特許 6126375 クロマティックポイントセンサシステムの動作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6126375

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】クロマティックポイントセンサシステムの動作方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 3/06 20060101AFI20170424BHJP

【ＦＩ】

   G01C3/06 120P

【請求項の数】13

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2012-279784(P2012-279784)

(22)【出願日】2012年12月21日

(65)【公開番号】特開2013-130580(P2013-130580A)

(43)【公開日】2013年7月4日

【審査請求日】2015年11月18日

(31)【優先権主張番号】13/333,944

(32)【優先日】2011年12月21日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100092901

【弁理士】

【氏名又は名称】岩橋 祐司

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド ウィリアム セスコ

【審査官】 八木 智規

(56)【参考文献】

【文献】 実開平６−４６１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−２６１９６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｃ ３／００− ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

色分散素子を含んで構成された共焦点系光路を備え、ワークの被測定面近傍の異なる距離にそれぞれ異なる波長の光を合焦させる光学ペンと、
前記光学ペンと接続され、該光学ペンに複数波長からなる入力光を供給する光源と、
測定軸に沿って配置された複数のピクセルでそれぞれの波長の光を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを生成するクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）波長検出器、及び前記出力スペクトルプロファイルデータのピーク波長に対応する距離表示座標を距離測定値に変換するための距離校正データを備えたＣＰＳ電子機器部と、を有し、
前記光学ペンは、測定動作を実行するために前記ＣＰＳ電子機器部と接続され、且つ前記ワークの被測定面に対して相対移動可能なように配置されているときに、前記光源からの前記入力光を被測定面に対して出射すると共に、該被測定面からの反射光を受けて、前記光学ペンから前記被測定面までの測定距離を表すピーク波長を有する距離依存性のプロファイル成分と、ワーク表面の材料による波長依存性の反射率の変動に起因するワーク材料成分を含む距離非依存性のプロファイル成分とから構成された出力光を前記ＣＰＳ波長検出器に供給し、
前記ＣＰＳ電子機器部は、前記出力光に基づく出力スペクトルプロファイルデータを生成するように構成されたクロマティックポイントセンサシステムの動作方法であって、
前記ワークの被測定面を識別する工程と、
前記クロマティックポイントセンサシステムを動作させて、前記識別した被測定面で測定動作を実行し、該被測定面の出力スペクトルプロファイルデータを得る工程と、
少なくとも前記ＣＰＳ電子機器部を動作させて、前記出力スペクトルプロファイルデータに含まれる潜在的な測定距離誤差であり、前記識別した被測定面に対応する前記ワーク材料成分に関連する誤差を含む前記潜在的な測定距離誤差を補正するための距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程と、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データを適用して、得られた前記出力スペクトルプロファイルデータを補正する工程と、
補正後の前記出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、ピーク波長に対応する距離表示座標を決定する工程と、
を含み、
前記出力スペクトルプロファイルデータを補正する工程は、前記識別した被測定面の測定に伴って生じる距離非依存性のプロファイル成分と、前記距離校正データに関連付けられた距離非依存性の校正プロファイル成分との差分を補正するために、前記出力スペクトルプロファイルデータを調整する工程を含み、
前記距離非依存性の校正プロファイル成分は、予め定められた校正スペクトルプロファイルに対応した調整値を含み、
前記調整値は、前記予め定められた校正スペクトルプロファイルとして、前記距離校正データを決定する測定時に用いた、光源及び波長検出器の波長依存性の変動と距離測定用の校正ワークの波長依存性の反射率の変動とを補正するためのものである、
ことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項2】

色分散素子を含んで構成された共焦点系光路を備え、ワークの被測定面近傍の異なる距離にそれぞれ異なる波長の光を合焦させる光学ペンと、
前記光学ペンと接続され、該光学ペンに複数波長からなる入力光を供給する光源と、
測定軸に沿って配置された複数のピクセルでそれぞれの波長の光を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを生成するクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）波長検出器、及び前記出力スペクトルプロファイルデータのピーク波長に対応する距離表示座標を距離測定値に変換するための距離校正データを備えたＣＰＳ電子機器部と、を有し、
前記光学ペンは、測定動作を実行するために前記ＣＰＳ電子機器部と接続され、且つ前記ワークの被測定面に対して相対移動可能なように配置されているときに、前記光源からの前記入力光を被測定面に対して出射すると共に、該被測定面からの反射光を受けて、前記光学ペンから前記被測定面までの測定距離を表すピーク波長を有する距離依存性のプロファイル成分と、ワーク表面の材料による波長依存性の反射率の変動に起因するワーク材料成分を含む距離非依存性のプロファイル成分とから構成された出力光を前記ＣＰＳ波長検出器に供給し、
前記ＣＰＳ電子機器部は、前記出力光に基づく出力スペクトルプロファイルデータを生成するように構成されたクロマティックポイントセンサシステムの動作方法であって、
前記ワークの被測定面を識別する工程と、
少なくとも前記ＣＰＳ電子機器部を動作させて、前記出力スペクトルプロファイルデータに含まれる潜在的な測定距離誤差であり、前記識別した被測定面に対応する前記ワーク材料成分に関連する誤差を含む前記潜在的な測定距離誤差を補正するための距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程と、
を含み、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程は、前記潜在的な測定距離誤差として、前記光源及び前記ＣＰＳ波長検出器の少なくとも一方の波長依存性の変動に伴って生じる誤差を含んだ前記潜在的な測定距離誤差を補正するのに使用可能なデータを定義する、
ことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項3】

請求項２記載の方法において、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データは、
前記ワーク材料成分に関連する誤差を補正するための第１のデータセットと、
前記光源及び前記ＣＰＳ波長検出器の少なくとも一方の波長依存性の変動に伴って生じる誤差を補正するための前記第１のデータセットとは異なる第２のデータセットと、
を含むことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項4】

請求項２記載の方法において、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データは、前記ワーク材料成分に関連する誤差、及び、前記光源及び前記ＣＰＳ波長検出器の少なくとも一方の波長依存性の変動に伴って生じる誤差との両方を補正するためのデータセットからなることを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項5】

色分散素子を含んで構成された共焦点系光路を備え、ワークの被測定面近傍の異なる距離にそれぞれ異なる波長の光を合焦させる光学ペンと、
前記光学ペンと接続され、該光学ペンに複数波長からなる入力光を供給する光源と、
測定軸に沿って配置された複数のピクセルでそれぞれの波長の光を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを生成するクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）波長検出器、及び前記出力スペクトルプロファイルデータのピーク波長に対応する距離表示座標を距離測定値に変換するための距離校正データを備えたＣＰＳ電子機器部と、を有し、
前記光学ペンは、測定動作を実行するために前記ＣＰＳ電子機器部と接続され、且つ前記ワークの被測定面に対して相対移動可能なように配置されているときに、前記光源からの前記入力光を被測定面に対して出射すると共に、該被測定面からの反射光を受けて、前記光学ペンから前記被測定面までの測定距離を表すピーク波長を有する距離依存性のプロファイル成分と、ワーク表面の材料による波長依存性の反射率の変動に起因するワーク材料成分を含む距離非依存性のプロファイル成分とから構成された出力光を前記ＣＰＳ波長検出器に供給し、
前記ＣＰＳ電子機器部は、前記出力光に基づく出力スペクトルプロファイルデータを生成するように構成されたクロマティックポイントセンサシステムの動作方法であって、
前記ワークの被測定面を識別する工程と、
少なくとも前記ＣＰＳ電子機器部を動作させて、前記出力スペクトルプロファイルデータに含まれる潜在的な測定距離誤差であり、前記識別した被測定面に対応する前記ワーク材料成分に関連する誤差を含む前記潜在的な測定距離誤差を補正するための距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程と、
を含み、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程は、
前記光学ペンに対して測定可能なように材料を配置する工程と、
前記配置された材料からの距離が異なり、前記光学ペンの測定範囲に沿って分布する複数の距離に対応した複数回の測定動作がなされるように前記クロマティックポイントセンサシステムを使ってピーク波長走査動作を実行する工程と、
前記ピーク波長走査動作によって得られた複数の出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、前記距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程と、
を含み、
前記配置された材料は、（ａ）前記識別した被測定面の材料、及び（ｂ）前記識別した被測定面の材料に相当する材料の何れか一方であり、
前記複数回の測定動作は、前記ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って分布する複数のピーク波長を含んでいる複数の対応する出力スペクトルプロファイルデータを供給する
ことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項6】

請求項５記載の方法において、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程は、
前記波長検出器の測定軸に沿った複数のピーク波長に基づいて、前記配置された材料の測定に伴って生じる距離非依存性のプロファイル成分を決定する工程と、
該配置された材料の測定に伴って生じる距離非依存性のプロファイル成分と、前記距離校正データに関連付けられた距離非依存性の校正プロファイル成分との差分を決定する工程と、を含み、
決定された前記差分を補正するように前記距離非依存性プロファイル成分補正データを決定することを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項7】

請求項６記載の方法において、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データは、
前記ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って分布する複数のピクセル位置での（ａ）前記プロファイル成分間の正規化強度の差分、及び（ｂ）前記プロファイル成分間の比率の何れか一方からなる形式で決定される、ことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項8】

請求項５記載の方法において、
前記クロマティックポイントセンサシステムの記憶部に、決定した前記距離非依存性プロファイル成分補正データを記憶する工程と、
前記クロマティックポイントセンサシステムを動作させて、前記識別した被測定面上で測定動作を実行し、前記被測定面の出力スペクトルプロファイルデータを得る工程と、
前記記憶部に記憶された前記距離非依存性プロファイル成分補正データを読み出して適用し、得られた前記出力スペクトルプロファイルデータを補正する工程と、
補正後の前記出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、ピーク波長に対応する距離表示座標を決定する工程と、
をさらに含むことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項9】

請求項８記載の方法において、
少なくとも前記クロマティックポイントセンサシステムの前記光学ペンは、マシンビジョン検査システム又は座標測定装置の１つであるホストシステムに搭載され、且つ当該ホストシステムを使って検査するワークの被検査面に対して位置決め可能になっており、
前記ピーク波長走査動作を実行する工程は、前記光学ペンの測定範囲に沿って分布した複数の距離それぞれへ向けて、前記配置された材料に対して当該光学ペンを相対移動させるように、前記ホストシステムを動作させる工程を含むことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項10】

請求項９記載の方法において、
前記ホストシステムの学習モードの動作期間に、
前記ピーク波長走査動作を実行する工程と、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データを記憶する工程と、が実行され、
前記ホストシステムの通常モードの動作期間に、
前記被測定面の出力スペクトルプロファイルデータを得る工程と、
得られた前記出力スペクトルプロファイルデータを補正する工程と、
前記ピーク波長に対応する距離表示座標を決定する工程と、が実行される、ことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項11】

請求項５記載の方法において、
前記ピーク波長走査動作を実行する工程は、
前記光学ペンの測定範囲に沿った前記複数の距離のうちの少なくとも幾つかを与えるために、前記光学ペン及び前記配置された材料の一方を連続的に移動させる工程と、
当該移動中に、複数の距離のそれぞれについて、前記複数回の測定動作のうちの少なくとも幾つかの測定動作を実行するために、前記クロマティックポイントセンサシステムを連続的に動作させる工程と、を含むことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項12】

色分散素子を含んで構成された共焦点系光路を備え、ワークの被測定面近傍の異なる距離にそれぞれ異なる波長の光を合焦させる光学ペンと、
前記光学ペンと接続され、該光学ペンに複数波長からなる入力光を供給する光源と、
測定軸に沿って配置された複数のピクセルでそれぞれの波長の光を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを生成するクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）波長検出器、及び前記出力スペクトルプロファイルデータのピーク波長に対応する距離表示座標を距離測定値に変換するための距離校正データを備えたＣＰＳ電子機器部と、を有し、
前記光学ペンは、測定動作を実行するために前記ＣＰＳ電子機器部と接続され、且つ前記ワークの被測定面に対して相対移動可能なように配置されているときに、前記光源からの前記入力光を被測定面に対して出射すると共に、該被測定面からの反射光を受けて、前記光学ペンから前記被測定面までの測定距離を表すピーク波長を有する距離依存性のプロファイル成分と、ワーク表面の材料による波長依存性の反射率の変動に起因するワーク材料成分を含む距離非依存性のプロファイル成分とから構成された出力光を前記ＣＰＳ波長検出器に供給し、
前記ＣＰＳ電子機器部は、前記出力光に基づく出力スペクトルプロファイルデータを生成するように構成されたクロマティックポイントセンサシステムの動作方法であって、
前記ワークの被測定面を識別する工程と、
少なくとも前記ＣＰＳ電子機器部を動作させて、前記出力スペクトルプロファイルデータに含まれる潜在的な測定距離誤差であり、前記識別した被測定面に対応する前記ワーク材料成分に関連する誤差を含む前記潜在的な測定距離誤差を補正するための距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程と、
を含み、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程は、
前記光学ペンを除いた前記クロマティックポイントセンサシステムの通常動作の光路部分からなる光路を備える工程と、
前記光路を介して前記光源からの光を受け、且つ該光を前記光路を介して前記ＣＰＳ波長検出器へ向けて反射するように、材料を配置する工程と、
前記光路を介してＣＰＳ波長検出器へ向けて前記配置された材料から反射された光に基づき、距離非依存性の出力スペクトルプロファイルデータを得る距離非依存性の測定を実行する工程と、
得られた前記距離非依存性の出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、前記距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程と、
を含み、
前記配置された材料は、（ａ）前記識別した被測定面の材料、及び（ｂ）前記識別した被測定面の材料に相当する材料の何れか一方である、
ことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【請求項13】

請求項１２記載の方法において、
前記距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程は、
前記距離非依存性の出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、前記配置された材料の前記距離非依存性の測定に伴って生じる距離非依存性プロファイル成分を決定する工程と、
当該決定した距離非依存性のプロファイル成分と、前記距離校正データに関連付けられた距離非依存性の校正プロファイル成分との差分を求める工程と、
当該求めた差分を相殺するように、前記距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程と、
を含むことを特徴とするクロマティックポイントセンサシステムの動作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して精密測定器具に関し、特にクロマティックポイントセンサ、及び、これと同様の光学距離を定めるための機器、並びにこれらの使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光学高さ又は、光学距離の測定センサの分野において、クロマティック共焦点の技術を利用することが知られている。特許文献１に記載されているように、光軸方向に色収差（ここでは、光軸方向または長軸方向の色分散とも呼ぶ）を持つ光学素子は、広波長帯域の光源を合焦させるのに用いられて、焦点までの光軸方向距離が波長により変化するようにすることができる。このように、広波長帯域の光源のうちの唯一つの波長の光のみが被測定面上に正確に合焦し、また、合焦要素に呼応する被測定面の高さ又は光軸方向の距離により、どの波長が最も良く合焦するかが定まる。被測定面から反射された光は、ピンホールおよび／または光ファイバ端部のような検出用の小さなアパーチャ上で再び合焦する。被測定面を反射して入出力ファイバへの光学系を通って逆戻りする光のうちの、被測定面上で十分に合焦した波長光だけがアパーチャ上でも十分に合焦する。他の波長は全てアパーチャ上で不完全に合焦し、その光のほとんどのパワーはファイバ中でカップリングしない。従って、被測定面の高さ又は被測定面までの距離に応じた波長において、ファイバを通過して戻る光の信号レベルが最大となる。分光器形式の検出器が、波長毎の信号レベルを測定し、被測定面の高さ等を決定する。

【0003】

特許文献１には、さらに数社のメーカが、上述の作用を発揮し、工業的な据付に用いるクロマティック共焦点式の照準器に適するような、実用的で小型の光学系をクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）として、言及していることの記載がある。そのような光学系に使用される小型、かつ色分散する光学アセンブリが、「光学ペン」又は「ペン」として言及されている。光学ペンは、光ファイバによって、クロマティックポイントセンサの電子機器部に接続されている。この電子機器部は、光学ペンから出射されるように光をファイバに伝導するとともに、戻された光を検出し分析する分光器を備えている。戻された光は、波長毎に分散された強度プロファイルを形成し、分光器の検出器アレイによって受光される。波長毎に分散された強度プロファイルに対応するピクセルデータは分析され、強度プロファイルのピーク又は重心によって示される「主波長の位置座標」が定められる。また、結果として生じるピーク又は重心のピクセル座標は、被測定面までの距離を定めるためのルックアップテーブルとして使用される。ピクセル座標は、サブピクセル分解能を有するように決定され、以下では「距離表示座標（ＤＩＣ）」と称する。

【0004】

特許文献１には、さらにＣＰＳ分光器が通常の動作において、或る一定の測定距離に対して、通常、或る一定の波長範囲または或る一定の波長のピーク領域の光を受光するという記載がある。ＣＰＳ分光器は、波長のピーク領域の形状を歪める可能性を有している。そして、このことが、対応するピーク又は重心、及び、結果として得られる距離表示座標（ＤＩＣ）に影響を及ぼすということが開示されている。特許文献１のシステム及び方法は、ある成分の校正データ（補正データとも呼んでいる。）を提供するものであるが、そのデータは、ＣＰＳ分光器、及び／又は、ＣＰＳ広波長帯域の光源における波長依存性の変動（例えば非均一応答）の影響をもたらすということが、言及されている。特許文献１の補正データは、分光器や光源におけるこれらの影響に伴って生じる誤差を低減させたり、又は除去したりする目的で使用される。分光器及び／又は光源の特性が変化する場合であっても（例えば、構成要素の経年変化や周辺環境の変動など）、誤差の低減又は除去に対して特許文献１の補正データが有効な状態を維持するように、その補正データは諸々の時点で再度決定され、及び／又は、置き換えられるようになっている。

【0005】

クロマティックポイントセンサは、距離校正データに基づく、非常に高い分解能及び測定精度（例えば、サブミクロンの分解能及び測定精度）を提供する。この距離校正データは、既知の測定距離と、結果として得られる検出器アレイに沿った主波長の位置座標（距離表示座標）とを、互いに関連付けている。しかしながら、特許文献１のシステム及び方法を使用したとしても、クロマティックポイントセンサによってもたらされるレベルの分解能及び測定精度においては、校正時の条件に現在の測定条件を正確に一致させることができない為、測定誤差が生じ得るという問題があった。

【0006】

例えば、クロマティックポイントセンサの誤差の原因の１つは、ワーク特有の分光反射率（スペクトル反射率）の変動である。この変動を、以下、分光反射特性とも呼ぶ。特許文献２には、分光反射特性を補正する手段を備えていると説明されているクロマティックポイントセンサが開示されている。手短に言えば、共焦点の光束は分割されて、その分割された各光束部分は、各々のエネルギ集中検出器上に各々の信号を供給するために、それぞれの焦点において共焦点開口部およびセンターストップ（逆のピンホール）によって空間的にフィルタリングされる。一方、特許文献２には、掃引中の瞬時において、開口部での信号とセンターストップの周囲を通過するエネルギからの信号との比率が最大になる時に、その開口部を通過するエネルギは、ターゲットの反射率に非依存性の合焦によって生じたものであるということが記載されている。校正は、（指定されない手段によって、）ここで言う瞬時における波長を、表面深さに関連付けるために、提供されるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第７，８７６，４５６号

【特許文献2】米国特許第５，７９０，２４２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献２のクロマティックポイントセンサの精度は、上記の理由で掃引の実行方法に依存してしまう。また、その精度は、「瞬時の信号」である２つの信号の関連性のセンシングにも依存してしまうし、その瞬時における複数の信号のうちの一つについての主波長の検出方法にも依存してしまう。このような光学系は、電子工学的な複雑さと、随伴するノイズ源をもたらす。また、使用者にとって、そのような光学系を理解し難く、校正も難しくなる。さらに、そのような光学系では、ターゲットである被測定面の反射率の特性を特徴付けるようなデータを全く収集することができない。そのようなデータは、様々な適用において、精度又は校正を検証するものとして、又は材質を検証するものとして、収集することが要求されている。

【0009】

本発明は、上記課題を解決するもので、測定条件の変更に起因する測定誤差、特にワーク特有の分光反射特性に起因する測定誤差の原因が追加されたとしても、それを克服することによって、改良された、及び／又は、信頼性の高められたクロマティックポイントセンサシステムの動作方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

すなわち、本発明に係るクロマティックポイントセンサシステムは、全容を以下に説明するように、距離に依存しない（距離非依存性の）スペクトルプロファイル成分補正データを決定し、及び／又は、それを使用することによって、その出力スペクトルプロファイルに含まれる潜在的な誤差を補正することができるように構成されている。その潜在的な誤差には、ワーク材料の影響（例えば、材料の反射率の影響）を原因とするものが含まれる。その距離非依存性のプロファイル成分補正データは、光源等の変動に伴って生じる誤差を補正するための使用に適している。本発明の１つは、その補正が距離測定の誤差を減少させることである。その距離測定の誤差は、その他の点で、ワークの被測定面の分光反射率に起因するとともに、ＣＰＳの距離校正の基礎となる材料（例えば、距離校正データを決定するときに使用するミラーの材料）の分光反射率に伴って変化する。ここで使用する「分光反射率」の用語は、概して、入射光束量または入射光強度に対する、反射光束量または反射光強度の波長依存性の比率を意味する。ワーク表面の分光反射率は、材料の組成、入射角、表面仕上げ等に応じて変化し得る。本発明は、特にワーク表面の分光反射率の特性およびその他の点に起因する誤差が低減され又は除去され、補正された距離の測定方法を提供する。ここで使用する「距離非依存性」の用語の記述は、距離測定に関連しないシステムの影響についても言い及ぶものである。また、その用語の記述は、いずれか又はすべての測定距離に適用されるデータによって特徴付けられるシステムの影響にも言い及ぶものである。

【0011】

本発明の構成によれば、特許文献２に比較して、容易に使用することができて、また、誤差に対して一層精密で堅調な補正を提供することができる。特許文献２には、材料の分光反射特性に対して、ここで考慮しているレベルの正確さで補正できるような実施形態が開示されていない。その理由は、特別な校正または補正がない為に、その実施形態は、ワーク材料の反射率に起因する波長強度の重みの変化に影響され易い状態であるからである。さらに、特許文献２は、反射面の材料に基づいて検出波長を調整するための、特別な校正または補正を教唆しているわけでもない。また、特許文献１の開示内容は、材料の分光反射特性に起因する誤差についてまで言及していない。そして、そのような誤差を補正する目的のシステム構成も、補正方法も教唆するものではない。

【0012】

本発明は、ワーク材料の影響に起因する誤差を含んだ潜在的な誤差を補正するための、クロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）システムの動作方法を開示するものである。ＣＰＳシステムは、光学ペン、光源、及び、ＣＰＳ電子機器部を備えて構成されている。ここで、光学ペンは、色分散素子を含んで構成された共焦点系光路を備え、ワークの被測定面近傍の異なる距離にそれぞれ異なる波長の光を合焦させる。また、光源は、光学ペンと接続され、該光学ペンに複数波長からなる入力光を供給する。また、ＣＰＳ電子機器部は、測定軸に沿って配置された複数のピクセルでそれぞれの波長の光を受光し、出力スペクトルプロファイルデータを生成するＣＰＳ波長検出器、及び出力スペクトルプロファイルデータのピーク波長に対応する距離表示座標（ＤＩＣ）を距離測定値に変換するための距離校正データを備えている。

【0013】

ここで、本発明のＣＰＳシステムは次のように構成されている。つまり、前記光学ペンは、測定動作を実行するために前記ＣＰＳ電子機器部と接続され、且つ前記ワークの被測定面に対して相対移動可能なように配置されているときに、前記光源からの前記入力光を被測定面に対して出射すると共に、該被測定面からの反射光を受けて、前記光学ペンから出力光を前記ＣＰＳ波長検出器に供給する。この出力光は、前記被測定面までの測定距離を表すピーク波長を有する距離依存性のプロファイル成分と、ワーク表面の材料による波長依存性の反射率の変動に起因するワーク材料成分を含む距離非依存性のプロファイル成分とから構成されている。また、ＣＰＳ電子機器は、出力光に基づく出力スペクトルプロファイルデータを生成するように構成されている。

【0014】

本発明の方法には、ワークの被測定面を識別する工程と、少なくとも前記ＣＰＳ電子機器部を動作させて、前記潜在的な測定距離誤差を補正するための距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程が含まれることが好ましい。ここで、潜在的な測定距離誤差は、前記出力スペクトルプロファイルデータに含まれる潜在的な測定距離誤差であり、前記識別した被測定面に対応する前記ワーク材料成分に関連する誤差を含んでいる。

【0015】

本発明の方法は、さらに、クロマティックポイントセンサシステムを動作させて、前記識別した被測定面で測定動作を実行し、該被測定面の出力スペクトルプロファイルデータを得る工程と、距離非依存性プロファイル成分補正データを適用して、得られた前記出力スペクトルプロファイルデータを補正する工程と、補正後の前記出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、ピーク波長に対応する距離表示座標を決定する工程と、をさらに含むことが好ましい。ここで、出力スペクトルプロファイルデータを補正する工程は、識別した被測定面の測定に伴って生じる距離非依存性のプロファイル成分と、距離校正データに関連付けられた距離非依存性の校正プロファイル成分との差分を補正するために、前記出力スペクトルプロファイルデータを調整する工程を含んでいるとよい。

【0016】

また、距離非依存性の校正プロファイル成分は、予め定められた校正スペクトルプロファイルに対応した調整値を含んでいることが好ましい。ここで、予め定められた校正スペクトルプロファイルは、平坦なプロファイルであることが好ましい。また、調整値は、前記予め定められた校正スペクトルプロファイルとして、前記距離校正データを決定する測定時に用いた、光源及び波長検出器の波長依存性の変動と距離測定用の校正ワークの波長依存性の反射率の変動とを補正するためのものであることが好ましい。この調整値は、その距離非依存性の校正プロファイル成分を予め定められたスペクトルプロファイルに一致させるためのものである。

【0017】

本発明において、距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程は、前記潜在的な測定距離誤差として、前記光源及び前記ＣＰＳ波長検出器の少なくとも一方の波長依存性の変動に伴って生じる誤差を含んだ前記潜在的な測定距離誤差を補正するのに使用可能なデータを定義することが好ましい。また、距離非依存性プロファイル成分補正データは、前記ワーク材料成分に関連する誤差を補正するための第１のデータセットと、前記光源及び前記ＣＰＳ波長検出器の少なくとも一方の波長依存性の変動に伴って生じる誤差を補正するための前記第１のデータセットとは異なる第２のデータセットと、を含んでいることが好ましい。また、距離非依存性プロファイル成分補正データは、前記ワーク材料成分に関連する誤差、及び、前記光源及び前記ＣＰＳ波長検出器の少なくとも一方の波長依存性の変動に伴って生じる誤差との両方を補正するためのデータセットからなることが好ましい。

【0018】

本発明において、距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程は、前記識別した被測定面に対応するワーク表面材料の波長依存性の反射率の変動の特徴を表す予め定められたデータを入力し、当該入力した予め定められたデータに基づいて、前記距離非依存性プロファイル成分補正データを定義することが好ましい。識別したワーク表面に使用される材料の種類に特徴を与えるような標準的な（例えば一般的に知られ、及び／又は、公表された）分光反射率のデータから、上記の予め決められるデータを構成してもよい。

【0019】

本発明において、距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程は、
光学ペンに対して測定可能なように材料を配置する工程と、
配置された材料からの距離が異なり、前記光学ペンの測定範囲に沿って分布する複数の距離に対応した複数回の測定動作がなされるように前記ＣＰＳシステムを使ってピーク波長走査動作を実行する工程と、
ピーク波長走査動作によって得られた複数の出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、前記距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程と、を含んでいることが好ましい。ここで、ピーク波長走査動作を実行する工程では、配置された材料からの距離が異なり、前記光学ペンの測定範囲に沿って分布する複数の距離に対応した複数回の測定動作がなされるように、ＣＰＳシステムを使う。また、配置された材料は、（ａ）識別した被測定面の材料、及び（ｂ）識別した被測定面の材料に相当する材料の何れか一方であり、複数回の測定動作は、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って分布する複数のピーク波長を含んでいる複数の対応する出力スペクトルプロファイルデータを供給することが好ましい。

【0020】

上記の、距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程は、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿った複数のピーク波長に基づいて、配置された材料の測定に伴って生じる距離非依存性のプロファイル成分を決定する工程と、該配置された材料の測定に伴って生じる距離非依存性のプロファイル成分と、前記距離校正データに関連付けられた距離非依存性の校正プロファイル成分との差分を決定する工程と、を含み、決定された前記差分を補正するように距離非依存性プロファイル成分補正データを決定することが好ましい。

【0021】

なお、距離非依存性プロファイル成分補正データは、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って分布する複数のピクセル位置での（ａ）前記プロファイル成分間の正規化強度の差分、及び（ｂ）前記プロファイル成分間の比率の何れか一方からなる形式で決定されることが好ましい。

【0022】

本発明において、補正データが定義され、又は決定されているにも関わらず、ＣＰＳシステムの記憶部に、決定した距離非依存性プロファイル成分補正データを記憶する工程と、ＣＰＳシステムを動作させて、前記識別した被測定面上で測定動作を実行し、前記被測定面の出力スペクトルプロファイルデータを得る工程と、記憶部に記憶された前記距離非依存性プロファイル成分補正データを読み出して適用し、得られた前記出力スペクトルプロファイルデータを補正する工程と、補正後の前記出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、ピーク波長に対応する距離表示座標（ＤＩＣ）を決定する工程と、をさらに含むことが好ましい。

【0023】

本発明において、少なくともＣＰＳシステムの光学ペンは、マシンビジョン検査システム又は座標測定装置の１つであるホストシステムに搭載され、且つ当該ホストシステムを使って検査するワークの被検査面に対して位置決め可能になっており、ピーク波長走査動作を実行する工程は、前記光学ペンの測定範囲に沿って分布した複数の距離それぞれへ向けて、前記配置された材料に対して当該光学ペンを相対移動させるように、前記ホストシステムを動作させる工程を含むことが好ましい。また、ホストシステムの学習モードの動作期間に、ピーク波長走査動作を実行する工程と、距離非依存性プロファイル成分補正データを記憶する工程と、が実行されること、及び、ホストシステムの通常モードの動作期間に、被測定面の出力スペクトルプロファイルデータを得る工程と、得られた出力スペクトルプロファイルデータを補正する工程と、ピーク波長に対応する距離表示座標（ＤＩＣ）を決定する工程と、が実行されることが好ましい。

【0024】

さらに、ピーク波長走査動作を実行する工程は、光学ペンの測定範囲に沿った複数の距離のうちの少なくとも幾つかを与えるために、光学ペン及び配置された材料の一方を連続的に移動させる工程と、当該移動中に、複数の距離のそれぞれについて、複数回の測定動作のうちの少なくとも幾つかの測定動作を実行するために、ＣＰＳシステムを連続的に動作させる工程と、を含むことが好ましい。ここで、移動工程は、ステージの手動運転などによって実行される。

【0025】

本発明において、距離非依存性プロファイル成分補正データを定義する工程は、光学ペンを除いた前記ＣＰＳシステムの通常動作の光路部分からなる光路（すなわち、この光路は異なる波長の光を異なる距離に合焦させるように構成されてはいない）を備える工程と、光路を介して光源からの光を受け、且つ該光を光路を介してＣＰＳ波長検出器へ向けて反射するように、材料を配置する工程と、光路を介してＣＰＳ波長検出器へ向けて配置された材料から反射された光に基づき、距離非依存性の出力スペクトルプロファイルデータを得る距離非依存性の測定を実行する工程と、得られた距離非依存性の出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程と、を含み、配置された材料は、（ａ）識別した被測定面の材料、及び（ｂ）識別した被測定面の材料に相当する材料の何れか一方であることが好ましい。

【0026】

本発明において、距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程は、距離非依存性の出力スペクトルプロファイルデータに基づいて、配置された材料の距離非依存性の測定に伴って生じる距離非依存性プロファイル成分を決定する工程と、当該決定した距離非依存性のプロファイル成分と、距離校正データに関連付けられた距離非依存性の校正プロファイル成分との差分を求める工程と、当該求めた差分を相殺するように、距離非依存性プロファイル成分補正データを決定する工程と、を含むことが好ましい。

【0027】

本発明に係るＣＰＳ測定プロファイルのピーク領域の信号が、波長検出器上の幾つかのピクセル領域に、又は、数十個のピクセル領域若しくそれ以上に、渡って広がっていることが好ましい。以上の概要の補正方法が無いときは、ＣＰＳ測定プロファイルのピーク領域の信号は、一般的に、測定条件における距離非依存性の変動（例えば、ワーク材料に特有のタイプの反射率の変動、および、光源のスペクトルの変動、波長検出器の感度の変動など）を原因とする幾つかのタイプの歪みを含む。もし、このピーク形状の歪みが補正されなければ、ピーク位置の決定は、ワーク表面の材料等の違いによって、不定となり、又は間違ったものになるだろう。それゆえ、上記に述べた誤差の補正データは、サブピクセルの分解能での距離表示座標（ＤＩＣ）の決定に先立って、測定プロファイルのピーク領域の信号に適用される。この距離表示座標（ＤＩＣ）は、測定プロファイルのピーク領域の信号におけるピーク位置を表示するものである。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明に係るクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）システムの一実施形態のブロック図である。

【図2】検出器アレイ内のピクセルの電圧オフセット信号レベルを示す、クロマティックポイントセンサからのプロファイルデータの線図である。

【図3】測定距離表示座標に対応するピーク領域の信号を示す、クロマティックポイントセンサからのプロファイルデータの線図である。

【図4】既知の測定距離を距離表示座標に相関付けるクロマティックポイントセンサの距離校正データの線図である。

【図5】ＣＰＳサブシステム（光源＋検出器）の未処理の強度プロファイル信号を、ＣＰＳ光源に起因する信号成分、及び、測定距離表示座標に対応する典型的な理想のピーク領域の信号と同時に示したグラフである。

【図6】（Ａ），（Ｂ）は、測定距離表示座標に対応するピーク領域の信号により決定された距離表示座標に対する、未処理の強度プロファイルの信号成分の影響を説明するための、図６のグラフから選択された部分的なグラフである。

【図7】異なるタイプのワーク材料の分光反射率を説明するグラフである。

【図8】本発明に係るクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）システムの一実施形態であって、距離非依存性の光路およびＣＰＳ電子機器部を、ワーク材料の反射率に関連付けられた誤差を含む誤差に関する出力スペクトルプロファイルデータの補正のための誤差補正データの決定工程に利用できるシステムのブロック図である。

【図9】ＣＰＳシステムを使ったピーク波長の走査動作中に、異なる波長及び／又は検出器ピクセルにおいて、同時に３つ取得されたピーク信号を示したグラフである。

【図10】異なる２つのワーク表面の材料に対して、ＣＰＳシステムを使ったピーク波長の走査動作を実施して取得した結果を示したグラフである。

【図11】ピーク波長の走査動作を、ワーク材料の反射率に関連付けられる誤差を含んだ誤差に関する出力スペクトルプロファイルデータの補正に使用できる距離非依存性のプロファイル成分補正データを決定することに利用できるルーチンの例を示すフロー図である。

【図12】ワーク材料の反射率に関連付けられる誤差を含んだ誤差に関する出力スペクトルプロファイルデータを補正するための距離非依存性のプロファイル成分補正データを使用するクロマティックポイントセンサを動作させるルーチンの例を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、本発明の一実施形態のクロマティックポイントセンサ（ＣＰＳ）１００のブロック図である。図１に示すように、クロマティックポイントセンサ１００は、光学ペン１２０と、ＣＰＳ電子機器部（以下、単に電子機器部）１６０とを含む。図１に示す実施形態では、電子機器部１６０は、信号演算器１６６と、記憶部１６８と、ＣＰＳ波長検出器（以下、単に波長検出器）１６２及び広波長帯域光源１６４（白色光源とも呼ばれる）からなるサブシステム（光源＋検出器）１６１とを含む。波長検出器１６２は、分光計の検出器アレイ１６３を含む。

【0030】

検出器アレイ１６３は、波長検出器１６２の測定軸に沿って配列された複数のピクセルから構成されていてもよい。なお、それら複数のピクセルは、それぞれの波長光を受光して、出力スペクトルプロファイルのデータを供給する。

【0031】

波長検出器１６２は、関連する信号演算手段（例えば、信号演算器１６６によって備えられる）を含んでいてもよい。以下に詳述するように、その関連する信号演算手段は、記憶部１６８に記憶され得る補正データ１６９を使って、検出器アレイ１６３により提供されるプロファイルデータから特定の誤差成分を取り除き、又は補正する。従って、幾つかの実施形態においては、波長検出器１６２および信号演算器１６６の特定の態様を統合してもよく、かつ／または区別をなくしてもよい。なお、記憶部１６８は、該ＣＰＳシステム１００が利用可能な記憶部であればよく、該ＣＰＳシステム１００と通信可能に接続されたホストシステム（例えば汎用のパーソナルコンピュータ）に備えらえた記憶部であってもよい。

【0032】

電子機器部１６０は、光ファイバケーブル１１２を含む光路を通じて、光学ペン１２０に連結されている。図１に示す実施形態には、上記光路についての任意選択による態様、または代替の態様を示す。例えば、その光路は、光ファイバセグメント１１２Ｂの接続子ＣＯＮＮＥＣＴ−Ｄで接続された第１セグメント１１２Ａ及び第２セグメント１１２Ｂと、第２セグメント１１２Ｂを電子機器部１６０に接続する連結器ＣＯＵＰＬＥＲ−Ｏとを含む。光源１６４は、波長光のスペクトルプロファイル（入力光）を入力するために光ファイバケーブル１１２に接続されている。

【0033】

光学ペン１２０は、入出力（Ｉ／Ｏ）用の光ファイバ・サブアセンブリ１０５と、筐体１３０と、光学系部分１５０とを含む。入出力用の光ファイバ・サブアセンブリ１０５は、入出力用の光ファイバ１１３と、光ファイバ接続子１０８とを備える。入出力用の光ファイバ１１３は、この光ファイバ１１３を包んでいる光ファイバケーブル１１２から延長されたものである。入出力用の光ファイバ１１３は、開口部１９５を通して出力ビームを出力すると共に、反射された測定信号光（反射光）を開口部１９５を通して受け取る。

【0034】

動作中、ファイバ端部からの放射光は、開口部１９５を通して、光学系部分１５０により合焦する。その光学系部分１５０は、クロマティック共焦点センサシステムで既知のように、光軸方向の色分散を供給するレンズを含んでいる。この光軸方向の色分散とは、光軸ＯＡに沿った焦点が光の波長に応じて異なった距離の位置に生じることを言う。より詳細に後述するように、測定動作中、ワーク１７０の表面位置（被測定面）１９０上で光の焦点が合う。光が表面位置１９０を反射すると、光学系部分１５０によって開口部１９５上で再び光の焦点が合う。光学系部分１５０によって提供される光軸方向の色分散により、１つの波長光のみが、測定距離「Ｚ」に一致する焦点距離を有することになる。

【0035】

その測定距離Ｚは、光学ペン１２０に関連する固定の基準位置ＲＰから表面位置１９０までの距離を示す。表面位置１９０で最もよく焦点が合う波長光が、開口部１９５において最もよく焦点が合う波長光にもなるように、クロマティックポイントセンサが形成されている。最も良く焦点の合った波長が、主に開口部１９５を通過して光ファイバケーブル１１２の光ファイバ１１３のコアに入るように、開口部１９５は、反射光を空間的にフィルタリングしている。以下の詳細な記載にあるように、光ファイバケーブル１１２は、信号光を波長検出器１６２に伝搬する。この波長検出器１６２は、表面位置１９０までの測定距離Ｚに応じた波長で、かつ、主強度を有する波長を決定するために利用される。

【0036】

通常測定の動作中、広波長帯域光源１６４は、信号演算器１６６により制御され、光ファイバの経路を通じてＣＰＳ光学ペン１２０に連結されている。この光ファイバの経路は、照明ファイバセグメント１６５Ｉ、２×１連結器ＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅ、ＣＯＮＮＥＣＴＯＲ−Ｅ、および光ファイバケーブル１１２を含んでいる。上述したように、光は、長軸方向の色収差を生じさせる光学ペン１２０を通じて進行する。開口部１９５を通って光ファイバケーブル１１２内に最も効率よく戻ってくる光の波長は、表面位置１９０上で焦点の合う波長である。次に、反射された波長依存性の光強度は、光ファイバの経路を通って、電子機器部１６０及び連結器ＣＯＵＰＬＥＲ−Ｅまで戻って行く。その結果、光の約５０％が、信号ファイバセグメント１６５Ｓを通って、波長検出器１６２に向けられるようになる。波長検出器１６２は、波長依存性の光強度を受け取り、その光強度を検出器アレイ１６３の測定軸に沿ってピクセルの配列に渡って分布する出力スペクトル強度プロファイル（単に出力スペクトルプロファイルとも呼ばれる。）に変換する。そして、波長検出器１６２は、検出器アレイ１６３から出力されるピクセルデータに基づいて対応する出力スペクトルプロファイルデータを供給するように動作する。

【0037】

以下により詳細に述べるように、出力スペクトルプロファイルは、波長依存性のプロファイル成分と、波長非依存性のプロファイル成分とから構成される。この波長依存性のプロファイル成分は、光学ペン１２０の動作に起因する波長ピークを含んでいる。また、波長非依存性のプロファイル成分は、ワーク材料の成分を含んでいる。出力スペクトルプロファイルデータも、波長依存性のプロファイル成分と、波長非依存性のプロファイル成分とを含んでいる。

【0038】

図１に示すように、ＣＰＳ電子機器部１６０は、ワーク特有の補正部１６７を備えている。このワーク特有の補正部１６７は、出力スペクトルプロファイルデータを処理し、また、以下に全容を述べる方法に従って、記憶された補正データ１６９及び／又はワーク特有の補正データ１６９ＷＳを使って、潜在的誤差のための出力スペクトルプロファイルデータの補正をすることができる。ここで、潜在的誤差は、ワーク材料成分に関連する誤差（他の実施形態では、他に距離非依存性のプロファイル成分の誤差）等から構成される。ワーク特有の補正部１６７が、さらに、以下に説明する方法によって、取得され分析された出力スペクトルデータ（出力スペクトルプロファイルデータ）に基づいて、記憶されたワーク特有のスペクトルプロファイルの補正データ１６９ＷＳを決定するようにしてもよい。幾つかの実施形態においては、ワーク特有の補正部１６７および信号演算器１６６についての特定の態様を統合し、かつ／または区別をなくすことが好ましい。

【0039】

ワーク材料の成分を含む波長非依存性のプロファイル成分が補正された後、プロファイルデータ（出力スペクトルプロファイルデータ）についてのサブピクセル分解能を有する距離表示座標（ＤＩＣ：distance-indicating coordinate）が、信号演算器１６６によって計算される。そして、図４について後でさらに述べるように、計算されたＤＩＣが、距離校正のルックアップテーブル等を介して表面位置１９０までの測定距離Ｚを決める。距離校正のルックアップテーブル等は、記憶部１６８に記憶されている。距離表示座標（ＤＩＣ）は、さらに後述する様々な方法（例えば、プロファイルデータのピーク領域に含まれるプロファイルデータの重心を決定する方法）によって、決定され得る。距離表示座標（ＤＩＣ）が校正動作中に決定される場合は、そのＤＩＣを校正距離表示座標と呼ぶ。また、距離表示座標（ＤＩＣ）がワーク表面の測定動作中に決定される場合は、そのＤＩＣを測定距離表示座標と呼ぶ。サブピクセルの距離表示座標の決定に使用されるプロファイルデータについては、後でさらに詳細に説明する。

【0040】

図１は、基本的骨格として、ＸＹＺ直交座標軸を含んでいる。Ｚ方向は、光学ペン１２０の光軸または距離の測定軸に平行するものとして定義されている。図１に示すように、動作中、ワーク１７０は、光学ペン１２０の光軸ＯＡに沿って配置される。一実施形態では、ワーク１７０は、移動ステージ１７５上に載置された状態で、位置合わせされる。有利なことには、ガイドベアリング１７５Ｂによって拘束されたＸ軸方向に沿って、それ（ワーク１７０）が移動できて、その表面１７５ＡがＸＹ平面に名目上平行な状態になるように、その移動ステージ１７５自体が位置合わせされ得るようになっている。クロマティックポイントセンサ１００の他の例示的な特徴および動作について、より詳細に後述する。

【0041】

以下の図２の説明において、既知の雑音（バックグラウンド）の信号処理、及び／又は、校正動作の概要を説明する。これらは、本発明の様々な実施形態に結びついて、使用され得る。この説明の目的は、以下のことを強調することである。つまり、ここでさらに開示される本発明に係る方法は、これらの動作とは区別されるが、両立できるということである。図２は、クロマティックポイントセンサからのプロファイルデータの線図２００である。この線図２００は、測定表面が無い場合（例えば、図１のワーク１７０の表面位置１９０が無い場合）での、検出器アレイ１６３内のピクセルに関する電圧オフセットの信号レベルＶoffset_ｐについて説明している。これより、意図的な反射光が存在せず、かつ、結果として生じる強度プロファイル中に顕著な主波長ピークが存在しないことが分かる。図２に示すように、電圧オフセットの信号Ｖoffset_ｐは、１，０２４個のピクセルのそれぞれの正規化電圧でプロットされる。「正規化電圧」では、１．０の値が検出器アレイ１６３の飽和電圧に割り当てられている。電圧オフセットの信号Ｖoffset_ｐは、アレイ全体に渡って一定であるように示されているバイアスの信号レベルＶbiasと、アレイ全体に渡ってピクセル座標ｐに依存しているように示されている雑音信号成分Ｖback_ｐとを含む。変化する雑音信号Ｖback_ｐは、クロマティックポイントセンサ内の波長依存性の疑似反射等からの背景光といった信号はもちろん、様々なピクセルｐの暗電流による信号を表している。

【0042】

様々な実施形態では、検出器アレイ１６３のピクセル配置を校正し、又は補正するために、継続して、その信号成分Ｖback_ｐ（又は、これと同様の変動を示す信号。例えば電圧オフセット信号Ｖoffset_ｐ）が記憶され、また、各ピクセルｐから後続する全てのプロファイルデータ信号を（例えば、減算によって）補正するために使用されれば、有利である。従って、雑音信号成分Ｖback_ｐが、本発明による様々な実施形態においても既知の方法で補正されることが想定されるので、後述する様々な強度プロファイル又は独創的な信号処理動作等に関連して、これ以上、明示的に考慮することも、又は説明することも必要がない。

【0043】

時間が経っても比較的安定し得る雑音信号成分Ｖback_ｐとは対照的に、周囲温度の変化および動作中に電子機器部１６０の発熱に伴って生じる電圧ドリフトの結果として、座標非依存性のバイアス信号レベルＶbiasは変化し得る。

【0044】

以下の図３および図４の説明において、より再現性のある距離測定が得られるように、プロファイルデータの距離指示サブセットに基づいて、距離表示座標（ＤＩＣ）を決定することができる特定の信号処理動作について概説する。このプロファイルデータは、同時に発生するバイアス信号レベルＶbiasの変化を補正することに対して動的に適合したものである。ここで概説する動作は、特許文献１により詳細に説明されている。この説明の目的は、クロマティックポイントセンサの距離測定動作を全体的に理解するために有用となるような、バックグラウンド情報を提供することである。および、以下に開示される独創的な方法が、これら動作と区別することができるが、両立することもできるということを強調することである。

【0045】

図３には、ＣＰＳ測定動作中に得られたＣＰＳ検出器（例えば、検出器１６２）からのプロファイルデータ３１０（測定プロファイル信号のデータ）の線図３００が示されている。ＣＰＳ測定動作中とは、特定の光学ペン又は全体システムについての校正動作中でも、通常の測定動作中でもよい。プロファイルデータ３１０は、プロファイル信号ＭＳｐとも称され得る。但し、ＭＳｐは、検出器アレイ（例えば、検出器アレイ１６３）の各ピクセルｐに関連付けられる信号レベル（正規化電圧で示される）である。図３のグラフ３００は、目標表面を光学ペン１２０の光軸ＯＡに沿ってある距離に位置決めされた状態にして作成されており、図３に示すように、距離に対応する主波長のピーク領域を有する測定プロファイルデータ３１０が生成されている。

【0046】

図３は、測定バイアスの信号レベルＭＶbias（正規化電圧で示す）、ピークのピクセル座標ｐｐｃ、ピーク位置のインデックス座標ｐｐｉｃ、及び、データ閾値ＭＶthresholdを示す。データ閾値ＭＶthresholdは、ピーク領域内のデータの距離表示サブセットの下限を定義している。すべての「ＭＶ」値は正規化電圧である。図３は、校正スペクトルのピーク領域内のデータの距離表示サブセットに基づいて決定される距離指示座標（ＤＩＣ）も示す。米国特許第１１／９４０，２１４号出願（‘２１４号出願）に説明されるように、いくつかの実施形態では、データ閾値ＭＶthresholdは、インデックス特性の閾値ＭＶthreshold(ppic)としてもよい。

【0047】

簡潔に言えば、一実施形態において、距離表示座標（例えば、プロファイルデータ３１０と関連して説明した距離表示座標ＤＩＣ）を決定する測定動作は、以下を含み得る。
・目標表面を光軸ＯＡに沿って位置決めし、結果として生成されるプロファイルデータ３１０を取り込む。
・ピークのピクセル座標ｐｐｃ（すなわち、最も高い信号を有するピクセル）を決定する。
・ピーク位置のインデックス座標ｐｐｉｃを決定する。このインデックス座標ｐｐｉｃは、特定の校正データ（例えば、インデックス特性の閾値校正データ）を記憶し、及びその校正データを検索するためのインデックスである。いくつかの実施形態では、これはピークのピクセル座標ｐｐｃと同じにしてもよい。
・測定バイアスの信号レベルＭＶbiasを決定する。
・データ閾値ＭＶthresholdを決定する（例えば、ピーク高さの存在する割合として決定する。又は、現在のピーク位置のインデックス座標ｐｐｉｃに対応するインデックス特性の閾値校正データに基づいて決定する）。
・測定ピーク領域において、データ閾値ＭＶthresholdよりも大きな値のデータである距離表示サブセットに基づいて、サブピクセル分解能での距離表示座標（ＤＩＣ）を決定する。
・距離校正の測定の場合、（例えば、干渉計により、）所望の精度で目標表面までの対応する距離を独立して決定する。そして、距離校正のテーブル内または曲線上（例えば、図４に示す距離校正データ４１０により表されるような距離校正のテーブル内または曲線上）での距離校正データの位置を決定する。
・ワーク距離の通常測定の場合、記憶された距離校正データ内での対応する距離に、測定ＤＩＣを相関付けることによって、測定距離Ｚを決定する。この距離校正データは、例えば、図４に示す距離校正データ４１０により表されるような距離校正のテーブル又は曲線とする。

【0048】

上記動作では、データ閾値ＭＶthresholdよりも上のデータである距離表示サブセットに基づいて、距離表示座標ＤＩＣをサブピクセル分解能で決定することができる。いくつかの異なる方法のうちの１つによって、測定ＤＩＣを決定することができる。一実施形態では、測定ＤＩＣは、データの距離表示サブセットの重心ＸCをサブピクセル分解能で表わした座標として、決定される。例えば、１０２４個のピクセルを有する検出器の場合、重心ＸCは、次の式（１）に従って決定することができる。

【0049】

【数1】

【0050】

ここで、式（１）中のＳ_M(p)は、次の式（２）で与えられる。

【数2】

【0051】

特定の一例では、式（１）において、ｎ＝２である。式（２）は、重心の計算に使用されるデータを、距離表示サブセットのデータ内に制限することが好ましい。校正動作中に、距離表示座標ＤＩＣが決定される場合は、距離表示座標ＤＩＣを校正距離表示座標と呼ぶ。同様に、測定動作中に決定される場合は、距離表示座標ＤＩＣを測定距離表示座標と呼ぶ。

【0052】

図４は、ＣＰＳ測定距離校正データ４１０の図４００である。この校正データは、縦軸に表わすクロマティックポイントセンサ１００等の既知の又は校正された測定距離ＺOUT（ミクロン単位）を、横軸に表わす距離表示座標ＤＩＣ（ピクセル単位）に相関付けるものである。図４に示す例は、３００ミクロンに指定された測定範囲ＭＲを有する光学ペンの場合であり、この校正データは、約１５０〜４９０個のピクセルの範囲内での校正距離表示座標に対応する。しかし、クロマティックポイントセンサ１００は、望まれるならば、検出器アレイ１６３のより大きなピクセルの範囲に渡って、校正されてもよい。基準とする距離、又は、ＺOUTが「ゼロ」となる距離は、多少、恣意的なものであり、光学ペン１２０と関連して所望の基準距離に設定することができる。距離校正データ４１０は平滑な曲線を形成しているように見えるが、典型的な従来技術のＣＰＳシステムのための、特に経済的なＣＰＳシステムのための距離校正データ４１０は、小さい範囲での誤差又は不規則性を表わすことができるものであることが好ましい。

【0053】

いくつかの実施形態では、ＣＰＳ測定距離校正データ４１０は、図３を参照して述べたように決定され、及び／又は、使用され得る。ＣＰＳ距離校正データ４１０の性質をさらに明確にするため、例示的な実験室用の校正方法をここで簡潔に概説する。簡潔に言えば、ミラーが、（例えば、図１の表面１９０を代替するものとして）ＣＰＳ光学ペンの光軸ＯＡに沿った校正表面を提供し得る。ミラーの変位は、約０．１ミクロン又は０．２ミクロンの刻みで制御され得る。刻み毎に、実際のミラーの位置または変位が、干渉計等の参照基準を使用して取得される。実際のミラー位置毎に、それに対応するクロマティックポイントセンサの校正距離表示座標（校正ＤＩＣ）は、ＣＰＳ検出器によって（例えば、上述したように）提供されるミラー位置に対応した強度プロファイルデータに基づいて決定される。校正距離表示座標および対応する実際の位置は、次に、校正データ４１０を提供するために記憶される。

【0054】

次に、測定動作中、ワーク表面（例えば、図１の表面１９０）の距離測定を提供するために、ワーク表面はＣＰＳ光学ペンの光軸ＯＡに沿って位置決めされる。クロマティックポイントセンサの測定距離表示座標は、ＣＰＳ検出器により提供される強度プロファイルデータから決定される測定距離表示座標に基づいて決定される。次に、距離校正データ４１０を使用して、その特定の測定距離表示座標に対応するＣＰＳ測定距離ＺOUTが決定される。

【0055】

特許文献１に開示されているように、特許文献１の中で教示されている補正方法が無かったとしたら、ＣＰＳ測定プロファイルのピーク領域の信号は、通常、いくつかのタイプの歪みを含んでしまう。その歪みは、光源若しくは波長検出器に、又は、それらの両方（光源＋検出器のサブシステム）にとって、特有のものであり、特定されるものであり、以下に説明する通りである。もし、この特有の形状の歪みが補正されなければ、プロファイルのピーク領域におけるピーク位置の決定は、異なるＣＰＳシステム毎に、不定なものとなり、間違ったものとなるだろう。及び／又は、その決定は、個々のＣＰＳシステムにおいても、潜在的には、様々な測定距離毎に、不定なものとなり、間違ったものとなるだろう。特許文献１は、サブピクセル分解能での距離表示座標（ＤＩＣ）の決定に先行して、サブシステム（光源＋検出器）における歪み除去用の誤差の補正因子（補正ファクター）を、測定プロファイルのピーク領域の信号に対して適用することができることを教示している。なお、ＤＩＣは、測定プロファイルのピーク領域の信号におけるピーク位置を表示するものである。

【0056】

特許文献１は、また、様々な実施形態において次のことも教示している。ＣＰＳ距離校正データに使用されるＣＰＳ距離表示座標（ＤＩＣ）は、誤差を補正された測定プロファイルの信号データに基づいていることである。その信号データは、サブシステム（光源＋検出器）の影響を取り除くために、誤差を補正されている。例えば、特許文献１に教示されているように、校正に使用されるそのシステムは、誤差を補正された測定プロファイルの信号データを提供することができる。この測定プロファイルの信号データは、光源と検出器における誤差の補正因子に基づいて補正されており、また、その誤差の補正因子は、標準的な又は基準となるプロファイルの信号データのセットに関連して決定されたものである。後で同じ光学ペンを使用するとき、及び／又は、異なったサブシステム（光源＋検出器）を使用するときに、そのサブシステム（光源＋検出器）は、誤差を補正された測定プロファイルの信号データを提供することができる。この測定プロファイルの信号データは、そのサブシステム（光源＋検出器）用に決定された誤差の補正因子に基づいて補正されており、また、その誤差の補正因子は、標準的な又は基準となる同じプロファイルの信号データのセットに関連して決定されたものである。その結果、そのＣＰＳ距離校正データが、そのサブシステム（光源＋検出器）用として効果的なものとなる。

【0057】

図５、図６Ａ及び図６Ｂは、特許文献１で教示されたサブシステム（光源＋検出器）についての補正の類型を説明するのに役立つ。そのポイントは、特許文献１中の同様の図に関連して記載されているポイントと同様である。そのポイントは、以下に提供する理解を補足することができる。

【0058】

以下の数式において、説明又は文脈によって他に表示がなければ、「Ｚ」は、ワーク表面までの実際の測定距離を指す。「ＺOUT」は、決定された距離表示座標ＤＩＣに基づいて、ＣＰＳによる距離測定の出力を指す。この距離指示座標ＤＩＣは、図３および図４に関して上述したように、順次対応するプロファイル信号ＭＳｐに依存している。本発明においては、ＣＰＳが、測定距離Ｚ毎に、Ｚに依存するこれら信号の特有のセットを実際に生成することが好ましい。そのため、このような各プロファイル信号のセットをＭＳｐ(Z)と称する。各プロファイル信号のセットＭＳｐ(Z)は、対応する距離表示座標ＤＩＣ(Z)（例えば、式１および式２に従って決定される）を生成し、対応するＣＰＳ測定の出力ＺOUT(Z)を生成する。これらの規則を使用すると、前の説明は、距離Ｚに関連付けられたＤＩＣ(Z)が、対応する測定プロファイルデータＭＳｐ(Z)のピーク領域の全体形状又は全体プロファイルに依存していることを示すことになる。

【0059】

本明細書において、ＭＳｐに上付き文字を導入して、以下において使用する。上付き文字RAWは、現在の測定条件による補正が未だであることを意味する。上付き文字COMPは、補正されていることを意味する。上付き文字REFは、基準条件または校正条件を意味する。上付き文字PENは、指定され又は標準的な光源強度スペクトルに基づいて光学ペン１２０により生成されたものを意味する。

【0060】

これら規則を使用して、以下の式（３）を導入する。

【数3】

式中、ＳＩ_P^RAWは、指定された又は標準化された波長検出器の各ピクセルＰに、ＣＰＳ光源の広波長帯域の波長が分布された際の、その光に含まれる各波長の相対的な又は正規化された強度を表わす。ＫPEN_P(Z)は、指定された又は標準化された波長検出器の各ピクセルＰに、ＣＰＳ光源の広波長帯域の波長が分布された際の、ＣＰＳペンからＣＰＳ波長検出器に入力される測定距離Ｚの測定プロファイルのデータセット内に含まれる各波長の相対的な又は正規化された伝達（または減衰）を表わす。ＫPEN_P(Z)は、各波長（又は各波長に対応する検出器のピクセル）についてのＣＰＳペンの距離依存性の伝達関数として考えることができる。ＤＧ_P^RAWは、波長検出器の各ピクセルに関連付けられた相対的な又は正規化された信号の利得（ゲイン）を表わす。

【0061】

従って、式（３）は、与えられた測定距離Ｚについて、各ピクセルＰでの未処理の波長検出器信号ＭＳ_P^RAW(Z)が、ピクセルＰに到達した波長についてのＣＰＳペンに入力された未処理の強度ＳＩ_P^RAWと、距離ＺでピクセルＰに到達した波長についてのＣＰＳペンの距離依存性の伝達関数ＫPEN_ｐ(Z)と、ピクセルＰの信号利得ＤＧ_Ｐ^RAWとを乗算したものに等しいことをおおよそ表わしている。

【0062】

特許文献１で教示されたサブシステム（光源＋検出器）の補正の類型を手短に説明するため、図５は、ＣＰＳサブシステム（光源＋検出器）の未処理の強度プロファイル信号５２０を説明するグラフ５００の線図である。その強度プロファイル信号５２０は、ＣＰＳ光源に起因する長範囲の信号変動成分５３０と、他に、検出器の波長感度といったＣＰＳシステムの処理能力についての長範囲の信号変動成分とを含む。長範囲の信号変動成分５３０は、波長検出器１６２により実際には個々に検出されないが、光源と検出器との強度プロファイルを表わす円滑な及び／又は標準的な形状に概ね対応し得ること、また、使い易い基準を提供できることが好ましい。

【0063】

図５には、測定距離表示座標５１０-DICに対応する代表的で理想的な測定プロファイルの信号データ５１０も、示されている。未処理の強度プロファイル信号５２０は、特許文献１に教示されているように、光学ペンをバイパスすることによって取得される。そのため、未処理の強度プロファイル信号５２０は、距離非依存性のプロファイル成分だけを含む距離非依存性のスペクトルプロファイルの一例になる。未処理の強度プロファイル信号５２０は、例えば、特許文献１に全容が示された構成の１つを使って、取得される。特許文献１の構成には、光ファイバのループ（図１のＣＯＮＮＥＣＴＯＲ−Ｆに対応する）があり、接続子（図１のＣＯＮＮＥＣＴＯＲ−Ｅに対応する）から入力光源に取り付けられている。そして、その接続子を通って、サブシステム（光源＋検出器）１６１に光を戻す。未処理の強度プロファイル信号５２０については、サブシステム（光源＋検出器）１６１を特徴付ける信号ＳＤＳＳ_Ｐ^RAWのセットとして定義することができ、おおよそ次の式（４）のようになる。

【0064】

【数4】

将来の参照のため、式（４）を式（３）に代入して、次の式（５）を得る。

【0065】

【数5】

【0066】

未処理の強度プロファイル信号５２０において、式（４）及び式（５）中の光源・検出器の項であるＳＩ_P^RAWとＤＧ_P^RAWとＳＤＳＳ_P^RAWに反映されている変動（光源＋検出器）は、以下に図６Ａ、６Ｂを参照して説明する距離表示座標を決定する工程において、誤差を誘導し得る。

【0067】

理想の測定プロファイルの信号データ５１０は、基準となる又は標準的な強度プロファイルに前記の項ＫPEN_P(Z)を乗算したものに対応する。式（５）及び式（３）に示す項ＫPEN_P(Z)は、上述したように、各波長（又は各波長に対応する検出器のピクセル）についてのＣＰＳペンの距離依存性の伝達関数として考えることができる。理想の測定プロファイルの信号データ５１０および対応する測定距離指示座標５１０-DICは、信号５２０には含まれていないことが強調されるべきである。むしろ、これらの信号データおよび座標は、グラフ５００のセグメント５５０についての説明を補助するために、図６にのみ設けられている。セグメント５５０に基づく説明は、図６Ａ，６Ｂを参照して以下に続く。

【0068】

図６Ａ，６Ｂは、図５のグラフのセグメント５５０を含んでいる線図６００Ａ，６００Ｂであり、ＣＰＳサブシステム（光源＋検出器）についての未処理の強度プロファイル信号５２０を含んでいる。代表的で理想的な測定プロファイルの信号データ５１０、及び、これに対応する理想の距離指示座標５１０-DICは、先に記載した通りである。図６Ａ，６Ｂは、また、標準的な又は基準となるプロファイル信号データのセットを表わす基準のプロファイル信号６４０も含んでいる。プロファイル信号データのセットは、特許文献１で教示され、また上述したように、校正のために使用される。（例えば、図４のように、距離校正データ４１０を成立させるために使用される実際の又は補正された強度プロファイル信号に対応している。）基準となるプロファイル信号６４０は、図５に示した信号変動成分５３０、又は、校正に使用される実際のプロファイル（例えば式（４）に表わされたように、）とおおよそ同じである。

【0069】

しかし、より一般的には、基準となるプロファイル信号６４０は、理想的な又は標準化されたプロファイル（例えば、平坦なプロファイル）に置き換え可能である。先に示したように、未処理の強度プロファイル信号５２０は、サブシステム（光源＋検出器）１６１を特徴付ける信号ＳＤＳＳ_P^RAWのセットに対応している。また、理想の測定プロファイルの信号データ５１０は、基準となる又は標準化された強度プロファイルに、項ＫPEN_P(Z)を乗算したものに対応している。この項ＫPEN_P(Z)は、検出器の各ピクセルＰでの波長（又は複数の波長）を表わすための、ＣＰＳペン（例えば光学ペン１２０）の距離依存性の伝達関数であると考えられる。

【0070】

式（５）は、ＣＰＳサブシステム（光源＋検出器）によって生成された未処理の又は標準化されていない強度プロファイルと、光学ペンについての距離依存性の伝達関数ＫPEN_P(Z)と、を乗算したデータＭＳ_P^RAW(Z)のセットを表わしており、光学ペンから距離Ｚの位置にあるワーク表面を表わすためのものである。これは、図６Ａの未処理の測定プロファイルの信号データ５１０Ａに対応する。図６Ａに示すように、ある特定のサブシステム（光源＋検出器）１６１での波長依存性の変動（信号５２０に反映させた。）は、未処理の測定プロファイルの信号データ５１０Ａのピーク領域の形状に表れる、対応した固有の不規則性および非対称性の原因となる。この波長依存性の変動は、理想の測定プロファイルの信号データ５１０のピーク領域に関係する固有の方法で、未処理の信号データ５１０Ａのピーク領域を歪ませている。ここで、理想の信号データ５１０のピーク領域は、基準となる又は標準化された強度プロファイルに、光学ペンの距離依存性の伝達関数項ＫPEN_P(Z)を乗算したものに対応している。

【0071】

当然ながら、固有の歪みを有する未処理の測定プロファイルの信号データ５１０Ａに対して決定される距離表示座標５１０Ａ-DICは、サブシステム（光源＋検出器）に特有のものとなり、歪みのない理想の測定プロファイルの信号データ５１０に対応する距離表示座標５１０-DICと一致しない。例えば、Ｚ方向への比較的小さな変化に対応して、測定プロファイルの信号データ５１０の位置が比較的小さくシフト（例えば、図６Ａおよび６Ｂでのピクセル２０個分の左側へのシフト）した場合、未処理の測定プロファイルの信号データ５１０Ａの形状が劇的に変化するということに留意する。そのため、結果として生成される距離表示座標（ＤＩＣ）の相対的な位置は、Ｚ方向の小さな変化と比較してかなり不規則に変化する。多くの従来技術において、理由も無くピーク領域が比較的狭いと仮定されている。また、それゆえに、このような形状の歪みや非対称性の重要性は、ＣＰＳの設計又は信号処理において、十分には説明されていない。（例えば、ピクセル数個分の幅のピークは、顕著な歪み又は非対称性を示すものではないと仮定されるといったこと等である。）

【0072】

図６Ｂは、特許文献１に含まれる技術により改良された信号処理方法の結果を示す。図６Ｂでは、サブシステム（光源＋検出器）１６１を特徴付ける信号ＳＤＳＳ_P^RAWの変動が、基準となるプロファイル（例えば、基準となるプロファイル信号６４０によって代表される）に関連して、除去又は補正されている。前に定義した命名規則を使用すると、基準となるプロファイル信号６４０は、信号ＳＤＳＳ_P^REFのセットに対応している。補正された測定プロファイルの信号データ５１０Ｂは、信号ＭＳ_P^COM(Z)のセットに対応している。つまり、信号ＭＳ_P^COM(Z)は次の式（６）となる。

【0073】

【数6】

【0074】

図６Ｂに示すように、ＭＳ_P^COM(Z)信号のセットに対応している補正された測定プロファイルの信号データ５１０Ｂのピーク領域は、理想の測定プロファイルの信号データ５１０に名目上、一致する。なぜなら、ＳＤＳＳ_P^REF信号から構成されるプロファイルは、基準となるプロファイル信号６４０に名目上、一致しているからである。したがって、補正された測定プロファイルの信号データ５１０Ｂに対応する距離表示座標５１０Ｂ-DICは、理想の測定プロファイルの信号データ５１０に対応する距離表示座標５１０-DICと一層ぴったりと一致する。

【0075】

将来の参照のために、これらの信号に基づいて得ることができる補正因子ＫCOMP_Pのセットを、次の式（７）のように定義する。

【数7】

【0076】

すなわち、（例えば距離校正に使用するような）基準のセットであれば、そのプロファイル又はＳＤＳＳ_P^REF信号のセットは既知であるから、そのプロファイル又は未処理のＳＤＳＳ_P^RAW信号のセットも既知とすることができる。特許文献１に教示されているように、及び／又は、ここで開示されているように、プロファイル又は未処理のＳＤＳＳ_P^RAW信号のセットを測定することができ、その後、補正因子ＫCOMP_Pのセットを決定することができるからである。この補正因子ＫCOMP_Pのセットは、距離校正データ（例えば、距離校正データ４１０）に一致するように、未処理の測定信号値ＭＳ_P^RAW(Z)を、補正された測定信号値ＭＳ_P^COM(Z)に変換する。

【0077】

式（７）の関係を使用して、式（６）を次の式（８）のように書き換えることができる。

【数8】

【0078】

式（８）と式（５）を組み合せて、次の式（９）が得られる。

【数9】

【0079】

先に示したように、本発明の目的は、材料の分光反射特性に関係付けられる誤差を補正するために、補正データを使用することである。（また、いくつかの実施形態では、他の距離非依存性のプロファイル成分に伴って生じる誤差のためでもある。）いくつかの実施形態では、ＣＰＳシステムは、ワーク特有の補正データを決定するために、特定の出力プロファイルデータを提供してそのデータを分析する場合にも利用される。以下により詳細に説明するように、そのワーク特有の補正データは、材料の分光反射特性などに伴って生じる誤差を補正するためのものである。特許文献１及び／又は前述の数式は、材料の分光反射特性に起因する誤差を考慮していない。そのような誤差の原因は、図７を参照することで理解され得る。

【0080】

図７は、異なる種類のワーク材料の分光反射率を説明するグラフ７００の線図である。これらの分光反射率は、材料成分・入射角、光源特性に応じて幾つかの波長において顕著に変化する。図７は、アルミニウム製のミラーの分光反射率の曲線７１０、金製のミラーの分光反射率の曲線７２０及び銀製のミラーの分光反射率の曲線７３０を示す。全ての分光反射率の曲線は、通常の入射角で測定されたものである。図示の通り、材料の反射率は波長に依存する。特徴的な例として、通常のＣＰＳ波長検出器の検出範囲内で波長が５００ｎｍから６００ｎｍに変化すると、金の反射率が６０％から９５％まで変化する。そのような因子は、ある特定の適用において（例えば、精密測定が必要となる電子機器産業や半導体産業で、金が広く利用されている場合）、特に妥当であるといえることが好ましい。アルミニウム製のミラーの分光反射率の曲線７１０が比較的平坦であることにより、ある実施形態においては、アルミニウム製のミラーが校正動作に適したものとなることも、特記すべきである。

【0081】

他のタイプの表面材料（例えば、塗装された表面、薄いフィルム、絶縁材料、樹脂など）は、もっと複雑で予測できない分光反射率を有する。（例えば、先に図６Ａを参照して議論した歪みと同様に、）上記で議論した材料の分光反射特性が、異なる他の材料においても、結果として生じる未処理の強度プロファイルの信号中に異なる歪みを生じさせる原因になることが分かる。その歪みは、ＣＰＳシステムの校正条件に関連して、波長ピークの位置及びＤＩＣを誤らせる原因になる。

【0082】

特許文献１の開示では、材料の分光反射特性に起因する誤差について言及されていない。さらに、そのような誤差を補正するために利用できる構成についても開示されていない。そのような誤差について記載し説明するため、上述した様々な数式を変形する。特に、距離非依存性のプロファイル又はスペクトル形状について、それらの決定又は補正を表わすためには、式（４）を理解しなければならない。（例えば、式（４）中のＳＩ_P^RAW項で示される光源のスペクトルに起因するプロファイル成分、及び、ＤＧ_P^RAW項で示される検出器の利得に起因するプロファイル成分である。）すなわち、光学ペンによって決定され又は与えられた距離依存性のプロファイル成分のＫPEN_P(Z)項と対比すると、式（４）のその項は、ワークまでの測定距離に依存していない。材料の分光反射特性は、他の距離非依存性のプロファイル成分またはスペクトル形状の決定とみなされる。それゆえ、式（４）を変形して、ワーク表面（及び／又は、校正表面）の材料の分光反射特性を、次の式（１０）にて説明する。

【0083】

【数10】

【0084】

式中のＳＤＳＳ(MAT)_P^RAW信号は、サブシステム（光源＋検出器）１６１に関連付けられた距離非依存性の未処理の強度プロファイルを特徴付けている。このサブシステム１６１は、ＭＡＴ材料（例えばアルミニウム、金等）で形成された個々のワーク表面（又は校正表面）と組み合せて使用される。材料の波長因子ＭＷＦ(MAT)_Pは、検出器のピクセルＰに対応する波長での（例えば図７のような）材料の相対的な反射率を特徴付ける因子（正規化された因子）であるとして理解される。上記説明に基づいて、ワーク表面の材料の影響を表わすために、式（５）を変形したものが次の式（１１）であることが理解される。

【0085】

【数11】

【0086】

また、ワーク表面の材料の影響を表わすために、式（７）を変形したものが次の式（１２）であることが理解される。

【数12】

【0087】

式（１２）の関係を使用して、式（６）を次の式（１３）のように書き換えることができる。

【数13】

【0088】

式（１１）と式（１３）を組み合せて、次の式（１４）が得られる。

【数14】

【0089】

先に式（８）と式（９）についての議論と類似するが、ワーク材料特有の距離非依存性のプロファイル成分補正データＫCOMP(MAT)ｐのセットは、次のように決定される。つまり、補正データＫCOMP(MAT)ｐのセットが距離校正データ（例えば、距離校正データ４１０）に一致するように、特有のワーク材料から生じた未処理の測定信号値ＭＳ(MAT)_P^RAW(Z)を、補正された測定信号値ＭＳ_P^COM(Z)に変換することによる。

【0090】

特許文献１は、式（４）及び式（１０）を参照して記載されている光源及び検出器のＳＩ_P^RAW項、及びＤＧ_P^RAW項を特徴付けるために、及び／又は、これらを補正するために、「バイパス」方法を教示している。しかし、特許文献１は、式（４）及び式（１０）中の材料特有のＭＷＦ(MAT)_P項、又は、式（１１）〜式（１４）中に反映されているような付随する材料特有の因子については、扱っていない。材料の反射率特性および付随する誤差は、特許文献１では無視されている。また、特許文献１で教示されているように光学ペンをバイパスするその校正及び／又は補正の「バイパス」方法は、ワーク表面もバイパスするものである。このように、特許文献１は、ワーク表面に関する材料の反射率データを収集する方法を何も提案していないし、付随する誤差を認めるためのものでも、又はそれを修正するためのものでもない。

【0091】

仮に、測定用と見なされたワーク表面を形成している材料が何であるかを知っていれば、有効な材料固有の項ＭＷＦ(MAT)_Pを決定するための１つの方法は、既知の予め決められたデータを使用して決定することである。その既知のデータとは、同一のワーク表面の材料についての波長依存性の反射率の変動を特徴付けるデータのことである。先に議論したような１つの例として、図７は、既知の分光反射率のデータを説明するものである。この既知のデータは、異なるタイプのワーク材料における波長の関数を表わすものである。ＣＰＳシステムの波長検出器のどのピクセルがどの波長に対応するものであるかを、校正または設計によって、知っておくことが好ましい。それゆえ、図７中の材料に対する個々の波長で示された「反射率（％）」値を使用すること、対応するピクセルＰに関連させてその値を（例えば、記憶部１６８に）記憶させること、および、そのようなデータをそのピクセルについて材料特有のＭＷＦ(MAT)_P項として使用することなどを、その材料および検出器の各ピクセルについて、実行することができる。そのようなデータは、距離非依存性のプロファイル成分補正データを定義している。この補正データは、潜在的な測定距離誤差について出力スペクトルデータを補正するのに利用できるデータからなる。潜在的な測定距離誤差には、識別したワーク表面に対応するワーク材料成分に関連する距離非依存性のプロファイル成分の誤差が含まれる。ワーク特定の補正部１６７は、ワーク材料成分に関連する誤差の補正に、そのようなデータを適用することができる。

【0092】

様々な実施形態においては、未処理の強度プロファイルの信号中の材料に関する歪みを除去するために、ピーク位置及びＤＩＣを決定することに先行して、それらの距離非依存性の成分（ワーク材料の成分を含む）についての未処理の強度プロファイルの信号を補正することが望ましい。その結果、補正された強度プロファイルの信号は、ＤＩＣ及びそれに対応する距離測定値の関係を決定するのに使用される校正条件に対応したものになる。
先に考慮したように、特許文献１には、光源と検出器のＳＩ_P^RAW項とＤＧ_P^RAW項とを特徴付けて、これらを補正するための「バイパス」方法が教示されている。そのため、式（１０）の右側にある全ての項は、ＣＰＳシステムの電子機器部において特徴付けられて、補正される。例えば、式（１０）〜式（１４）を参照して上記で説明した考え方を実行すればよい。図７に示されたデータを、「反射率（％）」の他にも、様々な方法で特徴付けてもよい。例えば、個々の材料についてのその値は、正規化されているとよい。この正規化は、反射率の最大値が１となるように、また、他の値が波長又は対応するピクセルの関数として正規化された反射率の係数になるように、行なわれるとよい。様々な項（ＭＷＦ(MAT)_P、ＳＩ_P^RAWおよびＤＧ_P^RAW）によって表わされる補正データは、距離非依存性の成分の様々な要素について補正するために、別々に、記憶され、及び／又は、適用されるとよい。その他の実施形態として、様々な項（ＭＷＦ(MAT)_P、ＳＩ_P^RAWおよびＤＧ_P^RAW）によって表わされる補正データは、距離非依存性の成分の全ての要素について同時に補正するために、関数的に組み合せられて、記憶及び／又は適用されるとよい。（例えば、補正のＫCOMP(MAT)ｐ項について先に説明したように。）

【0093】

図８は、補正データＫCOMP(MAT)ｐを決定する方法を説明している。その補正データＫCOMP(MAT)ｐは、距離非依存性のプロファイル成分の全ての誤差から構成される出力プロファイルデータを補正するのに使用することができる。その距離非依存性のプロファイル成分の全ての誤差は、ワーク材料成分に関連する誤差を含んでいる。図８は、距離非依存性の光路を形成するために、先に図１を参照して記載したＣＰＳ電子機器部１６０及び接続された様々な構成要素を、非拡散性のアタッチメント８３０と組み合わせて使用する場合について説明しているブロック図８００である。すなわち、ブロック図８００に示されたそのシステムは、光学ペンを含まない。また、そのシステムの出力スペクトルプロファイルにおいて距離依存性の波長ピークを形成しない。かなり、異なる距離の位置で異なる波長光の焦点を結ぶように形成されていない非拡散性のアタッチメント８３０を使用することによって、その出力スペクトルプロファイルは、名目上、距離非依存性のプロファイル成分だけを含んでいる。

【0094】

図８に示された個々の実施形態中、非拡散性のアタッチメント８３０は、筐体アッセンブリ８３２によって構成されている。この筐体アッセンブリ８３２は、搭載されたコリメートレンズ８３１（又は、おおよそ平行光化機能を有するレンズ）を含む。そのコリメートレンズ８３１は、材料表面１７０’へおおよそ平行光束を出力するのによく用いられ、校正データが望まれている典型的な材料から構成されている。様々な実施例において、その典型的な材料は、識別したワークの被測定面の材料でも、時間的に後で識別したワークの被測定面の材料に相当する材料などでもよい。

【0095】

動作中、材料は、光路を通ったＣＰＳ光源からの光８９０を受ける。その光路は、通常動作での光路部分および非拡散性のアタッチメント８３０によって構成され、光８９０を反射してその光路を通して波長検出器に戻す。その波長検出器は、出力プロファイルデータを出力する。その出力スペクトルプロファイルデータは、距離非依存性の出力スペクトルプロファイルデータであり、距離非依存性のプロファイル成分補正データを決定するために、ＣＰＳ電子機器部１６０（又は、代わりにホストシステム）によって分析され得る。図８に示された構成のために、ＳＩ_P^RAW項およびＤＧ_P^RAW項によって表されたプロファイル成分は、ＭＷＦ(MAT)_P項によって表されたワーク材料の成分と同様に、距離非依存性の出力プロファイル中に全く同時に存在している。それゆえ、結果として生じる距離非依存性のプロファイル成分補正データは、組み合わされたこれら全ての項について、補正する場合に使用できる。この組み合わされたこれら全ての項には、典型的な材料と同様に、ワーク材料の反射率に関連付けられた誤差が含まれている。補正データを決定するための分析に関しては、前述の数式の見地から、（例えば、距離の校正用に使われているように）基準となるセットであるためにそれらのプロファイル又はＳＤＳＳ_P^REF信号のセットが既知であるから、

【0096】

また、ここで記載されているように測定可能であるためにそれらのプロファイル又は未処理のＳＤＳＳ(MAT)_P^RAW信号のセットが既知であるから、その後、距離非依存性のプロファイル成分補正データＫCOMP(MAT)ｐのセットは、決定され得る。その決定方法は、典型的な材料と同様のワーク材料に起因する未処理の測定信号値ＭＳ(MAT)_P^RAW(Z)（出力スペクトルプロファイルデータを形成している。）を、補正された測定信号値ＭＳ_P^COM(Z)に変換する。これは、距離校正データ（例えば、距離校正データ４１０）と一致するようにするためである。

【0097】

図９は、距離非依存性のプロファイル成分補正データＫCOMP(MAT)_Pのセットを決定する他の方法を説明するのに便利な図式を提供するものである。その補正データＫCOMP(MAT)_Pのセットは、潜在的な測定距離誤差のための出力スペクトルプロファイルデータを補正するために使用できる。ここで、潜在的な測定距離誤差は、全ての距離非依存性のプロファイル成分の誤差を含んでいる。図９は、ピーク波長の走査動作中に得られたピーク領域の信号例（信号９１０、９２０及び９３０）を説明するグラフ９００の線図を示す。手短に言うと、走査動作においては、典型的な材料の被測定面に関連して、（複数の測定距離について、）Ｚ軸方向に沿って光学ペン又は測定表面を走査する。この工程中、波長検出器の測定軸に沿ってＺ位置に対応する波長及び／又はピクセル位置において、当該Ｚ位置に関するスペクトルピークが生成される。個々の測定距離でのピーク波長について、共焦点系の光学配置を通じてその正確な波長（光）がおおよそ理想的に焦点を結んでいて、その結果、光学的な信号がピーク波長又そのピクセルのために光学ペンによって空間的にフィルタリングされるようになっていることが好ましい。

【0098】

このように、ピーク波長又はそのピクセルから離れている波長と違って、その波長は、光学ペンによってもたらされる距離依存性の空間的なフィルタリングを原因とする減衰していない。この意味において、その正確なピーク波長又はそのピクセルで、「距離依存性のプロファイル成分」を生成中の光学ペンの影響が生じなくなる。このように、ＣＰＳシステムを使用することによって、位置決めされた（配置された）材料に関連して、ＣＰＳ光学ペンの測定範囲に沿って配置されている複数の各々の距離に対応した複数回の測定動作を実行するために、以下のことが可能となった。つまり、その複数回の測定動作が、例えばピーク領域の信号９１０、９２０及び９３０の波長ピーク９１０Ｐ、９２０Ｐ及び９３０Ｐのように、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って配置された複数の波長ピークを含む対応する複数の出力スペクトルプロファイルデータを提供することができる。それぞれの波長ピークが、名目上、距離依存性のプロファイル成分の影響によって減衰されないことを理由に、それらが、「混合された」距離非依存性のプロファイル成分５２０’に沿ったサンプルのデータ位置を表わすものとみなすことができる。

【0099】

一実施形態において、図３を参照して上述したように波長ピーク又はピークピクセルの位置によって、及び、そのピーク位置での信号値を決定することによって、当該波長ピーク又はピークピクセルでの信号値が決定される。代替として、幾つかの実施形態では、小さな残存誤差を減少させるために、前述の手順の中で帰納的方法が使用される。説明の都合上、図９中にはたった３つの波長ピークしか示されていないが、実際には、ピーク波長の走査動作の間に、所望のピクセル数で混合された距離非依存性のプロファイル成分を特徴付けるために、より多数のピーク波長が得られるようになっていることが好ましい。望まれる場合は、混合された距離非依存性のプロファイル成分が、ほとんどの又は全ての検出器のピクセルで特徴付けられるようにすることができる。例えば、ある実施例では、ピーク波長の走査動作が、光学ペン及び典型的な材料のうちの一方を連続的に移動させる工程と、その移動中にＣＰＳシステムを連続的に動作させる工程とを構成している。この連続的に移動させる工程は、ＣＰＳ光学ペンの測定範囲に沿って配置されたそれぞれ大多数の距離を供給するために行なわれる。また、連続的に動作させる工程は、ほとんどの又は全てのピクセル位置においてピーク波長を提供する目的で、大多数の測定動作を実行するために行なわれる。

【0100】

どのケースでも、結果として生じる距離依存性のプロファイルデータは、距離非依存性のプロファイル成分補正データを決定するために、ＣＰＳ電子機器部１６０（又は代替としてホストシステム）によって分析され得る。図９に示された構成では、ＭＷＦ(MAT)_P項で表わされたワーク材料の成分と同様に、ＳＩ_P^RAW項及びＤＧ_P^RAW項によって表わされた距離非依存性のプロファイル成分は、混合された距離非依存性の出力プロファイル中に、全く同時に存在している。それゆえ、結果として生じる距離非依存性のプロファイル成分補正データは、組み合わされたこれら全ての項について、補正する場合に使用できる。この組み合わされたこれら全ての項には、典型的な材料と同様に、ワーク材料の反射率に関連付けられた誤差が含まれている。補正データを決定するための分析に関しては、先に記載した数式の見地から、（例えば、距離の校正用に使われているように）基準となるセットであるためにそれらのプロファイル又はＳＤＳＳ_P^REF信号のセットが既知であるから、また、上述のように測定可能であるために混合された距離非依存性のプロファイル又は未処理のＳＤＳＳ(MAT)_P^RAW信号の又はセット（それぞれ正確なピーク波長の信号から引き出されたものである。）が既知であるから、その後、距離非依存性のプロファイル成分補正データＫCOMP(MAT) _Pのセットは、決定され得る。その決定方法は、典型的な材料と同様のワーク材料に起因する未処理の測定信号値ＭＳ(MAT)_P^RAW(Z)（出力スペクトルプロファイルデータを形成している。）を、補正された測定信号値ＭＳ_P^COM(Z)に変換する。これは、距離校正データ（例えば、距離校正データ４１０）と一致するようにするためである。

【0101】

距離非依存性のプロファイル成分補正データのセットＫCOMP(MAT) _Pは、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って配置された複数のピクセル位置についての、ＳＤＳＳ_P^REF信号のセットによって表わされる距離非依存性の校正プロファイル成分と、混合された距離非依存性のプロファイル又は未処理のＳＤＳＳ(MAT)_P^RAW信号のセットによって一組の割当てとして表わされる距離非依存性のプロファイル成分との間での差を特徴付けている。しかし、他の実施形態では、距離非依存性のプロファイル成分補正データのセットは、ＳＤＳＳ_P^REF信号のセットによって表わされる距離非依存性の校正プロファイル成分と、混合された距離非依存性のプロファイル又は未処理のＳＤＳＳ(MAT)_P^RAW信号のセットによって、そのプロファイル成分間の正規化強度の一組の差分として、又は、ピクセル位置の連続関数などとして、表わされる距離非依存性のプロファイル成分との間での差分を特徴付け得ることが好ましい。より一般的には、幾つかの実施形態又は順次他の実施形態において、ここでの開示に基づいて、式（１０）の個々の項を特徴付けるための、及び／又は、基準となるプロファイル又はＳＤＳＳ_P^REF信号のセットを特徴付けるための様々な方法があること、および、様々は距離非依存性のプロファイル成分又は形状の配置が決定され得て、個々に補正され得ることが好ましい。前述の数式及び方法は、説明的なものであって、かつ、例示的なものに過ぎず、これらに制限されるものではない。

【0102】

図１０は、上述したようなピーク波長の走査動作を使用することによって得られたデータを説明するグラフ１０００の線図である。このデータは、金製ミラーに関連付けられる距離非依存性のプロファイル成分が現れている距離非依存性のスペクトルプロファイル１０２０、アルミニウム製ミラーに関連付けられる距離非依存性のプロファイル成分が現れている距離非依存性のスペクトルプロファイル１０２０’を示している。この金製ミラーは、第１のピーク波長の走査動作用に使われる。アルミニウム製ミラーは、第２のピーク波長の走査動作用に使われる。図１０は、また、それぞれのピクセルでのプロファイル１０２０及び１０２０’間の比率を説明するための比率データ１０３０も示している。説明の都合上、一実施形態では、図４を参照して記載したような距離校正データの決定用に、金製ミラーを用いている。また、金製ミラーの距離非依存性のスペクトルプロファイル１０２０は、それから、金製ミラー材料と組み合せたサブシステム（光源＋検出器）を特徴付ける校正信号ＳＤＳＳ_P^REFのセットを定義するものとみなされ得る。比率データ１０３０は、式（１２）を参照して記載されているように、ワーク特有の又は材料特有の距離非依存性のプロファイル成分補正データＫCOMP(ALUM)_Pのセットであるとして定義付けられ得る。

【0103】

実験の結果、仮に金製ミラーが距離校正データを確立するのに使用されたならば、及び仮にアルミニウム表面からの出力スペクトルプロファイルデータが補正データＫCOMP(MAT)_Pを使って補正されなければ、３００μｍの測定範囲のＣＰＳシステムによるいくつかの測定距離において、材料の反射率の影響を原因とするおおよそ１マイクロメートル（１μｍ）の大きさの測定誤差が結果として生じることが説明されている。これに対して、距離表示座標（ＤＩＣ）から校正された測定距離への変換に先行して、アルミニウム表面からの出力スペクトルプロファイルデータが、補正データＫCOMP(MAT)_Pを使って補正されるときは、測定誤差は、３００μｍの測定範囲のどこにおいても、ナノメートルの桁（例えば１０ナノメートル）のレベルまで低減される。

【0104】

図１１は、距離非依存性のプロファイル成分補正データを決定するために、ピーク波長の走査動作を利用する例示的なルーチン１１００を説明するためのフロー図である。この距離非依存性のプロファイル成分補正データは、ワーク材料の反射率に関係付けられる誤差を含む誤差のために、出力スペクトルプロファイルデータを補正するために使用することができる。いくつかの実施形態では、本発明による誤差補正因子の決定方法は、ＣＰＳ電子機器部の動作によって（例えば、信号演算器１６６の制御下で実施される、記憶部１６８内に存在するルーチンの実行によって）、実施され得る。ＣＰＳ電子機器部は、所望であれば、誤差補正因子の決定モードをアクティブ化する手段を含み得る。この誤差補正因子の決定モードは、ＣＰＳの通常測定の動作モードとは対照的に、例えば式（１０）〜式（１４）を参照して説明したような考えに従って補正データを決定するために動作する。他の実施形態において、本発明による誤差補正の因子の決定方法は、ＣＰＳ電子機器部に接続された対話型のホストシステム（例えば、汎用パーソナルコンピュータ）により実施されるようにすることができる。

【0105】

図１１に示すように、ブロック１１０５において、光学ペン、光源およびＣＰＳ電子機器部を備えたＣＰＳシステムが提供される。ＣＰＳ電子機器部は、波長検出器を含んでいて、出力スペクトルプロファイルデータ及び距離校正データを供給する。ここで、出力スペクトルプロファイルデータは、光学ペンからワーク表面までの測定距離を表わすピーク波長を有する距離依存性のプロファイル成分と、ワーク表面の材料の波長依存性の反射率の変動に起因するワーク材料成分を含む距離非依存性のプロファイル成分とから構成される。また、距離校正データは、ピーク波長に対応する距離表示座標（ＤＩＣ）を対応する距離測定値に変換するために使用される。

【0106】

ブロック１１１０において、ＣＰＳ光学ペンに対して材料が測定可能に位置決めされる。ここで、位置決めされた材料は、（ａ）識別したワーク表面の材料、及び（ｂ）識別したワーク表面の材料に相当する材料のうちの１つである。

【0107】

ブロック１１１５において、ピーク波長の走査動作が実行される。このピーク波長の走査動作は、位置決めされた材料に関連してＣＰＳ光学ペンの測定範囲に沿って配置された複数の個々の距離に応じて複数回の測定動作を実行するために、ＣＰＳシステムを使用する工程を含む。この複数回の測定動作は、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って分布する複数のピーク波長を含んだ、対応する複数の出力スペクトルプロファイルデータを提供する。ブロック１１２５において、位置決めされた材料の測定に伴って生じる距離非依存性のプロファイル成分は、ＣＰＳ波長検出器の測定軸に沿って分布する複数のピーク波長に基づいて決定される。様々な実施形態では、ブロック１１１５及び１１２５の動作が、例えば、先に図９を参照して説明した考えに基づいて実行されてもよい。

【0108】

ブロック１１３０において、位置決めされた材料の測定に伴って生じる距離非依存性のプロファイル成分と、距離校正データに関連付けられた距離非依存性の校正プロファイル成分との間の差が決定される。また、位置決めされた材料と同じ材料からなる表面の測定の結果生じる出力スペクトルプロファイルデータに適用するときに、上記の決定された差を補正することができるように、距離非依存性のプロファイル成分補正データが決定される。様々な実施形態では、ブロック１１３０の動作が、例えば、先に図１０を参照して説明した考えに基づいて実行されてもよい。

【0109】

ブロック１１３５において、決定された距離非依存性のプロファイル成分補正データが、その材料及び識別した材料のうちの少なくとも一つに対応するようにして記憶される。その結果、ＣＰＳシステムによって、出力スペクトルプロファイルデータのピーク波長を決定する前に、同様の材料のワーク表面の測定によって生じる出力スペクトルプロファイルデータを補正するために、その補正データを使用することができる。結果として生じるピーク波長の距離表示座標ＤＩＣが、距離表示座標ＤＩＣを測定距離に変換するための距離校正データと組合せて適切に使用できるように、そのピーク波長は、補正された測定データに基づいている。言い換えると、名目上、測定距離が、他にワーク材料の変動によって生じる誤差を含まないようにするために、ピーク波長と距離表示座標ＤＩＣは、補正されたデータに基づいている。一実施形態として、誤差の補正データが、ルックアップテーブルの形式で保存されていてもよい。しかし、他の実施形態として、誤差の補正データは、便利で機能的に相似する形式であればどのような形式で提供されてもよい。（例えば、多項式の関数などの形式でもよい。）

【0110】

図１２は、距離非依存性のプロファイル成分補正データを使用して、クロマティックポイントセンサを動作させるための、例示的なルーチン１２００を説明するためのフロー図である。この距離非依存性のプロファイル成分補正データは、ワーク材料の反射率に関係付けられる誤差を含む誤差のために、出力スペクトルプロファイルデータを補正するために使用することができる。図１２に示すように、ブロック１２０５において、光学ペン、光源およびＣＰＳ電子機器部を備えたＣＰＳシステムが提供される。ＣＰＳ電子機器部は、波長検出器を含んでいて、出力スペクトルプロファイルデータ及び距離校正データを供給する。ここで、出力スペクトルプロファイルデータは、光学ペンからワーク表面までの測定距離を表わすピーク波長を有する距離依存性のプロファイル成分と、ワーク表面の材料の波長依存性の反射率の変動に起因するワーク材料成分を含む距離非依存性のプロファイル成分とから構成される。また、距離校正データは、ピーク波長に対応する距離表示座標（ＤＩＣ）を対応する距離測定値に変換するために使用される。

【0111】

ブロック１２１０において、ワークの被測定面を識別する。ＣＰＳシステムは、識別したワーク表面上で測定動作を実行して、出力スペクトルプロファイルデータを提供するために、動作する。ブロック１２１０の動作は、ＣＰＳの既知の動作方法に従って、及び／又は、先に本書で開示された方法によって、実行される。

【0112】

ブロック１２１５において、少なくともＣＰＳ電子機器部は、距離非依存性のプロファイル成分補正データを定義するために、実行される。この距離非依存性のプロファイル成分補正データは、出力スペクトルプロファイルデータを補正するのに使用できるデータから構成されている。その補正は、識別したワーク表面に対応するワーク材料成分に関連する誤差からなる、潜在的な測定距離誤差のために行なわれる。様々な実施形態及び／又は適用において、ブロック１２１５の動作が、先に本書で開示した方法の一つと同様の方法で、実行されてもよい。例えば、一実施形態では、距離非依存性のプロファイル成分補正データを定義する工程は、識別したワーク表面の材料についての波長依存性の反射率の変動を特徴付けるために予め定められたデータの入力工程と、その予め定められた入力データに基づく距離非依存性のプロファイル成分補正データを決定する工程とから構成されている。

【0113】

幾つかの実施形態では、識別したワーク表面に使用されている材料のタイプを特徴付けるものとして、（例えば、一般的に知られ、及び／又は、公表されている）標準的なスペクトルの反射率データによって、予め定めるデータが構成されていてもよい。他の実施形態では、距離非依存性のプロファイル成分補正データを定義する動作が、図１１を参照して先に説明したようなピーク波長の走査動作部分を実行する工程、又は、ここで開示される動作に相似の動作の工程から構成されている。他の実施形態では、距離非依存性のプロファイル成分補正データを定義する動作が、図８を参照して先に説明したような動作を実行する工程から構成されている。その動作において、ＣＰＳ電子機器部は、異なる波長光を異なる距離で合焦させるためには形成されていない光路と、典型的な材料と組み合わせられている。また、ＣＰＳ電子機器部は、距離非依存性の出力スペクトルプロファイルデータを提供するために使用される。距離非依存性のプロファイル成分補正データは、その距離非依存性の出力スペクトルプロファイルデータに基づいて決定される。

【0114】

ブロック１２２０において、距離非依存性のプロファイル成分補正データは、所望であれば、例えば、ＣＰＳ電子機器部内、又は、マシンビジョン検査システム若しくは座標測定装置の１つであるホストシステム内で実施されるような、式（１０）〜式（１４）を参照して説明したような考えに従って、識別したワーク表面に起因する出力スペクトルプロファイルデータを補正する場合に、適用される。なお、マシンビジョン検査システムや座標測定装置のようなホストシステムで用いる場合は、該マシンビジョン検査システムや座標測定装置で検査するワークの被検査面に対して光学ペン１２０が位置決め可能に搭載される。そしてホストシステムによって光学ペン１２０が該被検査面（材料）に対して相対移動される。

【0115】

ブロック１２２５において、ピーク波長に応じた距離表示座標が、ブロック１２２０の補正された出力スペクトルプロファイルデータに基づいて決定される。また、ブロック１２３０において、ＣＰＳ電子機器部が、決定された距離表示座標およびＣＰＳ距離校正データに基づいて、識別したワーク表面までの測定距離を決定するように動作される。ブロック１２２５及び１２３０の動作は、既知のＣＰＳの動作方法に従って、及び／又は、先に本書で開示されたような方法によって、実行され得る。

【0116】

本発明の好適な実施形態を示し説明したが、この開示に基づいて、図示し説明した動作の特徴および動作の順序に対する多くの変形が、当業者には明白である。したがって、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、本明細書に様々な変更を行い得ることが明らかである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】