KR20180028952A - 광학 측정 방법 및 광학 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

적어도 근적외 영역에 검출 감도를 갖는 검출기를 사용한 광학 측정 방법이 제공된다. 광학 측정 방법은, 임의의 샘플 광을 임의의 노광 시간에 검출기에 의해 측정했을 때의 출력값을 취득하는 스텝과, 출력값을 취득했을 때의 노광 시간이 제 2 범위내에 있으면, 출력값에 따른 보정량으로 출력값을 보정하는 스텝을 포함한다. 보정량은, 제 2 범위내의 노광 시간에 검출기에 의해 측정했을 때에 얻어지는 출력값이 제 1 범위내의 노광 시간에 검출기에 의해 측정했을 때에 얻어지는 출력 직선성에 대하여 어느 정도 어긋나 있는지를 나타내는 계수와, 노광 시간의 2 승의 곱을 포함한다.

Description

광학 측정 방법 및 광학 측정 장치{OPTICAL MEASUREMENT METHOD AND OPTICAL MEASUREMENT APPARATUS}
본 발명은, 측정 정밀도를 높일 수 있는 광학 측정 방법 및 광학 측정 장치에 관한 것이다.
일반적인 광학 특성의 측정계에 있어서는, 샘플로부터의 광을 검출기로 수광한다는 구성이 채용된다. 측정 정밀도를 높이기 위해서는, 검출기에 입사되는 광의 강도와 검출기로부터 출력되는 신호 레벨의 사이에 안정된 대응 관계 (특히, 출력 직선성) 가 존재하는 것이 바람직하다.
현실적으로는 검출기를 구성하는 소자가 갖는 불확정성 등에서 기인되어 대응 관계에 요동이 발생하므로, 이러한 요동에서 기인되는 오차를 보정하는 수법이 제안되어 있다.
예를 들어, 일본 공개특허공보 2006-23284호는, 자외선·가시광·근적외선 영역의 전체 범위에 걸쳐 충분한 감도를 갖고, 게다가 충분한 직선성을 확보한 분광 광도계용 검출 장치를 개시하고 있다. 이 분광 광도계용 검출 장치는, 광 전자 증배관 검출기, InGaAs 검출기 및 PbS 검출기, 그리고 그들 검출기를 전환하는 전환기를 갖고 있고, 또한 각 검출기의 출력 직선성의 차이를 보정하는 출력 변환 수단이 형성되어 있다.
또, 일본 공개특허공보 2005-33633호는, 촬상 소자인 CCD (Charge Coupled Device) 촬상 영역을 블록 분할하고, 블록별로 독립적으로 영상 신호를 출력하고, 블록 사이에 발생하는 출력 레벨의 리니어리티의 차이를 자동적으로 보정할 수 있는 CCD 카메라의 직선성 보정 장치를 개시한다.
국제 공개 제2002/039076호는, 피측정물에 광을 조사하고 그 피검출부로부터의 광을 센서로 수광하여 측정하는 방법을 개시한다. 이 측정 방법에 있어서, 센서로서 수광량에 대하여 출력이 직선성을 갖지 않는 것이 사용됨과 함께, 센서의 수광량을 변화시켰을 때의 센서로부터의 출력이 수광량에 비례하도록 센서의 출력을 보정하는 직선화 처리 공정이 실시된다.
국제 공개 제2002/039094호는, 이미지 센서의 출력이 입사광량에 비례하도록 이미지 센서의 출력을 보정하는 직선화 보정과, 기준물을 측정했을 때에 이미지 센서의 각 픽셀 출력을 직선화 보정한 것이 균일해지도록 각 픽셀 출력을 보정하는 광 불균일 보정을 실시하는 측정 방법을 개시한다.
상기 서술한 선행 기술에 있어서는, 여전히 이하와 같은 과제가 존재한다.
일본 공개특허공보 2006-23284호에 개시된 분광 광도계용 검출 장치는, 3 종의 검출기를 전환함으로써, 특히 중간 파장 영역에 있어서 양호한 감도 및 S/N 비를 얻고 있지만, 3 종의 검출기를 준비할 필요가 있고, 또한 각 검출기의 출력 직선성을 개선하는 것에 대해서는 전혀 교시하고 있지 않다.
일본 공개특허공보 2005-33633호에 개시된 CCD 카메라의 직선성 보정 장치는, 일반적인 비디오 카메라에 대한 기술이며, 광학 특성의 측정계에 그대로 적용할 수 있는 것은 아니다.
국제 공개 제2002/039076호에 개시된 방법으로 실시되는 직선화 처리 공정에 있어서는, 미리 준비된 직선화 데이터가 필요하다. 이 직선화 데이터는, 기준판으로서 반사율이 상이한 N 종류 (예를 들어, 11 종류) 의 것을 준비하고, 각각의 기준판을 촬상하여 얻어지는 촬상 데이터와 각 기준판의 이미 알려진 반사율을 대응시킴으로써 생성된다. 이러한 직선화 데이터의 생성 공정이 번잡하다.
국제 공개 제2002/039094호에 개시된 측정 방법으로 실시되는 직선화 보정에 있어서는, 보정 참조 데이터가 이용된다. 이 보정 참조 데이터를 취득하기 위한 처리는, 백판을 촬상한 화상내의 가장 밝은 픽셀이 포화 광량에 도달할 때의 광 검출기의 전압값을 구하는 처리, 그 구한 전압값을 20 등분하고, 21 단계의 각 전압값을 구하고, 각각의 광량으로 백판을 촬상하여 데이터를 기억하는 처리, 모든 화상의 데이터에 대한 오프셋 처리, 그리고, 화상내에서 가장 밝은 픽셀 부근의 연속해서 나열되는 5 픽셀의 값을 평균하는 처리 등을 포함한다. 이와 같이 보정 참조 데이터를 취득하기 위한 처리는 번잡하다.
측정시에 필요로 하는 교정의 수고를 저감시키면서, 출력 직선성의 정밀도를 높인 광학 측정 방법 및 광학 측정 장치가 요망되고 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 적어도 근적외 영역에 검출 감도를 갖는 검출기를 사용한 광학 측정 방법이 제공된다. 검출기에 입사되는 광 강도에 대하여 검출기로부터의 출력값이 비례하는 노광 시간의 제 1 범위와, 검출기에 입사되는 광 강도에 대하여 검출기로부터의 출력값이 비례하지 않는 노광 시간의 제 2 범위가 미리 취득되어 있다. 광학 측정 방법은, 임의의 샘플 광을 임의의 노광 시간에 검출기에 의해 측정했을 때의 출력값을 취득하는 스텝과, 출력값을 취득했을 때의 노광 시간이 제 2 범위내에 있으면, 출력값에 따른 보정량으로 출력값을 보정하는 스텝을 포함한다. 보정량은, 제 2 범위내의 노광 시간에 검출기에 의해 측정했을 때에 얻어지는 출력값이 제 1 범위내의 노광 시간에 검출기에 의해 측정했을 때에 얻어지는 출력 직선성에 대하여 어느 정도 어긋나 있는지를 나타내는 계수와, 노광 시간의 2 승의 곱을 포함한다.
계수는, 출력값과, 출력값을 취득했을 때의 노광 시간과, 미리 정해진 보정 계수에 기초하여 결정되어도 된다.
광학 측정 방법은, 검출기에 소정의 광 강도를 갖는 광을 입사시키면서, 제 1 범위내의 노광 시간과 제 2 범위내의 복수의 노광 시간을 포함하는 복수의 노광 시간에 검출기에 의해 각각 측정했을 때의 각각의 출력값으로 이루어지는 출력값군을 취득하는 스텝과, 출력값군에 대한 근사식을 규정하는 계수의 세트를 결정하는 스텝과, 검출기에 입사되는 광의 광 강도를 변경하여, 출력값군을 취득하는 스텝 및 계수의 세트를 결정하는 스텝을 반복하는 스텝과, 각각의 광 강도에 대해서 취득된 계수의 세트에 대한 회귀 분석에 의해 보정 계수를 결정하는 스텝을 추가로 포함하고 있어도 된다.
계수의 세트는, 근사식의 1 차항의 계수와 근사식의 2 차항의 계수를 포함하고 있어도 된다. 보정 계수를 결정하는 스텝은, 1 차항의 계수를, 대응하는 근사식을 결정할 때에 사용된 제 1 범위내의 노광 시간에 있어서의 검출기로부터의 출력값을 사용하여 고정시킨 후에, 회귀 분석을 실시하는 스텝을 포함하고 있어도 된다.
검출기는, 소정의 파장 범위마다 구획된 복수의 채널을 갖고 있어도 된다. 보정 계수는 채널마다 결정되어도 된다.
검출기는, InGaAs 리니어 이미지 센서로 구성되어도 된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 광학 측정 장치는, 적어도 근적외 영역에 검출 감도를 갖는 검출기와, 미리 정해진 보정 계수를 참조할 수 있는 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는, 임의의 샘플 광을 임의의 노광 시간에 검출기에 의해 측정했을 때의 출력값을 취득하고, 출력값을 취득했을 때의 노광 시간이 미리 정해진 범위내에 있으면, 출력값을 그대로 출력하고, 출력값을 취득했을 때의 노광 시간이 미리 정해진 범위내에 없으면, 출력값과, 출력값을 취득했을 때의 노광 시간과, 보정 계수에 기초하여 결정되는 계수에, 노광 시간의 2 승을 곱한 값을 포함하는 보정량으로 출력값을 보정하여 출력한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부한 도면과 관련하여 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명에서 밝혀질 것이다.
도 1 은, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 시스템의 장치 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치에서의 검출 처리에 관련된 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은, 본 실시 형태에 따른 처리 장치의 장치 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4 는, 본 실시 형태에 따른 검출기로부터의 출력 신호에 대한 출력 직선성의 보정 방법의 개요를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 5b 는, 노광 시간을 1 ∼ 10［ms］의 범위에서 변경한 경우의 측정 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 6b 는, 노광 시간을 10 ∼ 100［ms］의 범위에서 변경한 경우의 측정 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치에 있어서의 출력 직선성의 보정 처리에 관련된 계수 데이터를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8 은, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치에 있어서의 출력 직선성의 보정 처리를 설명하기 위한 모식도이다.
도 9 는, InGaAs 리니어 이미지 센서의 측정 결과에서 얻어진 1 차항의 계수 a(s) 와 2 차항의 계수 b(s) 의 상관 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치에 격납되는 보정 계수 테이블의 취득 방법의 처리 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 11 은, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치를 사용한 측정 방법의 처리 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 12a 및 12b 는, 도 6a 및 6b 에 나타내는 측정 결과에 대하여 보정을 실시한 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13a 및 13b 는, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치를 사용하여 광원으로부터의 샘플 광을 측정한 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14a 및 14b 는, 도 13a 및 13b 에 나타내는 각 스펙트럼에 대한 수광 감도비의 평가 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또, 도면 내의 동일 또는 상당 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여 그 설명은 반복하지 않는다.
＜A. 장치 구성＞
먼저, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치를 포함하는 광학 측정 시스템의 장치 구성에 대해서 설명한다.
(a1：광학 측정 시스템)
도 1 을 참조하여, 광학 측정 시스템 (1) 은, 광학 측정 장치 (100) 및 처리 장치 (200) 를 포함한다. 광학 측정 시스템 (1) 은, 측정 결과 등을 인쇄 출력하기 위한 프린터를 추가로 포함하고 있어도 된다. 도 1 에는, 광학 측정 장치 (100) 및 처리 장치 (200) 이 분리되어 구성되는 예를 나타내지만, 두 장치를 일체적으로 구성해도 된다. 또는, 복수의 광학 측정 장치 (100) 를 단일의 처리 장치 (200) 로 제어하도록 해도 된다.
광학 측정 시스템 (1) 은, 각종 광학 특성을 측정할 수 있다. 광학 특성으로는, 예를 들어, 전체 광속량, 조도 (또는 분광 방사 조도), 휘도 (또는 분광 방사 휘도), 광도, 색연색 (색도 좌표, 자극 순도, 상관 색온도, 연색성), 흡수율, 투과율, 반사율, 발광 스펙트럼 (및 피크 파장, 반파값), 여기 스펙트럼, 외부 양자 효율 (또는 외부 양자 수율), 내부 양자 효율 (또는 내부 양자 수율) 등을 포함한다.
이하에서는, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 시스템 (1) 및 광학 측정 장치 (100) 의 일례로서 근적외 영역 (파장 범위：약 800 ∼ 2500［nm］) 에서의 광학 특성을 측정할 수 있는 구성에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 광학 측정 시스템 (1) 은, 반사법 및 투과법 중 어느 것으로도 측정할 수 있고, 자발광하는 샘플이면 그 샘플 단체 (單體) 를 측정할 수도 있다.
(a2：광학 측정 장치)
본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치 (100) 는, 적어도 근적외 영역에 검출 감도를 갖는 검출기를 갖고 있다. 광학 측정 장치 (100) 의 전형예로서 분광 측정이 가능한 구성 (멀티 채널) 에 대해서 설명하지만, 본 실시 형태에 따른 출력 직선성의 보정 처리를 포함하는 광학 측정 방법은, 특정한 파장 또는 파장 범위의 광 강도 등을 검출하는, 이른바 모노크로메이터에도 적용할 수 있다.
광학 측정 장치 (100) 는, 분광 측정부 (110) 와, 컨트롤러 (130) 와, 인터페이스 (150) 를 포함한다.
분광 측정부 (110) 는, 광파이버 (2) 를 통해 입력되는 샘플로부터의 광 (이하, 「샘플 광」이라고도 한다.) 이 입력되고, 그 샘플 광에 포함되는 파장 성분마다의 강도 분포 (강도 스펙트럼) 를 출력한다. 보다 구체적으로는 분광 측정부 (110) 는, 접속부 (112) 와, 광학 슬릿 (114) 과, 셔터 (116) 와, 회절 격자 (118) 와, 검출기 (120) 와, 냉각 핀 (122) 을 포함한다. 광학 슬릿 (114) 과, 셔터 (116) 와, 회절 격자 (118) 와, 검출기 (120) 는, 케이싱 (124) 의 내부에 배치된다.
광파이버 (2) 의 일단은 접속부 (112) 에 의해 케이싱 (124) 에 대하여 고정된다. 접속부 (112) 는, 광파이버 (2) 의 개구단의 광축이 광학 슬릿 (114) 의 중심축과 위치 맞춤되도록, 광파이버 (2) 를 고정시킨다. 광파이버 (2) 를 전파한 샘플 광은, 광학 슬릿 (114) 을 통과하여 회절 격자 (118) 에 입사된다. 광학 슬릿 (114) 은 샘플 광의 단면 지름을 조정한다. 셔터 (116) 는, 광파이버 (2) 와 회절 격자 (118) 의 사이를 광학적으로 접속/차단시킨다. 통상적인 측정시에는, 셔터 (116) 는 개방 상태로 유지되어, 광파이버 (2) 로부터 사출되는 샘플 광이 회절 격자 (118) 에 입사된다. 한편, 교정시에는 셔터 (116) 는 폐쇄 상태로 유지되어, 광파이버 (2) 로부터 사출되는 샘플 광이 회절 격자 (118) 에 입사되는 것이 저지된다.
회절 격자 (118) 는, 광파이버 (2) 로부터 사출된 샘플 광이 입사되면, 당해 샘플 광을 각각의 파장 성분으로 광학적으로 분리한다. 즉, 회절 격자 (118) 의 표면에 형성되는 패턴에 의해 샘플 광이 회절됨으로써, 샘플 광에 포함되는 각 파장 성분은, 그 파장의 길이에 따른 상이한 방향으로 진행되게 된다. 각각의 파장 성분은, 회절 격자 (118) 에 대하여 광학적으로 위치 맞춤된 검출기 (120) 에 입사된다. 이와 같이 회절 격자 (118) 는, 검출기 (120) 에 대응시켜 배치되고, 소정의 파장 범위 (본 구성예에서는, 근적외 영역) 의 광을 검출기 (120) 에 안내하도록 구성되어 있다. 회절 격자 (118) 로서는, 브레이즈 회절 격자 등을 사용할 수 있다.
검출기 (120) 는, 회절 격자 (118) 에 의해 분리된 각 파장 성분을 수광할 수 있도록, 서로 독립된 검출면을 복수 나열하여 배치한, 1 차원 어레이 소자 (예를 들어, 라인 센서 등) 또는 2 차원 어레이 소자 (예를 들어, CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서 등) 가 채용된다. 검출기 (120) 로서는, CCD (Charge-Coupled Device) 이미지 센서를 채용해도 된다. 검출기 (120) 의 검출면 길이 및 분해능 등은, 회절 격자 (118) 의 회절 특성 및 검출 대상이 되는 광의 파장 범위에 따라 설계된다.
검출기 (120) 는, 적어도 근적외 영역에 검출 감도를 갖는다. 이와 같은 근적외 영역에 검출 감도를 갖는 검출 소자로서 InGaAs (인듐 갈륨 비소), GaAs (갈륨 비소), GaSb (갈륨 안티몬), InAs (인듐 비소), InSb (인듐 안티몬), PbS (황화 납), PbSe (황화 셀렌) 등으로 이루어지는 디바이스를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 일례로서 InGaAs 포토 다이오드를 2 차원 배치한 InGaAs 리니어 이미지 센서를 채용한다. 검출기 (120) 는, InGaAs 포토 다이오드 어레이, 차지 앰프, 샘플·홀드 회로, 어드레스 스위치, 시프트 레지스터, 오프셋 보상 회로 등을 포함한다. 검출기 (120) 는, 회절 격자 (118) 에서의 회절 방향으로 위치시켜 배치됨으로써, 소정의 파장 범위마다 구획된 복수의 채널을 갖게 된다. 검출기 (120) 는, 추가로 InGaAs 리니어 이미지 센서의 지정된 채널에 있어서의 검출값을 판독하는 판독 회로를 갖고 있다.
검출기 (120) 의 검출면과는 반대측은, 케이싱 (124) 의 외부에 배치된 냉각 핀 (122) 과 기계적으로 접속되어 있고, 검출기 (120) 에서 발생하는 열 잡음을 저감시키도록 되어 있다. 냉각 핀 (122) 과 검출기 (120) 사이에, 도시되지 않은 전자 냉각 장치 (예를 들어, 페르체 소자) 를 배치해도 된다.
컨트롤러 (130) 는, 분광 측정부 (110) 에 의한 광학 측정에 필요한 처리를 실시한다. 전형적으로는 컨트롤러 (130) 는, 분광 측정부 (110) 에 있어서의 셔터 (116) 의 개폐 동작, 검출기 (120) 의 활성화, 검출기 (120) 로부터의 출력 신호에 대한 신호 처리 (증폭 처리 및 노이즈 제거 등), 검출기 (120) 로부터의 출력 신호의 출력 직선성을 개선하기 위한 보정 처리 등을 실시한다.
보다 구체적으로는 컨트롤러 (130) 는, 프로세서 (132) 와, 메모리 (134) 와, 증폭기 (136) 와, A/D (Analog to Digital) 변환기 (138) 와, 타이밍 회로 (140) 와, 구동 회로 (142) 를 포함한다.
프로세서 (132) 는, 프로그램을 실행함으로써, 광학 측정 장치 (100) 에서의 필요한 처리를 실현시킨다. 또한, 프로세서 (132) 대신에, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 등의 하드 와이어드 구성으로 실현시켜도 된다. 메모리 (134) 는, 프로세서 (132) 에 의해 실행되는 프로그램, 및 후술하는 바와 같은 보정 처리에 필요한 데이터 등을 격납한다.
증폭기 (136) 는, 검출기 (120) 로부터의 출력 신호를 증폭시킨다. A/D 변환기 (138) 는, 증폭기 (136) 의 후단에 배치되고, 출력 신호 (아날로그 신호) 를 주기적으로 샘플링하여 각 타이밍에서의 신호 강도를 나타내는 디지털값을 순차적으로 출력한다. 타이밍 회로 (140) 는, 검출기 (120) 를 구성하는 검출 소자를 순차적으로 구동시킴과 함께, 검출 소자에 대한 구동 타이밍을 A/D 변환기 (138) 에 부여한다. 타이밍 회로 (140) 는, 지정되는 노광 시간에 따라 타이밍의 발생 주기 또는 위상을 조정한다.
구동 회로 (142) 는, 셔터 (116) 의 위치를 전환하여 개폐 동작을 실현시킨다.
인터페이스 (150) 는, 처리 장치 (200) 에서부터 광학 측정 장치 (100) 로의 액세스를 중개한다. 인터페이스 (150) 로서는, 예를 들어 USB (Universal Serial Bus) 또는 Ethernet (등록 상표) 와 같은 범용적인 구성이 채용되어도 된다.
도 2 를 참조하여, 검출기 (120) 는, InGaAs 포토 다이오드 어레이 (120a) 와, InGaAs 포토 다이오드 어레이 (120a) 의 임의의 채널에 있어서의 검출값을 판독하는 판독 회로 (120b) 를 포함한다. 판독 회로 (120b) 는, 타이밍 회로 (140) 가 발생하는 소정 주기의 클록 신호에 응답하여, InGaAs 포토 다이오드 어레이 (120a) 의 각 채널에 있어서의 검출값을 사이클릭하게 출력한다. 증폭기 (136) 는, 판독 회로 (120b) 로부터 출력되는 출력 신호를 증폭시켜, A/D 변환기 (138) 에 출력한다. A/D 변환기 (138) 는, 입력된 증폭 후의 출력 신호를 소정 주기마다 샘플링하여 각 샘플링 주기에서의 출력 신호의 강도를 나타내는 출력값을 순차적으로 출력한다. A/D 변환기 (138) 는, 타이밍 회로 (140) 로부터의 클록 신호에 응답하여, 내부에 축적되어 있는 샘플링값을 리세트한다. 즉, 타이밍 회로 (140) 로부터의 클록 신호에 기초하여, 판독 회로 (120b) 로부터의 출력 신호의 출력 개시와, A/D 변환기 (138) 에서의 샘플링의 리세트를 동기시킨다. A/D 변환기 (138) 로부터 출력되는 출력값은 메모리 (134) 에 순차적으로 격납된다.
프로세서 (132) 는, 메모리 (134) 에 순차적으로 격납되는 출력값 (보정 전) 을 판독하여, 출력 직선성의 보정 처리 (132a) 를 실시한다. 출력 직선성의 보정 처리 (132a) 의 상세에 대해서는 후술한다. 프로세서 (132) 에서의 출력 직선성의 보정 처리 (132a) 의 실시에 의해 얻어지는 보정 후 출력값이 처리 장치 (200) 등에 출력된다.
(a3：처리 장치 (200))
처리 장치 (200) 는, 광학 측정 장치 (100) 로부터의 측정 결과를 처리함으로써, 샘플 광에 대한 각종 광학 특성을 산출한다. 처리 장치 (200) 는, 전형적으로는 범용적인 컴퓨터에 의해 실현된다.
도 3 을 참조하여, 처리 장치 (200) 는, 오퍼레이팅 시스템 (OS：Operating System) 을 포함하는 각종 프로그램을 실행하는 프로세서 (202) 와, 프로세서 (202) 에 의한 프로그램 실행에 필요한 데이터를 일시적으로 기억하는 주메모리 (204) 와, 프로세서 (202) 에 의해 실행되는 프로그램을 불휘발적으로 기억하는 하드 디스크 (206) 를 포함한다. 광학 측정 장치 (100) 를 구성하는 각 컴퍼넌트는, 버스 (220) 를 통해 서로 접속되어 있다.
하드 디스크 (206) 에는, 샘플 광으로부터 각종 광학 특성을 산출하기 위한 측정 프로그램 (208), 및 광학 측정 장치 (100) 에서의 교정 처리를 실현시키기 위한 교정 프로그램 (209) 등이 미리 격납되어 있다. 측정 프로그램 (208) 및/또는 교정 프로그램 (209) 은, DVD (Digital Versatile Disc) 등의 광학 매체 (212) 에 격납되어 유통되고, 혹은 네트워크를 통해 배신 (配信) 된다. 측정 프로그램 (208) 및/또는 교정 프로그램 (209) 이 광학 매체 (212) 에 격납되어 유통되는 경우에는, 광학 드라이브 (210) 에 의해 판독되어 하드 디스크 (206) 에 인스톨된다. 한편, 측정 프로그램 (208) 및/또는 교정 프로그램 (209) 이 네트워크를 통해 배신되는 경우에는, 네트워크 인터페이스 (214) 를 통해 수신되어 하드 디스크 (206) 에 인스톨된다.
디스플레이 (216) 는, 산출된 광학 특성이나 광학 측정 장치 (100) 의 동작 상황 등을 표시한다. 입력부 (218) 는, 전형적으로는 키보드나 마우스 등을 포함하며, 사용자의 조작을 접수한다.
또, 처리 장치 (200) 의 기능 전부 또는 일부를 하드 와이어드 구성으로 실현시켜도 된다.
＜B. 출력 직선성의 보정 방법＞
다음으로, 본원 발명자들이 알아낸 검출기 (120) 에서 발생하는 출력 직선성의 열화, 및 그러한 출력 직선성의 열화에 대한 보정 방법에 대해서 설명한다.
(b1：개요)
도 4 는, 본 실시 형태에 따른 검출기 (120) 로부터의 출력 신호에 대한 출력 직선성의 보정 방법의 개요를 설명하기 위한 도면이다. 도 4 에는, 검출기 (120) 의 노광 시간과 검출기 (120) 로부터의 출력 신호의 관계를 나타낸다. 구체적으로는 어느 표준 노광 시간 ts［ms］일 때에 검출기 (120) 로부터 출력되는 다크 보정 후 출력값 (이하, 「Sig－Dark 값」이라고도 기재한다.) 이 ys 였던 것으로 한다. 표준 노광 시간 ts 의 크기는, 검출기 (120) 의 소자 특성에 의존하지만, 예를 들어 10［ms］로 설정된다.
여기서, 다크 보정 후 출력값 (Sig－Dark 값) 에 대해서 설명한다. 셔터 (116) (도 1 참조) 를 폐쇄하여 검출기 (120) 로의 광의 입사를 차단시켰을 때에도, 검출기 (120) 의 열 잡음 등에 의해 출력 신호는 제로가 되지는 않는다. 이 상태의 출력 신호를 다크 출력이라고도 한다. 검출기 (120) 의 실질적인 출력 신호의 크기로서는, 다크 출력을 기준으로 한 차분을 평가해야 한다. 즉, 검출기 (120) 로부터의 출력값 (Sig) 으로부터 미리 취득해 둔 다크 출력 (Dark) 을 뺀 값 (Sig－Dark 값) 을 검출기 (120) 에 의한 출력값으로서 사용하는 것으로 한다.
여기서, 검출기 (120) 의 노광 시간이 ts［ms］에서부터 x［ms］까지 증가한 것으로 한다. 노광 시간의 증가에 비례하여, 검출기 (120) 에 입사되는 광량의 적산값은 증가한다. 그래서, 이상적으로는 노광 시간 x 일 때의 검출기 (120) 로부터 출력되는 Sig－Dark 값 y' 는, ys×x/ts 와 동등해져야 하는 것이다. 즉, 검출기 (120) 로부터의 Sig－Dark 값 y' 는, 노광 시간 x 에 비례, 즉, y'＝ax 의 관계를 유지하는 것이 이상적이다.
그러나, 현실적으로는 노광 시간이 증가함에 따라, 검출기 (120) 로부터의 출력 신호는 이상 직선을 하회하게 된다. 본원 출원인들의 지견에 따르면, 검출기 (120) 로부터의 현실의 Sig－Dark 값 y 는, 노광 시간 x 에 관한 2 차식, 즉, y＝ax＋bx2 로 규정할 수 있다.
여기서, 2 개의 식을 비교하면, 현실의 Sig－Dark 값 y 와 본래의 Sig－Dark 값 y' 의 사이에서는, 노광 시간 x 에 대한 1 차항의 계수 (a) 는 공통이고, 노광 시간 x 에 대한 2 차항만이 출력 직선성으로부터의 편차량이 된다.
이와 같이 본원 발명자들은, 노광 시간 x 에 대한 2 차항 bx2 에 상당하는 신호 강도를 보정하면, 검출기 (120) 로부터의 출력 신호의 노광 시간에 대한 출력 직선성을 유지할 수 있다는 새로운 지견을 알아냈다. 요컨대, 현실의 Sig－Dark 값 y 에 대하여 y'＝y－bx2 의 보정식을 적용함으로써, 본래의 Sig－Dark 값 (보정 후 Sig－Dark 값) y' 를 산출할 수 있음을 알아냈다.
본 실시 형태에 따른 출력 직선성의 보정 방법에 있어서는, 이와 같은 새로운 지견에 기초하여, 계수 (a) 및 계수 (b) 를 결정하는 처리 등도 조합하여, 출력 직선성을 실현시키는 광학 측정 장치를 제공한다.
(b2：측정 결과)
상기 서술한 새로운 지견에 관련된 측정 결과의 일례를 나타낸다. 구체적으로는 검출기 (120) 로서 InGaAs 리니어 이미지 센서 (하마마츠 포토닉스 주식회사 제조：형번 G9206-256W：총 화소수 256) 를 사용하였다. InGaAs 리니어 이미지 센서의 노광 시간 및 입사광 강도를 각각 달리 하여 얻어진 측정 결과의 일례를 나타낸다.
도 5a 및 5b 에는, 노광 시간을 1 ∼ 10［ms］의 범위에서 변경한 경우의 측정 결과의 일례를 나타낸다. 도 6a 및 6b 에는, 노광 시간을 10 ∼ 100［ms］의 범위에서 변경한 경우의 측정 결과의 일례를 나타낸다. 도 5a, 5b, 6a 및 6b 에는, 일례로서 도 4 에 나타내는 표준 노광 시간 ts 가 10［ms］인 경우를 나타낸다.
도 5a, 5b, 6a 및 6b 에 있어서 입사광 강도는, 0.1 ∼ 0.9 의 상대적인 값으로 규정되어 있다. 도 5a, 5b, 6a 및 6b 의 각각에 있어서, 가장 짧은 노광 시간 (도 5a 및 5b 에 있어서는 1［ms］이며, 도 6a 및 6b 에 있어서는 10［ms］) 에 있어서의 출력값이 출력 레인지의 10 % 정도가 되도록, 광파이버 (2) 와 샘플 광을 발생시키는 광원의 위치 관계를 조정하였다.
도 5a 및 6a 에는, 각 노광 시간에 있어서의 현실의 Sig－Dark 값이 입사광 강도마다 플롯되어 있다. 그런 다음에, 입사광 강도마다의 플롯 집합을 회귀 분석하여 얻어진 회귀식 및 대응하는 결정 계수 R2 의 값을 각각 나타낸다.
도 5b 및 6b 에는, 입사광 강도마다 각 노광 시간에서의 수광 감도비가 플롯되어 있다. 여기서, 현실의 Sig－Dark 값을 노광 시간으로 나눈 것을 「수광 감도」라고 정의하고, 각 노광 시간에서의 「수광 감도」를 기준이 되는 노광 시간으로 나눈 것을 「수광 감도비」라고 정의한다. 기준이 되는 노광 시간으로는, 각 그래프에 있어서의 최소 노광 시간을 채용한다. 즉, 각 측정 결과에 있어서, 수광 감도비는 이하와 같이 산출된다.
(1) 노광 시간 1 ∼ 10［ms］：선형 영역
수광 감도비＝｛(노광 시간 x［ms］에 있어서의 현실의 Sig－Dark 값)/(노광 시간 x［ms］｝/｛(노광 시간 1［ms］에 있어서의 현실의 Sig－Dark 값)/(노광 시간 1［ms］｝
(2) 노광 시간 10 ∼ 100［ms］：비선형 영역
수광 감도비＝｛(노광 시간 x［ms］에 있어서의 현실의 Sig－Dark 값)/(노광 시간 x［ms］｝/｛(노광 시간 10［ms］에 있어서의 현실의 Sig－Dark 값)/(노광 시간 10［ms］｝
즉, 수광 감도비는, 도 5a 및 5b 에 있어서, 최소 노광 시간에 있어서의 Sig－Dark 값과 원점을 연결하는 직선 상으로부터, 기타 노광 시간에 있어서의 Sig－Dark 값이 어느 정도 어긋나 있는지를 나타낸다.
수광 감도비가 1 에 가까울수록 출력 직선성이 높은 것을 의미한다. 이상적인 출력 직선성이 유지되는 경우에는, 수광 감도비는 노광 시간에 상관없이 항상 1 이 된다.
도 5a 를 참조하여, 노광 시간이 1 ∼ 10［ms］에 있어서는, 어느 입사광 강도에 대해서도, 1 차식 (y＝ax＋b) 형의 회귀식이 얻어지고 또한 결정 계수 R2＝1 이 된다. 즉, 노광 시간이 1 ∼ 10［ms］에 있어서는, 출력 직선성이 완전히 유지되어 있다고 판단할 수 있다.
도 5b 를 참조하여, 노광 시간이 1 ∼ 10［ms］에 있어서는, 어느 입사광 강도에 대해서도, 수광 감도비는 0.99 ∼ 1.01 의 범위내 (즉, 이상 직선으로부터의 편차가 ±1 % 이내) 에 포함되어 있어, 양호한 출력 직선성이 얻어짐을 알 수 있다.
이에 대하여, 노광 시간이 10［ms］를 초과하면, 출력 직선성이 유지되어 있지 않다. 도 6a 를 참조하여, 노광 시간이 10 ∼ 100［ms］에 있어서는, 어느 입사광 강도에 대해서도, 1 차식 (y＝ax＋b) 형의 회귀식이 아니고, 2 차식 (y＝ax2＋bx＋c) 형의 회귀식이 얻어지고 또한 그 2 차식의 회귀식에 대한 결정 계수 R2＝1 이 된다. 이런 점은, 노광 시간이 10 ∼ 100［ms］에 있어서는, 출력 직선성이 유지되지 않는 것, 및 2 차식에 의해 각 노광 시간에 있어서의 출력값을 높은 정밀도로 추정할 수 있음을 의미한다.
보다 구체적으로는 노광 시간이 10 ∼ 100［ms］에 있어서는, 현실의 Sig－Dark 값 y' 는, 이하와 같은 (1) 식을 사용하여 근사시킬 수 있다.
y'(s, x)≒Y(s, x)＝a(s)x＋b(s)x2 … (1)
(1) 식에 있어서, 계수 (a) 및 계수 (b) 는, 모두 입사광 강도 s 에 의존한다는 의미로, a(s) 및 b(s) 가 사용되고 있다. 1 차항의 계수 a(s) 는 이상 직선의 기울기를 나타내고, 2 차항의 계수 b(s) 는 이상 직선으로부터의 편차 정도를 나타낸다.
이하에, 이상 직선을 반영하는 1 차항 a(s)x 에 대하여, 이상 직선으로부터의 편차 정도를 나타내는 2 차항 b(s)x2 (비선형항) 가 어느 정도의 크기인지를 평가한 결과를 나타낸다. 1 차항에 대한 2 차항의 비 (이상 직선으로부터의 편차율) 는 이하와 같이 나타낼 수 있다.
b(s)x2/a(s)x＝b(s)x/a
입사광 강도 (0.1 ∼ 0.9) 및 노광 시간 (10 ∼ 100 ms) 의 조합 각각에 대해서, 이상 직선에 대한 편차율은 이하와 같이 나타낸다.
Figure pat00001
상기 표에 따르면, 노광 시간 10［ms］이면, 어느 입사광 강도여도, 이상 직선으로부터의 편차율은 1 % 미만으로 억제할 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 노광 시간이 20［ms］이상이 되면, 입사광 강도에 따라서는 편차율이 1 % 이상으로 되어 있다. 또한, 노광 시간이 동일하면, 입사광 강도가 약할수록 이상 직선으로부터의 편차율이 커져 있음도 알 수 있다.
이상과 같은 측정 결과에 따르면, 출력 직선성에 대한 보정 처리에 사용하는 각종 계수에 대해서도, 입사광 강도를 고려하여 결정할 필요가 있다고 할 수 있다.
도 6b 를 참조하여, 노광 시간이 10 ∼ 100［ms］에 있어서는, 어느 입사광 강도에 대해서도, 노광 시간의 증가에 따라 수광 감도비가 감소됨을 알 수 있다. 또, 수광 감도비의 감소 정도는 입사광 강도에 의존하여 상이함을 알 수 있다.
재차 도 4 를 참조하여, 상기 서술한 바와 같은 측정 결과에 따르면, 표준 노광 시간 ts［ms］(예를 들어, 10［ms］) 보다 짧은 노광 시간에서는 출력 직선성이 유지되어, 이 영역은 「선형 영역」으로 간주할 수 있다. 즉, 검출기 (120) 에 입사되는 광 강도에 대하여 검출기 (120) 로부터의 출력값이 비례하는 노광 시간의 범위가 「선형 영역」에 상당한다.
이에 대하여, 표준 노광 시간 ts［ms］보다 긴 노광 시간에서는 출력 직선성이 유지되지 않아, 이 영역은 「비선형 영역」으로 간주할 수 있다. 즉, 검출기 (120) 에 입사되는 광 강도에 대하여 검출기 (120) 로부터의 출력값이 비례하지 않는 노광 시간의 범위가 「비선형 영역」에 상당한다.
설명 편의상, 도 4 에는, 표준 노광 시간 ts 를 경계로 하여 선형 영역 및 비선형 영역이 배치되어 있는 예를 나타내는데, 2 개의 영역 사이에 어느 것에도 속하지 않는 영역이 배치되어 있어도 된다.
본 실시 형태에 따른 출력 직선성의 보정 방법에 있어서는, 선형 영역에 나타나는 출력 직선성을 기준으로 하여 비선형 영역에 있어서 얻어지는 출력 신호에 대하여 보정을 실시한다.
(b3：출력 직선성의 보정 처리)
재차 도 4 를 참조하여, 본 실시 형태에 따른 출력 직선성의 보정 방법에 있어서는, 어느 노광 시간 x 에 있어서 취득된 현실의 Sig－Dark 값 y 에 대하여 노광 시간 x 에 대한 2 차항 bx2 를 감산함으로써, 본래의 Sig－Dark 값 y' 를 결정한다. 2 차항의 계수 (b) 에 대해서는, 후술하는 바와 같이 보정 계수 (α) 및 보정 계수 (β) 를 사용하여 산출할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 따른 출력 직선성의 보정 처리에 있어서는, 이하 (2) 식에 나타내는 보정식을 채용한다.
Figure pat00002
도 7 을 참조하여, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치 (100) 에 있어서의 출력 직선성의 보정 처리에 관련된 계수 데이터에 대해서 설명한다. 광학 측정 장치 (100) 는, 분광 측정이 가능한 구성이고, 검출기 (120) 는, 복수의 검출면 (InGaAs 포토 다이오드) 이 준비된다. 예를 들어, 256 ch 를 이용할 수 있는 경우에는, 채널마다 보정 계수 (α, β) 의 세트를 포함하는 보정 계수 테이블 (180) 이 미리 준비된다. 이와 같이 보정 계수 (α, β) 는 채널마다 결정된다. 보정 계수 테이블 (180) 은, 컨트롤러 (130) 에서 참조할 수 있게 되어 있다. 보정 계수 테이블 (180) 의 취득 방법에 대해서는 후술한다.
도 8 을 참조하여, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치 (100) 에 있어서의 출력 직선성의 보정 처리를 설명한다. 도 8 에 나타내는 기능 블록은, 전형적으로는 광학 측정 장치 (100) 의 컨트롤러 (130) 내에 실장된다.
컨트롤러 (130) 는, 임의의 샘플 광을 임의의 노광 시간에 검출기 (120) 에 의해 측정했을 때의 출력값을 취득한다. 임의의 노광 시간 x［ms］에 검출기 (120) 에 입사된 입사광의 검출 동작이 행해진 것으로 한다. 검출기 (120) 의 임의의 채널로부터의 출력 신호 (Sig) 에 대하여 먼저 다크 보정이 실시된다. 구체적으로는 감산기 (184) 에서 출력 신호 (Sig) 로부터 미리 취득되는 다크 출력 (Dark) (182) 을 감산하는 처리가 실시되어, 다크 보정 후 출력값 (Sig－Dark) 이 산출된다. 또, 이 다크 보정에 대해서는, 검출기 (120) 내에서 실시하도록 해도 된다.
검출기 (120) 에 있어서의 검출 동작이 행해졌을 때의 노광 시간 x 가 표준 노광 시간 ts 이하인지의 여부에 따라, 다크 보정 후 출력값 (Sig－Dark) 이 그대로 출력되거나, 혹은 상기 서술한 바와 같은 보정 처리를 실시하여 얻어진 보정 후 출력값이 출력되는지가 선택된다. 예를 들어, 노광 시간 x 와 표준 노광 시간 ts 의 차이분에 따라 전환되는 스위치 (188) 등을 사용하여 실현되어도 된다.
출력 직선성의 보정 처리가 실시되는 경우에는, 상기 서술한 (2) 식에 나타내는 비선형항을 산출하기 위한 보정 함수 (190) 가 이용된다. 보정 함수 (190) 에는, 현실의 Sig－Dark 값 y 및 노광 시간 x 가 입력됨과 함께, 보정 계수 테이블 (180) (도 7 참조) 로부터 대상의 채널에 대응하는 보정 계수 (α) 및 보정 계수 (β) 가 판독되어, 보정값이 산출된다. 그리고, 감산기 (186) 에서 다크 보정 후 출력값 (Sig－Dark 값) y 로부터 보정량 bx2 이 감산되어, Sig－Dark 값 y' 가 산출된다. 이 산출된 Sig－Dark 값 y' 가 보정 후 출력값으로서 외부 출력된다.
노광 시간 x 가 표준 노광 시간 ts 를 초과할 때의 보정량 bx2 은, 표준 노광 시간 ts 를 초과하는 범위 (비선형 영역) 내의 노광 시간에 검출기 (120) 에 의해 측정했을 때에 얻어지는 출력값 (Sig－Dark 값) y 가 표준 노광 시간 ts 이하의 범위 (선형 영역) 내의 노광 시간에 검출기 (120) 에 의해 측정했을 때에 얻어지는 출력 직선성 (y'＝ax) 에 대하여 어느 정도 어긋나 있는지를 나타내는 계수 (b) 와, 노광 시간 x 의 2 승의 곱을 포함한다.
계수 (b) 자체도 출력값 (Sig－Dark 값) y 및 노광 시간 x 에 의존하게 된다. 그래서, 본 실시 형태에 따른 보정 처리에 있어서는, 미리 취득해 둔 보정 계수 (α, β) 와, 검출 동작에 있어서의 노광 시간 x 과, 다크 보정 후 출력값 (Sig－Dark 값) y 을 사용하여 출력 직선성을 보정한다. 요컨대, 상기 서술한 (2) 식에 나타내는 바와 같이, 계수 (b) 는, 다크 보정 후 출력값 (Sig－Dark 값) y 와 출력값 (Sig－Dark 값) y 을 취득했을 때의 노광 시간 x 와, 미리 정해진 보정 계수 (α, β) 에 기초하여 결정된다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러 (130) 는, 출력값 (Sig－Dark 값) y 를 취득했을 때의 노광 시간이 미리 정해진 범위내 (표준 노광 시간 ts 이하) 에 있으면, 출력값을 그대로 출력한다. 한편, 컨트롤러 (130) 는, 출력값 (Sig－Dark 값) y 를 취득했을 때의 노광 시간이 미리 정해진 범위내 (표준 노광 시간 ts 이하) 에 없으면, 출력값 (Sig－Dark 값) y 와, 출력값 (Sig－Dark 값) y 를 취득했을 때의 노광 시간 x 와 보정 계수 (α, β) 에 기초하여 결정되는 계수 (b) 에, 노광 시간 x 의 2 승을 곱한 값을 포함하는 보정량으로 출력값을 보정하여 출력한다.
(b4：보정식의 도출)
다음으로, 상기 서술한 (1) 식에 나타내는 근사식으로부터 상기 서술한 (2) 식에 나타내는 보정식의 도출에 대해서 설명한다. (1) 식에 나타내는 근사식을 다시 게재하면, 이하와 같이 된다.
Y(s, x)＝a(s)x＋b(s)x2 … (1)
여기서, 계수 a(s) 는 근사식의 1 차항의 계수이며, 계수 b(s) 는 근사식의 2 차항의 계수이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 선형 영역에 있어서는, 출력 직선성이 보증되어 있으므로, (1) 식에 있어서의 1 차항의 계수 a(s) 는, 표준 노광 시간 ts 에 있어서의 출력값 ys 를 표준 노광 시간 ts 로 나눈 것 (선형 영역에서의 기울기) 으로 간주할 수 있다. 요컨대, 이하의 관계식이 성립된다.
a(s)≒ys/ts
그러면, (1) 식에 나타내는 근사식은, 이하의 (3) 식과 같이 나타낼 수 있다.
Y(s, x)＝(ys/ts)x＋b(s)x2 (단, x＞ts) … (3)
계속해서, 2 차항의 계수 b(s) 는, 이하에 나타내는 바와 같은 회귀 분석 (전형적으로는 최소 이승법) 을 이용하여 산출할 수 있다.
먼저, 입사광 강도 (s＝sj) 에 있어서의 계수 b(sj) 를 산출하기 위해서, 입사광 강도 s 를 일정 (s＝sj) 하게 하고, 노광 시간을 N 단계 (x：x1 ∼ xN) 로 변화시켜 Sig－Dark 값을 각각 취득한다.
입사광 강도 sj 및 노광 시간 xk 에서의 근사식 Y(sj, xk) 의 값과 현실의 Sig－Dark 값 y(sj, xk) 의 차이의 2 승을 모든 노광 시간 x1 ∼ xN 에 걸쳐 총합한 것을 Sj 로 두면, 이하 (4) 식과 같이 나타낼 수 있다. 또한, (4) 식에 나타내는 Sj 를 최소로 하는 b＝b(sj) 의 값은, ∂Sj/∂b＝0 의 제약 조건에 의해 주어지므로, 이하 (5) 식과 같이 결정할 수 있다.
Figure pat00003
이상에 의해, 어느 입사광 강도 sj 에 있어서의 2 차항의 계수 b(sj) 가 산출된다.
상기 서술한 순서와 동일하게, 입사광 강도 sj 를 M 단계로 변화시켜, 각각 출력되는 Sig－Dark 값에 기초하여, 입사광 강도 (s：s1 ∼ sM) 의 각각에 있어서의 2 차항의 계수 b(sj) 를 산출한다. 입사광 강도 sj 의 변화에 대해서는, Sig－Dark 값이 출력 레인지의 전반에 걸쳐 나타나도록 선택하는 것이 바람직하다. 단, 입사광 강도 sj 의 변화 폭 등을 엄밀하게 가지런히 할 필요는 없고, 특정한 강도 근방에 집중하지 않도록 적절히 조정하면 된다.
이상과 같이 근사식 Y(sj, xk) 에 포함되는 2 차항의 계수 b(s) 는, 입사광 강도 sj 에 의존하게 된다. 그래서, (1) 식에 나타내는 근사식 Y(s, x) 를 구성하는 1 차항의 계수 a(s) 와의 상관성을 이용하여, 2 차항의 계수 b(s) 를 결정하는 것으로 한다.
구체적으로는 이하 (6) 식에 나타내는 바와 같은, 1 차항의 계수 a(s) 와 2 차항의 계수 b(s) 의 관계를 나타내는 근사식 B(s) 를 도입한다.
b(s)≒B(s)＝αa(s)2＋βa(s)
　　　　　　　　　　　＝α(ysj/ts)２＋β(ysj/ts) …（6)
(6) 식에 있어서, 계수 a(s)≒ysj/ts 로 되어 있다. ysj 는, 입사광 강도 sj 일 때에 표준 노광 시간 ts 로 측정했을 때에 얻어진 Sig－Dark 값을 의미한다. 각 입사광 강도에 있어서, 노광 시간을 증가시킨 경우에도, 표준 노광 시간 ts 와 Sig－Dark 값의 비례 관계가 유지되어야 한다는 전제에서, 1 차항의 계수 a(s) 의 값을 결정하고 있다. 선형 영역에 나타나는 출력 직선성을 이용할 수 있으면 되므로, 선형 영역에 포함되는 임의의 노광 시간과, 그것에 대응하는 Sig－Dark 값을 사용하여 계수 a(s) 의 값을 결정하면 된다. 단, 선형 영역에 포함되는 최대 노광 시간에 있어서의 Sig－Dark 값을 사용함으로써, 취득되는 출력 직선성에 포함되는 오차를 저감시킬 수 있다.
도 9 에는, InGaAs 리니어 이미지 센서의 측정 결과에서 얻어진 1 차항의 계수 a(s) 와 2 차항의 계수 b(s) 의 상관 관계의 일례를 나타낸다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 2 차항의 계수 b(s) 는, 1 차항의 계수 a(s) 에 대한 회귀식 (2 차식의 형) 에서 높은 정밀도로 추정할 수 있음을 알 수 있다.
보정 계수 (α) 및 보정 계수 (β) 는, 검출기 (120) 를 구성하는 소자에 고유한 정수값이므로, 상기 서술한 관계를 이용하여 회귀 분석 (전형적으로는 최소 이승법) 에 따라 결정한다. 이 때, 1 차항의 계수 a(s) 는, 대응하는 근사식 Y(sj, xk) 를 결정할 때에 사용된 선형 영역내의 노광 시간 (전형적으로는 표준 노광 시간 ts) 에 있어서의 검출기 (120) 로부터의 Sig－Dark 값 ysj 를 사용하여 고정시킨 후에, 회귀 분석이 실시된다.
상기 서술한 순서에 의해 산출된 2 차항의 계수 b(sj) 와, 대응하는 근사식 B(sj) 의 값의 차이를 모든 입사광 강도 sj 에 걸쳐 총합한 것을 T 로 두면, 이하 (7) 식과 같이 나타낼 수 있다.
T＝Σ［b(sj)－｛α(ysj/ts)2＋β(ysj/ts)｝］2　… (7)
T 를 최소로 하는 제약 조건, ∂T/∂α＝0, ∂T/∂β＝0 에 의해 이하 (8) 식에 나타낸 바와 같은 (α, β) 에 관한 연립 방정식을 얻을 수 있다. (8) 식의 연립 방정식을 (α, β) 에 대해서 풀면, (9) 식이 얻어진다.
Figure pat00004
이상과 같이 계수 b(s) 에 대한 근사식 B(s) 를 결정할 수 있다. 결정된 계수 b(s) 의 근사식 B(s) 를 나타내는 (6) 식을 (4) 식에 대입하면, 이하 (10) 식에 나타내는 바와 같이, 임의의 입사광 강도 및 임의의 노광 시간에 있어서의 검출기 (120) 로부터의 현실의 Sig－Dark 값 y 을 나타내는 근사식 Y(s, x) 를 산출할 수 있다.
y≒Y(s, x)
　　＝(ys/ts)x＋｛α(ys/ts)2＋β(ys/ts)｝x2　… (10)
출력 직선성의 보정 처리 후 Sig－Dark 값 y'＝y'(s, x) 는, (10) 식에 나타내는 근사식 Y(s, x) 로부터 비선형항에 상당하는 부분을 감산하면 되므로, 현실의 Sig－Dark 값 y 을 사용하여, 이하 (11) 식에 나타내는 바와 같이 나타낼 수 있다.
y'≒y－｛α(ys/ts)2＋β(ys/ts)｝x2　 …（11)
(11) 식에 나타내는 보정 후 Sig－Dark 값 y' 는, 이상 직선 y＝(ys/ts)x 상에 위치해야 하므로, 1 차항의 계수 a(＝ys/ts) 의 값은, (10) 식을 (ys/ts) 의 2 차 방정식으로 보아 풂으로써, 이하 (12) 식에 나타내는 바와 같이, 계수 a(＝ys/ts) 의 값을 결정할 수 있다.
Figure pat00005
최종적으로, (12) 식을 (11) 식에 대입하면, 상기 서술한 (2) 식에 나타내는 보정식을 도출할 수 있다.
이상과 같이 보정 계수 (α, β) 및 상기 서술한 (2) 식에 나타내는 보정식을 결정함에 있어서, 선형 영역에 있어서 복수의 출력값 (Sig－Dark 값) 을 측정할 필요는 없고, 대상의 입사광 강도에 있어서의 선형 영역에서의 출력 직선성을 특정할 수 있는 하나의 노광 시간에 대해서만 측정을 행하면 된다. 그래서, 보정 계수 (α, β) 를 취득하기 위한 수고를 삭감시킬 수 있다.
또한, 보정식에 포함되는 계수 (b) 는, 출력값 (Sig－Dark 값) y 및 노광 시간 x 의 양방에 의존하고, 본래라면, 출력값 (Sig－Dark 값) y 및 노광 시간 x 의 양방의 파라미터를 설정하고 비로소 본래의 Sig－Dark 값 (보정 후 Sig－Dark 값) y' 를 결정할 수 있다. 이에 비해, 본 실시 형태에 있어서는, 선형 영역에서의 측정값을 사용하여 추정되는 출력 직선성을 이용함으로써, 파라미터의 입력을 불필요로 한 보정식을 채용함으로써, 보정량을 측정마다 즉석에서 산출할 수 있다.
(b5：선형 영역 및 비선형 영역의 결정 방법)
도 4 에 나타내는 바와 같은 선형 영역 및 비선형 영역은 미리 취득되어 있다. 출력 직선성이 유지되는 노광 시간의 범위인 선형 영역은, 검출기 (120) 의 디바이스 특성에 의존한다. 그래서, 입사광 강도 및 노광 시간을 각각 다르게 하여 Sig－Dark 값을 취득하고, 입사광 강도마다 1 차식을 사용한 회귀 분석을 실시하여, 이상 직선으로부터의 편차량이 허용값 이하인 범위를 선형 영역으로 결정하면 된다.
이 허용값에 관해서는, 예를 들어, JIS 규격 (JIS Z8724 (광원 색의 측정 방법)) 에 기재된 분광 측광기의 응답 직선도에 관한 판정 기준을 참조하여, 이상 직선으로부터의 편차량을 1 % 이하로 설정해도 된다.
이상과 같은 사전 측정에 의해 선형 영역, 즉 표준 노광 시간이 미리 결정된다.
또, 설정 가능한 노광 시간 범위 중, 최소 노광 시간부터 표준 노광 시간까지의 범위가 선형 영역이 된다고는 할 수 없다. 즉, 상기 서술한 설명에 있어서는, 노광 시간을 증가시킴으로써 출력 직선성을 유지할 수 없게 될 경우에 대해서 예시했는데, 노광 시간을 감소시킴으로써 출력 직선성을 유지할 수 없게 될 경우도 있을 수 있다. 이와 같은 경우에는, 검출기 (120) 에 대하여 설정 가능한 노광 시간 범위 중, 출력 직선성을 유지할 수 있는 임의의 노광 시간 범위를 선형 영역으로 설정하고, 그 선형 영역 이외의 영역에 대해서, 본 실시 형태에 따른 보정 방법을 적용하면 된다.
(b6：보정 계수 테이블의 취득)
다음으로, 도 7 에 나타내는 보정 계수 테이블 (180) 을 취득하는 방법에 대해서 설명한다. 보정 계수 테이블 (180) 을 취득하는 처리는, 광학 측정 장치 (100) 의 컨트롤러 (130) 에 의해 실시되어도 되고, 광학 측정 장치 (100) 에 접속되는 처리 장치 (200) 를 교정 장치로서 사용함으로써 실시되어도 된다. 전형적으로는 보정 계수 테이블 (180) 을 취득하는 처리는, 광학 측정 장치 (100) 의 출하 전에 있어서의 교정 작업의 일부로서 실시된다. 이하에서는, 일례로서 메이커의 기술자가 광학 측정 장치 (100) 및 교정용 광원을 사용하여 소정의 조작을 실행함과 함께, 처리 장치 (200) 의 프로세서 (202) 가 교정 프로그램 (209) (도 2 참조) 을 실행함으로써, 보정 계수 테이블 (180) 을 취득하는 경우에 대해서 설명한다.
도 10 은, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치 (100) 에 격납되는 보정 계수 테이블 (180) 의 취득 방법의 처리 순서를 나타낸다. 도 10 을 참조하여, 광학 측정 장치 (100) 및 교정용 광원이 준비된다 (스텝 S100).
먼저, 검출기 (120) 가 갖는 복수의 채널 중 대상이 되는 채널이 선택된다 (스텝 S102). 그리고, 광학 측정 장치 (100) 에 의해 검출되는 입사광 강도를 M 단계로 변경할 수 있도록, 광파이버 (2) 와 샘플 광을 발생시키는 광원의 위치 관계의 조정 범위를 결정한다 (스텝 S104). 그리고, 광학 측정 장치 (100) 에 의해 검출되는 입사광 강도가 M 단계중 1 번째의 입사광 강도가 되도록, 광파이버 (2) 와 샘플 광을 발생시키는 광원의 위치 관계를 조정한다 (스텝 S106).
계속해서, 표준 노광 시간 ts 를 포함하는 N 단계의 노광 시간 각각에서 측정했을 때의 출력값 (Sig－Dark 값) 을 취득한다. 요컨대, 검출기 (120) 에 소정의 광 강도를 갖는 광을 입사시키면서, 선형 영역내의 노광 시간 (전형적으로는 표준 노광 시간 ts) 과 비선형 영역내의 복수의 노광 시간을 포함하는 복수의 노광 시간에 검출기 (120) 에 의해 각각 측정했을 때의 각각의 출력값으로 이루어지는 출력값군을 취득하는 처리가 실시된다.
구체적으로는 노광 시간을 표준 노광 시간 ts 로 설정하고 (스텝 S108), 측정 조작을 실시하여 출력값 (Sig－Dark 값) 을 취득한다 (스텝 S110). 계속해서, 노광 시간을 현재값에서 소정 시간만큼 증가시키고 (스텝 S112), 측정 조작을 실행하여 출력값 (Sig－Dark 값) 을 취득한다 (스텝 S114). 그리고, 노광 시간을 다르게 한 N 회의 측정이 완료되었는지의 여부가 판단된다 (스텝 S116). N 회의 측정이 완료되지 않으면 (스텝 S116 에 있어서 아니오), 스텝 S112 이하의 처리가 반복된다.
N 회의 측정이 완료되면 (스텝 S116 에 있어서 예), 출력값군에 대한 근사식을 규정하는 계수의 세트를 결정하는 처리가 실시된다.
구체적으로는 처리 장치 (200) 는, 표준 노광 시간 ts 일 때의 출력값으로부터, 상기 서술한 (1) 식 중의 1 차항의 계수 (a) 를 산출함과 함께, 각각의 노광 시간에 대해서 취득된 복수의 출력값에 대한 회귀 분석 (전형적으로는 최소 이승법；상기 서술한 (4) 식 및 (5) 식 참조) 에 의해, 2 차항의 계수 (b) 를 산출한다 (스텝 S118). 그리고, 현재의 입사광 강도에 관련지어, 산출된 계수 (a, b) 가 격납된다 (스텝 S120).
입사광 강도를 다르게 한 M 회의 측정이 완료되었는지의 여부가 판단된다 (스텝 S122). M 회의 측정이 완료되지 않으면 (스텝 S122 에 있어서 아니오), 검출기 (120) 에 입사되는 광의 광 강도를 변경하고, 출력값군을 취득하는 처리 및 계수의 세트를 결정하는 처리가 반복된다. 구체적으로는 광학 측정 장치 (100) 에 의해 검출되는 입사광 강도가 M 단계 중 다음의 입사광 강도가 되도록, 광파이버 (2) 와 샘플 광을 발생시키는 광원의 위치 관계를 조정한다 (스텝 S124). 그리고, 스텝 S108 이하의 처리가 반복된다.
M 회의 측정이 완료되면 (스텝 S122 에 있어서 예), 각각의 광 강도에 대해서 취득된 계수 (a, b) 에 대한 회귀 분석에 의해 보정 계수 (α, β) 를 결정하는 처리가 실시된다.
구체적으로는 처리 장치 (200) 는, 각각의 입사광 강도에 관련지어진 계수 (a, b) 의 세트에 대한 회귀 분석 (상기 서술한 (6) ∼ (9) 식 참조) 에 의해 보정 계수 (α) 및 보정 계수 (β) 를 결정한다 (스텝 S126). 그리고, 처리 장치 (200) 는, 현재의 채널에 관련지어, 산출된 보정 계수 (α, β) 가 보정 계수 테이블 (180) 의 일부로서 격납한다 (스텝 S128).
검출기 (120) 가 갖는 복수 채널 중 모든 채널에 대해서 보정 계수 (α, β) 가 취득되었는지의 여부가 판단된다 (스텝 S130). 검출기 (120) 가 갖는 복수의 채널 중 보정 계수 (α, β) 가 취득되지 않은 채널이 남아 있으면 (스텝 S130 에 있어서 아니오), 검출기 (120) 가 갖는 복수 채널 중 다음 채널이 대상으로서 선택되고 (스텝 S132), 그리고 스텝 S104 이하의 처리가 반복된다.
검출기 (120) 가 갖는 복수 채널 중 모든 채널에 대해서 보정 계수 (α, β) 가 취득되면 (스텝 S130 에 있어서 예), 보정 계수 테이블 (180) 의 취득 처리가 종료된다.
(b7：측정 처리)
다음으로, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치 (100) 를 사용한 광학 특성의 측정 처리에 대해서 설명한다. 도 11 은, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치 (100) 를 사용한 측정 방법의 처리 순서를 나타낸다. 도 11 에 나타내는 각 스텝은, 주로 광학 측정 장치 (100) 의 컨트롤러 (130) 에 의해 실시된다. 컨트롤러 (130) 에서의 각 스텝은, 컨트롤러 (130) 의 프로세서 (132) 가 프로그램을 실행함으로써 실현되어도 된다.
도 11 을 참조하여, 컨트롤러 (130) 는, 측정 처리에 관련된 설정값을 취득한다 (스텝 S200). 설정값에는, 노광 시간, 파장 범위, 측정 횟수 등이 포함된다. 분광 측정부 (110) 에는, 광파이버 (2) 를 통해 샘플 광이 입력되어 있는 것으로 한다.
컨트롤러 (130) 는, 측정 개시가 트리거되었는지의 여부를 판단한다 (스텝 S202). 측정 개시가 트리거되면 (스텝 S202 에 있어서 예), 컨트롤러 (130) 는, 임의의 샘플 광을 임의의 노광 시간에 검출기 (120) 에 의해 측정했을 때의 출력값을 취득한다. 보다 구체적으로는 컨트롤러 (130) 는, 검출기 (120) 를 액티브하게 한 후에, 분광 측정부 (110) 의 검출기 (120) 의 1 번째의 채널을 선택하고 (스텝 S204), 선택된 채널로부터의 출력값을 취득한다 (스텝 S206).
컨트롤러 (130) 는, 현재 설정되어 있는 노광 시간이 표준 노광 시간 ts 를 초과하고 있는지의 여부를 판단한다 (스텝 S208). 현재 설정되어 있는 노광 시간이 표준 노광 시간 ts 를 초과하지 않으면 (스텝 S208 에 있어서 아니오), 스텝 S210 ∼ S212 의 처리는 스킵된다.
현재 설정되어 있는 노광 시간이 표준 노광 시간 ts 를 초과하면 (스텝 S208 에 있어서 예), 컨트롤러 (130) 는, 보정 계수 테이블 (180) 을 참조하여, 선택되어 있는 채널에 대응하는 보정 계수 (α) 및 보정 계수 (β) 를 판독하고 (스텝 S210), 판독된 보정 계수 (α) 및 보정 계수 (β), 노광 시간, 그리고 취득된 출력값 (Sig－Dark 값) 을 사용하여, 당해 취득된 출력값 (Sig－Dark 값) 을 보정한다 (스텝 S212). 즉, 컨트롤러 (130) 는, 출력값을 취득했을 때의 노광 시간이 표준 노광 시간 ts 를 초과하는 범위 (비선형 영역) 내에 있으면, 출력값에 따른 보정량으로 출력값을 보정한다.
그리고, 컨트롤러 (130) 는, 스텝 S206 에 있어서 취득된 출력값, 또는 스텝 S212 에 있어서 보정된 후의 출력값이 선택되어 있는 채널에 관련지어 격납한다 (스텝 S214).
컨트롤러 (130) 는, 검출기 (120) 의 모든 채널에 대한 처리가 완료되었는지의 여부를 판단한다 (스텝 S216). 처리가 완료되지 않은 채널이 남아 있는 경우 (스텝 S216 에 있어서 아니오), 컨트롤러 (130) 는, 분광 측정부 (110) 의 검출기 (120) 의 다음 채널을 선택하고 (스텝 S218), 스텝 S206 이하의 처리를 반복한다.
모든 채널에 대한 처리가 완료된 경우 (스텝 S216 에 있어서 예), 컨트롤러 (130) 는, 각 채널에 관련지어 격납하고 있는 출력값을 정리하여 스펙트럼으로 출력한다 (스텝 S220). 그리고, 컨트롤러 (130) 는, 현재 설정되어 있는 측정 횟수의 측정이 완료되었는지의 여부를 판단한다 (스텝 S222).
현재 설정되어 있는 측정 횟수의 측정이 완료되지 않은 경우 (스텝 S222 에 있어서 아니오) 에는, 스텝 S204 이하의 처리가 반복된다. 현재 설정되어 있는 측정 횟수의 측정이 완료된 경우 (스텝 S222 에 있어서 예) 에는, 측정 처리는 종료된다.
＜C. 개선 효과＞
다음으로, 본 실시 형태에 따른 출력 직선성의 보정 방법에 의한 개선 효과의 일례에 대해서 설명한다.
도 12a 및 12b 에는, 도 6a 및 6b 에 나타내는 측정 결과에 대하여 보정을 실시한 결과의 일례를 나타낸다. 도 12a 를 참조하여, 어느 입사광 강도에 대해서도, 보정 후 Sig－Dark 값 y' 에 대하여 1 차식 (y＝ax＋b) 형의 회귀식이 얻어지고, 또한 결정 계수 R2＝1 이 된다. 이와 같이 표준 노광 시간 ts (이 예에서는, 10［ms］) 을 초과하는 노광 시간이어도, 출력 직선성이 충분히 유지되고 있음을 알 수 있다.
도 12b 를 참조하여, 본 실시 형태에 따른 출력 직선성의 보정 방법을 적용함으로써, 어느 입사광 강도에 대해서도, 수광 감도비는 0.99 ∼ 1.01 의 범위내 (즉, 이상 직선으로부터의 편차가 ±1 % 이내) 에 포함되어 있어, 양호한 출력 직선성이 얻어짐을 알 수 있다. 특히, 도 6b 에 나타내는 보정 전 수광 감도비의 측정 결과와 비교하면, 현저한 개선 효과를 이해할 수 있을 것이다.
본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치 (100) 는 분광 측정이 가능하다. 상기 서술한 바와 같이, 검출기 (120) 를 구성하는 InGaAs 리니어 이미지 센서의 각 채널에 대해서, 출력 직선성의 보정 처리가 실시된다. 그 결과, 각 파장 성분에 대하여 출력 직선성이 개선된 스펙트럼으로서 측정 결과가 출력된다. 이와 같은 측정 결과로서 출력되는 스펙트럼에 대한 개선 효과의 일례를 나타낸다.
도 13a 및 13b 에는, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치 (100) 를 사용하여 광원으로부터의 샘플 광을 측정한 결과의 일례를 나타낸다. 도 14a 및 14b 에는, 도 13a 및 13b 에 나타내는 각 스펙트럼에 대한 수광 감도비의 평가 결과를 나타낸다. 도 13a, 13b, 14a 및 14b 에는, 할로겐 광원으로부터 방사되는 광을 샘플 광원으로 하여, 파장 범위 1000 ∼ 2000［nm］에 있어서의 스펙트럼을 측정한 측정 결과가 도시된다. 노광 시간을 10 ∼ 100［ms］의 범위에서 변경하고, 각 노광 시간에 있어서의 스펙트럼을 측정하였다.
도 13a 에는, 본 실시 형태에 따른 직선성의 보정 처리를 실시하기 전의 스펙트럼을 나타내고, 도 13b 에는, 본 실시 형태에 따른 직선성의 보정 처리를 실시한 후의 스펙트럼을 나타낸다. 도 13a 와 도 13b 를 비교하면, 특히, 긴 노광 시간이 설정되었을 때의 스펙트럼을 보다 정확하게 측정할 수 있게 되어 있다.
도 14a 에는 도 13a 에 나타내는 노광 시간마다의 스펙트럼에 대응하는 수광 감도비를 나타내고, 도 14b 에는 도 13b 에 나타내는 노광 시간마다의 스펙트럼에 대응하는 수광 감도비를 나타낸다. 도 14a 에 나타내는 수광 감도비의 분포에 따르면, 특히, 1602.9［nm］의 파장 성분에 대한 수광 감도비의 열화 정도가 현저하다. 이에 대하여, 도 14b 에 나타내는 보정 후 수광 감도비의 특성에 따르면, 어느 파장 성분에 대해서도, 수광 감도비는 0.99 ∼ 1.01 의 범위내 (즉, 이상 직선으로부터의 편차가 ±1 % 이내) 에 포함되어 있어, 양호한 출력 직선성이 얻어짐을 알 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에 따른 출력 직선성의 보정 방법을 채용함으로써, 노광 시간 및 입사광 강도의 크기에 의존하지 않고, 양호한 출력 직선성을 유지할 수 있음을 알 수 있다.
＜D. 변형예＞
상기 서술한 설명에 있어서는, 비선형 영역에서 취득된 Sig－Dark 값에 대하여, 공통된 보정식을 적용하는 예에 대해서 설명했는데, 노광 시간 범위에 따라 상이한 보정식을 각각 적용하도록 해도 된다. 예를 들어, 비선형 영역 중 노광 시간이 상대적으로 짧은 범위에 대해서는, Sig－Dark 값이 노광 시간에 대한 2 차식에 의해 회귀할 수 있고, 비선형 영역 중 노광 시간이 상대적으로 긴 범위에 대해서는, Sig－Dark 값이 노광 시간에 대한 3 차식에 의해 회귀할 수 있는 경우에는, 2 차식 및 3 차식에 따른 각각의 보정식을 채용해도 된다.
상기 서술한 설명에 있어서는, 선형 영역보다 노광 시간이 긴 측에 비선형 영역이 설정되는 예를 들었는데, 선형 영역보다 노광 시간이 짧은 측에 비선형 영역이 설정되는 경우도 있을 수 있다. 이 경우에도 상기 서술한 설명과 마찬가지로, 본 실시 형태에 따른 출력 직선성의 보정 처리를 적용하면 된다.
상기 서술한 설명에 있어서는, 근적외 영역에서의 광학 측정에 적용하는 예를 설명했는데, 근적외 영역에 한정되지 않고, 그 밖의 파장 영역에도 적용 가능하다. 예를 들어, Si 또는 Ge 등으로 이루어지는 가시광 영역에 감도를 갖는 센서를 사용한 경우 등에도 적용이 가능하다.
＜E. 이점＞
본 실시 형태에 따르면, 적어도 근적외 영역에 검출 감도를 갖는 검출기 (예를 들어, InGaAs 리니어 이미지 센서) 에 있어서 발생하는, 노광 시간의 변화에 수반되는 출력 직선성의 열화를 측정시에 보정할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법에 따르면, 보정 계수 (α, β) 를 미리 취득해 두면, 출력값 (Sig－Dark 값) 및 측정시의 노광 시간으로부터 보정량을 일의적으로 결정할 수 있다. 즉, 측정시의 입사광 강도 및 노광 시간의 양방을 반영한 보정량을 사전 취득한 보정 계수 (α, β) 로부터 용이하게 결정할 수 있다. 그래서, 출력 직선성을 보정하기 위한 기준기 등을 필요로 하지 않아, 장치 구성을 간소화시킬 수 있음과 함께, 출력 직선성의 보정에 필요로 하는 처리 시간을 실질적으로 제로로 할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 광학 측정 방법에 있어서는, 검출기에 포함되는 채널마다 고유의 보정 계수 (α, β) 가 취득되므로, 검출기를 구성하는 소자의 불균일 등이 존재해도, 출력 직선성을 적절히 보정할 수 있다. 또한, 보정 계수 (α, β) 는 회귀 분석에 따라 결정되므로, 보정 계수 (α, β) 를 결정하는 데에 필요한 사전의 측정 횟수는 그다지 많지 않아도 된다. 그래서, 사전의 보정 계수 (α, β) 의 취득 처리를 간소화시킬 수 있다.
상기 서술한 설명에 의해, 본 실시 형태에 따른 광학 측정 장치 및 광학 측정 방법에 관련된 그 이외의 이점에 대해서는 밝혀질 것이다.
본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했는데, 이번에 개시된 실시 형태는 모든 면에서 예시로서 제한적인 것은 아닌 것으로 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구 범위에 의해 개시되고, 청구 범위와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1 : 광학 측정 시스템
2 : 광파이버
100 : 광학 측정 장치
110 : 분광 측정부
112 : 접속부
114 : 광학 슬릿
116 : 셔터
118 : 회절 격자
120 : 검출기
120a : 포토 다이오드 어레이
120b : 판독 회로
122 : 냉각 핀
124 : 케이싱
130 : 컨트롤러
132, 202 : 프로세서
132a : 보정 처리
134 : 메모리
136 : 증폭기
138 : 변환기
140 : 타이밍 회로
142 : 구동 회로
150 : 인터페이스
180 : 보정 계수 테이블
184, 186 : 감산기
188 : 스위치
190 : 보정 함수
200 : 처리 장치
204 : 주메모리
206 : 하드 디스크
208 : 측정 프로그램
209 : 교정 프로그램
210 : 광학 드라이브
212 : 광학 매체
214 : 네트워크 인터페이스
216 : 디스플레이
218 : 입력부
220 : 버스
ts : 표준 노광 시간

Claims (7)

  1. 적어도 근적외 영역에 검출 감도를 갖는 검출기를 사용한 광학 측정 방법으로서, 상기 검출기에 입사되는 광 강도에 대하여 상기 검출기로부터의 출력값이 비례하는 노광 시간의 제 1 범위와, 상기 검출기에 입사되는 광 강도에 대하여 상기 검출기로부터의 출력값이 비례하지 않는 노광 시간의 제 2 범위가 미리 취득되어 있고,
    임의의 샘플 광을 임의의 노광 시간에 상기 검출기에 의해 측정했을 때의 출력값을 취득하는 스텝과,
    상기 출력값을 취득했을 때의 노광 시간이 상기 제 2 범위내에 있으면, 상기 출력값에 따른 보정량으로 상기 출력값을 보정하는 스텝을 구비하고,
    상기 보정량은, 상기 제 2 범위내의 노광 시간에 상기 검출기에 의해 측정했을 때에 얻어지는 출력값이 상기 제 1 범위내의 노광 시간에 상기 검출기에 의해 측정했을 때에 얻어지는 출력 직선성에 대하여 어느 정도 어긋나 있는지를 나타내는 계수와, 상기 노광 시간의 2 승의 곱을 포함하는, 광학 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계수는, 상기 출력값과, 상기 출력값을 취득했을 때의 노광 시간과, 미리 정해진 보정 계수에 기초하여 결정되는, 광학 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기에 소정의 광 강도를 갖는 광을 입사시키면서, 상기 제 1 범위내의 노광 시간과 상기 제 2 범위내의 복수의 노광 시간을 포함하는 복수의 노광 시간에 상기 검출기에 의해 각각 측정했을 때의 각각의 출력값으로 이루어지는 출력값군을 취득하는 스텝과,
    상기 출력값군에 대한 근사식을 규정하는 계수의 세트를 결정하는 스텝과,
    상기 검출기에 입사되는 광의 광 강도를 변경하여, 상기 출력값군을 취득하는 스텝 및 상기 계수의 세트를 결정하는 스텝을 반복하는 스텝과,
    각각의 광 강도에 대해서 취득된 상기 계수의 세트에 대한 회귀 분석에 의해, 상기 보정 계수를 결정하는 스텝을 추가로 구비하는, 광학 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 계수의 세트는, 상기 근사식의 1 차항의 계수와 상기 근사식의 2 차항의 계수를 포함하고,
    상기 보정 계수를 결정하는 스텝은, 상기 1 차항의 계수를, 대응하는 근사식을 결정할 때에 사용된 상기 제 1 범위내의 노광 시간에 있어서의 상기 검출기로부터의 출력값을 사용하여 고정시킨 후에, 상기 회귀 분석을 실시하는 스텝을 포함하는, 광학 측정 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기는, 소정의 파장 범위마다 구획된 복수의 채널을 갖고 있고,
    상기 보정 계수는 채널마다 결정되는, 광학 측정 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기는, InGaAs 리니어 이미지 센서로 구성되는, 광학 측정 방법.
  7. 적어도 근적외 영역에 검출 감도를 갖는 검출기와,
    미리 정해진 보정 계수를 참조할 수 있는 컨트롤러를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    임의의 샘플 광을 임의의 노광 시간에 상기 검출기에 의해 측정했을 때의 출력값을 취득하고,
    상기 출력값을 취득했을 때의 노광 시간이 미리 정해진 범위내에 있으면, 상기 출력값을 그대로 출력하고,
    상기 출력값을 취득했을 때의 노광 시간이 상기 미리 정해진 범위내에 없으면, 상기 출력값과, 상기 출력값을 취득했을 때의 노광 시간과, 상기 보정 계수에 기초하여 결정되는 계수에, 노광 시간의 2 승을 곱한 값을 포함하는 보정량으로 상기 출력값을 보정하여 출력하는, 광학 측정 장치.
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