JP2000131020A - 干渉法で測定されたデ―タの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 材料Ｍの厚さ等、物体の物理特性を表す干渉
法測定データの処理方法を提供する。 【解決手段】 長さＬに関して複数の干渉信号１，２，
・・・を得て、記憶し、その複数の干渉信号が得られた長
さＬの寸法を求める。その後、複数の干渉信号の捕捉の
開始位置に関して干渉信号のすべてのピークの位置、振
幅を求める。次に、物体の物理特性を表す干渉計ピーク
を求めて、これらの配列を、あらかじめ定められた分類
パターンと照合し、必要なピークを抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、非接触光
学干渉法による移動物体の物理特性の測定に関し、特
に、フィルム、シート、またはウェブ等の移動している
長手材料の厚さのプロファイルを与える装置および方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの産業プロセスにおいて、材料の厚
さの制御は非常に重要であり、層状であったり、コーテ
ィングされたウェブ材料の製造においては特に重要であ
る。例えば、写真フィルムの製造では、支持体上に均一
な乳剤層を形成することが要求される。材料の特性に悪
影響を与えず、測定装置のセンサヘッドに塵、ほこり、
またはフィルムの残留物が蓄積するのを最小限に抑える
ため、非接触式の厚さ測定手段が好ましい。測定センサ
ヘッドに残留物が蓄積すると、測定の解像度に悪影響を
与え、データの欠損につながるおそれがある。

【０００３】従来、干渉計を用いて材料の厚さを測定す
る方法がいくつか知られている。たとえば、米国特許第
3,319,515号（Flournoy）は、干渉法的な光学位相の識
別に基づいて厚さを求めることに関する。米国特許第5,
473,432号（Sorin）および米国特許第5,610,716号（Sor
inら）は、光学反射測定法を利用して移動するフィルム
の膜厚を測定する装置および方法に関する。移動する材
料の振動や、横方向の動き、角度の変動にともなうフラ
ッタ、定常波、変動等の要因により、厚さの測定が不正
確で不明瞭となったり、データの損失につながったりす
る。Sorinは、調整可能開口数レンズを組み込むことに
よってフラッタを補償しようとしている。しかし、フラ
ッターが大きい状況では、開口数レンズを絶えず調整す
るのは実用的ではない。開口数を低減してフラッタの許
容度を上げると、ファイバに戻る反射光の受光角が小さ
くなってしまう。

【０００４】従来、βラザーフォード後方散乱法または
γ線に基づく非接触厚さ測定法が知られている。これら
の非接触測定法では、有用な厚さ測定プロファイルを得
るのに充分な信号対雑音比をもたらす測定を行うのに必
要なビームスポットサイズが比較的大きい（たとえば、
直径０．５インチ（約１．２７ｃｍ）以上など）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、移動する
材料に悪影響を与えることなくその厚さを測定する装置
および方法が依然として必要とされている。さらに、横
方向の解像度が高い状態で材料を測定する必要性があ
る。データの損失が起こり得るような状況では、失われ
たデータを補償し、意義のある厚さプロファイルを与え
る必要性がある。

【０００６】本発明の一目的は、移動する材料の厚さを
測定するための改良された装置および方法を提供するこ
とである。

【０００７】本発明の別の目的は、材料の移動方向にお
いて材料の厚さプロファイルを与えるような装置および
方法を提供することである。

【０００８】本発明のさらに別の目的は、厚さの情報の
損失が最小限に抑えられるような正確かつ信頼性のある
測定値を与えるとともに、意義のある厚さプロファイル
を与えるような係る装置および方法を提供することであ
る。

【０００９】本発明のさらに別の目的は、横方向の解像
度が高い測定を行うような装置および方法を提供するこ
とである。

【００１０】これらの目的は単なる例であり、開示する
発明によって他の望ましい目的および利点が本質的に達
成される可能性があり、それらは当業者には明らかにな
るであろう。本発明は前掲の特許請求の範囲によって定
義される。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の一局面による
と、物体の物理特性を表す干渉法測定データの処理方法
が提供される。前記方法は、長さＬに対して複数の干渉
信号を捕捉して記憶するステップと、前記複数の干渉信
号が捕捉された長さＬの寸法を求めるステップと、前記
複数の干渉信号の捕捉の開始位置に関して前記干渉信号
のすべてのピークの位置を求めるステップと、どの干渉
計ピークが前記物体の物理特性を表すかを判断するステ
ップと、前記物体の物理特性を表す干渉計ピークを記憶
するステップとを含む。

【００１２】本発明は、フィルム、シート、ウェブ等の
移動する長手材料の材料厚さプロファイルを与えるため
の改良された装置および方法を提供する。移動するウェ
ブの種々の要因を考慮に入れて、厚さデータの欠損を最
小に抑えた正確な測定を行う。非接触測定手段を使用
し、それによって材料の特徴または測定に悪影響を与え
ないようにする。本発明は、製造機器の品質管理や、標
準サンプルを何度も測定して製造機器の性能をテスト、
比較する検定手順のために使用することができる。

【００１３】本発明の上述の及び他の目的、特徴、およ
び利点は、添付の図面に図示される本発明の好適な実施
形態の以下のより詳細な説明により明らかになるであろ
う。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好適な実施形態を詳細に説明する。図面において、同一
の参照符号は各図を通して同じ構造上の要素を示す。

【００１５】装置および方法 図１は、所定の幅を有する移動材料の厚さプロファイル
を求めるのに適した本発明による測定システム１０を包
括的に示す。長手の材料Ｍが搬送経路Ｐに沿って入口１
２から出口１４へと矢印Ａで示される方向に搬送され
る。長手材料Ｍは先端と後端とを有する。図１に示され
るように、搬送経路Ｐには測定および搬送装置１６が配
設される。これについてはより詳細に後述する。図１に
示されるように、測定および搬送装置１６に隣接して、
光学プローブ１８が、材料Ｍの厚さプロファイルを測定
できるように材料Ｍに対して適切に配向される。この配
向についてはさらに後述する。

【００１６】材料が搬送される際に、光学プローブ１８
は単一モード光ファイバ１９を介して移動する材料の一
部に向けて光ビームを照射する。干渉計装置２０が材料
Ｍの前記一部の光学界面から反射された光の一部を集光
し、集められた光を表す干渉信号を生成する。干渉信号
は干渉計装置２０内部の光検出器に与えられ、アナログ
電気信号に変換される。アナログ電気信号は増幅および
フィルタ処理され、データ捕捉モジュール２２内のＡ−
Ｄコンバータによってデジタルデータに変換される。デ
ジタルデータはさらにアナライザ２４によって厚さ値に
変換される。随意に、データ捕捉モジュール２２とアナ
ライザ２４は図１に示されるようにコンピュータ２５に
組み込まれてもよい。順に並べられた一連の厚さ値は、
移動方向における材料の厚さプロファイルを与える。図
２は、長さ５４インチ（約１３７．１６ｃｍ）（ｘ軸）
の材料の厚さプロファイル（ｙ軸）の例を示す。

【００１７】材料Ｍはシートまたはウェブの形態であっ
てもよく、単一の層からなるものでも複数の層からなる
ものでもよい。説明を簡単にするため、ここでは材料Ｍ
は単一の層からなり、前面Ｆと裏面Ｂとの２つの光学界
面を有するものと仮定する。さらに、材料Ｍは透明であ
っても、色がついていても、または部分的に不透明（す
なわち測定波長において光学濃度が４未満）であっても
よい。図３は、長さＬ、幅Ｗの長手材料Ｍを示す。図２
に示される厚さプロファイルは長さ方向の厚さプロファ
イル（すなわち図２のｘ軸が長さＬの値の範囲を有す
る）であってもよいし、または幅方向の厚さプロファイ
ル（すなわち図２のｘ軸が幅Ｗの値の範囲を有する）で
あってもよい。幅方向の厚さプロファイルの場合、当業
者であれば、長手材料Ｍを実質的に一定の幅Ｗの小片に
切断するのが好ましい場合があることが理解されるであ
ろう。たとえば、図３に示されるように、材料Ｍから小
片Ｍ’に切断し、小片Ｍ’を用いて幅方向の厚さプロフ
ァイルの測定を行ってもよい（材料Ｍ''は、小片Ｍ'を
切った後の材料Ｍの残りである）。

【００１８】測定システム１０と使用するのに適切な干
渉計装置２０が、同一譲受人に譲受された米国特許第5,
659,392号（Marcusら）および第5,596,409号（Marcus
ら）に開示されており、ここに引用により援用する。こ
れらの特許には、材料の厚さを測定するための装置およ
び方法が記載されている。干渉計装置２０は、好適に
は、図４に示されるように、自己相関モード、マイケル
ソン構成の二重干渉計装置である。光学プローブ１８が
発光ダイオード（ＬＥＤ）等の非コヒーレント（非干渉
性）光源３０からの光を移動する長手材料Ｍの一部に対
して照射する。光学プローブ１８は屈折率分布型レンズ
（ＧＲＩＮ等）を含む。光は、材料Ｍの前面Ｆおよび裏
面Ｂにおいて反射し、光信号が１×２オプティカルカプ
ラ３２およびファイバコリメータ３４を介して、干渉計
装置２０の２つのアームへと至る。コヒーレント光源３
６（たとえばＨｅＮｅレーザ等）が光をビームスプリッ
タ３８に向けて照射する。ビームスプリッタ３８は光ビ
ームを１対の立方体内面で構成された逆反射体４０，４
２に向かう光ビーム対に分割する。逆反射体４０，４２
は、９０度の角度を持って設けられ、矢印ＢおよびＣで
示される互いに直交する方向に動く。干渉計装置２０の
出力は、それぞれＬＥＤ３０およびレーザ３６のための
１対の検出器４４，４６へと配向される。ＬＥＤ３０の
非コヒーレント光は、ＨｅＮｅレーザ３６のコヒーレン
ト光の光路と同じ光路を取るが、時間的に逆の経路をた
どる。バンドパスフィルタ４８はレーザ３６からの光が
材料Ｍに入射するのを阻止し、第２のフィルタ５０はＬ
ＥＤ３０からの光がレーザ３６からの光と干渉するのを
防ぐ。

【００１９】このように、レーザ信号がデータ捕捉トリ
ガ信号となり、レーザ干渉計は、一定の距離間隔で、光
路の変化距離を追跡し、ＬＥＤ干渉計から干渉計データ
を収集する。したがって、レーザ干渉計の目的は、ＬＥ
Ｄ干渉計が材料Ｍからデータを収集している間に光路が
動く距離を追跡することである。

【００２０】本件出願人らは、材料Ｍが光学プローブ１
８を通過する際に材料がある程度平坦に保たれる必要が
あることを見出した。平坦に保たれなければ、振動、横
方向の動き、定常波、および揺らぎ等による変動により
厚さの測定が不確かで不明瞭なものとなってしまう。し
たがって、本件出願人らは、材料Ｍを所定の平坦さに維
持する測定および搬送装置１６を考案した。出願人らは
また、材料Ｍがあるレンズに対して測定領域内において
搬送経路の面から１度以内の平坦さを保たなくてはなら
ないという結論に達した。より具体的には、光学プロー
ブ１８は２ｍｍの焦点深度でこの面から１度のばらつき
を許容するという結論に達した。

【００２１】以下、測定および搬送装置１６をより具体
的に説明する。図５−１４に示されるこの装置は、デー
タの損失なく、正確な測定を行うのに必要な程度の平坦
さおよび速度で材料を搬送するのを可能にする。

【００２２】測定および搬送装置１６は、図８に示され
るように、長手材料Ｍを光学プローブ１８に隣接する測
定ゾーンＺを介して搬送経路Ｐに沿った第１の方向に搬
送するための搬送機構５０を含む。搬送機構５０は、搬
送経路Ｐを規定する開チャネル５２を含む。チャネル５
２は、その長さに沿って配置された窪んだウェブ逃がし
トラック６０を有する底壁５４と、２つの側壁５６，５
７と、２つの上壁５８，５９とによって規定される。こ
れら２つの上壁はチャネルに開口部ができるように間隔
をあけられていて、光学プローブを移動材料Ｍに隣接し
て配置することができるようになっている。このように
窪んだウェブ逃がしトラック６０を有する開チャネル５
２によって、材料Ｍの測定ゾーンＺにおける部分が搬送
機構のいかなる部材にも接触しないようにされている。

【００２３】チャネル５２の幅は材料の幅よりも大きい
が、実質的にはこれと等しく、材料がサンプル経路に沿
って横方向に動かないようにしている。たとえば、幅が
約３５ｍｍの長手材料Ｍに対してであれば、チャネル５
２の幅は、３５＋〜２ｍｍとなる。同様に、上壁５８，
５９と底壁５４との間の距離は、最大のウェブ厚さの測
定サンプルでも搬送できるように充分に大きくなくては
ならない。ウェブの厚さが２−１０ミル（ｍｉｌｓ）の
範囲であれば、特に材料がローレット部を有する場合、
距離は２０ミル（ｍｉｌｓ）で十分といえる。チャネル
５２の幅および長さの寸法の組合わせを測定領域で材料
を平坦に維持できるようなものとし、材料がチャネルを
出入りする際のエッジ効果を低減する。本件出願人ら
は、チャネルが十分に長ければ材料を平坦に維持するの
に有利であり、したがって、支持体の長さが材料の幅の
少なくとも５倍であるのが好適であることを見出した。
たとえば、幅が約３５ｍｍの材料の場合、長さ７−３２
インチ（約１７．７８−８１．２８ｃｍ）のチャネルが
適していることがわかった。

【００２４】ウェブ逃がしトラック６０は底壁５４内で
窪んでおり、材料Ｍの一部が搬送機構５０と接触するこ
とがないようになっている。図６に示されるように、オ
プションのイオン化空気口６２がウェブ逃がしトラック
６０に沿って配置され、それによって材料Ｍが搬送され
る際に静電気がたまるのを防ぐ。オプションの静電気防
止部材６４を測定および搬送装置１６の一部またはすべ
てを囲むように配置して、材料に静電気がたまるのを防
いでもよい。例えば、このような静電気防止部材はイオ
ン化された空気を供給するイオンパージ透明カバーであ
ってもよい。

【００２５】搬送機構５０はまた、機械的に駆動ローラ
６８（図５参照）と協働して材料Ｍをチャネル５２を通
して搬送するステッパモータ６６（図７参照）を含む。
ステッパモータ６６は種々のサンプル速度を得るように
プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）またはコン
ピュータ（図示せず）によって制御される。好適な構成
では、機械的に協働する３：１遊星歯車機構７０を含
む。このような伝動構成により、ステッパモータ６６は
より速く、滑らかな速度で動作することができる。さら
に、この伝動構成は駆動ローラ６８のトルクを増大す
る。駆動ピンチローラ対７２ａ，７２ｂ（図６参照）の
各々が駆動ローラ６８とニップを形成し、材料は予め定
められた一定の速度Ｓでこのニップを通過する。駆動ピ
ンチローラ７２ａ，７２ｂどうしは間隔を空けられてい
て、材料Ｍが搬送部材と接触しない領域を形成し、材料
の特性に悪影響を与えないようにする。

【００２６】図５に示されるように、駆動ローラ６８
は、搬送経路Ｐの入口１２付近に配設された入口ローラ
７４、および搬送経路Ｐの出口１４付近に配設された出
口ローラ７６と機械的に協働する。説明を簡単にするた
め、ローラ６８，７４，および７６の直径はほぼ等しく
なっている。機械的な協働は、たとえば、駆動ローラ６
８、入口ローラ７４、出口ローラ７６のローラ軸にそれ
ぞれ装着された歯付きプーリ６８ａ，７４ａ，７６ａに
連結された歯付きベルトＢ₁，Ｂ₂によって達成されても
よい。駆動ローラの歯付きプーリ６８ａ（図７に示され
る）は、歯付きベルトＢ₁およびＢ₂の両方に連結するた
めの二重プーリである。３つのローラ（駆動ローラ６
８、入口ローラ７４、出口ローラ７６）はすべて、くぼ
んだ中央部を有し、これが埃の蓄積を減じる一助となる
とともに、材料Ｍとの接触量を減じ、非接触測定領域を
与える。

【００２７】入口ピンチローラ対７８ａ，７８ｂは入口
ローラ７４とニップを形成する。同様に、出口ピンチロ
ーラ対８０ａ，８０ｂは出口ローラ７６とニップを形成
する。駆動、入口、出口ローラ６８，７４，７６は、好
ましくは、ウレタンコーティングされた陽極処理アルミ
ニウムからなる。駆動ピンチローラ７２ａ，７２ｂは、
好ましくはデルリン（Delrin）材料からなり、入口およ
び出口ニップローラ７８ａ，７８ｂ，８０ａ，８０ｂも
同様である。駆動ピンチローラと入口および出口ニップ
ローラは、図１０に示されるように、ＥＰＤＭ（エチレ
ン−プロピレンターポリマ）のＯリング８１等の適切な
ポリマーを含んでもよく、それによって搬送中に滑らな
いようにしてもよい。

【００２８】入口ローラ７４は、駆動ローラ６８の速度
Ｓよりもわずかに遅い速度で動作する。この動作は、ベ
ルトＢ₁によって駆動ローラ二重歯付きプーリ６８ａに
連結される歯付きプーリ７４ａによって達成される。入
口ローラプーリ７４ａは、駆動ローラ二重歯付きプーリ
６８ａよりも一回転当たりの歯がわずかに多い。ローラ
クラッチ８２が入口ローラ７４に連結されて、材料Ｍの
均一な搬送を助ける。長手材料Ｍが駆動ローラ６８と形
成されるニップに入ると、ローラクラッチ８２の自由回
転クラッチにより、わずかに遅い入口ローラ７４から引
きずりなく長さ方向に引っ張られる。

【００２９】出口ローラ７６は、駆動ローラ６８の速度
Ｓよりもわずかに速い速度で動作する。この動作は、ベ
ルトＢ₂によって駆動ローラ二重歯付きプーリ６８ａに
連結される歯付きプーリ７６ａによって達成される。出
口ローラプーリ７６ａは、駆動ローラ二重歯付きプーリ
６８ａよりも一回転当たりの歯がわずかに少ない。出口
ピンチローラ８０ａ，８０ｂは、図５に示されるばね等
の弾性部材８５等によって、搬送経路Ｐから離れるよう
に付勢される。より詳細に後述するように、材料Ｍの後
端が感知されると、少なくとも１つのソレノイド８６に
よって出口ピンチローラ８０ａ，８０ｂが弾性部材８５
の付勢力に抗して、出口ローラ７６とニップを形成す
る。出口ピンチローラ８０ａ，８０ｂと出口ローラ７６
との間にこのようにニップを形成することにより、長手
材料の後端が迅速に排出されるようにする。

【００３０】材料Ｍがチャネル５２を通して搬送される
際、材料の速度は駆動ローラ６８近傍の領域でほぼ一定
速度に保たれる。本件出願人らは１−１０インチ／秒
（約２．５４−２５．４ｃｍ／秒）の速度で本発明を首
尾よく利用したが、これよりも速い速度や遅い速度にも
本発明の装置および方法を利用して対応できる。

【００３１】測定領域Ｒにおいて搬送経路に重なるよう
な方向に少なくとも一つのセンサが設けられて、搬送中
の長手材料Ｍの先端と後端を検出する。すなわち、測定
領域Ｒがウェブ逃がしトラック６０、中間駆動ピンチロ
ーラ７２ａ，７２ｂに沿って位置する。図１０に示され
るように、好適には、本発明は、個々に位置決めされる
ようにスライドレール上に並置される二つのセンサ９
０，９２を使用し、このセンサ間にウェブ測定位置が設
けられる。図１０では、このウェブ測定位置を、光学プ
ローブ１８から材料Ｍに向かって照射される光の円錐形
Ｃで示している。適切なセンサとしては、ハネウェル(H
oneywell)社製ＨＯＡ１１６０−２等の発光ダイオード
光検出器反射型ペアアセンブリが挙げられる。長手材料
Ｍの先端と後端を検出することにより、センサを用い
て、たとえば測定データの捕捉を開始、および停止させ
る。センサ９０，９２は、光学プローブ１８に実質的に
対向するように、ややずらして配置してもよい。これに
より、一方のセンサで光学プローブ１８の直前に前縁を
検出し、その結果得られる信号を使用して測定を開始す
るようにし、かつ、他方のセンサで光学プローブ１８の
直後に後端を検出し、その結果得られる信号を使用して
測定を終了するようにすることができる（一つのセンサ
で前縁と後端の両方を検出するようにしてもよい）。長
手材料Ｍの先端および／または後端は、ローレット領域
や他の厚さが分析されなくてもよい特徴的な印等を含ん
でもよいことに留意されたい。

【００３２】図９に示されるように、測定および搬送装
置５０はまた、測定機構１００を含む。測定機構１００
は、光学プローブ装着プレート１０２と、高さ調整装置
１０４と、光学プローブ１８とを有する。調整装置１０
４は、光学プローブ装着プレート１０２の位置を搬送経
路Ｐに対して調整し、図９に矢印Ｄで示されるようにチ
ャネルにほぼ垂直な方向に動く。光学プローブ１８は、
光学プローブ装着プレート１０２に装着される。

【００３３】光学プローブ１８は図１１−１４により詳
細に示される。図示のように、光学プローブ１８は好適
にはボールピボットポイント１０８を有するジンバル台
を含む。光学プローブ１８は、複数の機械的固定具（図
示せず）によって光学プローブ装着プレート１０２に装
着され、Rifocs 社の部品番号ＤＡＫ−１３／ＦＣ等の
ファイバ台１１２を含む。光学プローブ１８は、装着さ
れる際、駆動ローラ６８およびセンサ９０，９２の上方
の搬送経路Ｐのウェブ逃がしトラック６０に対して重な
るように配置される（図１０参照）。調整部材１１０が
光学プローブ１８をチャネル５２に対して垂直に整列さ
せるように調整し、搬送経路に沿って材料Ｍが移動する
際にその表面に垂直になるようにする。光学プローブ１
８は、測定している長手材料と干渉計装置２０との間の
インタフェースである。

【００３４】光学プローブ１８は、好適には、ＧＲＩＮ
レンズ（屈折率分布型レンズまたは屈折率分布型ロッド
レンズ）を含む。チャネルに対する光学プローブ１８の
位置決めは、光学プローブの焦点距離に依存する。例え
ば、ＧＲＩＮレンズでは、レンズの焦点距離はレンズか
ら光ファイバまでの距離に大きく依存する。本件出願人
らのこの特定の応用では、焦点距離約２８．５ｍｍ、１
３００ｎｍの動作に対する、直径３ｍｍ、ピッチ０．１
１のNSG America社製のもの（SLW 300011 130NCO）を使
用し、焦点深度２．５ｍｍ、焦点ビームスポットサイズ
４７μｍであった。レンズからファイバまでの距離は
４．７ｍｍである。光をＧＲＩＮレンズの軸に対して垂
直とするには、光ファイバを透過する光はＧＲＩＮレン
ズ軸上で集束しなくてはならない。したがって、正確に
測定するためにはレンズが適切に整列される必要があ
る。

【００３５】動作において、光学プローブ１８が適切に
整列されると、材料Ｍが搬送経路Ｐに沿ってチャネル５
２を通して搬送されて、入口ローラ７４および入口ピン
チローラ７８ａ，７８ｂによって形成されるニップへと
入る。材料Ｍが測定領域Ｒおよび駆動ローラ６８と駆動
ピンチローラ７２ａ，７２ｂとで形成されるニップに入
ると、センサ９０，９２の一方が材料の前縁を感知し、
このセンサがデータの捕捉を開始する信号を供給する。
長手材料Ｍが搬送されて光学プローブ１８を越えると、
光学プローブ１８は移動している材料の一部に光ビーム
を照射する。干渉計装置２０が材料Ｍのその部分の光学
界面から反射された光の一部を集め、集められた光を表
す干渉信号を生成する。センサ９０，９２の他方が測定
領域Ｒ内における材料の後端を感知すると、センサはデ
ータの捕捉を停止する信号を供給する。さらに、ソレノ
イド８６が起動されて、弾性部材８５の偏向を克服し、
出口ローラ７６と出口ニップローラ８０ａ，８０ｂとの
間でニップを形成して、後端をチャネルから迅速に排出
できるようにする。データ捕捉モジュール２２によって
得られたデータ値は、アナライザ２４によって厚さ値に
変換され、移動方向における材料の厚さプロファイルを
与える。

【００３６】測定技術 ここで図１５−２２を参照して、測定技術についてより
具体的に説明する。光学プローブ１８を適切に装着、整
列させてから、干渉計装置２０を初期化して動作に備え
る。図１６に絶対値で表現されるようなトリプレットピ
ークの形成を識別するように、モータの振幅およびオフ
セットに対する所定の値を選択する。図１６に示される
大きな振幅のピーク（ピーク２，５，８，および１１
等）をゼロ交差ピークと称する。より小さいピークの組
がゼロ交差ピークの各々に隣接する（ピーク１，３，
４，６，７，および８等）。大きいピークと小さいピー
クとの距離（たとえば図１６の１−２，２−３，および
４−５）は、光路（ｎｔ）を示す。したがって、干渉計
のモータの振幅およびモータの開始位置（オフセット）
は、光路（ｎｔ）が隣接する小さなピーク間の間隔（図
１６の３−４，６−７，９−１０等）よりも小さくなる
ように選択される。この例では、一回の干渉計モータの
スキャンで小、大、小の振幅を有する３つのピークを含
む。干渉計モータのスキャン方向は、図１６に示される
ように、ピーク３−４，６−７，９−１０等の間で変化
する。または、隣接する小さいピーク間の間隔が光路
（ｎｔ）よりも一貫して小さくなるようにしてもよい。
適切な利得レベルは、ゼロ交差ピークが存在する時に増
幅器を飽和させないように選択される。隣接する干渉ピ
ーク振幅の組は、要求されるしきい値を超えるだけの十
分大きいものでなくてはならない。

【００３７】図示されていないが、トリプレットピーク
形成に代えて、ダブレットピーク形成を識別するよう
に、モータの振幅およびオフセットに対する所定の値を
選択してもよい。

【００３８】非コヒーレント光干渉計のデータ捕捉を引
き起こすのにレーザ干渉計を使用することによって、デ
ータを一定の距離間隔でＡ−Ｄコンバータを使用して収
集する。図示を簡単にするために、図１６に示されるデ
ータはＡ−Ｄコンバータのカウントの絶対値（縦軸）対
干渉計モータスキャンの累積距離（横軸）を示す。

【００３９】測定は、１０Ｈｚ等の比較的一定の干渉計
モータスキャン周波数で行われる。さらに、測定ゾーン
（チャネルにおける光学プローブ周囲の領域と定義す
る）を通る材料Ｍの速度は予め定められており、計算を
簡単にするためにほぼ一定である。さらに、開始トリガ
信号から停止トリガ信号までの測定時間間隔（すなわ
ち、センサ９０，９２による前縁および後端の検出）
は、長手材料Ｍの長さを求めるのに使用することができ
る。説明を簡単にするために、センサ９０，９２は、光
学プローブ１８とチャネル５２内のほぼ同じ相対位置に
配置される。これらの位置のずれは、一定かつ所定の遅
延を組み込むことによって対処される。

【００４０】動作に備えて干渉計装置２０を初期化させ
た後、以下のステップを行って、厚さプロファイルを得
る。長手材料Ｍの前縁を搬送経路Ｐの入口１２へと挿入
し、チャネル５２内に配置されるようにする（図１５の
ステップ２００）。前縁が入口ローラ８２と入口ピンチ
ローラ７８ａ，７８ｂとで形成されるニップを通って挿
入されると、長手材料Ｍはチャネルを通って自動的に搬
送される（図１５のステップ２０５）。前縁が駆動ピン
チローラ領域に入ると（ステップ２１０）、センサ９０
によって前縁が検出され、干渉計装置２０に信号が送ら
れて、一定の距離間隔での干渉計データの収集が開始さ
れる（図１５のステップ２１５）。これに応じて、デジ
タル信号振幅データが送られ、シーケンシャルデータフ
ァイルに記憶され、さらに前縁が検出された時間も記憶
される。

【００４１】長手材料Ｍの後端がセンサ９２によって検
出されると、干渉計データの収集が停止され、それ以
降、デジタル信号振幅データが送られてシーケンシャル
データファイルに記憶されることはない（図１５のステ
ップ２２０）。後端が検出された時間も記憶される。説
明を簡単にするため、データ点の総数をｑとし、データ
点インデックスの範囲をＮ＝１ないしｑとする。さら
に、最初のデータ点を起点と定義し、隣接する干渉計サ
ンプルデータ点同士の間の測定距離間隔をδｘとする。
したがって、ｊ＝１ないしｑのとき、起点からＮ番目の
データ点までのスキャン距離は以下のようになる。

【００４２】

【数１】ｄ_j＝（ｊ−１）δｘ 同様に、総スキャン距離ｄ_qは以下の式で与えられる。

【００４３】

【数２】ｄ_q＝（ｑ−１）δｘ 最初のデータ点Ｎ＝１は長手材料Ｍの前縁に対応し、最
後のデータ点Ｎ＝ｑは後端に対応する。

【００４４】センサ９０，９２による前縁と後端の検出
の時間間隔（ｔ_T）と所定の搬送速度（Ｖ_T）を用いて、
長手材料Ｍの長さＬが計算される（図１５のステップ２
３０）。この長さは以下の式によって得られる。

【００４５】

【数３】Ｌ＝Ｖ_Tｔ_T アルゴリズムを用いて、シーケンシャルデータファイル
を処理し、すべてのピーク位置Ｐの場所とそれらの振
幅、およびデータファイルの最初のデータ点からの距離
を求める（図１５のステップ２２５）。適切なアルゴリ
ズムは、米国特許第5,596,392号（Marcusら）および第
5,596,409号（Marcusら）に開示されている。これらの
特許は同一譲受人に譲受され、ここに引用によって援用
する。次に、干渉ピークの起点からの距離Ｄ_j（ｊ＝１
ないしＰ）の組が生成される。

【００４６】図１７は、図１６に示されるピークのサブ
セットを示す。図１８を参照すると、データ表の第１の
列は、計算される全ピークの起点から計算された距離Ｄ
_jを各ピークについて示す（図１５のステップ２３
５）。データ表の最後の行は、材料の後端に対応する最
後のデータ点の起点からの距離Ｄ_qを示す。

【００４７】次に、隣接するピークのすべての対の間の
距離を計算する。図１８を参照すると、第２の列は図１
７に示されるピークの隣接する距離を示す。このデータ
は図１８のグラフにも示される。

【００４８】以下に定義するパターン認識分類子（clas
sifier）を使用して、厚さプロファイルを求めるのにど
の隣接ピークの組を使用すべきかを決定する（図１５の
ステップ２４０）。振幅が小さいピークおよび大きいゼ
ロ交差ピークをレベル０（小）および１（大）の２進信
号と考えることができる。図１８の第３のデータ列は、
図１７に示される各ピークの振幅分類子レベルを示す。
本件出願人らは、光路長を示すピークは振幅分類子レベ
ル０−１または１−０の隣接ピーク対によることに注目
した。図１８を参照して、この基準を満たす隣接ピーク
の組は、１−２，２−３，４−５，５−６，７−８，８
−９，１０−１１，および１１−１２のピーク組であ
る。

【００４９】ピークがすべて存在する場合（すなわちデ
ータの欠損がない場合）、隣接する振幅ピークのシーケ
ンスは通常０１００１００１００１０となる。０１００
１０のパターンを、データの欠損がないことを示すパタ
ーン認識分類子とみなすことができる。材料によって
は、２倍の光路長で二重反射が起こり得る。その結果、
分類子が００１００００１００の隣接ピークパターンと
なる。このパターンは、二重反射のパターン認識分類子
とみなすことができる。光路長測定計算には振幅０−１
および１−０の隣接ピークのみが使用される。充分な振
幅を持たないピークによりデータが失われる場合もあ
る。この場合、０１０１０１００１０等の隣接ピーク振
幅パターンが起こり得る。この場合に対処するため、振
幅分類子選択基準に加えて、厚さ範囲許容基準が考案さ
れている。

【００５０】米国特許第5,596,392号（Marcusら）およ
び第5,596,409号（Marcusら）の図１７には、絶対値で
表現したダブレットピーク形成の一例が示されている。
データの損失がないダブレットピーク形成のパターン認
識分類子は、０１１００１１００または１００１１００
１１００である。

【００５１】隣接距離データから、光路を示すと思われ
るピークの組について分類子振幅基準と厚さ範囲許容基
準の両方を満たすピークおよび位置が選択される。許容
基準に合ったピークは、その対応する起点からの距離と
ともにサブアレイＴ_iに記憶される（図１５のステップ
２４５）。（許容基準の一例は、製品の目標±２５μｍ
等である。）図１７−１８の例では、許容基準として１
９５±２５を使用してもよい。

【００５２】図２０−２１は、図１７−１８のデータに
ついて処理されたデータセットを示す。図２０のデータ
の第１の列は、選択されたピークの起点からの距離を示
す。図２０の第２の列は、選択されたピークについての
オプションの調整距離Ｄ_j’を示す。調整距離の計算
は、測定中に材料が動くことを考慮に入れる。測定中の
材料の平均位置は、その光路長計算に使用する２つの隣
接するピークの中間である。データ点の多い長い材料に
ついては、調整距離の計算は小さな補正であり、必要で
はない。図２０の第３の列は、材料の長さに沿った測定
点の計算された位置を示す。

【００５３】選択されたピークについてのオプションの
調整距離Ｄ_j’は以下のように計算されることに留意さ
れたい。光路は２つの隣接するピーク間の距離に等し
く、したがって測定中の材料の平均位置は２つのピーク
間の中間の距離にある。ｊ番目の厚さピークＴ_j’の起
点Ｄ_j’からの調整距離は以下の式で得られる。

【００５４】

【数４】Ｄ_j’＝ Ｄ_j＋Ｔ_j／２ 干渉計測定距離間隔（ｊ＝１−ｑ）ごとの材料Ｍの長さ
Ｌは、Ｌ／ｄ_qで得られる。

【００５５】ｊ番目の厚さピークＷ_jの材料の長さに沿
った位置は以下の式で与えられる。

【００５６】

【数５】Ｗ_j＝ＬＤｊ／ｄ_q 測定中、状況によっては、たとえば、材料上の傷や過剰
な埃等により、予測される干渉計ピークがすべて見られ
るわけではない場合がある。ある特定の測定中に「失わ
れた」ピークをモニタするため、図１７に示されるよう
に測定間隔をスキャン間隔Ｓ₁とＳ₂に分割する。一般的
な測定状況では、距離範囲Ｓ₁＋Ｓ₂において典型的には
４つの測定値がある。データ列にマーカを含めるように
して、失われたデータの位置をモニタしてもよい。これ
は、欠損されたデータの領域にわたって平均をとるのを
防ぐためであり、図２２を参照してさらに詳しく説明す
る。

【００５７】図２２は、長さに沿った厚さ対距離の表が
得られてから（図１５のステップ２４５）厚さプロファ
イルを呈示するための後処理の方法を示す。本件出願人
らは、アウトライアの定義を厚さデータがない位置、ま
たは厚さ許容範囲を満たさず、データセットの標準偏差
に基づく厚さの妥当範囲外にあるピーク位置とした。こ
れに従って、これらのアウトライアを探し、たとえばゼ
ロ値を有するものとしてマークする（すなわちしるしを
付けたり、フラグを立てる）。このように、移動平均の
計算の際に、マークされたアウトライアは平均から排除
される。

【００５８】このように、後処理の際、アウトライアを
探して、ゼロ値を有するものとしてマークする（ステッ
プ２５５）。いくつかの隣接する厚さ測定値についてデ
ータの平均をとってもよい（ステップ２６０）。例え
ば、ゼロでマークされたアウトライアを除いて、３ない
し３５の厚さ測定値ごとにデータの平均をとってもよ
い。一例としては、３つの隣接する点の移動平均であれ
ば、位置ｍの厚さは、位置ｍ−１，ｍ，およびｍ＋１の
平均となる。位置ｍ＋１がアウトライアであれば、移動
平均は、位置ｍ−１とｍのみの平均となる。選択される
平均化は、得られた測定値の数に依存し得る。さらに、
材料の端部がローレット状（すなわち隆起した段付き部
や出っ張った領域）である場合など、材料の前縁および
後端で収集されたデータを排除することが望ましい場合
がある（ステップ２６５）。次に、得られた測定値の数
を求められた材料の長さ（図１５のステップ２３０）と
比較し、許容できる最小限の数のデータ点が得られたか
どうかを判断する（ステップ２７０）。例えば、許容で
きる最小数は９５パーセントとしてもよい。もし得られ
ていなければ、エラーメッセージが与えられ（ステップ
２７５）、それ以上の計算は行われない（ステップ２９
５）。許容できる最小数が得られれば、距離スケールを
調整し（ステップ２８０）、厚さプロファイルを表示す
る（ステップ２９０）。

【００５９】測定についてのさらなる情報を表示しても
よい。たとえば、厚さプロファイル上に３つの最も高い
局所的な傾斜の位置と大きさを視覚的に表示するのが望
ましい場合もある。例えば、平均厚さ、標準偏差、所望
される目標の厚さからの最大および最小偏差等の材料に
ついての種々の他の統計値がその位置とともに求められ
ることもあるであろう。

【００６０】本件出願人らは、本発明が２００フィート
（約６０．９６ｍ）までの長さの材料に適していること
を見出した。特にウェブ材料の供給品を測定している場
合などの特定の応用では材料Ｍを切断するのが有利であ
ろう。したがって、チャネルの入口よりも前に搬送経路
に沿ってオプションで切断機構（図示せず）を配設して
もよい。この切断機構は、供給品から種々の長さの材料
が測定されるのを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による材料の厚さプロファイルを測定
するための測定システムを示す図である。

【図２】 図１の測定システムによって与えられる長手
材料の厚さプロファイルの一例を示す図である。

【図３】 長手材料の図であって、長さ方向および幅方
向の厚さプロファイルの測定のための材料の向きを示す
図である。

【図４】 図１の測定システムと使用するのに適切な干
渉計装置を示す図である。

【図５】 本発明による搬送および測定装置の正面図で
ある。

【図６】 図５の搬送および測定装置の平面図である。

【図７】 図５の搬送および測定装置の側面図である。

【図８】 搬送および測定装置のチャネルの拡大部分側
面図である。

【図９】 図５の駆動ローラおよび光学装着プレートの
拡大図である。

【図１０】 駆動ローラおよび駆動ピンチローラの部分
側面図である。

【図１１】 本発明による光学プローブ台を示す図であ
る。

【図１２】 本発明による光学プローブ台の側面図であ
る。

【図１３】 本発明による光学プローブ台の側面図であ
る。

【図１４】 本発明による光学プローブ台の平面図であ
る。

【図１５】 本発明による操作方法を包括的に示すフロ
ーチャートである。

【図１６】 絶対値表現でのトリプレットピーク形成を
示す図である。

【図１７】 図１６のピーク形成の一部を一般的に示す
図である。

【図１８】 図１６に示されるピーク間の距離を表形式
で示す図である。

【図１９】 図１８の表データをグラフで示す図であ
る。

【図２０】 パターン認識分類子を適用した後の図１６
のピークの距離を表形式で示す図である。

【図２１】 図２０の表データをグラフで示す図であ
る。

【図２２】 本発明による後処理方法を示す図である。

【符号の説明】

１０ 測定システム、１６ 搬送および測定装置、１８
光学プローブ、２０干渉計装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動する物体の物理特性を表す干渉法測
   定データの処理方法であって、 前記物体の物理特性を表す複数の干渉信号を捕捉し、順
   次記憶するステップと、 前記複数の干渉信号のすべてのピークの位置および振幅
   を求めるステップと、 前記ピークの振幅にパターン分類子を適用し、特定のピ
   ークを選択するステップと、 前記選択されたピークを記憶するステップと、を含むデ
   ータ処理方法。
2. 【請求項２】 移動する長手材料の厚さプロファイルを
   表す干渉法測定データの処理方法であって、 その各々が前記長手材料の特定の部分での前記材料の厚
   さを表す複数の干渉信号を一定の距離間隔で捕捉し、順
   次記憶するステップと、 前記複数の干渉信号が捕捉された前記移動する材料の長
   さの寸法Ｌを求めるステップと、 寸法Ｌに対して前記複数の干渉信号のすべてのピークの
   位置および振幅を求めるステップと、 前記ピークの振幅にパターン分類子を適用し、特定のピ
   ークを選択するステップと、 前記選択されたピークを記憶するステップと、を含むデ
   ータ処理方法。
3. 【請求項３】 少なくとも２つの光学界面を有する移動
   長手材料の厚さプロファイルを求める方法であって、 その各々が前記長手材料の特定の部分での材料の厚さを
   表す複数の干渉信号を一定の距離間隔で捕捉し、順次記
   憶するステップと、 前記複数の干渉信号が捕捉された前記移動材料の長さの
   寸法Ｌを求めるステップと、 寸法Ｌに対して前記複数の干渉信号のすべてのピークの
   位置および振幅を求めるステップと、 前記ピークの振幅にパターン分類子を適用し、特定のピ
   ークを選択するステップと、 前記選択されたピークのアウトライアをチェックするス
   テップと、 前記アウトライアをマークするステップと、 前記選択されたピークの移動平均をとるステップと、 選択されたピークの数ｑを求めるステップと、 数ｑが、寸法Ｌに対して選択されたピークの許容最小数
   であるかどうかを判断するステップと、 数ｑが、寸法Ｌに対して選択されたピークの許容最小数
   でない場合、距離スケールを調整するステップと、 厚さプロファイルを求めるステップと、を含む方法。