JPS5847223A - 固体センサの感度補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ホトダイオード又はホトトランジスタ等のホ
トエレメントを複数個並設した固体センサにおける、各
ホトエレメント間の感度全補正する方法及び装置に関す
る。

レンズの収差等を検査するＭＴＦ（変調伝達関数）検査
機等の光学的計測装置においては、光量分布を測定する
ためにＣＯＤ　（電荷結合素子）センサ等の固体センサ
が使用されている。ＣＣＤセンサは、例えば、２０４８
個（２０４８ビット）のホトエレメントを中心間距離１
３μｍで並設してなり、各ホトエレメントの露光量に対
応する出力を信号処理装置に伝送して露光知分布等を測
定する為に使用可能である。面して、ＣＣＤセンサの各
ホトエレメントは、製造工程（′Ｃおける製造パラメー
タの変動及びウェファ欠陥等の材料自体の性質に起因し
て、その感度にバラツキが存在し、ＣＣＤセンサの光量
測定誤差要因となる。

然るに、従来は、ＣＣＤセンサの経段の増幅器の特性変
動により発生する感度のバラツキを補正するに止１９、
従って、各ＣＣＤセンサ間の感度補正は可能であったが
、各ホトエレメントの光応答の不均一性（所謂ＰＲＮＵ
　）及び各ホトエレメントの暗電流の不均一性（所謂Ｄ
ＳＮＵ　）による各ホトエレメント間の感度補正をする
ことＣできなかった。

本発明は以上の点に鑑み々さｔまたものであって、各固
体センサ間の感度補正に加え、各固体センサにおける各
ホトエレメント間の感度のバラツキも補正することがで
き、高精度の光学的計測装置を実現可能な固体センサの
感涙補正方法及びその装置を提供することを目的とする
。

即ち、本発明方法の４１徴とするところは、複数個のホ
トエレメントを有する固体センサの感度補正方法におい
て、感度の基準として選択した基準ホトエレメント及び
その他のホトエレメントの露光量に対する感度特性を予
め求めておき、測定対象の光量測定に際し、前記基準ホ
トエレメント以外の各ホトエレメントの出力を前記基準
ホトエレメントに対する前記感度特性の差異に基いて補
正する点にある。

ＣＣＤセンサ等の固体センサけ、例えば、２０４８個の
ホトエレメントを中心間距離１３μｍで並設しであるが
、各ホトエレメントの感度特性０：、第１図に、横軸に
露光」■をとシ、また縦軸にホトエレメントの信号出力
（ボルト）をとって示すように、保証動作周波数の範囲
内で使用する場合は露光量に対して直線性を有している
。従って、各ホトエレメントの出力Ｖは露光ｉｔ　Ｅ　
（Ｄ−次関数で表わされるのであるが、前述の如く、名
ホトエレメントの光応答及び暗電流に差異がアシ、前記
−次関数の定数は各ボトエＩ／メントによって異なる。

これを数式表現すると下記（１）式の如くなる。

ｖ　＝Ａ　ＨＥ　十Ｂ　１−　（１） 但し、Ａ４　＋　Ｊは１番目のホトエレメントについて
の定数である。なお、暗電流は非露光時に検出され、Ｃ
ＣＤセンサにおいて熱によって発生する信号成分であり
、第１図では縦軸切片の値が、１だ（１）式ではＢｉが
この暗電流を表わしている。光応答性は第１図の直線の
傾き及び（１）式のＡｉにより表わされる。そして、各
ホトエレメントについてＡｉ及びＢ１値が異なるから、
各ホトエレメントを同一露光量で光照射した場合におい
てもその出力は差異があシ、感度差が存在する。

本発明は、各ポトエレメントについてその感度特性をＡ
ｉ　、　Ｂｉ値と１１．て予め求めておき、測定対象の
光量測定に際し、各ホトエレメントの出力を、感度の基
準として適宜選択した基準ホトエレメントｊの感度特性
に合うように補正するものである。即ち、本発明方法は
、Ｎ個のホトエレメントを有する固体センサの感度補正
方法において、各ホトエレメントの感度特性を下記数式
で表わし、 ｖ−Ａ　Ｉ　Ｅ　十Ｂ　ｌ＝・（＋） 測定対象の光量測定に先立ち、前記名ポトエレメントを
相異なる均一露光量で２回露光してその各出力から前記
数式の定数Ａｉ及びＢｉを求めておき、光量測定時の各
ホトエレメントの各出力ｖ１を下記数式 ％式％） に従って補正演算することを性徴とするものである。

但し、■：ホトエレメントの出刃 Ｅ：露光量 Ａｉ、Ｂｉ　　：　１番目のホトエレメントについての
定数（ｌ＝１．２．・・・Ｎ） ｖｉ：ホトエレメント１の補正後の出力Ａｊ、Ｊ　：感
度の基準として選択した基準ホトエレメントｊについて
の定数 この場合において、前記相異なる均一露光量は、その一
方が零光量であり、従ってそのときの各ホトエレメント
の出力が暗電流によるものであるのがよい。これによシ
、前記Ｂｉがホトエレメントの出力に直接対応して求め
られるからである。なお、各ホトエレメントの感度特性
を前記（１）式にて表わさず、他の関数を使用する場合
は、前述の相異なる均一露光量による露光は、必ずしも
２回に限らない。設定する感度特性式に使用される定数
の数等に応じて適宜均一露光回数を設定すればよい。

以下、本発明を具体的に説明する。ＣＣＤセンサのホト
エレメントの数をＮ個（Ｎビット）とし、その各ホトエ
レメントを露光量Ｅで均一すに光したとする。そのとき
の各ホトエレメントｌ（ｉ＝１．２、−、Ｎ：　ｔ’＝
ｊ　）の出力Ｖｉ及び感度基準として選択した基準ホト
エレメントｊの出力Ｖｊは下記（２）及び（３）式で表
わされる。

ｖｌ　＝ＡｉＥ＋Ｂｉ　　　　　　　　　−（２）ｖｊ
＝ＡｉＥ＋Ｊ　　　　　　　　・・・（３）ホトエレメ
ントｊの感度特性を基準として他のホトエレメントｉの
出力をこれＶＣ適合させるのであるから、露光量Ｅにお
いては、ホトエレメントｌの出力Ｖｉは基準ホトエレメ
ントｊの出力Ｖｊに修整されるべきである。この補正式
は下記（４）式によって表わされる。

Ｖｓ　＝　（Ａｊ／Ａｉ）ｖｔ十町−（Ａｊ／Ａｉ）Ｂ
１＝１４）即ち、ホトエレメントｌの実出力ｖ　１　（
＝ＡＩ　Ｆ　＋８１　）を（４）式に代入すれば、Ｖｓ
＝ｖｊ（＝ＡｊＥ＋Ｊ）となり、ホトエレメント１の補
正後の出力ｖｉ　ＩＩＪ’、　ｖ　ｊｙ（一致する。従
って、ＣＣＤセンサによる測定対象の光量測定に際して
は、各ホトニレメン）ｉ（１＝１．２．−Ｎ：ｌ”（ｊ
）の出力Ｖｉを（４）式に従つて補正演算すれば、全て
のホトエレメントについてホトエレメントｊの感度特性
を用いて露光量を電圧に変換したことにな９、感度のバ
ラツキを補正することができる。

而して、（４）式に基いて補正演算するためには定数Ａ
ｉ　、　Ｊ　（Ａｊ、　Ｂｊも含めて）を予め求め、各
ホトエレメントの感度特性を求めておく必要がある。こ
のため、測定対象の光量測定に先立ち、ＣＣＤセンサの
各ホトエレメントを相異なる均一露光量で２回露光し、
そのときの各ホトエレメントの各出力からＡｉ、Ｊ　ｆ
算出する。この場合、２回の均一露光のうち、１回は露
光量零とし、即ち、非露光時の暗状態で各ホトエレメン
トの出力を検出し、暗電流成分Ｂｉをこの出力から直接
求めるのがよい。そして、（２）　＃　（３）式からＥ
を消去すると下記（５）式が得られ、Ａｊ／Ａｔ＝（ｖ
ｊ−Ｊ）／（ｖｔ−Ｂｔ）　　　＝−（５）他の１回の
均一露光（ＩＥ光星は零でない）における各ホトエレメ
ントの出力ｖ１とＶｊとから、（５）式に従ってＡ　ｊ
／Ａ　ｌを求める０次に、上述の如き感度補正を実施可
能な感度補正装置について説明する。第２図は、ＭＴＦ
検査機のフーリエ演算回路に組み込まれた本発明の感度
補正装置の１実施例を示すブロック図である。なお、フ
ーリエ演算に際しては、各ホトエレメントの出力信号の
うち、露光によシ変化する成分、即ちＡｉＥのみ使用し
、信号の直流成分である暗電流成分Ｂｉは除外する必要
があるので、以下の説明においては、ｖｉ−Ｂｉの補正
を行う装置について説明する。従って、（４）式の補正
式は下記（６）式の如く変形する。

ＶｉＪ＝（／Ｊ／Ａｔ）（ｖｔ　　Ｂｉ）　　　−（６
）即ち、予め（５）式で求めたＡｊ／Ａｉと暗電流成分
Ｂｉとから、（６）式に従ってＶｉの補正演算をすれば
よい。

第２図の図示例においては、２５６ビツトのＣＣＤセン
サ１００が６個並設され、各ＣＣＤセンサ１００ハマル
チルクサ１０１に並列接続され、ＣＣＤセンサ１００の
各ホトエレメント１（１＝（１〜２５６）Ｘ６）の出力
は、サンプル・アンド・ホールド回路１０２及びアナロ
グ／ｆジタル変換器（以下ＡＤＣと略す）１０３を経て
、データＲＡＭ１０４に入力され、記憶されるようにな
っている。

データＲＡＭ　１０４の出刃は加減算器１１０及び乗算
器１１１に入力され、加減算器１１０及び乗算器１１１
の出力は、入力ポート１１２を介して演算装置１１３に
入力される。演算装置１１３の出力端は出力ポート１１
４を介して、データＲＡＭ１０４、定数ＲＡＭ　１０６
及び定数ＲＡＭ１０８に接続され、定数ＲＡＭ　１０６
　、１０８　（Ｑ出力は加減算器１１０及び乗算器１１
１に入力されるようになっている。定数ＲＡＭ　１０６
は補正定数Ａｊ／Ａｉ及びＢｌをストアしておくための
ＲＡＭであｐ１定数ＲＡＭ　１０８は補正後のホトエレ
メントの出力をフーリエ演算する際に使用されるｓｉｎ
及びｅｏｌｌのテーブルがストアされている。１０５　
、１０７及び１０９は夫々データＲＡＭ１０４、定数Ｒ
ＡＭ１０６及び定数ＲＡＭ　１０８　）７ドレスカウン
タである。また、図示の如く、回路間にはゲート０１〜
Ｇ１４が設置されておシ、各ケ’−）Ｇｌ〜Ｇ１４は通
常は閉じられていてコントローラ（不図示）によシ開閉
制御される。なお、グー）Ｇ９を介して加減算器１１０
に入力される信号は零信号である。

次に、この感度補正装置の動作につして説明する。

（１）　ＭＴＦ測定に先立ち、各補正定数を求める場合
。

（１）６個のＣＣＤセンサ１００の各ホトエレメントを
同一露光量で均一露光し、ｒ−）Ｇｌ及びＧ３を開−て
各ホトエレメントｔの出力ｖ１（ｌ＝（１〜２５６）Ｘ
６）をデータＲＡＭ１０４にストアする。

（２）次いで、グー）　Ｇｌ及びＧ３を閉じ、ゲートＧ
９及びＧ１２を開いてデータＲＡＭ　１０４の記憶内容
を入力ポート１１２を介して演算装置１１３に入力させ
る。

（３）そして、ゲートＧ９及びＧ１２を閉じ、ＣＣＤセ
ンサ１００をいずれも露光量零、即ち暗状態にし、グー
）　Ｇｌ及びＧ３を開いて各ホトエレメントｌの出力Ｂ
ｉ（１＝（１〜２５６）Ｘ６）をデータＲＡＭ　１０４
に入力させ、データＲＡＭ１０４の記憶内容をＪで書き
かえる。

（４）次いで、ダートＧ１及びＧ３を閉し、ゲートＧ９
及びＧ１２を開いてデータＲＡＭ　１０４の記憶内容を
入カポ−）　１１２を介して演算装置１１３に入力させ
る。

（５）演算装置１１３は、上述の如くして入力されたホ
トエレメント１（ｉ＝（１〜２５６）Ｘ６）についての
Ｖｉ及びＢｉから、適宜選択された基準ホトエレメント
ｊを基に、（４）式に従ってＡｊ／Ａ４を算出し、求め
られたＡｊ／Ａ４及びＢｉを、例えば、フロッピーディ
スクにストアする。グー）Ｇ９及びＧ１２は演算装置１
１３がデータを読み込んだ後閉じられる。

ω）　ＭＴＦ　測定において、各ホトエレメントの出力
を補正演算する場合 （１）演算装置１１３は、フロッピーディスクにストア
されているＡ　ｊ／Ａ　１及びＢｉ値を睨み出し、ｆ−
）Ｇ１４及びＧ４を開いてこれらの値を定数ＲＡＭ１０
６にストアする。なお、上記から明らかな如く、定数Ｒ
ＡＭ　１０６は、６個のＣＣＤセンサ１００が夫々２５
６ビツトであることから、２５６Ｘ６Ｘ２個のアドレス
を有する。

次いで、グー）Ｇ１４及びＧ４を閉じる。

（２）ゲートＧ１及びＧ３を開き、測定対象からの露光
を受けているＣＣＤセンサ１００の各ホトエレメントの
出力ｖ１をデータＴｔＡＭ　１０４に入力させ、ストア
させる。そして、ゲートＧ１及びＧ３を閉じる。

（３）グー）　ＧＩＯ、Ｇ２及びＧ３を開き、データＲ
ＡＭ１０４にストアされている出力Ｖｉと、定数ＲＡＭ
　１０６にストアされている定数６１とを、加減算器１
１０に通してｖｌ−Ｊの演算をさせ、その演算結果をデ
ータＲＡＭ　１０４に入力させて、データＲＡＭ１０４
のストア内容をｖＩ−Ｊで書きかえる。そして、ｒ−）
ＧＩＯ、Ｇ２及びＧ３を閉じる。

（４）ゲートＧ７　、　Ｇ６及びＧ３を開き、データＲ
ＡＭ１０４にストアされているｖｌ−Ｊ値と、定数ＲＡ
Ｍ１０６にストアされている定数ｊＪ／ＡＨとを、乗算
器１１１に通して、（６）式の演算をさせ、その演算結
果をデータＲＡＭ　１０４に入力させて、データＲＡＭ
１０４のストア内容を（Ａｊ／Ａｔ　）　（ｖｉ　　Ｂ
ｉ　）　［（６）式参照〕で書きかえる。そして、グー
）　Ｇ７　、　Ｇ６及びＧ３を閉じる。

而して、この時点でデータＲＡＭ１０４にストアされて
いる内容は、各ホトエレメントにライての（Ａ４／ｊＪ
　）　（ｖｔ　−Ｂｔ　）であり、出力の実測値ｖｌを
（６）式に従って補正演算した結果がデータＩｔＡＭ　
１．０４にストアされていることになる。従って、デー
タＲＡＭ　１．０４　Ｋストアされてしる（　Ａｊ／ｊ
Ｊ　）　（ｖｔ　−ｎｔ　）と定数ＲＡＭ１０８にスト
アされているｓｉｎ及びｃｏａのテーブルとを、ゲート
Ｇ８及びＧ１３を開くことにより、乗算器１１１により
乗算した後演算装置１１３に入力ぜしめ、演算装置１１
３に内蔵されているＭＴＦテストプログラムによシ、フ
ーリエ演算等の所要の演算を施してＭＴＦ検査結果を求
めればよい。

上述の如き各グー）　Ｇｌ〜Ｇ１４の開閉動作は、マイ
クロコンピュータ等を使用したコントローラにより行わ
せることができる。その１例を第３図〜第６図に示す。

第３図はコントローラ１２０によるデータの入出力制御
を説明するブロック図、第４図〜第６図はその制御タイ
ミング図である。なお、説明の簡単のために、ＣＣＤセ
ンサ１００は例えば２５６ビツトのものを１個使用した
場合について図示（７である。また、第３図において、
第２図と同一物には同一符号を付しである。第３図中、
１２１は単位信号“］−の出力回路、１２２はワード・
カウンタである。−また、１はデータバスであり、２〜
１９はコントローラ１２０から各回路へ制御信号を伝送
するパス、２０〜２４はコントローラ１２０への各種命
令を伝送するパスである。

そして、パス２０から、ＣＣＤセンサ１００の出力をデ
ータＲＡＭ　１０４に読込むべき命令がコントローラ１
２０に入力されると、第４図に示すタイミングでＣＣＤ
センサ１００の２５６個のホトエレメントの出力Ｖｉ（
零光量時及び均一光量の露光時）をデータＲＡＭ１０４
にストアする。次いで、データＲＡＭ　１０４の記憶内
容を演算装置１１３に入力させ、Ａ　ｊ／Ａ　ｌを算出
させた後、Ａｊ／Ａ１及びＢ五を定数ＲＡＭ１０６にス
トアする。

ＭＴＦ測定に際しては、同様に第４図に示すタイミング
で測定対象が露光されたＣＣＤセンサ１００の各ホトエ
レメントの出力ＶｉをデータＲＡＭ１０４に読み込み、
第５図に示すタイミングで、このｖｌと定数ＲＡＭ　１
０６のＢｉとから、ＶｉＢｉを算出し、この算出結果を
データＲＡＭ　１０４にストアする。そして、第６図に
示すタイミングで、データＲＡＭ１０４にストアされた
ｖｌ−Ｊと、定数ＲＡＭ１０６のＡｊ／Ａ４とから、両
者を乗算し、乗算結果をデータＲＡＭ１０４にストアす
る。上述の如くして、ＭＴＦ測定に際し、その実測出力
Ｖｉが（６）式に従う補正演算を施されて、補正後の出
力Ｖｌ−Ｂ　　がデータＲＡＭｌ０Ｉの記憶内容として
求められる。

叙上の如くして補正演算された、各ホトエレメントｉ（
ｉ笑ｊ）の出力Ｖｉは、基準ホトエレメントｊの感度特
性に合致したものとなシ、各ホトエレメント（同一の固
体センサにおけるホトエレメントに限らす、別個の固体
センサのホトエレメントも含む）の出力信号は、露光量
が均一である場合はいずれも同一出力値となシ、各ホト
エレメントにおける光応答性及び暗電流のバラツキによ
る各ホトエレメント間の１１度のバラツキが補正される
。本発明の感度補正を適用した固体センサによシ、高精
度の光学的針側を行うことが可能である。

なお、本発明は、上記の特定の実施例に限定されるべき
ものではなく、例えば固体センサとしてはＣＣＤセンサ
に限らず、複数個のホトエレメントを有する固体センサ
に適用可能である等、本発明の技術的範囲内において種
々の変形例が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図はホトエレメントの１商度特性を示すグラフ図、
第２図は本発明装置の１実施例を示すブロック図、第３
図はコントローラのデータ転送機能を説明するブロック
図、第４図〜第６図はコントローラのデータ制御タイミ
ング図である。 （符号の説明） １・・・データバス　　１００・・・ＣＣＤセンサ１０
３・・・アナログ／デジタル変換器１０４・・・データ
ＲＡＭ　　　１０６・・・定数ＲＡＭ１１０・・・加減
算器　　　１１１・・・乗算器１１３・・・演算装置　
　　１２０・・・コントローラ特許出願人　　株式会社
リコー 代　理　人　　小　　橋　　正　　明　　　　　・第１
図 露光量Ｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　複数個のホトエレメントを有する固体センサの感度
   補正方法において、感度の基準として選択した基準ホト
   エレメント及びその他のホトエレメントの露光量に対す
   る感度特性を予め求めておき、測定対象の光量測定に際
   し、前記基準ホトエレメント以外の各ホトエレメントの
   出力を前記基準ホトエレメントに対する前記感度特性の
   差異に基いて補正することを特徴とする固体センナの感
   度補正方法。 ２　Ｎ個のホトエレメントを有する固体センサの感度補
   正方法において、各ホトエレメントの感度特性を下記数
   式で表わし、 ｖ＝ＡｉＥ十Ｂｉ 測定対象の光量測定に先立ち、前記各ホトニレメントラ
   相異なる均一露光量で２回露光してその各出力から前記
   数式の定数Ａｉ及びＢｉを求めておき、光１１測定時の
   各ホトエレメントの各出力’Ｖｉを下記数式 ％式％） に従って補正演算することを特徴とする固体センサの感
   度補正方法。 但し、ｖ：ホトエレメントの出刃 Ｅ：露光量 Ａｉ、Ｂｉ　：　１番目のホトエレメントについての定
   数（ｔ＝１，２．・・・Ｎ） ■ｌ：ｌ：ホトエレメント補正後の出力Ａｊ、Ｂｊ　：
   感度の基準として選択した基準ホトエレメントｊについ
   ての定数 ３、上記第２項においで、前記相異なる均一露光量は、
   その一方が零光量であることを特徴とする固体センサの
   感度補正方法。 ４、複数個のホトエレメントを有する固体センサに接続
   され各ホトエレメントの出方をアナログ／デジタル変換
   する変換器と、前記各ホトニレメントラ相異なる均一露
   光量で２回露光された際の各ホトエレメントの各出刃を
   入力して各ホトエレメントの感度特性に基く補ＩＦ定数
   を演算する演算装置と、該演算装置の演算結果をストア
   する記憶装置と、測定対象の光量測定時における各ホト
   エレメントの各出力を前記記憶装置にストアされた前記
   補正定数に基いて補正演算する補正演算装置とを有する
   ことを特徴とする固体セ／すの感度補正装置。 ５、　上記第４項において、前記補正定数は、前記ホト
   エレメントの出力Ｖを露光量Ｅによる下記数式 ％式％ で表わした場合の定数Ａｊ／Ａｉ及びＢｊ（Ａ３／Ａ１
   ）Ｂ１であることを特徴とする固体センサの感度補正装
   置。 イ旦し、Ａ１＋Ｉｉｌ　：　’　番目のホトエレメント
   についての定数（ｉ”’１　ｒ　２　ｒ・・・Ｎ）Ｎ：
   ホトエレメントの個数 Ａｊ、Ｂｉ：１ｍ度の基準として選択した基準ホトニレ
   メンＨについての定数 ６、　上記第５項において、前記補正演算装置は、光量
   測定時の前記各ホトエレメントの各出力Ｖｉを下記数式
   に従って補正演算することを特徴とする固体センサの感
   度補正装置ｉ／７′。 Ｖｉ−（Ａｊ／Ａｔ　）　ｖＨ＋Ｂｊ　　（Ａｊ／ＡＩ
   　）　Ｂｉ但し、ｖｉ：ホトエレメントｌの補正後の出
   カフ、　上記第６項において、前記補正演算装置は、乗
   算器及び加減算器を有し、前記乗算器は前記各ホトエレ
   メントの出力と前記記憶装置の記憶内容とを入力し、前
   記加減算器は前記乗算器の乗算結果と前記記憶装置の記
   憶内容とを入力することを特徴とする固体センサの感度
   補正装置。 ８、上記第４項において、前記相異なる均一露光量は、
   その一方が零元量であることを特徴とする固体センサの
   感度補止装置。