TWI742117B - 光學測量方法及光學測量裝置 - Google Patents

光學測量方法及光學測量裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI742117B
TWI742117B TW106125260A TW106125260A TWI742117B TW I742117 B TWI742117 B TW I742117B TW 106125260 A TW106125260 A TW 106125260A TW 106125260 A TW106125260 A TW 106125260A TW I742117 B TWI742117 B TW I742117B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
exposure time
output value
detector
output
coefficient
Prior art date
Application number
TW106125260A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201819868A (zh
Inventor
井上展幸
永嶌拓
Original Assignee
日商大塚電子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商大塚電子股份有限公司 filed Critical 日商大塚電子股份有限公司
Publication of TW201819868A publication Critical patent/TW201819868A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI742117B publication Critical patent/TWI742117B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J3/108—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry for measurement in the infrared range
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/027—Control of working procedures of a spectrometer; Failure detection; Bandwidth calculation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • G01J3/0221—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers the fibers defining an entry slit
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0264—Electrical interface; User interface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J2003/2866—Markers; Calibrating of scan
    • G01J2003/2876—Correcting linearity of signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

提供使用至少近紅外線區域中具有檢出感度的檢出器之光學測量方法。光學測量方法包含取得步驟，以任意的曝光時間由檢出器測量任意的取樣光時取得輸出值；以及補正步驟，如果取得輸出值時的曝光時間在第2範圍內，以根據輸出值的補正量補正輸出值。補正量，包含以第2範圍內的曝光時間由檢出器測量時得到的輸出值對於以第1範圍內的曝光時間由檢出器測量時得到的輸出直線性顯示偏離到哪種程度的係數與曝光時間平方的積。

Description

光學測量方法及光學測量裝置
本發明係關於可以提高測量精度的光學測量方法及光學測量裝置。
一般的光學特性的測量系統中，採用以檢出器接收來自取樣的光之構成。為了提高測量精度，入射至檢出器的光的強度與檢出器輸出的信號位準之間最好存在穩定的對應關係(尤其，輸出直線性)。
實際上，由於起因於構成檢出器的元件具有的不確定性等產生對等關係不穩，提出補正起因於如此的不穩的誤差之方法。
例如，日本專利第2006-23284號公開公報，具有遍及紫外線．可見光．近紅外線區域的全範圍的充分感度，而且揭示確保充分直線性的分光光度計用檢出裝置。此分光光度計用檢出裝置，具有光電子增倍管檢出器、InGaAs檢出器以及PbS檢出器以及轉換這些檢出器的轉換器，又，設置補正各檢出器的輸出直線性不同的輸出轉換裝手段。
又，日本專利第2005-33633號公開公報，揭示方塊分割攝影元件的CCD(電荷耦合元件)攝影區域，每一區塊 獨立輸出影像信號，能夠自動補正方塊間產生的輸出準位的線性差異之CCD相機的直線性補正裝置。
國際公開第2002/039076號揭示，對被測物照射光，以感應器接收來自其被檢出部的光並測量的方法。此測量方法中，實施直線化處理步驟，感應器對受光量使用的輸出不具直線性的同時，補正感應器的輸出，感應器的受光量改變時使來自感應器的輸出與受光量成正比。
國際公開第2002/039094號揭示，實施補正圖像感應器的輸出使圖像感應器的輸出與入射光量成正比之直線化補正，以及測量基準物時為了直線化補正圖像感應器的各畫素輸出成為均等補正各畫素輸出的光斑補正之測量方法。
上述的先前技術中，依然存在如下的課題。
日本專利第2006-23284號公開公報揭示的分光光度計用檢出裝置，藉由轉換3種檢出器，尤其中間波長區域中得到良好感度及S/N比，但需要準備3種檢出器，而且，關於改善各檢出器的輸出直線性沒有任何指示。
日本專利第2005-33633號公開公報揭示的CCD相機的直線性補正裝置，是能夠適合一般的攝影機的技術，不是可以就這樣應用於光學特性的測量系統。
以國際公開第2002/039076號揭示的方法實施的直線化處理步驟中，必須預先準備的直線化資料。此直線化資料，係準備反射率不同的N種(例如，11種)基準板，將拍攝各個基準板得到的攝影資料與各基準板的已知反射率加以對應而產生。如此的直線化資料的產生步驟很繁雜。
以國際公開第2002/039094號揭示的方法實施的直線化補正中，利用補正參照資料。用以取得此補正參照資料的處理，包含求出電壓值處理，求出拍攝白板的圖像內最亮的畫素達到飽和光量時的光檢出器的電壓值之處理；記憶資料處理，20等分其求出的電壓值，求出21階段的各電壓值，以各個光量拍攝白板記憶資料之處理；補償處理，對於全部的圖像資料之補償處理；以及平均處理，平均圖像內最亮的畫素附近連續排列的5畫素的值之處理等。以此方式，用以取得補正參照資料的處理很繁雜。
[先行技術文件]
[專利文件]
[專利文件1]日本專利第2006-23284號公開公報
[專利文件2]日本專利第2005-33633號公開公報
[專利文件3]國際公開第2002/039076號
[專利文件4]國際公開第2002/039094號
降低測量時需要的校正工夫的同時，要求提高輸出直線性的精度的光學測量方法及光學測量裝置。
根據本發明的實施形態，提供使用至少在近紅外線區域具有檢出感度的檢出器之光學測量方法，預先取得對於入射至檢出器的光強度來自檢出器的輸出值成正比的曝光時 間的第1範圍、對於入射至檢出器的光強度來自檢出器的輸出值不成正比的曝光時間的第2範圍。光學測量方法包括：取得輸出值步驟，取得以任意的曝光時間由檢出器測量任意的取樣光時的輸出值；以及補正步驟，如果取得輸出值時的曝光時間在第2範圍內，以根據輸出值的補正量補正輸出值。補正量，包含以第2範圍內的曝光時間由檢出器測量時得到的輸出值對於以第1範圍內的曝光時間由檢出器測量時得到的輸出直線性顯示偏離到哪種程度的係數與曝光時間平方的積。
係數，根據輸出值、取得輸出值時的曝光時間以及預定的補正係數決定也可以。
光學測量方法，也可以更包括取得輸出群值步驟，對檢出器入射具有既定光強度的光的同時，取得以包含第1範圍內的曝光時間與第2範圍內的複數的曝光時間之複數的曝光時間由檢出器分別測量時的各個輸出值形成的輸出值群；決定係數組步驟，規定關於輸出值群的近似式之係數組；重複步驟，變更往檢出器入射的光的光強度，重複取得輸出值群的步驟以及決定係數組的步驟；以及決定補正係數步驟，根據對於取得關於各個光強度的係數組之回歸分析，決定補正係數。
係數組，也可以包含近似式的1次項的係數與近似式的2次項的係數也可以。決定補正係數的步驟，也可以包含以下步驟：將1次項的係數，在決定對應的近似式之際使用的第1範圍內的曝光時間中利用來自檢出器的輸出值固定之後，實施回歸分析的步驟。
檢出器，也可以具有每既定波長範圍劃分的複數 的通道。也可以每一通道決定補正係數。
檢出器，也可以以InGaAs線性圖像感應器構成。
根據本發明的實施形態的光學測量裝置，包含至少近紅外線區域有檢出感度的檢出器以及可參照預定的補正係數的控制器。控制器，取得以任意的曝光時間由檢出器測量任意的取樣光時的輸出值，如果取得輸出值時的曝光時間在預定範圍內，原封不動輸出輸出值，如果取得輸出值時的曝光時間不在預定範圍內，以包含根據輸出值、取得輸出值時的曝光時間、以及補正係數決定的係數乘以曝光時間的平方的值之補正量，補正輸出值再輸出。
此發明的上述及其它目的、特徵、形勢及優點，關於與附加的圖面關聯理解的此發明，根據以下詳細的說明，將會更清楚。
1‧‧‧光學測量系統
2‧‧‧光纖
100‧‧‧光學測量裝置
110‧‧‧分光測量部
112‧‧‧連接部
114‧‧‧光學縫
116‧‧‧快門
118‧‧‧繞射格子
120‧‧‧檢出器
120a‧‧‧InGaAs光電二極體陣列
120b‧‧‧讀出電路
122‧‧‧散熱片
124‧‧‧筐體
130‧‧‧控制器
132‧‧‧處理器
132a‧‧‧補正處理
134‧‧‧記憶體
136‧‧‧放大器
138‧‧‧A/D轉換器
140‧‧‧時序電路
142‧‧‧驅動電路
150:界面電路
180:補正係數表
182:暗輸出(Dark)
184、186:減算器
188:開關
190:補正函數
202:處理器
204:主記憶
206:硬碟
208:測量程式
209:校正程式
200:處理裝置
210:光學驅動器
212:光學媒體
214:網路界面
216:顯示器
218:輸入部
220:匯流排
ts:標準曝光時間
[第1圖]係顯示根據本實施例的光學測量系統的裝置構成之模式圖；[第2圖]係顯示根據本實施例的光學測量裝置中的檢出處理相關的構成方塊圖；[第3圖]係顯示根據本實施例的處理裝置的裝置構成模式圖；[第4圖]係用以說明對於根據本實施例的檢出器的輸出信號之輸出直線性的補正方法的概要圖；[第5A及5B圖]係顯示在1~10[ms(毫秒)]的範圍內變更曝光時間時的測量結果的一範例圖； [第6A及6B圖]係顯示在10~100[ms(毫秒)]的範圍內變更曝光時間時的測量結果的一範例圖；[第7圖]係用以說明根據本實施例的光學測量裝置中的輸出直線性的補正處理相關的係數資料之模式圖；[第8圖]係用以說明根據本實施例的光學測量裝置中的輸出直線性的補正處理之模式圖；[第9圖]係顯示根據InGaAs線性圖像感應器的測量結果得到的1次項的係數a(s)與2次項的係數b(s)的相關關係的一範例圖；[第10圖]係顯示根據本實施例的光學測量裝置內收納的補正係數表的取得方法的處理步驟之流程圖；[第11圖]係顯示使用根據本實施例的光學測量裝置的測量方法的處理步驟之流程圖；[第12A及12B圖]係顯示對於第6A及6B圖所示的測量結果進行補正的結果的一範例圖；[第13A及13B圖]係顯示使用根據本實施例的光學測量裝置測量來自光源的取樣光的結果的一範例圖；以及[第14A及14B圖]係顯示關於第13A及13B圖所示的各光譜的受光感度比之評估結果圖。
關係本發明的實施例，邊參照圖面邊詳細說明。又，關於圖中的相同或相當部分，附上相同符號不重複其說明。
<A.裝置構成>
首先，說明關於包含根據本實施例的光學測量裝置之光學 測量系統的裝置構成。
(a1：光學測量系統)
參照第1圖，光學測量系統1，包含光學測量裝置100及處理裝置200。光學測量系統1，也可以更包含用以印刷輸出測量結果等的印表機。第1圖中，顯示光學測量裝置100及處理裝置200分離構成的範例，但兩裝置一體構成也可以。或者，以單一的處理裝置200控制複數的光學測量裝置100也可以。
光學測量系統1，可以測量各種光學特性。光學特性，例如包含全光束量、照度(或者，分光放射照度)、亮度(或者，分光放射亮度)、光度、色演色(色度座標、刺激純度、相關色溫度、演色性)、吸收率、透過率、反射率、發光光譜(以及峰值波長、半波值)、激發光譜、外部量子效率(或者，外部量子收率)、內部量子效率(或者，內部量子收率)等。
以下，作為根據本實施例的光學測量系統1及光學測量裝置100的一範例，說明可測量近紅外線區域(波長範圍：約800~2500[nm(毫微米)])內的光學特性的構成。根據本實施例的光學測量系統1，反射法及透過法都可以測量，如果是自發光的樣品，也可以測量其取樣單體。
(a2：光學測量裝置)
根據本實施例的光學測量裝置100，至少近紅外線區域中具有有檢出感度的檢出器。作為光學測量裝置100的典型例，說明可分光測量的構成(多通道)，但包含根據本實施例的輸出直線性的補正處理之光學測量方法，也可以應用於檢出特定的波長或波長範圍的光強度等的所謂單色器(Monochromator)。
光學測量裝置100，包含分光測量部110、控制器130以及界面電路150。
分光測量部110，輸入來自經由光纖2輸入的樣品的光(以下，也稱作「取樣光」。)，輸出其取樣光內包含的每一波長成分的強度分佈(強度光譜)。更具體而言，分光測量部110，包含連接部112、光學縫114、快門116、繞射格子118、檢出器120以及散熱片122。光學縫114、快門116、繞射格子118、檢出器120配置在筐體124的內部。
光纖2的一端由連接部112對筐體124固定。連接部112，固定光纖2，使光纖2的開口端的光軸與光學縫114的中心軸位置相合。光纖2傳輸的取樣光，通過光學縫114入射至繞射格子118。光學縫114調整取樣光的剖面徑。快門116光學連接/切斷光纖2和繞射格子118之間。通常的測量時，快門116維持在開狀態，從光纖2射出的取樣光入射至繞射格子118。另一方面，校正時，快門116維持在閉狀態，阻止從光纖2射出的取樣光入射至繞射格子118。
繞射格子118，當光纖2射出的取樣光入射時，光學分離上述取樣光為分別的波長成分。即，以繞射格子118的表面上形成的圖案繞射取樣光，取樣光內包含的各波長成分往根據其波長不同的方向前進。各個波長成分，對繞射格子118入射至光學位置相合的檢出器120。以此方式，繞射格子118對應檢出器120配置，構成為引導既定波長範圍(本構成例中，近紅外線區域)的光至檢出器120。作為繞射格子118，可以使用發光繞射格子等。
檢出器120，為了可以接收以繞射格子118分離的各波長成分，採用複數排列配置互相獨立的檢出面之1次元陣列元件(例如，線感應器等)或2次元陣列元件(例如，CCD圖像感應器或CMOS圖像感應器等。作為檢出器120，採用CCD(電荷耦合元件)圖像感應器也可以。檢出器120的檢出面的長度及分解能等，根據繞射格子118的繞射特性及檢出對象的光的波長範圍設計。
檢出器120，至少在近紅外線區域具有檢出感度。作為如此的近紅外線區域中具有檢出感度的檢出元件，可以使用InGaAs(砷化鎵銦)、GaAs(砷化鎵)、GaSb(銻化鎵)、InAs(砷化銦)、InSb(銻化銦)、PbS(硫化鉛)、PbSe(硒化鉛)等構成的元件。本實施例中，例如，採用2次元配置InGaAs光電二極體的InGaAs線性圖像感應器。檢出器120，InGaAs光電二極體陣列、電荷放大器、取樣．保持電路、位址開關、位移暫存器、偏移補償電路等。檢出器120，由於在繞射格子118中的繞射方向上附上位置配置，具有每既定波長範圍劃分的複數的通道。檢出器120，還具有讀出指定InGaAs線性圖像感應器的通道中的檢出值之讀出電路。
檢出器120的檢出面的相反側，與配置在筐體124的外部的散熱片122機械式連接，可以降低檢出器120中發生的熱雜音。散熱片122與檢出器120之間，也可以配置未圖示的電子散熱裝置(例如，Peltier(珀爾帖)元件。
控制器130，實施分光測量部110中的光學測量需要的處理。典型地，控制器130，進行分光測量部110中的快門116的開閉動作、檢出器120的活性化、對檢出器120輸 出的信號的信號處理(放大處理及雜訊除去等)、用以改善檢出器120輸出的信號的輸出直線性的補正處理等。
更具體而言，控制器130，包括處理器132、記憶體134、放大器136、A/D(類比到數位)轉換器138、時序電路140以及驅動電路142。
處理器132，藉由執行程式，實現光學測量裝置100中需要的處理。又，取代處理器132，以ASIC(特殊應用積體電路)等的硬體的構成實現也可以。記憶體134，收納處理器132執行的程式以及如後述的補正處理需要的資料等。
放大器136，放大檢出器120輸出的信號。A/D轉換器138，配置在放大器136的後段，周期性取樣輸出信號(類比信號)，依序輸出顯示各時序中的信號強度的數位值。時序電路140，依序驅動構成檢出器120的檢出元件的同時，授予對檢出元件的驅動時序給A/D(類比到數位)轉換器138。時序電路140，根據指定的曝光時間調整時序的產生周期或相位。
驅動電路142，轉換快門116的位置實現開閉動作。界面電路150，調停從處理裝置200到光學測量裝置100的存取。作為界面電路150，例如，採用USB(通用序列匯流排)或乙太網路(註冊商標)等通用的構成也可以。
參照第2圖，檢出器120包括InGaAs光電二極體陣列120a以及讀出InGaAs光電二極體陣列120a的任意通道中的檢出值之讀出電路120b。讀出電路120b，應答時序電路140產生的既定周期的時脈信號，週期性輸出InGaAs光電二極體陣列120a的各通道中的檢出值。放大器136，放大讀出電路120b輸出的輸出信號，輸出至A/D轉換器138。A/D轉換器138，每既定周期取樣輸入的放大後的輸出信號，依序輸出顯示各取樣周期中的輸出信號的強度的輸出值。A/D轉換器138，應答來自時序電路140的時脈信號，重設內部積累的取樣值。即，根據來自時序電路140的時脈信號，使來自讀出電路120b的輸出信號的輸出開始與A/D轉換器138中的取樣的重設同步。依序收納從A/D轉換器138輸出的輸出值至記憶體134內。
處理器132，讀出依序收納在記憶體134內的輸出值(補正前)，實施輸出直線性的補正處理132a。之後敘述關於輸出直線性的補正處理132a的細節。根據處理器132中的直線性的補正處理132a的實施得到的補正後的輸出值輸出至處理裝置200等。
(a3：處理裝置200)
處理裝置200，處理來自光學測量裝置100的測量結果，算出關於取樣光的各種光學特性。處理裝置200，典型地以通用的電腦實現。
參照第3圖，處理裝置200，包括實行包含操作系統(OS：Operation System)的各種程式之處理器202、暫時記憶執行處理器202中的程式所需要的資料之主記憶204、以及非揮發性記憶處理器202執行的程式之硬碟206。構成光學測量裝置100的各元件，經由匯流排220互相連接。
硬碟206內，預先收納根據取樣光用以算出各種光學特性的測量程式208以及用以實現光學測量裝置100內的校正處理的校正程式209等。測量程式208以及/或校正程式 209收納在DVD(數位多功能光碟)等的光學媒體212內流通，或是經由網路傳送。測量程式208以及/或校正程式209收納在光學媒體212內流通時，以光學驅動器210讀取安裝在硬碟206。另一方面，測量程式208以及/或校正程式209經由網路傳送時，經由網路界面214接收，安裝在硬碟206內。
顯示器216，顯示算出的光學特性或光學測量裝置100的動作狀況等。輸入部218，典型地包含鍵盤或滑鼠等，接受使用者的操作。
又，處理裝置200的機能的全部或一部分以硬接線構成實現也可以。
<B.輸出直線性的補正方法>
其次，說明本專利發明者們發現的檢出器120中發生的輸出直線性惡化以及對於如此的輸出直線性惡化之補正方法。
(b1：概要)
第4圖係用以說明對於根據本實施例的檢出器120的輸出信號之輸出直線性的補正方法的概要圖。第4圖中，顯示檢出器120的曝光時間與來自檢出器120的輸出信號的關係。具體而言，某標準曝光時間ts[ms]時假設從檢出器120輸出的暗補正後的輸出值(以下，也記作「Sig-Dark值」)係ys。標準曝光時間ts的大小，依存於檢出器120的元件特性，例如，設定為10[ms]。
在此，說明關於暗補正後的輸出值(Sig-Dark值)。即使關閉快門116(參照第1圖)切斷光入射至檢出器120時，由於檢出器120的熱雜音等，輸出信號也不成為零。此狀態的輸出信號也稱作暗輸出。作為檢出器120的實質輸出信號 大小，應評估以暗輸出為基準的差異。即，從檢出器120的輸出值(Sig)減去預先取得的暗輸出(Dark)的值(Sig-Dark值)用作檢出器120中的輸出值。
在此，假設檢出器120的曝光時間從ts[ms]增加到x[ms]。與曝光時間的增加成正比，入射至檢出器120的光量的積算值增加。因此，理想上，曝光時間x時的檢出器120輸出的Sig-Dark值y’，應與ys×x/ts相等。即，來自檢出器120的Sig-Dark值y’，與曝光時間x成正比，即理想是維持y’=ax的關係。
不過，實際上，隨著曝光時間增加，檢出器120輸出的信號變得低於理想直線。根據本專利申請者們的見解，來自檢出器120的實際的Sig-Dark值y，可以以有關曝光時間x的2次式即y=ax+bx2規定。
在此，比較2式，實際的Sig-Dark值y與本來的Sig-Dark值y’之間，關於曝光時間x的1次項的係數a是共通的，只有關於曝光時間x的2次項成為離輸出直線性的偏離量。
以此方式，本專利發明者們，發現如果補正相當於有關曝光時間的2次項(bx2)的信號強度，可以維持關於檢出器120輸出的信號的曝光時間的輸出直線性的新見解。即，對於實際的Sig-Dark值y，藉由應用y’=y-bx2的補正式，發現可以算出本來的Sig-Dark值(補正後的Sig-Dark值)y’。
本實施例的輸出直線性的補正方法中，根據如此的新見解，也組合決定係數a及係數b的處理等，提供實現輸出直線性的光學測量裝置。
(b2：測量結果)
顯示關於上述的新見解的測量結果的一範例。具體而言，作為檢出器120，使用InGaAs線性圖像感應器(濱松光子學股份有限公司製：型號G9206-256W：總畫素數256)。顯示使InGaAs線性圖像感應器的曝光時間及入射光強度分別不同得到的測量結果的一範例。
第5A及5B圖，顯示在1~10[ms]的範圍內變更曝光時間時的測量結果的一範例。第6A及6B圖係顯示在10~100[ms(毫秒)]的範圍內變更曝光時間時的測量結果的一範例圖。第5A、5B、6A及6B圖，顯示第4圖所示的標準曝光時間ts是10[ms]的情況作為一範例。
第5A、5B、6A及6B圖中入射光強度，以0.1~0.9的相對值規定。在各個第5A、5B、6A及6B圖中，使最短的曝光時間(第5A及5B圖中是1[ms]，第6A及6B圖中是10[ms])中的輸出值成為輸出範圍的10%左右，調整光纖2與產生取樣光的光源的位置關係。
第5A及6A圖中，在每一入射光強度描繪各曝光時間中的實際Sig-Dark值。而且，分別顯示回歸分析得到每一入射光強度的描繪集合的回歸式及對應的決定係數R2的值。
第5B及6B圖中，每一入射光強度描繪各曝光時間內的受光感度比。在此，以曝光時間分割實際的Sig-Dark值定義為「受光感度」，以各曝光時間內的「受光感度」為基準的曝光時間分割定義為「受光感度比」。成為基準的曝光時間，採用各圖中的最小曝光時間。即，各測量結果中，如下算出受光感度比。
(1)曝光時間1~10[ms]：線形區域
受光感度比={(曝光時間x[ms]中的實際Sig-Dark值)/曝光時間x[ms]}/{(曝光時間1[ms]中的實際Sig-Dark值)/曝光時間1[ms]}
(2)曝光時間10~100[ms]：非線形區域
受光感度比={(曝光時間x[ms]中的實際Sig-Dark值)/曝光時間x[ms]}/{(曝光時間10[ms]中的實際Sig-Dark值)/曝光時間10[ms]}
即，受光感度比，在第5A及5B圖中，顯示離連結最小的曝光時間中的Sig-Dark值與原點的直線上，其它曝光時間中的Sig-Dark值偏離到哪種程度。
意味受光感度比愈接近1輸出直線性愈高。維持理想的輸出直線性時，受光感度比，不拘曝光時間總是1。
參照第5A圖，曝光時間1~10[ms]中，關於任何入射光強度，都得到1次式(y=ax+b)的形式的回歸式，而且決定係數R2=1。即，曝光時間1~10[ms]中，可以判斷為完全維持輸出直線性。
參照第5B圖，曝光時間1~10[ms]中，關於任何入射光強度，都收進受光感度比0.99~1.01的範圍內(即，離理想直線的偏離在±1以內)，看出得到良好的輸出直線性。
相對於此，曝光時間超過10[ms]時，沒維持輸出直線性。參照第6A圖，曝光時間10~100[ms]中，關於任何入射光強度，都不是得到1次式(y=ax+b)的形式的回歸式，而是得到2次式(y=ax2+bx+c)的形式的回歸式，且關於其2次式的回歸式的決定係數R2=1。以上，意味曝光時間10~100[ms]中，沒維持輸出直線性以及可以以2次式高精度推定各曝光時間中的輸出值。
更具體而言，曝光時間10~100[ms]中，實際的Sig-Dark值y’可以使用如下的(1)式近似。
y’(s,x)≒Y(s,x)=a(s)x+b(s)x2…(1)
(1)式中，意味係數a及係數b都依存入射光強度s，使用a(s)及b(s)。1次項的係數a(s)表示理想直線的傾斜，2次項的b(s)表示離理想直線的偏離程度。
以下，對於反映理想直線的1次項a(s)x，顯示評估離理想直線的偏離程度的2次項b(s)x2(非線形項)是什麼程度大小的結果。對於1次項的2次項的比(離理想直線的偏離率)可以如下表示。
b(s)x2/a(s)x=b(s)x/a(s)
關於入射光強度(0.1~0.9)及曝光時間(10~100ms)的各個組合，對於理想直線的偏離率如下所示。
Figure 106125260-A0305-02-0018-1
根據上表，曝光時間10[ms]的話，看出任何入射光強度都可以抑制離理想直線的偏離率未滿1%。不過，曝光時間20[ms]以上時，依入射光強度偏離率為1%以上。又，曝光時間相同的話，看出入射光強度愈弱，離理想直線的偏離率愈大。
根據如上的測量結果，關於對輸出直線性的補正處理中使用的各種係數，也可以說必須考慮入射光強度再決定。
參照第6B圖，在曝光時間10~100[ms]中，看出任何入射光強度都隨著曝光時間的增加受光感度比減少。又，看出受光感度比減少程度依存於入射光強度而不同。
再次參照第4圖，根據如上述的測量結果，比標準曝光時間ts[ms](例如10[ms])短的曝光時間內維持輸出直線性，此區域可以看做「線形區域」。即，對於入射至檢出器120的光強度，檢出器120的輸出值成正比的曝光時間的範圍相當於「線形區域」。
相對於此，比標準曝光時間ts[ms]長的曝光時間不能維持輸出直線性，此區域可以看做「非線形區域」。即，對於入射至檢出器120的光強度，檢出器120的輸出值不成正比的曝光時間的範圍相當於「非線形區域」。
為了方便說明，第4圖中，顯示以標準曝光時間ts為邊界配置線形區域及非線形區域的範例，但配置都不屬於2個區域之間的區域也可以。
根據本實施例的輸出直線性的補正方法中，以線形區域中出現的輸出直線性為基準，對非線形區域中得到的輸出信號進行補正。
(b3：輸出直線性的補正處理)
再次參照第4圖，根據本實施例的輸出直線性的補正方法中，對於某曝光時間x中取得的實際Sig-Dark值y，藉由減少關於曝光時間x的2次項bx2，決定本來的Sig-Dark值y’。關於2次項的係數b，如後述，利用補正係數α以及補正係數β可以算出。即，根據本實施例的輸出直線性的補正處理中，採用以下的(2)式所示的補正式。
Figure 106125260-A0305-02-0020-2
參照第7圖，說明關於根據本實施例的光學測量裝置100中的輸出直線性的補正處理有關的係數資料。光學測量裝置100，係可分光測量的構成，檢出器120中準備複數的檢出面(InGaAs光電二極體)。例如，可利用256ch時，準備每一通道包含補正係數α、β組之補正係數表180。以此方式，每一通道決定補正係數α、β。補正係數表180，可由控制器130參照。後述關於補正係數表180的取得方法。
參照第8圖，說明關於根據本實施例的光學測量裝置100中的輸出直線性的補正處理。第8圖所示的機能方塊，典型地，組裝在光學測量裝置100的控制器130內。
控制器130，取得以任意的曝光時間由檢出器120測量任意的取樣光時的輸出值。假設以任意的曝光時間x[ms]進行入射檢出器120的入射光的檢出動作。對於檢出器120的任意通道的輸出信號(Sig)，首先實施暗補正。具體而言，減算器184中，實施從輸出信號(Sig)減去預先取得的暗輸出(Dark)182的處理，算出暗補正後的輸出值(Sig-Dark)。又，關於此暗補正，在檢出器120內實施也可以。
根據進行檢出器120中的檢出動作時的曝光時間x是否在標準曝光時間ts以下，選擇原封不動輸出暗補正後的輸出值(Sig-Dark)，或者輸出實施如上述的補正處理得到的補正後的輸出值。例如，根據曝光時間x與標準曝光時間ts之間的差異使用轉換的開關188等實現也可以。
實施輸出直線性的補正處理時，利用用以算出上述(2)式所示的非線形項的補正函數190。對補正函數190，輸入實際的Sig-Dark值y及曝光時間x的同時，從補正係數表180(參照第7圖)讀出對應對象通道的補正係數α以及補正係數β，算出補正值。於是，以減算器186，從暗補正後的輸出值(Sig-Dark值)y減去補正量(bx2)，算出Sig-Dark值y’。外輸出此算出的Sig-Dark值y’作為補正後的輸出值。
曝光時間x超出標準曝光時間ts時的補正量(bx2)，包含以超出標準曝光時間ts的範圍(非線形區域)內的曝光時間由檢出器120測量時得到的輸出值(Sig-Dark值)y對於以標準曝光時間ts以下的範圍(線形區域)內的曝光時間由檢出器120測量時得到的輸出直線性(y’=ax)顯示偏離到哪種程度的係數b與曝光時間x的平方之積。
係數b本身也會依存於輸出值(Sig-Dark)y及曝光時間x。因此，根據本實施例的補正處理中，使用預先取得的 補正係數α、β、檢出動作中的曝光時間x以及暗補正後的輸出值(Sig-Dark值)y，補正輸出直線性。即，如上述(2)式所示，係數b，係根據暗補正後的輸出值(Sig-Dark值)y、取得輸出值(Sig-Dark值)y時的曝光時間x以及預先取得的補正係數α、β決定。
如第8圖所示，控制器130，如果取得輸出值(Sig-Dark值)y時的曝光時間在預先決定的範圍內(標準曝光時間ts以下)，原封不狀輸出輸出值。另一方面，控制器130，如果取得輸出值(Sig-Dark值)y時的曝光時間不在預先決定的範圍內(標準曝光時間ts以下)，以包含根據輸出值(Sig-Dark值)y、取得輸出值(Sig-Dark值)y時的曝光時間x以及補正係數α、β決定的係數b乘上曝光時間x的平方之值的補正量，補正輸出值再輸出。
(b4：補正式的導出)
其次，根據上述(1)式所示的近似式說明關於上述(2)式所示的補正式的導出。再揭(1)式所示的近似式，形成如下。
Y(s,x)=a(s)x+b(s)x2…(1)
在此，係數a(s)是近似式的1次項的係數，係數b(s)是近似式的2次項的係數。如第4圖所示，線形區域中，因為保證輸出直線性，(1)式中的1次項的係數a(s)，可以看做標準曝光時間ts中的輸出值ys以標準曝光時間ts分割(線形區域中的傾斜)。即，以下的關係式成立。
a(s)≒ys/ts
於是，(1)式所示的近似式，可以表現如以下的(3)式。
Y(s,x)=(ys/ts)x+b(s)x2(但，x>ts)…(3)
接著，2次項的係數b(s)，利用如下所示的回歸分析(典型地，最小平方法)可以算出。
首先，為了算出入射光強度s=sj中的係數b(sj)，固定入射光強度s(s=sj)，改變曝光時間為N階段(x：x1~xN)，分別取得Sig-Dark值。
入射光強度sj及曝光時間xk中的近似式Y(sj,xk)的值與實際的Sig-Dark值y(sj,xk)之差的平方遍及全部的曝光時間(x1~xN)總計值設置為Sj時，可以表示如以下的(4)式。又，因為將(4)式所示的sj最小化的b=b(sj)的值是根據
Figure 106125260-A0202-12-0021-29
sj/
Figure 106125260-A0202-12-0021-30
b=0的限制條件所提供的，可以如以下的(5)式決定。
Figure 106125260-A0202-12-0021-3
Figure 106125260-A0202-12-0021-4
根據上述，算出某入射光強度sj中的2次項的係數b(sj)。
與上述步驟相同，改變入射光強度sj為M階段，根據分別輸出的Sig-Dark值，算出各個入射光強度(s：s1=sM)中的2次項的係數b(sj)。關於入射光強度sj的變化，最好選擇使Sig-Dark值遍及全部輸出範圍出現。但，不必嚴密備齊入射光強度sj的變化幅度等，只要適當調整不集中在特定的強度的近旁即可。
如上述，近似式Y(sj,xk)內包含的2次項的係數 b(s)，將依存於入射光強度sj。於是，利用與構成(1)式所示的近似式Y(s,x)的1次項係數a(s)的相關性，決定2次項的係數b(s)。
具體而言，導入表示如以下(6)式所示的1次項係數a(s)與2次項的係數b(s)的關係之近似式B(s)。
b(s)≒B(s)=α a(s)2+βa(s)=α(ysj/ts)2+β(ysj/ts)...(6)
(6)式中，係數a(s)≒ysj/ts。ysj意味入射光強度sj時以標準曝光時間ts測量時得到的Sig-Dark值。各入射光強度中，即使增加曝光時間的情況下，也以應維持標準曝光時間ts與Sig-Dark值的比例關係的前提，決定1次項係數a(s)的值。因為只要可以利用線形區域內出現的輸出直線性即可，使用線形區域內包含的任意曝光時間與其對應的Sig-Dark值，只要決定係數a(s)的值即可。但，使用線形區域內包含的最大曝光時間內的Sig-Dark值，可以降低取得的輸出直線性內包含的誤差。
第9圖中，顯示根據InGaAs線性圖像感應器的測量結果得到的1次項係數a(s)與2次項係數b(s)的相關關系的一範例。如第9圖所示，看出2次項係數b(s)以關於1次項係數a(s)的回歸式(2次式的形式)可以高精度推定。
補正係數α以及補正係數β，因為是構成檢出器120的元件內固有的常數值，利用上述的關係，以回歸分析(典型地，最小平方法)決定。此時，1次項係數a(s)，決定對應的近似式Y(sj,xk)之際使用的線形區域內的曝光時間(典型地，標準曝光時間ts)中利用來自檢出器120的Sig-Dark值ysj固定之後，實施回歸分析。
根據上述步驟算出的2次項係數b(sj)、對應的近似式B(sj)的值之差遍及全部的入射光強度sj總計設置為T時，可以如以下的(7)式表示。
T=Σ[b(sj)-{α(ysj/ts)2+β(ysj/ts)}]2...(7)
根據最小化T的限制條件
Figure 106125260-A0305-02-0025-5
T/
Figure 106125260-A0305-02-0025-6
α=0,
Figure 106125260-A0305-02-0025-7
T/
Figure 106125260-A0305-02-0025-8
β=0，可以得到關於如以下的(8)式所示的(α,β)的聯立方程式。關於(α,β)一解開(8)式的連立方程式，就得到(9)式。
Figure 106125260-A0305-02-0025-3
Figure 106125260-A0305-02-0025-4
如上述，可以決定係數b(s)的近似式B(s)。表示決定的係數b(s)的近似式B(s)的式(6)代入式(3)時，如以下的(10)式所示，可以算出表示任意的入射光強度及任意的曝光時間內來自檢出器120的實際Sig-Dark值y之近似式Y(s,x)。
y≒Y(s,x)=(ys/ts)x+{α(ys/ts)2+β(ys/ts)}x2...(10)
輸出直線性的補正處理後的Sig-Dark值y’=y’(s,x)，因為從(10)式所示的近似式Y(s,x)減去相當於非線形項的部分即可，利用實際的Sig-Dark值y，可以顯示如以下的(11)式所示。
y’≒y-{α(ys/ts)2+β(ys/ts)}x2...(11)
(11)式所示的補正後的Sig-Dark值y’，因為應位於理想直線y=(ys/ts)x上，1次項係數a(=ys/ts)的值，由於(10)式看做(ys/ts)的二次方程式解開，如以下的(12)式所示，可以決定係數a(=ys/ts)的值。
Figure 106125260-A0202-12-0024-9
最後，(12)式代入(11)式，可以導出上述(2)式所示的補正式。
如上述，決定補正係數α、β以及上述(2)式所示的補正式時，不必測量線形區域中複數的輸出值(Sig-Dark值)，只要進行測量關於可以特別指定對象的入射光強度中的線形區域內的輸出直線性之1個曝光時間即可。因此，可以削減用以取得補正係數α、β的工夫。
又，補正式內包含的係數b，依存於輸出值(Sig-Dark值)y及曝光時間x兩方，本來，開始設定輸出值(Sig-Dark值)y以及曝光時間x兩方的參數，可以決定本來的Sig-Dark值(補正後的Sig-Dark值)y’。相對於此，本實施例中，由於可以利用使用線形區域中的測量值推定的輸出直線性，採用不用參數的輸入的補正式，每次測量可以立刻算出補正量。
(b5：線形區域及非線形區域的決定方法)
預先取得如第4圖所示的線形區域及非線形區域。維持輸 出直線性的曝光時間範圍的線形區域，依存於檢出器120的元件特性。於是，分別使入射光強度及曝光時間不同，取得Sig-Dark值，每一入射光強度進行使用1次式的回歸分析，只要決定離理想直線的偏差量在容許值以下的範圍作為線形區域即可。
關於此容許值，例如，參照關於JIS規格(JIS Z8724(光源色的測量方法))中記載的分光測光器的應答直線度之判定基準，設定離理想直線的偏離量在1%以下也可以。
根據如上的事前測量，預先決定線形區域即標準曝光時間。又，可設定的曝光時間範圍中，最小的曝光時間到標準曝光時間的範圍不限於成為線形區域。即，上述的說明中，例示關於使曝光時間增加變得不能維持輸出直線性的情況，但也可能是使曝光時間減少不能維持輸出直線性的情況。如此的情況下，對於檢出器120可設定的曝光時間範圍內，設定可以維持輸出直線性的任意曝光時間範圍為線形區域，關於其線形區域以外的區域，只要應用根據本實施例的補正方法即可。
(b6：補正係數表的取得)
其次，說明關於取得第7圖所示的補正係數表180的方法。取得補正係數表180的處理，以光學測量裝置100的控制器130實施也可以，藉由使用連接至光學測量裝置100的處理裝置200作為校正裝置實施也可以。典型地，取得補正係數表180的處理，係實施作為光學測量裝置100的出貨前的校正作業的一部分。以下，例如，廠商的技術人員使用光學測量裝置100以及校正用的光源進行既定操作的同時，藉由處理裝置200的處理器202執行校正程式209(參照第2圖)，說明關於取得 補正係數表180的情況。
第10圖係顯示根據本實施例的光學測量裝置100內收納的補正係數表180的取得方法的處理步驟。參照第10圖，準備光學測量裝置100以及校正用的光源(步驟S100)。
首先，在檢出器120具有的複數的通道中選擇成為對象的通道(步驟S102)。於是，為了可以變更光學測量裝置100檢出的入射光強度為M階段，決定光纖2與產生取樣光的光源的位置關係的調整範圍(步驟S104)。於是，為了使光學測量裝置100檢出的入射光強度成為M階段中第1入射光強度，調整光纖2與產生取樣光的光源的位置關係(步驟S106)。
接著，取得包含標準曝光時間ts的各個N階段的曝光時間測量時的輸出值(Sig-Dark值)。即，對檢出器120入射具有既定光強度的光的同時，以包含線形區域內的曝光時間(典型地，標準曝光時間ts)與非線形區域內的複數的曝光時間之複數的曝光時間，實施取得由檢出器120分別測量時的各個輸出值構成的輸出值群之處理。
具體而言，設定曝光時間為標準曝光時間ts(步驟S108)，進行測量操作取得輸出值(Sig-Dark值)(步驟S110)。接著，從現在值只增加曝光時間既定時間(步驟S112)，進行測量操作取得輸出值(Sig-Dark值)(步驟S114)。於是，判斷曝光時間不同的N次測量是否完成(步驟S116)。N次測量沒完成的話(步驟S116中NO)，重複步驟S112以下的處理。
N次測量完成的話(步驟S116中YES)，實施決定規定關於輸出值群的近似式的係數組之處理。
具體而言，處理裝置200，根據標準曝光時間ts時的輸出值，算出上述(1)式的1次項係數a的同時，根據對關於各個曝光時間取得的複數的輸出值之回歸分析(典型地，最小平方法；參照上述(4)式及(5)式，算出2次項係數b(步驟S118)。於是，連結現在的入射光強度，收納算出的係數(a,b)(步驟S120)。
判斷入射光強度不同的M次測量是否完成(步驟S122)。M次測量沒完成的話(步驟S122中NO)，變更入射至檢出器120的光的光強度，重複取得輸出值群的處理以及決定係數組的處理。具體而言，為了使光學測量裝置100檢出的入射光強度在M階段中成為其次的入射光強度，調整光纖2與產生取樣光的光源的位置關係(步驟S124)。於是，重複步驟S108以下的處理。
M次測量完成的話(步驟S122中YES)，根據對於取得關於各個光強度的係數(a,b)之回歸分析，實施決定補正係數α、β之處理。
具體而言，處理裝置200，根據對於連結各個入射光強度的係數(a,b)組之回歸分析(參照上述(6)~(9)式)，決定補正係數α以及補正係數β(步驟S126)。於是，處理裝置200，連結現在的通道，收納算出的補正係數(α,β)作為補正係數表180的一部分(步驟S128)。
判斷關於檢出器120具有的複數通道中全部的通道是否取得補正係數(α,β)(步驟S130)。檢出器120具有的複數通道中留下未取得補正係數(α,β)的通道的話(步驟S130中NO)，檢出器120具有的複數通道中選擇其次的通道作為對象 (步驟S132)，於是重複步驟S104以下的處理。
檢出器120具有的複數通道中關於全部的通道取得補正係數(α,β)的話(步驟S130中YES)，補正係數表180的取得處理結束。
(b7：測量處理)
其次，說明關於使用根據本實施例的光學測量裝置100的光學特性的測量處理。第11圖係顯示使用根據本實施例的光學測量裝置100的測量方法的處理步驟。第11圖所示的各步驟，主要以光學測量裝置100的控制器130實施。控制器130中的各步驟，以控制器130的處理器132執行程式實現也可以。
參照第11圖，控制器130取得有關測量處理的設定值(步驟S200)。設定值中，包含曝光時間、波長範圍、測量次數等。分光測量部110中，經由光纖2輸入取樣光。
控制器130，判斷測量開始是否被觸發(步驟S202)。測量開始被觸發時(步驟S202中YES)，控制器130取得以任意的曝光時間由檢出器120測量任意的取樣光時的輸出值。更具體而言，控制器130將檢出器120啟動之後，選擇分光測量部110的檢出器120的第1通道(步驟S204)，取得來自選擇的通道的輸出值(步驟S206)。
控制器130，判斷現在設定的曝光時間是否超過標準曝光時間ts(步驟S208)。現在設定的曝光時間未超過標準曝光時間ts的話(步驟S208中NO)，跳過步驟S210~S212的處理。
現在設定的曝光時間超過標準曝光時間ts的話(步驟S208中YES)，控制器130參照補正係數表180，讀出對應選 擇的通道的補正係數α以及補正係數β(步驟S210)，使用讀出的補正係數α以及補正係數β、曝光時間以及取得的輸出值(Sig-Dark值)，補正上述取得的輸出值(Sig-Dark值)(步驟S212)。即，控制器130，取得輸出值時的曝光時間超過標準曝光時間ts的範圍(非線形區域)的話，以對應輸出值的補正量補正輸出值。
於是，控制器130，將步驟S206中取得的輸出值或者步驟S212中補正後的輸出值，連結選擇的通道並收納(步驟S214)。
控制器130，判斷關於檢出器120的全部通道的處理是否完成(步驟S216)。留下未處理完成的通道時(步驟S216中NO)，控制器130，選擇分光測量部110的檢出器120的其次的通道(步驟S218)，重複步驟S206以下的處理。
關於全部通道的處理完成時(步驟S216中YES)，控制器130，匯集連結各通道收納的輸出值，輸出作為光譜(步驟S220)。於是，控制器130，判斷現在設定的測量次數的測量是否完成(步驟S222)。
現在設定的測量次數的測量未完成時(步驟S222中NO)，重複步驟S204以下的處理。現在設定的測量次數的測量完成時(步驟S222中YES)，測量處理結束。
<C.改善效果>
其次，說明關於根據本實施例的輸出直線性的補正方法產生的改善效果的一範例。
第12A及12B圖係顯示對於第6A及6B圖所示的測量結果進行補正的結果的一範例圖。參照第12A圖，關於 任何的入射光強度，對補正後的Sig-Dark值y’都得到1次式(y=a+bx)的形式的回歸式，而且決定係數R2=1。以此方式，即使超過標準曝光時間ts(此例中，10[ms])的曝光時間，也看出充分維持輸出直線性。
參照第12B圖，應用根據本實施例的輸出直線性的補正方法，關於任何入射光強度，都收納在受光感度比0.99~1.01的範圍內(即，離理想直線的偏離在±1%以內)，看出得到良好的輸出直線性。尤其，與第6B圖所示的補正前的受光感度比的測量結果比較的話，應可以理解顯著的改善效果。
根據本實施例的光學測量裝置100可以分光測量。如上述，關於構成檢出器120的InGaAs線性圖像感應器的各通道，實施輸出直線性的補正處理。結果，對於各波長成分輸出測量結果作為改善輸出直線性的光譜。顯示關於作為如此的測量結果輸出的光譜之改善效果的一範例。
第13A及13B圖係顯示使用根據本實施例的光學測量裝置100測量來自光源的取樣光的結果的一範例。第14A及14B圖係顯示關於第13A及13B圖所示的各光譜的受光感度比之評估結果。第13A及13B圖以及第14A及14B圖中從鹵素光源放射的光作為取樣光源，顯示測量波長範圍1000~2000[nm]中的光譜的測量結果。在10~100[ms]的範圍內變更曝光時間，測量各曝光時間中的光譜。
第13A圖中，顯示實施根據本實施例的直線性的補正處理前的光譜，第13B圖中，顯示實施根據本實施例的直線性的補正處理後的光譜。比較第13A圖及第13B圖，尤其， 可以更正確測量設定長曝光時間時的光譜。
第14A圖中顯示對應第13A圖所示的每一曝光時間的光譜之受光感度比，第14B圖中顯示對應第13B圖所示的每一曝光時間的光譜之受光感度比。根據第14A圖所示的受光感度比的分佈，尤其，關於1602.9[nm]的波長成分的受光感度比的惡化程度顯著。相對於此，根據第14B圖所示的補正後的受光感度比的特性，關於任何波長成分，都收納在受光感度比0.99~1.01的範圍內(即，離理想直線的偏離在±1%以內)，看出得到良好的輸出直線性。
同上述，採用根據本實施例的輸出直線性的補正方法，看出不依存於曝光時間及入射光強度的大小，可以維持良好的輸出直線性。
<D.變形例>
上述的說明中，對於非線形區域中取得的Sig-Dark值，說明關於應用共通的補正式之範例，但根據曝光時間範圍，也可以分別應用不同的補正式。例如，關於非線形區域中曝光時間相對短的範圍，Sig-Dark值可以以關於曝光時間的2次式回歸，關於非線形區域中曝光時間相對長的範圍，Sig-Dark值可以以關於曝光時間的3次式回歸的情況下，採用根據2次式及3次式的各個補正式也可以。
上述的說明中，舉出比線形區域長的曝光時間側設定非線形區域的範例，也可能是比線形區域短的曝光時間側設定非線形區域的情況。在此情況下，也與上述說明相同，只要應用根據本實施例的輸出直線性的補正處理即可。
上述的說明中，說明應用於近紅外線區域中的光學測量的範例，但不限於近紅外線區域，也可以應用於其它波長區域。例如，也可以應用於Si或Ge等構成的可見光區域中使用具有感度的感應器的情況等。
<E.優點>
根據本實施例，測量時可以補正至少近紅外線區域中具有檢出感度的檢出器(例如，InGaAs線性圖像感應器)中產生的隨著曝光時間的變化之輸出直線性的惡化。根據本實施例的光學測量方法，預先取得補正係數α、β的話，根據輸出值(Sig-Dark值)及測量時的曝光時間可以單一決定補正量。即，根據事前取得反映測量時的入射光強度及曝光時間兩方的補正量之補正係數α、β，可以輕易決定。因此，不需要用以補正輸出直線性的基準器等，可以簡化裝置構成的同時，輸出直線性的補正需要的處理時間大體上可以為零。
根據本實施例光學測量方法中，因為取得檢出器內包含的每一通道固有的補正係數α、β，構成檢出器的元件的偏離等即使存在，也可以適當補正輸出直線性。又，因為以回歸分析決定補正係數α、β，為了決定補正係數α、β需要的事前測量次數可以沒那麼多。因此，可以簡化事前的補正係數α、β的取得處理。
根據上述說明，有關本實施例的光學測量裝置及光學測量方法之外的優點，應很清楚。
雖然說明關於本發明的實施例，但應認為這次揭示的實施例全部的點是例示並非用以限制。本發明的範圍係以申請專利範圍 表示，意圖包括與請求的範圍均等的意義及範圍內全部的變更。
120‧‧‧檢出器
130‧‧‧控制器
180‧‧‧補正係數表
182‧‧‧暗輸出(Dark)
184、186‧‧‧減算器
188‧‧‧開關
190‧‧‧補正函數

Claims (7)

  1. 一種光學測量方法，使用至少在近紅外線區域具有檢出感度的檢出器，經由光纖以及繞射格子預先取得對於入射至上述檢出器的光的光強度來自上述檢出器的輸出值成正比的曝光時間的第1範圍以及對於入射至上述檢出器的光的光強度來自上述檢出器的輸出值不成正比的曝光時間的第2範圍，上述光學測量方法包括下列步驟：取得輸出值步驟，取得以任意的曝光時間由上述檢出器測量任意的取樣光時的輸出值；判斷步驟，判斷取得上述輸出值時的曝光時間是否在上述第1範圍以及上述第2範圍中任一者內；以及補正步驟，如果取得上述輸出值時的曝光時間在上述第2範圍內，以根據上述輸出值的補正量補正上述輸出值；其中，上述補正量，包含以上述第2範圍內的曝光時間由上述檢出器測量時得到的輸出值對於以上述第1範圍內的曝光時間由上述檢出器測量時得到的輸出直線性顯示偏離到哪種程度的係數與上述曝光時間平方的積。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學測量方法，其中，上述係數，係根據上述輸出值、取得上述輸出值時的曝光時間以及預定的補正係數決定。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光學測量方法，更包括下列步驟：取得輸出值群步驟，對上述檢出器入射具有既定光強度的光的同時，取得以包含上述第1範圍內的曝光時間與上述 第2範圍內的複數的曝光時間之複數的曝光時間由上述檢出器分別測量時的各個輸出值形成的輸出值群；決定係數組步驟，規定關於上述輸出值群的近似式之係數組；重複步驟，變更往上述檢出器入射的光的光強度，重複取得上述輸出值群的步驟以及決定上述係數組的步驟；以及決定補正係數步驟，根據對於取得關於各個光強度的上述係數組之回歸分析，決定上述補正係數。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光學測量方法，其中，上述係數組包括：上述近似式的1次項的係數與上述近似式的2次項的係數；以及上述決定補正係數的步驟，包括下列步驟：實施回歸分析步驟，將上述1次項的係數，在決定對應的近似式之際使用的上述第1範圍內的曝光時間中利用來自檢出器的輸出值固定之後，實施上述回歸分析。
  5. 如申請專利範圍第2至4項中任一項所述的光學測量方法，其中，上述檢出器，具有每既定波長範圍劃分的複數的通道；每一通道決定上述補正係數。
  6. 如申請專利範圍第2至4項中任一項所述的光學測量方法，其中，上述檢出器，以InGaAs線性圖像感應器構成。
  7. 一種光學測量裝置，包括：檢出器，至少近紅外線區域有檢出感度，經由光纖以及繞 射格子接收光；以及控制器，可參照預定的補正係數；其中，上述控制器，取得以任意的曝光時間由上述檢出器測量任意的取樣光時的輸出值；判斷取得上述輸出值時的曝光時間是否在預定範圍內；如果取得上述輸出值時的曝光時間在上述預定範圍內，原封不動輸出上述輸出值；如果取得輸出值時的曝光時間不在上述預定範圍內，以包含根據上述輸出值、取得上述輸出值時的曝光時間、以及上述補正係數決定的係數乘以曝光時間的平方的值之補正量，補正上述輸出值再輸出。
TW106125260A 2016-09-09 2017-07-27 光學測量方法及光學測量裝置 TWI742117B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-176777 2016-09-09
JP2016176777A JP6841406B2 (ja) 2016-09-09 2016-09-09 光学測定方法および光学測定装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201819868A TW201819868A (zh) 2018-06-01
TWI742117B true TWI742117B (zh) 2021-10-11

Family

ID=61247348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106125260A TWI742117B (zh) 2016-09-09 2017-07-27 光學測量方法及光學測量裝置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10429238B2 (zh)
JP (1) JP6841406B2 (zh)
KR (1) KR102364525B1 (zh)
CN (1) CN107806898B (zh)
DE (1) DE102017215682A1 (zh)
TW (1) TWI742117B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7326698B2 (ja) * 2017-12-27 2023-08-16 セイコーエプソン株式会社 光検出装置、補正係数算出装置および補正係数算出方法
JP7261005B2 (ja) * 2018-12-26 2023-04-19 キヤノン株式会社 画像処理装置及び方法、及び撮像装置、及び撮像素子の制御方法
JP7419029B2 (ja) * 2019-11-14 2024-01-22 大塚電子株式会社 光学測定装置のリニアリティ補正方法、光学測定方法及び光学測定装置
CN111935423B (zh) * 2020-08-02 2023-05-05 珠海一微半导体股份有限公司 一种机器人获取深度图像数据的方法及其控制系统
CN111811786A (zh) * 2020-08-20 2020-10-23 深圳市路美康尔医疗科技有限公司 一种紫外消毒柜的曝光强度标定方法
WO2024013299A1 (en) 2022-07-14 2024-01-18 Trinamix Gmbh Background-based correction of photodetector drift

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5272518A (en) * 1990-12-17 1993-12-21 Hewlett-Packard Company Colorimeter and calibration system
JP2006023284A (ja) * 2004-06-11 2006-01-26 Shimadzu Corp 紫外可視近赤外分光光度計用検出装置
US20110170798A1 (en) * 2008-01-23 2011-07-14 Elta Systems Ltd. Gunshot detection system and method

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4927269A (en) * 1989-01-31 1990-05-22 Bruke Analytische Messtechnik Gmbh Correction of non-linearities in detectors in fourier transform spectroscopy
EP1025617B1 (en) * 1997-10-27 2006-01-18 Discovery Semiconductors, Inc. Integrated circuit microsatellite
CN1241000C (zh) 2000-11-10 2006-02-08 爱科来株式会社 传感器输出的修正方法
WO2002039094A1 (fr) 2000-11-10 2002-05-16 Arkray, Inc. Procede de mesure et instrument comprenant un capteur d'image
JP4236530B2 (ja) 2003-07-09 2009-03-11 池上通信機株式会社 Ｃｃｄカメラの直線性補正装置
JP3912366B2 (ja) * 2003-11-21 2007-05-09 コニカミノルタセンシング株式会社 測光装置およびその非線形性補正方法
JP4466584B2 (ja) * 2006-02-20 2010-05-26 セイコーエプソン株式会社 照度取得装置、照度取得方法および照度取得プログラム
KR100821307B1 (ko) * 2006-12-08 2008-04-11 한국항공우주연구원 디텍터 암전류에 의한 보정오차 산출 방법 및 이를 이용한보정오차 최소화 방법
JP4941149B2 (ja) * 2007-07-23 2012-05-30 凸版印刷株式会社 ガスバリア性積層フィルム
JP2009222690A (ja) * 2008-03-19 2009-10-01 Soma Kogaku:Kk 分光測定器及び分光測定方法
CN104639844B (zh) * 2015-01-27 2018-05-25 青岛海信移动通信技术股份有限公司 一种校准模拟长曝光图像的方法及装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5272518A (en) * 1990-12-17 1993-12-21 Hewlett-Packard Company Colorimeter and calibration system
JP2006023284A (ja) * 2004-06-11 2006-01-26 Shimadzu Corp 紫外可視近赤外分光光度計用検出装置
US20110170798A1 (en) * 2008-01-23 2011-07-14 Elta Systems Ltd. Gunshot detection system and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jacob L. Bean,et al.,"Ground-Based Transit Spectroscopy of the Hot-Jupiter WASP-19b in the Near-Infrared", The Astrophysical Journal, 771:108 (12pp), 2013 July 10

Also Published As

Publication number Publication date
CN107806898A (zh) 2018-03-16
US20180073923A1 (en) 2018-03-15
KR20180028952A (ko) 2018-03-19
JP2018040764A (ja) 2018-03-15
DE102017215682A1 (de) 2018-03-15
KR102364525B1 (ko) 2022-02-17
JP6841406B2 (ja) 2021-03-10
CN107806898B (zh) 2021-10-29
TW201819868A (zh) 2018-06-01
US10429238B2 (en) 2019-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI742117B (zh) 光學測量方法及光學測量裝置
US11193830B2 (en) Spectrocolorimeter imaging system
US7489396B1 (en) Spectrophotometric camera
US11566941B2 (en) Systems and methods for calibrating, configuring and validating an imaging device or system for multiplex tissue assays
TWI468654B (zh) 適合光譜測定之光學特性測定裝置及光學特性測定方法
US9076363B2 (en) Parallel sensing configuration covers spectrum and colorimetric quantities with spatial resolution
KR20160098083A (ko) 디스플레이를 테스트하기 위한 색채측정기 시스템
KR101890944B1 (ko) 분광 특성 측정 방법 및 분광 특성 측정 장치
US20180238735A1 (en) Spatially variable light source and spatially variable detector systems and methods
JP6733667B2 (ja) 分光測色装置、および分光反射率の算出方法
US9074934B2 (en) Image processing apparatus and image processing method
JPH08261825A (ja) 分光計における迷光の測定及び補償方法
JP4324693B2 (ja) 光検出器の分光応答度測定装置、その測定方法及び光源の分光放射照度校正方法
US7538870B2 (en) Multi-channel colorimeter and method for measuring spectral intensity characteristics
JP7491084B2 (ja) 校正装置、校正方法、校正プログラム、分光カメラ、及び情報処理装置
KR102022836B1 (ko) 광 측정 장치, 시스템 및 방법
JP2014048271A (ja) 演算装置及び演算方法、分光反射率取得装置、画像評価装置、並びに画像形成装置
JP6683201B2 (ja) 分光測色装置、および変換ルール設定方法
Haefner et al. Per-pixel radiometric calibration to silux
KR20240011694A (ko) 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법
KR101870351B1 (ko) 열화상 카메라를 이용한 열영상 처리 방법
TW202246730A (zh) 膜厚測定裝置及膜厚測定方法
JP2012163522A (ja) 温度情報計測方法