JP2017021023A - 動的なスペクトル強度の補償機能を備えたクロマティック測距センサ - Google Patents

Abstract

【課題】異なるパワーレベルで照射源を駆動させた場合の入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる潜在的な誤差を取り除くための補償機能を備えたクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）装置の提供。【解決手段】ＣＰＳ装置１００は、光学ペン１２０、照射源１６４、電装部１６０を備え、光学ペン１２０は、色分散素子１５０を含む共焦点光路を有し、ワーク表面に近接した異なる距離で異なる波長の焦点を結ぶ。電装部１６０は、異なるパワーレベルで照射源１６４を駆動させる照射源制御部と、測定軸上に分布された複数ピクセルを有して出力スペクトルプロファイルデータを提供する波長検出器１６２と、潜在的な誤差を取り除くために、出力スペクトルプロファイルデータを補償するように構成されたパワーレベルスペクトル補償部１６９と、を有して構成される。【選択図】 図１

Description

本発明は、精密測定機器に関し、特に、クロマティック測距センサ及びこれと同様の光学距離決定装置、並びに、これらの使用方法に関する。

従来、光学的高さ、光学的距離、若しくは、光学的範囲の測定センサの分野において、クロマティック共焦点の技術を利用することが知られている。特許文献１に記載されているように、光軸方向に色収差（ここでは、光軸方向または長軸方向の色分散とも呼ぶ）を示す光学構成要素を用いて、焦点までの光軸方向距離が波長に応じて変化するように、広波長帯域光源の焦点を合わせることができる。言い換えれば、広波長帯域光源のうちの唯一つの波長光のみが被測定面上に正確に合焦し、また、合焦要素との相対的な表面高さ又は相対的な光軸方向距離によって、どの波長光が最も良く合焦するかが決まる。その被測定面の反射光は、ピンホール又は光ファイバー端部のような小さな検出用アパーチャーにて再び合焦する。被測定面を反射して入出力ファイバーまでの光学装置を通って逆戻りする光のうち、被測定面で良く合焦した波長光だけがアパーチャーでも良く合焦する。他の波長光は、どれも、アパーチャーでの合焦が不完全になって、エネルギーを殆どファイバーへカップリングしない。従って、ファイバーを通って戻る光として、被測定面高さ又は被測定面までの光軸方向距離によって決められた波長光の信号レベルが、最大になる。分光器形式の検出器は、波長毎の信号レベルを測定して、被測定面の高さ等を決定する。

あるメーカーは、上述したように動作する実用的で小型経済的なクロマティック測距センサ（ＣＲＳ）装置に言及している。これらは、工業上の据付作業用のクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）又はクロマティックラインセンサなどに適している。そのような光学装置に使用される小型経済的な色分散光学アセンブリが、「光学ペン」又は「ペン」として言及されている。光学ペンは、光ファイバーによって、クロマティックポイントセンサの電装部に接続されている。この電装部は、光学ペンから出射させるために、光をファイバーに伝導する光源を含み、また、被測定面からの戻り光を検出し分析する分光器を備えている。戻り光は、分光器を通じて波長毎に分散された強度プロファイルを形成し、分光器の検出器アレイによって受光される。電装部は、この波長毎に分散された強度プロファイルに対応したピクセルデータを分析して、強度プロファイルのピーク又は重心によって表される「主波長ピークのピクセル座標」を決定する。また、主波長ピークのピクセル座標をルックアップテーブルとともに用いて、被測定面までの距離を決定する。主波長ピークのピクセル座標は、サブピクセル分解能を有するように決定され、以下では「距離表示ピクセル座標」と称する。

また、特許文献２に記載されているように、スリット状の開孔（アパーチャー）を使って、１点にというよりはむしろ１つの線に沿って光を合焦させ、その線上の複数点を測定することによって被測定面までの距離を測定する「ラインセンサ」ＣＲＳが当該技術において知られている。

米国特許第７，８７６，４５６号公報 米国特許第８，７７３，７５７号公報

先行技術のＣＲＳ装置及びＣＰＳ装置は、照射パワーレベルに関連する不確定なわずかな影響に起因したある一定の測定誤差や測定の不安定性を呈していた。本明細書に開示するように、ＣＰＳに使用される光源のスペクトル特性は、光源が高いパワーレベル（例えば、高いデューティサイクル）で作動するのか、又は低いパワーレベル（例えば、低いデューティサイクル）で作動するのか、に応じて変動することが認められる。パワーレベルが高いほど、光源温度が高くなることが推定される。このことが、本明細書で後述する効果を説明することになるだろう。高いパワーレベルで作動する光源のスペクトルプロファイルを、低いパワーレベルで作動する光源のスペクトルプロファイルと比較すると、スペクトルプロファイルが異なることが認められる。図７は、異なる１１通りのデューティサイクルで作動させた光源（例えば、ＬＥＤ）の１１通りのスペクトルプロファイルを示す。デューティサイクルは、それぞれ、４％（プロファイル８０）、１０％（プロファイル７９）、２０％（プロファイル７８）、３０％（プロファイル７７）、４０％（プロファイル７６）、５０％（プロファイル７５）、６０％（プロファイル７４）、７０％（プロファイル７３）、８０％（プロファイル７２）、９０％（プロファイル７１）及び１００％（プロファイル７０）である。これらのスペクトルプロファイルは、ＣＰＳ波長検出器によって測定されたもので、波長をＣＰＳ測定距離に変換し校正された横軸（又はピクセル位置）と、波長の関数である反射光強度を示す縦軸とで表される。「青色」波長強度ピークに関連する１１通りのピークは、図７の位置１０Ａから位置１０Ｂまでの範囲１０に含まれる。位置１０Ａは、光源が４％のデューティサイクルで作動した時に得られる青色波長強度プロファイルピークの位置であり、位置１０Ｂは、光源が１００％のデューティサイクルで作動した時に得られる青色波長強度プロファイルピークの位置である。図７に示されているように、光源のデューティサイクルに依存して、青色波長強度ピークは、位置１０Ａと位置１０Ｂの間で、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って移動する。これらの入力スペクトルの変動は、正常な（クロマティック共焦点の）測定動作中のＣＰＳ測定ピーク位置に影響を与える。従って、ＣＰＳによって測定されたワーク被測定面までの距離は、正常な動作中のピーク位置（「主波長ピークのピクセル座標」又は「距離表示座標」）から導き出されるが、光源駆動用の特定のパワーレベル（例えば、デューティサイクル）に依存して変動する。（特に、青色波長に対応する測定ピーク位置の変動が著しい。）これは、パワーレベル（例えば、デューティサイクル）に依存して距離測定誤差が生じてしまうため、望ましくない。パワーレベルは、ワークの反射特性に応じて光源を作動させるために自由に選択されるべきである。

本発明は、異なるパワーレベルを使用してＣＰＳ照射源（以下、光源とも呼ぶ）を駆動させる場合に、入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる誤差を含む、潜在的な誤差を補償するように構成された、クロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）装置を提供する。ＣＰＳ装置は、色分散素子を含む共焦点光路を備え、ワーク被測定表面に近接した異なる距離で異なる波長の焦点を合わせるように構成された光学ペンを含む。ＣＰＳ装置は、ある入力スペクトルプロファイルを有する多波長入力光を発生して、これを光学ペンに入力させるように構成された照射源を備える。ＣＰＳ装置は、さらにＣＰＳ電装部を含む。ＣＰＳ電装部は、ＣＰＳ装置による各測定の異なるパワーレベルを使用して照射源を駆動させるように構成された照射源制御部と、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って分布された複数のピクセルを含むＣＰＳ波長検出器と、パワーレベルスペクトル補償部と、を含む。ここで、ＣＰＳ波長検出器の複数のピクセルは、各波長の光を受け取り、出力スペクトルプロファイルデータを提供する。パワーレベルスペクトル補償部は、異なるパワーレベルを使用してＣＰＳ照射源を駆動させた場合に、入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる潜在的な誤差を取り除くため又は減少させるために、出力スペクトルプロファイルデータを補償するように構成されている。

一つの態様によれば、光学ペンがＣＰＳ電装部に接続され、測定動作を行うためにワーク表面に対して動作可能な位置に位置決めされると、光学ペンは照射源から入力スペクトルプロファイルを受け取り（インプット）、対応する照射光をワーク表面へ出力し、ワーク表面からの反射光（単に照射とも呼ぶ）を受け取り、ＣＰＳ波長検出器に出力スペクトルプロファイルを提供するように反射光を出力する。出力スペクトルプロファイルは、距離依存性プロファイル成分と距離非依存性プロファイル成分とを含む。距離依存性プロファイル成分は、光学ペンからワーク表面までの測定距離を表示する波長ピークを有する。距離非依存性プロファイル成分は、入力スペクトルプロファイル効果に相当するパワーレベル依存性成分を有する。なお、多波長入力光を発生させるために照射源へのパワーレベルを変動させるが、このパワーレベルの変動によって、入力スペクトルプロファイル中に相対的な波長強度の変動が生じる。この相対的な波長強度の変動に関する影響を、本書では、入力スペクトルプロファイル効果と呼んでいる。パワーレベルスペクトル補償部は、異なるパワーレベルを使用してＣＰＳ照射源を駆動させた場合に、入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる潜在的な誤差を取り除くため又は減少させるために、出力スペクトルプロファイルデータを補償するように構成されている。

例えば、１００％デューティサイクルのような特定の第一パワーレベル設定を使用して照射源を作動させた結果、特定の第一入力スペクトルプロファイルが得られるが、パワーレベルスペクトル補償部は、当該特定の第一入力スペクトルプロファイルにおいて前記相対的な波長強度を特徴づけるパワーレベル補償データを含む。さらに、第二の特定パワーレベル設定（例えば、７０％デューティサイクル）を使用して照射源を作動させた結果、特定の第二入力スペクトルプロファイルが得られるが、パワーレベルスペクトル補償部は、当該特定の第二入力スペクトルプロファイルにおいて前記相対的な波長強度を特徴づけるパワーレベル補償データを含んでもよい。様々な適用において、工場内でのＣＰＳ装置の校正工程で、具体的な照射源に応じたパワーレベル補償データが各々集められる。ユーザーが、特定の第一（又は第二）パワーレベル設定を使用してＣＰＳ装置を作動させた場合、パワーレベルスペクトル補償部は、特定の第一（又は第二）入力スペクトルプロファイルにおいて相対的な波長強度を特徴づけるパワーレベル補償データに基づいて、当該相対的な波長強度を正規化することによって、結果として生じる出力スペクトルプロファイルデータを自動的に補償する。すなわち、様々な例示的実施形態において、上記強度の正規化工程は、ユーザーに対して完全に分かりやすい内容になっている。

特定の第一入力スペクトルプロファイルについてのパワーレベル補償データは、特定の第一パワーレベル設定に関したパワーレベル依存性成分を補償するための「波長特有のパワー正規化因子の第一セット」を含んでもよい。例えば、波長特有のパワー正規化因子の第一セットは、正規化因子の集合体であってもよく、当該正規化因子の集合体は、ＣＰＳ波長検出器の複数のピクセルによってそれぞれ導き出され、かつ、それら複数のピクセルに対応したものである。同様に、特定の第二入力スペクトルプロファイルについてのパワーレベル補償データは、特定の第二パワーレベル設定に関したパワーレベル依存性成分を補償するための「波長特有のパワー正規化因子の第二セット」を含んでもよい。波長特有のパワー正規化因子の第二セットは、正規化因子の集合体であってもよく、当該正規化因子の集合体は、ＣＰＳ波長検出器の複数のピクセルによってそれぞれ導き出され、かつ、それら複数のピクセルに対応したものである。

いくつかの実施形態において、ＣＰＳ装置は、ユーザーが複数のパワーレベル設定から一つを選択できるように構成されたパワーレベル選択要素からなるユーザーインターフェースを含んでいる。そして、光源は、ユーザーによって選択された特定のパワーレベル設定を使用して駆動する。別の実施形態において、ＣＰＳ装置は、動作可能な測定信号レベルがＣＰＳ波長検出器に供給されるように、使用するパワーレベル設定を自動的に決定する。そして、光源は、ＣＰＳ装置によって自動的に決定されたパワーレベル設定を使用して駆動する。

本発明のさらなる態様としては、クロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）装置の潜在的な誤差を補償するための当該ＣＰＳ装置の動作方法が提供される。ここで、潜在的な誤差には、異なるパワーレベルを使用してＣＰＳ照射源を駆動させた場合に生じる入力スペクトルプロファイル強度の不一致による誤差が含まれる。前記方法は三つの工程を含み、それらは、上記のＣＰＳ装置を提供する工程、ＣＰＳ波長検出器へ出力スペクトルプロファイルを供給するためＣＰＳ装置を動作させる工程（ここで、ＣＰＳ波長検出器は、出力スペクトルプロファイルデータを供給する。）、および、出力スペクトルプロファイルデータを補償するためにＣＰＳ装置のパワーレベルスペクトル補償部を動作させる工程、である。任意に設けてもよいものとして、前記方法は、パワーレベル補償データを決定し記憶するためにＣＰＳ装置を動作させる工程を含んでもよい。前記パワーレベル補償データは、特定のパワーレベル設定を使用して照射源を動作させた場合に、結果として生じる少なくとも一つの入力スペクトルプロファイルにおける相対的な波長強度を特徴づけるものである。決定し記憶されたパワーレベル補償データは、これ以降、出力スペクトルプロファイルデータを補償するために使用される。

例示的なＣＰＳ装置の一実施形態のブロック図である。 ＣＰＳ装置からのシステムノイズ（バイアス）プロファイルの線図であり、測定表面が存在しない場合に、検出器アレイのピクセルについての波長依存性電圧オフセットの信号レベルを示す。 ＣＰＳ装置からの強度プロファイルの線図であり、測定表面からの反射光の波長によって形成された有効波長ピークを示す。ここで、ピークのピクセル位置は、測定表面までの測定距離に対応している。 （Ａ）は、ＣＰＳ距離校正データの線図であり、距離表示ピクセル座標（波長ピークピクセル座標）をワークの被測定面までの既知の測定距離に関連付けられている。（Ｂ）は、ＣＰＳ距離校正ルックアップテーブルの一例であり、波長ピークピクセル座標に対して、これに対応した測定距離を参照させるためのものである。 （Ａ），（Ｂ）は、照射源の四つの異なるパワーレベル（例えば、デューティサイクル）でそれぞれ取得した４セットの波長特有のパワー正規化因子を示すグラフである。各セットは、波長特有のパワー正規化因子（又は、正規化因子の集合体）を含み、これら正規化因子は、ＣＰＳ波長検出器の複数のピクセルによってそれぞれ導き出され、かつ、それら複数のピクセルに対応するものである。 ＣＰＳ装置の潜在的な誤差を補償するためのＣＰＳ装置の動作方法を示すフロー図であり、当該潜在的な誤差には、異なるパワーレベルを使用してＣＰＳ照射源を駆動させた場合に生じる入力スペクトルプロファイル強度の不一致による誤差が含まれる。 ＣＰＳ照射源の駆動に使用されるパワーレベル（例えば、デューティサイクル）に応じて移動する特定波長のスペクトルプロファイルピークを示すグラフである。

図１は、クロマティック測距センサ（ＣＲＳ）装置１００の一つの例示的実施形態のブロック図である。クロマティック測距センサ装置１００は、光学構成要素１２０（例えば、光学ペン）、電装部１６０、及びユーザーインターフェース部１７１を含む。電装部１６０の実施形態は、信号演算器１６６、記憶部１６８、並びに、波長検出器１６２及び広帯域光源１６４を有する光源・検出器サブシステム１６１を含む。図１に示されるＣＰＳ装置１００は、一度に一つの測定点を測定するクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）装置である。様々な実施形態において、波長検出器１６２は、分光器の検出器アレイ１６３を含む。検出器アレイ１６３は、波長検出器１６２の測定軸に沿って分布された複数のピクセルを含んでもよい。複数のピクセルは、それぞれ別の波長の光を受け取り、出力スペクトルプロファイルデータを供給する。電装部１６０は、光ファイバーケーブル１１２を含む光路を通じて、光学構成要素１２０に結合される。光ファイバーケーブル１１２を含む光路の任意の態様、又は代替の態様が示される。光ファイバーケーブル１１２は第一光ファイバーセグメント１１２Ａと第二光ファイバーセグメント１１２Ｂを有し、両者は光ファイバーセグメント１１２ＢのコネクタＣＯＮＮＥＣＴ−Ｄにおいて繋がれている。また、光ファイバーケーブル１１２はセグメント１１２Ｂを電装部１６０に繋ぐカプラＣＯＵＰＬＥＲ−Ｏを有する。信号演算器１６６によって制御される光源１６４は、入力スペクトルプロファイルを含む多波長帯域の光を、経路を通って光学構成要素１２０に入力するために、接続されている。前記経路は、照射ファイバーセグメント１６５Ｉ、２×１カプラＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅ，ＣＯＮＮＥＣＴ−Ｅ、及び、光ファイバーケーブル１１２を含んでいる。光学構成要素１２０は、出入力光ファイバーサブアセンブリ１０５、筐体１３０及び光学構成部１５０を含む。出入力光ファイバーサブアセンブリ１０５は、出入力光ファイバー１１３と、光ファイバーコネクタ１０８を備える。出入力光ファイバー１１３は、この光ファイバー１１３を包んでいる光ファイバーケーブル１１２から延長されたものである。出入力光ファイバー１１３は、アパーチャー１９５を通して出力光線を出力し、アパーチャー１９５を通して反射された測定信号光を受け取る。

動作中、アパーチャー１９５を通ってファイバー端部から放射された光は、光学構成部１５０によって焦点を結ぶ。その光学構成部１５０は、光軸方向の色分散を供給するレンズを含んでおり、クロマティック共焦点センサで既知のように、この光軸方向の色分散によって、光軸ＯＡに沿った焦点は、光の波長に応じて異なった距離の位置に形成される。測定動作中、光は、ワーク１７０の表面位置１９０上で焦点を結ぶ。表面位置１９０からの反射光は、光学構成部１５０によってアパーチャー１９５上で再び焦点を結ぶ。その光軸方向の色分散により、１つの波長のみが、測定距離「Ｚ」に一致する焦点距離を有することになる。その測定距離Ｚは、光学構成要素１２０に対して固定された基準位置ＲＰから表面位置１９０までの距離を示す。表面位置１９０で最もよく焦点が合う波長が、アパーチャー１９５において最もよく焦点が合う波長となる。つまり、主に最もよく焦点が合う波長が、アパーチャー１９５を通過して光ファイバーケーブル１１２の光ファイバー１１３のコアに入る。光ファイバーケーブル１１２は、信号光を波長検出器１６２に伝搬する。この波長検出器１６２は、表面位置１９０までの測定距離Ｚに対応する波長で、かつ、主強度を有する波長を決定するために利用される。

本実施形態において、波長依存性の光強度を有する反射光は、カプラＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅを含む光ファイバー経路を通って、電子機器部１６０まで戻って行く。その結果、光の約５０％が、信号ファイバーセグメント１６５Ｓを通って、波長検出器１６２に向けられる。波長検出器１６２は、検出器アレイ１６３の測定軸に沿ったピクセルアレイに渡って分布された出力スペクトル強度プロファイル（単に出力スペクトルプロファイルとも呼ぶ。）として波長依存性の光強度を受け取る。そして、波長検出器１６２は、検出器アレイ１６３から出力されるピクセルデータに基づいて対応する出力スペクトルプロファイルデータを供給するように動作する。

図３のようなプロファイルデータについてのサブピクセル分解能を有する距離表示座標（ＤＩＣ）が、信号演算器１６６によって計算される。そして、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）について後でさらに述べるように、（サブピクセル単位の）ＤＩＣが、距離校正のルックアップテーブル等を介して、表面位置１９０までの測定距離Ｚを（ミクロン単位で）決定する。距離校正のルックアップテーブル等は、記憶部１６８に記憶されている。なお、（例えば、ピーク領域内の強度プロファイルデータの重心を決定する方法など）様々な方法によって、ＤＩＣを決定してもよい。サブピクセル分解能でのＤＩＣを決定するために、以下に述べるようにして、プロファイルデータを使用してもよい。

ユーザーインターフェース部１７１は、電装部１６０に結合され、ＣＰＳ装置１００の動作で使用されるユーザー入力を受け取るように構成される。ここで、ユーザー入力とは、キーボード、タッチセンサ、マウスなどの適切な手段によって入力されるもので、多数のデューティサイクルから適切なデューティサイクルを選択して照射源１６４を駆動させるというようなユーザーコマンドや、その他の動作パラメーターを選択するというようなユーザーコマンドなどを指す。例示的な実施形態において、ユーザーインターフェース部１７１は、複数のパワーレベル設定からＣＲＳ光源１６４の駆動に使用できる一つの設定を選択するために、ユーザーが操作可能な１又は複数のパワーレベル選択要素（例えば、ユーザー選択可能ボタン）を含んでいる。また、ユーザーインターフェース部１７１は、ＣＰＳ装置１００によって正常に測定された距離などの情報をスクリーンに表示するようにも構成されている。

図１は、基準系として直交ＸＹＺ座標軸を含む。Ｚ方向は、距離測定軸である光学構成要素１２０の光軸ＯＡと平行な軸で定義される。図１に示すように、動作中、ワーク１７０は、光学構成要素１２０の光軸ＯＡ上に配置される。なお、ガイドベアリング１７５Ａによって拘束されたＺ軸方向に沿ってワーク１７０を移動できるように都合よく配置された移動ステージ１７５上に、ワーク１７０を取り付けてもよい。

以下の図２の説明において、既知のバックグラウンド信号処理、及び／又は、既知の校正動作の概要を説明する。これらの処理および動作は、本発明の様々な実施形態と組み合わせて使用され得る。ここで以下のことを強調したい。以下にさらに開示される本発明に係る方法は、パワーレベル依存性の強度変動を補償するための方法であり、ここで述べる処理および動作とは区別されるが、両立できるということである。図２は、ＣＲＳからのシステムノイズ（バイアス）プロファイルの図２００であり、ＣＲＳの公称全測定範囲内に測定表面が存在しない場合の、検出器アレイ１６３のピクセルについての電圧オフセット信号レベルＶｏｆｆｓｅｔ（ｐ）を示す。このような場合、意図的な反射光が存在せず、かつ、結果として生じる強度プロファイル中に顕著な又は主要な波長ピークが存在しないことが分かる。電圧オフセット信号Ｖｏｆｆｓｅｔ（ｐ）は、「波長」測定軸に沿って１，０２４個のピクセルのそれぞれの正規化電圧でプロットされる。「正規化電圧」では、１．０の値が検出器アレイ１６３の飽和電圧に割り当てられている。電圧オフセット信号Ｖｏｆｆｓｅｔ（ｐ）は、検出器アレイに渡って比較的一定であるバイアス信号レベルＶｂｉａｓと、検出器アレイに渡って変動するバックグラウンド信号成分Ｖｂａｃｋ（ｐ）とを含む。環境温度の変化や電装部１６０の動作によって発生する熱に関連する電圧ドリフトの結果、座標非依存性のバイアス信号レベルＶｂｉａｓは変化し得る。座標依存性のバックグラウンド信号Ｖｂａｃｋ（ｐ）は、ＣＲＳ内の波長依存性の疑似反射（内部反射）からのバックグラウンド光といった信号はもちろん、様々なピクセルｐの暗電流に起因する信号を表している。例えば、光ファイバーカプラと光ファイバーコネクタ、光ファイバースプリッターと光ファイバー端部などの光ファイバー結合部分では、微弱であるが顕著な内部反射が生じ得る。各ＣＰＳ装置は、パワーレベル依存性の変動を含んだ「距離非依存性」の変動を含む。パワーレベル依存性の変動は、被測定面までの距離には依存せず、代わりに、照射源１６４のパワーレベル（例えば、デューティサイクル）、又は、測定面の特定材料に依存する。すなわち、様々な実施形態において、最適な信号校正又は信号補償を実行させるために、所定の補償データ１６９を記憶させて、これを使用させる。この補償データ１６９を用いれば、強度変動の様々な原因のうちの幾つか又は全てによってＣＲＳ分光器で生じた光強度の差分を補償することができる。特に、補償データ１６９は、パワーレベル依存性の強度変動を補償するために、パワーレベル補償データを含む。これによって、異なるパワーレベルを使用してＣＲＳ照射源１６４を駆動させた結果生じる入力スペクトルプロファイル強度の不一致に基づく、潜在的な誤差を取り除き、又は、減少させる。本発明の一つの態様において、補償データ１６９は、ワーク材料依存性の強度変動を補償するために使用されるワーク材料補償データを含んでもよい。

以下の図３、図４Ａ及び図４Ｂの説明において、特定の信号処理動作を概説する。この特定の信号処理動作は、ＣＲＳからの波長分散された強度プロファイル中に形成された有効な波長ピークに基づいて、サブピクセル分解能で距離表示座標（ＤＩＣ）を決定し、さらに、決定されたＤＩＣに基づいてワーク表面までの測定距離を（例えば、ミクロン単位で）決定する。ここで概説される動作は、前述の特許文献１においてさらに詳述されている。この説明の目的は、ＣＲＳの距離測定動作を全体的に理解するために有用となるような背景技術の情報を提供することである。

図３は、ＣＲＳからの波長分散された強度プロファイルの線図３００であり、測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）のサブセット中に形成された有効な波長ピーク３０２を示す。この有効な波長ピーク３０２は、測定表面で焦点を結び、当該測定表面を反射した光の波長を表示している。各測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）は、（例えば、検出器アレイ１６３のような）検出器アレイの各ピクセルｐに関する（正規化電圧で示された）信号レベルを有する。十分な高さ（良好なＳ／Ｎ比）の有効な波長ピーク３０２は、比較的対称形であり、検出器アレイの測定軸に沿ったピーク位置又は測定距離表示座標（ＤＩＣ）を良好に推定することができる。

図３は、バイアス信号レベルＭＶｂｉａｓ（正規化電圧で示す。）、ピークピクセル座標（ｐｐｃ）、及び、データ閾値ＭＶｔｈｒｅｓｈｏｌｄを示す。データ閾値ＭＶｔｈｒｅｓｈｏｌｄは、波長ピーク３０２を形成している測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）の距離表示サブセットの下限を定義する。すべての「ＭＶ」値は正規化電圧である。

一実施形態において、距離表示座標（ＤＩＣ）（ピクセル単位）を決定し、決定されたＤＩＣに基づいて対応する測定距離（ミクロン単位）を決定するための測定動作を簡潔に言うと以下のようになる。
・目標表面を光軸ＯＡに沿って位置決めし、結果得られる線図３００のような波長分散された強度プロファイルを取り込む。
・最高レベル信号を有するピクセルに基づいて、ピークピクセル座標（ｐｐｃ）を決定する。
・与えられたサンプルレートで測定バイアス信号レベルＭＶｂｉａｓを決定する。
・データ閾値ＭＶｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（例えば、ピーク高さのパーセンテージとして）を決定する。
・ＭＶｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも大きい値を有する波長ピークを形成する測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）の距離表示サブセットに基づいて、サブピクセル分解能での距離表示座標（ＤＩＣ）を決定する。
・記憶された距離校正データを参照して、ＤＩＣに相関付けられた距離を読み出して、測定距離を決定する。ここで、距離校正データは、例えば、図４（Ａ）の距離校正曲線、又は、図４（Ｂ）のルックアップテーブルである。

上記動作では、データ閾値ＭＶｔｈｒｅｓｈｏｌｄを超える測定プロファイル信号ＭＳ（ｐ）の距離表示サブセットに基づき、サブピクセル分解能でＤＩＣを決定することができる。様々な方法によって、ＤＩＣが決定され得る。一実施形態では、ＭＳ（ｐ）信号の距離表示サブセットの重心Ｘ_ｃをサブピクセル分解能で表わした座標で、ＤＩＣが決定される。例えば、１０２４個のピクセルを有する検出器の場合、重心Ｘ_ｃは次式（１）により決定される。

ここで、

特別な例として、式（１）において、ｎ＝２とする。式（２）によって、重心計算に用いるＭＳ（ｐ）信号を、距離表示サブセットに制限することが好ましい。

図４（Ａ）は、ＣＲＳ測定距離校正データ４１０Ａの線図４００Ａであり、ＣＲＳの光軸ＯＡ上での、サブピクセル分解能を有する距離表示座標（ＤＩＣ）、および、ミクロン単位の既知の測定距離（ＺＯＵＴ）の相関をとっている。図４（Ａ）の校正データの一例は、３００ミクロンの公称全測定範囲ＭＲを有する光学構成要素に用いられ、約１５０〜４９０ピクセルの範囲内での校正距離表示座標（ＤＩＣ）に対応している。しかし、必要であれば、検出器アレイ１６３においてもっと広いピクセル範囲でＣＲＳが校正されるようにもできる。ＣＲＳ測定距離校正データ４１０Ａを決定する一つの代表的な実験室用の校正方法は、光軸ＯＡ上を（例えば、約０．１ミクロン又は０．２ミクロンのステップで）移動するミラーを使用する。例えば、図１の表面の位置１９０でその表面をミラーに代替すればよい。実際の各ミラー位置にて、これに対応する上述の強度プロファイルデータに基づいて、これに対応するＣＲＳ装置の校正ＤＩＣが決定される。校正ＤＩＣ及びこれに対応する実際の位置は、（光軸ＯＡに沿ったミクロン単位で）校正データ４１０Ａを提供するために記録される。ワーク測定動作中、ＣＲＳ装置によって得られた測定ＤＩＣは、測定ＤＩＣに応じた測定距離ＺＯＵＴを決定するために、保存された校正データ４１０Ａを参照する。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）を参照して上述したものに類似する校正データのルックアップテーブル４００Ｂの様式を示す。図４（Ｂ）は、ルックアップテーブルを図式化した一例に過ぎず、図４（Ｂ）で特定されたテーブル値と図４（Ａ）で特定された校正データ４１０Ａの表示値との相違は、ここでの目的においては重要ではなく関連性もない。図４（Ｂ）の左欄の校正ＤＩＣ入力値の範囲は、０．１ピクセルずつ増加する１から１，０２４までのピクセル座標に及んでおり、右欄には対応する測定距離が（ミクロン単位で）入力されている。動作中、保存された校正ルックアップテーブルを参照して、ＣＲＳ装置で算出された測定ＤＩＣから、これに対応する測定距離を（ミクロン単位で）決定する。測定ＤＩＣが隣接する校正ＤＩＣの間となる場合、測定距離は補間によって決定される。

図７に関して前述したとおり、ＣＰＳ装置の照射源１６４が異なるパワーレベル（例えば、異なるデューティサイクル）を使用して駆動された場合、照射源によって生成されたスペクトル強度プロファイルは、照射源を駆動させるために使用された特定のパワーレベルに依存して変動する。本発明の様々な実施形態によれば、ＣＰＳ装置は、異なるパワーレベルを使用して照射源を駆動させた場合に生じるスペクトルプロファイル強度の不一致を補償するための新しい機能を備えている。

具体的には、ＣＰＳ電装部１６０（図１）は、照射源制御部とパワーレベルスペクトル補償部を含む。これらはともに、その一部又は全体が、信号演算器１６６に取り込まれ、又は、統合されてもよい。照射源制御部は、ＣＰＳ装置１００による各測定のために、異なるパワーレベルを使用して照射源を駆動させるように構成される。パワーレベルスペクトル補償部は、ＣＰＳ波長検出器１６２によって供給される出力スペクトルプロファイルデータを補償するように構成される。また、パワーレベルスペクトル補償部は、ＣＰＳ装置の潜在的な誤差を取り除く、又は、減少させるように構成される。潜在的な誤差とは、異なるパワーレベルを使用してＣＰＳ照射源１６４を駆動させる場合に生じる入力スペクトルプロファイル強度の不一致に起因する誤差である。

動作中、光学ペン１２０は、ＣＰＳ電装部１６０に接続され、測定動作を行うために、ワーク表面１９０に対して動作可能な位置に位置決めされる。測定動作には、光学ペン１２０に照射源１６４からの入力スペクトルプロファイルが入力される工程と、これに対応する照射光をワーク表面１９０に出力する工程と、ワーク表面１９０からの反射光を受け取る工程と、ＣＰＳ波長検出器１６２に出力スペクトルプロファイルを供給するために受け取った反射光を出力する工程とを含み、それらの工程によって、出力スペクトルプロファイルデータを供給する。
出力スペクトルプロファイルは、距離依存性プロファイル成分と距離非依存性プロファイル成分を含む。距離依存性プロファイル成分は、光学ペン１２０からワーク表面１７０までの測定距離を表示する波長ピーク（例えば、図３のピーク３０２）を有する。距離非依存性プロファイル成分は、パワーレベル依存性成分を含み、当該パワーレベル依存性成分は、入力スペクトルプロファイルにおける相対的な波長強度の変動に関連する入力スペクトルプロファイル効果に対応して生じるものであり、相対的な波長強度の変動は、照射源１６４に多波長入力光を発生させるために使用するパワーレベルの変動によって、発生する。パワーレベルスペクトル補償部は、パワーレベル依存性成分の変動を取り除く、又は、減少させるため、出力スペクトルプロファイルデータを補償する。異なるパワーレベルを使用して照射源１６４を駆動させる場合に生じる入力スペクトルプロファイル強度の不一致による。

パワーレベルスペクトル補償部は、記憶部１６８のパワーレベル補償データ１６９を含んでいるか、又は、パワーレベル補償データを呼び出すように構成される。パワーレベル補償データは、特定のパワーレベル設定を使用して照射源を動作させた場合に生じる少なくとも一つの特定の入力スペクトルプロファイル用の補償データであり、入力スペクトルプロファイルにおける相対的な波長強度を特徴づけるものである。様々な実施形態では、パワーレベル補償データを以下の目的で生成し、記憶する。つまり、複数の入力スペクトルプロファイル用（例えば、第一及び第二入力スペクトルプロファイル用）として、個々の入力スペクトルプロファイルに相対的な波長強度を特徴づけるためである。複数のパワーレベル設定（例えば、第一及び第二パワーレベル設定）をそれぞれ使用して照射源１６４を作動させることによって、複数の入力スペクトルプロファイルが得られる。そして、例えば、第一パワーレベル設定を用いてＣＰＳ装置を動作させて出力スペクトルプロファイルデータを得た場合に、パワーレベルスペクトル補償部は、そのパワーレベル補償データに基づいて、「出力」スペクトルプロファイルの相対的な波長強度を正規化することによって、当該出力スペクトルプロファイルデータを補償するのである。ここで用いるパワーレベル補償データは、第一パワーレベル設定を用いて照射源を作動させた結果生じる特定の「入力」スペクトルプロファイルの相対的な波長強度を特徴づけるデータである。同様に、第二パワーレベル設定を用いてＣＰＳ装置を動作させて出力スペクトルプロファイルデータを得た場合に、パワーレベルスペクトル補償部は、そのパワーレベル補償データを使用して、当該出力スペクトルプロファイルデータを補償する。ここで用いるパワーレベル補償データは、第二パワーレベル設定を用いて照射源を作動させた結果生じる特定の「入力」スペクトルプロファイルの相対的な波長強度を特徴づけるデータである。

第一スペクトルプロファイル用のパワーレベル補償データは、入力スペクトルプロファイルにおける相対的な波長強度を特徴づけるものであり、第一パワーレベル設定に関するパワーレベル依存性成分を補償するための正規化因子を含んでいる。この正規化因子を本発明では、「波長特有のパワー正規化因子の第一セット」と呼ぶ。同様に、第二スペクトルプロファイル用のパワーレベル補償データは、入力スペクトルプロファイルにおける相対的な波長強度を特徴づけるものであり、第二パワーレベル設定に関するパワーレベル依存性成分を補償するための正規化因子を含んでいる。この正規化因子を本発明では、「波長特有のパワー正規化因子の第二セット」と呼ぶ。様々な実施形態において、波長特有のパワー正規化因子の各セットは、ＣＰＳ波長検出器１６２の複数のピクセルにそれぞれ対応した正規化因子の集合体を含んでいる。

以下に記載する一例の工程は、複数のパワーレベル設定に関する複数のセットの波長特有のパワー正規化因子を決定するために使用することができる。これら複数セットのパワー正規化因子は、複数のパワーレベル設定に関する各々のパワーレベル依存性成分を補償するための正規化因子である。

光学ペン１２０をバイパスするようにＣＰＳ装置１００を再構成して、照射源１６４のパワーレベル設定（例えば、デューティサイクル［ＤＣ］）を変更することによって、１セットの分光計プロファイルを取得することができる。光学ペン１２０をバイパスするためのいくつかの方法が、特許文献１に詳述されている。簡潔に言えば、特許文献１に記載されている光学ペン１２０のバイパス方法には、ＣＰＳ光学ペン１２０を基準表面（例えば、ランバート面（完全拡散面））に取り換えて、その間は、波長検出器１６２に光源１６４を結合させるという方法が含まれている。図１を参照すると、光学ペン１２０のバイパスを達成するため、例えば、コネクタＣＯＮＮＥＣＴ−ＤのＤｉｎ部、光ファイバーセグメント１１２Ａ、及び、光学ペン１２０を、コネクタＣＯＮＮＥＣＴ−ＤのＤｏｕｔ部に取り付けられたランバート面に取り換えてもよい。その結果、光源１６４からランバート面への光路に沿って伝搬される光は、ランバート面から光路に反射され、波長検出器１６２に戻ってくる。波長検出器１６２に戻った光は、検出器に沿ったピクセル［ｎ］の強度レベル［Ｉ］をプロットした分光器プロファイルを形成する。

例えば１０％の増加率で、照射源１６４のデューティサイクル［ＤＣ］を変更させた場合、ピクセル［ｎ］とデューティサイクル［ＤＣ］とによって指定される波長特有のパワー正規化因子Ｎのセットは、次のように生成される。

この例では、正規化のターゲット（例えば、１つのピーク強度）として４０９６の値を使用しているが、当業者にとって明らかなように、異なる値を使用してもよい。パワー正規化因子Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}は、さらなる（追加の）デューティサイクルのＮ_{［ｎ］［ＤＣ］}を取得するために、補間によって算出されてもよい。Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}は、各検出器ピクセルに対応する各波長のため、ＣＰＳ装置１００のパワーレベル依存性の伝達関数として考えられてもよい。Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}のセットは、ＣＰＳ装置１００の記憶部１６８にアップロードされる。ここで、Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}は、パワー正規化因子Ｎの数［ｎ］と特定のデューティサイクル［ＤＣ］とで指定されたパワー正規化因子Ｎを示す。

次に、光学ペン１２０は、ＣＰＳ電装部１６０に再接続され、ミラー表面に対して動作可能な位置に位置決めされる。そして、ＣＰＳ装置１００を、任意のデューティサイクル（パワーレベル設定）で動作させて、波長検出器１６２の測定軸に沿った距離表示座標（ＤＩＣ）をＣＰＳ装置１００の光軸に沿った既知の測定距離（ＺＯＵＴ）に相関づけるための標準校正を実行する。この時、任意で、各ピクセル［ｎ］において４０９６の値のピーク強度を達成するのに必要なペン正規化因子ＮＰのセットを、次のようにして作成してもよい。

ペン正規化因子ＮＰは、各ピクセル［ｎ］についての光学ペン依存性の強度変動を補償するために使用される。ペン正規化因子ＮＰは、各検出器ピクセルに対応して設けられ、各波長についてのＣＰＳペンに関する光学ペン依存性の伝達関数として考えてもよい。ペン正規化因子ＮＰ_［ｎ］のセット（ペン正規化因子ＮＰの数［ｎ］を含むセット）は、ＣＰＳ装置１００の記憶部１６８にアップロードされる。

さらに任意で、特定の材質（金属、木など）からなる測定面の追加スキャンを、任意のデューティサイクル（パワーレベル設定）で実行してもよく、これによって波長検出器１６２の測定軸に沿った異なるピクセル［ｎ］での強度が測定される。そして、正規化因子の第三セット、つまり、測定面の特定材料に依存する強度変動を補償するために必要な「表面材料正規化因子ＮＭ」を、次のようにして取得してもよい。

表面材料正規化因子ＮＭは、各ピクセル［ｎ］の表面材料依存性強度変動を補償するために使用される。表面材料正規化因子ＮＭは、各検出器ピクセルに対応して設けられ、各波長についてのＣＰＳ装置１００に関する表面材料依存性の伝達関数として考えてもよい。表面材料正規化因子ＮＭ_［ｎ］のセット（表面材料正規化因子ＮＭの数［ｎ］を含むセット）は、ＣＰＳ装置１００の記憶部１６８にアップロードされる。

最後に、最終正規化因子ＮＦのセットを、波長特有のパワー正規化因子Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}のセット、ペン正規化因子ＮＰ_［ｎ］のセット、及び（任意で）、表面材料正規化因子ＮＭ_［ｎ］のセットの組合せによって、以下のようにして取得してもよい。

もし、ペン正規化因子ＮＰ_［ｎ］の任意のセット、および、表面材料正規化因子ＮＭ_［ｎ］の任意のセットを作成しない場合、又はそれらの使用が有意でない場合は、ＮＰ_［ｎ］およびＮＭ_［ｎ］をともに１に設定して、ＮＦ_［ｎ］＝Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}としてもよい。

パワー正規化因子Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}は、［ＤＣ］で表示されるデューティサイクル（パワーレベル）の設定数のセットを含むことに注意しなければいけない。一実施形態において、各セットは、対応するパワーレベルについて、検出器のｎ個のピクセルの個々のピクセル用の因子を含んでいる。言い換えれば、Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}のセットは、波長特有の（例えば、ピクセル特有の）パワー正規化因子のセットであり、特定のパワーレベル設定（デューティサイクル）に関するパワーレベル依存性成分を補償する。

波長検出器１６２の測定軸に沿った追加のピクセル位置、又は、追加のサブピクセル位置を設定する目的で、パワー正規化因子Ｎおよび最終正規化因子をそれぞれ追加取得したい場合には、パワー正規化因子Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}および最終正規化因子ＮＦ_［ｎ］を補間して取得すればよい。本発明の方法によれば、ピクセル特有の正規化因子を記憶・使用するというよりむしろ、一部の又は全てのピクセルについて様々なパワーレベルで取得した強度スペクトルの試験データに基づいて、正規化曲線又は正規化関数を決定できることが理解されよう。さらに、本明細書に開示した原理に従って、使用するパワー正規化因子を決定するために、これらの曲線又は関数を記憶・使用できることが理解されよう。

動作中、測定動作を実行する場合、ＣＲＳ電装部１６０のパワーレベルスペクトル補償部は、パワーレベル補償データ（例えば、パワー正規化因子Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}を含むＮＦ_［ｎ］）に基づいて相対的な波長強度を正規化するという手法で、波長検出器１６２により供給される出力スペクトルプロファイルデータを、以下のようにして自動的に補償する。

式中、Ｉ_［ｎ］’は、補償された強度レベルを表す。このＩ_［ｎ］’は、使用した特定のパワーレベルによって導き出されたパワーレベル補償データＮＦ_［ｎ］（＝Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}ＮＰ_［ｎ］ＮＭ_［ｎ］）を用いて強度レベルＩ_［ｎ］を正規化した結果物である。

図１を参照して上述した通り、ＣＰＳ装置１００はユーザーインターフェース部１７１を備え、このユーザーインターフェース部１７１に、複数のパワーレベル設定（例えば、複数のデューティサイクル）から一つを選択するためにユーザーが操作可能なパワーレベル選択要素を含めてもよい。ユーザーが選択した特定のパワーレベル設定を用いて、ＣＰＳ装置１００を動作させる場合、ＣＰＳ装置１００は、選択された特定のパワーレベル設定に基づいてパワーレベルスペクトル補償部を自動的に動作させる。そして、パワーレベルスペクトル補償部は、選択された特定のパワーレベル設定についてのパワーレベル補償データ（例えば、Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}）に基づいて、出力スペクトルプロファイルデータの相対的な波長強度を正規化することにより、当該出力スペクトルプロファイルデータを補償する。

いくつかの実施形態において、ＣＰＳ装置１００は、ＣＰＳ波長検出器１６２において動作可能な測定信号レベルを供給するために、使用するパワーレベル設定を自動的に決定するように構成される。ＣＰＳ装置が自動的に以下の事項を決定した場合、すなわち、ＣＰＳ波長検出器１６２において動作可能な測定信号レベルを供給するためには、特定のパワーレベル設定を使用すべきであることを決定した場合、ＣＰＳ装置は、決定されたパワーレベル設定を使用して自動的に照射源１６４を駆動させ、さらに、パワーレベルスペクトル補償部を自動的に動作させる。パワーレベルスペクトル補償部は、自動的に決定されたパワーレベル設定についてのパワーレベル補償データ（例えば、Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}）に基づいて、相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる出力スペクトルプロファイルデータを補償する。

上述の通り、波長検出器１６２に供給された出力スペクトルプロファイルは、通常、距離依存性プロファイル成分と、距離非依存性プロファイル成分との二つの成分を含むと考えられる。距離依存性プロファイル成分は、図３に示されるように、測定距離に敏感に反応し、光学ペン１２０からワーク表面までの測定距離を表示する波長ピークを発生させる原因になっている。他方、距離非依存性プロファイル成分は、ワークの被測定面までの距離Ｚに依存しない。（例えば、入力スペクトルプロファイルはワークまでの距離に依存しない。そのため、入力スペクトルプロファイルが測定誤差を引き起こす距離非依存性に寄与していると考えられる。）距離非依存性プロファイル成分は、パワー正規化因子Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}のセットによって補償され得る、パワーレベル依存性成分を含んでもよい。距離非依存性プロファイル成分は、距離には非依存であるが、材料には依存して反射（強度）の変動又は不一致を生じさせる原因となるようなワーク材料成分を含んでいてもよい。材料依存性の変動又は不一致は、上記の表面材料正規化因子ＮＭ_［ｎ］のセットによって補償され得る。いくつかの実施形態において、これら様々な種類の補償データ（正規化因子）は、ＣＰＳペンからＣＰＳ波長検出器に出力される出力スペクトルプロファイル中の誤差成分を構成する様々な要素を補償するためのものであり、それぞれ別々に記憶され、及び／又は、別々に適用されてもよい。その他の実施形態において、様々な種類の補償データは、誤差成分の全ての構成要素を同時に及び／又は順番に補償するために、機能的に組み合わされ、記憶され、及び／又は、適用されるようにしてもよい。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、波長検出器１６２の検出器アレイの各ピクセルｎのための、波長特有のパワー正規化因子Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}を示すグラフである。このＮ_{［ｎ］［ＤＣ］}は、照射源１６４の異なるパワーレベル設定（例えば、デューティサイクル）ごとに取得されている。図示のように、異なるパワーレベル設定（例えば、１０％のデューティサイクル５０Ａ、３０％のデューティサイクル５２Ａ、６０％のデューティサイクル５４Ａ、及び、１００％のデューティサイクル５６Ａ）ごとに、パワー正規化因子の量を変化させることが規定されている。図５（Ｂ）は、スケールを拡大したグラフであり、ピクセル番号７００〜１３００に対応している図５（Ａ）の元グラフから、ピクセル番号８００〜９００のみに対応している部分を取り出したグラフである。具体的には、拡大スケールのグラフにおける１０％のデューティサイクル５０Ｂ、３０％のデューティサイクル５２Ｂ、６０％のデューティサイクル５４Ｂ、及び、１００％のデューティサイクル５６Ｂごとに、パワー正規化因子の量を変化させることが規定されている。図７を参照して前述した「青色」波長の波長ピーク位置の変化を補償するために、最大の正規化因子のピクセル位置がパワーレベルに応じてどのように変化するかを、図５（Ｂ）の破線５８で表示する。

図６は、ＣＰＳ装置の潜在的な誤差を補償するためのＣＰＳ装置１００の例示的な動作方法を示すフロー図であり、当該潜在的な誤差には、異なるパワーレベルを使用してＣＰＳ照射源１６４を駆動させる場合に生じる入力スペクトルプロファイル強度の不一致による誤差が含まれる。

ブロック６０では、ＣＰＳ装置が提供される。ＣＰＳ装置は、光学ペン１２０、照射源１６４、及びＣＰＳ電装部１６０を備える。ＣＰＳ電装部１６０は、ＣＰＳ装置による各測定のために異なるパワーレベルを使用して照射源を駆動させるように構成された照射源制御部を備える。ＣＰＳ電装部はさらに、ＣＰＳ波長検出器１６２を含む。ＣＰＳ波長検出器１６２は、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って分布された複数のピクセルを備える。複数のピクセルは、それぞれの波長を受け取り、出力スペクトルプロファイルデータを供給する。出力スペクトルプロファイルデータは、光学ペン１２０からワーク表面１９０までの測定距離を表示する波長ピークを含む。ＣＰＳ電装部はさらに、パワーレベルスペクトル補償部を含む。パワーレベルスペクトル補償部は、潜在的な誤差を取り除く、又は、減少させるために、出力スペクトルプロファイルデータを補償するように構成される。潜在的な誤差には、異なるパワーレベルを使用してＣＰＳ照射源１６４を駆動させる場合に生じる入力スペクトルプロファイル強度の不一致による誤差が含まれる。

ブロック６１では、任意で、ＣＰＳ装置１００が、上述の波長特有のパワー正規化因子Ｎ_{［ｎ］［ＤＣ］}のようなパワーレベル補償データを決定し、記憶するように動作する。パワーレベル補償データは、特定のパワーレベル設定を使用して照射源１６４を動作させた場合に生じる少なくとも一つの入力スペクトルプロファイルの相対的な波長強度を特徴づける。代わりに、ＣＰＳ装置１００は、予め決められたパワーレベル補償データを含んでいてもよく、又は、それを読み出せるように構成されていてもよい。

ブロック６２では、ＣＰＳ装置１００は、測定動作を行うよう動作される。測定動作は、光学ペン１２０に照射源１６４からの入力スペクトルプロファイルが入力される工程、対応する照射光をワーク表面１９０へ出力する工程、ワーク表面１９０から反射光を受け取る工程、及び、ＣＰＳ波長検出器１６２へ出力スペクトルプロファイルを供給するために反射光を出力する工程、を含む。出力スペクトルプロファイルは、距離依存性プロファイル成分と距離非依存性プロファイル成分を含む。距離依存性プロファイル成分は、光学ペン１２０からワーク表面１９０までの測定距離を表示する波長ピークを有する。距離非依存性プロファイル成分は、パワーレベル依存性成分を含む。当該パワーレベル依存性成分は、入力スペクトルプロファイルにおける相対的な波長強度の変動に関する入力スペクトルプロファイル効果に対応している。入力スペクトルプロファイルの相対的な波長強度の変動は、照射源１６４を駆動させるために使用したパワーレベルの変動によって生じる。

ブロック６３では、パワーレベルスペクトル補償部が、パワーレベル依存性成分の変動を取り除く、又は、減少させるように、出力スペクトルプロファイルデータを補償する動作を実行する。なお、異なるパワーレベルを使用して照射源１６４を駆動させた場合に、入力スペクトルプロファイル強度の不一致が生じて、これが原因となって、パワーレベル依存性成分が変動する。

様々な実施形態によれば、ＣＰＳ装置１００が異なるパワーレベル（例えば、異なるデューティサイクル）のそれぞれのためにパワーレベル補償データ１６９を決定、及び／又は、記憶するので、パワーレベル補償の処理は、その後のユーザーにとって完全に分かりやすい内容になっている。例えば、ユーザーがワーク表面までの距離を測定するためにＣＰＳ装置１００を動作させ、照射源１６４を駆動させるために特定のパワーレベルを選択する場合、ＣＰＳ電装部１６０は、選択されたパワーレベルに対応するパワーレベル補償データ１６９を自動的に取戻し、これを適用して、入力スペクトルプロファイル強度の不一致による誤差を取り除く、又は、減少させる。なお、この入力スペクトルプロファイル強度の不一致は、ユーザーが選択したパワーレベルを使用して照射源１６４を動作させる場合に生じる。

いくつかの例示的な実施形態において、ＣＰＳ装置１００の光軸ＯＡに沿ってワーク表面１９０までの距離Ｚを測定することは、マシン・ビジョン検査装置（又は座標測定装置）で自動的に実行されてもよい。そのような場合、ＣＰＳ装置１００は、異なるパワーレベルでの照射源１６４の駆動中に距離Ｚを測定するのに用いられる光学ペン１２０を含んでいるが、このようなＣＰＳ装置１００は、マシン・ビジョン検査装置（又は座標測定機）にその一部として含まれている。適切なマシン・ビジョン検査装置は、米国特許第８，０８５，２９５号、及び、米国特許第７，４５４，０５３号に記載されている。

本発明の好適な実施例を説明し記載してきたが、この開示に基づけば、特長と動作の順序について説明し記載した組み合わせに対して多数の変形が可能なことは当業者に明白であろう。例えば、光学ペンを含むＣＲＳが本明細書において示された。しかしながら、クロマティックラインセンサなどのＣＲＳ装置であっても、本願において開示される装置及び方法に従って動作するように構成することができる。このように、本発明の趣旨と範囲から離れることなく、様々な変更が可能であることが理解されよう。

１００ クロマティック測距センサ（ＣＲＳ）装置
１０５ 出入力光ファイバーサブアセンブリ
１１２ 光ファイバーケーブル
１２０ 光学構成要素（光学ペン）
１５０ 光学構成部
１６０ 電装部
１６１ 光源・検出器サブシステム
１６２ 波長検出器
１６４ 光源
１６６ 信号演算器
１６８ 記憶部
１６９ パワーレベルスペクトル補償部
１７１ ユーザーインターフェース部
１９５ アパーチャー

Claims (20)

1. 異なるパワーレベルを使用して照射源を駆動させる場合に、入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる潜在的な誤差を補償するように構成されたクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）装置であって、
   色分散素子を含む共焦点光路を有し、ワーク表面に近接した異なる距離で異なる波長の焦点を合わせるように構成された光学ペンと、
   入力スペクトルプロファイルを有する多波長入力光を発生して、前記光学ペンに入力させるように構成された照射源と、
   電装部と、を備え、
   前記電装部は、
   当該ＣＰＳ装置による各測定のために前記異なるパワーレベルを使用して前記照射源を駆動するように構成された照射源制御部と、
   測定軸に沿って分布された複数ピクセルを有する波長検出器と、
   パワーレベルスペクトル補償部と、
   を含み、
   前記波長検出器の前記複数ピクセルは、各波長の光を受け取って出力スペクトルプロファイルデータを提供するように構成され、
   前記パワーレベルスペクトル補償部は、前記異なるパワーレベルを使用して前記照射源を駆動させた場合に、前記入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる前記潜在的な誤差を取り除くため又は減少させるために、前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するように構成されている、
   ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記光学ペンは、測定動作を行うために前記電装部に接続されて前記ワーク表面に対して動作可能な位置に位置決めされた状態で、前記照射源から前記入力スペクトルプロファイルを受け取り、対応する照射光を前記ワーク表面へ出力し、前記ワーク表面からの反射光を受け取り、前記波長検出器に前記出力スペクトルプロファイルを提供するために前記反射光を出力するように構成され、
   前記出力スペクトルプロファイルは、
   前記光学ペンから前記ワーク表面までの測定距離を表示する波長ピークを有する距離依存性プロファイル成分と、
   入力スペクトルプロファイル効果に相当するパワーレベル依存性成分を有する距離非依存性プロファイル成分と、を含み、
   前記パワーレベル依存性成分は、前記多波長入力光を発生させるために前記照射源へのパワーレベルを変動させた場合に生じる前記入力スペクトルプロファイル中の相対的な波長強度の変動に関連するものであり、
   前記パワーレベルスペクトル補償部は、前記異なるパワーレベルを使用して前記照射源を駆動させた場合に、前記入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる前記パワーレベル依存性成分の変動を取り除くため、又は、減少させるために、前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するように構成されている、
   ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記パワーレベルスペクトル補償部は、少なくとも、特定の第一パワーレベル設定を使用して前記照射源を作動させた結果の特定の第一入力スペクトルプロファイルについて、前記入力スペクトルプロファイル中の相対的な波長強度を特徴づけるパワーレベル補償データを備え、
   特定の前記第一パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を動作させた場合に、前記パワーレベルスペクトル補償部は、特定の前記第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づける前記パワーレベル補償データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償する、
   ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
4. 請求項３記載の装置において、
   前記パワーレベル補償データは、少なくとも特定の前記第一入力スペクトルプロファイルについて、前記入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけるデータであり、特定の前記第一パワーレベル設定に関するパワーレベル依存性成分を補償するように構成された波長特有のパワー正規化因子の第一セットを含む、
   ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   前記波長特有のパワー正規化因子の第一セットは、正規化因子の集合体を含み、
   前記正規化因子の集合体は、前記波長検出器の前記複数ピクセルにそれぞれ対応したものである、
   ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
6. 請求項３記載の装置において、
   前記パワーレベル補償データは、特定の第二パワーレベル設定を使用して前記照射源を作動させた結果の特定の第二入力スペクトルプロファイルについて、追加的に、前記入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけるデータであり、
   特定の前記第二パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を作動させた場合に、前記パワーレベルスペクトル補償部は、特定の前記第二入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づける前記パワーレベル補償データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償する、
   ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   前記パワーレベル補償データは、特定の前記第二入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけるデータであり、特定の前記第二パワーレベル設定に関するパワーレベル依存性成分を補償するように構成された波長特有のパワー正規化因子の第二セットを含む、
   ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
8. 請求項３記載の装置において、
   前記ＣＰＳ装置は、ユーザーが前記第一パワーレベル設定を含む複数のパワーレベル設定から一つを選択できるように構成されたパワーレベル選択要素を有するユーザーインターフェースを備え、
   ユーザーによって選択された特定の前記第一パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を作動させた場合に、特定の前記第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づける前記パワーレベル補償データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するため、前記ＣＰＳ装置は、選択された特定の前記第一パワーレベル設定に基づいて前記パワーレベルスペクトル補償部を自動的に動作させる、
   ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
9. 請求項３記載の装置において、
   前記ＣＰＳ装置は、前記波長検出器において動作可能な測定信号レベルを供給するために、使用するパワーレベル設定を自動的に決定するように構成され、
   前記ＣＰＳ装置が、前記波長検出器において動作可能な測定信号レベルを供給するためには、特定の前記第一パワーレベル設定を使用すべきであることを、自動的に決定し、さらに、前記ＣＰＳ装置が、特定の前記第一パワーレベル設定を使用して動作した場合、
   前記ＣＰＳ装置は、決定された前記第一パワーレベル設定に基づいて、前記パワーレベルスペクトル補償部を自動的に動作させるように構成され、
   前記パワーレベルスペクトル補償部は、特定の前記第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づける前記パワーレベル補償データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するように構成されている、
   ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
10. 請求項１記載の装置において、
    前記パワーレベルスペクトル補償部は、
    １セットのパワーレベル設定の個々のパワーレベル設定を使用して前記照射源を作動させた結果得られた１セットの入力スペクトルプロファイルについて、各々の入力スペクトルプロファイル中の相対的な波長強度を特徴づけるパワーレベル補償データを備え、
    個々の前記パワーレベル設定の間にある特定の第一パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を動作させる場合には、前記パワーレベル補償データを処理して、特定の第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけることが可能な補間データを決定するように構成され、
    前記補間データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償する、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
11. 請求項１０記載の装置において、
    前記ＣＰＳ装置は、前記波長検出器において動作可能な測定信号レベルを供給するために、使用するパワーレベル設定を自動的に決定するように構成され、
    前記ＣＰＳ装置が、前記波長検出器において動作可能な測定信号レベルを供給するためには、特定の前記第一パワーレベル設定を使用すべきであることを、自動的に決定し、さらに、前記ＣＰＳ装置が、特定の前記第一パワーレベル設定を使用して動作した場合、
    前記ＣＰＳ装置は、決定された前記第一パワーレベル設定に基づいて、前記パワーレベルスペクトル補償部を自動的に動作させるように構成され、
    前記パワーレベルスペクトル補償部は、前記パワーレベル補償データを処理して、特定の前記第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけることが可能な前記補間データを決定するように構成され、
    前記補間データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償する、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置。
12. 異なるパワーレベルを使用して照射源を駆動させる場合に、入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる潜在的な誤差を補償するためのクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）装置の動作方法であって、
    a）前記ＣＰＳ装置を提供する工程と、
    ここで、前記ＣＰＳ装置は、
    色分散素子を含む共焦点光路を有し、ワーク表面に近接した異なる距離で異なる波長の焦点を合わせるように構成された光学ペンと、
    入力スペクトルプロファイルを有する多波長入力光を発生して、前記光学ペンに入力させるように構成された照射源と、
    電装部と、を備え、
    前記電装部は、
    当該ＣＰＳ装置による各測定のために前記異なるパワーレベルを使用して前記照射源を駆動するように構成された照射源制御部と、
    測定軸に沿って分布された複数ピクセルを有する波長検出器と、
    パワーレベルスペクトル補償部と、
    を含み、
    前記波長検出器の前記複数ピクセルは、各波長の光を受け取って出力スペクトルプロファイルデータを提供するように構成され、
    前記パワーレベルスペクトル補償部は、前記異なるパワーレベルを使用して前記照射源を駆動させた場合に、前記入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる前記潜在的な誤差を取り除くため又は減少させるために、前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するように構成され、
    b）測定動作を実行するために前記ＣＰＳ装置を動作させる工程と、
    ここで、前記測定動作における前記光学ペンは、前記電装部に接続されて前記ワーク表面に対して動作可能な位置に位置決めされた状態で、前記入力スペクトルプロファイルを受け取り、対応する照射光を前記ワーク表面へ出力し、前記ワーク表面からの反射光を受け取り、前記波長検出器に出力スペクトルプロファイルを提供するために前記反射光を出力するように構成され、
    前記出力スペクトルプロファイルは、前記光学ペンから前記ワーク表面までの測定距離を表示する波長ピークを有する距離依存性プロファイル成分と、入力スペクトルプロファイル効果に相当するパワーレベル依存性成分を有する距離非依存性プロファイル成分と、を含み、
    前記パワーレベル依存性成分は、前記多波長入力光を発生させるために前記照射源へのパワーレベルを変動させた場合に生じる前記入力スペクトルプロファイル中の相対的な波長強度の変動に関連するものであり、
    c）前記異なるパワーレベルを使用して前記照射源を駆動させた場合に、前記入力スペクトルプロファイル強度の不一致によって生じる前記パワーレベル依存性成分の変動を取り除く又は減少させるため、前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するように前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる工程と、
    を備えることを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置の動作方法。
13. 請求項１２記載の方法において、
    前記パワーレベルスペクトル補償部は、少なくとも、特定の第一パワーレベル設定を使用して前記照射源を作動させた結果の特定の第一入力スペクトルプロファイルについて、前記入力スペクトルプロファイル中の相対的な波長強度を特徴づけるパワーレベル補償データを備え、
    前記電装部に接続された前記光学ペンを備えた前記ＣＰＳ装置を動作させる工程では、特定の前記第一パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を動作させて、
    前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するために前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる工程では、特定の前記第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づける前記パワーレベル補償データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するように、前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置の動作方法。
14. 請求項１３記載の方法において、
    前記パワーレベルスペクトル補償部は、少なくとも、特定の第二パワーレベル設定を使用して前記照射源を作動させた結果の特定の第二入力スペクトルプロファイルについて、前記入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけるパワーレベル補償データを備え、
    前記電装部に接続された前記光学ペンを備えた前記ＣＰＳ装置を動作させる工程では、特定の前記第二パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を動作させて、
    前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するために前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる工程では、特定の前記第二入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づける前記パワーレベル補償データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するように、前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置の動作方法。
15. 請求項１３記載の方法において、
    前記ＣＰＳ装置は、ユーザーが前記第一パワーレベル設定を含む複数のパワーレベル設定から一つを選択できるように構成されたパワーレベル選択要素を有するユーザーインターフェースを備え、
    前記電装部に接続された前記光学ペンを備えた前記ＣＰＳ装置を動作させる工程では、ユーザーによって選択された特定の前記第一パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を動作させて、
    前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するために前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる工程では、選択された特定の前記第一パワーレベル設定に基づいて、前記パワーレベルスペクトル補償部を自動的に動作させて、特定の前記第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づける前記パワーレベル補償データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを自動的に補償する、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置の動作方法。
16. 請求項１３記載の方法において、
    前記ＣＰＳ装置は、前記波長検出器において動作可能な測定信号レベルを供給するために、使用するパワーレベル設定を自動的に決定するように構成され、
    前記電装部に接続された前記光学ペンを備えた前記ＣＰＳ装置を動作させる工程では、当該ＣＰＳ装置によって自動的に決定された特定の前記第一パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を動作させて、
    前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するために前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる工程では、特定の前記第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づける前記パワーレベル補償データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを自動的に補償するように、自動的に決定された特定の前記第一パワーレベル設定に基づいて前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置の動作方法。
17. 請求項１２記載の方法において、
    前記パワーレベルスペクトル補償部は、１セットのパワーレベル設定の個々のパワーレベル設定を使用して前記照射源を作動させた結果得られた１セットの入力スペクトルプロファイルについて、各々の入力スペクトルプロファイル中の相対的な波長強度を特徴づけるパワーレベル補償データを備え、
    前記電装部に接続された前記光学ペンを備えた前記ＣＰＳ装置を動作させる工程では、個々の前記パワーレベル設定の間にある特定の第一パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を動作させて、
    前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するために前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる工程では、前記パワーレベル補償データを処理して、特定の前記第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけることが可能な補間データを決定し、前記補間データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償する、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置の動作方法。
18. 請求項１７記載の方法において、
    前記ＣＰＳ装置は、前記波長検出器において動作可能な測定信号レベルを供給するために、使用するパワーレベル設定を自動的に決定するように構成され、
    前記電装部に接続された前記光学ペンを備えた前記ＣＰＳ装置を動作させる工程では、個々の前記パワーレベル設定の間にある特定の前記第一パワーレベル設定を自動的に決定するように当該ＣＰＳ装置を動作させて、当該自動的に決定された特定の前記第一パワーレベル設定を使用して当該ＣＰＳ装置を動作させて、
    前記出力スペクトルプロファイルデータを補償するために前記パワーレベルスペクトル補償部を動作させる工程では、自動的に決定された特定の前記第一パワーレベル設定に基づいて前記パワーレベル補償データを動作させて、前記パワーレベル補償データを処理して、特定の前記第一入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけることが可能な前記補間データを決定し、前記補間データに基づいて前記相対的な波長強度を正規化することによって、結果生じる前記出力スペクトルプロファイルデータを補償する、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置の動作方法。
19. 請求項１２記載の方法において、
    前記パワーレベルスペクトル補償部は、１セットのパワーレベル設定の個々のパワーレベル設定を使用して前記照射源を作動させた結果得られた１セットの入力スペクトルプロファイルについて、各々の入力スペクトルプロファイル中の相対的な波長強度を特徴づけるパワーレベル補償データを備え、
    当該方法は、さらに、前記１セットのパワーレベル設定のなかの対応する１のパワーレベル設定を使用して前記照射源を作動させた結果得られた前記１セットの入力スペクトルプロファイルのなかの少なくとも１つの入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけることが可能なパワーレベル補償データを決定し記憶するように当該ＣＰＳ装置を動作させる工程を備える、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置の動作方法。
20. 請求項１９記載の方法において、
    前記１セットの入力スペクトルプロファイルのなかの少なくとも１つの入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけることが可能な前記パワーレベル補償データを決定し記憶するように当該ＣＰＳ装置を動作させる工程は、
    前記光学ペンを除く前記ＣＰＳ装置において通常動作での光路の一部で構成される光路を供給する工程と、ここで、当該光路は、異なる距離で異なる波長の焦点を合わせるように構成されておらず、
    前記照射源からの光を前記光路を通じて受けて、基準材料からの反射光を前記光路を通じて前記波長検出器に戻すために、前記基準材料を位置決めする工程と、
    前記１セットのパワーレベル設定のなかの第一パワーレベル設定を使用して前記基準材料を照射するために前記照射源を駆動し、前記波長検出器によって前記基準材料からの反射光を前記光路を通じて受光し、さらに、前記基準材料を照射するために前記第１パワーレベル設定を使った結果得られる出力スペクトルプロファイルデータを供給するように、測定動作を実行する工程と、
    前記第１パワーレベル設定を使用した結果得られる前記出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、前記第１パワーレベル設定を使用して前記照射源を作動させた結果得られた前記１セットの入力スペクトルプロファイルのなかの第１入力スペクトルプロファイル中の前記相対的な波長強度を特徴づけることが可能な前記パワーレベル補償データを決定する工程と、を備える、
    ことを特徴とするクロマティックポイントセンサ装置の動作方法。