特許 6519399 計測装置及びプログラム

(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】6519399

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年5月29日

(54)【発明の名称】計測装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20190520BHJP

   G01B 11/30 20060101ALI20190520BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/24 A

   G01B11/30 A

   G01B11/30 102Z

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-159804(P2015-159804)

(22)【出願日】2015年8月13日

(65)【公開番号】特開2017-37042(P2017-37042A)

(43)【公開日】2017年2月16日

【審査請求日】2018年6月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005496

【氏名又は名称】富士ゼロックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀田 宏之

【審査官】 櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０７２１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０４３７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２０５１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１９１９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１３０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１６７８３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−０１９８１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物へ照射する照射光を発光する発光部と、
前記発光部から発光された前記照射光の発散度合いを変える第１のレンズと、
前記第１のレンズから出射された前記照射光を絞る開口部を有する絞り部と、
前記開口部を通過した前記照射光を集光するとともに予め定められた方向から前記対象物に照射する第２のレンズと、
前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置され、前記照射光が前記対象物に照射されて反射し前記第２のレンズを透過した反射光の少なくとも一部を受光する受光部と、
前記受光部の受光結果を用いて前記対象物を計測する計測手段と、
前記対象物に替えて配置されると共に、前記第２のレンズから出射された前記照射光に対する角度を可変とされた反射体と、
前記反射体の前記照射光に対する傾斜角を変化させることにより前記受光部における受光位置を変え、前記受光位置ごとの受光結果を用いて前記発光部の発光光量及び前記受光部の受光感度の補正を行う補正手段と、
を含む計測装置。

【請求項2】

前記発光部は、前記予め定められた方向と交差する方向に配列された複数の発光素子を備え、
前記受光部は、前記予め定められた方向と交差する面内に配置された複数の受光素子を備え、
前記補正手段は、前記傾斜角ごとに前記複数の発光素子を順次発光させ、前記複数の受光素子ごとの前記複数の発光素子の受光光量を測定し、測定された受光光量を用いて前記発光部の発光光量及び前記受光部の受光感度の補正を行う
請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記補正手段は、前記複数の受光素子ごとの前記複数の発光素子の受光光量の各々を等しい値にする係数を算出し、前記発光部の発光光量及び前記受光部の受光感度の補正を一度に行う
請求項２に記載の計測装置。

【請求項4】

前記複数の受光素子の受光面と前記第２のレンズとの距離は前記第２のレンズの焦点距離と等しくされた
請求項２又は請求項３に記載の計測装置。

【請求項5】

前記反射体が、鏡面を有する反射体である
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項6】

前記開口部の開口の大きさが可変とされた
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項7】

前記開口部と前記第１のレンズとの距離は前記第１のレンズの焦点距離と等しくされ、かつ前記開口部と前記第２のレンズとの距離は前記第２のレンズの焦点距離と等しくされた
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の計測装置。

【請求項8】

コンピュータを、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の計測装置の計測手段、および補正手段として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計測装置及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、発光素子を含む照明光学系と、画像信号が入力され、照明光学系からの光線を画像信号に応じて変調する光変調素子と、画像を表示するスクリーンに光変調素子からの変調光を拡大投写する投写光学系とを有し、投写光学系は、光線をスクリーンに斜めに投写するために、光変調素子に対して光軸をずらして配置され、光変調素子からの変調光を拡大投射する投写レンズと、投写レンズから出射された光線を反射し、投写レンズからスクリーンまでの光線の経路の長い方の光線が反射する側に回動中心が設けられ、この回動中心を中心に回動することにより光線の角度を調整する平面ミラーと、平面ミラーからの光線を反射して拡大し、投写レンズからスクリーンまでの光線の経路の短い方の光線が反射する側に回動中心が設けられ、この回動中心を中心に回動することにより光線の角度を調整する曲面ミラーと、を含むことを特徴とする画像投写装置が開示されている。特許文献１に開示された画像投写装置においては、像の歪みをミラー調整で補正する技術を用いており、上端と下端の両方の位置ずれを補正するために、平面ミラーの角度を調整ネジで調整する。

【0003】

特許文献２には、光源と、光源からの光束を分岐する分岐手段と、分岐された光束のうちの一方を参照光として記録媒体に導く光学系と、分岐された光束のうちの他方を入射して、情報光を生成する空間光変調素子と、情報光を記録媒体に集光する対物レンズと、記録媒体からの光束を受光する画像受光素子とを備え、異なる方向から照射した参照光と情報光とを干渉させて記録媒体に情報を記録し、参照光を記録媒体に照射し、該記録媒体から出射する光束を画像受光素子に導き情報の再生を行う、２光束干渉方式を用いた光情報記録再生装置において、少なくとも参照光のズレを検出する検出器を有し、参照光の光路の延長線上において、記録・再生位置にある記録媒体を挟んで再生時に光源より参照光が入射する側と反対側に、平面ミラーが配置されており、平面ミラーは、記録媒体の再生時には、記録媒体に対向する第１の角度に回転変位し、参照光のズレ検出時には、第１の角度とは異なる第２の角度に回転変位するようになっていることを特徴とする光情報記録再生装置が開示されている。特許文献２に開示された光情報記録再生装置では、参照光のズレを補正するために、２枚のミラーの角度を変更する可動機構が設けられている。

【0004】

特許文献３には、ミラーにより被走査体へ導いた光ビームを該被走査体の主走査領域へ走査することにより情報を書込又は読取るもので、ミラーの向きにより被走査体上の少なくとも走査位置を補正可能とした光走査装置であって、光ビームを出射するビーム発生手段と、出射した光ビームを主走査方向へ走査する光偏向手段と、偏向される光ビームを被走査体面に集光させる集光レンズ系と、該集光レンズ系を経由する光ビームを反射して被走査体面へ導くミラーと、各部品を保持するためのハウジングと、を有し、ミラーが、該ミラーを保持するためのハウジングへ、主走査方向に沿う長尺方向に対し略垂直な第１の接合面と、該第１の接合面に対し略直角な第２の接合面とを介して接着されていることを特徴とする光走査装置が開示されている。特許文献３に開示された光走査装置では、走査位置を補正するために、ミラー角度を調整している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−１８６４３４号公報

【特許文献2】特開２０１０−１０８５６６号公報

【特許文献3】特開２００１−１９４６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、専用の光量計測装置あるいは光源を用いる場合と比較して、発光光量及び受光感度の補正が簡易に行える計測装置及びプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、請求項１に記載の計測装置は、対象物へ照射する照射光を発光する発光部と、前記発光部から発光された前記照射光の発散度合いを変える第１のレンズと、前記第１のレンズから出射された前記照射光を絞る開口部を有する絞り部と、前記開口部を通過した前記照射光を集光するとともに予め定められた方向から前記対象物に照射する第２のレンズと、前記絞り部と前記第２のレンズとの間に配置され、前記照射光が前記対象物に照射されて反射し前記第２のレンズを透過した反射光の少なくとも一部を受光する受光部と、前記受光部の受光結果を用いて前記対象物を計測する計測手段と、前記対象物に替えて配置されると共に、前記第２のレンズから出射された前記照射光に対する角度を可変とされた反射体と、前記反射体の前記照射光に対する傾斜角を変化させることにより前記受光部における受光位置を変え、前記受光位置ごとの受光結果を用いて前記発光部の発光光量及び前記受光部の受光感度の補正を行う補正手段と、を含むものである。

【0008】

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記発光部は、前記予め定められた方向と交差する方向に配列された複数の発光素子を備え、前記受光部は、前記予め定められた方向と交差する面内に配置された複数の受光素子を備え、前記補正手段は、前記傾斜角ごとに前記複数の発光素子を順次発光させ、前記複数の受光素子ごとの前記複数の発光素子の受光光量を測定し、測定された受光光量を用いて前記発光部の発光光量及び前記受光部の受光感度の補正を行うものである。

【0009】

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記補正手段は、前記複数の受光素子ごとの前記複数の発光素子の受光光量の各々を等しい値にする係数を算出し、前記発光部の発光光量及び前記受光部の受光感度の補正を一度に行うものである。

【0010】

また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記複数の受光素子の受光面と前記第２のレンズとの距離は前記第２のレンズの焦点距離と等しくされたものである。

【0011】

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記反射体が、鏡面を有する反射体であるものである。

【0012】

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、 前記開口部の開口の大きさが可変とされたものである。

【0013】

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記開口部と前記第１のレンズとの距離は前記第１のレンズの焦点距離と等しくされ、かつ前記開口部と前記第２のレンズとの距離は前記第２のレンズの焦点距離と等しくされたものである。

【0014】

上記目的を達成するために、請求項８に記載のプログラムは、コンピュータを、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の計測装置の計測手段、および補正手段として機能させるためのものである。

【発明の効果】

【0015】

請求項１および請求項８に記載の発明によれば、専用の光量計測装置あるいは光源を用いる場合と比較して、発光光量及び受光感度の補正が簡易に行える、という効果が得られる。

【0016】

請求項２に記載の発明によれば、発光素子を発光させるごとに反射体を傾斜させる場合と比較して、反射体の稼働時間が短くてすむ、という効果が得られる。

【0017】

請求項３に記載の発明によれば、発光部の発光光量の補正と、受光部の受光感度の補正とを個別に行う場合と比較して、補正に要する時間が短くされる、という効果が得られる。

【0018】

請求項４に記載の発明によれば、受光素子の受光面と第２のレンズとの距離を第２のレンズの焦点距離と異なる長さとした場合と比較して、対象物の位置が上下左右に変動しても、異なる照射光が対象物の同じ位置に照射されて、同じ出力分布が得られる、という効果が得られる。

【0019】

請求項５に記載の発明によれば、反射体が拡散面を有する反射体である場合と比較して、発光光量及び受光感度の補正がより精確になされる、という効果が得られる。

【0020】

請求項６に記載の発明によれば、開口部の開口の大きさが固定された場合と比較して、補正の精度に応じて照射光の照射径を調整しつつ発光光量及び受光感度の補正がなされる、という効果が得られる。

【0021】

請求項７に記載の発明によれば、開口部と第１のレンズとの距離を第１のレンズの焦点距離と異なる長さとした場合、又は記開口部と第２のレンズとの距離を第２のレンズの焦点距離と異なる長さとした場合と比較して、テレセントリックレンズが構成される、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１の実施の形態に係る計測装置の対象物の計測を行う場合の構成を示す図である。

【図2】第１の実施の形態に係る計測装置の対象物の計測を行う場合の反射光を示す図である。

【図3】第１の実施の形態に係る計測装置の発光・受光系の補正を行う場合の構成を示す図である。

【図4】第１の実施の形態に係る受光器の構成の一例を示す平面図である。

【図5】第１の実施の形態に係る制御部の構成の一例を示すブロック図である。

【図6】第１の実施の形態に係る発光器及び受光器の制御を説明するためのタイムチャートである。

【図7】第１の実施の形態に係る計測装置の動作を説明するための図である。

【図8】比較例に係る計測装置の発光・受光系補正を説明するための図である。

【図9】第１の実施の形態に係る計測装置の発光・受光系補正を行う場合の動作を示す図である。

【図10】第１の実施の形態に係る補正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

【図11】第１の実施の形態に係るシェーディング補正係数算出処理サブルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

【図12】第２の実施の形態に係る計測装置の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

［第１の実施の形態］
図１ないし図１１を参照して、本実施の形態について詳細に説明する。まず、図１ないし図３を参照して、本実施の形態に係る計測装置１０の構成の一例について説明する。図１および図２は、計測装置１０が対象物の計測を行う場合の構成を示し、図３は、計測装置１０の発光・受光系の補正を行う場合の構成を示している。

【0024】

図１に示すように、計測装置１０は、発光器１４、光学系３０、受光器１８、及び制御部２０を含んで構成されている。計測装置１０は、−Ｘ方向に移動する対象物ＯＢの微細領域にＺ軸方向から順次光を照射し、各照射光に対する反射光の反射角度分布（光量分布の反射角度依存性）を取得する。取得した反射角度分布を用い、対象物ＯＢの形状の変化や表面状態（シボ、エンボス、表面粗さ、表面欠陥、異物付着等）について、対象物ＯＢとの距離や対象物ＯＢの角度の変動に影響されずに計測がなされる。

【0025】

より詳細には、図１に示すように、発光器１４は、−Ｘ方向に移動する対象物ＯＢが通過する計測領域Ｔに対して、装置上下方向（Ｚ軸方向）の上方に配置されている。また、発光器１４は、基板１４Ａ上Ｙ軸方向に並べて実装され、−Ｚ方向を発光方向とする複数の発光素子１２を備えている。換言すれば、複数の発光素子１２は、対象物ＯＢの移動方向（−Ｘ方向）に対して直交（交差）する方向に並べられている。なお、図１では、基板１４ＡのＹ軸方向の一端部（図中右端）に配置された発光素子１２を発光素子１２Ａと表記し、基板１４ＡのＹ軸方向他端部（図中左端）に配置された発光素子１２を発光素子１２Ｂと表記し、基板１４Ａの中央に配置された発光素子１２を発光素子１２Ｃと表記している。

【0026】

本実施の形態に係る複数の発光素子１２は、発光素子１２Ａから発光素子１２Ｂまで、時間差を設けて順次発光されるように構成され、各発光素子１２からの光が対象物ＯＢの異なる位置に順次照射される。そして、対象物ＯＢが計測領域Ｔにおいて−Ｘ方向に移動する間に、発光素子１２Ａから発光素子１２Ｂまでの１周期の発光が複数回繰り返されるように構成されている。図１には、発光素子１２Ｃが発光した場合の照射光ＩＦの光束を、図２には、発光素子１２Ｃから出射された照射光ＩＦが対象物ＯＢの表面２００で反射された場合の反射光ＲＦの光束を示している。

【0027】

発光素子１２としては特に限定されないが、一例として、面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）等が用いられる。

【0028】

光学系３０は、レンズ３２、レンズ３４、及びレンズ３２とレンズ３４との間に配置された絞り４０を含み、いわゆる両側テレセントリックレンズとして構成されている。光学系３０は、発光器１４と対象物ＯＢとの間に配置され、発光素子１２から発光された照射光を対象物ＯＢに導くと共に、対象物ＯＢで反射された反射光を受光器１８に導く。つまり、受光器１８は、レンズ３４から出射された発光素子１２からの照射光が対象物ＯＢで反射し、再度レンズ３４を透過した光束の少なくとも一部を受光するように構成されている。また、本実施の形態では、レンズ３２の光軸とレンズ３４の光軸とが共通の光軸Ｍとされ、この光軸Ｍが、発光器１４の発光素子１２Ｃの中心、および後述する開口部４２の中心を通っている。

【0029】

レンズ３２は、一例として、平面視で円形状の凸レンズとされ、レンズ３２の直径Ｊは、発光素子１２Ａから発光素子１２ＢまでのＹ軸方向の寸法Ｄより長くされている。そのため、各発光素子１２から発光された光のほぼすべてはレンズ３２を透過し、レンズ３２を透過した光は発散度合を変えられ、平行光とされてレンズ３４に向かう。

【0030】

レンズ３４は、一例として、平面視で円形状の凸レンズとされ、本実施の形態では、レンズ３４の直径Ｇは、レンズ３２の直径Ｊより長くされている。そして、レンズ３４は、レンズ３２から出射されてレンズ３４を透過する光束を対象物ＯＢの表面２００に向けて集光する。なお、レンズ３４の集光点の位置（焦点）を、必ずしも対象物ＯＢの表面２００の位置とする必要はない。集光点の位置を表面２００の位置からずらし（デフォーカスし）、表面２００上における照射光ＩＦの照射径、つまり、対象物ＯＢの照射領域の大きさを調整するようにしてもよい。なお、本実施の形態に係る照射径は、一例として数１０μｍφである。

【0031】

絞り４０には、略円形状の開口部４２が形成されており、この開口部４２によって、発光素子１２から発光されレンズ３２を透過してレンズ３４に入射する光束を絞る。より具体的には、絞り４０は、板面をＸ−Ｙ平面に平行とされた板状とされ、絞り４０には、光軸Ｍの周囲でレンズ３４側に屈曲して先細りとされた先端部が形成されている。この先端部が、開口部４２を構成する開口縁４２Ａとされており、開口部４２によって形成される円形状は光軸Ｍを中心軸としている。なお、本実施の形態に係る開口部４２の直径は、一例として約１ｍｍである。

【0032】

そして、Ｚ軸方向において、この開口縁４２Ａとレンズ３２との距離Ｆ１は、レンズ３２の焦点距離ｆ１と略等しくされ、開口縁４２Ａとレンズ３４との距離Ｆ２は、レンズ３４の焦点距離ｆ２と略等しくされている。

【0033】

以上のように構成された本実施の形態に係る光学系３０は、順次発光された各発光素子１２からの光束を、発光素子１２の位置によらずに、細く絞られかつ光軸Ｍに平行な照射光ＩＦとして対象物ＯＢに照射する（図７参照）。換言すれば、各発光素子１２を発光させて走査することにより、細く絞られ互いに平行な略円形の光束が対象物ＯＢに順次照射される。さらに、本実施の形態に係る計測装置１０では、照射光ＩＦの光束のレンズ３４による集光点付近に対象物ＯＢを配置することにより、対象物ＯＢにおける各照射光ＩＦの照射領域がほぼ同径の微細な領域とされている。このことにより、計測装置１０では、対象物ＯＢの位置がＺ軸方向で上下変動しても、ほぼ同じ照射径で各照射光が照射されるため、対象物ＯＢの像のボケが極めて小さくされる。

【0034】

受光器１８は、複数の受光素子１６を含んで構成され、対象物ＯＢで反射され光学系３０のレンズ３４を透過した反射光ＲＦを受光する。本実施の形態に係る受光器１８は、レンズ３２とレンズ３４との間に配置された絞り４０の、Ｚ軸方向下側に配置されている。
受光素子１６としては、特に制限はないが、例えば、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＰＤ）、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）等が用いられる。

【0035】

受光器１８がレンズ３２とレンズ３４との間に配置されるため、受光素子１６も同様に、レンズ３２とレンズ３４との間に配置される。ここで、受光素子１６がレンズ３２とレンズ３４との間に配置されるとは、図１に示されるように、レンズ３４の外径端（表面Ｒ（ｒａｄｉｕｓ）と裏面Ｒの仮想接点）を通ってＺ軸方向に延びる線Ｐで構成される円筒面に対し内側に受光素子１６が配置されることをいう。

【0036】

図４（ａ）に、受光器１８の構成の一例を示す。図４（ａ）は、受光器１８を、Ｚ軸方向から見た平面図である。図１に示す受光器１８は、図４（ａ）のＸ−Ｘ’で切断した断面図を表している。図４（ａ）に示すように、受光器１８は、一例として、中央に略円形の開口部１８Ｂを有する略円形の基板１８Ａの上に、複数の受光素子１６（図４（ａ）では、６０個の例が示されている）が面状（アレイ状）に配置されて構成されている。計測装置１０では、この複数の受光素子１６の全体を受光領域ＲＡとして反射光ＲＦを受光する。なお、図４（ａ）では、基板１８Ａ上の全面に複数の受光素子１６を配置した形態の受光器１８を例示しているが、これに限られず、反射光ＲＦの受光範囲等に応じて受光素子１６を基板１８Ａの一部に配置した形態の受光器１８としてもよい。

【0037】

受光領域ＲＡで受光される反射光ＲＦの範囲は、一例として、光軸Ｍに平行な軸を中心とした角度０°〜４０°の範囲の反射光ＲＦである。この反射光ＲＦが受光領域ＲＡで受光されると、各受光素子１６の受光光量により立体的な分布が形成される。完全拡散面において反射された場合のように、反射光ＲＦが等方的な場合には、この立体的な分布の、Ｚ軸を含む平面で切断した断面の形状は、図４（ｂ）に示すように略ガウス曲線となる。
なお、図４（ｂ）の横軸の受光素子番号１〜６は、図４（ａ）に示した受光素子１６の番号１〜６に対応している。また、受光領域ＲＡにおける受光素子１６と受光素子１６との間では反射光ＲＦが受光されないので、実際の出力分布は離散的となるが、図４（ｂ）ではこれを省略して図示している。

【0038】

さらに、計測装置１０では、受光素子１６の受光面と開口縁４２ＡとがＺ軸方向上同じ位置とされているので、受光素子１６の受光面とレンズ３４との距離Ｆ２は、レンズ３４の焦点距離ｆ２と同じ長さとされている。このため、対象物ＯＢの位置がＺ軸方向において上下に変動して、あるいは、Ｙ軸方向において左右に変動して、異なる発光素子からの照射光ＩＦが照射されても、対象物ＯＢへの照射位置が同じである限り、受光領域ＲＡにおける出力分布は常に一定となる。

【0039】

換言すれば、対象物ＯＢとして照射径程度の大きさの微小な領域を仮定すると、この対象物ＯＢがＺ軸方向において上下に、あるいは、Ｙ軸方向において左右に移動した場合、異なる発光素子１２による異なる照射光ＩＦで照射され、異なる反射光ＲＦを反射することになるが、本実施の形態に係る計測装置１０では、受光領域ＲＡに含まれる受光素子１６全体による出力分布は、反射光ＲＦの発生位置によらず常に同じ出力分布となる。

【0040】

制御部２０は、図５に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１００、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２、およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０４を含んで構成されている。ＣＰＵ１００は、計測装置１０の全体を統括、制御し、ＲＯＭ１０２は、計測装置１０の制御プログラム、あるいは後述する補正処理プログラム等を予め記憶する記憶手段であり、ＲＡＭ１０４は、制御プログラム等のプログラムの実行時のワークエリア等として用いられる記憶手段である。ＣＰＵ１００、ＲＯＭ１０２、及びＲＡＭ１０４は、バスＢＵＳによって相互に接続されている。

【0041】

バスＢＵＳには、発光器１４、受光器１８、及び後述する補正ミラー５０を駆動するモータ５２が接続されており、発光器１４、受光器１８、及びモータ５２の各々は、バスＢＵＳを介してＣＰＵ１００の制御を受ける。

【0042】

図６を参照して、制御部２０による発光器１４及び受光器１８の制御について説明する。図６（ａ）は、上述したように発光器１４の発光素子１２を順次発光させる場合において、ある発光素子１２を発光させるための発光パルス信号Ｐ１を、図６（ｂ）は、次の発光素子１２を発光させるための発光パルス信号Ｐ２を各々示している。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発光器１４の制御では、発光パルス信号Ｐ１と発光パルス信号Ｐ２との間に、予め定められた期間の無信号（０レベル）時間が設けられている（図６の時刻ｔ２、ｔ４に対応する部分）。図６（ｃ）は、発光パルス信号Ｐ１、Ｐ２によって発光素子１２から発生した照射光ＩＦによる反射光ＲＦを、受光器１８で受光する際の読取パルスを示している。この読取パルスにより、受光器１８に含まれる全受光素子１６（つまり、受光領域ＲＡ内の受光素子１６）の受光光量が読み取られ、出力分布を示す信号とされる。

【0043】

まず、発光パルス信号Ｐ１によって発生した照射光ＩＦの反射光ＲＦを、時刻ｔ１において全受光素子１６で読み取る。いま、全受光素子１６の個数をｋ個とすると、各受光素子１６からｋ個の受光信号Ｓｒ（１）、Ｓｒ（２）、・・・、Ｓｒ（ｋ）が得られる。次に、時刻ｔ２において、発光パルス信号Ｐ１と発光パルス信号Ｐ２との間の０レベルの受光光量を全受光素子１６によって読み取る。全受光素子１６で読み取られたｋ個の０レベルの受光信号をＳｒ０（１）、Ｓｒ０（２）、・・・、Ｓｒ０（ｋ）とする。次に、全受光素子１６の反射光ＲＦの受光信号と０レベルの受光信号との差分、すなわち、Ｓｒ（１）−Ｓｒ０（１）、Ｓｒ（２）−Ｓｒ０（２）、・・・、Ｓｒ（ｋ）−Ｓｒ０（ｋ）を算出し、このｋ個の差分値を受光光量の出力分布とする。発光パルス信号Ｐ２以降も同様にして出力分布を算出する。算出された出力分布は、ＲＡＭ１０４等の記憶手段に一時的に記憶させてもよい。

【0044】

なお、上記のように、反射光ＲＦの受光信号から無信号時の受光信号を減算して反射光ＲＦによる出力分布を示す信号を生成するのは、外乱光による影響を除くためであり、外乱光の影響が無視できる場合には、反射光ＲＦの受光信号をそのまま出力分布を示す信号としてもよい。また、この場合には、連続する発光パルス信号の間を空ける必要もなく、さらには、受光するタイミングは読取パルスで決まるので、一部が重なっていてもよい。

【0045】

次に、図３を参照して、本実施の形態に係る発光・受光系補正を行う場合の、計測装置１０の構成について説明する。図３に示すように、計測装置１０の発光器１４に含まれる各発光素子１２の出射光量の補正、及び受光器１８に含まれる各受光素子１６の受光感度の補正（発光・受光系補正）を行う場合には、対象物ＯＢに代えて、対象物ＯＢの位置に補正ミラー５０を配置する。

【0046】

補正ミラー５０は、その一端をモータ５２の回転軸５４に固定され、モータ５２によって、図中Ｓで示される矢印の方向に回転が可能なように構成されている。本実施の形態に係るモータ５２は、一例として、微小な回転角の設定がなされるステッピングモータを採用しているが、これに限られず、設定角度の精度等に応じて他の種類のモータを用いてもよい。なお、図３では、補正ミラー５０の紙面左端にモータ５２を配置する形態を例示しているが、むろんこれに限られず、モータ５２を補正ミラー５０の紙面右端に配置してもよいし、補正ミラー５０の中央に配置してもよい。なお、補正ミラーを用いた発光・受光系補正の詳細については後述する。

【0047】

次に、図７を参照して、対象物ＯＢの反射特性（例えば、表面の凹凸度合）を計測する場合の計測装置１０の動作について説明する。図７（ａ）ないし（ｃ）は、発光器１４の発光素子１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｂが順次発光した場合の、照射光ＩＦの光束、及び、照射光ＩＦが対象物ＯＢの表面２００で反射し、受光器１８に導かれる反射光ＲＦの光束を各々示している。

【0048】

まず、対象物ＯＢが−Ｘ方向に移動して、対象物ＯＢの先端が計測領域Ｔに進入すると、時間差を設けて各発光素子１２が順次発光し、対象物ＯＢに向けて照射光ＩＦが順次照射される。そして、対象物ＯＢの後端が計測領域Ｔを通り抜けるまで、発光素子１２Ａから発光素子１２Ｂまでの１周期の発光が繰り返される。先述したように、この発光素子１２の発光制御は、制御部２０によって実行される。

【0049】

各発光素子１２で発光された照射光ＩＦの光束は、レンズ３２によって、レンズ３４の方向に向くようにその発散度合が変えられる。レンズ３２によって発散度合が変えられた光束は、絞り４０によって絞られる（制限される）。絞り４０によって絞られた光束はレンズ３４によって集光され、Ｚ軸方向（光軸Ｍに平行な方向）から対象物ＯＢに照射される。換言すれば、対象物ＯＢは、照射光ＩＦのレンズ３４による集光点付近に配置される。本実施の形態に係る照射光は、先述したように、対象物ＯＢの表面２００において、一例として数１０μｍφ程度まで集光される。

【0050】

対象物ＯＢに照射された照射光ＩＦは、対象物ＯＢの表面２００で反射し、反射光ＲＦ（図７では、矢印付点線で示されている）を生成する。反射光ＲＦの光束は、レンズ３４によって、各受光素子１６の方向に向かうように方向が変えられる。レンズ３４を透過した反射光ＲＦは、各受光素子１６によって受光される。

【0051】

対象物ＯＢの表面２００の状態に応じ、照射光ＩＦは様々な方向に反射されるが、本実施の形態では、先述したように、照射光のＩＦの表面２００への入射点を通る、光軸Ｍに平行な軸を中心として０°〜４０°の角度の範囲の反射光ＲＦを受光する。従って、１個の発光素子１２から発光される照射光ＩＦに対応する受光器１８の受光領域ＲＡは、略円形となる。図４（ａ）の受光領域ＲＡは、その一例を示したものである。

【0052】

各受光素子１６で受光された受光信号は、先述したように、制御部２０の制御によって、予め定められたタイミングで読み取られる。読み取られた受光信号はＲＡＭ１０４等の記憶手段に一時的に記憶されてもよい。制御部２０は、各発光素子１２に対応する受光信号（輝度信号）を用いて受光領域ＲＡにおける出力分布（受光プロファイル）を生成する。この出力分布には反射光ＲＦの角度情報が含まれるので、例えば対象物ＯＢの凹凸度合が計測される。

【0053】

次に、図９ないし図１１を参照して、本実施の形態に係る発光・受光系補正について説明するが、その前に、図８を参照して、発光・受光系補正の比較例について説明する。図８は、比較例に係る計測装置９０において発光・受光系補正を行う場合の動作を示している。図８に示す発光・受光系補正は、発光素子の光量と受光素子の感度とを同時に補正する方式である。

【0054】

図８に示すように、計測装置９０は、計測装置１０と同様、複数の発光素子１２を備えた発光器１４、レンズ３２、３４、絞り４０、及び複数の受光素子１６を備えた受光器１８を含んで構成されている。発光器１４、レンズ３２、３４、絞り４０、及び受光器１８の機能は計測装置１０と同様なので説明を省略する。発光・受光系補正を行う場合の計測装置９０は、さらに、完全拡散素材で作製された基準サンプルＤＳを備える。

【0055】

完全拡散素材とは、表面が完全拡散面、すなわち反射光強度の分布が入射光の方向に依存せず、反射面を見込む立体角に比例するような面をとなっている素材である。従って、各発光素子１２からの照射光ＩＦに対して、反射面を見込む一定の立体角の範囲の反射光が得られるので、各発光素子１２ごとの照射光ＩＦを基準サンプルＤＳの表面で反射させ、全受光素子１６で同時に受光させることができる。

【0056】

図８（ａ）ないし（ｃ）は、各々発光素子１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｂが順次発光された場合の、照射光ＩＦ、及び照射光ＩＦが基準サンプルＤＳの表面で反射された反射光ＲＦの光束を示している。ただし、照射光ＩＦは光束の中心にあたる光線のみを示している。

【0057】

図８（ａ）ないし（ｃ）の各図においては、基準サンプルＤＳの表面の特性によって、照射光ＩＦの入射点において略等しい反射率で等方的に反射されることにより、反射光ＲＦが各受光素子１６で受光される。従って、各発光素子１２を順次発光させ、光軸Ｍに平行な照射光ＩＦを基準サンプルＤＳに照射することにより、各発光素子１２ごとに反射光ＲＦが各受光素子１６に導かれ、制御部２０の制御によって、全受光素子１６における受光光量が測定される。

【0058】

図８（ｄ）に、発光素子１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｂが発光した場合の、受光器１８における出力分布（受光光量分布）を示す。図８（ｄ）の各発光素子１２に対応する出力分布は、照射光ＩＦに対する反射面が完全拡散面に近い基準サンプルＤＳの表面なので、ガウス曲線に近似した分布となる。この発光素子１２ごとの出力分布を元に、例えば、各出力分布のピーク値を求め、この各ピーク値を予め定められた基準、例えば各ピーク値のうちの最大値に合わせるように各出力分布に対する補正係数を算出する。

【0059】

以降の計測において、各発光素子１２に対応する受光器１８の受光出力に対しこの補正係数を乗ずることにより、シェーディング補正を行う。以上のようにして、比較例に係る発光・受光系の補正がなされる。本比較例に係る発光・受光系の補正方法によれば、各発光素子１２ごとの照射光が同時に各受光素子１６に導かれるので、発光・受光系の補正が比較的簡易になされる。

【0060】

しかしながら、完全拡散素材は、反射率は略均一であるものの、反射角度分布は均一とはいえない。さらに、反射率に関しても、一般的な計測装置で用いられる数ｍｍφの照射光に対しては均一といえるが、本実施の形態に係る計測装置のように、数１０μｍφの照射光に対しては、もはや均一とはいえなくなる。照射スポットの面積比で、約１／１００００のオーダーになるからでる。従って、計測装置に求められる計測の精度によっては、さらなる工夫を求められる場合もある。

【0061】

一方、発光素子１２の光量のバラツキの補正（発光系補正）と、受光素子１６の感度のバラツキの補正（受光系補正）とを個別に補正する方法としては、以下のような方法が考えられる。

【0062】

すなわち、発光系補正においては、計測装置の対象物ＯＢへの照射光ＩＦの入射点の位置に、Ｙ軸方向（図１参照）に移動可能な光量計測装置を備えさせる。そして、発光素子１２を順次発光させ、光学系の光軸Ｍに平行に照射光を順次照射し、発光素子１２ごとの光量を、光量計測装置をＹ軸方向に移動させつつで測定する。あるいは、平面視で全発光素子１２が照射する領域を包含する面積において均一な感度を有する光量計測装置を用いて、全発光素子１２の光量を一括して測定するという方法も考えられる。しかしながら、前者の場合は、装置が複雑になり、後者の場合は光量計測装置のコストアップにつながり、また、受光回路が複雑になってしまう。

【0063】

一方、受光系補正においては、計測装置の対象物ＯＢへの照射光ＩＦの入射点の位置に、Ｙ軸方向（図１参照）に移動可能で、かつ基準光量の光を発光するとともに、Ｙ−Ｚ平面内で照射角度を可変とされた補正用光源を備えさせる。そして、補正用光源からの出射光の照射角度を変えながら全受光素子１６に受光させて受光素子１６ごとの感度を測定する。しかしながら、この方式では、補正用光源の移動機構、照射角度可変機構が必要となり、装置が複雑になってしまう。

【0064】

また、上記のような発光系、受光系を個別に補正する方法よりも、上記比較例に係る発光・受光系補正のように、発光素子１２の光量バラツキと、受光素子１６の感度のバラツキを一体として、一度に補正される補正方法の方が手順が少ない点でより好ましい。

【0065】

そこで、本実施の形態に係る計測装置１０では、図３に示すように、発光・受光系補正用の補正ミラー５０を備え、発光系、受光系が一度にシェーディング補正されるように構成されている。本実施の形態に係る補正ミラー５０は、表面２０２で鏡面反射する全反射鏡であり、例えば、ガラスあるいは金属に金属薄膜をコーティングしたものを用いる。むろん、補正ミラー５０としては、全反射鏡に限られず半透過鏡であってもよいし、他の構造のミラーであってもよい。

【0066】

図９を参照して、本実施の形態に係る発光・受光系補正について説明する。図９（ａ）ないし（ｃ）は、各々発光素子１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｂが発光した場合の、照射光ＩＦの光束、及び、照射光ＩＦの光束が予め定められた傾斜角θで傾けられた補正ミラー５０で反射した反射光ＲＦの光束を各々示している。図９（ａ）ないし（ｃ）に示すように、本実施の形態において、各発光素子１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｂを発光させることは、すなわち、対象物ＯＢへの光軸Ｍに平行な照射光ＩＦ、つまりは反射光ＲＦの位置を変えていることに対応する。

【0067】

図９（ａ）ないし（ｃ）では、照射光ＩＦの光束を中心の１本の光線のみを示している。また、本実施の形態に係る補正ミラー５０は鏡面反射するので、反射光ＲＦも極めて細い光束となる（図９（ａ）ないし（ｃ）では、１本の光線で示している）。従って、以下の説明においては、各発光素子１２からの照射光ＩＦに対する反射光ＲＦは、１つの受光素子１６で受光される（同時に複数の受光素子１６で受光されることはない）ものとして説明する。

【0068】

本実施の形態に係る発光・受光系補正においては、補正ミラー５０の傾斜角θを固定した状態で発光素子１２を順発光させ、１つの受光素子１６で各発光素子１２による反射光ＲＦの受光光量を測定する。そして、補正ミラー５０の傾斜角θを変えて受光させる受光素子１６を順次移動させ同じ測定を繰り返して、全発光素子１２による発光と、全受光素子１６による受光とを組み合わせた測定値を取得し、この測定値を使用して各発光素子１２及び各受光素子１６の組み合わせごとのシェーディング補正係数を算出し、発光・受光系補正を行う。

【0069】

ここで、図４（ａ）に示すように、本実施の形態に係る受光器１８は面状に配置された受光素子１６を備えているので、各受光素子１６に入射させる発光素子１２からの照射光ＩＦを２次元で走査する必要がある。しかしながら、図示が煩雑になるので、以下の説明では、各受光素子１６への照射光ＩＦは、モータ５２により１次元、すなわちＹ−Ｚ平面内で走査されるものとする。なお、２次元で走査する場合には、モータ５２に代えて、ゴニオステージ等の回転軸が２軸で傾斜可能な機構を用いればよい。

【0070】

図９（ａ）は、補正ミラー５０を傾斜角θ１に設定し、発光素子１２Ａを発光させ、受光素子番号１の受光素子１６（図４（ａ）参照。以下、受光素子番号ｉの受光素子を「受光素子１６−ｉ」と表記する）で受光する場合の状態を示している。同様に、図９（ｂ）は、発光素子１２Ｃを発光させ受光素子１６−１で受光する場合の状態を、図９（ｃ）は、発光素子１２Ｂを発光させ受光素子１６−１で受光する場合の状態を、各々示している。以上のようにして、補正ミラー５０の傾斜角θがθ１の状態において各発光素子１２を発光させ、受光素子１６−１で各発光素子１２の発光光量を測定する。このように、本実施の形態に係る計測装置１０では、上述した光学系３０の特性により、照射光ＩＦに対する反射面の角度が同じであれば、同じ受光素子１６で受光される。

【0071】

次に、受光素子１６−２で受光されるように補正ミラー５０の傾斜角θをθ２に設定し、各発光素子１２を発光させ、各発光素子１２の発光光量を受光素子１６−２で測定する。以上の操作を受光素子１６−３、１６−４、１６−５、及び１６−６に対して行うことにより、図９（ｄ）に示す光量出力の測定結果が得られる。本実施の形態に係る計測装置１０では、図９（ｄ）に示す各発光素子１２の発光光量を各受光素子１６で測定した光量出力の測定結果を用いて、シェーディング補正するための補正係数を算出し、発光・受光系補正を行う。

【0072】

なお、本実施の形態に係る計測装置１０では、上述したように、発光素子１２の発光タイミングの制御、受光素子１６による受光信号の読み取りタイミングの制御、補正ミラー５０の傾斜角θの設定制御等は、制御部２０によって実行される。

【0073】

次に、図１０及び図１１を参照して、本実施の形態に係る発光・受光系補正を行うための補正処理プログラムについて説明する。図１０は、本実施の形態に係る補正処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、図１１は、補正処理プログラムで呼び出すシェーディング補正係数算出処理サブルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。図１０に示す処理は、例えば、ユーザにより図示しない入力部を介して実行開始の指示がなされると、制御部２０のＣＰＵ１００がＲＯＭ１０２等の記憶手段から本補正処理プログラムを読み込み、実行する。また、本補正処理プログラムでは、各発光素子１２からの照射光ＩＦをある受光素子１６で受光させるための、補正ミラー５０の傾斜角θが予め定められ、ＲＯＭ１０２等の記憶手段に記憶されているものとする。

【0074】

図１０に示すように、ステップＳ１００で、最初の受光素子１６で反射光ＲＦが受光されるように、補正ミラー５０の傾斜角θを設定する。つまり、補正ミラー５０の傾斜角が予め定めた角度θとなるように、モータ５２を制御する。各受光素子１６に対応する傾斜角θの各値がＲＯＭ１０２等の記憶手段に記憶されている場合は、ＲＯＭ１０２等から該傾斜角θを読み出しつつ、モータ５２を制御する。

【0075】

次のステップＳ１０２では、最初の発光素子１２を発光させる。
次のステップＳ１０４では、ステップＳ１００で設定された受光素子１６で受光光量を測定し、測定値を取得する。取得した受光光量は、ＲＡＭ１０４等の記憶手段に一旦記憶させておいてもよい。

【0076】

次のステップＳ１０６では、全発光素子について発光が終了したか否か判定する。当該判定が否定判定となった場合には、ステップＳ１０８で次の発光素子１２が発光されるように設定して、ステップＳ１０２に戻り、発光素子１２による発光を継続する。一方、当該判定が肯定判定となった場合には、ステップＳ１１０に移行する。

【0077】

ステップＳ１１０では、全傾斜角、つまり全受光素子１６について測定が終了したか否かについて判定する。当該判定が否定判定となった場合には、ステップＳ１１２で次の傾斜角へ移行する準備をした後ステップＳ１００に戻り、補正ミラー５０の傾斜角の設定を継続する。一方、当該判定が肯定判定となった場合には、ステップＳ１１４に移行する。

【0078】

ステップＳ１１４では、それまでに得られた図９（ｄ）に示すような光量出力の測定値を使用してシェーディング補正用の係数を算出するためのシェーディング補正係数算出処理サブルーチンを呼び出す。

【0079】

次のステップＳ１１６では、以降のシェーディング補正に備え、ステップＳ１１４で算出したシェーディング補正係数をＲＡＭ１０４、あるいは図示しないＮＶＭ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶手段に記憶させた後、本補正処理プログラムを終了する。

【0080】

次に、図１１を参照して、シェーディング補正係数算出処理サブルーチンについて説明する。本実施の形態におけるシェーディング補正係数とは、図９（ｄ）に示すような各受光素子１６ごとの各発光素子１２の光量出力の測定値を１つの値に揃えるため、すなわち、図９（ｄ）に示す１８個の測定値をある１つの値とするために、各測定値に乗ずるべき係数をいう。

【0081】

まず、上記補正処理プログラムのステップＳ１１０で肯定判定となった時点で、ＲＡＭ１０４等の記憶手段には、以下のような測定値が記憶されている。すなわち、受光素子１６−ｉにおいて測定された発光素子１２Ａの光量出力をＶｉＡ、発光素子１２Ｃの光量出力をＶｉＣ、発光素子１２Ｂの光量出力をＶｉＢと表記すると、以下の１８個の測定値が記憶されている。
受光素子１６−１について、（Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｃ，Ｖ１Ｂ）
受光素子１６−２について、（Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｃ，Ｖ２Ｂ）
受光素子１６−３について、（Ｖ３Ａ，Ｖ３Ｃ，Ｖ３Ｂ）
受光素子１６−４について、（Ｖ４Ａ，Ｖ４Ｃ，Ｖ４Ｂ）
受光素子１６−５について、（Ｖ５Ａ，Ｖ５Ｃ，Ｖ５Ｂ）
受光素子１６−６について、（Ｖ６Ａ，Ｖ６Ｃ，Ｖ６Ｂ）
図９（ｄ）には、上記のうちの受光素子１６−３についての測定値が表記されている。

【0082】

まず、ステップＳ２００では、第１目標値を算出する。第１目標値とは、各受光素子１６−ｉで測定された各発光素子１２の光量出力（ＶｉＡ，ＶｉＣ，ＶｉＢ）を１つの値に揃えるための、各受光素子１６−ｉごとの代表値である。第１目標値を算出する方法は、最大値、最小値、平均値、中央値等、いずれの方法によってもよいが、本実施の形態では、最大値を用いている。

【0083】

この場合、光量出力（ＶｉＡ，ＶｉＣ，ＶｉＢ）のうちの最大値をＶｉｍと表記すれば、図９（ｄ）に示す測定結果を参照して、各受光素子１６−ｉについての第１目標値は以下のようになる。
受光素子１６−１について、（Ｖ１ｍ＝Ｖ１Ｃ）
受光素子１６−２について、（Ｖ２ｍ＝Ｖ２Ｃ）
受光素子１６−３について、（Ｖ３ｍ＝Ｖ３Ｃ）
受光素子１６−４について、（Ｖ４ｍ＝Ｖ４Ｃ）
受光素子１６−５について、（Ｖ５ｍ＝Ｖ５Ｃ）
受光素子１６−６について、（Ｖ６ｍ＝Ｖ６Ｃ）
なお、第１目標値として他の算出方法、例えば平均値を用いる場合は、受光素子１６−ｉについての測定値の平均値をＶｉａとして、Ｖｉａ＝（ＶｉＡ＋ＶｉＣ＋ＶｉＢ）／３を第１目標値とすればよい。

【0084】

次のステップＳ２０２では、ステップＳ２００で算出した第１目標値を用いて、第１補正係数群（ａｉＡ、ａｉＣ、ａｉＢ）（ｉ＝１〜６）を算出する。第１補正係数群は、受光素子１６−ｉにおける各測定値をＶｉｍに揃えるための係数であるので、以下のように算出される。
（ａ１Ａ、ａ１Ｃ、ａ１Ｂ）＝（Ｖ１ｍ／Ｖ１Ａ，Ｖ１ｍ／Ｖ１Ｃ，Ｖ１ｍ／Ｖ１Ｂ）
（ａ２Ａ、ａ２Ｃ、ａ２Ｂ）＝（Ｖ２ｍ／Ｖ２Ａ，Ｖ２ｍ／Ｖ２Ｃ，Ｖ２ｍ／Ｖ２Ｂ）
（ａ３Ａ、ａ３Ｃ、ａ３Ｂ）＝（Ｖ３ｍ／Ｖ３Ａ，Ｖ３ｍ／Ｖ３Ｃ，Ｖ３ｍ／Ｖ３Ｂ）
（ａ４Ａ、ａ４Ｃ、ａ４Ｂ）＝（Ｖ４ｍ／Ｖ４Ａ，Ｖ４ｍ／Ｖ４Ｃ，Ｖ４ｍ／Ｖ４Ｂ）
（ａ５Ａ、ａ５Ｃ、ａ５Ｂ）＝（Ｖ５ｍ／Ｖ５Ａ，Ｖ５ｍ／Ｖ５Ｃ，Ｖ５ｍ／Ｖ５Ｂ）
（ａ６Ａ、ａ６Ｃ、ａ６Ｂ）＝（Ｖ６ｍ／Ｖ６Ａ，Ｖ６ｍ／Ｖ６Ｃ，Ｖ６ｍ／Ｖ６Ｂ）
受光素子１６−ｉの光量出力の各測定値に対して上記第１補正係数群を乗ずることにより、受光素子１６−ｉの各測定値がＶｉｍに揃えられる。

【0085】

次のステップＳ２０４では、第２目標値を算出する。第２目標値は、一定の値に揃えられた各受光素子１６−ｉの測定値をさらに１つの値に揃えるため目標値である。本実施の形態では、第２目標値として、各受光素子１６−ｉで揃えられた値Ｖｉｍ、すなわち第１目標値の最大値Ｖｍを用いる。図９（ｄ）の場合における具体的なＶｍの値は、Ｖｍ＝Ｖ３Ｃである。ただし、第２目標値は最大値に限定されず、各Ｖｉｍのうちの最小値、各Ｖｉｍの平均値、各Ｖｉｍの中央値等のいずれの算出方法を用いてもよく、また、第１の目標値の算出方法と同じ算出方法を用いる必要もない。

【0086】

次のステップＳ２０６では、ステップＳ２０４で算出した第２目標値を用いて、第２補正係数群（ｂｉ）（ｉ＝１〜６）を算出する。第２補正係数群は、受光素子１６−ｉにおいて一定値に揃えられたＶｉｍを、さらに１つの値Ｖｍに揃えるための係数であるので、以下のように算出される。
（ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５，ｂ６）＝（Ｖｍ／Ｖ１ｍ，Ｖｍ／Ｖ２ｍ，Ｖｍ／Ｖ３ｍ，Ｖｍ／Ｖ４ｍ，Ｖｍ／Ｖ５ｍ，Ｖｍ／Ｖ６ｍ）

【0087】

次のステップＳ２０８では、各受光素子１６−ｉの全測定値を１つの値に揃えるためのシェーディング補正係数群（ｃｉＡ，ｃｉＣ，ｃｉＢ）（ｉ＝１〜６）を算出す。すなわち、ステップＳ２０２及びステップＳ２０６における算出結果から、シェーディング補正係数群（ｃｉＡ，ｃｉＣ，ｃｉＢ）（ｉ＝１〜６）は、以下のように算出される。
（ｃ１Ａ，ｃ１Ｃ，ｃ１Ｂ）＝（ｂ１・ａ１Ａ，ｂ１・ａ１Ｃ，ｂ１・ａ１Ｂ）
（ｃ２Ａ，ｃ２Ｃ，ｃ２Ｂ）＝（ｂ２・ａ２Ａ，ｂ２・ａ２Ｃ，ｂ２・ａ２Ｂ）
（ｃ３Ａ，ｃ３Ｃ，ｃ３Ｂ）＝（ｂ３・ａ３Ａ，ｂ３・ａ３Ｃ，ｂ３・ａ３Ｂ）
（ｃ４Ａ，ｃ４Ｃ，ｃ４Ｂ）＝（ｂ４・ａ４Ａ，ｂ４・ａ４Ｃ，ｂ４・ａ４Ｂ）
（ｃ５Ａ，ｃ５Ｃ，ｃ５Ｂ）＝（ｂ５・ａ５Ａ，ｂ５・ａ５Ｃ，ｂ５・ａ５Ｂ）
（ｃ６Ａ，ｃ６Ｃ，ｃ６Ｂ）＝（ｂ６・ａ６Ａ，ｂ６・ａ６Ｃ，ｂ６・ａ６Ｂ）
算出後、図１０に示す補正処理プログラムのステップＳ１１６に戻る。

【0088】

なお、上記実施の形態では、補正ミラー５０の傾斜角を予め求めておく形態を例示して説明したが、各受光素子１６−ｉに入射させるための傾斜角が不明な場合において、予め傾斜角を算出するためには以下のような方法によればよい。すなわち、いずれか１つの発光素子１２を発光させ、補正ミラー５０を、受光器１８における全受光素子１６で受光されるのに充分な範囲、つまり、図９に示す受光素子１６−１で受光されるのに充分な傾斜角θｍから、受光素子１６−６で受光されるのに充分な傾斜角−θｍまで連続的に変化させ、傾斜角θの変化ごとに、傾斜角θと対応させて受光素子１６で光量出力を読み取る。
すると、１つの発光素子１２に対する図９（ｄ）と同様の測定値が取得されるので、その測定値から各受光素子１６−ｉに対応する角度を算出する。むろん、図４（ａ）に示すように、平面的に配置された受光素子１６を測定対象とする場合には、α軸、β軸の２軸に対する２つの角度（θα、θβ）を算出する。このようにして、上記補正処理プログラムで設定すべき傾斜角が予め求められる。

【0089】

また、上記実施の形態では、各受光素子１６における各発光素子１２ごとの光量出力を測定するに際し、まず補正ミラー５０の傾斜角θを設定し、順次発光素子１２を発光させる形態を例示して説明したが、これに限られない。１つの発光素子１２を発光させ、補正ミラー５０の傾斜角θを予め定められた角度に順次設定するという操作を各発光素子１２について行っても、図９（ｄ）と同様の結果が得られる。また、各受光素子１６に対して設定すべき補正ミラー５０の傾斜角θが不明な場合において、１つの発光素子１２を発光させ、補正ミラー５０の傾斜角θを連続的に変化させるという操作を各発光素子１２について行っても、図９（ｄ）と同様の結果が得られるので、その測定結果を用い、図１１に示すシェーディング補正係数算出処理サブルーチンによりシェーディング補正係数を算出してもよい。

【0090】

また、上記実施の形態では、各受光素子１６において測定される光量出力が分布を持たない場合（測定値が唯一定まる場合）を例示して説明したが、受光素子１６が受光面内において感度分布をもち、光量出力が分布として測定される場合には、例えばその分布のピーク値を採用すればよい。

【0091】

また、上記実施の形態では、発光・受光系補正をシェーディング補正で行う形態を例示して説明したがこれに限られない。例えば、第１の補正係数群の代替として、各発光素子１２の駆動電流を変えて各受光素子１６における測定値を１つの値に揃えるようにしてもよい。

【0092】

以上詳述したように、本実施の形態に係る計測装置１０によれば、補正ミラー５０の回転という簡易な構成で発光・受光系補正が行われるので、計測装置１０に標準的に備え、計測装置１０の出荷時のみならず、出荷後のユーザによる補正あるいは校正の用途に用いてもよい。

【0093】

［第２の実施の形態］
図１２を参照して、本実施の形態に係る計測装置１０Ａについて説明する。本実施の形態は、上記実施の形態に係る計測装置１０の発光・受光系補正の精度を向上させた形態である。計測装置１０Ａは、計測装置１０の絞り４０を、より開口径の小さい開口部４２Ｂを有する絞り４０Ａに変更したものである。従って、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

【0094】

図１２に示すように、絞り４０Ａを通過した照射光ＩＦの光束は一定の幅を有していると共に、レンズ３４で集光した後も一定の角度幅をもって拡散していく。すなわち、図１２に点線円Ｐで示すように、絞り４０Ａを通過した照射光ＩＦの光束は一旦レンズ３４の焦点Ｆで集光した後一定の角度幅で拡散して補正ミラー５０の表面２０２の入射点Ｃに入射する。本実施の形態では、この角度幅は約１°となっている。

【0095】

このため、補正ミラー５０における照射光ＩＦの反射角度には、上記角度幅分の誤差（不確定性）を含むことになる。したがって、計測装置１０Ａにおいて、より微細な傾斜の差異や、より微細な反射角度分布を計測したい場合には、照射光ＩＦの光束及び反射光ＲＦの光束をさらに細くする必要がある。

【0096】

そのための手段として、計測装置１０Ａでは、上記計測装置１０の絞り４０を、より開口径の小さい開口部４２Ｂを有する絞り４０Ａに変更し、絞り４０Ａを通過した後の照射光ＩＦの光束をより細くするようにしている。より具体的には、計測装置１０の絞り４０の開口径は１ｍｍφ程度であるが、計測装置１０Ａの絞り４０Ａの開口径は１ｍｍφ以下、例えば０．５ｍｍφ程度とする。このようにすることにより、反射光ＲＦの光束がより細くなるので、より精度の高い発光・受光系補正が行われる。絞り４０Ａの変更方法は、絞り４０とは別途準備しておき、発光・受光系補正の際に交換するようにしてもよいし、開口部４２の開口径が調整可能なように絞り４０を構成してもよい。

【0097】

ここで、絞り４０Ａの開口部４２Ｂの開口径を小さくすることにより、照射光ＩＦ、すなわち反射光ＲＦの光量が減少し、受光素子１６の受光感度未満になる虞もあるので、受光素子１６の最小受光感度を下限として、開口部４２Ｂの開口径の可変範囲を決めるのが望ましい。

【0098】

なお、上記各実施の形態では、発光器１４として、一方向に一列だけ発光素子１２を配列させた形態を例示して説明したが、これに限られず、複数列配列させた形態としてもよい。また、その際列ごとに発光素子１２の発光波長を異ならせてもよい。列ごとに発光素子１２の発光波長を異ならせて発光させることにより、例えば、対象物ＯＢの表面２００における反射光の波長依存性が計測される。

【0099】

また、上記各実施の形態では、レンズ３２及びレンズ３４を略円形の凸レンズとした形態を例示して説明したが、これに限られず、他の形態のレンズ、例えば非球面レンズ等を用いてもよい。さらに、各レンズにおいて、光束が透過されない不要部分を削除してもよい。これにより、計測装置１０がさらに小型化される。

【符号の説明】

【0100】

１０、１０Ａ 計測装置
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 発光素子
１４ 発光器
１４Ａ 基板
１６ 受光素子
１８ 受光器
１８Ａ 基板
１８Ｂ 開口部
２０ 制御部
３０ 光学系
３２ レンズ
３４ レンズ
４０、４０Ａ 絞り
４２、４２Ｂ 開口部
４２Ａ 開口縁
５０ 補正ミラー
５２ モータ
５４ 回転軸
９０ 計測装置
１００ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０４ ＲＡＭ
２００、２０２ 表面
ＢＵＳ バス
ＤＳ 基準サンプル
ＩＦ 照射光
Ｍ 光軸
ＲＦ 反射光
ＯＢ 対象物
Ｐ１、Ｐ２ 発光パルス信号
ＲＡ 受光領域
Ｔ 計測領域
θ 傾斜角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】