JP2002071318A - コーティングの光学的な層厚さを連続的に決定するための方法 - Google Patents

コーティングの光学的な層厚さを連続的に決定するための方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる球半径を有するコンカーブコンベック
スレンズの両側の球面に施されるコーティングの光学的
な層厚さを決定する、比較的に簡単に実施できる方法を
提供すること。 【解決手段】 コーティングプロセスの間、コンカーブ
コンベックスレンズを偏心的に光線ビームで負荷し、コ
ンベックスな球面とコンカーブな球面とにおける反射又
は透過をフォトダイオードで測定しかつ反射又は透過と
光学的な層厚さとの間の機能的な関係からそのつどの光
学的な層厚さを求めること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、異なる球半径R1
とR2とを有するコンカーブコンベックスレンズの両側
の球面に施されたコーティングの光学的な層厚さを連続
的に決定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガラス板又はそれに類似したものに蒸着
された層の厚さを測定するフォトグラフィックな方法は
公知である。DE−OS3627232号明細書には、
チョッパによって測定位相、反射位相及び暗位相が生ぜ
しめられ、これらの異なる位相が時間的にずらされてお
り、すべての位相のために唯一の検出器を設けることの
できるフォトメータが記載されている。この場合には第
1と第2の光導装置が設けられ、これらの光導装置の各
一端の間に、測定しようとする対象物が配置される。さ
らに、一端で検出器に向き合って位置しかつ他端でチョ
ッパと結合された第3の光導装置が設けられている。前
記チョッパは第1の光導装置の他端とも結合されてい
る。この場合の欠点は複数の光源が配置されなければな
らないことである。
【0003】J. Roland Jacobsson: PROCEEDINGS, 巻6
52,Thin film technolo-gies II、1986、24
頁には、反射と光学的な層厚さとの間の機能的な関係が
記載されている。この場合、実験はなかんづく、TiO2
とMgF2との複数の層が交互に基板に施される成層シ
ステムにおいて説明されている。この機能的な関連性は
種々異なる層材料のために、一般的に公知である光学的
な法則性にしたがって理論的に算出することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はコンカーブコ
ンベックスレンズの両側に施されたコーティングの光学
的な層厚さを連続的に決定する方法を、比較的に簡単に
実施可能でかつ比較基板における比較測定を省略できる
ように改良することである。さらに本発明の方法はコン
カーブコンベックスレンズの上に複数の層からなる成層
系が配置されるときにも使用できるようにしたい。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、異なる
球半径R1とR2とを有するコンカーブコンベックスレ
ンズの両側の球面に施されたコーティングの光学的な層
厚さを連続的に決定する方法において、各コンカーブコ
ンベックスレンズをコーティングプロセスの間、偏心的
に光線ビームで負荷し、コンベックスな球面とコンカー
ブな球面とにおける反射又は透過をフォトダイオードを
用いて連続的に測定し、そのつどの光学的な層厚さを、
反射又は透過と光学的な層厚さとの間の機能的な関係か
ら求めることによって解決された。光学的な層厚さとは
幾何学的な層厚さとそのつど選ばれた波長に関するその
つどの屈曲指数とから求められる。成層系としては単層
又は多層の層系を使用することができる。この方法では
幅0.1mmから5mmまでの幅を有する光線ビームが
使用される。反射又は透過と各光学的な層厚さとの間の
機能的な関係は一般的に公知であるか又はあらかじめ算
出され得るので、反射又は透過の求められた値から光学
的な層厚さを求めることができる。さらに驚くべきこと
にはコンカーブコンベックスレンズの両側における光学
的な層厚さはコーティングプロセスの間、連続的に決定
されかつ監視され得ることが判明した。この場合には1
つの光源しか必要でなく、比較基板における比較測定は
有利な形式で省略することができる。これは、コンベッ
クスな球面とコンカーブな球面とに異なる層厚さを有す
る異なる層が層系として設けられておりかつ両側のコー
ティングが同時に行われる場合に特に有利である。
【0006】本発明の有利な実施例の特徴は、コンカー
ブコンベックスレンズが縁部領域において光線ビームで
負荷されることである。縁部領域とは、コンカーブコン
ベックスレンズの外縁からその中心へ向かって幅1〜1
2mmで延在する外側領域のことである。このような形
式で反射は特に有利な形式で求めることができる。何故
ならばコンベックスな球面における反射角とコンカーブ
な面における反射角は、コンカーブコンベックスレンズ
の縁部領域ではコンカーブコンベックスレンズの中心の
直ぐ近くの領域よりも大きいからである。このような形
式でコンカーブコンベックスレンズの両方の球面におけ
る反射は2つの別個のフォトダイオードによって個別に
決定されることができる。これから両方の球面の上の光
学的な層厚さが直接的に得られる。これに対し、本発明
では行われないように光線ビームがコンカーブコンベッ
クスレンズの中心に正確に入射させられると、コンカー
ブコンベックスレンズの両方の球面における反射は同じ
方向を持ち、反射の別々の決定はたとえ可能ではあって
もきわめて困難である。しかしながら反射の別々の決定
はコーティングプロセスの効果的な監視にとって不可欠
な条件である。したがって両方の球面の曲率半径が異な
っていると、反射の別個の検出はコンカーブコンベック
スレンズの縁部領域を片側から光線で負荷した場合に特
に有利な形式で可能である。
【0007】本発明の別の有利な構成によれば、光線ビ
ームはチョッパによって分割されるか又はフォトダイオ
ードに達成する前に狭幅バンドフィルタを通して導かれ
る。チョッパとしては例えばチョッパ円板を使用するこ
とができる。これでコンカーブコンベックスレンズを光
線ビームで連続的にパルス化して負荷することが可能に
なる。この結果、コーティングプロセスによって、非連
続的な強いバックグラウンド照明が存在し、このバック
グラウンド照明が強い妨害ファクタとして、光線ビーム
の反射の他に同様にフォトダイオードにより捉えられる
限り、測定結果の評価が簡易化される。バックグラウン
ド照明は通常は、光線ビームがチョッピングされること
なくコンカーブコンベックスレンズの上へ導かれる限
り、測定結果の正確な評価に不都合な影響を及ぼす。し
たがって本発明によりバックグラウンド照明の不利な作
用が回避される。
【0008】本発明の別の有利な構成によれば、光線ビ
ームはコンカーブコンベックスレンズに当たる前に、ビ
ームスプリッタを通して導かれ、光線ビームの一部分の
強度が別のフォトダイオードによって決定されるように
なっている。このような形式で測定結果に誤差をもたら
す、光源からの光放射変動を監視することができるよう
になる。
【0009】本発明の別の有利な実施例の特徴は、光線
ビームがビームスプリッタとして使用された変向鏡を通
して導かれることである。変向鏡を使用することにより
光線ビームは所望の強さで特に有利に分割することがで
きるようになる。
【0010】本発明の別の実施例によれば、光線ビーム
として白光が使用される。白光は可視範囲で390nm
と770nmとの間の領域のすべての波長を含む。この
場合には、反射又は透過の測定を、測定技術的に特に有
利に検出できる特別な波長に合わせて行うことができる
という利点がある。
【0011】本発明の別の有利な構成は光線ビームがコ
ンベックスな球面に垂直に導かれることを特徴としてい
る。このような形式で反射は、特に例えばコーティング
室として小さな真空室しか存在せず、反射角がスペース
の関係から検出することが困難である場合に、特に簡単
に検出できるようになる。これは特にわずかな数のコン
カーブコンベックスレンズしか同時にコーティングされ
ないコーティング設備の場合である。
【0012】本発明の別の構成の特徴は、直径が0.1
mmから2mmまでの光線ビームが使用されることであ
る。この領域にて反射又は透過の測定はほぼ誤差なく実
施される。
【0013】本発明の別の有利な構成によれば、コンカ
ーブコンベックスレンズとしてメガネレンズが使用され
ている。このメガネレンズはガラス又はプラスチックか
ら成っていることができる。メガネレンズをコーティン
グする場合にはコーティングの各光学的な層厚さはきわ
めて正確に調節されなければならないので、メガネレン
ズは提案されている方法でコーティングされるコンカー
ブコンベックスレンズとして特に有利な形式で適する。
【0014】本発明の別の有利な構成によれば、光線ビ
ームは調節可能な鏡を介しフォトダイオードに導かれて
いる。調節可能な鏡を用いることによりフォトダイオー
ドは良好に位置決めされて光線ビームで負荷されるよう
になる。この結果、測定結果の質は高められる。
【0015】本発明の有利な別の構成の特徴はコンベッ
クスな球面又はコンカーブな球面における反射又は透過
がフォトダイオードとして配置された位置感応性の検出
器で連続的に測定されることである。フォトダイオード
としての位置感応性の検出器は同様に有利な形式で当該
方法の測定精度を高める。
【0016】本発明の別の構成によれば、コンベックス
な球面にて反射された光線ビームの方向の変化が連続的
に測定されかつ調整系を介して補償されるようになって
いる。コーティング室における処理しようとするコンカ
ーブコンベックスレンズに対する熱的な作用によってコ
ンベックスな球面又はコンカーブな球面における曲率半
径がわずかに変化する可能性がある。これは同時にその
つど反射される光線ビームの方向の変化をもたらす。こ
の方向の変化は反射又は透過の測定に不都合に作用す
る。したがってこの方向の変化を連続的に監視すること
が有利である。この監視は簡単な調整回路で行うことが
できる。この場合には前記方向の変化はただちに修正さ
れることができる。このためには調整装置と直接的に結
合された測定兼調整装置を使用することができる。これ
は光学的な層厚さを連続的に決定する当該方法の精度を
高める。
【0017】本発明の有利な別の構成の特徴は、光線ビ
ームが光源として配置された1つのレーザダイオードか
ら放射されることである。このような形式で構成部材を
節減することができる。したがって例えばチョッパの配
置を省略することができる。さらにレーザダイオードを
配置するための所要スペースはきわめてわずかであり、
これも同様にきわめて有利である。
【0018】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施例を図1から図
3を用いて詳細に説明する。
【0019】図1にはコンカーブコンベックスレンズが
簡易化されて横断面図で略示されている。この場合には
ハッチングは図面を見やすくするために省略した。コン
カーブコンベックスレンズは球半径R1のコンベックス
な球面1を有している。反対側ではコンカーブコンベッ
クスレンズは球半径R2を有するコンカーブな球面2で
制限されている。異なる球半径R1とR2を有するコン
カーブコンベックスレンズの球面に両側で施されたコー
ティングの光学的な層厚さを連続的に決定する方法にお
いては、コンカーブコンベックスレンズはコーティング
プロセスの間、コンカーブコンベックスレンズの中心と
合致しない、特に有利な形式ではコンカーブコンベック
スレンズの縁範囲に選ばれた測定点3にて、光源4から
光線ビームでビームスプリッタ8を介して負荷される。
ビームスプリッタ8によって光線ビームは2つのビーム
部分に分けられる。第1のビーム部分は光源4を監視す
るために役立つ別のフォトダイオード9に導かれる。第
2のビーム部分はコンカーブコンベックスレンズの縁部
範囲にある測定点3に垂直にあたり、まずコンベックス
な球面1にて反射させられる。反射したこの光線ビーム
は方向を変えない。コンベックスな球面1を通過した光
線ビームはコンカーブな球面2の上に達し、この球面2
にて反射させられる。この場合、反射させられた光線ビ
ーム(破線で図示)は反射角度ωで示したように方向が
変化させられる。コンカーブな球面2にて反射させられ
た光線ビームはフォトダイオード13に導かれる。コン
ベックスな球面1にて反射させられた光線ビームはフォ
トダイオード5へ導かれる。コンベックスな球面1とコ
ンカーブな球面2とにおける反射もしくは透過の測定値
には直接的に、球面の上におけるコーティングの光学的
なそのつどの層厚さのための値を関係付けることができ
る。この場合には公知の機能的な関係を応用することが
できる。このような形式で光学的な層厚さはコーティン
グプロセスの間、コンベックスな球面1とコンカーブな
球面2との上で同時に連続的に決定することができるの
で、本来のコーティングプロセスを比較的に簡単な形式
で監視しかつ場合によっては適正化することができる。
反射した光線ビームはフォトダイオード5,13に達す
る前に場合によってはラインフィルタを通して導かれる
か又は位相選択的に増強されることができる(図示せ
ず)。
【0020】図2にはコンカーブコンベックスなレンズ
が配置されている真空室12が横断面図で示されてい
る。真空室12内ではコンカーブコンベックスレンズの
両面コーティングが行なわれる。真空室12の外側には
光源4が配置されている。光線ビームは光線源4から発
してチョッパディスクとして配置されたチョッパ7へ導
かれる。チョッピングされた光線ビームはビームスプリ
ッタ8へ達する。このビームスプリッタ8によって光線
ビームは2つのビーム部分に分けられる。第1のビーム
部分は、時折り放射光線の強度が変動することのある光
源4を監視するために役立つ。第2のビーム部分は変向
鏡10とのぞきガラス11とを介して真空室12内に達
し、コンカーブコンベックスレンズの縁範囲に位置する
測定点3にて、まずコンベックスな球面1にあたる。コ
ンベックスな球面1にて反射させられた光線はのぞきガ
ラス11と変向鏡10とビームスプリッタ8とを介し
て、反射を決定するフォトダイオード5に直接的に達す
る。フォトダイオード5において検出された測定値は公
知の機能的な関係に従って層厚さに関係付けられてい
る。同様の形式でコンカーブな球面2にて反射された光
線ビーム(破線で図示)の反射光線も決定される。この
場合には反射するこの光線ビームはフォトダイオード1
3に供給される。方法技術的な変動に基づき、運転の間
に、コンベックスな球面1にて反射された光線ビームの
方向が変化することがあるので、この方向の変化を連続
的に測定しかつ調整系14,15を介して補償すること
が有利である。フォトダイオード5において、反射する
光線ビームが当たる点は連続的に監視される。この場
合、測定された値は測定兼調整装置15に供給される。
方向の変化が生じると、適当な信号が測定兼調整装置か
ら調節装置14へ導かれる。この調節装置は自動的に変
向鏡10の位置を、方向の変化が補償されるように変化
させる。これは唯一の調整回路を用いて行なうことがで
きる。変向鏡10と調節装置14は統合した装置部分に
配置されていることができる。これは図2において、両
方の部分を囲む4角形で示されている。フォトダイオー
ド5としては有利な形式で、位置感応性の検出器が配置
されていることができる。この場合、位置感応性の検出
器とは、フォトダイオードのように光強度を測定するた
めに役立ち、同時に光過敏性の面における光線ビームの
位置を測定することのできる光学的な構成部分である。
方向の変化の補償により、有利な形式で、反射させられ
た光線ビームの総量を実質的にフォトダイオード5によ
って検出することができるようになる。一般的には光線
ビームの方向付けは本来のコーティング時相の前に真空
室12内で行なわれる。このような形式でコンカーブコ
ンベックスレンズを比較的に接近しにくい真空室12に
おいてコーティングするコーティング方法を比較的に簡
単な形式で監視するか又は最適化することができる。こ
の場合、コンカーブコンベックスレンズとしては有利な
形式でメガネレンズを使用することができる。
【0021】図3には真空室12が、その内部に配置さ
れたコンカーブコンベックスレンズと真空室12の外に
位置する、1つの構成部分内に統合された光源4と共に
横断面図で示されている。この場合には光源4はレーザ
ダイオードとして構成されている。レーザダイオードは
通常は、放射する光線ビームの強度の変動がわずかであ
るので、チョッパと変向鏡との配置は省略することがで
きる。コンベックスな球面1において反射させられた光
源ビームの反射を測定するために配置されたフォトダイ
オード5は光源4,調節装置14及びビームスプリッタ
8と共に1つの構成ユニットにまとめられている。これ
はこれらの部分をほぼ完全に取囲む4角形で図3に簡略
化して示してある。測定兼調節装置15とコンカーブな
球面2において反射した光線ビームを測定するために設
けられたフォトダイオード13は前記構成ユニットの外
に位置している。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンベックスな球面とコンカーブな球面とを有
するコンカーブコンベックスレンズを横断面で示した
図。
【図2】真空室を、その中に配置されたコンカーブコン
ベックスレンズと真空室の外側に配置された光源と共に
示した横断面図。
【図3】真空室を、1つの構成ユニットに統合された、
その中に配置されたコンカーブコンベックスレンズと該
真空室の外に配置された光源と共に示した横断面図。
【符号の説明】
1 コンベックスな球面、 2 コンカーブな球面、
3 測定室、 4 光源、 5 フォトダイオード、
6 中心、 7 チョッパ、 8 ビームスプリッタ、
9 フォトダイオード、 10 変向鏡、 11 の
ぞきガラス、12 真空室、 13 フォトダイオー
ド、 14 調節装置、 15 調整装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルフォンス ツェラー ドイツ連邦共和国 バート ゾーデン/ザ ルミュンスター ケッテラー シュトラー セ 24 (72)発明者 ルドルフ ベックマン ドイツ連邦共和国 ハーナウ プランシュ トラーセ 37 (72)発明者 ハッロ ハーゲドルン ドイツ連邦共和国 フランクフルト アン デア ヴォルフスヴァイデ 24 Fターム(参考) 2F065 AA30 BB05 CC22 CC31 EE00 FF51 GG06 GG08 GG12 GG22 GG24 HH04 HH15 JJ01 JJ05 JJ18 LL13 LL22 LL30 LL46 NN16

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異なる球半径R1とR2とを有するコン
    カーブコンベックスレンズの両側の球面に施されたコー
    ティングの光学的な層厚さを連続的に決定する方法であ
    って、各コンカーブコンベックスレンズをコーティング
    プロセスの間、偏心的に光線ビームで負荷し、コンベッ
    クスな球面(1)とコンカーブな球面(2)とにおける
    反射又は透過をフォトダイオード(5,13)を用いて
    連続的に測定し、そのつどの光学的な層厚さを、反射又
    は透過と光学的な層厚さとの間の機能的な関係から求め
    ることを特徴とする、コーティングの光学的な層厚さを
    連続的に決定する方法。
  2. 【請求項2】 コンカーブコンベックスレンズを縁部領
    域にて光線ビームで負荷する、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記光線ビームをチョッパ(7)でチョ
    ッピングするか又はフォトダイオード(5,13)に達
    する前に狭幅ベルトフィルタを通して導く、請求項1又
    は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 光線ビームがコンカーブコンベックスレ
    ンズに当たる前に、ビームスプリッタ(8)を通して導
    き、光線ビームの1部の強さを別のフォトダイオード
    (9)で決定する、請求項1から3までのいずれか1項
    記載の方法。
  5. 【請求項5】 光線ビームをビームスプリッタ(8)と
    して使用された変向鏡を通して導く、請求項4記載の方
    法。
  6. 【請求項6】 光線ビームとして白光を使用する、請求
    項4記載の方法。
  7. 【請求項7】 光線ビームをコンカーブな球面(1)に
    垂直に導く、請求項1から6までのいずれか1項記載の
    方法。
  8. 【請求項8】 直径が0.1mmから2mmの光線ビー
    ムを使用する、請求項1から7までのいずれか1項記載
    の方法。
  9. 【請求項9】 コンカーブコンベックスレンズとしてメ
    ガネレンズを使用する、請求項1から6までのいずれか
    1項記載の方法。
  10. 【請求項10】 光線ビームを、調節可能な変向鏡(1
    0)を介してフォトダイオード(5)へ導く、請求項1
    から9までのいずれか1項記載の方法。
  11. 【請求項11】 コンベックスな球面(1)又はコンカ
    ーブな球面(2)における反射又は透過をフォトダイオ
    ード(5,13)として配置された位置感応性の検出器
    によって連続的に測定する、請求項1から10までのい
    ずれか1項記載の方法。
  12. 【請求項12】 コンベックスな球面(1)にて反射す
    る光線ビームの方向の変化を連続的に測定しかつ調整系
    (14,15)を介して補償する、請求項1から11ま
    でのいずれか1項記載の方法。
  13. 【請求項13】 光線ビームを光源として配置されたレ
    ーザーダイオードから放射する、請求項1から5及び7
    から12までのいずれか1項記載の方法。
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