JPH08501880A

JPH08501880A - 半球状に散乱あるいは放射された光を高速に測定する装置および方法

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Publication number: JPH08501880A
Application number: JP6513427A
Authority: JP
Inventors: レイモンドジョセフカーストングエイ
Original assignee: ブロートリサーチオーガニゼイションインコーポレイテッド
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1996-02-27
Also published as: WO1994012864A1; US5729640A; US5313542A; KR950704678A; US5615294A; US5475617A; US5640246A

Abstract

(57)【要約】携帯型スキャッタメータおよび／またはいろいろな方向に放射される光を測定する装置において、該装置は、無偏光化された光を表面の１点に収束照射し、この１点から反射されて半球状に散乱される光をすべてあるいは部分的に同時に集光するための、前部端面が凹面となされた２重テーパ光ファイバーバンドル（４０）と、レーザダイオード光源（２１）とを含む測定ヘッド（１０）を具備しており、上記の光は各ファイバー（４０）の端面に対して垂直に入射して集光されるようになされていることを特徴とする。集光された光ビームのイメージは縮小された後、光ファイバーバンドル（４０）を介して、光ビームを電気信号に変換するｘ−ｙスキャン面アレイを有するアンチブルーミングＣＩＤカメラ（１３０）に入射される。独特なコンピュータ制御によるリアルタイムのデータ収集およびデータ再構成処理、フレームグラバー（１７５）、および独特なアルゴリズムを用いて、２００，０００点以上の光データを収集し、データを２次元あるいは３次元の散乱プロファイルに再構成してその結果を表示する。これらの処理すべてを１秒以下で行うことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】半球状に散乱あるいは放射された光を高速に測定する装置および方法発明の背景１．発明の分野本発明は、一般に、光源から半球状に散乱あるいは放射された光を測定するための装置および方法に関するものであり、さらに具体的には、２重にテーパを付し、かつ、端面を球状凹面となした光ファイバーバンドル、ＣＩＤカメラと、試料からの反射レーザ光を半球状に集めるためのフレームグラバーとを具備し、コンピュータ画面に散乱プロファイルを高速に再生するための独特なアルゴリズムを有する携帯型スキャッタメータに関するものである。２．従来技術の説明ａ．スキャタメータ光学部品からの散乱は、信号パワーを低減させてしまい、また、これによって分解能が制限され、また、雑音発生の原因となり、いろいろな光学設計において思わぬ問題を引き起こす。例えば、１９８８年８月のレーザ・アンド・オプトロニクスに発表されたストーバの「光散乱：注意深い光散乱の測定による鋭い診断」を参照のこと。多くの光学面は、光に対して予期できないような相互作用を起こすため、光学機器の設計者および製造業者は、半球状に散乱された光を正確にかつ高速に測定するための手段を必要としている。スキャタメータは、光学機器設計者が、測定すべき目的物からの散乱光を測定することによって、その表面をオングストローム程度の精度で品質および特性を評価するために広く用いている非常に有用な道具である。１９８７年にブロー・リサーチ・オーガニゼーション（ＢＲＯ）社は、多波長表面スキャン型完全自動スキャッタメータ（「ＦＡＳＣＡＴ３６０」）システムを研究開発用として導入した。このシステムは、最大７個までレーザを収納することが可能であり、また、試料を透過した光あるいは試料から反射された光を完全な半球状に測定することが可能なものであったが、測定を行うためには、光検出器を試料ホルダーのまわりを３６０度回転させることが必要であり、また、試料自身も３方向軸（Ｘ、ＹおよびＺ軸）に関する回転および並進運動が（すべて自動的に）可能なようになされていることが必要であった。この測定器は、双方向反射率分布関数（「ＢＲＤＦ」）および双方向透過関数（「ＢＴＤＦ」）を平面上および平面外の両方に対して測定することが可能な双方向反射率計（「ＢＤＲ」）である。このシステムは、リアルタイムで２次元および３次元プロットデータをプリントすることが可能であり、非常な汎用性と信頼性とを有するものであった。この技術は今や古いものとなってしまったが、最近まで最も優れた技術として使われたものである。しかしながら、この装置は、大きさが大きく（４インチ× ８インチの鋼鉄製の上部テーブルの全体が、「トラック」と呼ばれる放射線装置健康センターの標準であるクラス１のハウジングに収納され、試料のアクセスは、安全のために設けられたインターロック付きドアを介して行うようになされたものである。また、３８６ＳＸコンピュータ／レーザプリンタシステムが付属している）、また、この装置は高価（４００，０００ドル〜６００，０００ドル）であり、データ取得時間が長く（試料を測定して計算をし解析結果をプリントするのに３分から３時間を要する）、そのため、このスキャッタメータの応用の範囲には限界があった。この大きさと価格の欠点を克服するために、１９８８年において、トーメイ・マチス・アソシエーツ（ＴＭＡ）社は、単一レーザを用いたテーブル設置型の、全方向散乱計（「ＣＡＳＩ」（商標））と称するクラス３のスキャッタメータを導入した。しかしながら、この装置は、汎用性と信頼性とを非常に犠牲としたものであった。この測定器は、試料を３軸に関して回転および並進運動（その中の１つが自動化されている）することが可能であり、また検出器を３６０度スイープさせることが可能（ＦＡＳＣＡＴで用いられた試料のまわりを３６０度回転する技術とは異なった技術が用いられている）なものであるが、ＢＳＤＦのプロットを２次元的にしかできず、また依然としてかなり高価なものであった（９７，０００ドル〜１６６，０００ドル）。さらに最近になって、いっそう低価格で、携帯ができ、バッテリ駆動型のマイクロプロセッサ制御スキャッタメータが導入されたが、この装置は、試料の周囲に最大８個の独立した携帯型あるいはベンチ設置型の測定ヘッドを用いた検出器を固定配置したものであり、このようにすることによって、汎用性がさらに損なわれてしまい、さらには信頼性と取得可能なデータ量とが犠牲とされていた。上記のこれらの小型装置は、いくつかの有用な機能を有しているとはいえ、これらの測定器を用いる上で、被測定面が均一となっていることが必要であり、また光の相互作用によって被測定面の均一性が阻害されないことも前提とされており、制約の多いものであった。また、これらの装置は、測定点数でも制約のあるものであった。上記のような、より小型の測定器を設計しようとする試みは、測定器の機能を大型の機種と比較して制約されたもとし、その結果、重要な情報が失われてしまう。本特許の出願者は、上記問題に対して、小型化による機能の制約を可能な限り少なくし、粗く、素性の悪い、不均一な表面をも測定することが可能で、汎用性や機能を犠牲とすることなく、むしろ逆に汎用性や機能を増大させる解決策を見い出したものである。従来のスキャッタメータのどの集光システムも、試料表面のスポットから散乱された反射光を球状に同時に集光する能力をもっておらず、従って、従来のどのスキャッタメータも光源から散乱される光をいろいろな散乱角度に関して同時に測定することが不可能であった。本発明による独特な集光システムは、このような問題を解決するものである。ｂ．光ファイバーバンドル光ファイバーバンドルはかなり以前から知られている技術である。例えば、米国特許第２，３５４，５９１および３，０３３，０７１）また、ジーグムンドの「電子撮像における光ファイバーテーパ」（スコット・ファイバー・オプティクス）を参照のこと。最新の光ファイバーバンドルは、屈折率の高いまず純粋な原料ガラスを屈折率が低いクラッドガラスで作られたチューブ内に注いで作成した数百万のガラスファイバーを束ねて正確に位置合わせをした後に溶融して固体のガラスファイバーバンドル（「ブール」）を形成したものである。これらのそれぞれのファイバーは、対応する像の部分からの入射光をよく知られているように内部反射によって伝搬していく。この反射伝搬によって、一方の端面から他方の端面に像を高分解能で効率的に転送することが可能である。どのような機能が最終的に所望されているかに応じて、製造工程において、ブールを捻ったり、曲げたり、あるいはテーパを付けたりする。例えば、テーパは、中央部分を加熱して、両端を引っ張り、端部の直径が大きな部分、および中央部分の直径が小さな部分ではそれぞれ各ファイバーが実際上平行となっているような砂時計形状のブールを形成することによって作られる。この工程において、最も外側のファイバーは最も内側のファイバーと比較して、より引っ張られて、より長くなる。次いでブールは、直径が小さな中央部分で半分に切断されて、２つの同一のテーパが付けられた部分に分けられ、それぞれが、光ファイバー拡大／縮小器となる。面板は、窓として用いることができ、像を、大きさや方向を変えることなく直線的に伝搬させる。また、ファイバーバンドルを捻ることによって像反転器を作成することができる。また、テーパは、拡大器あるいは縮小器として働く。バンドルの２つの端面は、好適には互いに平行な面となされるが、これらの面は平坦面でもあるいは所望の半径を有する曲面であってもよい。テーパの小さな端部を電荷結合素子（「ＣＣＤ」）などの自動スキャンアレイに結合して、一群のファイバーすなわち一群のピクセルの光レベルを、対応する電気信号に変換し、これをさらにディジタイズして強調図形をコンピュータ画面上に再生する技術はよく知られているものであり、例えば、分光器、天文学、あるいは医学的な応用において用いられている。光ファイバーバンドルは、Ｘ線像強調器や夜間眼鏡などの分野において広く用いられている。また、米国特許第３，０３３，０７１，開示されているようにブールを部分的にさらに加熱して、ファイバーの両端を引っ張っり２重にテーバを付し、玉ねぎ型のブールを形成し、これをさらにテーパが形成された点で切断して一方あるいは両方の端部に凹面を形成し、イメージあるいはフィールドフラットナーとして用いる技術が知られている。しかしながら、初期のこの型のデバイスでは、光源あるいは散乱光源を発した光がバンドルの端面のどの部分においてもバンドルに０゜の入射角で入射するようにはなされておらず、従って、像がバンドルの焦点位置に点像として形成されなかった。また、米国特許第４，９９１，９７１に開示されているように、長さが等しい光ファイバーのバンドルの一方の端部をテストしようとしている目的物から等距離にある円周上に配列し、一方、他方の端部は直線的に配列するようにして、一方の端部において、各ファイバーが散乱光のいろいろな異なる角度成分を同時に受光してこれを他方の端部まで伝搬させ、伝搬された成分を直線的に配列されている方の端部から同時に出射させて、これを検出しコンピュータで電気信号に変換するようにする技術が知られている。しかし、この技術では、長さの等しいファイバーを束ねなければならないために、光ファイバーバンドルにテーパを付すことができない。さらに、このデバイスは、全散乱光のうちの、ファイバー円周状に配置された単一面に入射する一部のみしか読み出すことができない。さらに、球状セグメントあるいは半球全体に対して集光を行い散乱プロファイルを算出するには、他の従来技術におけるのと同様に試料を回転することが必要であり、そのため、散乱プロファイルを得るのは、やっかいであり長時間がかかる。本発明は、これらの欠点を克服するものであり、本発明においては、テーパを付した光ファイバーバンドルを用い、バンドルの焦点位置にある光源から発せられた光が各ファイバー要素の開口に垂直に入射するようになされる。このような技術は、スキャッタメータにおいてこれまで用いられたことがなく、本発明独特の光測定技術である。さらに、本発明の独特な設計による２重にテーパを付けた光ファイバーバンドルは、散乱源からの球セグメントあるいは半球状の集光を瞬時に行うことが可能であるという優れた長所を有しており、このような技術は従来知られていなかったものである。ｃ．フレームグラバーのアルゴリズムフレームグラバーすなわち画像メモリは、従来からイメージセンサプロセッサの一部として用いられている。例えば、米国特許第５，０４０，１１６、第４，９５４，９６２、あるいは第４，８４３，５６５を参照のこと。フレームグラバーは典型的にはコレコあるいはイメージ・テクノロジー社が製造しているフレームグラバーＰＣボード内に用いられており、インテルのマイクロコンピュータ８０４８６を用いたコンピュータなどのデータ処理装置に結合され、このデータ処理装置があらかじめ定められたアルゴリズムに従ってイメージメモリをアクセスし、ＣＲＴあるいはその他の発光スクリーン上に画像を再生するといった用い方がされている。標準的なフレームグラバーは、白黒２５６階調を解像することができる。周囲光を削除する必要がある場合、あるいは周囲光が目的とする像の再生に悪影響を与える場合には、データから周囲光の値を差し引く技術が知られている。この技術については、米国特許第４，９９１，９７１（４：５６−６４）を参照のこと。従来のフレームグラバーのアルゴリズムは、効率が悪くて遅く、また、高価なＣＣＤカメラを用いる必要があった。一方、本発明によるアルゴリズムは、非常に効率が良く、そのため、低価格の電荷注入素子（「ＣＩＤ」）を用いたカメラを採用することが可能であるという長所を有する。ＣＣＤカメラの場合では、ピクセルが飽和すると「ブルーミング」が起こり、良好な散乱プロファイルを再生することができなくなることが重大な問題となっているが、ＣＩＤカメラでは、この「ブルーミング」が起こらない。発明の要約いかにして本発明を実施してその目的を達成し、本発明の上記のおよびその他の利点を実現するかについて、本発明の簡単な要約を以下に示す。本発明がその１つの態様において提供する集光装置およびその処理方法は、複数の光ファイバーを具備し、その両端が互いに一定間隔となるように配置され、その一方の端部が実質的に共通の曲率半径中心を有し各ファイバーに直交する曲面を有し、他方の端部が指標付けられたアレイに配列され、上記一方の端部においては各ファイバーの長さ方向の軸が共通点に収束するようになされ、これによってこの共通点からいろいろな角度に放射される光が同時に各ファイバーの上記一方の端部に入射し他方の端部に伝搬されるようになされていることを特徴とするものである。本発明のこの態様のさらに別の形態においては、上記の曲面は完全な半球、球状セグメント、または線形セグメントである。本発明がその第２の態様として提供する表面からの反射光を測定するための装置およびその処理方法は、ハウジングと、上記ハウジング内に保持され、表面を照射するようになされたレーザダイオード光源と、上記ハウジング内に保持された光ファイバーバンドルがテーパが付されており、その一方の端部のテーパが付された部分が凹面を有し、他方の端部が平坦アレイとなっており、表面の１点から反射された光を伝搬するようになされた光ファイバーバンドルと、スキャン可能な面アレイを有しこの面アレイで上記の伝搬された光ビームを受光して上記光ビームを電気信号に変換するようになされた、上記ハウジング内に保持されたＣＩＤカメラと、を具備していることを特徴とするものである。本発明のこの態様の別の形態においては、ダイオード用いて、上記レーザの出力の制御をそのオン時間を制御することによって行う。本発明がその第３の態様として提供するｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて、被測定物から発した、カメラのダイナミックレンジを越える可能性のある光を取得する装置および方法は、ａ）周囲光を測定して、その測定値を基準フレームに記憶し、ｂ）レーザダイオード光源で上記被測定物をあらかじめ定められた時間だけ照らし、ｃ）上記時間において上記被測定物から反射された光ビームを集め、該ビームをアレイに伝送し、ｄ）上記アレイをｘ−ｙスキャンして光ビームを電気的データに変換することによって収集されたデータをディジタイズし、ｅ）ディジタイズされたデータを次のフレームに記憶し、ｆ）反復させる度ごとにレーザダイオードのオン時間をあらかじめ定められた量だけ増加させながら上記ステップ（ｂ）から（ｅ）を反復する、ステップを含み、これによって、基準フレームおよびＮ個のデータフレームを収集し、Ｎ＋１個の連続したフレームに記憶することを特徴とするものである。本発明の第４の態様による、コンピュータフレームグラバーの連続的にｘ−ｙ配列された複数のメモリフレームに記憶されたデータから単一データプロファイルを再構成する装置と方法は、上記複数のメモリフレームの最初のフレームが上記の一連のフレームのすべてに共通する係数を表すデータを記憶する基準フレームであり、残りのフレームがデータフレームとなされているものであり、該方法が：ａ）ｘ−ｙ配向プロファイル配列をメモリ中に設定し、該配列をゼロで満たし、ｂ）スケールファクタを算出し、ｃ）基準フレームに記憶されている共通係数データを一連のデータフレームの各フレームに記憶されているデータから差し引き、ｄ）最初のデータフレームのデータを上記スケールファクタでスケーリングし、スケーリングされたデータを上記プロファイル配列に加え、ｅ）その次に続いているデータフレームの各ｘ−ｙ点に記憶されているデータをスケーリングして上記配列の対応するｘ−ｙ位置に加える、ただし、この処理は、上記位置にデータがまだ記憶されておらず、またさらに、（１）上記配列の上記ｘ−ｙ点にすでに存在するデータがゼロであり、また（２）Ｔを、データの値がＴよりも大きい場合にはそのデータが不当であることを表すスレショールドレベルとするとき、現在のデータフレームおよびそれより以前のすべてのデータフレームの上記ｘ−ｙ点のデータがＴよりも小さい、場合においてのみ行われる、ｆ）後続の一連のデータフレームの各々に対してステップ（ｅ）を独立に連続的に反復するステップを含むことを特徴とするものである。本発明の第５の態様による、１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ装置と方法は、該スキャッタメータが、上記の点を照射するためのパワー制御レーザ光源と、その点から反射してくる光ビームを集光すべき点を共通の視野として有する複数の光ファイバー要素からなる光ファイバーバンドルと、上記反射光ビームを電気信号に変換するためのカメラを具備しており、集光された光ビームの信号レベルを上記カメラの暗電流雑音レベルよりもあらかじめ定められた量だけ大きくなるようにレーザダイオードのオン時間を順次増大することによって増大させてフレームグラバー中に連続的なイメージを形成し、さらに上記フレームグラバーが順次記憶されたイメージをディジタイズし、これから、同時に上記信号レベルの増加量を増加させながら上記点から発する光の単一散乱プロファイルを再構成することを特徴とするものである。本発明のこの態様のさらに別の形態においては、散乱プロファイルを１秒以内に再生することができる。本発明の第６の態様が提供するスキャッタメータにおける光を電気信号に変換するために光を集める方法は、光をテーパが付けられた光ファイバーバンドルに向けるステップを含むことを特徴とするものである。本発明のこの態様のさらに別の形態においては、上記バンドル中の光ファイバーを単一点に収束させることを特徴とするものである。本発明の第７の態様が提供する製造方法は、テーパが付けられた光ファイバーバンドルを形成し、テーパが付けられた部分にバンドルと垂直な凹面をカット形成しすべてのファイバーが単一点に収束するようになす、ことを特徴とするものである。本発明のスキャッタメータの主要な利点は、その小型さ、耐久性、速度、半球測定機能にある。この新しい、可搬可能な卓上型測定器は、市場において最も高速で、最も強力なスキャッタメータである。この装置は、高分解能（０．１２５）であり、より高密度のＣＩＤアレイを採用すれば分解能をさらに向上させることも可能である。また、半球散乱データの部分的あるいは完全な測定を可動部分なしに１２インチ×１０インチ×６インチのフットプリントから１秒以下で行うことが可能である。この新技術は、線形測定とほぼ同等の価格で半球測定を可能とするものであり、また非常に改善された高性能を提供するものである。本発明による光ファイバーバンドルスキャッタメータ（ＯＭＮＩＳＣＡＴＲ（商標））は、スクラッチ、傷、気泡、内層面欠陥、表面粗さ（ＲＭＳ）、さらには、ＢＲＤＦやＢＴＤＦのすべてを測定できる能力を有している。この装置は、半球状に２００，０００点もの測定を行うことが可能であり、これは、従来のどのスキャッタメータと比較しても２桁多い空間データ量である。これにより、方位に関係なしに欠陥の検出が可能であり、さらには方位そのものを決定することも可能である。今までは、スキャッタメータは主として航空産業において用いられてきた。しかし、本発明の新世代スキャッタメータはより高速であり、またより小型であり、さらにより低価格であるので、その他の高品質表面を保証する必要がある産業、例えばコンピュータスクリーン、高精度ベアリング、平坦および曲面光学部品、特殊コート表面などにおいても品質管理のための装置として用いることが可能である。図面な簡単な説明図１ハウジングの内部の一部断面上平面図であり、レーザ光源、集光光学部品、ビームダンプ、およびカメラアセンブリを含む測定ヘッドを示すものである。図２レーザ光源からの光束がビームダンプおよび集光器に収束する様子を示した図である。図３ハウジングの内部の上平面図であり、レーザ光源、集光光学部品、ビームダンプ、およびファイバー光学系／カメラアセンブリを含む測定ヘッドを示すものである。図４玉ねぎ型ブールの一部断面上平面図であり、これから本発明の好適な実施例の２重にテーパが付された溶融光ファイバーバンドルが作成されるものであり、なおこの図には、バンドルの前面の凹面を形成する収束テーパ領域の曲率半径も示されている。図５本発明による２重テーパ光ファイバーバンドルの断面側面図であり、個々のバンドルに切断分離する前の状態を示したものである。図６本発明による、完全半球形状のファイバー１個を用いた光ファイバーバンドルの断面側面図である。図７Ａ本発明のさらに他の実施例の、バンドル中を光源が通るようになされた、単一、半球カット、テーパ付き光ファイバーバンドルの透視図である。図７Ｂ図７Ａの正面図である。図８本発明のさらに他の実施例の、カットした後に２つの部分を互いに溶融することによって作成した、単一、半球カット、テーパ付き溶融光ファイバーバンドルの透視図である。図９他の実施例のハウジングの内部の上平面図であり、光源、集光光学系、およびカメラを示したものである。部分的にテーパを付けた光ファイバーバンドルが用いられており、その端部から検出アレイに結像が行われる。図１０他の実施例の側面図であり、図８のテーパが付けられたバンドルの前部の半分を示したものであり、図１１Ａのものと比較してより大きな角度でテーパが付けられている。図１１Ａ他の実施例の側面図であり、図８のテーパが付けられたバンドルの前部の半分を示したものである。図１１Ｂ図１１Ａの正面図である。図１２Ａ本発明のさらに他の実施例の線形型光ファイバーバンドル（溶融型または単一ファイバー）の透視図である。図１２Ｂ図１２Ａのバンドルの一部断面平面図である。図１２Ｃ図１２Ａに示されたバンドルの他の透視図である。図１２Ｄ図１２Ａに示されたバンドルの出口側の小さい方の端部を示す裏面図であり、ＣＩＤカメラアレイに取り付けられるようにマトリックスに配列されている様子を示すものである。図１２Ｅ図１２Ａに示されたバンドルの平面図である。図１３光ファイバーアセンブリユニットの側面図であり、収納取付具内にマウントし、スプリングを用いてＣＩＤカメラへ取り付けた様子を示したものである。図１４測定ヘッドの一部断面上平面図であり、Ｚ−ステージ位置合わせ調節機構を示したものである。図１５図１４に示された測定ヘッドの一部断面側面図であり、方位位置合わせ調節機構を示したものである。図１６コンピュータ、フレームグラバー、ＩＥＥＥ−４８８カード、ＴＴＬカード、レーザダイオードコントローラを含むスキャッタメータデータ収集システムのブロック図である。図１７本発明のデータ収集処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。図１８本発明のデータ再構成処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。図１９校正およびシステムプロファイルのための測定レイアウトを示す上平面図である。図２０コンピュータ画面を図示したものであり、解析されたデータを表示するフォマートを示したものである。好適な実施例の詳細な説明目次Ｉ．定義 II．序 III．測定器の説明Ａ．概要Ｂ．光学的レイアウト１．光源部ａ．レーザダイオードｂ．コルニュ疑似デポーラライザｃ．収束光学系２．集光システムａ．テーパ付きファイバーバンドル（１）単一２重テーパ光ファイバーバンドル（２）完全半球光ファイバーバンドル（３）溶融単一２重テーパ光ファイバーバンドル（４）部分テーパ光ファイバーバンドル（５）線形アレイ光ファイバーバンドルｂ．光ファイバー／カメラアセンブリｃ．光学フィルタ３．ＣＩＤカメラ４．エンクロージャおよび調節ａ．ハウジングおよびマウントプレートｂ．小型性と測定ヘッドｃ．保護シャッタｄ．測定ヘッドの耐久性 IV.位置合わせＡ．内部位置合わせＢ．外部位置合わせＶ．データ収集ハードウェアおよびソフトウェアＡ．コンピュータ・ハードウェア・インタフェースＢ．ソフトウェア・ユーザ・インタフェースＣ．データ収集およびデータ再構成１．周囲光補償２．散乱測定／データ収集３．データ再構成Ｄ．データ表示Ｅ．データ解析１．正規化２．校正３．システムプロファイル４．情報量Ｆ．データ記憶Ｇ．２次元プロットＨ．３次元プロットＩ．グラフィック出力 VI．その他の測定技術Ａ．高速表面スキャンＢ．処理および表面解析付録Ａ：技術ノート検出器の直線性校正ＲＳＳ校正方法ＡＢＤＭ校正方法迷光抑止付録Ｂ：計算定義項目意味ＢＲＤＦ双方向反射分布関数ＢＴＤＦ双方向透過分布関数ＢＳＤＦ双方向散乱分布関数ＴＩＳ全積分散乱ＲＳＳ基準試料置換法ＲＭＳ表面粗さＰＳＤパワースペクトル密度ＡＢＤＭ減衰入力ビーム直接測定ＨｇＣｄＴｅ水銀カドミュウムテルルＮＩＳＴ米国標準技術研究所ＦＡＳＣＡＴ完全自動スキャッタメータ試料検出器試料からの散乱を検出する検出器基準検出器レーザのゆらぎや減衰をモニタする検出器ＳＮＲ信号対雑音比ＬＶＮＤ線形変数中性密度ＡＲ反射防止ＣＣＤ電荷結合素子ＣＩＤ電荷注入素子ＴＴＬトランジスタトランジスタロジック光源ヘッドビーム整形機能およびビーム平行化機能を有し、小型ユニットに収納されたレーザ放射光源集光ヘッド小さなベースプレート上に配備された集光光学系および検出器のすべて測定ヘッド製造装置上にマウントできるように、光源ヘッド、集光ヘッド、外部収束コントロール、シャッタ、マウント機構を収納したユニット II．序以下に、本発明をいくつかの節に分けて詳細に説明する。最初の測定器の説明の節においては、スキャッタメータを概観しその構成要素について説明する。次の節では、測定ヘッドの内部および外部位置調節について説明する。データ収集とソフトウェアの節では、スキャッタメータの制御、データ解析、測定器の使用について説明する。 III．測定器についての説明Ａ．概要図１および１６は、それぞれ新しい設計によるスキャッタメータの測定ユニット１０、およびデータ収集および再生システム２００を示すものである。本発明によるスキャッタメータは２つの独特な概念を有している。第１の概念は、試料６５からの散乱光を集めるための、テーパを付した光ファイバーバンドル４０（図２および４）である。第２の概念は、データ収集アルゴリズム１７０、１８０（図１７、１８）であり、これによって現在のスキャッタメータに採用されている低速な検出／ロックイン増幅器対による従来技術を用いることなく５桁の数の光量データを高速に収集することが可能となる。このような設計によって得られる利点は以下のようなものである：・半球状のデータ収集を１秒以下で行うことが可能である・０．１２５゜あるいはそれ以上の高分解能が得られる・平面内あるいは平面外のどちらの散乱も測定可能である多数のファイバー４４を溶融して束ね、バンドルのテーパ部４８の端面を凹面４１となるようにカットし、これを用いて散乱データを収集し、カメラ１３０まで導き、非常に高速なデータ収集を行うものである。発明のこの態様によれば、データを同時に収集することが可能であり、オン時間に関連する変数に基づいた測定を何度も反復して行う必要がなくなる。少なくとも１０^-5のＢＲＤＦを得るのに必要となる低信号レベルを得るためには、カメラの暗電流雑音よりも信号レベルが大きくなるようにレーザ出力および／またはカメラ集積時間を制御することが必要である。ここで開発された方法１７０では、レーザ出力を制御して、一度におよそ１桁の大きさのデータを収集する。多数のカメライメージをディジタイズする従来のフレームグラバーを用いて、各桁の大きさのデータを別々に収集し、散乱プロファイルを再生することが可能である（１８０）。３０フレーム／秒の収集速度の場合、データ収集時間は１秒以下である。スキャッタメータの測定器の節を以下のようにさらに詳細な節に分けてシステムのそれぞれの部分を以下に説明する。すなわち、光学的レイアウト、仕様の概要、光源工学系２０、集光光学系３０、ＣＩＤカメラ１３０、システムエンクロージャと調節１４０のそれぞれについて説明する。スキャッタメータの具体例を表１に示す。この表は測定ヘッド１０の構成部品の特性をまとめたものである。表２は、測定器の総合的パラメータを示したものである。また、表３に測定器のデータ収集およびソフトウェアの特性を示す。なお、漏洩光の制御やＣＩＤカメラの算出についての技術的な説明については、付録ＡおよびＢにそれぞれ記載した。Ｂ．光学的レイアウト光学的レイアウトについては、図１、２、３、４、および１３に示されている。図１を見ると最もよくわかるように、光学的レイアウトには、レーザダイオード２１とそのコントローラ２２、折り返しミラー２４、疑似デポーラライザ２５、収束光学系２６、シャッタアセンブリ１４３、ビームダンプ３１、ファイバー光学系／カメラおよびカメライメージアレイ１３１を具備したカメラコントローラアセンブリ３０（図７）が含まれている。１．光源部ａ．レーザダイオード小さなパッケージを用いて十分に大きな出力を得るために、レーザ光源として、通常のレーザダイオード２１を用いる。ハウジング１４１内に収納されたレーザダイオード２１はレーザコネクタ２２を介してパワー供給と制御が行われる。レーザビームはハウジング１４１内に保持された折り返しミラー２４に向かって進み、ある角度で反射される。具体的なダイオードおよびパワーは、ＢＲＤＦが少なくとも１０^-5ｓｒ^-1以上となること、また集光光学系の最適受光特性と、カメラ感度を考慮して選定される。レーザダイオードの出力と波長との間には、トレードオフが存在する。すなわち、カメラは、６７０ｎｍ付近で最も高感度を示すが、一方、ダイオードの出力は、８４０ｎｍあるいはそれ以上で最大となる。付録Ｂに示されている出力の計算からわかるように、レーザの出力を７０ｍＷとし、波長を８４０ｎｍとすると最も良い結果が得られる。ダイオードユニット２１は、ビームを円形化（ビーム整形）し、平行化された７．５ｍｍのビーム出力を得ることが可能である。ダイオードユニット２１は出力の安定化のためのドライバー（図示せず）、電子冷却装置、およびＴＴＬ／アナログ変調器を含んでいる。冷却は、出力パワーは温度に依存して変化する性質があるので、出力パワーを一定に保つために必要となるものである。ＴＴＬ変調１６０はレーザダイオード２１をパルス駆動させるのに、すなわち指定された時間の間だけオン状態とするのに用いられるものであり、これによって試料６５および検出器アレイ１３１へのパワーの大きさを制御するものである。レーザダイオード２１の寿命はおよそ５０，０００時間である。好適な実施例においては、レーザダイオードコントローラを用いて、カメラ− へのパワーを５桁の大きさまで制御する。通常、レーザダイオードのパワーレベルは、半桁の範囲で半固定的に調節ができるにすぎない。従って、パワーレベルを変える代わりに、カメラにレーザパワーが照射される時間を制御するようにする。コントローラ２３は、レーザがオンとなっている時間を、１０ｎｓから連続してオンの状態となる範囲で変調するように設定することができる。これによってＢＲＤＦの範囲を上記のような必要となる数桁の範囲で得ることが可能となる。レーザパワー出力の立ち上がり立ち下がり時間は１０ｎｓの程度である。この値は、入力レーザエネルギーを必要な５桁の大きさで制御するのに十分である。レーザのタイミングの制御はコンピュータシステム１５０から供給されるＴＴＬ１６０のレベル開始信号およびコントローラ２３に所望のパワーレベルをＩＥＥＥ−４８８インタフェース１５９を介して加えることによって行われる。パルス当たりの出力パワーは、レーザの仕様最大値まで制御可能である。コントローラ２３は、フォトダイオードフィードバックループ（図示せず）を用いてパワー出力を測定し安定化する能力を有している。パワーおよびタイミングの計算について付録Ｂに示す。レーザダイオードユニット２１の具体例はメレス・グリオーテ社が製造しているモデル０６ＰＬＬ８０７であり、以下のような特性を有している。・８３３ｎｍのビーム波長（可視波長から3.0μｍ）・レーザユニットのパワー出力７０ｍＷ・7.5ｍｍ平行円形ビーム（内部ビーム形状）、ビームプロファイルはＲ／ｅ² ＝3.4ｍｍ −３部コリメーティングレンズ：球面収差補正および平行化 −円柱レンズ：非点収差補正 −アナモフィックプリズム：円形ビーム整形・電子冷却・メレス・グリオーテ社モデル１０３の外部電源／コントローラによるレーザパワー、温度、オン／オフ時間の完全制御・1.0ＭＨｚまでのパルス変調（出力パワーの制御に用いる）ｂ．コルニュ疑似デポーラライザ測定ヘッド１０の中にレーザダイオード２１を用いることによって、光源部２０は直線偏光の光を発することができる。ただし、本当のデポーラライザを用いているわけではなく、レーザ光はコルニュ疑似デポーラライザ２５によって空間的に不規則に「無偏光化」される。高度の無偏光化を達成するためには、ビームサイズとビーム強度パターンとに十分に配慮することが必要である。９５％以上の無偏光化効率が達成で、この値は、必要なＢＲＤＦ精度を達成するのに十分である。ときには、偏光した光を用いることが有用である場合もあるが、一般には、ＢＲＤＦ測定は無偏光の光、または不規則に円偏光された光、あるいは、もし必要であれば、円偏光光を用いて行うべきである。ｓあるいはｐ偏光光源を散乱および表面特性と数学的に関係づけ、さらに偏光効果をソフトウェアで補償することは、非常に複雑な問題である。このような問題は、疑似無偏光レーザビームを用いて測定を行うことで回避可能である。疑似デポーラライザは、１つの偏光状態を、ある条件下において無偏光放射光の振る舞いを模擬した連続状態に変換する。コルニュ疑似デポーラライザ（ＣＰＤ）２５は、結晶性石英が示す光学活性を用いたものである。これは、平行化された光束に作用して、直線偏光状態を、空間的に変化していく複合化された直線偏光の連続状態に変換するものである。ｃ．収束光学系図１に示されているように、レーザ／デポーラライザアセンブリの出力は、試料に向かって進み、反転画像転送システムすなわち負および正レンズ系として働く収束レンズによって集光光学系に収束する。レンズ系２６は、反射防止膜をそれぞれ有する負レンズ２７および正レンズ２８からの収束収差が最小となるように設計されている。これらのレンズは、高品質な色消しレンズであり、光ファイバーバンドル４０に対する光束の焦点を制御調節可能である。収束レンズ２７、および２８を調節することによって、照射光学表面の適切な補償が可能である焦点調節は、マイクロメータ２９を用いて手動で行われる。無限大の曲率半径（平坦表面）を曲率半径が６００ｍｍ（凹面）にするにはマイクロメータをおよそ３ｍｍだけ移動すればよい。収束光学系２６によって、試料上におよそ４ｍｍのガウススポットが形成される。試料からの回折エネルギーのうち、ファイバーバンドルに入射しないものは２゜以内に保つことが可能である。２．集光システム図１、３、４、および１１に最もよく示されているように、集光光学系３０は、テーパが付された光ファイバーバンドルとカメラとからなっている。散乱光を集光するためのテーパ付き光ファイバーバンドルは、固体ＣＩＤカメラに直接に接続されている。ａ．テーパ付きファイバーバンドル本発明の光ファイバーバンドルには以下のようないくつかの実施形態がある。（１）一体型２重テーパ付き光ファイバーバンドル図４は、一体型の２重にテーパが付された光ファイバーバンドル４０に関する好適な実施例を示したものであり、テーパ部４８の一方の端部は凹面４１にカットされている。前面を形成している球状カットの前方のブール部分は玉ねぎ形状となっている。ファイバーバンドルは、直径２５μｍの溶融ファイバーガラス４４を一体としたものを、よく知られているように加熱して引き伸ばして切断する方法によって3.8μｍの直径までテーパを付けたものである。このバンドル４０は、およそ４０％の透過率を有する。前部端面４１の曲率半径Ｒは、すべてのファイバー４４が単一焦点を有し、従って、試料の同一点４３をすべてのファイバーが望むようにすることが必要である。このような構造を採用することによって、部分的あるいは完全半球測定の機能性を増大させることができる。なお、機能性は用いる光ファイバーバンドルおよび光源の加え方にも依存する。本発明の好適な実施形態において、一体型２重テーパ付き光ファイバーバンドル４０の作成するには、まず最初にバンドルを引き延ばして、中央部が狭く両端が広い図５の４０ａのようなよく知られている砂時計形状を形成する。次いで、広い部分の各々を引き伸ばして図５の４０ｂのような両端が狭く中央部が広い玉ねぎ形状を形成する。バンドルを狭い部分４０ｃ、４０ｄで切断して、切断後のブール４０が図４に示したように中央部が広いテーパ部４７となっており、両端が狭いテーパ部４５、４６である玉ねぎ形状となるようにする。次に、ファイバー４４が収束している中央の広い部分４７の近くのテーパ部４８に球状カット４１を形成して、図４のように一体型２重テーパ形状４０を形成する。なお、球状カット４１は、テーパのその他の所望の位置、例えば図５の破線で示されているようなファイバーが収束あるいは発散する位置に形成するようにしてもよい。端部４９は平坦面となるようにカットし、指標付きアレイを形成して、この部分を、伝搬されてきた光を電気信号に変換するためのカメラと結合できるようにする。図４、１０、１１Ａ、および１３に示されているように、テーパが付された光ファイバーバンドルのテーパの収束部４３で端面４１のカットを選択された半径Ｒで行うことにより個々のファイバーが収束しているバンドルのテーパ部に球面を形成すると所望の曲面を自動的に得ることができる。このカットは、バンドル４０の各ファイバー４４と、どの位置においてもほぼ直交するように形成される。２インチの直径のブールの場合における上記の半径の好適な値は、試料上のこの構造におけるすべてのファイバー４４に共通の焦点位置にレーザスポットが形成され、その半球セグメント視野が４０゜から６０゜となるような値である。バンドルに含まれるすべての個々のファイバー４４は光源４３に対する共通の視野を有する。また、各ファイバー４４の長さ方向の軸４３ａ（図６）はバンドル４０のカットに対して垂直である。さらに、バンドルの焦点位置から発して各ファイバーに入射する入射光４４ａ（図７Ａ）はすべてファイバーへの入射位置においてバンドルのカットと直交する。実際には、試料上の照射スポットのいろいろな位置からの光がファイバーの端面に到達するが、それぞれのファイバー４４は、全照射領域からの散乱光のうちの視角部分のみを集光するので上記の微少なずれは平均化されてしまう。図１１Ａの具体的な例は次のようなものである： − バンドルの外径＝２インチ − カット位置４８における内径＝１．７５インチ − Ｒ＝2.12インチ − ｄ＝４７゜非常に耐久性のよい、狭（８３０ｎｍ）波長帯域反射防止フィルタ膜をファイバーバンドル４０の後部端面４９あるいは前部端面４１上に形成するようにできる。これによって、望ましくない波長の光を低減することができる。ファイバーバンドル４０の利点は、高密度カメラ検出素子をテーパ（縮小機能）の小さな端部と結合させることが可能であり、また、３次元平面外測定を高速で行うことが可能なことである。ファイバーバンドル４０自身の端面からの迷光反射は、高品質のＡＲ膜を用いることで抑止できる。研磨を行いＡＲ膜を付けたファイバーバンドル端面からの正反射は、予想される測定信号よりも数桁大きい散乱信号を離れた角度において発生させる原因となり得る。ファイバーバンドルの正反射位置では、黒いペイントを塗ったしてもかなりの迷光を発生し得る。正反射測定のためには、正反射表面を黒くすることおよび拡散吸収体とを組み合わせた高性能の光捕捉機能が必要である。この理由のために、正反射ビームを排除する必要があり、正反射ビームに対するビームダンプ３１が具備されている。現在の装置においては、集光光学系を正反射位置までスイングさせた後に再び正反射位置からはずれた位置まで戻すことによって、正反射と低分散測定とを分離して行うことが可能なようになされている。もし正反射ビームを抑止するよい方法が発見されれば、将来のファイバーシェルは、近正反射測定と遠角（低分散）測定とを同時に行うことができるようになるかもしれない。集光光学系３０は周囲光に対しても感応する。周囲光は狭帯域フィルタを用いることによって抑えることが可能である。蛍光灯はスキャッタメータの動作波長領域である0.670μｍから0.900μｍ領域の光の放射が少ないので、測定室の照明には蛍光灯を用いることが望ましい。それでも残る周囲光はある一定の限界値以下であれば、以下のデータ収集に関する節で説明するように、収集したデータから周囲光を差し引いてしまうことが可能である。解析によれば、正反射ビームがファイバーバンドルに入射するときに、最悪の場合には、所望の散乱光レベルよりも１桁大きい迷光が発生する。正反射ビームがビームダンプ３１に到達するようにすれば、迷光の問題は起こらない。透過に関する計算を付録Ｂに示す。（２）完全半球光ファイバーバンドル図６は、本発明による光ファイバーバンドルの他の実施例を示したものである。本発明のこの実施形態においては、完全な球の１／２の半球ドーム３２を任意の堅固な材料を用いて作成する。この半球ドーム３２には、球の中心４３に向かう放射状の穴３３をあらかじめ開けておく。光ファイバー４４はそれぞれ放射状の穴３３に挿入されて固定される。次いで、これらのファイバーは互いに束ねられ、他方の自由端を図１２Ｄに示されているようにアレイ９５に並べる。これらのファイバー４４は、レーザダイオード２１光源からの光を導いて試料６５上の点４３を照射するための経路の働きをする。あるいは、ファイバー４４を取り除いてレーザダイオード２１からの光を導く経路と置き換えてもよい。また、迷光が問題とならない場合には、正反射ビームを測定に用いるようにすることも可能である。迷光が問題となる場合には、ドーム２１に穴を開けて、正反射ビームがドームを通過するようにし、迷光を事実上消滅させることもできる。本発明のこの実施形態では、半ドーム３２を測定しようとしている表面上の点の上部に配置し、レーザダイオード光源２１で、上記表面を照らす。全半球状に配置されたファイバーのすべてが測定しようとしている点に収束しているので、点試料から散乱された光の完全な同時半球測定が可能である。（３）一体型２重テーパ付き溶融光ファイバーバンドルの変形例図７Ａは、２重テーパ付き光ファイバーバンドルの他の実施例を示したものである。この型のバンドルでは、小さい方の端部６２からあるいはバンドルの側壁６３から始まりバンドル６０の大きい方の端部の収束部に形成された球面６４で終わるファイバーの長さ方向に設けられた拡大ファイバー６１あるいは穴を介して、レーザ光源からのビームが試料に照射される。本発明のこの実施形態においては、レーザ光源からのビームはファイバーバンドル６０を介して試料６５まで伝搬され、正反射ビーム６６は、球面上に設けられた黒いペイントスポット６７まで到達する。部分的半球同時測定は、光源４３からの散乱光がファイバー４４中を図７Ａに示されているようにテーパ部６０の指標が付されたアレイとして終端しＣＩＤアレイカメラ１３０と結合するようになされた小さい方の端部６２まで伝搬して行われる。テーパ部の小さい方の端部に到達した光は、カメラ１３０のＣＩＤアレイ１３１によって電気信号に変換され、フレームグラバー１５２においてディジタイズされ、コンピュータ１５０によって表示される。図７は、本発明の光ファイバーバンドル７０のさらに他の実施例を示したものである。この実施例では、光ファイバーバンドル７０は２つの部分７１、７３からなっている。そのうちの一方の部分７１は、両端部が平坦面である標準的な光ファイバーバンドルである。もう一方の部分は、そのテーパ部の収束部分の前端部に半球カット７４が形成されたやはり標準的な光ファイバーバンドルである。なお、他方の端面（広い方の端部）７５は平坦面となっている。テーパ部の広い方の端部の２つの平坦面７５は、互いに対して４５゜回転させて、通常の接着材料をもちいて互いに接着し、一体となった２重光ファイバーテーパを形成する。なお、回転させるのは、モアレの影響をなくすためである。（４）部分的にテーパを設けた光ファイバーバンドル図９は、集光光学系３０の他の実施例を示したものである。この実施例では、テーパ付き光ファイバーバンドルの一部分７３（図１０および１１Ａに示された１／２）だけが用いられ、撮像系を用いてカメラ検出器アレイ１３１上に光が収束されるようになされる。この実施例では、ＡＲコートが施された収束レンズ７７がファイバーバンドル７３の外径よりも大きな直径を有しており、これにより、ファイバーバンドル７３の反対側の端部から入射したすべての光を集めて、カメラ１３０のカメラ検出器アレイ１３１上に収束させるようになされている。ファイバー４４の数はピクセルの数よりも多いので、カメラを動かして、像のある部分に焦点を合わせることが可能であり、従って、より高解像度の測定、すなわち０．０５゜程度までの解像度の測定を行うことが可能である。（５）線形アレイ光ファイバーバンドル図１２Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ，Ｅに本発明の光ファイバーバンドルのさらに他の実施例を示す。すなわち、これらの図に示した実施例は、線形アレイ型の光ファイバーバンドル９０である。図１２Ａに示した実際的な例では、１３３本の４００ミクロンの直径のファイバー４４が、あらかじめ形成されたアパーチャブロックに０．２５゜間隔で配列され、１３３本のファイバー４４が全体として試料上の単一点４３（図示せず）に３３゜の視野で収束するようになされている。次に、図１２Ｂおよび１２Ｃに示されているようにポッティング化合物９４を用いてファイバーをアパーチャーブロックに接着させてアセンブリの接合を行う。ファイバー４４の他方の端部はいっしょに合わせられて図１２Ｄに示されているようなより小さな、ただし、より厚い大きさを有するアレイ９５に配列される。このアレイは、ＣＩＤカメラと容易に結合できるようになされている。実際的な例では、小さい方の端部のアレイ９５は、およそ幅が６ｍｍ、厚さが４ｍｍであり、１５本のファイバーが８列に番号１（９６）から１２０（９７）まで配列され、最も下の列は番号１２１（９８）から１３３（９９）までの１３本のファイバーを含んでいる。図１２Ｅにその平面図を示したさらに別の実際的な例では、ファイバーの広い端部の線形アレイ９０の中心軸１００がファイバーの小さい方の端部の中心軸からｆ＝２８から２９゜だけずれた方向に向けられている。線形アレイ９０の前部端面１０１は平坦であり、その曲面の中心軸と直交する。ｂ．光ファイバー／カメラアセンブリ最後に図１３に、本発明の２重テーパ付き光ファイバーバンドル４０をカメラヘッドユニット１３０に取り付けられたハウジング内に封入して光ファイバーカメラアセンブリ１１０を構成した例を示す。結合されたＣＩＤカメラと光ファイバーバンドルアセンブリ１１０は、９０％の透過率を有する。光ファイバー面板１１８は、多くのアレイで用いられている標準的なガラス窓に代わるものである。バンドル４０の小さい方のテーパ端部は、カメラヘッドユニットの光ファイバー面板１１８に対してばね押しされている（１１５）。カメラヘッドユニット１３０は、光ファイバーテーパ４０を収納しているハウジング１１２に対してマウントプレート１１４を用いてマウント固定される。光ファイバーテーパは空間領域を充填しかつ光ファイバーテーパの台座の役割をするポッティング１１３とともにハウジング１１２内の封止固定具１１１内に収納される。封止固定具はスプリング１１５によって光ファイバー面板に対してしっかりと保持される。なおスプリングの他方の端部はスプリング固定具に接している。ｃ．光学フィルタ光学フィルタ１２０（図９）は、光源の波長と整合するように選択される。この光学フィルタはテーパの前部あるいは後部端面上にコートするようにもできるし、あるいは独立したフィルタをカメラあるいは集光光学系の前部位置に配置するようにできる。このフィルタを用いることによって、周囲迷光成分のほとんどを除去することができる。３．ＣＩＤカメラ測定上の要求条件は、検出エレクトロニクス対して非常に厳しい要求を求めることとなる。単一要素からなる検出器は、必要な分解能および測定時間の点で使用できない。デバイスをスキャンするための機械的な要求の点でもまた利用不可である。線形アレイ検出器は容易に入手可能であるが、面アレイ検出器と比較して決して安くないし、その上これを駆動させるためには面倒なエレクトロニクスを必要とする。面アレイカメラは、さらに競争の激しい市場で販売されているものであるし、また、いろいろな形式のものが入手可能であり、より大きなデータ容量を取り扱い可能であり、従って、面アレイカメラは、最もよいコストパフォーマンスでデータ収集を行うことができる検出器として採用することができる。ＢＲＤＦ生データの要求に基づいた面アレイＣＣＤカメラを光ビームを測定して電気信号に変換するために用いることが可能である。このようなカメラは、ＢＲＤＦが１０^-1から１０^-5Ｓｒ^-1の範囲の測定をするのに必要となる感度とダイナミックレンジとを有しているが、価格が高価である（＄３０Ｋ）。本発明の好適な実施例においては、アンチブルーミングＣＩＤカメラ１３０（価格が１桁安価である）を用い、データ範囲区域の収集を含む独特の処理方法によってデータ収集を行う。データを再構成するに必要な散乱範囲区域および区域数は、具体的なＣＩＤカメラの仕様から定められる。ＣＩＤカメラは優れたアンチブルーミング特性を有し、ピクセルが飽和しても近傍のピクセルには影響を与えることがない。本発明で用いられる再生アルゴリズムにおいては、データ収集処理において、連続的に収集される範囲区域において像の一部が飽和することが許容されるが、このような本発明の独特の再生アルゴリズムにとって上記のようなＣＩＤカメラの飽和耐性は必要とされるものである。レーザパワーを適切にし、またカメラの可変時間積分およびアンチブルーミングの機能を用いることによって、所望のデータを１秒以下で収集することが可能である。上記のように、標準的なファイバー光学部品を光ファイバーバンドルの小さな方の端部と、検出器アレイの前端との面板インタフェースとして用いる。ＣＩＤカメラ１３０の具体的な例は、ＣＩＤＴＥＣ社製造のモデルＣＩＤＴＥＣ２２５０である。このカメラは、５１２ピクセル×５１２ピクセルの分解能を有し、これによって、０．１２５゜の角度分解能が得られる。各ピクセルは、１５μｍ×１５μｍの大きさの正方形である。このカメラは、磁界、衝撃、振動に対して耐性があり、時間とともに感度が劣化してしまうことがない。このカメラは、非同期全フレーム画像撮影と多フレーム積分機能を有している。またこのカメラは露出と積分時間とを完全に制御する能力を有している。カメラに要求される感度と倍率に関しては付録Ｂに示す。４．エンクロージャおよび調節ａ．ハウジングおよびマウントプレート図１４および１５に示されているように、陽極処理を行ったアルミニュウム製の強固なハウジング１４１にすべての光学系とエレクトロニクス（コンピュータを除く）が収納される。測定ヘッドハウジング１４１は、生産ライン装置（図示せず）上に据え付けられるようになされた取り付け基板１４２すなわちプラットフォーム上に取り付けられる。プラットフォーム１４２は、位置合わせを行うのに必要な調節機構を有している。調節は、軸位置調節１４４と方位回転調節１４５とを含んでいる。具体的例は以下のようなものである：測定ユニットハウジング１４１の実際の大きさは１１．５０インチ（長さ）× ９．１２５インチ（幅）×５．２５インチ（高さ）であり、取り付け基板１４２と調節機構１４４、１４５を含んでいる。調節ステージが動作位置にあるときの大きさは１６．００インチ（長さ）×１１．００インチ（幅）×９．５０インチ（高さ）である。調節ステージが完全に伸びきった位置にあるときの大きさは、２２．００インチ（長さ）×１１．００インチ（幅）×９．５０インチ（高さ）である。ｂ．測定ヘッドの小型性測定ヘッド１０（図１）自身の大きさは、９．５インチ（長さ）×８．５インチ（幅）×４．０インチ（厚さ）であり、レーザ光源２１、光源光学系２０、集光光学系３０、検出器を含んでいる。これらのサブシステムは、過酷な使用環境下における振動およびＧ負荷に耐えるように設計された堅牢なアルミニュムハウジング内に一体化されて収納されている。測定ヘッド１０は完全に一体化されたユニットであり、以下に説明するように機密封止することも可能である。試料と測定ヘッドとの位置合わせ調節を行うために、およそ２から３インチの余分な高さが必要である。ｃ．保護シャッタこのユニットには、保護シャッタ１４３（図１）が付けられており、手動で動作できるようになされている。この機能はオプションとして自動化することも可能である。このシャッタは、内部の光学系を外部の汚染、特に潤滑剤等の汚染から保護するためのものである。過酷な環境にある測定試料の測定を行う場合には、シャッタ１４３を開いたときに光学系が汚染されないように注意を払うべきである。あるいは、シャッタ１４３の代わりに、恒久的な窓を用いて測定ヘッドを機密封止し集光光学系を保護するようにしてもよい。実際、窓を用いて測定ヘッド１０を機密封止すれば、切削油やその他の汚染物に対して強い耐性ができる。しかしながら、このような汚染物の存在は測定そのものに強い影響を与えかねない。特に窓に吹きかかった場合には影響が大きい。ｄ．測定ヘッドの耐久性測定ヘッド１０は、ほんの少数の個別部品を含んでいるに過ぎない。すなわち、ビームダンプ３１、ダイオードヘッド２１、光源収束レンズ２６、溶融ファイバーバンドル４０、集光レンズ７７、光学フィルタ１２０、およびカメラ１３０である。これらは、防震を施した取り付けをする。０．５インチアルミニュウムの場合、測定ヘッドは、０．２ｇ、５ｋＨｚの振動に耐えることができる。測定ヘッド内の唯一の可動部分は焦点調節２９である。測定器の寿命は非常に長く、時々クリーニングを行う（環境に依存する）ことを除いて、他には、ほとんど保守の必要がない。多くの予想される測定器の使用環境（工場フロア、航空機）において上記の耐久性は非常に望ましいものである。 IV．位置合わせＡ．内部位置合わせスキャッタメータヘッドの内部位置合わせは、かなり簡単なものである。内部位置合わせは、組立の際においてのみ必要なものであり、通常の使用においては必要ではない。測定ヘッドの内部位置合わせは、本質的に、システムの機構によって規定される。各サブアセンブリは、個々に十分な位置合わせ調節機構を有している。ヒートシンクを具備したレーザダイオード２１、折り返しミラー２４マウント、疑似デポーラライザ２５マウント、および収束レンズ２６マウントを含む光源光学系に、傾斜調節機構を備えて集光光学系に対して位置合わせをするようにできる。この場合、内部位置合わせ調節の手順は非常に簡単である。すなわち、まず、集光光学系３０を測定ヘッド１０内に正しい方向に調節する。次に、可動基準試料１４６（図１９）を用いて所望の試料位置を定める。ここで、まず、光学系サブアセンブリの内部位置合わせを基準試料１４６に対して行い、次にビームダンプ３１の位置合わせを行う。Ｂ．外部位置合わせスキャッタメータの被測定部分に対する外部位置合わせ、あるいは逆に被測定部分のスキャッタメータに対する位置合わせは非常に簡単である。位置合わせはビデオ画面を監視しながら２段階の手順で行う。ユーザは、まず、被測定部の測定器に対する軸位置（ｚ−平行移動）調節を行い、次いで被測定点に対する測定器の方位調節を行う（測定ヘッドの入射角を被測定表面に対して直角となるように設定する）。方位調節は、ほんのわずか（＜１０゜）行うだけでよい。（図３では、ａ＝ｂ＝７゜）将来は、この調節は表面スキャンが行えるように自動化と拡張がなされるであろう。軸調節：測定ヘッド１０の軸位置調節は、被測定試料から指定された距離に保持されるように調節する。この調節が終了した後に、角度コントロール１４７（図１）を用いて、レーザから光ファイバーバンドルへの反射ビームの調節を以下のようにして行う。角度調節：軸調節が終了した後、方位ロック１４８を解放し（図１）、測定ヘッド１０を、レーザ光源の正反射がビームダンプ３１に到達してブロックされる位置まで回転する。再び、この調節をビデオモニタ１６１を監視しながら行い、正反射がモニタ上の特定の位置に現れるようにする。なお、この調節は数秒間で行える。焦点調節：回転調節の後、モニタ上のスポットが最も小さくなるように焦点コントロール２９（図１）を調節する。次に、角度コントロール１４７を用いて、集光光学系を再び測定位置まで動かす。Ｖ．データ収集のためのハードウェアおよびソフォトウェアソフトウェアに関する詳細説明をいくつかの節に分けて以下に行う。すなわち、これらの節ではコンピュータハードウェアインタフェース、ソフトウェアユーザインタフェース、データ収集と再生、データ表示、データ解析、データ記憶、２次元プロット、３次元プロット、グラフィック出力、および測定速度について説明する。Ａ．コンピュータハードウェアインタフェースコンピュータシステム１５０は、測定コントローラとして用いられる。図１６は、コンピュータ・スキャッタメータ・データ収集システムを図示したものである。コンピュータインタフェースを用いて、レーザパワー制御、カメラ集積時間、周囲光のモニタ、およびデータの獲得などの、データ収集処理を完全に自動的に行うことができる。自動化によって、測定の再現性が向上し、人間によるエラーを除くことができる。また、ハードウェアは、ビデオおよびダイオード状態情報をリアルタイムで提供することによって焦点合わせや診断チェックなどの人間の行う作業の負担を軽減させる。さらに、ファイバーバンドルの特徴を活用して、リアルタイムビデオモニタ機能、０．１２５以上の高密度測定、散乱半球の大部分を測定する機能などの強力な機能が提供される。これらの最新技術による機能は、低価格で容易に入手できるハードウェアを用いて実現できる。データ収集システムは可動部分を全く含まずに、１秒以下の短時間に多量のデータを収集することが可能なように設計されている。推奨されるコンピュータは４８６コンパチブルＰＣ１４８であり、このコンピュータは、スキャッタメータのすべての構成部分とのインタフェースを取ることができ、また、コンピュータに付加する必要があるのは、ダイオードモニタのための１つのＩＥＥＥ−４８８カード１４９と、高速ダイオード変調のためのＴＴＬカード１６０とである。ＰＣコンピュータシステムの具体例は以下の通りである：・ゲートウェイ４８６ＤＸ２、５０ＭＨｚ／８ＭＢ − データの高速表示 − レーザの高速パルス変調 − ６４０ＫＢのＲＡＭメモリ、これは５０組の平面内測定データをディスクを用いずに記憶するのに十分な容量である。半球データの場合は、１組のデータごとにディスクに記憶させる必要がある。・１．２ＭＢフロッピ・データ転送用の１．４４ＭＢ、３．５インチフロッピ・ＭＳ−ＤＯＳ５．０・ウィンドウズ３．１・２００ＭＢハードディスク記憶装置・グラフィックデータ表示のためのＶＧＡグラフィックス８００×６００×２５６・マルチシンクモニタ・カメラからビデオデータを捕捉するためのフレームグラバー・レーザ電源とのデータ転送のためのＩＥＥＥ−４８８カードおよびケーブル・レーザを高速パルス変調するためのＴＴＬディジタルインタフェースカードおよびケーブル・ハイブリッドデータ収集／制御および解析ソフトウェア・アベイトンレーザプリンタ（オプション）・プリントプロットＨＰＧＬレーザコンバータ（オプション）なお、開発されたソフトウェアおよびハードウェアは２８６／３８６システムとコンパチブルであるが、ただし、２８６／３８６システムでは表示速度が１秒以上と遅くなる。Ｂ．ソフトウェアユーザインタフェースユーザインタフェースは、グラフィカル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）ウィンドウズ３．０と似た感じのものであるが、ウィンドウズ３．０を用いているわけではない。高速グラフィックスを用いて情報を画面にほとんどリアルタイムで（２秒以下）表示する。データ入力はキーボード１５３およびマウス１５４を用いて行う。グラフィカル・アイコン、軸スケール、スライド・バー、押しボタン、リアルタイム・エラーチェック機能付きデータ入力ウィンドウ、ドロップ・ダウン・メニューを用いて直感的で柔軟な方法でデータの収集とデータの視覚化処理を行うことができる。Ｃ．データ収集およびデータ再生図１６に示されているように、データ収集システムは、レーザダイオード２１とそのコントローラ１５５、光ファイバー／ＣＩＤカメラアセンブリ１１０とそのコントローラ１３２、４８６パーソナルコンピュータ１４８とソフトウェアとからなっている。ユーザにとって、測定処理は、測定パラメータを入力してから測定シーケンスを開始させるだけである。自動測定処理は、周囲光のテスト、散乱測定、およびデータ再生からなる。データの再生が終了すると、ユーザがあらかじめ指定した形式で表示される。測定表示処理は、１回のみ、あるいは指定された回数、またはユーザが指定した間隔（３秒以上）をおいて連続的に行うことができる。収集されたデータは、解析あるいは記憶することができる。これらの機能については以下にさらに詳細に説明する。１．周囲光の補償ユーザによってすべてのパラメータが選択された後、散乱測定の度ごとに周囲光レベルの測定を散乱測定の前に行う。この測定（レーザがオフ状態）は、コンピュータ画面に警告表示がなされている間は、ユーザが中断させるか、あるいは光レベルが許容レベル以下まで低下しない限り、連続して行われる。光レベルが許容レベルまで低下して周囲光の測定が終了すると、散乱測定が開始される。周囲光レベルが最初から許容範囲内にある場合には、周囲光測定と散乱測定との両方の測定を含めて１秒以内で終了する。許容範囲内の任意の平均周囲光をデータから自動的に差し引くようにすることができる。２．散乱測定／データ収集データの収集は、カメラおよびビデオイメージをディジタイズするフレームグラバーを用いて行われる。カメラによる制限を越えてデータを収集できるようにするため、本発明の出願者は、１フレーム当たり数桁の大きさのデータ（カメラによる制限）を別々のメモリページすなわちフレームグラバーの別々のフレームに記憶させる独特のアルゴリズムを開発した。取得すべき最初のページ（フレーム）ではイメージのどのピクセルも飽和しないようにパワー（φ₁）と時間（ｔ₁ ）とが設定される。そして、ページ（フレーム）が１つ増えるごとに、レーザパワーが１桁ずつ増大されていく。最終的には、正反射ビームに近い位置のどれかのピクセルが飽和を起こす（破壊はされない）。飽和が検出されると、飽和された測定値は無視され、代わりに同じピクセルにおいて飽和する前に測定されて前のページ（フレーム）に記憶されている値が用いられる。カメラは、アンチブルーミングの機能を有しているので、飽和したピクセルが近傍のピクセルの値をオフセットさせてしまうことはない。図１７にも示されているように、データ収集処理１７０のステップは以下のようなものである。ステップ処理内容１．変数ａ、ｂ、およびｐを初期レベルに設定する（１７１）。ここで、ａおよびｂは、あらかじめ定められた指数（例えば１０の指数）であり、以下に示すようにａ，ｂ、およびｐの関数としてレーザのオン時間を表す：すなわち光源のオン時間＝ｔ＝ｔ₁×１０^(p-1)(a-b)ただし、ｔ₁はページ１に対する初期時間であり任意の与えられたレーザパワーに対してどのピクセルも飽和しないように選定される。また、ｐは、フレームグラバーのページ番号を表す。例えば、ａ＝− ２；ｂ＝−１；ページ＝０である。２．レーザをオフにして、周囲光を測定し、フレームグラバーの最初のページ（ページ＝０）に記憶する（１７２）３．ページを１だけインクリメントさせる；ページ＝ページ＋１（１７３）４．カメラが１０^aから１０^bの間のデータを取得するのに十分な時間だけレーザをオンする（１７４）５．レーザをオフさせる（１７４）６．イメージをディジタイズし、データをフレームグラバーの現在のページに記憶させる（１７５）。７．変数ａ，ｂを１だけデクリメントさせる（１７６）；ａ＝ａ−１；ｂ＝ｂ −１；（すなわち、ダイオードのオン時間をあらかじめ定められた量だけ増大させる（例えば１桁））８．ステップ３から７までをＮ回反復実行する（１７７）３．データ再構成この時点において、フレームグラバーは、Ｎ＋１個のイメージ（データの大きさの範囲に依存）を１フレーム（ページ）当たりに１つずつ記憶している。最初のイメージは、すべてのフレームに共通の係数となる周囲光測定に関するものであり、この値がすべてのページから差し引かれて、差し引いた後の値が純粋な散乱測定データとなるようにする。これらの残りのフレームのデータは、飽和、検出不能データ、グレーレベルなどの情報を含んでいる。この情報から、散乱プロファイルを表す１つの散乱イメージが構成される。再構成処理において、この散乱プロファイルは各レーザーダイオード入力パワーに対して、およびあらかじめ系統的に行われる基準校正測定値に対して正規化される。各フレームは、選択された角度分解に応じたいろいろなピクセル分解能の情報を保持する。ユーザによって選択された測定範囲に応じた処理を行うことができる。従って、少ないデータで高速表示をするか、あるいは情報量を多くして低速表示させるかをユーザが選択することができる。Ｎ＋１個のデータフレーム、すなわち１つの周囲基準フレームと、Ｎ個のデータフレームのデータ収集が終了すると、データの再構成処理１８０が図１８に示した各ステップに従って行われ、散乱プロファイルを再構成する。すなわち、以下のステップで再構成を行う：１．プロファイル配列（ＲＤＡＴＡ）をコンピュータメモリ内に割り当て、ゼロで満たす。２．２重関数スケールファクタを算出する。このスケールファクタは、レーザダイオード光源のオン時間と系統的基準校正測定値の関数である。以下に説明するように、再構成処理時間を短縮するために好適にはいずれのスケールファクタも再構成処理において同時に適用される。しかし、オプションとして、再構成をまず行った後に系統的校正スケールファクタを適用するようにすることも可能である。３．周囲光（基準フレーム、ページ０）を散乱データから差し引く（１８２）。なお、各フレームのカメラ積分時間は同じであり、変化するのは、レーザのオン・オフ時間であるので、上記周囲光は、すべての散乱データフレームに対して同一であるものと仮定してよい。４．変数ｐをｐ＝１に設定し（１８３）最初のデータフレーム（ページ１）のデータを正規化し、正規化されたデータをプロファイル配列ＲＤＡＴＡに加える（１８４）。５．図１８のステップ１８５〜１９０に示した式に従って、以下に説明するように次の続くデータフレームの散乱データを正規化してプロファイル配列に加える。各ピクセルごとにステップ１８５、１８６、１８７、１８８、１８９、および１９０の処理処理を行い、この処理を各フレームに対して繰り返し行う（１９１）。なお、このとき、ピクセルデータがまだ記憶されていない場合においてのみ、ステップ１８８においてピクセルデータの記憶を行う。すなわち、データフレームからのピクセルデータをプロファイル配列の対応する点に記憶させるのは、プロファイル配列の対応する点にすでに記憶されている値がゼロであり、かつ現在のデータフレームおよび直前のデータフレームのその点におけるデータがピクセルの飽和レベルよりも小さい時にのみ行う。このように飽和レベルに関する２重テストを行う理由は、ピクセルが過飽和してピクセルのカラーが反転し、あたかも飽和していないかのように見えることを防ぐためである。すなわち、直前のフレームにおいてピクセルがすでに飽和していたかどうかを確認することによって、フレームグラバーが過飽和によるピクセルカラー反転によってだまされるのを防ぐ。従って、もし現在のフレームあるは直線のフレームのピクセルが飽和しているか、あるいは、以前のどれかのフレーム（現在フレーム以外）のピクセルがゼロでない場合には、そのピクセルは、すでに記憶されており（１８８）、従って、現在フレームのデータは無視される。このようにして、データは、再構成の全処理においてただ一度だけ、プロファイル配列のｘ−ｙ位置に加えられる。もし、プロファイル配列のピクセルが依然としてゼロである場合には、散乱が小さ過ぎて測定が不可能であることを意味している。６．ステップ５を、すべてのフレームに対して、すべてのフレームの処理（１９１、１８５）が終了するまで反復実行する。今や、散乱プロファイルが構築されたので、これを表示したりおよび／あるいはディスクに記憶させることが可能である。Ｄ．データ表示最新のＧＵＩ技術と高速グラフィックスとを用いて、図２０に示されているようにグラフィック出力画面１９３にデータを視覚化表示する。グラフィック・スライド・バーを用いて、ユーザはＢＲＤＦ曲線の複数のセグメント（近傍、中間、遠方の各アングル）を選択することができる。セグメントの範囲を越えた値は、ピーク値および／あるいは平均値として表示させることが可能である。これらの値を１つのウィンドウ内に表示させて、他のウィンドウには他の形式でデータをプロットさせるようにすることができる。その他に次のような変数を表示することが可能である：すなわち、ダイオード出力パワー、平均周囲光レベル、ＲＭＳ、ＰＳＤ、ＴＩＳ、自己相関を表示可能である。また、カメラシステムは、散乱半球の大部分をリアルタイムで表示することが可能である。Ｅ．データ解析１．正規化データは、ダイオード出力パワーに対して正規化される。この係数は、図１８のブロック１８１のスケールファクタに反映されている。ダイオードコントローラ１５５は、レーザの出力パワーを安定化するためのフォトダイオード・フィードバック回路（図示せず）を有している。この回路は、レーザの出力パワーをサンプリングして読み出す。レーザダイオードは、製造業者によって校正された既知の一定のダイオード応答特性（ｍＡ／ｍＷ）を有している。散乱測定を行っている間、ＩＥＥＥ−４８８バスを介してフォトダイオード電流が自動的に読み取られてダイオードパワーの算出に用いられる。２．校正図１９には、測定ヘッドの前部に簡単に取り付けることが可能な基準試料アダプタプレート１４６が示されている。これは、ＮＩＳＴの基準試料を用いて散乱データの校正を行うためのものである。この係数は、図１８のブロック１８１のスケールファクタに反映される。もし、データがまだ出力パワーを基準にして正規化されていない場合には、同じ日に基準測定を行うことを推奨する。そうすると、校正測定値として最も高い精度が得られ、パワーが測定ごとに変化することに起因する誤差を最小化することができる。このような誤差の可能性を除くために、ソフトウェアによる自動モードにおいて、各データの組ごとに出力パワーを測定して記憶させ、この出力パワーに対して試料および基準データを常に正規化しておくようにできる。３．システムプロファイルシステムプロファイルは、正反射近傍の測定値の妥当性を判断するために用いられるものである。また、測定器が検出することが可能な最も低いＢＲＤＦの値も判定される。２つの測定値、すなわち、システムプロファイルと散乱測定値とをグラフ上に重ねて見たときに、システムプロファイルと重なってしまう散乱データは正しくないものと判断すべきである。システムプロファイルの測定は、非常によく研磨されたミラーからなる基準試料を一時的に取り付けて行う。ファイバーシェル表面からの迷光と試料表面とが相互作用する可能性があるので、システムプロファイル測定は上記のような構成で行うことが望ましい。通常測定しようとする試料の表面仕上げ精度（ｒｍｓ値）と比較してずっと良好な表面仕上げ精度（ｒｍｓ値）を有する基準試料を入手することが可能であるので、この方法によって得られるシステムプロファイルは十分に満足できるものである。４．情報量５１２×５１２カメラで収集されたすべてのデータを用いて、バイナリ形式でイメージおよびデータファイルを記憶するには２５６ＫＢが必要である。ユーザは収集、解析、記憶すべき散乱半球の領域と分解能とを指定することができる。この領域は、散乱半球の単一平面あるいは２次元セグメントを並べたものとして指定できる。５１２×５１２半球測定は１０秒以内で表示することが可能である。Ｆ．データ記憶内蔵あるいは外部パーソナルコンピュータはコントローラとして最適なものである。これを用いることによって、データ収集、解析、記憶を高速にまた簡単に行うことができる。さらに、より要求が増大したときに、ソフトウェアの変更をマイクロコントローラを用いた場合と比較して容易に行うことができる。また、大容量のデータをデータサイズに応じてハードディスクあるいはフロッピーに記憶することができる。またデータは、メモリにいったん蓄積し、後にディスクに記憶するようにすることも可能である。メモリに記憶されるデータ量は収集されるデータのサイズに依存する。最小なのは、平面内測定において、ＢＲＤＦを最小（平面内で２０、０．１２５゜の分解能）とした場合であり、このときメモリには５０組のデータを記憶させることができる。Ｇ．２次元プロット例えば、ＢＲＯによるＳＯＦＴＳＣＡＴ−２Ｄ（商標）ソフトウェアパッケージなどの通常のＢＲＤＦプロットソフトウェアを用いて、ＡＳＴＭ標準Ｅ１３９２−９０に従ってスキャッタメータで取られたすべての２次元データをプロットすることが可能である。また、ソフトウェアは、他の形式のデータも読みとれるような構成に容易にできる。データの計算およびプロットは、以下に示すようないろいろなやり方で行うことができる：・β−β₀対ＢＳＤＦのプロット（ハーベーシャック）・θ−θ₀あるいはθ対ＢＳＤＦ・θ対ＢＳＤＦ・曲座標プロット・ＲＭＳ表面粗さ、ＲＭＳ傾き、パワースペクトル密度・線形、ｌｏｇ−ｌｏｇ、片対数の形式でのプロットまた、ＳＯＦＴＳＣＡＴ−２Ｄの機能と以下のようなものも含まれている：・データを「ズームイン」する機能・十字線位置合わせ・ユーザが定義した説明文の挿入・データに対しての定数の乗算および／または定数の加算（異なる曲線形状を大きさに関係なしに形状比較を行う際に用いる）Ｈ．３次元プロット従来から用いれているソフトウェア例えばＢＲＯ社のＳＯＦＴＳＣＡＴ−３Ｄを用いて、ＡＳＴＭ標準Ｅ１３９２−９０に従ってスキャッタメータで取られた半球データ、表面スキャンなどの３次元データをすべてプロットすることが可能である。また、ソフトウェアは、他の形式のデータも読みとれるような構成に容易にできる。データのプロットは以下のようないろいろな方法で行うことが可能である：・カラースケール透視プロット・カラーマップ・等高線・３次元データの断面プロットその他に以下のような機能を備えている：・３次式近似・データの対数プロット・十字線位置合わせ・自動ラベリングＩ．グラフィック出力ＳＯＦＴＳＣＡＴ−２ＤおよびＳＯＦＴＳＣＡＴ−３Ｄのいずれも以下のサポートをしている：・２００以上のグラフィック・カード・エプソンプリンタ出力・ＨＰＧＬプロッタ出力・ワードパーフエクトなどのワードプロセッサへの入力のためのＨＰＧＬファイル出力・出版物クラスの高品質出力 VI．その他の測定技術Ａ．高速表面スキャン被測定表面上の数点についてのデータを取りさえすればよいとは必ずしも限らない。しばしば、全表面についての特性を求めることが必要となる。非常に高速に表面スキャンをさせることが可能である。データの収集は、ほとんどビデオと同様の速度で高速に行われるので、全表面のスキャンを非常に高速で行うことが可能である。信号の積分が制限要因となるのではなく、この場合では、ｘ−ｙスキャナの速度が制限要因である。なお、ｘ、ｙ、α、βを含む４次元のＢＲＤＦデータを取り扱うこととなる点に注意すべきである。ここで、αおよびβはコサイン空間における半球角度である。従って、映画のようにデータを高速に連続して表示することによって第４番目の表示パラメータを表示させるようにすることが必要となる。Ｂ．処理および表面解析２次元グレースケールイメージを半球アプローチを用いて生成することができる。イメージのパターンを用いて、広範囲の画像処理およびデータ解析を行い、表面の性質とその欠陥とを解析するためのソフトウェアを開発することができる。本発明のスキャッタメータは、具体的な例として以下のような機能を有している：以上に、本発明の好適な実施例および出願の時点において出願者が知り限り最も望ましいと考えられる態様について説明した。しかしながら、以上は例示のためであって、本発明が上に開示した内容に限定されるものではない。明らかに、上記の教えから多くの変形や変更が可能である。実施例は、本発明の原理とその実際的な応用を最もよく理解できるように選択したものであり、これにより、同業者は本発明を具体的な用途に応じていろいろな形態で実施することが可能であろう。本発明の範囲は添付の請求範囲によって定義されるものである。付録Ａ：技術ノート検出器の直線性第4.3節において述べたように、ＣＩＤカメラは飽和を起こすことがある。ＢＲＯにおける実験では、カメラは、飽和を起こした後、さらに２桁の大きさのパワーが加えられると、ピクセルが反転を起こす。この反転は、製造業者によって述べられているように、エレクトロニクスが固定パターン雑音と思われるものを差し引いてしまうためである。反転が起こる前に飽和を確実に検出することが可能であり、飽和を起こす以前のデータを収集するようにできるので、反転は最終的なデータには影響を与えない。このようにカメラを取り扱う技術は、レーザプロファイル技術として一般によく知られているものである。また、レーザパワーが、波長に応じた妥当な範囲内に保持されている場合には、上記の方法は完全に安全なものである。提案した測定器に用いられるパワーは、上記の安全な範囲内のものである。レーザ出力パワーは、内蔵型電子冷却装置とフィードバックパワーコントロールループとを用いて１％以内に制御することが可能である。校正ＢＳＤＦデータを正規化するのに用いることが可能な校正方法として次の２つがある。第１のものは、基準置換法（ＲＳＳ）であり、もう１つの方法は、減衰入力ビーム直接測定法（ＡＢＤＭ）である。これらの２つの方法について、以下にさらに詳細に説明する。ＲＳＳ校正方法現在のＢＲＯスキャッタメータは、金の校正標準（ＮＩＳＴ標準）を測定することによって、自動的にデータを校正する機能を有している。金の基準は、必要な広いスペクトル範囲においてよくその役割を果たすことができる。関連する方程式は以下の通りである：ＢＲＤＦ_s＝［ＢＲＤＦ＊ｃｏｓ（θ_R）＊Ｖｓ］／［ｃｏｓ（θ₁ ）＊ｃｏｓ（Φ₁）＊Ｖ_R］ＢＲＤＦ_R ＝Ｐ_R／π （ランバーシャン）ただし、ＢＲＤＦｓ＝試料のＢＲＤＦＢＲＤＦ_R ＝基準標準のＢＲＤＦＰＲ＝ランバーシャン基準（既知）の反射率 θ₁，Φ₁＝試料の法線を基準とした、検出器の角度（平面上、平面外） θ_R，Φ_R＝基準測定時の検出器の角度（平面上、平面外）Ｖ₁＝θ₁，Φ₁における試料散乱の電圧Ｖ_R＝θ_R，Φ_Rにおける基準散乱の電圧ＲＳＳ法における誤差は以下の通りである：・標準自身の反射率測定値の誤差（一定）・基準試料はある角度範囲においては一様に散乱しＢＲＤＦ曲線は平坦であるとの仮定のもとに、基準試料をある１つの角度（正反射位置から１０度）で測定する。現実には、完全に平坦なＢＲＤＦ曲線は得られない。最も一様に散乱をする白の場合においてさえも、ＢＲＤＦは±３０％以上変化する。これらの誤差が与える影響は一定である。すなわち、これらの誤差によってＢＳＤＦ曲線のレベルが変化するが、その形は一定である。この方法の利点は、標準あるいはテスト試料のデータ収集処理に共通の何らかの誤差あるいは要因は、ノーマライズされてしまうことである。同じ試料（マーティン・ブラック）を３つの別々のＢＲＯのスキャッタメータで顧客によって取られたデータによれば、この校正技術は正しく用いれば良好な結果を与えることを示している。ＡＢＤＭ校正法絶対法では、基準ミラーを用いて入射ビームを直接に検出器に導く、すなわち定位置に試料を置かずにビームを捕捉する。このときの方程式は以下の通りである：ＢＲＤＦ_s＝Ｖ_sＡ_sＲ² ／［Ｖ_TＡ_T＊ｃｏｓ（θ₁）＊ｃｏｓ（Φ₁）＊ａ＊Ｔ］ただし、 θ₁、Φ₁＝平面内、および平面外における試料法線を基準とした検出器角度Ｖ_s＝測定試料を測定したときの電圧出力Ｖ_T＝全パワーを測定する場合において、試料に入射するすべての放射が試料検出器に入射したときの電圧出力Ａ_T＝全パワーを検出器へ加えるときの減衰ａ＝開口面積Ａ_s＝θ_s、Φ_sにおける減衰Ｒ＝集光光学系と試料との距離Ｔ＝基準ミラーの反射率（直通法ではＴ＝1.0）ＡＢＤＭ法における誤差は次の通りである：・波長に依存する減衰をノーマライズする際の誤差（一定）・立体角を定める量である“Ｒ”および“ａ”の測定誤差・光源からのすべての信号が検出器で収集され、その他には迷光が実際上存在しない理想状態からのずれ・減衰器を用いた場合においても起こる試料および基準検出器の非直線性、なお、レーザ光源に対しては、上記のＲＳＳ校正法が用いられる。迷光の抑止どのスキャッタメータにおいても、測定器プロファイル、および照明ビームの２つが迷光の原因となる。測定器プロファイルは、照明光学系（主として試料直前の部分）からの前方散乱と集光システムの視野との相互作用によって生じる固定雑音である。この主な影響は正反射近傍の測定能力の限界に与える効果である。しかし、これは正反射試料を測定する場合のみ起こる制限である。散乱試料を測定する場合には、測定器プロファイルは一般に問題とはならない。測定器プロファイルを低減する２つの方法がある。１つは、光源の大きさあるいはビーム直径を小さくすることであり、もう１つは、集光光学系の視野を小さくすることである。光源の大きさあるいはビーム直径を調節すると主ミラーへの照射スポットサイズが変化する。集光系の視野を小さくすると、検出器から見たスポット角度が小さくなる。ＢＲＯスキャッタメータでは、これらのパラメータを最適化し、最適なスポットサイズと小さな測定器プロファイルを達成している。他の迷光の原因は反射ビームによるものである。すなわち、ビームが壁や支持構造物に当たったときに迷光が生じる。もし、壁が存在しなければ内部光源から発生する迷光は低減する。支持構造物からの迷光を除くには、試料を過大に詰め込まないようにするのが最もよい。しかし、これは常に可能とは限らない。過大な照射を行うと試料から反射したビームが周囲の支持構造物に当たる。支持構造物からの迷光を最小にするために、特別な試料ホルダを開発した。試料の周囲に存在するホルダ構造部分のほとんどをなくしてしまい、過大照射ビームサイズ（焦点調節）を制御し、ビームダンプを用いることによって、ＢＲＯは測定器自身の迷光原因を最小化した。付録Ｂ：計算用いられているＣＩＤカメラは、飽和点が４５０，０００電子であり、大容量を有している。従って、ＢＲＤＦが測定に必要な最小値（１０^-5）である場合に、ピクセル要素が２５０，０００から４５０，０００程度の電子を蓄積できるようにすることが望まれる。安全係数を見込んで、４５０，０００電子を目標とするものとしよう。ＢＲＤＦが最小値ＢＲＤＦminをとるとき、カメラが電子の形で得る信号は、Ｎ＝Φ₁・ｔ・Ｒ・ＢＲＤＦmin・Ω・τ／ｑただし、ｔ＝フレーム（積分時間）［秒］ Φ₁＝入力レーザパワー［Ｗ］ＢＲＤＦmin＝１０^-5［１／ステラジアン］ Ω＝立体角［ステラジアン］ τ＝ファイバーのスループットレシオＲ＝検出器の応答性［Ａ／Ｗ］ｑ＝電子の電荷 1.6Ｅ−１９［クーロン］Ｎ＝集められた電子の数市販されているレーザダイオードの中から、スペクトルの異なる２つを選択した。これらの波長における典型的な値を代入すると、ｔ＝０．２００秒ＢＲＤＦ＝１×１０^-5 Ω＝（０．２５／５７．３）² τ＝０．４ｑ＝１．６Ｅ−１９ Φ₁（８４０）＝７０ｍＷ Φ₁（６７０）＝３ｍＷＲ（８４０）＝０．０６５Ａ／ＷＲ（６７０）＝０．１１５Ａ／Ｗ１Ａ＝０．６Ｅ１９電子／秒以下に示すＣＩＤ応答曲線から、カメラの感度は６００ｎｍ近くで最も高くなることがわかる。ただし、市販のダイオードは、この波長よりも長い波長においてより大きな出力が得られる。上記の議論から、積Φ₁・Ｒを最大化する。 λ＝６７０ｎｍまたは λ＝８４０ｎｍｑ₁＝３ｍＷｑ₁＝７０ｍＷ以下の示すＣＩＤ応答曲線から、これらの波長における応答性は次のようになる。Ｒ＝ｆ（λ ｎｍ）Ｒ（６７０）＝０．１１５Ａ／ＷＲ（８４０）＝０．０６５Ａ／Ｗ上記の方程式を用いると次の値が得られる。Ｎ（６７０）＝３２８４４電子Ｎ（８４０）＝４３３１６０電子ここで、４．５×１０⁵電子を得ることが目標として仮定されていることを思い返すと、６７０ｎｍのダイオードでは十分ではなく、８４０ｎｍの７０ｍＷを用いると目的が達成できることがわかる。以上の議論から、ダイオードのオン・オフ時間（ダイオードコントローラを用いて１０ｎｓの程度で制御できる）を制御することによって、ダイオードパワーを数μＷから７０ｍＷの範囲で制御することが可能なことがわかる。

【手続補正書】【提出日】１９９５年５月３０日【補正内容】請求の範囲１．複数の光ファイバー要素のそれぞれの要素の一方の端部が互いに間隔をおいて配置固定され、他方の端部が指標付けられてアレイ状に配列された複数の光ファイバー要素を有する集光装置において；上記複数の光ファイバーが共通の視野を有し、その一方の端部が、各ファイバーの長さ方向の軸が上記一方の端部において各ファイバーに対して直交する光を放射する共通の光源に事実上収束するような曲率半径を有する曲面上に固定されており、これによって、上記の光源よりいろいろな方向に放射される光を、各ファイバーの上記一方の端部において同時に受光して、これを他方の端部まで伝搬させるようになしたことを特徴とする装置。２．上記曲面が完全な半球であることを特徴とする請求範囲第１項に記載の集光装置。３．上記完全半球は、堅固な半ドームであり、上記半ドームが複数の開口を有し、上記光ファイバーのそれぞれの一方の端部が上記開口内に固定されていることをさらに特徴とする請求範囲第２項に記載の集光装置。４．上記複数の光ファイバーがテーパが付された光ファイバーバンドルを形成していることをさらに特徴とする請求範囲第２項に記載の集光装置。５．上記のテーパが付されたバンドルが溶融していることをさらに特徴とする請求範囲第４項に記載の集光装置。６．上記曲面が球セグメントであることを特徴とする請求範囲第１項に記載の集光装置。７．上記複数の光ファイバーがテーパが付された光ファイバーバンドルであり、上記の球の表面が上記バンドルのテーパ部分内にある、ことをさらに特徴とする請求範囲第６項に記載の集光装置。８．上記曲面が一方の端部にあり、他方の端部がバンドルの広い端部であることを特徴とする請求範囲第７項に記載の集光装置。９．上記テーパが付された光ファイバーバンドルが一体バンドルであり、該バンドルが、広い中央部と、球表面が一方の端部に位置する第１のテーパ部と、他方の端部に終端する第２のテーパ部とを具備し、上記第１のテーパ部と第２のテーパ部が反対方向に傾斜していることをさらに特徴とする請求範囲第７項に記載の集光装置。 10．上記バンドルが溶融していることをさらに特徴とする請求範囲第９項に記載の集光装置。 11．上記第１および第２のテーパ部がそれぞれ互いに接合された広い端部で終端し、広い中央部を形成するようになされていることをさらに特徴とする請求範囲第９項に記載の集光装置。 12．上記第１および第２のテーパ部が互いに４５度回転された後に互いに接合されていることをさらに特徴とする請求範囲第１１項に記載の集光装置。 13．上記一体のバンドルは、２重にテーパが付された溶融光ファイバーバンドルであることをさらに特徴とする請求範囲第９項に記載の集光装置。 14．バンドルを通る経路を光を伝搬させて共通の光源を照射し、上記の伝搬された光が上記共通の光源で散乱され、上記複数の光ファイバーに入射するようになされていることをさらに特徴とする請求範囲第１３項に記載の集光装置。 15．共通光源から反射される正反射ビームを抑止するための手段をさらに具備していることをさらに特徴とする請求範囲第１４項に記載の集光装置。 16．上記曲面が光ファイバーの全ての端部をその長さ方向軸を含む単一面内に固定するセグメントであることをさらに特徴とする請求範囲第１項に記載の集光装置。 17．放射状に配置された複数の通路を有し、それぞれの通路に１本のファイバーが固定されるようになされた開口ブロックをさらに具備していることをさらに特徴とする請求範囲第１６項に記載の集光装置。 18．上記光ファイバーがバンドルであり、狭帯域コートが上記ファイバーバンドルの外部に施されていることをさらに特徴とする請求範囲第１項に記載の集光装置。 19．いろいろな入射角度で光源ビームを入力するための縦方向スロットを上記バンドルの上端に設けたことをさらに特徴とする請求範囲第７項に記載の集光装置。 20．請求範囲第６項または第１１項に記載の光ファイバーバンドルを製造するための方法において、該方法が以下のステップを含む：ａ）テーパが付けられた光ファイバーバンドルを形成する、ｂ）テーパが付けられた部分に凹面をカット形成し、該凹面が各ファイバーの長さ方向軸において接する接平面が上記バンドルの各ファイバーの長さ方向軸と直交するようになすことを特徴とする方法。 21．表面からの反射光を測定するための装置において、該装置が：ハウジング、上記ハウジング内に保持されて、上記表面を照らすようになされたレーザダイオード光源、テーパが付けられた光ファイバーバンドル、該光ファイバーバンドルは上記ハウジング内に保持され、また該光ファイバーバンドルはその一方の端部のテーパが付けられた部分に凹面を有し、また該光ファイバーバンドルの他方の端部は、指標付けられたアレイに形成され、上記表面上の点から反射された光を伝送するようになされている、ＣＩＤカメラ、該カメラは上記ハウジング内に保持され、また該カメラは伝送された光ビームを受光して電気信号に変換するスキャン可能な面アレイを具備しているを具備していることを特徴とする装置。 22．レーザパワーを制御するためのダイオードコントローラをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 23．上記ダイオードコントローラがレーザのオン時間を制御することをさらに特徴とする請求範囲第２２項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 24．レーザダイオードからの光を上記表面に向かって反射させるための折り返しミラーをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 25．レーザ光源のためのデポーラライザをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 26．上記表面の１点に上記レーザダイオードを収束させるための１組のレンズをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 27．上記の点に焦点が合うように上記１組のレンズを調節するためのマイクロメータさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２６項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 28．上記表面から反射する正反射ビームを集めるためのビームダンプをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 29．上記バンドルと上記カメラの中間に位置し、集光した光を上記スキャン可能な面アレイに収束させるようになされた結像レンズをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 30．上記バンドルが広い端部と狭い端部とを有し、上記一方の端部が狭い端部であり、上記他方の端部が広い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 31．上記バンドルが広い端部と狭い端部とを有し、上記一方の端部が広い端部であり、上記他方の端部が狭い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 32．上記テーパ部の狭い端部を収納し上記狭い端部を上記面アレイに対して位置合わせするようになされた、スプリングで偏倚されたハウジングをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 33．上記バンドルと上記アレイとの中間に光ファイバー面板をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第３２項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 34．上記アレイの積分時間を制御するためのカメラコントローラをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 35．上記ハウジングに取り付けられ、上記ハウジングの内部を外部の汚染から保護するようになされたシャッタをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 36．上記ハウジングに設けられ、上記ハウジングを外部汚染から保護するようになされた窓をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 37．上記ハウジング、上記レーザ光源、上記光ファイバーバンドル、及びＣＩＤカメラが測定ユニットであり、該測定ユニットを調節するための位置合わせ機構をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 38．上記位置合わせ機構がさらに：上記ハウジングを保持するためのベースプレート、上記光ファイバーバンドル中の正反射ビームを最初に位置合わせするための角度調節機構と、上記ハウジングを上記ベースプレートに対して動かして上記レーザ光源を光ファイバーの表面の１点に収束させるための焦点調節機構とを含む軸位置コントロール、上記ハウジングを上記表面に対して位置合わせし、次いで正反射ビームを上記ビームダンプに位置合わせするための方位調節機構をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第３７項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 39．上記ハウジングに取り外し可能に取り付けて上記装置を校正するための基準試料アダプタプレートをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 40．ｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法において、該方法が以下のステップを含む：ａ）周囲光を測定して、その測定値を基準フレームに記憶し、ｂ）レーザダイオード光源で上記被測定物をあらかじめ定められた時間だけ照らし、ｃ）上記時間において上記被測定物から反射された光ビームを集め、該ビームをアレイに伝送し、ｄ）上記アレイをｘ−ｙスキャンして光ビームを電気的データに変換することによって収集されたデータをディジタイズし、ｅ）ディジタイズされたデータを次のフレームに記憶し、ｆ）反復させる度ごとにレーザダイオードのオン時間をあらかじめ定められた量だけ増加させながら上記ステップ（ｂ）から（ｅ）を反復し、これによって、基準フレームおよびＮ個のデータフレームを収集して、Ｎ＋１個の連続したフレームに記憶することを特徴とする方法。 41．最初のデータフレームにおいてどのピクセルも飽和することがないように上記あらかじめ定められた時間を設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求範囲第４０項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 42．飽和したピクセルからのデータを無視するステップをさらに含むことを特徴とする請求範囲第４０項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 43．飽和したピクセルが近傍のピクセルに影響を与えることを防ぐステップをさらに含むことを特徴とする請求範囲第４０項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 44．上記照射ステップが、表面の１点を照射するステップを含み、上記収集ステップが、上記の点から散乱された反射光を収集するステップを含み、上記のディジタイズステップがＣＩＤ面アレイカメラを用いてディジタイズを行うステップを含むことを特徴とする請求範囲第４０項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 45．上記収集ステップが、共通の視野を有する複数の光ファイバーの各々の長さ方向軸がその一方の端部において実質的に上記の１点に収束するように上記複数の光ファイバーの各端部を向けることによって散乱光を集め、集められたビームを上記アレイにおいて電気信号に変換するためにファイバーの他方の端部まで伝送するステップをさらに含むことを特徴とする請求範囲第４４項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 46．コンピュータフレームグラバーの連続的にｘ−ｙ配列された複数のメモリフレームに記憶されたデータから単一データプロファイルを再構成する方法において、上記複数のメモリフレームの最初のフレームが上記の一連のフレームのすべてに共通する係数を表すデータを記憶する基準フレームであり、残りのフレームがデータフレームとなされており、該方法が：ａ）ｘ−ｙ配向プロファイル配列をメモリ中に設定し、該配列をゼロで満たし、ｂ）スケールファクタを算出し、ｃ）基準フレームに記憶されている共通係数データを一連のデータフレームの各フレームに記憶されているデータから差し引き、ｄ）最初のデータフレームのデータを上記スケールファクタでスケーリングし、ｅ）その次に続いているデータフレームの各ｘ−ｙ点に記憶されているデータをスケーリングして上記配列の対応するｘ−ｙ位置に加える、ただし、この処理は、上記位置にデータがまだ記憶されておらず、またさらに、（１）上記配列の上記ｘ−ｙ点にすでに存在するデータがゼロであり、また（２）Ｔを、データの値がＴよりも大きい場合にはそのデータが不当であることを表すスレショールドレベルとするとき、現在のデータフレームおよびそれより以前のすべてのデータフレームの上記ｘ−ｙ点のデータがＴよりも小さい場合においてのみ行われる、ｆ）後続の一連のデータフレームの各々に対してステップ（ｅ）を独立に連続的に反復するステップを含むことを特徴とする方法。 47．一連のフレームすべてに共通の係数として周囲光を表す係数を提供するようになされていることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 48．上記プロファイル配列の設定ステップがさらに、散乱源からいろいろな方向に反射する光の単一散乱プロファイルを表す配列を設定するステップを含んでいることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 49．一連のフレームの対応するｘ−ｙ点のデータの差を表す変数を表すスケールファクタを用いることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 50．一連のフレームにおいて、フレームごとに増加するレーザダイオード光源のオン時間の増加の大きさのオーダを表すスケールファクタを用いることを特徴とする請求範囲第４９項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 51．系統的な基準校正係数を表すスケールファクタを準備し、該スケールファクタをステップ（ｆ）の後で適用することを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 52．一連のフレームの対応するｘ−ｙ点のデータの差を表す変数と、系統的な基準校正係数とを表すスケールファクタを用いることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 53．フレームのｘ−ｙ点によって表される試料から集光された反射光のピクセル飽和レベルを表すスレショールド値Ｔを用いることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 54．現在のフレームあるいは以前の任意のフレームのｘ−ｙ点のデータのうちＴを越えるデータあるいは以前の任意のフレームにおいてゼロでないデータを無視することを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 55．データを表示することをさらに特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 56．上記表示ステップが：ＢＲＤＦ曲線の近傍、中間、および遠方アングル、ＢＲＤＦ曲線上のあるセグメントの範囲におけるＢＲＤＦ曲線のピーク値および平均値、ダイオードパワー出力、平均周囲光レベル、表面粗さ（ＲＭＳ）、全積分散乱（ＴＩＳ）パワースペクトル密度（ＰＳＤ）、または自己相関を表示するステップを含むこと特徴とする請求範囲第５５項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 57．１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータにおいて、該スキャッタメータが、上記の点を照射するためのパワー制御レーザ光源と、その点から反射してくる光ビームを集光すべき点を共通の視野として有する複数の光ファイバー要素からなる光ファイバーバンドルとを具備しており、該スキャッタメータが：上記反射光ビームを電気信号に変換するためのカメラを具備しており、集光された光ビームの信号レベルを上記カメラの暗電流雑音レベルよりもあらかじめ定められた量だけ大きくなるように増大し、フレームグラバー中に連続的なイメージを形成し、さらに上記フレームグラバーが連続的にイメージをディジタイズして記憶し、これから、同時に上記信号レベルの増加量を増加させながら上記点から発する光の単一散乱プロファイルを再構成することを特徴とするスキャッタメータ。 58．上記光ファイバーバンドルがさらに：上記複数の光ファイバー要素のそれぞれの要素の一方の端部が互いに間隔をおいて曲面上に配置固定され、上記曲面が各ファイバーの長さ方向の軸が上記一方の端部において、各ファイバーに対して直交する光を放射する共通の光源に事実上収束するような曲率半径を有しており、上記光ファイバーの他方の端部が指標付けられたアレイ状に配列されており、これによって、上記点からいろいろな角度に発する光が同時に各ファイバーの上記一方の端部に入射して他方の端部まで伝送されるようになされていることを特徴とする請求範囲第５７項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 59．上記の曲面が完全半球であり、上記単一散乱プロファイルが３次元プロファイルであることを特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 60．上記完全半球が堅固な半ドームであり、上記半ドームが複数の開口を有し、上記光ファイバーのそれぞれの一方の端部が上記開口内に固定されていることをさらに特徴とする請求範囲第５９項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 61．上記曲面が球セグメントであり、上記単一散乱プロファイルが３次元プロファイルであることをさらに特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 62．上記複数の光ファイバーがテーパが付された光ファイバーバンドルであり、上記の球の表面が上記バンドルのテーパ部分内にあることをさらに特徴とする請求範囲第６１項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 63．上記曲面が一方の端部にあり、他方の端部がバンドルの広い端部であることをさらに特徴とする請求範囲第６２項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 64．上記テーパが付された光ファイバーバンドルが一体バンドルであり、該バンドルが、広い中央部と、球表面が一方の端部に位置する第１のテーパ部と、他方の端部に終端する第２のテーパ部とを具備していることをさらに特徴とする請求範囲第６２項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 65．上記曲面が光ファイバーの端部をその長さ方向軸を含む単一面内に固定するセグメントであり、上記単一散乱プロファイルが３次元プロファイルであることをさらに特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 66．上記複数の光ファイバーが異なる長さを有していることをさらに特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 67．上記の指標付けられたアレイが集光した光を電気信号に変換するためのＣＩＤカメラに結合するようになされていることをさらに特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 68．上記光ファイバーバンドルにテーパが付けられており、該光ファイバーバンドルがその一方の端部のテーパが付けられた部分に凹面を有し、また該光ファイバーバンドルの他方の端部は、指標付けられたアレイに形成され、集光した光ビームを伝送するようになされており、上記カメラが、伝送された光ビームを受光するためのスキャン可能な面アレイを有するＣＩＤカメラであることをさらに特徴とする請求範囲第５７項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 69．上記バンドルと上記カメラの中間に位置し、集光した光ビームを上記スキャン可能な面アレイに収束させるようになされた結像レンズをさらに具備したことをさらに特徴とする請求範囲第６８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 70．上記バンドルが広い端部と狭い端部とを有し、上記一方の端部が広い端部であり、上記他方の端部が狭い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第６８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 71．上記テーパ部の狭い端部を収納し上記狭い端部を上記面アレイに対して位置合わせするようになす、スプリングで偏倚されたハウジングをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７０項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 72．上記バンドルと上記アレイとの中間に光ファイバー面板をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７１項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 73．さらにハウジングを具備し、上記レーザ光源が、上記ハウジング内に保持されたダイオード制御光源であり、上記光ファイバーバンドルが、上記ハウジング内に保持されたテーパ付きバンドルであり、該光ファイバーバンドルが一方の端部のテーパ部に凹面を有しており、該光ファイバーバンドルの他方の端部は、指標付けられたアレイに形成され、上記点から反射された光ビームを伝送するようになされており、上記カメラは、上記ハウジング内に保持されたＣＩＤカメラであり、該カメラは伝送された光ビームを受光して電気信号に変換するためのスキャン可能な面アレイを具備していることを特徴とする請求範囲第５７項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 74．レーザパワーを制御するためのダイオードコントローラをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 75．レーザパワーを制御するためのダイオードコントローラをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 76．レーザ光源のためのデポーラライザをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 77．上記光ファイバーバンドルの表面の１点に上記レーザダイオードから放射された光を収束させるための１組のレンズをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 78．上記の点から反射される正反射ビームを阻止するためのビームダンプをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 79．上記バンドルと上記カメラの中間に位置し、集光した光を上記スキャン可能な面アレイに収束させるようになされた結像レンズをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 80．上記バンドルが広い端部と狭い端部とを有し、上記一方の端部が狭い端部であり、上記他方の端部が広い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 81．上記バンドルが狭い端部と広い端部とを有し、上記一方の端部が広い端部であり、上記他方の端部が狭い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 82．上記アレイの積分時間を制御するためのカメラコントローラをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 83．上記ハウジングに取り付けられ、上記ハウジングの内部を外部の汚染から保護するようになされたシャッタをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 84．上記ハウジングに設けられ、上記ハウジングを外部汚染から保護するようになされた窓をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 85．上記ハウジング、レーザ光源、光ファイバーバンドル、およびＣＩＤカメラが測定ユニットを構成し、上記測定ユニットを調節するための位置合わせ機構をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 86．上記ハウジングに取り外し可能に取り付けて上記装置を校正するための基準試料アダプタプレートをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 87．請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータにおいて、該スキャッタメータが上記の点から反射した光のためのｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを具備しており、該スキャッタメータがさらに；ａ）周囲光を測定して、その測定値を基準フレームに記憶する手段、ｂ）レーザダイオード光源で上記の点をあらかじめ定められた時間だけ照射する手段、ｃ）上記時間において上記の点から反射された光ビームを集め、該ビームをアレイに伝送する手段、ｄ）上記アレイをｘ−ｙスキャンして光ビームを電気的データに変換することによって収集されたデータをディジタイズする手段、ｅ）ディジタイズされたデータを次のフレームに記憶する手段、ｆ）反復させる度ごとにレーザダイオードのオン時間をあらかじめ定められた量だけ増加させながら上記ステップ（ｂ）から（ｅ）を反復する手段、とを具備しており、これによって、基準フレームおよび４のデータフレームが収集されて、５個の連続したフレームに記憶されるようになされていることを特徴とするスキャッタメータ。 88．請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータにおいて、該スキャッタメータがコンピュータフレームグラバーの連続的にｘ−ｙ配列された複数のメモリフレームに記憶されたデータから単一データプロファイルを再構成する手段を具備しており、上記複数のメモリフレームの最初のフレームが上記の一連のフレームのすべてに共通する係数を表すデータを記憶する基準フレームであり、残りのフレームがデータフレームとなされており、該スキャッタメータが：ａ）ｘ−ｙ配向配列をメモリ中に設定し、該配列をゼロで満たす手段、ｂ）スケールファクタを算出する手段、ｃ）基準フレームに記憶されている共通係数データを一連のデータフレームの各フレームに記憶されているデータから差し引く手段、ｄ）最初のデータフレームのデータを上記スケールファクタでスケーリングし、スケーリングされたデータを上記プロファイル配列に加え、ｅ）その次に続いているデータフレームの各ｘ−ｙ点に記憶されているデータをスケーリングして上記配列の対応するｘ−ｙ位置に加える手段、ただし、この処理は、上記位置にデータがまだ記憶されておらず、またさらに、（１）上記配列の上記ｘ−ｙ点にすでに存在するデータがゼロであり、また（２）Ｔを、データの値がＴよりも大きい場合にはそのデータが不当であることを表すスレショールドレベルとするとき、現在のデータフレームおよびそれより以前のすべてのデータフレームの上記ｘ−ｙ点のデータがＴよりも小さい場合においてのみ行われる、ｆ）後続の一連のデータフレームの各々に対してステップ（ｅ）を独立に連続的に反復する手段、含むことを特徴とするスキャッタメータ。 89．散乱プロファイルを１秒以内に再構成する手段によってさらに特徴づけられる請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩＧ０２Ｂ 6/04 Ｅ 8809−2Ｋ【要約の続き】うことが可能である。

Claims

【特許請求の範囲】１．複数の光ファイバー要素のそれぞれの要素の一方の端部が互いに間隔をおいて配置固定され、他方の端部が指標付けられてアレイ状に配列された複数の光ファイバー要素を有する集光装置において；上記複数の光ファイバーが共通の視野を有し、その一方の端部が、各ファイバーの長さ方向の軸が上記一方の端部において各ファイバーに対して直交する光を放射する共通の光源に事実上収束するような曲率半径を有する曲面上に固定されており、これによって、上記の光源よりいろいろな方向に放射される光を、各ファイバーの上記一方の端部において同時に受光して、これを他方の端部まで伝搬させるようになしたことを特徴とする装置。２．上記曲面が完全な半球であることを特徴とする請求範囲第１項に記載の集光装置。３．上記完全半球は、堅固な半ドームであり、上記半ドームが複数の開口を有し、上記光ファイバーのそれぞれの一方の端部が上記開口内に固定されていることをさらに特徴とする請求範囲第２項に記載の集光装置。４．上記複数の光ファイバーがテーパが付された光ファイバーバンドルを形成していることをさらに特徴とする請求範囲第２項に記載の集光装置。５．上記のテーパが付されたバンドルが溶融していることをさらに特徴とする請求範囲第４項に記載の集光装置。６．上記曲面が球セグメントであることを特徴とする請求範囲第１項に記載の集光装置。７．上記複数の光ファイバーがテーパが付された光ファイバーバンドルであり、上記の球の表面が上記バンドルのテーパ部分内にある、ことをさらに特徴とする請求範囲第６項に記載の集光装置。８．上記曲面が一方の端部にあり、他方の端部がバンドルの広い端部であることを特徴とする請求範囲第７項に記載の集光装置。９．上記テーパが付された光ファイバーバンドルが一体バンドルであり、該バンドルが、広い中央部と、球表面が一方の端部に位置する第１のテーパ部と、他方の端部に終端する第２のテーパ部とを具備していることをさらに特徴とする請求範囲第７項に記載の集光装置。 10．上記バンドルが溶融していることをさらに特徴とする請求範囲第９項に記載の集光装置。 11.上記第１および第２のテーパ部がそれぞれ互いに接合された広い端部で終端し、広い中央部を形成するようになされていることをさらに特徴とする請求範囲第９項に記載の集光装置。 12．上記第１および第２のテーパ部が互いに４５度回転された後に互いに接合されていることをさらに特徴とする請求範囲第１１項に記載の集光装置。 13．上記一体のバンドルは、２重にテーパが付された溶融光ファイバーバンドルであることをさらに特徴とする請求範囲第９項に記載の集光装置。 14．バンドルを通る経路を光を伝搬させて共通の光源を照射し、上記の伝搬された光が上記共通の光源で散乱され、上記複数の光ファイバーに入射するようになされていることをさらに特徴とする請求範囲第１３項に記載の集光装置。 15．共通光源から反射される正反射ビームを抑止するための手段をさらに具備していることをさらに特徴とする請求範囲第１４項に記載の集光装置。 16．上記曲面が光ファイバーの端部をその長さ方向軸を含む単一面内に固定するセグメントであることをさらに特徴とする請求範囲第１項に記載の集光装置。 17．放射状に配置された複数の通路を有し、それぞれの通路に１本のファイバーが固定されるようになされた開口ブロックをさらに具備していることをさらに特徴とする請求範囲第１６項に記載の集光装置。 18．上記光ファイバーがバンドルであり、狭帯域コートが上記ファイバーバンドルの外部に施されていることをさらに特徴とする請求範囲第１項に記載の集光装置。 19．いろいろな入射角度で光源ビームを入力するための縦方向スロットを上記バンドルの上端に設けたことをさらに特徴とする請求範囲第７項に記載の集光装置。 20．請求範囲第６項または第１１項に記載の光ファイバーバンドルを製造するための方法において、該方法が以下のステップを含む：ａ）テーパが付けられた光ファイバーバンドルを形成する、ｂ）テーパが付けられた部分に凹面をカット形成し、該凹面が各ファイバーの長さ方向軸において接する接平面が上記バンドルの各ファイバーの長さ方向軸と直交するようになすことを特徴とする方法。 21．表面からの反射光を測定するための装置において、該装置が：ハウジング、上記ハウジング内に保持されて、上記表面を照らすようになされたレーザダイオード光源、テーパが付けられた光ファイバーバンドル、該光ファイバーバンドルは上記ハウジング内に保持され、また該光ファイバーバンドルはその一方の端部のテーパが付けられた部分に凹面を有し、また該光ファイバーバンドルの他方の端部は、指標付けられたアレイに形成され、上記表面上の点から反射された光を伝送するようになされている、ＣＩＤカメラ、該カメラは上記ハウジング内に保持され、また該カメラは伝送された光ビームを受光して電気信号に変換するスキャン可能な面アレイを具備しているを具備していることを特徴とする装置。 22．レーザパワーを制御するためのダイオードコントローラをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 23．上記ダイオードコントローラがレーザのオン時間を制御することをさらに特徴とする請求範囲第２２項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 24．レーザダイオードからの光を上記表面に向かって反射させるための折り返しミラーをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 25．レーザ光源のためのデポーラライザをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 26．上記表面の１点に上記レーザダイオードを収束させるための１組のレンズをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 27．上記の点に焦点が合うように上記１組のレンズを調節するためのマイクロメータさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２６項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 28．上記表面から反射する正反射ビームを集めるためのビームダンプをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 29．上記バンドルと上記カメラの中間に位置し、集光した光を上記スキャン可能な面アレイに収束させるようになされた結像レンズをさらに具備したことを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 30．上記バンドルが広い端部と狭い端部とを有し、上記一方の端部が狭い端部であり、上記他方の端部が広い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 31．上記バンドルが広い端部と狭い端部とを有し、上記一方の端部が広い端部であり、上記他方の端部が狭い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 32．上記テーパ部の狭い端部を収納し上記狭い端部を上記面アレイに対して位置合わせするようになされた、スプリングで偏倚されたハウジングをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 33．上記バンドルと上記アレイとの中間に光ファイバー面板をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第３２項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 34．上記アレイの積分時間を制御するためのカメラコントローラをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 35．上記ハウジングに取り付けられ、上記ハウジングの内部を外部の汚染から保護するようになされたシャッタをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 36．上記ハウジングに設けられ、上記ハウジングを外部汚染から保護するようになされた窓をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 37．測定ユニットを調節するための位置合わせ機構をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 38．上記位置合わせ機構がさらに：上記ハウジングを保持するためのベースプレート、上記光ファイバーバンドル中の正反射ビームを最初に位置合わせするための角度調節機構と、上記ハウジングを上記ベースプレートに対して動かして上記レーザ光源を光ファイバーの表面の１点に収束させるための焦点調節機構とを含む軸位置コントロール、上記ハウジングを上記表面に対して位置合わせし、次いで正反射ビームを上記ビームダンプに位置合わせするための方位調節機構をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第３７項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 39．上記ハウジングに取り外し可能に取り付けて上記装置を校正するための基準試料アダプタプレートをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第２１項に記載の表面からの反射光を測定するための装置。 40．ｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法において、該方法が以下のステップを含む：ａ）周囲光を測定して、その測定値を基準フレームに記憶し、ｂ）レーザダイオード光源で上記被測定物をあらかじめ定められた時間だけ照らし、ｃ）上記時間において上記被測定物から反射された光ビームを集め、該ビームをアレイに伝送し、ｄ）上記アレイをｘ−ｙスキャンして光ビームを電気的データに変換することによって収集されたデータをディジタイズし、ｅ）ディジタイズされたデータを次のフレームに記憶し、ｆ）反復させる度ごとにレーザダイオードのオン時間をあらかじめ定められた量だけ増加させながら上記ステップ（ｂ）から（ｅ）を反復し、これによって、基準フレームおよびＮ個のデータフレームを収集して、Ｎ＋１個の連続したフレームに記憶することを特徴とする方法。 41．最初のデータフレームにおいてどのピクセルも飽和することがないように上記あらかじめ定められた時間を設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求範囲第４０項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 42．飽和したピクセルからのデータを無視するステップをさらに含むことを特徴とする請求範囲第４０項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 43．飽和したピクセルが近傍のピクセルに影響を与えることを防ぐステップをさらに含むことを特徴とする請求範囲第４０項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 44．上記照射ステップが、表面の１点を照射するステップを含み、上記収集ステップが、上記の点から散乱された反射光を収集するステップを含み、上記のディジタイズステップがＣＩＤ面アレイカメラを用いてディジタイズを行うステップを含むことを特徴とする請求範囲第４０項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 45．上記収集ステップが、共通の視野を有する複数の光ファイバーの各々の長さ方向軸がその一方の端部において実質的に上記の１点に収束するように上記複数の光ファイバーの各端部を向けることによって散乱光を集め、集められたビームを上記アレイにおいて電気信号に変換するためにファイバーの他方の端部まで伝送するステップをさらに含むことを特徴とする請求範囲第４４項に記載のｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを用いて被測定物から発した光を取得する方法。 46．コンピュータフレームグラバーの連続的にｘ−ｙ配列された複数のメモリフレームに記憶されたデータから単一データプロファイルを再構成する方法において、上記複数のメモリフレームの最初のフレームが上記の一連のフレームのすべてに共通する係数を表すデータを記憶する基準フレームであり、残りのフレームがデータフレームとなされており、該方法が：ａ）ｘ−ｙ配向プロファイル配列をメモリ中に設定し、該配列をゼロで満たし、ｂ）スケールファクタを算出し、ｃ）基準フレームに記憶されている共通係数データを一連のデータフレームの各フレームに記憶されているデータから差し引き、ｄ）最初のデータフレームのデータを上記スケールファクタでスケーリングし、ｅ）その次に続いているデータフレームの各ｘ−ｙ点に記憶されているデータをスケーリングして上記配列の対応するｘ−ｙ位置に加える、ただし、この処理は、上記位置にデータがまだ記憶されておらず、またさらに、（１）上記配列の上記ｘ−ｙ点にすでに存在するデータがゼロであり、また（２）Ｔを、データの値がＴよりも大きい場合にはそのデータが不当であることを表すスレショールドレベルとするとき、現在のデータフレームおよびそれより以前のすべてのデータフレームの上記ｘ−ｙ点のデータがＴよりも小さい場合においてのみ行われる、ｆ）後続の一連のデータフレームの各々に対してステップ（ｅ）を独立に連続的に反復するステップを含むことを特徴とする方法。 47．一連のフレームすべてに共通の係数として周囲光を表す係数を提供するようになされていることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 48．上記プロファイル配列の設定ステップがさらに、散乱源からいろいろな方向に反射する光の単一散乱プロファイルを表す配列を設定するステップを含んでいることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 49．一連のフレームの対応するｘ−ｙ点のデータの差を表す変数を表すスケールファクタを用いることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 50．一連のフレームにおいて、フレームごとに増加するレーザダイオード光源のオン時間の増加の大きさのオーダを表すスケールファクタを用いることを特徴とする請求範囲第４９項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 51．系統的な基準校正係数を表すスケールファクタを準備し、該スケールファクタをステップ（ｆ）の後で適用することを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 52．一連のフレームの対応するｘ−ｙ点のデータの差を表す変数と、系統的な基準校正係数とを表すスケールファクタを用いることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 53．フレームのｘ−ｙ点によって表される試料から集光された反射光のピクセル飽和レベルを表すスレショールド値Ｔを用いることを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 54．現在のフレームあるいは以前の任意のフレームのｘ−ｙ点のデータのうちＴを越えるデータあるいは以前の任意のフレームにおいてゼロでないデータを無視することを特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 55．データを表示することをさらに特徴とする請求範囲第４６項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 56．上記表示ステップが：ＢＲＤＦ曲線の近傍、中間、および遠方アングル、ＢＲＤＦ曲線上のあるセグメントの範囲におけるＢＲＤＦ曲線のピーク値および平均値、ダイオードパワー出力、平均周囲光レベル、表面粗さ（ＲＭＳ）、全積分散乱（ＴＩＳ）パワースペクトル密度（ＰＳＤ）、または自己相関を表示するステップを含むこと特徴とする請求範囲第５５項に記載の単一データプロファイルを再構成する方法。 57．１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータにおいて、該スキャッタメータが、上記の点を照射するためのパワー制御レーザ光源と、その点から反射してくる光ビームを集光すべき点を共通の視野として有する複数の光ファイバー要素からなる光ファイバーバンドルとを具備しており、該スキャッタメータが：上記反射光ビームを電気信号に変換するためのカメラを具備しており、集光された光ビームの信号レベルを上記カメラの暗電流雑音レベルよりもあらかじめ定められた量だけ大きくなるように増大し、フレームグラバー中に連続的なイメージを形成し、さらに上記フレームグラバーが連続的にイメージをディジタイズして記憶し、これから、同時に上記信号レベルの増加量を増加させながら上記点から発する光の単一散乱プロファイルを再構成することを特徴とするスキャッタメータ。 58．上記光ファイバーバンドルがさらに：上記複数の光ファイバー要素のそれぞれの要素の一方の端部が互いに間隔をおいて曲面上に配置固定され、上記曲面が各ファイバーの長さ方向の軸が上記一方の端部において、各ファイバーに対して直交する光を放射する共通の光源に事実上収束するような曲率半径を有しており、上記光ファイバーの他方の端部が指標付けられたアレイ状に配列されており、これによって、上記点からいろいろな角度に発する光が同時に各ファイバーの上記一方の端部に入射して他方の端部まで伝送されるようになされていることを特徴とする請求範囲第５７項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 59．上記の曲面が完全半球であり、上記単一散乱プロファイルが３次元プロファイルであることを特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 60．上記完全半球が堅固な半ドームであり、上記半ドームが複数の開口を有し、上記光ファイバーのそれぞれの一方の端部が上記開口内に固定されていることをさらに特徴とする請求範囲第５９項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 61．上記曲面が球セグメントであり、上記単一散乱プロファイルが３次元プロファイルであることをさらに特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 62．上記複数の光ファイバーがテーパが付された光ファイバーバンドルであり、上記の球の表面が上記バンドルのテーパ部分内にあることをさらに特徴とする請求範囲第６１項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 63．上記曲面が一方の端部にあり、他方の端部がバンドルの広い端部であることをさらに特徴とする請求範囲第６２項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 64．上記テーパが付された光ファイバーバンドルが一体バンドルであり、該バンドルが、広い中央部と、球表面が一方の端部に位置する第１のテーパ部と、他方の端部に終端する第２のテーパ部とを具備していることをさらに特徴とする請求範囲第６２項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 65．上記曲面が光ファイバーの端部をその長さ方向軸を含む単一面内に固定するセグメントであり、上記単一散乱プロファイルが３次元プロファイルであることをさらに特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 66．上記複数の光ファイバーが異なる長さを有していることをさらに特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 67．上記の指標付けられたアレイが集光した光を電気信号に変換するためのＣＩＤカメラに結合するようになされていることをさらに特徴とする請求範囲第５８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 68．上記光ファイバーバンドルにテーパが付けられており、該光ファイバーバンドルがその一方の端部のテーパが付けられた部分に凹面を有し、また該光ファイバーバンドルの他方の端部は、指標付けられたアレイに形成され、集光した光ビームを伝送するようになされており、上記カメラが、伝送された光ビームを受光するためのスキャン可能な面アレイを有するＣＩＤカメラであることをさらに特徴とする請求範囲第５７項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 69．上記バンドルと上記カメラの中間に位置し、集光した光ビームを上記スキャン可能な面アレイに収束させるようになされた結像レンズをさらに具備したことをさらに特徴とする請求範囲第６８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 70．上記バンドルが広い端部と狭い端部とを有し、上記一方の端部が広い端部であり、上記他方の端部が狭い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第６８項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 71．上記テーパ部の狭い端部を収納し上記狭い端部を上記面アレイに対して位置合わせするようになす、スプリングで偏倚されたハウジングをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７０項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 72．上記バンドルと上記アレイとの中間に光ファイバー面板をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７１項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 73．さらにハウジングを具備し、上記レーザ光源が、上記ハウジング内に保持されたダイオード制御光源であり、上記光ファイバーバンドルが、上記ハウジング内に保持されたテーパ付きバンドルであり、該光ファイバーバンドルが一方の端部のテーパ部に凹面を有しており、該光ファイバーバンドルの他方の端部は、指標付けられたアレイに形成され、上記点から反射された光ビームを伝送するようになされており、上記カメラは、上記ハウジング内に保持されたＣＩＤカメラであり、該カメラは伝送された光ビームを受光して電気信号に変換するためのスキャン可能な面アレイを具備していることを特徴とする請求範囲第５７項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 74．レーザパワーを制御するためのダイオードコントローラをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 75．レーザパワーを制御するためのダイオードコントローラをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 76．レーザ光源のためのデポーラライザをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 77．上記光ファイバーバンドルの表面の１点に上記レーザダイオードから放射された光を収束させるための１組のレンズをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 78．上記の点から反射される正反射ビームを阻止するためのビームダンプをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 79．上記バンドルと上記カメラの中間に位置し、集光した光を上記スキャン可能な面アレイに収束させるようになされた結像レンズをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 80．上記バンドルが広い端部と狭い端部とを有し、上記一方の端部が狭い端部であり、上記他方の端部が広い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 81．上記バンドルが狭い端部と広い端部とを有し、上記一方の端部が広い端部であり、上記他方の端部が狭い端部である、ことをさらに特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 82．上記アレイの積分時間を制御するためのカメラコントローラをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 83．上記ハウジングに取り付けられ、上記ハウジングの内部を外部の汚染から保護するようになされたシャッタをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 84．上記ハウジングに設けられ、上記ハウジングを外部汚染から保護するようになされた窓をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 85．上記ハウジング、レーザ光源、光ファイバーバンドル、およびＣＩＤカメラが測定ユニットを構成し、上記測定ユニットを調節するための位置合わせ機構をさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 86．上記ハウジングに取り外し可能に取り付けて上記装置を校正するための基準試料アダプタプレートをさらに具備していることを特徴とする請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。 87．請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータにおいて、該スキャッタメータが上記の点から反射した光のためのｘ−ｙスキャンが可能なアレイカメラを具備しており、該スキャッタメータがさらに；ａ）周囲光を測定して、その測定値を基準フレームに記憶する手段、ｂ）レーザダイオード光源で上記の点をあらかじめ定められた時間だけ照射する手段、ｃ）上記時間において上記の点から反射された光ビームを集め、該ビームをアレイに伝送する手段、ｄ）上記アレイをｘ−ｙスキャンして光ビームを電気的データに変換することによって収集されたデータをディジタイズする手段、ｅ）ディジタイズされたデータを次のフレームに記憶する手段、ｆ）反復させる度ごとにレーザダイオードのオン時間をあらかじめ定められた量だけ増加させながら上記ステップ（ｂ）から（ｅ）を反復する手段、とを具備しており、これによって、基準フレームおよび４のデータフレームが収集されて、５個の連続したフレームに記憶されるようになされていることを特徴とするスキャッタメータ。 88．請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータにおいて、該スキャッタメータがコンピュータフレームグラバーの連続的にｘ−ｙ配列された複数のメモリフレームに記憶されたデータから単一データプロファイルを再構成する手段を具備しており、上記複数のメモリフレームの最初のフレームが上記の一連のフレームのすべてに共通する係数を表すデータを記憶する基準フレームであり、残りのフレームがデータフレームとなされており、該スキャッタメータが：ａ）ｘ−ｙ配向配列をメモリ中に設定し、該配列をゼロで満たす手段、ｂ）スケールファクタを算出する手段、ｃ）基準フレームに記憶されている共通係数データを一連のデータフレームの各フレームに記憶されているデータから差し引く手段、ｄ）最初のデータフレームのデータを上記スケールファクタでスケーリングし、スケーリングされたデータを上記プロファイル配列に加え、ｅ）その次に続いているデータフレームの各ｘ−ｙ点に記憶されているデータをスケーリングして上記配列の対応するｘ−ｙ位置に加える手段、ただし、この処理は、上記位置にデータがまだ記憶されておらず、またさらに、（１）上記配列の上記ｘ−ｙ点にすでに存在するデータがゼロであり、また（２）Ｔを、データの値がＴよりも大きい場合にはそのデータが不当であることを表すスレショールドレベルとするとき、現在のデータフレームおよびそれより以前のすべてのデータフレームの上記ｘ−ｙ点のデータがＴよりも小さい場合においてのみ行われる、ｆ）後続の一連のデータフレームの各々に対してステップ（ｅ）を独立に連続的に反復する手段、を含むことを特徴とするスキャッタメータ。 89．散乱プロファイルを１秒以内に再構成する手段によってさらに特徴づけられる請求範囲第７３項に記載の１点からいろいろな角度で反射する光を測定するためのスキャッタメータ。