JP2000035315A

JP2000035315A - 透明材料の厚さを測定するための方法及び装置

Info

Publication number: JP2000035315A
Application number: JP11190493A
Authority: JP
Inventors: Jingwei Zhang; チャンチンウェイ; Pascal Grente; グラントパスカル
Original assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Current assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2000-02-02
Also published as: KR20000011448A; FR2780778A1; EP0971203A1; EP0971203B1; KR100721783B1; PT971203E; DE69923734T2; US6215556B1; DE69923734D1; ES2238818T3; FR2780778B3

Abstract

(57)【要約】【課題】屈折率（ｎ）を有する透明材料の厚さ（ｅ）
を測定するための方法を改善して進歩させることであ
る。【解決手段】変調された光周波数を有する光線が焦点
合わせさせられ、透明材料の各表面によって反射させら
れた二つの光線が受け取られ、二つの光線の間の干渉が
もたらされ、干渉信号の変調周期当たりの振動数が決定
され、二つの光線の間の通路差（δ）及び透明材料の厚
さ（ｅ）が推定され、干渉信号の位相変化（Δψ）がさ
らに決定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明材料の厚さを
測定するための方法及び装置に関する。さらに、限定さ
れることがないが、本発明は、ガラス材料の厚さ測定及
びさらに詳細には平らなガラス、特にフロートガラスの
厚さ測定に関する。

【０００２】

【従来の技術】顧客によって要求される一般的な品質要
求及び厚さ許容範囲の下位に維持することによってなさ
れる節約は、平らなガラスの大量生産において、厚さを
非常に精密に監視することを必要とする。

【０００３】厚さ測定のために使用される通常の技術に
おいて、透明材料において使用可能な最も正確な方法は
光学的方法である。これらのうちで、以前には実験室的
測定に限定されていた干渉技術は、次第に、産業的利用
が見い出されている。

【０００４】例えば、フランス国特許第２４３５０１９
号は、薄いフィルムの厚さを測定するための技術を提案
しており、この技術は、反射光線の間の干渉縞のスペク
トルをもたらすように、フィルムの性質の関数として予
め定められた波長範囲に渡り迅速に走査することによっ
て分光学的に分光された赤外線に薄いフィルムを晒し、
スペクトルの最端位置が検出されることにある。この技
術は必然的に３０μｍより薄い厚さに限定される。この
技術は、フィルムの表面によって反射された光線の干渉
縞を数えることにある。このような方法は、その厚さが
１ｍｍから２ｃｍへ変化するフロートガラスの製造ライ
ン上で平らなガラスの厚さを測定するためには使用でき
ない。

【０００５】もう一つの文献ＷＯ９５／２２７４０は、
製造中に瓶の壁厚さを検出するための干渉方法を開示し
ている。

【０００６】この方法は、変調された光周波数を有する
光線が発せられ、材料の壁表面のぞれぞれによって反射
される二つの光線が受け取られ、これらの二つの光線の
間に干渉がもたらされ、干渉信号の通路差δが検出され
る。レーザーダイオードが、光源として使用され、これ
は、光線の光周波数の変調によって変調される。二つ壁
によって散乱された光線において、二つの平行光線が選
択される。この発明の装置は、各センサで０．３ｍｓｅ
ｃ間隔の測定をすることを可能とする。こうして、回転
において瓶の周囲のミリメータ毎の検査が可能となる。

【０００７】この技術は、測定に表面によって散乱され
る分離した光線を使用し、比較的強力なレイザー（＞３
０ｍＷ）を必要とし、これが欠点となっている。平行な
反射光線を同じ方法に使用することは、支持部材、特
に、常に縁部においてプリズムとなるフロートガラスの
プリズム化のために、困難である。

【０００８】ＷＯ９５／２２７４０の方法は、絶対厚さ
の測定において良好な正確性を提供するが、次に続く局
部的な厚さの変化にあまり適さない。しかしながら、こ
の種の測定は、可能な限り早く、製造ライン上のフロー
トガラスの公称厚さにおける偏差を検出するために非常
に重要である。さらに、ＷＯ９５／２２７４０の方法
は、０．７ｍｍより薄い厚さを測定することを可能とし
ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
の技術の性能を改善して進歩させることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、屈折率（ｎ）
を有する透明材料の厚さ（ｅ）を測定するための方法を
提案し、この方法において、変調された光周波数を有す
る光線が焦点合わせさせられ、前記透明材料の各表面に
よって反射させられた二つの光線が受け取られ、前記二
つの光線の間の干渉がもたらされ、干渉信号の変調周期
当たりの振動数が決定され、前記二つの光線の間の通路
差（δ）及び前記透明材料の厚さ（ｅ）が推定され、前
記干渉信号の位相変化（Δψ）がさらに決定される。

【００１１】連続的に記録される二つの信号の間の位相
変化のこの決定は、次に、前記材料の他の特性を推定す
るのに使用可能である。この方法は、特に、フロートガ
ラスの帯における局部的な厚さ変化の正確な測定に適用
される。同様に、この方法は、好ましくは、０．２ｍｍ
以上の薄い透明材料の厚さを測定するのに適用すること
が提案される。

【００１２】本発明の方法は、変調された光周波数を有
する光線が分散式ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を有するレ
ーザーダイオードによって発せられることを特徴とす
る。

【００１３】もう一つの特徴は、透明材料の表面によっ
て反射させられる光線が鏡のような反射の後に受け取ら
れることであり、また、最後の特徴は、焦点合わせさせ
られた光線が、それが達する透明材料の表面において発
散するように、透明材料の表面に達する以前に集中する
ことである。

【００１４】個々に又は集団的に採用されるこれら全て
の特徴は、検出器上の干渉信号を受け取り、次に、必要
ならば信号のデジタル化することと、変調程度に対する
前記干渉信号の比を得ることと、前記比をバンドパスフ
ィルタにかけることと、時刻ｋでの測定の結果信号の極
値を決定することと、二つの連続測定（ｋ及びｋ＋１）
に対応する極値の間の時間を決定することと、対応する
周期に対する前記時間の第二比を決定して、位相変化を
得るために前記第二比に２πを乗算することと、次式に
よって厚さ変化を計算すること

【数７】 λ₀：変調なしのレーザーダイオードの波長 Δψ：位相変化ｎ：屈折率によって局部的な厚さ変化を得ることを可能とする。

【００１５】厚さ変化を評価するこの方法によって、本
発明は、１・１０^-8ｍより良好な正確性を有して厚さ変
化を監視することを可能とする。非常に有利に、この正
確性は、例えば、フロートガラスの屈折欠陥を測定する
ことを可能とする。知られているように、屈折欠陥は、
厚さ形状の二次導関数に数学的に結び付けられる。本発
明は、さらに、方法を実施することを意図する装置に関
する。この装置は、特に、ＤＢＲレーザーダイオードの
光源と、干渉信号を受け取るための手段と、コンピュー
タとを有し、このコンピュータは、連続的に、信号をデ
ジタル化し、変調程度に対する干渉信号の第一比を求
め、デジタル化された第一比をバンドパスフィルタにか
け、極値を決定し、二つの連続測定（ｋ及びｋ＋１）に
対応する極値の間の時間を決定し、対応する周期に対す
る前述の時間の第二比を求めて、位相変化を得るために
第二比に２πを乗算し、次式によって厚さ変化を計算す
る。

【数８】

【００１６】一つの変形例において、この装置は、レー
ザーダイオードによって発せられる光線及び／又は透明
材料の表面によって反射させられる光線を伝達するため
の光学ファイバの導波ガイドを有する。この技術は、熱
又は埃のような不良環境での作業を可能とする。こうし
て、監視される試供体、例えば、フロートガラスが処理
装置、特にフロートバスを離れると直ぐに測定されるこ
とが可能となる。

【００１７】さらに、一つの変形例は、受け取り手段と
してアバランシェ光ダイオードを有する。以下の図面及
び記述は、どのようにして本発明が機能するかを理解す
ること、及びその利点を明らかにすることを可能とす
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】平らなガラスの製造中において、
品質制御及び加熱処理制御の二つの理由のために、フロ
ートガラスの帯の厚さ形状を測定することが必要であ
る。品質制御のために、フロートガラスの帯の厚さ形状
の監視は、現在、市場の計器を使用してオンラインで実
施されている。これらは、ガンマ放射線の吸収又は光学
的手段のいずれかによって作動する。

【００１９】ガンマ放射線の吸収によって作動する計器
は、放射源を使用する計器が、拘束される国内及び国際
規制のために段階的に除去される必要があり、将来性が
ない。光学的手段によって作動する計器は、幾何光学方
法を使用する。ガラスによって反射されるレーザービー
ムは、二つの表面に対応する二つの点を与える。これら
二つの点の間の距離は、ガラスの厚さに比例している。

【００２０】これらの計器は、それらがガラスからの距
離、及び、何よりもガラスの傾きに敏感であるために、
信頼できない。さらに、これらの計器は調整が困難であ
る。これらの計器の有する主な欠点は、それらが、特
に、薄い及び極めて薄いガラス、すなわち、０．５ｍｍ
より薄い厚さを有するガラスにとって、十分な正確性を
有していないことである。

【００２１】処理を統制するために、高温の厚さ測定、
すなわち、フロート処理出口直後のための計器を据え付
けることが好ましい。これは、ガラスの監視を可能とす
るために、ガラスが徐冷がまを離れることを待つ必要が
なく、フロート処理の調整直後における厚さ形状を監視
することを可能とする。こうして、フロート処理のため
の良好な調整を実現することが可能となり、それによ
り、厚さ形状はより平らであり、厚さは仕様の下限であ
る。これは、かなりの重量節約をもたらす。

【００２２】さらに、高温の厚さ監視は、特に、厚いガ
ラスにとって厚さを変更する時の製造損失を低減するこ
とを可能とする。それにより、低温時と同様に高温時の
厚さ形状を監視することを可能とするセンサを、信頼性
を有し、強固で正確（＋−０．００５ｍｍ）で経済的で
あるように、進歩させる必要がある。

【００２３】単色光源によって照射された干渉計の出力
において、光検出器によって受け取られる干渉信号は、
次式（１）によって与えられることが良く知られてい
る。

【数９】記号∝は、”比例する”を示している。

【００２４】干渉技術は、特に、変調された光周波数を
有する光源を使用する時の干渉の使用を開示する文献Ｗ
Ｏ９５／２２７４０から良く知られている。

【００２５】干渉計において、もし、光周波数又は１／
λが、対称三角形状の線形変調によって変調可能である
ならば、次式（２）のように書き表すことができる。

【数１０】ここで、λ₀は、変調なしの最初のレーザー波長を示
し、ｇ₀(t)は、１／λがt によって示された時間の関数
として変調された形状を表し、Ｔは三角形状変調の周期
を表している。

【００２６】この場合において、固定された通路差δに
とって、干渉信号は、時間変調された波長の関数として
変化する。これは、ヘテロダイン干渉現象である。

【００２７】式（２）の式（１）への代入は、時間ｔに
とって、次式（３）によって与えられる信号の上昇又は
下降中の干渉信号を与える。

【数１１】

【００２８】一般的なレーザーダイオードにとって、不
連続様式は存在しないとすれば、波長は線形に変調され
る。

【数１２】

【００２９】式（５）から一般的なレーザーダイオード
の使用時において、光周波数（又は１／λ）の線形変調
は、角度周波数がωであるシヌソイド信号をもたらす。
三角変調の半周期中における振動数Ｎは、

【数１３】ここでΔλは、一般的なレーザーダイオードの不連続様
式なしの波長変位を表している。

【００３０】ここで、数値Ｎは必ずしも整数でないこと
が強調される。この数値は通路差δに比例する。この数
値は、変調周波数１／Ｔに関して正規化されるために役
立つ作動パラメータである。

【００３１】使用されるレーザーダイオードの特性、す
なわち、Δλ及びλ₀を知ると、測定値Ｎ（三角変調の
半周期当りの振動数）は、通路差δを決定することを可
能とする。適用のために、ガラスは、反射干渉計と見な
すことができる。もし、光が板ガラス上に投射されるな
らば、ガラスの二つの表面によって反射される。これら
二つの反射は通路差δによって干渉する。 δ＝２ｎｅ（８）ここで、ｎ及びｅは、それぞれ、屈折率及びガラスの厚
さを表している。

【００３２】通路差δを測定して、ガラスの屈折率を知
ることによって、厚さｅを推定することができる。この
測定は、以下の段落に示す相対測定方法と対比して、絶
対測定である。もし、式（５）のより深い解析がなされ
るならば、信号は、厚さに比例する角度周波数ωだけで
なく、通路差δ及びその結果として厚さｅに比例する位
相ψ₀も有している（式（３−１）参照）。

【００３３】角度周波数ω又はＮの測定は、ガラスの厚
さｅを決定することを可能とする。同時に、位相変化の
測定は、厚さ変化に関する情報を与える。二つの連続測
定である測定ｋ及び測定ｋ＋１にとって、もし、センサ
が試供ガラスに関して移動させられるならば、対応厚さ
は、それぞれｅ_(k)及びｅ_(k+1)であり、対応位相は、
それぞれψ_0(k)及びψ_0(k+1)である。次式が得られる。

【数１４】

【００３４】λ₀がレーザーダイオードの変調なしの波
長であることが思い出され、それにより、固定パラメー
タである。ガラスの屈折率ｎを知ると、位相変化の測定
が式（９）による測定ｋにおける厚さ変化Δｅ_(K)を決
定することを可能とする。容易に測定可能な１０°の位
相変化にとって、もし、ガラスの屈折率が１．５２であ
り、波長λ₀が７８０ｎｍであるならば、厚さ変化は７
ｎｍである。それにより、この方法は、１０ｎｍ、すな
わち、１・１０^-8ｍより良好な厚さ変化測定の能力を有
している。この能力は、例えば、フロートガラスの屈折
欠陥を測定することを可能とする。

【００３５】本発明は、今説明された原理に基づいてい
る。変形例において、一般的なレーザーダイオードの代
わりに、ＤＢＲレーザーダイオード（Distributed Brag
g Reflector - 参照 T.HIRATA, M.MAEDA, M.SUEHIRO,
H.HOSOMATSU "Fabrication and Characterisation of G
aAs-AlGaAs TunableLaser Diodes with DBR and Phase-
Control Sections Integrated by Compositional Disor
dering of a Quantum Well" IEEE JOURNAL OF QUANTUM
ELECTRONICS, VOL.27, No.6, 1991年 6月）を使用す
る。

【００３６】λ₀＝７８０ｎｍでΔλ＝０．２４ｎｍの
通常の一般的なレーザーダイオードでは、Ｎ＝１．２が
ｅ＝１ｍｍにとって得られる。通常のＤＢＲレーザーダ
イオードは、λ₀＝８５０ｎｍでΔλ＝２ｎｍである特
性を有し、Ｎ＝８．４がｅ＝１ｍｍにとって得られる。

【００３７】ＤＢＲレーザーダイオードを使用すること
によって、例え、０．５ｍｍの厚さであっても、厚さを
決定するための周波数測定にとって、依然として振動数
が４以上であり、これは都合が良い。それにより、薄い
又は極薄い（０．２ｍｍ）であるガラスの厚さを測定す
ることが可能である。

【００３８】しかしながら、一般的なレーザーダイオー
ドとは異なり、ＤＢＲレーザーダイオードの波長変調
は、現在の線形変調にとって線形ではなく、言い換えれ
ば、式（２）の関数ｇ₀(t)は、ＤＢＲレーザーダイオー
ドにとって時間の非線形関数である。

【００３９】一般的に、干渉信号は、次式（１１）によ
って表すことができる。

【数１５】

【００４０】図１は、概略形状における光学装置を表し
ている。光源である一般的なレーザーダイオード又はＤ
ＢＲレーザーダイオードが１で示されている。出力Ａの
像は、レンズ１６によってＢにおいて形成される。試供
ガラス２に関する点Ｂの位置は不定である。この新たな
光源がガラスに発散光線を与えることは、干渉領域の開
きを減少する可能性があるガラスがプリズム化される場
合においても、図２に３で示されるかなり大きな干渉領
域を得ることを可能とする。こうして、信号の検出部分
は、例え、縁部でフロートガラス帯の非常にプリズム化
された部分においても、測定可能な領域外となる恐れが
ない。

【００４１】検査に使用される光源は、５０ｍＷの出力
と７８０ｎｍの波長λとを有する一般的なレーザーダイ
オードＨＬ７８５１Ｇ（日立）か、又は、８５２ｎｍの
波長の横川ＹＬ８５ＸＴのＤＢＲレーザーダイオードの
いずれかである。

【００４２】光電子装置の過剰な加熱を避けるために、
本発明の変形例は、本発明の方法を使用する時に、熱生
成領域において光ファイバが使用されることを提案す
る。レーザーダイオードからの光線は、次に、図面に表
されていない単一方式の光ファイバへ連結される。

【００４３】第二の光源Ｂからの出力光線は、試供体の
二つの表面によって反射される。（この鏡のような反射
は、従来のように表面によって散乱される光線より非常
に大きな光度を与える。しかしながら、さらに、本発明
は散乱光線と両立可能である。）

【００４４】反射光線は、二つの点Ｂ₁及びＢ₂から到
来すると思われ（図２）、これらの点の間の距離は、実
際的に測定される試供体の厚さｅに比例する。測定のた
めに、装置の放出側と受け取り側が図１において組み合
わされ、矩形４が本発明による装置の全てを含んでい
る。それにより、前述した放出部分に加えて、受け取り
部分も矩形４内に位置している。こうして、検出要素上
に直接的に、又は、図１及び３のように多数方式の光フ
ァイバ５の入口へ、干渉領域の位置Ｃ’をＣにおいて集
中させるレンズ６が存在する。この光ファイバは、検出
器に接続され、アバランシェ光ダイオード（ＡＰＤ）が
有利に使用される。

【００４５】図４は、レンズ６によって取り出される位
置Ｃ’での干渉領域３の断面を表している。表示Φ_C'は
レンズ６及び光ファイバ５によって実際に見えるものを
示している。

【００４６】この測定装置は図５に表されている。本質
的なものは、コンピュータ、例えば、ＰＣであり、これ
は、光電子装置を作動させ、検出された光信号を解析及
び処理する。光源１、すなわち、電子装置１１内に位置
する一般的な又はＤＢＲレーザーダイオードは、電力供
給装置９によって作動させられる。電子装置は、ケーブ
ル１０を介してコンピュータ８からの変調信号Ｖ_modを
受け取る。レーザーダイオード１によって出力される光
信号は、測定頭部４から外被７を通り延在する単一方式
の光ファイバ１２によって伝達される。同じ外被７を通
り延在する多数方式の他の光ファイバ５は、Ｃで光信号
を集中させ、それを、好ましくは、アバランシェ光ダイ
オードである検出器１３に伝達する。

【００４７】このＰＣ装置は、つまり、信号処理装置で
あり、除算カードとデジタル信号処理ソフトウエアーと
を具備している。これら二つの部分は次の段落でより詳
細に扱われる。ヘテロダイン干渉方法は、レーザーダイ
オードの波長を変調するために、線形の現在の変調を使
用する。しかしながら、このレーザーダイオードの光度
は、さらに、時間変調させられる。

【００４８】一般的なレーザーダイオードのために、及
び、さらに、ＤＢＲレーザーダイオードのために与えら
れる式（１１）を再検査すると、もし、光度Ｉ₀がいず
れにしても時間変調させられるならば、シヌソイド信号
の項（角度周波数及び位相）を求めることが可能ではな
いことが判る。

【００４９】一般的なレーザーダイオードのために、線
形な現在の変調は、光度Ｉ₀の線形変調をもたらす。し
かしながら、ＤＢＲレーザーダイオードの場合におい
て、線形な現在の変調は、光度Ｉ₀の非線形変調をもた
らす。

【００５０】この問題の解法は、光度の変調Ｖ_mod＝Ｉ
₀(t)によって干渉信号を除算することにある。この場合
において、次式（１４）が得られる。

【数１６】

【００５１】得られる除算信号は、レーザーダイオード
の光度の変調から独立である。これは純粋なシヌソイド
信号であり、それを使用して厚さの決定を可能とする。
所定センサの特定の場合において、除算は、ＰＣフォー
マットのＤＩＶＩＤＥＲ電子カードによってデジタル式
に実施される。ＰＣにインストールされて、ＰＣは除算
を実施し、さらに同時に、レーザーダイオードの電力供
給のために、三角変調Ｖ_modの源を提供する。この除算
カードは図５に１４で示されている。

【００５２】このＰＣは、ＤＩＶＩＤＥＲによって伝達
された除算結果を受け取る。次に、、このデジタル処理
は装置１５において開始可能である。適用のために、三
角変調周波数は２ｋＨｚとして良い。変調の上昇又は下
降のために、２５０の除算位置が利用可能である。

【００５３】第一処理作業は、バンドパスフィルタ処理
である。これは、いくつかのノイズの除去をもたらし、
それにより、シヌソイド信号を変形させることなくＶ
_divのＤＣレベルをもたらす。第二の処理作業は、極値
の位置、すなわち、シヌソイド信号の最大値及び最小値
の添字（１と２５０との間）を決定することにある。最
後の処理作業は、厚さを決定するためである。

【００５４】除算信号Ｖ_divを上昇又は下降させるため
に、極値のための添字は、ベクトルＭによって表すこと
ができる。図６は、二つの連続測定ｋ及びｋ＋１のため
のこれらの極値の添字を示している。この図において、
周波数変調（コンチェルティーナ作用）が見られ、これ
は、ＤＢＲレーザーダイオードの場合に対応している
が、この周波数変調は、一般的なレーザーダイオード及
びＤＢＲレーザーダイオードのための両方の信号の一般
的な場合も示している。

【００５５】測定ｋにとって、ベクトルＭ_kが得られ、
これは、極値のＬ個の添字を有している。

【数１７】

【００５６】厚さ自身の測定（絶対測定）のために、次
の処理が適している。除算信号がデジタル形状であるた
めに、時間項（ｔ）は、在来の意味を失う。時間の概念
は、１から２５０へ変化する整数によって置換される。

【００５７】式（１４）による関数ｇ（ｔ）が判れば、
次式（１６）が得られる。

【数１８】

【００５８】これは、二つの連続の極値にとって、位相
はπ又は１８０°だけ変化することを意味する。所定厚
さ及び所定レーザーダイオードのためにＬ個の極値が存
在するために、厚さｅは、次の関数を最小化することに
よる最小二乗法によって決定可能である。

【数１９】

【００５９】関数Ｙの最小値はｄＹ／ｄｅ＝０の時に存
在し、これは次式（１７）を与える。

【数２０】

【００６０】厚さを決定するためのこの式は、一般的な
レーザーダイオード及びＤＢＲレーザーダイオードの両
方に適合する。厚さ変化の測定（相対測定）を実施する
ために、厚さ形状の導関数を計算することが必要であ
る。測定ｋ＋１にとって、次式が得られる。

【数２１】

【００６１】もし、測定ｋからのベクトルＭ_kがコンピ
ュータのメモリに記録されるならば、測定ｋ＋１と測定
ｋとの間の位相変化は次式（１８）によって与えられ
る。

【数２２】

【００６２】ゆえに、もし、ガラスの厚さがλ₀／（４
ｎ）より大きく変化しないならば、測定ｋ＋１と測定ｋ
との間の厚さ変化は、式（９）に依り、

【数２３】

【００６３】厚さ形状の導関数を決定するためのこの式
は、一般的なレーザーダイオード及びＤＢＲレーザーダ
イオードの両方に適合する。完全な唯一の結果を得るた
めに、残る全ては、絶対厚さのための計算方式を相対厚
さのための計算方式に組み合わせることである。

【００６４】厚さ形状は、次式によって与えられる。

【数２４】ここで、ｅ₍₁₎は第一測定（ｋ＝１）における厚さを示
している。ここで、ｋは測定数を示し、当然に回数を表
している。

【００６５】相対測定方式は、１ミクロンより小さな正
確性を有して厚さ変化形状Δｅ_(k)を得ることを可能と
する。最終的な厚さ形状を得るためにする残る全ては、
定数ｅ₍₁₎を見い出すことである。絶対測定方式は、ｅ
₍₁₎を決定することを可能とする。これをするために、
相対測定以前に絶対方式の一測定をすれば十分である。
しかしながら、実際的に、無作為になされる一測定は、
測定中の信号を乱す現象に鑑みて安定でない。

【００６６】この問題の一つの改善は、絶対方式におけ
る所定数の測定の平均値を採ることであり、これが直接
的に定数ｅ₍₁₎を与える。しかしながら、製品の厚さ変
化は、常に、多数の測定をして、それらの平均値を採る
のに十分な時間を許容するとは限らない。最善の解法は
最小二乗法によって定数ｅ₍₁₎を決定することであるこ
とが判る。

【００６７】厚さ形状の測定にとって、絶対方式におけ
る厚さ形状は、Ｍ個の測定点において得られる。ｅ_A(k)（ｋ＝１からＭ）こうして、Ｍ個の測定点における厚さ変化形状は、比較
方式において得られる。 Δｅ_(k)（ｋ＝１からＭ）ここで、ｋ＝１及びｋ＝Ｍは、それぞれ、形状の始点及
び終点に対応する。

【００６８】［ｅ₍₁₎＋Δｅ_(k)］が最小二乗法によっ
てｅ_A(k)に可能な限り近づくように、定数ｅ₍₁₎を見い
出すことが必要である。それにより、定数ｅ₍₁₎は、次
の関数を最小化することによって決定可能である。

【数２５】

【００６９】この関数の最小値は、ｄＱ／ｄｅ₍₁₎にと
って存在し、これは、次式をもたらす。

【数２６】

【００７０】要約すると、以下のようにフロート処理ラ
イン上の厚さ形状の測定が開始される。１）測定はセンサがフロートガラスの帯上を横断方向に
移動する間に行われる。２）絶対測定及び比較測定は、この帯上の全ての測定点
のために行われ、これは、絶対方式において厚さ形状ｅ
_A(k)を与え、比較方式において厚さ変化形状Δｅ_(k)を
与える。３）最終的な厚さ形状は、［ｅ₍₁₎＋Δｅ_(k)］であ
り、ここで、ｅ₍₁₎は式（２２）によって決定される。
本発明の方法を証明するために、種々の実験が実施され
る。

【００７１】最初に、連続測定は、１ｍｍから２０ｍｍ
の間の種々の厚さを有するフロートガラス上において、
一般的なレーザーダイオードを使用して行われる。図７
は、１．６７ｍｍの厚さにとっての干渉信号Ｖ_intと、
変調信号Ｖ_modと、除算信号Ｖ_divとを示し、図８は、
３．８３ｍｍの厚さにとってのこれらの信号を示してい
る。

【００７２】この方法は、＋−５μｍのマイクロメータ
ねじゲージと同じ単位の測定正確性を示している。ＤＢ
Ｒレーザーダイオードを使用すると、連続測定は、０．
３ｍｍから５ｍｍの間の種々の厚さを有する平らなガラ
ス上で行われる。図９及び図１０は、１．６７ｍｍ及び
３．８３ｍｍの厚さにとっての信号を示している。

【００７３】図７及び９を比較すると、同じ厚さにとっ
て、三角変調の上昇（又は下降）中に、一般的なレーザ
ーダイオードよりＤＢＲレーザーダイオードで多くの振
動が存在することが容易に判る。同時に、ＤＢＲレーザ
ーダイオードにより得られる除算信号上において明らか
にコンチェルティーナ作用が見られ、これは、ＤＢＲレ
ーザーダイオードのための関数ｇ（ｔ）の非線形性を表
している。

【００７４】ＤＢＲレーザーダイオードによる厚さ測定
は、何よりも、関数ｇ（ｔ）、すなわち、線形の現在の
変調による波長変調の非線形性を正確に知ることを必要
とする。この関数は、数学的な適合によって決定可能で
ある。これは、次の式における全てのパラメータを決定
することにある。

【数２７】それにより、前述の数学的な除算信号は、最小二乗法に
よる経験的な数値に可能な限り近い。１．６７ｍｍの厚
さにとっての経験的な除算信号（図９参照）により、所
定のＤＢＲレーザーダイオードのために次の数値が得ら
れる。ｂ₁＝３．５７８９７、ｂ₂＝０．０２２９３
６、ｂ₃＝４．８１・１０^-5、及び、ｎ＞３にとってｂ
_n＝０関数ｇ（ｔ）を知ると、測定されるガラスの厚さ
は、式（１７）によって決定可能である。

【００７５】図１１は、本発明の装置が、移動するフロ
ートガラスの帯を幅方向に横断する間において、この帯
の幅を横断して行われた測定の実験結果を示している。
横座標は０から３５０ｃｍまでの帯の幅を示し、縦座標
はｍｍで厚さを示している。ダイヤモンド形の点は、マ
イクロメータねじゲージでの測定を表している。１００
分の１ミリメータで行われた二つの手動測定の間を補間
可能であるために、本発明による測定の正確性は良好で
あることが理解できる。

【００７６】こうして、本発明は、非常な正確性を有し
て製造中のフロートガラスの厚さを監視することを可能
とし、さらに、高温での、すなわち、ガラスが焼きなま
し冷却がまへ入る以前におけるこの測定を可能とする。
この処理制御装置は、次に、製造パラメータに直ぐに反
応することができ、これは、大幅に、浪費時間を制限
し、一般的に、品質を改善する。

【図面の簡単な説明】

【図１】測定装置の光学原理を示す図である。

【図２】平行表面を有する平らなガラスの干渉領域を示
す図である。

【図３】受光レンズと共に図２と同じ干渉領域を示す図
である。

【図４】図２の干渉領域の平面Ｐにおける干渉縞を部分
的に示す図である。

【図５】光信号を処理するための電子装置の概略図であ
る。

【図６】ＤＢＲレーザーダイオードによる放射の場合に
おける二つの連続測定（ｋ及びｋ＋１）のための極値の
添字を示す図である。

【図７】厚さ１．６７ｍｍのガラスにとっての通常のレ
ーザーダイオードでの信号Ｖ_in _t、Ｖ_mod、及びＶ_div
を示す図である。

【図８】厚さ３．８３ｍｍのガラスにとっての通常のレ
ーザーダイオードでの信号Ｖ_in _t、Ｖ_mod、及びＶ_div
を示す図である。

【図９】厚さ１．６７ｍｍのガラスにとってのＤＢＲレ
ーザーダイオードのための変調上昇中の除算信号を示す
図である。

【図１０】厚さ３．８３ｍｍのガラスにとってのＤＢＲ
レーザーダイオードのための変調上昇中の除算信号を示
す図である。

【図１１】手動測定に比較しての本発明により測定され
た厚さ形状を示す図である。

【符号の説明】

１…レーザーダイオード２…試供ガラス３…干渉領域５…光ファイバ６…レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率（ｎ）を有する透明材料の厚さ
（ｅ）を測定するための方法であって、変調された光周
波数を有する光線が焦点合わせさせられ、前記透明材料
の各表面によって反射させられた二つの光線が受け取ら
れ、前記二つの光線の間の干渉がもたらされ、干渉信号
の変調周期当たりの振動数が決定され、前記二つの光線
の間の通路差（δ）及び前記透明材料の厚さ（ｅ）が推
定される方法において、前記干渉信号の位相変化（Δ
ψ）がさらに決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】変調された光周波数を有する前記光線
は、分散式ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を有するレーザー
ダイオードによって発せられることを特徴とする請求項
１に記載の方法。
【請求項３】透明材料によって反射させられた前記光
線は、鏡のような反射によって反射させられることを特
徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】焦点合わせさせられた前記光線は、それ
が達する前記透明材料の表面において発散するように、
前記透明材料の表面に達する以前に集中することを特徴
とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】厚さ測定は、必要ならば信号のデジタル化することと、変調程度に対する前記干渉信号の比を得ることと、前記比をバンドパスフィルタにかけることと、時刻ｋでの測定の結果信号の極値を決定することと、二つの連続測定（ｋ及びｋ＋１）に対応する極値の間の
時間を決定することと、次式による最小二乗法の計算をすることと、【数１】次式によって厚さを計算することと【数２】によって実現されることを特徴とする請求項１から４の
いずれかに記載の方法。
【請求項６】フロートガラスの帯の局部的な厚さ変化
の正確な測定に適用されることを特徴とする請求項１か
ら５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】前記局部的な厚さ変化の測定に基づいて
前記フロートガラスの屈折欠陥の測定に適用されること
を特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】局部的な厚さ変化は、検出器上の干渉信
号を受け取った後に、必要ならば信号のデジタル化することと、変調程度に対する前記干渉信号の第一比を得ることと、前記第一比をバンドパスフィルタにかけることと、時刻ｋでの測定の結果信号の極値を決定することと、二つの連続測定（ｋ及びｋ＋１）に対応する極値の間の
時間を決定することと、対応する周期に対する前記時間の第二比を決定して、位
相変化を得るために前記第二比に２πを乗算すること
と、次式によって厚さ変化を計算することと【数３】 λ₀：変調なしのレーザーダイオードの波長 Δψ：位相変化ｎ：屈折率によって得られることを特徴とする請求項６に記載の方
法。
【請求項９】０．２ｍｍ以上の薄い透明材料の厚さ測
定に適用されることを特徴とする請求項１から４のいず
れかに記載の方法。
【請求項１０】ＤＢＲレーザーダイオードの光源と、
試供体の表面上に光線を向けるためのレンズと、前記表
面によって再発出された光線の干渉信号を受け取るため
の手段と、コンピュータとを有し、前記コンピュータ
は、連続的に、前記信号をデジタル化し、変調程度に対する前記干渉信号の比を求め、デジタル化された前記比をバンドパスフィルタにかけ、時刻ｋでの測定の結果信号の極値を決定し、二つの連続測定（ｋ及びｋ＋１）に対応する極値の間の
時間を決定し、次式による最小二乗法の計算をし、【数４】次式によって厚さを計算する【数５】ことを特徴とする請求項５に記載の方法を実施するため
の装置。
【請求項１１】ＤＢＲレーザーダイオードの光源と、
試供体の表面上に光線を向けるためのレンズと、前記表
面によって再発出された光線の干渉信号を受け取るため
の手段と、コンピュータとを有し、前記コンピュータ
は、連続的に、前記信号をデジタル化し、変調程度に対する前記干渉信号の第一比を求め、デジタル化された前記第一比をバンドパスフィルタにか
け、時刻ｋでの測定の結果信号の極値を決定し、二つの連続測定（ｋ及びｋ＋１）に対応する極値の間の
時間を決定し、対応する周期に対する前記時間の第二比を決定して、位
相変化を得るために前記第二比に２πを乗算し、次式によって厚さ変化を計算する【数６】ことを特徴とする請求項８に記載の方法を実施するため
の装置。
【請求項１２】前記レーザーダイオードによって発せ
られる光線及び／又は前記透明材料の表面によって反射
させられる光線を伝達するための光学ファイバの導波ガ
イドを有することを特徴とする請求項１０又は１１に記
載の装置。
【請求項１３】受け取り手段としてアバランシェ光ダ
イオードを有することを特徴とする請求項１０から１２
のいずれかに記載の装置。