JP2003269926A

JP2003269926A - 間隙測定方法および間隙測定装置

Info

Publication number: JP2003269926A
Application number: JP2002075648A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Yoshida; 佳史吉田; Masaaki Noda; 正明野田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】より高速かつ高精度に、間隙測定が行える方
法又は装置を提供する。【解決手段】部材が有する間隙に起因して生じる光の
干渉を、その干渉を生成する光を所定の波長範囲内で波
長走査させ所定間隔の波長毎にカメラで撮像する工程
と、撮像された各画像の少なくとも１つの所定位置にお
ける光の強度を算出して前記波長範囲内における光の測
定強度変化波形を求める工程と、前記測定強度変化波形
と前記各理論強度変化波形との差の平方和を複数演算す
る工程と、前記複数の差の平方和の最小値を求めてその
最小値に近似する複数の差の平方和の値とそれに対応す
る理論強度変化波形の設定間隙値との関係を２次曲線に
て近似させ、その２次曲線の最小値に対応する設定間隙
値を、前記所定位置に対応する部材位置の間隙の値とし
て決定する工程とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の干渉を利用し
て、部材の間隙、特に部材の一定範囲の間隙を測定する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶セルなどの光透過部材の間隙を測定
する装置として、例えば図１４の構成に示すような間隙
測定装置があった。これは、ハーフミラーを介して顕微
鏡対物レンズで照明された実厚ｄの間隙（その媒質の屈
折率をｎとする）の上面及び下面からの反射波が２ｎｄ
の位相差を持って戻り、これら２つの光がウォラストン
プリズム及び偏光板Ａ，Ｐを通ることで干渉を生じるこ
とを利用したものである。すなわち、上面又は下面同志
の反射光による干渉と、上面と下面との反射波面の交線
における干渉とのピーク間隙ｙを測定することにより、
次の（１）式から部材の間隙ｄの値を求めるものであ
る。ｙ＝ｎｄ／（ｎｅ−ｎｏ）ｔａｎθ・・・（１）ただし、θはウォラストンプリズム角ｎｅ，ｎｏはウォ
ラストンプリズムの屈折率

【０００３】また、マイケルソン干渉系を利用し、下記
の（２）式から間隙値を求める方法も知られている。Ｉ（ｘ，ｙ，ｋ）＝Ｉ_R＋Ｉ_O＋２（Ｉ_R・Ｉ_O）^1/2ｃｏｓ２ｋｈ（ｘ，ｙ）・・・（２）ここで、Ｉ（ｘ，ｙ，ｋ）はある波長での参照光と
測定対象物体光との干渉の強度、Ｉ_Rは参照光の強度、
Ｉ_Oは測定対象物体光の強度、ｈは測定対象物体のある
点（ｘ、ｙ）の基準面からの距離（または間隙値）、ｋ
（波数）＝２π／λ、ただし、λは波長である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、（１）
式に示したような従来の間隙測定方法で一定区間におけ
る間隙値（間隙分布）を測定するには、対象物を移動さ
せながら測定を繰り返さねばならず、作業が複雑で時間
も多くかかる。また、マイケルソン干渉系の（２）式を
用いた、従来の間隙値の測定方法では、単純にその精度
を追求すると、測定に利用する波長の数を増やすことが
必要となり、処理時間が大幅に増大してしまうという問
題があった。本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、光透過性部材の間隙を、その部材や測定機
器を測定箇所に合わせて繰り返し移動させることなく、
高速かつ高精度に、測定が行える方法又は装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、部材が
有する間隙に起因して生じる光の干渉を、その干渉を生
成する光を所定の波長範囲内で波長走査させ所定間隔の
波長毎にカメラで撮像する工程と、撮像された各画像の
少なくとも１つの所定位置における光の強度を算出して
前記波長範囲内における光の測定強度変化波形を求める
工程とを備え、前記測定強度変化波形を、前記波長範囲
内で予め設定した複数の間隙値に対応した干渉に基づく
光の理論強度変化波形と比較して、前記部材の間隙値を
決定する間隙測定方法であって、前記測定強度変化波形
に対して離散フーリエ変換を用いた周波数処理を行い、
その結果から不要な高周波および低周波を排除した後、
残った周波数を波長に変換して前記測定強度変化波形を
補正する周波数処理工程と、前記周波数処理された前記
測定強度変化波形と前記各理論強度変化波形との振幅調
整を行う正規化処理工程と、前記正規化処理がなされた
前記測定強度変化波形と前記各理論強度変化波形との差
の平方和を複数演算する工程と、前記複数の差の平方和
の最小値を求めてその最小値に対応する理論強度変化波
形の設定間隙値を、前記所定位置に対応する部材位置の
間隙の値として決定する工程と、を備えたものである。
これによれば、撮像画像から得られた光の強度を波長と
の関係で表した測定強度変化波形の誤差が減少し、間隙
値測定の精度が向上する。しかも、測定部材や測定装置
を移動させることなしに、必要な範囲における間隙値を
高速高精度で測定することが可能となる。

【０００６】また、上記方法において、各波長毎の各撮
像画像について指定した範囲内の光の平均強度と該強度
平均のうちの最大値とを求め、各波長毎に各平均強度に
対する前記最大値の比率を求め、その比率を前記測定強
度変化の対応する波長の光強度に乗算して、前記測定強
度変化を補正する工程を、備えたものである。これによ
り、撮像画像から各種の変動要素による影響を最小限に
抑制した、波長−光強度の関係が得られ、間隙値の測定
精度を向上させることができる。

【０００７】また、上記方法において、前記比率の乗算
により補正された測定強度変化波形からノイズを除去す
る移動平均処理を施す工程を、備えたものである。これ
により、測定強度変化波形からノイズが削除されるの
で、間隙値の測定精度を向上させることができる。

【０００８】本発明の別の態様の方法は、部材が有する
間隙に起因して生じる光の干渉を、その干渉を生成する
光を所定の波長範囲内で波長走査させ所定間隔の波長毎
にカメラで撮像する工程と、撮像された各画像の少なく
とも１つの所定位置における光の強度を算出して前記波
長範囲内における光の測定強度変化波形を求める工程と
を備え、前記測定強度変化波形を、前記波長範囲内で予
め設定した複数の間隙値に対応した干渉に基づく光の理
論強度変化波形と比較して、前記部材の間隙値を決定す
る間隙測定方法であって、前記測定強度変化波形と前記
各理論強度変化波形との振幅調整を行う正規化処理工程
と、前記正規化処理がなされた前記測定強度変化波形と
前記各理論強度変化波形との差の平方和を複数演算する
工程と、前記複数の差の平方和の最小値を求めてその最
小値に近似する複数の差の平方和の値とそれに対応する
理論強度変化波形の設定間隙値との関係を２次曲線にて
近似させ、その２次曲線の最小値に対応する設定間隙値
を、前記所定位置に対応する部材位置の間隙の値として
決定する工程と、を備えたものである。これによれば、
撮像画像の数を増加させることなく、より細かな間隔で
測定強度変化波形と前記各理論強度変化波形との差の平
方和の値を得ることが可能となるため、高速かつ高精度
の間隙値測定が可能となる。しかも、測定部材や測定装
置を移動させることなしに、必要な範囲における間隙値
を高速高精度で測定することが可能となる。

【０００９】なお、前記２次曲線を、ｙ＝a0＋a1×ｘ＋
a2×ｘ²として表し、近似曲線カーブフィットを用いて
係数a0、a1およびa2を求め、ｙを微分した値が０となる
ときのｘ＝−a1／（２×a2）の値を、前記所定位置に対
応する部材位置の間隙の値とする、ことができる。

【００１０】さらに、前記測定強度変化波形に対して離
散フーリエ変換を用いた周波数処理を行い、その結果か
ら不要な高周波および低周波を排除した後、残った周波
数を波長に変換して前記測定強度変化波形を補正する周
波数処理工程を、備えるようにしてもよい。

【００１１】上記各方法において、前記所定位置を、部
材の間隙値測定領域に対応する範囲内にほぼ等間隔に配
置することができる。これにより、高速かつ高精度で、
部材の間隙を３次元的に把握することが可能となる。

【００１２】本発明の装置は、部材が有する間隙に起因
して生じる光の干渉を、その干渉を生成する光を所定の
波長範囲内で波長走査させ所定間隔の波長毎にカメラで
撮像する手段と、前記撮像手段で得られた各撮像画像の
少なくとも１つの所定位置における光の強度を算出して
前記波長範囲内における光の測定強度変化波形を求める
手段とを備え、前記測定強度変化波形を、前記波長範囲
内で予め設定した複数の間隙値に対応した干渉に基づく
光の理論強度変化波形と比較して、前記部材の間隙値を
決定する間隙測定装置であって、前記測定強度変化波形
に対して離散フーリエ変換を用いた周波数処理を行い、
その結果から不要な高周波および低周波を排除した後、
残った周波数を波長に変換して前記測定強度変化波形を
補正する周波数処理手段と、前記周波数処理された前記
測定強度変化波形と前記各理論強度変化波形との振幅調
整を行う正規化処理手段と、前記正規化処理がなされた
前記測定強度変化波形と前記各理論強度変化波形との差
の平方和を複数演算する手段と、前記複数の差の平方和
の最小値を決定して、その最小値に対応する理論強度変
化波形の設定間隙値を、前記所定位置に対応する部材位
置の間隙の値として決定する手段と、を備えたものであ
る。この装置によれば、測定部材や測定装置を移動させ
ることなしに、必要な範囲における間隙値を高速高精度
で測定することが可能となる。

【００１３】また、本発明の別の態様の装置は、部材が
有する間隙に起因して生じる光の干渉を、その干渉を生
成する光を所定の波長範囲内で波長走査させ所定間隔の
波長毎にカメラで撮像する手段と、前記撮像手段で得ら
れた各撮像画像の少なくとも１つの所定位置における光
の強度を算出して前記波長範囲内における光の測定強度
変化波形を求める手段とを備え、前記測定強度変化波形
を、前記波長範囲内で予め設定した複数の間隙値に対応
した干渉に基づく光の理論強度変化波形と比較して、前
記部材の間隙値を決定する間隙測定装置であって、前記
測定強度変化波形と前記各理論強度変化波形との振幅調
整を行う正規化処理手段と、前記正規化処理がなされた
前記測定強度変化波形と前記各理論強度変化波形との差
の平方和を複数演算する手段と、前記複数の差の平方和
の最小値を求めてその最小値に近似する複数の差の平方
和の値とそれに対応する理論強度変化波形の設定間隙値
との関係を２次曲線にて近似させる２次近似処理手段
と、前記２次曲線の最小値を算出してその最小値に対応
する設定間隙値を、前記所定位置に対応する部材位置の
間隙の値として決定する手段と、を備えたものである。
この装置によれば、測定部材や測定装置を移動させるこ
となしに、また撮像画像の枚数を増加させることなし
に、必要な範囲における間隙値を高速かつ高精度で測定
することが可能となる。

【００１４】なお、上記２つの態様の装置を組み合わせ
た構成としてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施の形
態を詳細に説明する。（１）光の干渉状態を撮像した画像を得るための光学系
の構成図１は本発明の実施形態に係る光の干渉状態を撮像した
画像を得るための画像取得光学系の構成図である。ここ
では、予め定めた範囲、例えば、４５０ｎｍ〜５５０ｎ
ｍの範囲の波長を、必要とする測定精度に応じて設定し
た間隔毎に、例えば１ｎｍ毎に、波長をステップあるい
はシフトして走査できる波長可変光源１を用い、波長可
変光源１からの光をバックライト２を介して測定対象物
５に照射して透過させ、測定対象物５が有する間隙５ａ
に起因して生じる光の干渉を、上記設定間隔で定まる波
長毎にＣＣＤカメラなどのカメラ３で撮像するようにし
ている。

【００１６】（２）間隙測定装置の構成図２は本発明の実施形態に係る間隙測定装置の主たる構
成を示すブロック図である。ここで、１１は各種のデー
タや設定条件などを入力する入力部、１２は上記（１）
で説明した画像取得光学系、１３は入力部１１から入力
された各種データや設定条件、画像取得光学系１２で取
得された撮像画像、演算処理部１４での処理結果などを
記憶する記憶部である。また、１４は図２中に明示され
ているような、処理、演算補正、および決定などの各
種手段を備えた演算処理部であり、これらの手段はそれ
ぞれのプログラムとそれらを動作させるＣＰＵなどから
なっている。そして、１５は入力部１１から入力された
データ、記憶部１３に記憶されているデータ、あるいは
演算処理部１４で得られた結果などを出力する出力部で
ある。

【００１７】（３）記憶部１３に記憶されるデータ記憶部１３に記憶されるデータとしては、次のようなも
のがある。各種の設定条件予め設定されるべき条件として、測定対象物５のどの点
を測定するかを座標で示した少なくとも１つの測定位
置、波長を走査する範囲、その範囲内で波長をどのよう
な間隔でステップさせるかを定める波長ステップ間隔、
測定しようとする間隙値の範囲を予め規定しておく間隙
値測定範囲、干渉に基づく光の理論強度波形を生成する
ための上記間隙値測定範囲における複数の設定間隙値、
後述する移動平均処理のためのサンプル数などがあり、
これらが入力部１１から入力されて記憶される。

【００１８】撮像画像画像取得光学系１２を利用し、上記波長走査範囲内にお
いて予め定めたステップ間隔で定まる波長毎に光の干渉
状態が撮像されその画像が記憶される。なお、本実施形
態では、波長の走査範囲を４５０ｎｍ〜５５０ｎｍと
し、その範囲を１ｎｍ毎に波長をシフトさせるものとし
て、全部で１０１枚の画像を記憶する。

【００１９】測定強度波形のための補正用データ画像取得光学系１２を利用して撮像された画像は、主
に、（ａ）光源の発光分光特性、（ｂ）照明光学系の分
光特性、（ｃ）カメラの分光感度特性などの変動要素の
影響を受ける。そこで、撮像画像から求められた光の強
度から、それらの影響を排除するのが好ましい。このた
めに利用される補正用データが、記憶部１３に記憶され
ている。なお、この補正用データは予め算出して記憶さ
せておいてもよく、また、演算処理部１４に波長強度補
正用データ算出手段を備えておき、間隙測定の度に補正
用データ算出して記憶することも可能である。以下に、
この補正用データの算出処理の例を、図５のフローチャ
ートに基づいて説明する。

【００２０】補正用データの算出処理は、その開始（Ｓ
３１）後、補正用データを得ようとする範囲の開始波長
と終了波長を入力し（Ｓ３２）、さらにその間のステッ
プ間隔を入力することで、上記開始から終了までの波長
範囲内の補正対象波長を決定する（Ｓ３３）。また、結
果データを保存するファイルを選び（Ｓ３４）、さら
に、撮像画像のどのエリアを補正用データ作成のために
利用するか指定する（Ｓ３５）。続いて、各補正対象波
長毎の撮像画像を読込み（Ｓ３６）、その画像から先に
指定したエリアのデータを抽出し（Ｓ３７）、そのエリ
アの平均光強度を算出する（Ｓ３８）。これを、読込ま
れた撮像画像の全てについて行い（Ｓ３９）、それらの
平均光強度のうちの最大値を求める（Ｓ４０）。なお、
補正対象波長−平均光強度の関係は、例えば図６（ａ）
のグラフで表せる。次に、それらの各平均光強度の値を
上記最大値で除算して、各補正対象波長毎に、平均光強
度／最大値、の比率を求める（Ｓ４１，Ｓ４２）。この
各補正対象波長毎の比率は、例えば図６（ｂ）のグラフ
で表せる。そして、各補正対象波長毎に、上記比率が求
められたら、それを先に定めた結果データファイルを利
用して記憶部１３に保存して、補正用データの算出処理
を終了する（Ｓ４３，Ｓ４４）。なお、補正用データの
算出処理に用いる干渉画像は、本実施形態で示した間隙
測定のための画像とは別に撮像することもできるし、間
隙測定のための画像を利用して、足りない分だけを追加
的に撮像して得るようにすることもできる。

【００２１】干渉による光の理論強度変化波形間隙（その間隙値をｄとする）を有する透明な平行平板
に波長λの光を透過させると、透過してきた光Ｉ１，Ｉ
２は図８のように射出して干渉し、その干渉に起因する
光の強度Ｉは、Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２＋２（Ｉ１・Ｉ２）^1/2・ｃｏｓ（４π
ｄ／λ）となる。ここで、例えば、Ｉ１＋Ｉ２と２（Ｉ１・Ｉ
２）^1/2を所定の定数とし、間隙値ｄに測定しようとす
る範囲の値、例えば３０００ｎｍ〜６５００ｎｍ間の値
を与えると、走査波長λに対応する光の理論強度Ｉが求
まる。そして、この理論強度Ｉを基に、上記波長走査範
囲内での光の理論強度変化が求まる。このような処理を
予め設定した設定間隙値毎に行うことで、各設定間隙値
に対応した光の理論強度変化波形が得られる。以下の例
では、測定間隙範囲を３０００ｎｍ〜６５００ｎｍの間
と設定し、その間を１ｎｍ毎に増加させる間隙値を設定
して、全部で３５０１個の間隙値を設定し、その設定間
隙値に対応する光の理論強度変化波形を求めて記憶して
おく。なお、この理論強度変化波形についても、間隙測
定の度に算出させるようにすることが可能であるが、処
理速度の点から予め計算して記憶しておくのが良い。

【００２２】その他記憶部１３に記憶されるデータとしては、上記〜の
他に、演算処理部１４で得られた結果などがある。

【００２３】（４）測定方法次に、上記構成の装置を利用した本発明の実施形態に係
る間隙測定方法を、図３のフローチャートに従って説明
する。間隙の測定が開始されると（Ｓ１）、まず、上記
（３）で説明した間隙値測定に必要な各種設定条件を、
入力部１１から入力して記憶部１３に記憶させる（Ｓ
２）。続いて、（１）の画像取得光学系１２を利用し、
光源１の照射波長を予め定めた走査範囲内（ここでは４
５０〜５５０ｎｍ）で、所定の間隔でシフトしながら所
定間隔毎（ここでは１ｎｍ毎）に干渉状態を撮像し、各
波長に対応した各撮像画像を記憶部１３に記憶させる
（Ｓ３）。

【００２４】続いて、演算処理部１４の平滑化処理手段
により、画像取得光学系１２で得られた撮像画像の画素
データに関して平滑化処理を行う（Ｓ４，Ｓ５）。これ
は、撮像画像から本来の情報を抽出するために、そこに
含まれている不要なノイズを取り除く処理であり、必ず
しも必要な処理ではないが、測定精度を上げるためには
これを行う方が良い。この処理の方法には、単純平均化
法や可変荷重平均法などがあるが、ここでは単純平均化
法を用いるとして以下にこの方法のための処理式を説明
する

【００２５】

【数１】

【００２６】続いて、演算処理部１４の光強度算出手段
により、先に設定入力した測定対象物５の各測定位置に
対応する撮像画像の各位置における光強度を、波長毎に
算出する処理を行う（この処理は図３中に表示無し）。
これは、撮像画像の光強度の度合いを、例えば０〜２５
５の数値で表す処理であり、この処理により、ある位置
（ｘ、ｙ）における波長−光強度の波形が得られる。そ
の波形は例えば図４に示されるようなものである。

【００２７】続いて、光強度算出手段により得られた上
記各波長毎の光強度に対して、演算処理部１４の波長強
度補正手段を利用して、先に述べた変動要素の影響を排
除する補正処理を行う（Ｓ７）。この補正処理は、記憶
部１３に記憶されている（３）ので説明した補正用デ
ータ（各補正対象波長に対する光強度比率）を利用して
行うもので、測定対象物５の各間隙測定位置に対応する
撮像画像の各位置毎に光強度算出手段により求められた
波長−光強度に対して、それぞれ対応する光強度比率を
乗算して行う。この補正処理も必ずしも必要なものでは
ないが、この補正を施すことによりにより、変動要素の
影響が排除されたより正確な光強度が得られる。

【００２８】続いて、演算処理部１４の測定強度変化波
形生成手段により、波長強度補正手段で補正された光強
度を各波長との関係に表す（Ｓ８）。その結果が、例え
ば図７に示すような、ある位置における所定波長範囲内
での測定強度変化波形である。

【００２９】続いて、演算処理部１４の移動平均処理手
段により、上記測定強度変化波形が含んでいるノイズを
その前後のデータ（記憶部１３に設定された移動平均処
理のサンプル数に基づくデータ）を用いて除去し、上記
測定強度変化波形を滑らかに連続する波形にする移動平
均処理を行う（Ｓ９，Ｓ１０）。この処理を数式で表す
と以下の通りとなる。

【００３０】

【数２】

【００３１】移動平均処理をすることにより、図７の波
形をより滑らかに連続する波形にすることができる。移
動平均処理もまた任意の工程であるが、次の周波数処理
を行うためには、できるだけ実施した方が良い工程であ
る。

【００３２】続いて、得られた測定強度変化波形に対し
て、演算処理部１４の周波数処理手段により、離散フー
リエ変換（ＤＦＴ）、特に高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）、を用いた周波数処理を施し、その結果から不要な
高周波成分および低周波成分（直流成分を含む）を排除
し、残った周波数を波長に変換して上記測定強度変化波
形を補正する周波数処理を行う（Ｓ１１，Ｓ１２）。な
お、この工程の詳細な例は、図９のフローチャートに従
って以下に説明される。

【００３３】周波数処理が開始されると（Ｓ５１）、ま
ず、離散フーリエ変換あるいは高速フーリエ変換のため
のウィンドウ処理種類の入力を行う（Ｓ５２）。ウィン
ドウ処理種類には、例えば、ハニングウィンドウ、ハミ
ングウィンドウ、スムージングウィンドウなどがある、
また、時間領域信号のサンプリング周期を入力し（Ｓ５
３）、さらに、排除したい周波数を示す遮断周波数を入
力する（Ｓ５４）。これらの入力が終了すると、既に得
られている波長−光強度の波形に対して正規化処理を行
ってその波形を調整する（Ｓ５５）。続いて、先に入力
されたウィンドウ処理種類に基づき、ウィンドウ処理を
行う（Ｓ５６）。これは、データの有限ウィンドウを周
期信号の少なくとも１周期とするほか、測定データに急
激な通過変化を発生させないようにするために行う。続
いて、波長−光強度の関係（または波形）における波長
を周波数に変換して周波数−干渉強度の関係に変換し
（Ｓ５７）、その関係から、先の遮断周波数の入力に応
じた高周波成分および低周波成分（直流成分を含む）を
遮断する（Ｓ５８，Ｓ５９）。そして、その高周波およ
び低周波成分が遮断された周波数−光強度の関係を、再
度、波長−光強度の関係に変換する（Ｓ６０）。この場
合の周波数から波長への変換では、例えば、選び出され
た周波数を、Ａ_n×ｓｉｎθ_n の式に入力して足し合わせることで、以下のような波形
が生成される。波形＝Ａ₁×ｓｉｎθ₁＋Ａ₂×ｓｉｎθ₂＋・・・＋Ａ
_n-1×ｓｉｎθ_n-1 ＋Ａ_n×ｓｉｎθ_n この式によって得られた波形は、例えば図１０に示され
るようになる。そして、上記の周波処理を、測定対象物
５の予め定めた全ての間隙値測定位置について行い、そ
の処理を終了する（Ｓ６１，Ｓ６２）。この処理によ
り、強度方向の誤差が減少し、間隙測定の精度が向上す
る。

【００３４】一方、（３）のに説明したように、演算
処理部１４の理論強度変化波形算出手段により、記憶部
１３に設定された間隙値測定範囲および各設定間隙値に
基づき、各設定間隙値に対応した理論強度変化波形を全
て算出する（Ｓ１４）。なおこの理論強度変化波形は、
間隙値測定に先立って予め算出して記憶部１３に記憶し
ておき、そこから取り出して使用してもよい。

【００３５】そして、演算処理部１４の正規化処理手段
により、周波数処理が施された測定強度変化波形と上記
理論強度変化波形の振幅を同じに揃える処理を行う（Ｓ
１３，Ｓ１５）。この処理は、波形の標準偏差をσ、平
均をμとすると、ｙ＝（ｘ−μ）/σ、とする式で表わ
せる。

【００３６】次に、演算処理部１４の差の平方和算出手
段により、ある所定位置における測定強度変化波形と各
設定間隙値に対応した複数の理論強度変化波形との差の
平方和を複数算出する（Ｓ１６）。なお、図１１は、差
の平方和処理に関する２つの波形の比較図であり、これ
らの２つの波形の差異の大小が、それらの差の平方和を
利用することで、差の正負に関係なく決定することが可
能となる。

【００３７】次に、算出された上記複数の差の平方和の
値とそれに対応する理論強度変化波形の設定間隙値との
関係を、２次曲線で近似する２次近似処理を行う（Ｓ１
７）。この２次近似処理の詳細な例は、図１２のフロー
チャートに従って以下に説明される。

【００３８】２次近似処理が始まると（Ｓ７１）、ま
ず、２次曲線を引くためのポイント数を決定して入力す
る（Ｓ７２）。続いて、２次曲線を生成するための近似
曲線演算手段を入力する（Ｓ７３）。この近似曲線演算
手段は、カーブフィット（またはカーブフィット解析）
を行うための演算手段であり、この手段には、ＳＶＤ、
Ｇｉｖｅｎ、Ｇｉｖｅｎ２、Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ、
ＬＵ分解アドレスキーなどの関数が利用できる。

【００３９】続いて、既に得られた差の平方和の値のう
ちから最小値を決定し（Ｓ７４）、その最小値の近傍に
ある差の平方和の値を、上記ポイント数だけ選択抽出す
る（Ｓ７５）。さらに、それらの値の各点の関係を、２
次曲線ｙ＝a0＋a1×ｘ＋a2×ｘ²で近似させる。ここ
で、ｙは差の平方和の値、ｘは理論強度変化波形の設定
間隙値、a0、a1、a2は係数である。そして、近似曲線カ
ーブフィットにより、係数a0、a1、a2を算出する（Ｓ７
６）。なお、近似曲線カーブフィットは、データセット
から一連の曲線引数や係数を抽出して関数を表現する手
法であり、最小２乗法などの線形フィット、指数関数フ
ィット、一般多項式フィット、一般線形フィット、非線
形フィットなどがある。

【００４０】続いて、上記ｙの最小値を求める。ｙの最
小値は、ｙ式を微分したｙ’が０となる位置で生じる。
すなわち、ｙ’＝a1＋２×a2×ｘ＝０となる位置でｙが最小となり、その時のｘの値ｘ＝−a1
／（２×a2）、を演算すると、求めると間隙値が得られ
る（Ｓ７７，Ｓ７８、Ｓ７９）。なお、図１３には、２
次近似処理をしない場合と２次近似処理をした場合とで
得られる最小値および間隙値の比較を示した。図１３
（ａ）のように、演算により得られた差の平方和だけを
利用して求められる最小値に対応する間隙値は、４５８
１ｎｍとなるのに対して、それらの値を基に２次近似処
理をした場合には、図１３（ｂ）のように、４５８０．
８ｎｍという小数点一桁以上の間隙値が求められること
がわかる。このように、２次近似処理を行うと、間隙値
をより高精度かつより高速に得ることができる。

【００４１】次に、上記２次近似処理によって得られた
ｘの値を、上記所定位置に対応する測定対象物５の測定
位置おける間隙値と決定する（Ｓ１８）。なお、以上に
説明した差の平方和の算出（Ｓ１６）、２次近似処理
（Ｓ１７）、および最小値決定（Ｓ１８）のステップ
を、測定対象物５の予め定めた測定位置の全てに対して
行うことで、一定範囲の間隙値が、測定対象物５や測定
装置を移動させることなく決定できる（Ｓ１９，Ｓ２
０）。

【００４２】なお、測定対象物５の測定位置は列状に
も、面状にも配置することができ、それらの場合には、
測定対象物５の間隙を３次元的に把握することが可能と
なる。また、測定対象物５の測定位置の配置間隔は、測
定速度と測定精度の双方を考慮して適宜定めればよい。

【００４３】ところで、本発明の別の実施形態として、
２次近似処理を行うことなしに、ステップ１６で得られ
た差の平方和の値のなかから最小値を直接求めて、その
最小値を得るに利用した理論強度変化波形の設定間隙値
を、部材の間隙値とすることも可能である。その場合で
も、波長強度補正処理（Ｓ７）および周波数処理（Ｓ１
２）を加わえることで、従来より高精度の間隙値を得る
ことができる。

【００４４】以上本発明の実施形態を説明したが、ここ
で用いた各処理方法を示すフローチャートは一例であ
り、本発明の実施に関して必ずしもそれらに記載の処理
が全て必要になるというわけではない。

【００４５】

【発明の効果】本発明の方法および装置によれば、液晶
セルなどの光透過性部材の必要な範囲の間隙値を、測定
部材や測定装置を移動させることなしに、高速かつ高精
度で測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る光の干渉状態を撮像す
るための光学系構成図。

【図２】本発明の実施形態に係る間隙測定装置の主たる
構成を示すブロック図。

【図３】本発明の実施形態に係る間隙測定方法を示すフ
ローチャート。

【図４】撮像画像から得られたある位置における所定波
長範囲内での光の強度変化を０〜２５６の数値で示した
波形図。

【図５】本発明の実施形態に係る波長強度補正用データ
の算出処理を示すフローチャート。

【図６】撮像画像から得られた指定範囲における光の平
均強度と波長の関係を示すグラフ（ａ）と、（ａ）のグ
ラフの平均強度をそれらの強度の内の最大値で除算した
比率と波長の関係を示すグラフ（ｂ）。

【図７】波長強度補正処理を行った後のある位置におけ
る所定波長範囲内での光の強度変化を示す波形図。

【図８】間隙を透過する光Ｉ１，Ｉ２の干渉を説明する
模式図。

【図９】本発明の実施形態に係る周波数処理を示すフロ
ーチャート。

【図１０】周波数処理を行った後のある位置における所
定波長範囲内での光の強度変化を示す波形図。

【図１１】差の平方和処理に関する２つの波形の比較
図。

【図１２】本発明の実施形態に係る２次近似処理を示す
フローチャート。

【図１３】測定強度波形と理論強度波形の差の平方和の
値と対応する理論強度波形の設定間隙値との関係を示す
グラフであって、２次近似処理を行っていない場合のグ
ラフ（ａ）と、２次近似処理を行った場合のグラフ
（ｂ）。

【図１４】従来の間隙測定方法の説明図。

【符号の説明】

１…波長可変光源２…バックライト３…カメラ５…測定対象物５ａ…測定対象物が有する間隙１１…入力部１２…画像取得光学系１３…記憶部１４…演算処理部１５…出力部

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部材が有する間隙に起因して生じる光の
干渉を、その干渉を生成する光を所定の波長範囲内で波
長走査させ所定間隔の波長毎にカメラで撮像する工程
と、撮像された各画像の少なくとも１つの所定位置における
光の強度を算出して前記波長範囲内における光の測定強
度変化波形を求める工程とを備え、前記測定強度変化波形を、前記波長範囲内で予め設定し
た複数の間隙値に対応した干渉に基づく光の理論強度変
化波形と比較して、前記部材の間隙値を決定する間隙測
定方法であって、前記測定強度変化波形に対して離散フーリエ変換を用い
た周波数処理を行い、その結果から不要な高周波および
低周波を排除した後、残った周波数を波長に変換して前
記測定強度変化波形を補正する周波数処理工程と、前記周波数処理された前記測定強度変化波形と前記各理
論強度変化波形との振幅調整を行う正規化処理工程と、前記正規化処理がなされた前記測定強度変化波形と前記
各理論強度変化波形との差の平方和を複数演算する工程
と、前記複数の差の平方和の最小値を求めてその最小値に対
応する理論強度変化波形の設定間隙値を、前記所定位置
に対応する部材位置の間隙の値として決定する工程と、
を備えたことを特徴とする間隙測定方法。
【請求項２】各波長毎の各撮像画像について指定した
範囲内の光の平均強度と該強度平均のうちの最大値とを
求め、各波長毎に各平均強度に対する前記最大値の比率
を求め、その比率を前記測定強度変化の対応する波長の
光強度に乗算して、前記測定強度変化を補正する工程
を、備えたことを特徴とする請求項１記載の間隙測定方
法。
【請求項３】前記測定強度変化波形からノイズを除去
する移動平均処理を施す工程を、備えた特徴とする請求
項１または２記載の間隙測定方法。
【請求項４】部材が有する間隙に起因して生じる光の
干渉を、その干渉を生成する光を所定の波長範囲内で波
長走査させ所定間隔の波長毎にカメラで撮像する工程
と、撮像された各画像の少なくとも１つの所定位置における
光の強度を算出して前記波長範囲内における光の測定強
度変化波形を求める工程とを備え、前記測定強度変化波形を、前記波長範囲内で予め設定し
た複数の間隙値に対応した干渉に基づく光の理論強度変
化波形と比較して、前記部材の間隙値を決定する間隙測
定方法であって、前記測定強度変化波形と前記各理論強度変化波形との振
幅調整を行う正規化処理工程と、前記正規化処理がなされた前記測定強度変化波形と前記
各理論強度変化波形との差の平方和を複数演算する工程
と、前記複数の差の平方和の最小値を求めてその最小値に近
似する複数の差の平方和の値とそれに対応する理論強度
変化波形の設定間隙値との関係を２次曲線にて近似さ
せ、その２次曲線の最小値に対応する設定間隙値を、前
記所定位置に対応する部材位置の間隙の値として決定す
る工程と、を備えたことを特徴とする間隙測定方法。
【請求項５】前記２次曲線を、ｙ＝a0＋a1×ｘ＋a2×
ｘ²として表し、近似曲線カーブフィットを用いて係数a
0、a1およびa2を求め、ｙを微分した値が０となるとき
のｘ＝−a1／（２×a2）の値を、前記所定位置に対応す
る部材位置の間隙の値とする、ことを特徴とする請求項
４記載の間隙測定方法。
【請求項６】前記測定強度変化波形に対して離散フー
リエ変換を用いた周波数処理を行い、その結果から不要
な高周波および低周波を排除した後、残った周波数を波
長に変換して前記測定強度変化波形を補正する周波数処
理工程を、備えたことを特徴とする請求項４または５記
載の間隙測定方法。
【請求項７】前記所定位置を、部材の間隙値測定領域
に対応する範囲内においてほぼ等間隔に配置したことを
特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の間隙測定
方法。
【請求項８】部材が有する間隙に起因して生じる光の
干渉を、その干渉を生成する光を所定の波長範囲内で波
長走査させ所定間隔の波長毎にカメラで撮像する手段
と、前記撮像手段で得られた各撮像画像の少なくとも１つの
所定位置における光の強度を算出して前記波長範囲内に
おける光の測定強度変化波形を求める手段とを備え、前記測定強度変化波形を、前記波長範囲内で予め設定し
た複数の間隙値に対応した干渉に基づく光の理論強度変
化波形と比較して、前記部材の間隙値を決定する間隙測
定装置であって、前記測定強度変化波形に対して離散フーリエ変換を用い
た周波数処理を行い、その結果から不要な高周波および
低周波を排除した後、残った周波数を波長に変換して前
記測定強度変化波形を補正する周波数処理手段と、前記周波数処理された前記測定強度変化波形と前記各理
論強度変化波形との振幅調整を行う正規化処理手段と、前記正規化処理がなされた前記測定強度変化波形と前記
各理論強度変化波形との差の平方和を複数演算する手段
と、前記複数の差の平方和の最小値を決定して、その最小値
に対応する理論強度変化波形の設定間隙値を、前記所定
位置に対応する部材位置の間隙の値として決定する手段
と、を備えたことを特徴とする間隙測定装置。
【請求項９】部材が有する間隙に起因して生じる光の
干渉を、その干渉を生成する光を所定の波長範囲内で波
長走査させ所定間隔の波長毎にカメラで撮像する手段
と、前記撮像手段で得られた各撮像画像の少なくとも１つの
所定位置における光の強度を算出して前記波長範囲内に
おける光の測定強度変化波形を求める手段とを備え、前記測定強度変化波形を、前記波長範囲内で予め設定し
た複数の間隙値に対応した干渉に基づく光の理論強度変
化波形と比較して、前記部材の間隙値を決定する間隙測
定装置であって、前記測定強度変化波形と前記各理論強度変化波形との振
幅調整を行う正規化処理手段と、前記正規化処理がなされた前記測定強度変化波形と前記
各理論強度変化波形との差の平方和を複数演算する手段
と、前記複数の差の平方和の最小値を求めてその最小値に近
似する複数の差の平方和の値とそれに対応する理論強度
変化波形の設定間隙値との関係を２次曲線にて近似させ
る２次近似処理手段と、前記２次曲線の最小値を算出してその最小値に対応する
設定間隙値を、前記所定位置に対応する部材位置の間隙
の値として決定する手段と、を備えたことを特徴とする
間隙測定装置。
【請求項１０】前記測定強度変化波形に対して離散フ
ーリエ変換を用いた周波数処理を行い、その結果から不
要な高周波および低周波を排除した後、残った周波数を
波長に変換して前記測定強度変化波形を補正する周波数
処理手段、を備えたことを特徴とする請求項９記載の間
隙測定装置。