(57)【要約】【課題】  センサに対し試料を走査して前記試料から発生する信号を前記センサを用いて計測する走査型計測装置において、センサの出力を飽和させることなく、ダイナミックレンジを拡大して計測を可能にすることを目的とする。【解決手段】  各計測位置で計測後にセンサの出力をリセットする手段と、リセット後のセンサの出力値とリセット前の計測データの差分をオフセット値として次の計測位置での計測データに加算する手段を設けることで、走査型計測装置のセンサのダイナミックレンジを拡大させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサに対し試料を走査して前記試料から発生する信号を前記センサを用いて計測する走査型計測装置の計測方法において、各計測位置で前記信号を計測後に前記センサの出力をリセットする工程と、リセット後の前記センサの出力値とリセット前の計測データの差分をオフセット値として次の計測位置での計測データに加算する工程を有することを特徴とするセンサのダイナミックレンジ拡大方法。
【請求項２】
各計測位置での計測データが、センサをリセットした時の値と飽和した時の値の間であらかじめ設定した範囲を超えた場合にのみ、センサの出力をリセットすることを特徴とする請求項１記載のセンサのダイナミックレンジ拡大方法。
【請求項３】
前記センサが磁気センサである請求項１又は２記載のセンサのダイナミックレンジ拡大方法。
【請求項４】
前記センサが超伝導量子干渉素子である請求項１又は２記載のセンサのダイナミックレンジ拡大方法。
【請求項５】
試料を走査する走査ステージと、前記試料から発生する信号を計測するセンサと、前記センサの出力をデジタルデータに変換するためのＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器からの前記デジタルデータを計測データとして収集するためのＣＰＵと、前記ＣＰＵに収集された前記計測データを格納するためのメモリからなる走査型計測装置において、
前記センサの出力をリセットするためのセンサ出力リセット回路を設け、
各計測位置で前記信号を計測後に前記センサの出力をリセットし、リセット後の前記センサの出力値とリセット前の計測データの差分をオフセット値として次の計測位置での計測データに加算することを特徴とする走査型計測装置。
【請求項６】
各計測位置での計測データが、センサをリセットした時の値と飽和した時の値の間であらかじめ設定した範囲を超えた場合にのみ、センサの出力をリセットすることを特徴とする請求項５記載の走査型計測装置。
【請求項７】
前記センサが磁気センサである請求項５又は６記載の走査型計測装置。
【請求項８】
前記センサが超伝導量子干渉素子である請求項５又は６記載の走査型計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサに対し試料を走査して試料から発生する信号をセンサを用いて計測する走査型計測装置において、センサのダイナミックレンジを拡大させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の走査型計測装置の計測方法においては、センサに対し試料を走査し、試料から発生する信号を計測し、計測されたデータをそのままメモリに格納するというものであった。図５は、従来の走査型計測装置における計測方法を示すフローチャートである。計測位置にステージを移動させた後、試料から発生する信号をセンサで計測、収集し、このデータを格納する。この手順を最後の計測位置に来るまで繰り返す（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】「応用物理  第６７巻  第４号（１９９８年）」社団法人応用物理学会出版、超伝導量子干渉素子による材料の非破壊評価、Ｐ４１９、図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし従来は、センサに対し試料を走査し、試料からの信号をセンサで計測し、センサの出力をそのまま計測データとして収集しているだけなので、試料から発生している信号が大きすぎると、センサの出力が飽和してしまうという問題点があった。また、ダイナミックレンジの小さいセンサを使用する場合もこの問題が起こりやすい。
【０００４】
センサのうち、試料から発生する信号の増加または減少の変化量を積分して出力するタイプのセンサでは、センサの出力をリセットすると、出力が初期状態に戻って積分前の状態に戻る。このようなセンサの例としては、高感度磁気センサとしての超伝導量子干渉素子がある。このようなタイプのセンサでは、出力が飽和する前にリセットすることで、出力の飽和状態を回避できるが、試料から発生する信号を正確に測定することが不可能となってしまうという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、センサに対し試料を走査して、試料から発生する信号をセンサを用いて計測する走査型計測装置において、センサの出力を飽和させることなく、ダイナミックレンジを拡大して計測を続行させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、センサに対し試料を走査して前記試料から発生する信号を前記センサを用いて計測する走査型計測装置の計測方法において、各計測位置で前記信号を計測後に前記センサの出力をリセットする工程と、リセット後の前記センサの出力値とリセット前の計測データの差分を、オフセット値として次の計測位置での計測データに加算する工程を設けたことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明は、センサに対し試料を走査して前記試料から発生する信号を前記センサを用いて計測する走査型計測装置の計測方法において、リセット回数を減らして計測時間を短くするために、各計測位置での計測データが前記センサをリセットした時の値と飽和した時の値の間であらかじめ設定した範囲を超えた場合にのみ前記センサの出力をリセットする工程と、リセット後のセンサの出力値とリセット前の計測データの差分を、オフセット値として次の計測位置の計測データに加算する工程を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、試料を走査する走査ステージと、前記試料から発生する信号を計測するセンサと、前記センサの出力をデジタルデータに変換するためのＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器からの前記デジタルデータを計測データとして収集するためのＣＰＵと、前記ＣＰＵに収集された前記計測データを格納するためのメモリからなる走査型計測装置において、
前記センサの出力をリセットするためのセンサ出力リセット回路を設け、各計測位置で前記信号を計測後に前記センサの出力をリセットし、リセット後の前記センサの出力値とリセット前の計測データの差分をオフセット値として次の計測位置での計測データに加算することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、試料を走査する走査ステージと、前記試料から発生する信号を計測するセンサと、前記センサの出力をデジタルデータに変換するためのＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器からの前記デジタルデータを計測データとして収集するためのＣＰＵと、前記ＣＰＵに収集された前記計測データを格納するためのメモリからなる走査型計測装置において、
各計測位置での計測データが、センサをリセットした時の値と飽和した時の値の間であらかじめ設定した範囲を超えた場合にのみ、センサの出力をリセットすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のセンサのダイナミックレンジ拡大方法及びそれを用いた走査型計測装置は、大きな変化のある信号を発生する試料を計測する場合や、ダイナミックレンジの小さいセンサを使用して計測する場合においても、センサの出力を飽和させることなく、ダイナミックレンジを拡大させて計測が可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図３に、本発明の走査型計測装置の構成図を示す。走査ステージ５の上には試料６が設置され、更にその上に一定の距離を置いてセンサ１が設置されている。センサ１には、センサの出力をリセットするセンサ出力リセット回路２が接続されている。また、センサ１には、Ａ／Ｄ変換器３が接続され、ＣＰＵ４により計測データが収集されている。計測データはメモリ７に格納される。ＣＰＵ４からセンサ出力リセット回路２にリセット信号を出力し、走査ステージ５に対して制御信号によりステージ位置を制御している。なお、この場合、試料から発生する信号をセンサで計測し処理したデータは、センサとの相対位置には依存するが、時間的変化はないか無視できる程度のものである。
図１は、本発明の実施例１に係るセンサのダイナミックレンジ拡大方法を示すフローチャートである。
【００１３】
最初に、各計測位置での計測データに加算するオフセット値を０とする。次に、走査ステージを計測位置に移動させ、センサからデータ（Ａ）を収集する。このデータ（Ａ）とオフセット値を加算して、この位置での計測データとして格納する。この後、センサ出力をリセットし、この位置で再度センサからデータ（Ｂ）を収集し、オフセット値＋データ（Ａ）−データ（Ｂ）を計算し、新しいオフセット値として採用する。ここで、リセット後のセンサの出力値が既に判明している場合は、データ（Ｂ）を計測する必要はない。以降は、次の計測位置にステージを移動させて、同様の計測手順を最後の計測位置に来るまで繰り返す。
【実施例２】
【００１４】
図２は、本発明の実施例２に係るセンサのダイナミックレンジ拡大方法を示すフローチャートである。
【００１５】
実施例２においても、実施例１と同様、図３に示す本発明の走査型計測装置を使用する。
【００１６】
最初に、各計測位置での計測データに加算するオフセット値を０とする。次に、走査ステージを計測位置に移動させ、センサからデータ（Ａ）を収集する。このデータ（Ａ）とオフセット値を加算して、この位置での計測データとして格納する。この後、データ（Ａ）がセンサをリセットした時の値と飽和した時の値の間であらかじめ設定した値の範囲内ならば、次の計測位置に移動して計測を続行するが、そうでない場合はセンサ出力をリセットし、この位置で再度センサからデータ（Ｂ）を収集し、オフセット値＋データ（Ａ）−データ（Ｂ）を計算し、新しいオフセット値として採用する。ここで、リセット後のセンサの出力値が既に判明している場合は、データ（Ｂ）を計測する必要はない。以降は、次の計測位置にステージを移動させて、同様の計測手順を最後の計測位置に来るまで繰り返す。
【００１７】
図４に、本発明の実施例２に係るセンサのダイナミックレンジ拡大方法を用いて計測したデータのグラフ例を示す。
【００１８】
横軸に走査ステージの位置を、縦軸に試料から発生する信号とセンサが計測した信号をとる。破線１０のグラフのように試料から信号が発生した場合に、本発明による計測方法でセンサが検出した信号は、実線１１のように計測される。
【００１９】
試料から発生する信号１０は、センサの計測範囲の上限１２を超えており、上限以上のデータは計測できない。しかし、あらかじめ設定した値１３を超えた時点でセンサをリセットすると、グラフ１１のようにリセットする前に計測したデータ１４から、リセットした後に計測したデータ１５の値までシフトする。このデータ１４とデータ１５の差が、図２で示したオフセット値として記憶され、リセット以降の計測データに加算される。そして、新たにリセットを実行する度に、オフセット値が前回のリセット時に記憶されたオフセット値に加算され、その後の計測データに加算されることで、センサの上限１２を超えても、試料から発生する信号１０を計測することが可能となる。
【００２０】
尚、前記センサとして、磁気センサあるいは超伝導量子干渉素子を用い、実施例１と実施例２の記載に対応するセンサのダイナミックレンジ拡大方法及びそれを用いた走査型計測装置を実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係るセンサのダイナミックレンジ拡大方法を示すフローチャート。
【図２】本発明の実施例２に係るセンサのダイナミックレンジ拡大方法を示すフローチャート。
【図３】本発明の走査型計測装置の構成図。
【図４】本発明の実施例２に係るセンサのダイナミックレンジ拡大方法を用いて計測したデータのグラフ例。
【図５】従来の走査型計測装置における計測方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２２】
１    センサ
２    センサ出力リセット回路
３    Ａ／Ｄ変換器
４    ＣＰＵ
５    走査ステージ
６    試料
１０  試料から発生する信号
１１  本発明による計測方法でセンサが検出した信号
１２  センサの計測範囲の上限
１３  センサをリセットするためにあらかじめ設定した値
１４  センサの出力をリセットする前に計測したデータ
１５  センサの出力をリセットした後に計測したデータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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