転送路33は、Ｎ型半導体基板81上のＰ型半導体層82と、この中に一定間隔をあけて配置さるＮ型半導体層83と、Ｎ型半導体83の上面に置かれた第１の電極84と、Ｐ型半導体層82の上面に置かれた第２の電極85とで構成されている。図５の（Ａ）上に最小ユニットとして示したＮ型半導体83の上面に置かれた第１の電極84と、Ｐ型半導体層82の上面に置かれた第２の電極85が一つのペアーとなり、ここに信号φ１を加える場合、隣に位置する最小ユニットには信号φ２を加える。このように信号φ１とφ２を交互に加えるように第１の電極84と第２の電極85を接続する。この状態で、図５の（Ｃ）に示すように、互いに逆位相の信号φ１，φ２を加えると、時間ｔ＝１，時間ｔ＝２及び時間ｔ＝３のタイミングでのポテンシャルが図５の（Ｂ）に示すようになり、電荷は右から左へ転送される。なお、図３に示したトランスファーゲート32は図５に示した転送路33の紙面の手前か背後に配置され、更にそのトランスファーゲート32の手前か背後に画素31が配置される。
【００２６】
次に、図６に示すタイミングチャートについて説明する。図６において上から順番に、複数画素の配置の模式図、ＲＳＴ端子の信号、φ端子の信号、出力端子の出力信号Ｖout 〔Ｓum(x) で示す電荷の加算数〕を並べて示している。画素配置の模式図は、図１に示した複数の画素31と１対１に対応する。図６では、画素31で蓄積した電荷を、トランスファーゲート32を介して転送路33に移した後の動作を説明している。画素31で電荷を蓄積する動作は、図２〜図５を用いて説明済みである。入射光Ｅ(x) （ｘ＝１）の読み出しでは、フローティングディフュージョンアンプ34をＲＳＴ端子への入力信号でリセットする間に信号φが５回立ち上がり、入射光Ｅ(x) （ｘ＝２）の読み出しでは、フローティングディフュージョンアンプ34をリセットする間に信号φが３回立ち上がり、入射光Ｅ(x) （ｘ＝３）の読み出しでは、フローティングディフュージョンアンプ34をリセットする間に信号φが５回立ち上がる態様を示している。図２を用いて説明したように、フローティングディフュージョンアンプ34をリセットする間に信号φが立ち上る回数は、フローティングディフュージョンアンプ34で転送路33から受けた電荷を加算する数、Ｓum(x) に相当する。
【００２７】
出力信号Ｖout(x)は、電荷加算数Ｓum(x) に従った画素部の出力であり、式（４）で表される。
Ｖout(x)＝Ａ(x) ×Ｋ1 (x) ×Ｓum(x）
＝Ａ(x) ×ｍ(x) ×ｎ(x) ×Ｅ(x) ×Ｓum(x） （ｘ＝１，２，３）
・・・・・・・・・・（４）
Ａ(x) ：画素31の感度
Ｅ(x) ：光源12のエネルギー
ｍ(x) ：既知の分光手段の光の透過率
ｎ(x) ：計測するサンプル14の光の透過率
Ｓum(x) ：電荷の加算数
表１に式（４）を構成する各値の例を示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
表１の条件は、サンプル14の光の透過率ｎ(x) を求めるのに、この値の最大値、ｎmax(x)が検出された場合に、式（５）が成り立つように各値を決めている。
Ｖsat ＝Ａ(x) ×ｍ(x) ×ｎmax(x)×Ｅ(x) ×Ｓum(x） （ｘ＝１，２，３）
・・・・・・・・・・（５）
式５は、電荷の加算数Ｓum(x) を、分光手段12の透過率ｍ(x) と、画素31の感度Ａ(x) と、光のエネルギーＥ(x) とから決めると、全ての波長（ｘ＝１，２，３）で、出力Ｖout が飽和レベルＶsat となることを示している。実際には、ｎ(x) ＝０〜１の測定を行うので、全波長の出力Ｖout （ｘ＝１，２，３）は飽和レベルＶsat 以下となり、出力Ｖout が飽和レベルＶsat を越えるために再測定する問題は起きない。表１で示した、分光手段12の光の透過率ｍ(x) と、画素31の感度Ａ(x) と、光のエネルギーＥ(x) の値は、説明のためのものであり、実際には、光学フィルター、画素、光源の組成、構成、実現手段で、それらの値は決まる。画素と光源については、次に具体例で説明する。
【００３０】
図７に光源の色温度毎の波長単位のエネルギーＥ(x) の一例を示す。これは、ウシオ電機のＨＰで公開されている情報を転記したものである。図８に画素の分光感度Ａ(x) の一例を示す。これは、日本理工出版社刊、映像情報メディア学会編、「固体撮像素子の基礎」（ｐ133 ，図５−１）に示されたシリコンフォトダイオードの分光感度を転記したものである。なお、図８において、縦軸は分光感度Ｒ(mA/W)，ＬD は空乏層幅、各曲線は少数キャリアの拡散長Ｌn を示している。なお上記の説明においては、減衰率を透過率に対応させて、光の透過率ｍ(x) 及びｎ(x) として説明したが、減衰率を反射率に対応させて、反射率として説明してもよい。以下の実施例でも同様である。
【００３１】
（実施例２）
次に、図９を用いて本発明に係る実施例２について説明する。実施例１に関して、図１に示した分光計測装置の基本構成、並びに図２〜図５及び図７，図８に示した技術内容については、実施例２においても同様であり、その説明を省略する。図９に示すタイミングチャートは図６に示したタイミングチャートと同じように、上から順番に複数画素の配置の模式図、ＲＳＴ端子の信号、φ端子の信号、出力端子の出力信号Ｖout 〔Ｓum(x) で示す電荷の加算数〕を並べて示している。図９に示す本実施例のタイミングチャートと図６に示す実施例１のタイミングチャートとはＲＳＴ端子とφ端子の信号で決まる加算数Ｓum(x) が異なる。本実施例は表２に示す各値で設定した際の動作に相当する。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２の条件は、サンプル14の光の透過率ｎ(x) を求めるのに、この値の平均値、ｎave(x)が検出された場合に、式（６）が成り立つように各値を決めている。
Ｖave ＝Ａ(x) ×ｍ(x) ×ｎave(x)×Ｅ(x) ×Ｓum(x） （ｘ＝１，２，３）
・・・・・・・・・・（６）
式（６）は、電荷の加算数Ｓum(x) を、分光手段12の透過率ｍ(x) と、画素31の感度Ａ(x) と、光のエネルギーＥ(x) とから決めると、全ての波長（ｘ＝１，２，３）で、出力Ｖout が平均値Ｖave となることを示している。実際には、ｎ(x) ＝０〜１の測定を行うので、全波長の出力Ｖout （ｘ＝１，２，３）は平均値Ｖave を中心に分布し、ノイズレベル以上で飽和レベル以下となる確率が高く、出力がノイズに埋もれたり、飽和レベルを越えるために再測定する問題の発生確率が低くなる。表２で示した、分光手段12の光の透過率ｍ(x) と、画素31の感度Ａ(x) と、光のエネルギーＥ(x) の値は説明のためのものであり、実際には、光学フィルター、画素、光源の組成、構成、実現手段で、そられの値は決まり、実施例１で示した具体例が適用できる。
【００３４】
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。図６以外の実施例１に関する説明は、実施例３に適用される。図10は、実施例３の動作を説明するための図６に対応するタイミングチャートである。表１における式（４）を構成する各パラメータの値に対応する、実施例３における値を表３に示す。表３において表１と異なる箇所には＊印を付して示してある。図10に示すタイミングチャートでは、ｘ＝３の波長の画素31の加算値、Ｓum(3) が４である。ｘ＝３の波長の加算値、Ｓum(3) が、５の場合と４の場合の違いは、ＲＳＴ端子に加える信号とφ端子に加える信号の関係で決まる。
【００３５】
【表３】
【００３６】
（実施例４）
次に、実施例４について説明する。図６以外の実施例１に関する説明は、実施例４にも適用される。図11は、実施例４の動作を説明するための図６に対応するタイミングチャートである。表４に、式（４）を構成する各パラメータ値に対応する、実施例４における設定値を示す。表４において表１と異なる箇所には＊印を付して示してある。図11に示すタイミングチャートでは、ｘ＝１，２，３の波長の光を受ける画素（31）の位置が一画素分右方向にシフトしている。入射光がシフトしてもＲＳＴ端子に加える信号とφ端子に加える信号の関係により、式（４）に示す信号が得られる。入射光のシフトは、光源12，分光手段13，光検出手段11の何れか一つか複数の位置関係で決まるものである。なお、図11で、ＲＳＴ端子及びＶout 端子の電圧において、ドットパターン部分は不確定信号領域を示している。
【００３７】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る分光計測装置の実施例１の基本構成を示す図である。
【図２】実施例１におけるフローティングディフュージョンアンプの構成を示す図である。
【図３】実施例１におけるトランスファーゲートの構成を示す概略図である。
【図４】実施例１におけるトランスファーゲートの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】実施例１における転送路の構成及び動作のタイミングチャートである。
【図６】実施例１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】実施例１に関連する光源の波長単位のエネルギーの一例を示す図である。
【図８】実施例１に関連する画素の分光感度の一例を示す図である。
【図９】実施例２の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】実施例３の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】実施例４の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】従来の分光計測装置の構成例を示す図である。
【図１３】図12に示した従来例の光検出手段の構成を示す図である。
【図１４】図13に示した光検出手段の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１５】図12においてサンプルを通過した光のエネルギーを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
11 光検出手段
12 光源
13 分光手段
14 サンプル
21 ＣＣＤイメージセンサ
31 画素
32 トランスファーゲート
33 転送路
34 フローティングディフュージョンアンプ
51 容量
52 リセットＳＷ
53 ソースフォロワ回路
81 Ｎ型半導体基板
82 Ｐ型半導体
83 Ｎ型半導体
84 第１の電極
85 第２の電極
【技術分野】
【０００１】
この発明は分光計測装置に関し、特に高精度の計測を短時間で行うことの可能な分光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サンプルの光の反射率あるいは透過率を計測する分光計測装置の例が、特開２０００−６５６４３号公報に開示されている。図12に該公報開示の分光計測装置の基本構成を示す。このサンプルの光の反射率あるいは透過率を計測する分光計測装置は、光源112 と、該光源112 が照射する光を波長毎に空間的に分散させる分光手段113 と、分光した各波長の光が測定対象の物質（サンプル114 ）を反射もしくは透過した光を受光すべく配置された光検出手段111 とで構成されている。
【０００３】
図13は、光検出手段111 の構成を、図14は、光検出手段を構成するＣＣＤイメージセンサ121 の駆動タイミングを、図15は、ＣＣＤイメージセンサ121 に照射する光のエネルギーを示す。図12に示すように、上記公報に開示されている分光計測装置は、上記のように、光源112 ，分光手段113 ，分光手段113 で得られる光がサンプル114 を透過した成分を検出する光検出手段111 で構成されている。光源112 は、図面上の奥行き方向が長いライン形状である。分光手段113 は、図面上の左右方向に波長の異なる光が分散するように配置されている。
【０００４】
図13に示すように、光検出手段111 は制御回路122 とＣＣＤイメージセンサ121 で構成され、ＣＣＤイメージセンサ121 では垂直転送路133-ｖが図12の図面の奥行き方向に一致するよう配置される。このように配置すると、ＣＣＤイメージセンサ121 の垂直方向に並ぶ複数の画素131 には同一の波長の光が入射する。
【０００５】
図14に示すタイミングチャートには、制御回路122 で生成する信号φＶとφＨを示してあり、φＶは垂直転送路133-ｖの、φＨは水平転送路133-ｈの制御信号である。画素131 での電荷の蓄積は、図示されていないタイミングから始まり、φＶが高い電圧ＸＳＧと成った時点で終了し、このとき、画素131 に蓄積された電荷が、トランスファーゲート132 を介して垂直転送路133-ｖに移される。この後に、垂直転送路133-ｖに移された電荷は、φＶを低い電圧に設定する回数に相当する数だけ、垂直転送路133-ｖの上を水平転送路133-ｈまで移される。
【０００６】
図14に示すタイミングチャートでは、転送数をステップ１では１回、ステップ２では３回、ステップ３では10回と切り替えており、それぞれの設定により水平転送路133-ｈに１画素、３画素、10画素分の電荷が転送される。垂直転送路133-ｖの電荷を移す間、水平転送路133-ｈは止めてあり、水平転送路133-ｈに垂直転送路133-ｖを動かした回数分の電荷が加算され、保持される。この後、φＨを駆動することで、水平転送路133-ｈに保持された電荷がフローティングディフュージョンアンプ134 まで移され、ここで電圧に変換される。なお、図13において、135 はオーバーフロー制御ゲート、136 はオーバーフロードレインである。
【０００７】
図15は、サンプル114 を透過した光のエネルギーを示している。波長が短いＡはエネルギーが大きく、Ｂ，Ｃはこれに比べエネルギーが小さい。
【特許文献１】特開２０００−６５６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記公報開示の従来技術には、画素信号の最適な加算数を如何にして短時間に求め、高精度の計測を行うかについては、何ら考慮がなされていない。本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、最適な加算数を短時間に求め、高精度の計測を短時間で行うことが可能な分光計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、光源と、前記光源からの光を分光し、計測対象物たるサンプルに照射する分光手段と、複数個の受光画素からなり、前記サンプルを経た分光光を受光してその光強度に応じた信号を出力するＣＣＤイメージセンサと、前記ＣＣＤイメージセンサから出力される連続するＳ個の前記受光画素に対応する各出力を加算して出力する加算回路と、計測に用いる波長に係る計測用分光光のエネルギーをＥ(x) ，前記計測用分光光に対する前記受光画素の感度をＡ(x) ，及び前記計測用分光光に対する前記分光手段による減衰率をｍ(x) とし、且つ、前記計測用分光光に対する前記サンプルによる減衰率は仮の値ｎ(x) として、前記各パラメータＥ(x) ，Ａ(x) ，ｍ(x) ，ｎ(x) 及びＳの積が、前記加算回路の出力値に対して予め設定された値となるように前記パラメータＳを設定する制御回路とを有して分光計測装置を構成するものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る分光計測装置において、前記制御回路は、前記パラメータｎ(x) を減衰率が採り得る最小値として、及び前記加算回路の出力値に対して予め設定された値を前記加算回路の飽和出力値として、前記パラメータＳを設定することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る分光計測装置において、前記制御回路は、前記パラメータｎ(x) を減衰率が採り得る平均値として、及び前記加算回路の出力値に対して予め設定された値を前記加算回路の平均出力値として、前記パラメータＳを設定することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る分光計測装置において、前記ＣＣＤイメージセンサは、前記受光画素単位で信号を順次転送する転送路と、前記受光画素からの出力を転送路に転送するトランスファーゲートとを備え、前記加算回路は、前記転送路からの出力が入力されるフローティングディフュージョンアンプよりなり、ここで、前記制御回路は、前記パラメータＳに応じたタイミングにて前記フローティングディフュージョンアンプにリセット信号を印加することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１に係る分光計測装置において、前記ＣＣＤイメージセンサは、前記受光画素単位で信号を順次転送する転送路と、前記受光画素からの出力を転送路に転送するトランスファーゲートとを備え、前記加算回路は、前記転送路からの出力が入力されるフローティングディフュージョンアンプよりなり、ここで、前記制御回路は、前記分光手段と、前記サンプル及び前記ＣＣＤイメージセンサとの位置関係に応じて、前記フローティングディフュージョンアンプに印加するリセット信号のタイミングを変更することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、加算数に係るパラメータＳ（出力信号が連続出力される受光画素数）が、サンプルの減衰率が仮の値ｎ(x) を採ったときに加算回路の出力値に対して予め設定された値となるように決定されるので、最適な加算数（パラメータ）Ｓが短時間に求められ、高精度の計測を短時間で行うことが可能となる。また請求項２に係る発明によれば、加算回路からの出力を飽和させることなくパラメータＳを得ることができ、より高精度の計測を行うことが可能となる。また請求項３に係る発明によれば、平均出力値を中心とした加算回路による実測定値が出力されるので、出力値の飽和やノイズによる検出不能が抑えられ、より高精度の計測を行うことが可能となる。また請求項４に係る発明によれば、アナログ空間上で、前記転送路からの出力の加算が可能となる。また請求項５に係る発明によれば、分光手段と、サンプル及びＣＣＤイメージセンサとの間に位置ずれがあっても、その位置ずれに応じてフローティングディフュージョンアンプに印加するリセット信号のタイミングを変更し得るので、より高精度の計測を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
まず、本発明に係る分光計測装置の実施例１について図１〜図８を用いて説明する。図１は、実施例１に係る分光計測装置の基本構成を示している。この実施例に係る分光計測装置は、光源12と分光手段13と光検出手段11とで構成されており、そして分光手段13と光検出手段11の間に置くサンプル14を透過する光の透過率ｎから、サンプル14の組成、状態などを調べる分光計測を行うようになっている。以下の説明では、波長毎の各値を（ｘ）（ｘ＝１，２，３）を付して表現する。ｘは入射光の波長を示す番号で、ここでは波長が最も短い光を１，それより波長が長い光を２，一番波長の長い光を３で表現している。
【００１７】
光検出手段11はＣＣＤイメージセンサ21と制御回路22とで構成されている。光源12，例えばハロゲンランプで発生した式（１）に示す光は、分光手段13に照射される。
Ｅ＝∫Ｅ(x) （ｘ＝１，２，３） ・・・・・・・・・・・・（１）
【００１８】
分光手段13は、図面で左から右の方向に短波長〜長波長と並ぶ複数の光Ｋ0 (x) 〔Ｋ0 (1) ，Ｋ0 (2) ，Ｋ0 (3) 〕を生成する。分光手段13の出力、Ｋ0 (1) 〜Ｋ0 (3) は計測するサンプル14に照射され、計測するサンプル14を透過した光が光検出手段11を構成するＣＣＤイメージセンサ21に照射される。ＣＣＤイメージセンサ21は、複数の画素31，トランスファーゲート32，転送路33，フローティングディフュージョンアンプ34で構成されている。各画素31に付記した番号Ｎ＝１，２，３，・・・は、動作を説明する際に使う各画素の番号である。
【００１９】
分光手段13の出力、Ｋ0 (1) 〜Ｋ0 (3) は、式（１）に示した光源12の出力との間に式（２）に示す関係があるものとする。分光手段13の透過率に相当するｍ(x) は、１以下の定数で既知の値である。
Ｋ0 (x) ＝ｍ(x) ×Ｅ(x) （ｘ＝１，２，３） ・・・・・・（２）
また、分光手段13の出力Ｋ0 (1) 〜Ｋ0 (3) と、サンプル14の光の透過率ｎ(x) と、サンプル14を透過した光Ｋ1(1)〜Ｋ1 (3) の間には、式（３）に示す関係がある。
Ｋ1 (x) ＝ｎ(x) ×Ｋ0 (x) （ｘ＝１，２，３） ・・・・・（３）
【００２０】
図１で、光検出手段11を構成する制御回路22は、３つの端子、ＲＳＴ，ＴＧ，φを有する。ＣＣＤイメージセンサ21は制御回路22に接続される３つの端子、ＲＳＴ，ＴＧ，φと、出力端子Ｖout を有する。制御回路22で生成するＲＳＴ端子に加える信号は、ＣＣＤイメージセンサ21のフローティングディフュージョンアンプ34をリセットする信号であり、同様にＴＧ端子に加える信号は電荷を各画素31から転送路33に移すトランスファーゲート32を制御する信号であり、φ端子に加える信号は転送路33を制御する信号である。
【００２１】
各画素31で発生する電荷を蓄積し転送する動作を、図２〜図５を用いて説明する。図２は、フローティングディフュージョンアンプ34の構成を示している。図３は、トランスファーゲート32の構成を示している。図４は、トランスファーゲート32の制御タイミングチャートを示している。図５は、転送路33の構成並びに制御タイミングチャートを示している。
【００２２】
図２に示すフローティングディフュージョンアンプ34は、半導体のＰＮ接合に逆バイアスを印加した状態で実現される容量51と、リセットＳＷ52と、ソースフォロワ回路53とで構成されている。容量51の一端とリセットＳＷ52の一端とソースフォロワ回路53の入力端との接続点は、転送路33の末端に接続されている。リセットＳＷ52はＭＯＳトランジスタで構成され、先に説明した共通接続端子ではない他方の端子は電源電圧に接続され、ゲートにはＲＳＴ端子が接続されている。ソースフォロワ回路53の出力端子は、Ｖout 端子に接続されている。ＲＳＴ端子をＨレベルにしたとき、転送路33の末端に接続された容量51に電源電圧が供給される。
【００２３】
この後、ＲＳＴ端子をＬレベルにすると、容量51にはセットＳＷ52を構成するＭＯＳトランジスタの寄生容量で決まる電荷が加えられる。この後に転送路33がφ端子に加えられる信号で駆動されると、転送路33で運ばれる電荷が容量51に送られ、電圧に変換される。ＲＳＴ端子→φ端子→ＲＳＴ端子のように、ＲＳＴ端子をＨにする間に、１回φ端子を駆動すると、出力端子Ｖout には転送路33の一つにある電荷を示す電圧が現れる。同様にして、ＲＳＴ端子→φ端子（１回目）→φ端子（２回目）・・・φ端子（Ｓum回目）・・・→ＲＳＴ端子のように、ＲＳＴ端子をＨにする間に、Ｓum回φ端子を駆動すると、出力端子Ｖout には転送路33のＳumヶ分の電荷の和を示す電圧が現れる。
【００２４】
次に、図３と図４を用いてトランスファーゲート32の働きについて説明する。トランスファーゲート32は、複数の画素31と転送路33の間に配置され、ＴＧ端子に加えられる電圧で決まるポテンシャルにより、電荷を各画素31から転送路33に移す働きをする。図３の（Ａ）は、ＴＧ端子をＬレベルにしたときのトランスファーゲート32のポテンシャルを、図３の（Ｂ）は、ＴＧ端子をＨレベルにしたときのトランスファーゲート32のポテンシャルを示す。図４に示すタイミングチャートは、ＴＧ端子に加える電圧の制御により、画素31で一定期間、光電荷を蓄積する動作を説明している。図４において、上段からＴＧ端子の電圧、ＲＳＴ端子の電圧、φ端子の電圧、Ｖout 端子の電圧を並べて示している。画素31で一定期間、電荷を蓄積する動作と、画素31の信号を読み出す動作は並行して行われるが、ｙ番目の電荷を蓄積する動作の間には、（ｙ-1）番目に蓄積した電荷の読み出し動作を行っている。図４において、ＲＳＴ端子とφ端子に加える信号についてグレーで示した期間は任意である。この部分の動作は後で説明する。図３の（Ｂ）に示すように、ＴＧ端子にＨレベルを加えると、各画素31と転送路33に間のポテンシャルが下がり、各画素31にある電荷は転送路33に移る。この動作で画素31の電荷がなくなり、次にＴＧ端子にＨレベルが加わるまでの間、画素31に照射された光で生じた電荷がここにたまる。次にＴＧ端子にＨレベルが加わる際に、先に画素31にたまった電荷が転送路33に移る。
【００２５】
最後に図５を用いて転送路33の構成並びに動作タイミングを説明する。なお、ここで説明する転送路33は、二層パルス駆動と呼ぶ方式に対応する構成のもので、図１〜図５でφで表現している駆動信号を、互い逆層の二つの信号φ１とφ２で示している。図５の（Ａ）に示すように、転送路33は、Ｎ型半導体基板81上のＰ型半導体層82と、この中に一定間隔をあけて配置さるＮ型半導体層83と、Ｎ型半導体83の上面に置かれた第１の電極84と、Ｐ型半導体層82の上面に置かれた第２の電極85とで構成されている。図５の（Ａ）上に最小ユニットとして示したＮ型半導体83の上面に置かれた第１の電極84と、Ｐ型半導体層82の上面に置かれた第２の電極85が一つのペアーとなり、ここに信号φ１を加える場合、隣に位置する最小ユニットには信号φ２を加える。このように信号φ１とφ２を交互に加えるように第１の電極84と第２の電極85を接続する。この状態で、図５の（Ｃ）に示すように、互いに逆位相の信号φ１，φ２を加えると、時間ｔ＝１，時間ｔ＝２及び時間ｔ＝３のタイミングでのポテンシャルが図５の（Ｂ）に示すようになり、電荷は右から左へ転送される。なお、図３に示したトランスファーゲート32は図５に示した転送路33の紙面の手前か背後に配置され、更にそのトランスファーゲート32の手前か背後に画素31が配置される。
【００２６】
次に、図６に示すタイミングチャートについて説明する。図６において上から順番に、複数画素の配置の模式図、ＲＳＴ端子の信号、φ端子の信号、出力端子の出力信号Ｖout 〔Ｓum(x) で示す電荷の加算数〕を並べて示している。画素配置の模式図は、図１に示した複数の画素31と１対１に対応する。図６では、画素31で蓄積した電荷を、トランスファーゲート32を介して転送路33に移した後の動作を説明している。画素31で電荷を蓄積する動作は、図２〜図５を用いて説明済みである。入射光Ｅ(x) （ｘ＝１）の読み出しでは、フローティングディフュージョンアンプ34をＲＳＴ端子への入力信号でリセットする間に信号φが５回立ち上がり、入射光Ｅ(x) （ｘ＝２）の読み出しでは、フローティングディフュージョンアンプ34をリセットする間に信号φが３回立ち上がり、入射光Ｅ(x) （ｘ＝３）の読み出しでは、フローティングディフュージョンアンプ34をリセットする間に信号φが５回立ち上がる態様を示している。図２を用いて説明したように、フローティングディフュージョンアンプ34をリセットする間に信号φが立ち上る回数は、フローティングディフュージョンアンプ34で転送路33から受けた電荷を加算する数、Ｓum(x) に相当する。
【００２７】
出力信号Ｖout(x)は、電荷加算数Ｓum(x) に従った画素部の出力であり、式（４）で表される。
Ｖout(x)＝Ａ(x) ×Ｋ1 (x) ×Ｓum(x）
＝Ａ(x) ×ｍ(x) ×ｎ(x) ×Ｅ(x) ×Ｓum(x） （ｘ＝１，２，３）
・・・・・・・・・・（４）
Ａ(x) ：画素31の感度
Ｅ(x) ：光源12のエネルギー
ｍ(x) ：既知の分光手段の光の透過率
ｎ(x) ：計測するサンプル14の光の透過率
Ｓum(x) ：電荷の加算数
表１に式（４）を構成する各値の例を示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
表１の条件は、サンプル14の光の透過率ｎ(x) を求めるのに、この値の最大値、ｎmax(x)が検出された場合に、式（５）が成り立つように各値を決めている。
Ｖsat ＝Ａ(x) ×ｍ(x) ×ｎmax(x)×Ｅ(x) ×Ｓum(x） （ｘ＝１，２，３）
・・・・・・・・・・（５）
式５は、電荷の加算数Ｓum(x) を、分光手段12の透過率ｍ(x) と、画素31の感度Ａ(x) と、光のエネルギーＥ(x) とから決めると、全ての波長（ｘ＝１，２，３）で、出力Ｖout が飽和レベルＶsat となることを示している。実際には、ｎ(x) ＝０〜１の測定を行うので、全波長の出力Ｖout （ｘ＝１，２，３）は飽和レベルＶsat 以下となり、出力Ｖout が飽和レベルＶsat を越えるために再測定する問題は起きない。表１で示した、分光手段12の光の透過率ｍ(x) と、画素31の感度Ａ(x) と、光のエネルギーＥ(x) の値は、説明のためのものであり、実際には、光学フィルター、画素、光源の組成、構成、実現手段で、それらの値は決まる。画素と光源については、次に具体例で説明する。
【００３０】
図７に光源の色温度毎の波長単位のエネルギーＥ(x) の一例を示す。これは、ウシオ電機のＨＰで公開されている情報を転記したものである。図８に画素の分光感度Ａ(x) の一例を示す。これは、日本理工出版社刊、映像情報メディア学会編、「固体撮像素子の基礎」（ｐ133 ，図５−１）に示されたシリコンフォトダイオードの分光感度を転記したものである。なお、図８において、縦軸は分光感度Ｒ(mA/W)，ＬD は空乏層幅、各曲線は少数キャリアの拡散長Ｌn を示している。なお上記の説明においては、減衰率を透過率に対応させて、光の透過率ｍ(x) 及びｎ(x) として説明したが、減衰率を反射率に対応させて、反射率として説明してもよい。以下の実施例でも同様である。
【００３１】
（実施例２）
次に、図９を用いて本発明に係る実施例２について説明する。実施例１に関して、図１に示した分光計測装置の基本構成、並びに図２〜図５及び図７，図８に示した技術内容については、実施例２においても同様であり、その説明を省略する。図９に示すタイミングチャートは図６に示したタイミングチャートと同じように、上から順番に複数画素の配置の模式図、ＲＳＴ端子の信号、φ端子の信号、出力端子の出力信号Ｖout 〔Ｓum(x) で示す電荷の加算数〕を並べて示している。図９に示す本実施例のタイミングチャートと図６に示す実施例１のタイミングチャートとはＲＳＴ端子とφ端子の信号で決まる加算数Ｓum(x) が異なる。本実施例は表２に示す各値で設定した際の動作に相当する。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２の条件は、サンプル14の光の透過率ｎ(x) を求めるのに、この値の平均値、ｎave(x)が検出された場合に、式（６）が成り立つように各値を決めている。
Ｖave ＝Ａ(x) ×ｍ(x) ×ｎave(x)×Ｅ(x) ×Ｓum(x） （ｘ＝１，２，３）
・・・・・・・・・・（６）
式（６）は、電荷の加算数Ｓum(x) を、分光手段12の透過率ｍ(x) と、画素31の感度Ａ(x) と、光のエネルギーＥ(x) とから決めると、全ての波長（ｘ＝１，２，３）で、出力Ｖout が平均値Ｖave となることを示している。実際には、ｎ(x) ＝０〜１の測定を行うので、全波長の出力Ｖout （ｘ＝１，２，３）は平均値Ｖave を中心に分布し、ノイズレベル以上で飽和レベル以下となる確率が高く、出力がノイズに埋もれたり、飽和レベルを越えるために再測定する問題の発生確率が低くなる。表２で示した、分光手段12の光の透過率ｍ(x) と、画素31の感度Ａ(x) と、光のエネルギーＥ(x) の値は説明のためのものであり、実際には、光学フィルター、画素、光源の組成、構成、実現手段で、そられの値は決まり、実施例１で示した具体例が適用できる。
【００３４】
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。図６以外の実施例１に関する説明は、実施例３に適用される。図10は、実施例３の動作を説明するための図６に対応するタイミングチャートである。表１における式（４）を構成する各パラメータの値に対応する、実施例３における値を表３に示す。表３において表１と異なる箇所には＊印を付して示してある。図10に示すタイミングチャートでは、ｘ＝３の波長の画素31の加算値、Ｓum(3) が４である。ｘ＝３の波長の加算値、Ｓum(3) が、５の場合と４の場合の違いは、ＲＳＴ端子に加える信号とφ端子に加える信号の関係で決まる。
【００３５】
【表３】
【００３６】
（実施例４）
次に、実施例４について説明する。図６以外の実施例１に関する説明は、実施例４にも適用される。図11は、実施例４の動作を説明するための図６に対応するタイミングチャートである。表４に、式（４）を構成する各パラメータ値に対応する、実施例４における設定値を示す。表４において表１と異なる箇所には＊印を付して示してある。図11に示すタイミングチャートでは、ｘ＝１，２，３の波長の光を受ける画素（31）の位置が一画素分右方向にシフトしている。入射光がシフトしてもＲＳＴ端子に加える信号とφ端子に加える信号の関係により、式（４）に示す信号が得られる。入射光のシフトは、光源12，分光手段13，光検出手段11の何れか一つか複数の位置関係で決まるものである。なお、図11で、ＲＳＴ端子及びＶout 端子の電圧において、ドットパターン部分は不確定信号領域を示している。
【００３７】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る分光計測装置の実施例１の基本構成を示す図である。
【図２】実施例１におけるフローティングディフュージョンアンプの構成を示す図である。
【図３】実施例１におけるトランスファーゲートの構成を示す概略図である。
【図４】実施例１におけるトランスファーゲートの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】実施例１における転送路の構成及び動作のタイミングチャートである。
【図６】実施例１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】実施例１に関連する光源の波長単位のエネルギーの一例を示す図である。
【図８】実施例１に関連する画素の分光感度の一例を示す図である。
【図９】実施例２の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】実施例３の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】実施例４の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】従来の分光計測装置の構成例を示す図である。
【図１３】図12に示した従来例の光検出手段の構成を示す図である。
【図１４】図13に示した光検出手段の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１５】図12においてサンプルを通過した光のエネルギーを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
11 光検出手段
12 光源
13 分光手段
14 サンプル
21 ＣＣＤイメージセンサ
31 画素
32 トランスファーゲート
33 転送路
34 フローティングディフュージョンアンプ
51 容量
52 リセットＳＷ
53 ソースフォロワ回路
81 Ｎ型半導体基板
82 Ｐ型半導体
83 Ｎ型半導体
84 第１の電極
85 第２の電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を分光し、計測対象物たるサンプルに照射する分光手段と、
複数個の受光画素からなり、前記サンプルを経た分光光を受光してその光強度に応じた信号を出力するＣＣＤイメージセンサと、
前記ＣＣＤイメージセンサから出力される連続するＳ個の前記受光画素に対応する各出力を加算して出力する加算回路と、
計測に用いる波長に係る計測用分光光のエネルギーをＥ(x) ，前記計測用分光光に対する前記受光画素の感度をＡ(x) ，及び前記計測用分光光に対する前記分光手段による減衰率をｍ(x) とし、且つ、前記計測用分光光に対する前記サンプルによる減衰率は仮の値ｎ(x) として、前記各パラメータＥ(x) ，Ａ(x) ，ｍ(x) ，ｎ(x) 及びＳの積が、前記加算回路の出力値に対して予め設定された値となるように前記パラメータＳを設定する制御回路とを有する分光計測装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記パラメータｎ(x) を減衰率が採り得る最小値として、及び前記加算回路の出力値に対して予め設定された値を前記加算回路の飽和出力値として、前記パラメータＳを設定することを特徴とする請求項１に係る分光計測装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記パラメータｎ(x) を減衰率が採り得る平均値として、及び前記加算回路の出力値に対して予め設定された値を前記加算回路の平均出力値として、前記パラメータＳを設定することを特徴とする請求項１に係る分光計測装置。
【請求項４】
前記ＣＣＤイメージセンサは、前記受光画素単位で信号を順次転送する転送路と、前記受光画素からの出力を転送路に転送するトランスファーゲートとを備え、前記加算回路は、前記転送路からの出力が入力されるフローティングディフュージョンアンプよりなり、ここで、前記制御回路は、前記パラメータＳに応じたタイミングにて前記フローティングディフュージョンアンプにリセット信号を印加することを特徴とする請求項１に係る分光計測装置。
【請求項５】
前記ＣＣＤイメージセンサは、前記受光画素単位で信号を順次転送する転送路と、前記受光画素からの出力を転送路に転送するトランスファーゲートとを備え、前記加算回路は、前記転送路からの出力が入力されるフローティングディフュージョンアンプよりなり、ここで、前記制御回路は、前記分光手段と、前記サンプル及び前記ＣＣＤイメージセンサとの位置関係に応じて、前記フローティングディフュージョンアンプに印加するリセット信号のタイミングを変更することを特徴とする請求項１に係る分光計測装置。
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を分光し、計測対象物たるサンプルに照射する分光手段と、
複数個の受光画素からなり、前記サンプルを経た分光光を受光してその光強度に応じた信号を出力するＣＣＤイメージセンサと、
前記ＣＣＤイメージセンサから出力される連続するＳ個の前記受光画素に対応する各出力を加算して出力する加算回路と、
計測に用いる波長に係る計測用分光光のエネルギーをＥ(x) ，前記計測用分光光に対する前記受光画素の感度をＡ(x) ，及び前記計測用分光光に対する前記分光手段による減衰率をｍ(x) とし、且つ、前記計測用分光光に対する前記サンプルによる減衰率は仮の値ｎ(x) として、前記各パラメータＥ(x) ，Ａ(x) ，ｍ(x) ，ｎ(x) 及びＳの積が、前記加算回路の出力値に対して予め設定された値となるように前記パラメータＳを設定する制御回路とを有する分光計測装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記パラメータｎ(x) を減衰率が採り得る最小値として、及び前記加算回路の出力値に対して予め設定された値を前記加算回路の飽和出力値として、前記パラメータＳを設定することを特徴とする請求項１に係る分光計測装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記パラメータｎ(x) を減衰率が採り得る平均値として、及び前記加算回路の出力値に対して予め設定された値を前記加算回路の平均出力値として、前記パラメータＳを設定することを特徴とする請求項１に係る分光計測装置。
【請求項４】
前記ＣＣＤイメージセンサは、前記受光画素単位で信号を順次転送する転送路と、前記受光画素からの出力を転送路に転送するトランスファーゲートとを備え、前記加算回路は、前記転送路からの出力が入力されるフローティングディフュージョンアンプよりなり、ここで、前記制御回路は、前記パラメータＳに応じたタイミングにて前記フローティングディフュージョンアンプにリセット信号を印加することを特徴とする請求項１に係る分光計測装置。
【請求項５】
前記ＣＣＤイメージセンサは、前記受光画素単位で信号を順次転送する転送路と、前記受光画素からの出力を転送路に転送するトランスファーゲートとを備え、前記加算回路は、前記転送路からの出力が入力されるフローティングディフュージョンアンプよりなり、ここで、前記制御回路は、前記分光手段と、前記サンプル及び前記ＣＣＤイメージセンサとの位置関係に応じて、前記フローティングディフュージョンアンプに印加するリセット信号のタイミングを変更することを特徴とする請求項１に係る分光計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１２８２１５（Ｐ２００９−１２８２１５Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０４２１２（Ｐ２００７−３０４２１２）
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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