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
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Abstract
Description
・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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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