JP2011242292A - 厚さチルトセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】表面反射と裏面反射を有し、且つ、厚さを有する物体のチルト角と厚さを同時に測定できる厚さチルトセンサを提供する。
【解決手段】厚さチルトセンサは、測定対象物に向けて測定用光を出射する投光部と、測定対象物の表面反射光及び測定対象物の裏面反射光を受光する受光部とからなる光学系を備えており、投光部は、投光素子と投光レンズと平行光を細くする手段とを具備し、平行光を細くする手段により得られた細い平行光を測定用光とし、受光部は、表面反射光を受光するチルト角測定部と、表面反射光及び裏面反射光を受光する厚さ測定部とを具備し、チルト角測定部は、チルト角測定用受光レンズとチルト角測定用受光素子とを具備し、測定対象物のチルト角を測定し、厚さ測定部は、厚さ測定用受光レンズと厚さ測定用受光素子とを具備し、測定対象物の厚さを測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚さチルトセンサに関し、特に、表面反射と裏面反射を有する測定対象物のチルト角（傾き）と厚さを同時に測定できる、厚さチルトセンサに関する。

従来より、測定対象物のチルト角（傾き）を測定するチルトセンサが良く知られている。

また、近年、測定対象物の変位とチルト角（傾き）を同時に測定できる変位チルトセンサも数多く開発されている。その一例として、例えば、本願発明の発明者により提案され、小型軽量化した変位チルトセンサがある（特許文献１を参照）。

特願２００９−１４１５２９

一方、産業上において、光透過性を有し（即ち、表面反射と裏面反射を有し）、且つ、厚さを有する物体を測定対象物とした場合に、当該測定対象物のチルト角（傾き）と厚さを同時に測定するという産業ニーズも非常に大きい。

本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、表面反射と裏面反射を有し、且つ、厚さを有する物体のチルト角（傾き）と厚さを同時に測定できる、厚さチルトセンサを提供することにある。

本発明は、測定対象物のチルト角と厚さを同時に測定できる厚さチルトセンサに関し、本発明の上記目的は、厚さチルトセンサは、測定対象物に向けて測定用光を出射する投光部と、前記測定対象物で表面反射された測定用光（以下、表面反射光とする）及び、前記測定対象物の表面で屈折して裏面反射された測定用光（以下、裏面反射光とする）を受光する受光部とからなる光学系を備えており、前記投光部は、投光素子と、前記投光素子からの拡散光を平行光にする投光レンズと、前記投光レンズから出射された平行光を細くする、平行光を細くする手段とを具備し、前記平行光を細くする手段により得られた細い平行光を前記測定用光とし、前記受光部は、前記表面反射光を受光するチルト角測定部と、前記表面反射光及び前記裏面反射光を受光する厚さ測定部とを具備し、前記チルト角測定部は、チルト角測定用受光レンズとチルト角測定用受光素子とを具備し、前記測定対象物のチルト角を測定し、前記厚さ測定部は、厚さ測定用受光レンズと厚さ測定用受光素子とを具備し、前記測定対象物の厚さを測定することによって効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、前記平行光を細くする手段として、ピンホール、ビームエキスパンダー、あるいは小径レンズのいずれかを用いることによってより効果的に達成される。また、本発明の上記目的は、前記チルト角測定用受光レンズ及び前記厚さ測定用受光レンズとして、コリメータレンズを用いることによってより効果的に達成される。

さらに、本発明の上記目的は、前記チルト角測定部がチルト角測定用受光スポットの移動距離を検出することにより、前記チルト角を測定し、前記厚さ測定部が測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置から測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置までの距離を検出することにより、前記厚さを測定することによってより効果的に達成される。

本発明に係る厚さチルトセンサは、測定対象物のチルト角と厚さを同時に測定するという産業ニーズに応じるために、研究開発された小型軽量化のもので、本発明の厚さチルトセンサによれば、正確に測定対象物のチルト角と厚さを同時に測定できる。

本発明の一実施形態に係る厚さチルトセンサの光学系の構成を示す図である。 図１に示す厚さチルトセンサのチルト角測定原理を説明するための図である。 図１に示す厚さチルトセンサのチルト角測定原理を説明するための図である。 図１に示す厚さチルトセンサの厚さ測定原理を説明するための図である。 図１に示す厚さチルトセンサの厚さ測定原理を説明するための図である。 図１に示す厚さチルトセンサの厚さ測定原理を説明するための拡大図である。

本発明は、測定対象物のチルト角（傾き）と厚さを同時に測定できる、厚さチルトセンサに関する。

本発明に係る厚さチルトセンサでは、厚さを有する平行板である光透過性物体を測定対象物とする。本発明で言う「光透過性物体」とは、光透過性を有する（即ち、表面反射と裏面反射を有する）物体を意味する。本発明に係る厚さチルトセンサの測定対象物の具体例として、例えば、ガラス板や樹脂フィルム・樹脂板が挙げられる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は必ずしも以下の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において、その構成を種々に変更し得ることは言うまでも無い。

図１は、本発明の一実施形態に係る厚さチルトセンサ１００（以下、単に、「厚さチルトセンサ１００」とも言う。）の光学系の構成を示す図である。図１に示す厚さチルトセンサ１００は、測定対象物の厚さと傾き（チルト角）を同時に測定するものである。

図１に示されたように、本発明に係る厚さチルトセンサ１００は、測定対象物に向けて測定用光を出射する投光部２と、測定対象物の表面で表面反射された測定用光（測定対象物の表面反射光）及び、測定対象物の表面で屈折して裏面反射された測定用光（測定対象物の裏面反射光）を受光する受光部３とからなる光学系を備えている。

投光部２は、光源となる発光ダイオード（ＬＥＤ）等の投光素子２１と、投光素子２１からの拡散光を平行光にする投光レンズ２２と、投光レンズ２２から出射された平行光を細くする手段２３とを具備し、投光素子２１の光軸と投光レンズ２２の光軸を一致させて構成されている。以下、投光素子２１の光軸及び投光レンズ２２の光軸を、単に、投光部２の光軸２４とも言う。

投光部２において、投光素子２１から出射された拡散光１１ａは、投光レンズ２２によりコリメートされた後に、平行光１１ｂとなる。平行光１１ｂは、平行光を細くする手段２３により細くされた後に、ビーム径の細いビーム（細い平行光）となる。この細い平行光（細いビーム）は、測定対象物に照射されるようになっており、以下の説明では、測定用光１２と呼び、又は単に、ビームとも呼ぶ。

なお、投光素子２１として、上述した発光ダイオードのほか、レーザ光を用いることもできる。また、レーザ光を採用する投光素子２１として、ヘリウムーネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ、半導体レーザ素子（ＬＤ）等のレーザ発振器や、レーザ発振器から出力されたレーザ光を導く光ファイバー等の光導管などを用いることができる。また、投光レンズ２２として、例えば、コリメータレンズを用いることができる。

このように、投光部２に、平行光を細くする手段２３を設けることにより、投光レンズからの平行光１１ｂをビーム径の細いビームにすることができ、測定用光のコリメート性を向上させることができる。また、厚さチルトセンサ１００に、光源となる投光素子２１一つしか存在しないので、厚さチルトセンサ１００を小型軽量化することができる。

さらに、このように、投光部２に、平行光を細くする手段２３を設けることにより、投光素子２１から出射された拡散光１１ａは、投光レンズ２２を介して、コリメート性の高いビーム（測定用光１２）となるので、本発明の厚さチルトセンサ１００における測定用光は、遠くまで届く。従って、拡散光よりも、測定可能な場所を多くすることができる。

なお、平行光を細くする手段２３として、例えば、ピンホール、ビームエキスパンダー、または小径レンズを用いることができる。

受光部３は、チルト角測定部４と厚さ測定部５と半透明鏡６とを備えている。チルト角測定部４は、測定対象物の表面で表面反射された測定用光を受光し、測定対象物のチルト角を測定する。また、厚さ測定部５は、測定対象物の表面で表面反射された測定用光と、測定対象物の表面で屈折して裏面反射された測定用光を受光し、測定対象物の厚さを測定する。

そして、半透明鏡６は、測定対象物の表面で表面反射された測定用光と、測定対象物の表面で屈折して裏面反射された測定用光を、チルト角測定部４で行われるチルト角測定に必要な測定用光（以下、単に、「チルト角測定用測定用光」と言う。）と、厚さ測定部５で行われる厚さ測定に必要な測定用光（以下、単に、「厚さ測定用測定用光」と言う。）とに分離する。

チルト角測定用測定用光を受光するチルト角測定部４は、位置検出素子（ＰＳＤ）や電荷結合素子（ＣＣＤ）等のチルト角測定用受光素子４１と、チルト角測定用受光レンズ４２とを具備して構成される。また、厚さ測定用測定用光を受光する厚さ測定部５は、位置検出素子（ＰＳＤ）や電荷結合素子（ＣＣＤ）等の厚さ測定用受光素子５１と、厚さ測定用受光レンズ５２とを具備して構成される。

ここで、チルト角測定用受光レンズ４２として、例えば、コリメータレンズを用いることができる。また、厚さ測定用受光レンズ５２として、例えば、コリメータレンズを用いることができる。

投光部２と受光部３は、標準線ＳＬを挟んでその両側に対称に配置されており、投光部２の光軸２４と受光部３の光軸３１は、いずれも標準線ＳＬに対して等しい角度α１をなしている。また、投光部２の光軸２４と受光部３の光軸３１は、標準線ＳＬ上の１点で交差している。

投光部２の光軸２４と受光部３の光軸３１が交差している標準線ＳＬ上の点を標準点ＳＰと呼ぶ。また、標準点ＳＰを通り、標準線ＳＬと垂直な平面を標準面ＳＦと呼ぶ。更に、標準面ＳＦとの距離がｄであり、且つ、標準面ＳＦと平行する平面を標準裏面ＳＲと呼ぶ。

厚さチルトセンサ１００では、厚さｄを有する測定対象物の表面が標準面ＳＦに配置された場合に、換言すれば、厚さｄを有する測定対象物の表面が標準面ＳＦと重なる場合に、測定対象物のチルト角が０°となり、また、測定対象物の裏面が標準裏面ＳＲと重なる。

以下、チルト角０°の測定対象物、即ち、標準面ＳＦに対して傾いていない測定対象物を測定対象物１と呼ぶ。

標準面ＳＦにおいて、投光部２の光軸２４が標準点ＳＰに集光するように、投光素子２１と投光レンズ２２の間の距離を調整して投光部２を構成する。

また、標準点ＳＰで表面反射された測定用光が、受光部３の光軸３１に沿ってチルト角測定用受光レンズ４２により集光されてから、半透明鏡６を介して反射され、チルト角測定用受光素子４１上に集光されるように、チルト角測定用受光レンズ４２とチルト角測定用受光素子４１の間の距離ｆ、即ち、チルト角測定用受光レンズ４２から半透明鏡６までの距離ｆ１、及び半透明鏡６からチルト角測定用受光素子４１までの距離ｆ２を調整してチルト角測定部４を構成する。

チルト角測定部４では、ｆ＝ｆ１＋ｆ２が成立し、また、標準点ＳＰで表面反射された測定用光が、チルト角測定用受光素子４１上に集光されて形成されるチルト角測定用受光スポットの重心位置を、チルト角測定用の原点位置４４と設定する。

さらに、標準点ＳＰで表面反射された測定用光が、受光部３の光軸３１に沿ってチルト角測定用受光レンズ４２により集光されてから、半透明鏡６を透過し、さらに、厚さ測定用受光レンズ５２を介して、厚さ測定用受光素子５１上に集光されるように、厚さ測定用受光レンズ５２と厚さ測定用受光素子５１の間の距離ｆ３を調整して厚さ測定部５を構成する。

厚さ測定部５では、標準点ＳＰで表面反射された測定用光が、厚さ測定用受光素子５１上に集光されて形成される厚さ測定用第１受光スポットの重心位置を、厚さ測定用の原点位置５５と設定する。

次に、本発明の厚さチルトセンサにより測定対象物のチルト角θを測定する原理を図２と図３に基づいて説明する。図１に示す厚さチルトセンサ１００のうち、チルト角θを測定するチルト角測定用光学系のみを取り出して、図２及び図３に示す（ただし、半透明鏡６は省略する。）。

図２に示されたように、厚さｄを有する測定対象物の表面は標準面ＳＦに位置している場合に、即ち、測定対象物のチルト角が０°の場合に（以下、この場合の測定対象物を測定対象物１と呼ぶ。）、投光素子２１から出射されて投光レンズ２２及び平行光を細くする手段２３を介して得られた測定用光１２（細いビーム径を有するビーム）が、測定対象物１に照射されると、測定用光１２は標準点ＳＰで集光し、標準点ＳＰで表面反射された測定用光１３（測定対象物１の表面反射光)が、受光部３の光軸３１に沿ってチルト角測定用受光レンズ４２を通して、チルト角測定用受光素子４１上に集光されてチルト角測定用受光スポットを形成する。このときに、形成されたチルト角測定用受光スポットの重心位置４３は、チルト角測定用の原点位置４４と重なる。

次に、図３に示されたように、厚さｄを有する測定対象物が標準面ＳＦに対して角度θ傾いた場合に、即ち、測定対象物のチルト角がθの場合に（以下、この場合の測定対象物を測定対象物１Ｂ呼ぶ。）、投光素子２１から出射されて投光レンズ２２及び平行光を細くする手段２３を介して得られた測定用光１２（細いビーム径を有するビーム）が、測定対象物１Ｂに照射される。このとき、測定対象物１Ｂが標準面ＳＦに対して角度θ傾いているので、測定対象物１Ｂの表面で表面反射された測定用光１４（測定対象物１Ｂの表面反射光）が受光部３の光軸３１に対して角度２θ傾くことになる。

図３の破線で示すように、測定対象物１Ｂの表面で表面反射された測定用光１４が、受光部３の光軸３１に対して角度２θ傾いたままの状態でチルト角測定用受光レンズ４２を通して、チルト角測定用受光素子４１上に集光されてチルト角測定用受光スポットを形成する。このときに、形成されたチルト角測定用受光スポットの重心位置４３は、チルト角測定用の原点位置４４から離れており、つまり、チルト角測定用の原点位置４４から、測定対象物１Ｂの表面反射光が形成されたチルト角測定用受光スポットの重心位置４３までの距離はＤとなる。以下、この距離Ｄをチルト角測定用受光スポットの移動距離Ｄとも呼ぶ。

本発明の厚さチルトセンサでは、このチルト角測定用受光スポットの移動距離Ｄを検出することにより、測定対象物のチルト角θを測定する。すなわち、チルト角測定用受光スポットの移動距離をＤとし、チルト角測定用受光レンズ４２とチルト角測定用受光素子４１の間の距離（チルト角測定用受光レンズ４２の焦点距離）をｆとし、測定対象物のチルト角をθとすると、下記数１が成立する。
（数１）
Ｄ＝ｆｔａｎ（２θ）
チルト角測定用受光スポットの移動距離Ｄを検出すれば、チルト角測定用受光レンズ４２の焦点距離ｆは、厚さチルトセンサの既知のパラメータであるため、上記数１に基づき、測定対象物のチルト角θを算出することができる。

また、測定対象物のチルト角θが微小角度の場合に、ｔａｎ（２θ）≒２θが成立するため、上記数１は下記数２になる。
（数２）
Ｄ＝２ｆθ
ただし、数２において、チルト角θの単位はラジアンである。本発明の厚さチルトセンサでは、上記数２に基づき、測定対象物のチルト角θを算出することができる。

次に、本発明の厚さチルトセンサにより測定対象物の厚さを測定する原理を図４と図５に基づいて説明する。図１に示す厚さチルトセンサ１００のうち、厚さｄを測定する厚さ測定用光学系のみを取り出して、図４及び図５に示す（ただし、半透明鏡６は省略する。）。

図４に示されたように、厚さｄを有する測定対象物１の表面は標準面ＳＦに位置している場合に、即ち、測定対象物のチルト角が０°の場合に、投光素子２１から出射されて投光レンズ２２及び平行光を細くする手段２３を介して得られた測定用光１２が、測定対象物１に照射されると、測定用光１２は標準点ＳＰで集光し、標準点ＳＰで表面反射された測定用光１３（測定対象物１の表面反射光)が、受光部３の光軸３１に沿ってチルト角測定用受光レンズ４２と厚さ測定用受光レンズ５２を通して、厚さ測定用受光素子５１上に集光されて厚さ測定用第１受光スポットを形成する。このときに、形成された厚さ測定用第１受光スポットの重心位置５３Ｆは、厚さ測定用の原点位置５５と重なる。また同時に、標準点ＳＰで屈折して裏面反射された測定用光１５（測定対象物１の裏面反射光)が、受光部３の光軸３１に平行したままの状態でチルト角測定用受光レンズ４２と厚さ測定用受光レンズ５２を通して、厚さ測定用受光素子５１上に集光されて、厚さ測定用第１受光スポットと異なる場所で厚さ測定用第２受光スポットを形成する。このときに、形成された厚さ測定用第２受光スポットの重心位置５３Ｒから厚さ測定用第１受光スポットの重心位置５３Ｆまでの距離はλとなる。

以下、この距離λを測定対象物が傾いていない場合（測定対象物のチルト角が０°の場合）のビーム間隔とも呼ぶ。

また、厚さ測定用第１受光スポットを測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットとも呼び、厚さ測定用第２受光スポットを測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットとも呼ぶ。

つまり、本発明の厚さチルトセンサにおいて、ビーム間隔とは、測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置から、測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置までの距離を意味する。

次に、図５に示されたように、厚さｄを有する測定対象物１Ｂが標準面ＳＦに対して角度θ傾いた場合に、即ち、測定対象物のチルト角がθの場合に、投光素子２１から出射されて投光レンズ２２及び平行光を細くする手段２３を介して得られた測定用光１２が、測定対象物１Ｂに照射される。このとき、測定対象物１Ｂが標準面ＳＦに対して角度θ傾いているので、測定対象物１Ｂの表面で表面反射された測定用光１４（測定対象物１Ｂの表面反射光）が受光部３の光軸３１に対して角度２θ傾くことになる。

図５に示されたように、測定対象物１Ｂの表面で表面反射された測定用光１４が、標準点ＳＰで表面反射された測定用光１３（受光部３の光軸３１）に対して角度２θ傾いたままの状態でチルト角測定用受光レンズ４２と厚さ測定用受光レンズ５２を通して、厚さ測定用受光素子５１上に集光されて厚さ測定用第１受光スポットを形成する。このときに、形成された厚さ測定用第１受光スポットの重心位置は５４Ｆとなる。また同時に、測定対象物１Ｂの表面で屈折して裏面反射された測定用光１６（測定対象物１Ｂの裏面反射光）が、測定対象物１Ｂの表面反射光１４に平行したままの状態でチルト角測定用受光レンズ４２と厚さ測定用受光レンズ５２を通して、厚さ測定用受光素子５１上に集光されて、厚さ測定用第１受光スポットと異なる場所で厚さ測定用第２受光スポットを形成する。このときに、形成された厚さ測定用第２受光スポットの重心位置５４Ｒから厚さ測定用第１受光スポットの重心位置５４Ｆまでの距離はΛとなる。

以下、この距離Λを測定対象物が角度θ傾いた場合（測定対象物のチルト角がθの場合）のビーム間隔とも呼ぶ。

本発明の厚さチルトセンサでは、測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置から測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置までの距離（即ち、ビーム間隔）を検出（測定）することにより、測定対象物の厚さｄを測定（算出）する。

次に、図６に基づき、ビーム間隔から測定対象物の厚さｄを測定（算出）する原理を具体的に説明する。なお、図６（Ａ）は、ビーム間隔λから測定対象物の厚さｄを算出する厚さ測定原理を説明するための拡大図で、図６（Ｂ）は、ビーム間隔Λから測定対象物の厚さｄを算出する厚さ測定原理を説明するための拡大図である。

前述したように、本発明に係る厚さチルトセンサの測定対象物は、厚さを有する平行板である光透過性物体であることを前提としている。

ここで、測定対象物となる平行板の屈折率をｎとし、また、測定対象物の厚さをｄとする。図１〜図５に示されたように、測定対象物に、入射角α１にて、細い平行光である測定用光１２（ビーム）を入射する。

図６（Ａ）に示されたように、入射角はα１であり、且つ、測定対象物は標準面ＳＦに置かれている場合（即ち、測定対象物１の場合）に、屈折角はα２となるので、下記数３が成立する。
（数３）
ｓｉｎα１＝ｎｓｉｎα２
また、図６（Ｂ）に示されたように、入射角はα１であり、且つ、測定対象物は標準面ＳＦに対して角度θ傾いた場合（即ち、測定対象物１Ｂの場合）に、屈折角はα３となるので、下記数４が成立する。
（数４）
ｓｉｎ（α１＋θ）＝ｎｓｉｎα３
図４に示されたように、測定対象物のチルト角が０°の場合（即ち、測定対象物１の場合）に、測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置５３Ｆから測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置５３Ｒまでの距離（間隔）、即ち、ビーム間隔λを測定する。

図６（Ａ）から分かるように、ビーム間隔λと測定対象物の厚さｄとの間に、下記数５が成立する。
（数５）
λ＝２ｄｔａｎα２ｓｉｎ（９０°−α１）
一方、図５に示されたように、測定対象物のチルト角がθの場合（即ち、測定対象物１Ｂの場合）に、測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置５４Ｆから測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置５４Ｒまでの距離（間隔）、即ち、ビーム間隔Λを測定する。

図６（Ｂ）から分かるように、ビーム間隔Λと測定対象物の厚さｄとの間に、下記数６が成立する。
（数６）
Λ＝２ｄｔａｎα３〔ｓｉｎ（９０°−α１＋θ）−ｔａｎ２θｃｏｓ（９０°−α１＋θ）〕
測定対象物のチルト角θが０の場合（θ＝０）に、上記数６は、下記数７になる。
（数７）
Λ＝２ｄｔａｎα３ｓｉｎ（９０°−α１）
また、測定対象物のチルト角θが０の場合（θ＝０）に、屈折角α２と屈折角α３の間に、α２＝α３が成立するので、上記数７は、下記数８になる。
（数８）
Λ＝２ｄｔａｎα２ｓｉｎ（９０°−α１）
数５と数８を比較すれば分かるように、数８は数５となる。

よって、測定対象物のチルト角θとビーム間隔Λを検出すれば、入射角α１は厚さチルトセンサの既知のパラメータであり、ｎは測定対象物の屈折率で既知であり、また、屈折角α３は上記数４に基づいて得られるので、上記数６に基づき、測定対象物の厚さｄを算出することができる。

このように、本発明の厚さチルトセンサによれば、測定対象物のチルト角θと厚さｄを同時に測定できる。即ち、本発明の厚さチルトセンサでは、チルト角測定用受光スポットの移動距離を検出することによって測定対象物のチルト角θを測定し、同時に、測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置から測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置までの距離（ビーム間隔）を検出することによって測定対象物の厚さｄを測定する。

前述したように、入射角α１は本発明の厚さチルトセンサの既知のパラメータである。好適な入射角α１の一例として、４５°である（α１＝４５°）。

本発明の厚さチルトセンサの入射角α１が４５°の場合に、上記数６は下記数９となる。
（数９）
Λ＝２ｄｔａｎα３〔ｓｉｎ（４５°＋θ）−ｔａｎ２θｃｏｓ（４５°＋θ）〕
ここで、ｓｉｎ４５°＝ｃｏｓ４５°≒０．７０７１であるため、下記数１０、数１１が成立する。
（数１０）
ｓｉｎ（４５°＋θ）
＝ｓｉｎ４５°ｃｏｓθ＋ｃｏｓ４５°ｓｉｎθ
＝０．７０７１（ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ）
（数１１）
ｃｏｓ（４５°＋θ）
＝ｃｏｓ４５°ｃｏｓθ−ｓｉｎ４５°ｓｉｎθ
＝０．７０７１（ｃｏｓθ−ｓｉｎθ）
そして、上記数１０、数１１に基づき、上記数９は下記数１２となる。

従って、本発明の厚さチルトセンサの入射角α１が４５°の場合に、本発明の厚さチルトセンサでは、測定対象物のチルト角θを測定した後に、検出したビーム間隔Λを用いて、上記数１２に基づき、測定対象物の厚さｄを測定することができる。

なお、図示していないが、本発明の厚さチルトセンサは、厚さチルトセンサに係るパラメータを格納し、厚さチルトセンサが検出した各種の値（信号）を電気的に処理する信号処理部を備えている。この信号処理部は、各種の値（例えば、入射角α１、距離ｆ、移動距離Ｄ、ビーム間隔Λ、測定対象物の屈折率ｎ等）を格納し、また、上述した本発明の厚さチルトセンサのチルト角・厚さ測定原理に基づき、測定対象物のチルト角・厚さを算出する機能を有する。

なお、この信号処理部では、例えば、ルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）を用いることで測定対象物のチルト角・厚さを算出するようにしても良い。また、必要であれば、本発明の厚さチルトセンサは、測定したチルト角・厚さを外部装置に出力することもできる。

１００ 本発明に係る厚さチルトセンサ
１ 測定対象物（標準面ＳＦに対して傾いていない測定対象物）
１Ｂ 測定対象物（標準面ＳＦに対して角度θ傾いた測定対象物）
１１ａ 投光素子からの拡散光
１１ｂ 投光レンズからの平行光
１２ 細い平行光（ビーム）である測定用光
１３ 標準点ＳＰで表面反射された測定用光（測定対象物１の表面反射光）
１４ 測定対象物１Ｂの表面で表面反射された測定用光（測定対象物１Ｂの表面反射光）
１５ 標準点ＳＰで屈折して裏面反射された測定用光（測定対象物１の裏面反射光）
１６ 測定対象物１Ｂの表面で屈折して裏面反射された測定用光（測定対象物１Ｂの裏面反射光）
２ 投光部
２１ 投光素子
２２ 投光レンズ
２３ 平行光を細くする手段
２４ 投光部の光軸
３ 受光部
３１ 受光部の光軸
４ チルト角測定部
４１ チルト角測定用受光素子
４２ チルト角測定用受光レンズ
４３ チルト角測定用受光スポットの重心位置
４４ チルト角測定用の原点位置
Ｄ チルト角測定用の原点位置４４とチルト角測定用受光スポットの重心位置４３との間の距離
５ 厚さ測定部
５１ 厚さ測定用受光素子
５２ 厚さ測定用受光レンズ
λ 測定対象物が傾いていない場合（θ＝０）のビーム間隔
５３Ｆ 測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置（測定対象物が傾いていない場合）
５３Ｒ 測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置（測定対象物が傾いていない場合）
Λ 測定対象物がθ傾いた場合のビーム間隔
５４Ｆ 測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置（測定対象物がθ傾いている場合）
５４Ｒ 測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置（測定対象物がθ傾いている場合）
５５ 厚さ測定用の原点位置
６ 半透明鏡
α１ 入射角
α２ 屈折角
ＳＬ 標準線
ＳＰ 標準点
ＳＦ 標準面
ＳＲ 標準裏面
ｎ 測定対象物の屈折率
ｄ 測定対象物の厚さ
θ 測定対象物のチルト角

Claims (4)

1. 測定対象物に向けて測定用光を出射する投光部と、前記測定対象物で表面反射された測定用光（以下、表面反射光とする）及び、前記測定対象物の表面で屈折して裏面反射された測定用光（以下、裏面反射光とする）を受光する受光部とからなる光学系を備えており、
   前記投光部は、投光素子と、前記投光素子からの拡散光を平行光にする投光レンズと、前記投光レンズから出射された平行光を細くする、平行光を細くする手段とを具備し、前記平行光を細くする手段により得られた細い平行光を前記測定用光とし、
   前記受光部は、前記表面反射光を受光するチルト角測定部と、前記表面反射光及び前記裏面反射光を受光する厚さ測定部とを具備し、
   前記チルト角測定部は、チルト角測定用受光レンズとチルト角測定用受光素子とを具備し、前記測定対象物のチルト角を測定し、
   前記厚さ測定部は、厚さ測定用受光レンズと厚さ測定用受光素子とを具備し、前記測定対象物の厚さを測定することを特徴とする厚さチルトセンサ。
2. 前記平行光を細くする手段は、ピンホール、ビームエキスパンダー、あるいは小径レンズのいずれかである請求項１に記載の厚さチルトセンサ。
3. 前記チルト角測定用受光レンズ及び前記厚さ測定用受光レンズとして、コリメータレンズを用いる請求項１又は請求項２に記載の厚さチルトセンサ。
4. 前記チルト角測定部がチルト角測定用受光スポットの移動距離を検出することにより、前記チルト角を測定し、
   前記厚さ測定部が測定対象物の表面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置から測定対象物の裏面反射光に係る厚さ測定用受光スポットの重心位置までの距離を検出することにより、前記厚さを測定する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の厚さチルトセンサ。

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