[发明专利]具有线性传感器阵列的快速和精确的时间分辨光谱法

说明书

本发明要求2007年2月23日申请的美国临时申请序列申请号为 No.60/891320的优先权，该申请全部并入这里作为参考。

技术领域

本发明涉及时间分辨光谱法和光谱的采集与分析，其中该光谱相对于初始事 件具有时间延迟，更特殊地，本发明涉及利用线性传感器阵列的光谱法。

背景技术

对由材料的激励采样产生的光谱的分析可以产生采样的元素成分的相关信 息，包括组成元素的相对浓度。在许多环境中可以执行该分析，包括在金属回收 设备中识别和分离金属类型，以及工厂和司法工作中的质量控制测试。在一些光 谱系统中，直读式光电倍增管(PMT)系统使用安装在感兴趣的分析波长处的多个 PMT，其中该波长经常仅覆盖光谱的一小部分(典型地，小于从130nm至500nm 光谱的百分之几)。

在一些环境中，光谱的时间分辨或光谱的时序分析可以提供其他方式不能获 得的有关采样成分的额外的和更精确的信息。

传统的二维电荷耦合设备(CCD)有时用于捕获时间分辨光谱数据，但是，其 易于受到在某些应用中杜绝使用的时间分辨的限制。该CCD设备包括以行和列 布置的感光像素。在运行的一种模式中，除一行以外的所有像素都被掩盖，因此， 只有未掩盖的一行曝光。光谱投射在CCD像素的曝光行上，使得每个像素曝光 于光谱的不同部分。在一个或多个曝光像素下积累光生电荷。周期性地，所有行 上存储的电荷移动(移位)至各个相邻的行。也就是说，曝光像素中的电荷移动至 第一掩盖行，第一掩盖行的电荷移动至第二掩盖行，等等。将电荷移出曝光的行 就从该行的像素上清除掉电荷。从该设备中读出最后一行的电荷。该结构产生较 弱的信噪比特性，并且无助于成像设备的快速循环，这是因为在电荷被读出之前， 在任何曝光像素中累积的电荷必须移动穿过所有对应列的像素。

发明内容

根据本发明的优选实施例，提供一种用于分析具有时间分辨的光的方 法，该方法包括步骤：

(a)通过光谱照射电荷转移设备感光像素单元的一维阵列，使得每个感 光单元被所述光谱的不同部分照射，由此在一组感光单元中产生电荷；

(b)将感光单元中的电荷非破坏性地复制到和集成电路的感光单元设置 在一起的第一组的各个存储单元中；

(c)对于集成电路中不同组的存储单元，周期性重复前述步骤；

(d)将存储在至少一些存储单元中的电荷的相关信息提供给集成电路外 部的元件。

根据本发明的替换实施例，该方法可以包括进一步的步骤，即允许电 荷在感光单元中累积，以至少用于一些非破坏性地复制电荷的步骤的重 复。并且，该方法具有附加的步骤，即清除感光单元的子集中的电荷，以 及包括附加的步骤，即指定要清除电荷的感光单元的子集的步骤。

该方法进一步需要在集成电路上设置至少2000个感光单元。以及每个 像素单元设置至少16个存储单元。在本发明的一些实施例中，存储的电 荷的相关信息本身存储在集成电路外部的存储器中。存储的电荷的相关信 息涉及所有存储单元或存储单元的子集，识别选择的存储单元的信息可以 从外部元件接收。

该方法还包括下述步骤，即分析所提供的存储的电荷的相关信息，以 识别用于产生光谱的采样的至少一种元素组分。

根据本发明的其他实施例，提供的方法具有步骤：

通过光谱照射电荷转移设备感光像素单元的一维阵列，使得每个感光 像素单元被光谱的不同部分照射，由此在几个感光单元中产生电荷；

将感光单元中的电荷周期地非破坏性地复制到和集成电路中的像素单 元设置在一起的各个存储单元中；

如果至少一个存储单元中的电荷超过预定值，那么在存储器中存储电 荷的相关信息。

在本发明的一些实施例中，存储器与集成电路上的像素单元设置一起。 该方法包括进一步的步骤，即清除至少一个感光像素单元中的电荷，其中 该至少一个感光像素单元与至少一个存储单元对应，如果曝光时间超过预 定值，那么在存储器中存储电荷的相关信息。尤其是，清除至少一个感光 像素单元中的电荷，其中该至少一个感光像素单元与至少一个存储单元对 应。并且，该方法还包括基于每个像素，将存储器中存储的信息求和的步 骤。