JP2546104Y2

JP2546104Y2 - シ―ト状物質の厚さ測定装置

Info

Publication number: JP2546104Y2
Application number: JP1992013562U
Authority: JP
Inventors: 重男高橋; 鉄人仁神; 政一郎清部; 正昭井上; 誠二上原; 美洋子松谷
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1991-03-28
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1997-08-27
Anticipated expiration: 2007-03-16
Also published as: JPH0519907U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、例えばシ―ト状の被測
定物（以下「シ―ト状物質」という）の厚さを測定する
ための装置に係るものであり、詳しくは、干渉の影響を
無くして安定した測定を行うことができるようにした、
或いは又、シート状物質の表裏による反射の影響を無く
すことで安定した厚さ測定ができるようにしたシ―ト状
物質の厚さ測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、赤外線を用いた一般の厚さ計は、
センサ上下ヘッドを配置し、このヘッドのいずれかの側
に配置された測定光照射部からシ―ト状物質に楕円偏光
の赤外線を照射し、シ―ト状物質で吸収された光量を検
出部で検出し、吸収量から前記シ―ト状物質の厚さ換算
をすることにより当該シ―ト状物質の厚さを測定してい
る。

【０００３】（１）ところで、このような場合におい
て、シ―ト状物質の厚さが数波長程度になると、シ―ト
状物質内での反射光（シ―ト状物質表裏による反射）で
干渉現象が生じる。この影響は、干渉が強めあう場合は
検出器に到達する光量が増して測定値が真値より薄くな
り、干渉光が弱めあう場合はこの逆となる。そこで、こ
のような干渉による影響を軽減するために、従来の公知
の技術にあっては、検出器を２個使用してこのことの解
決を図っている（例えば、特開昭６２−１２１３３５号
公報参照）。

【０００４】（２）又、シート状物質に対して測定光が
垂直に入射するような構成（例えば、特開平３−１９９
９４１号参照）をとる場合でシ―ト状物質表裏による反
射を問題点としてみた場合は、シ―ト状物質表裏による
反射とヘッド内のフィルタ表面による反射とにより、厚
さ測定に誤差を生じる。この点の問題点のみに着目した
場合においては、シート状物質に対して一定の角度を与
える構成（例えば、特開平１−２７０６０３号参照）と
することによればこの影響を逃れることは可能である。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】以上の従来の技術にお
いては、以下のような問題点がある。

【０００６】（１）検出器を２個使用する構成にあって
は製品価格が高価となり、加えて２個の検出器を同一条
件（例えば温度環境等）の下に設置しなければならない
ため、設置条件がシビアとなり、実現するにあたっては
未だ幾多の問題を解決しなければならない。

【０００７】（２）シート状物質に対して一定の角度を
与える構成にあっては、測定ギャップ（上下ヘッド間の
シート状物質が通過する間隔）がとりずらく、機械的構
造が複雑になり光軸合わせが難しく、シート状物質の流
れ方向に幅が必要となりスペースファクタが悪い。

【０００８】本考案は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、簡単な構造で信頼性の高い安定した測定ができ
る薄物シ―ト状物質の厚さ測定装置を比較的安価に提供
することができるようにしたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本考案は、請求項１においては、光源から出射した
光を干渉フィルタ及び２分割プリズムを介してシート状
物質に照射し、透過した光を検出器で検出して前記シー
ト状物質の厚さを測定する厚さ測定装置において、前記
２分割プリズムにより分割された光をＰ偏光とＳ偏光に
分離して前記シート状物質に入射させる偏光フィルタ
と、透過したＰ偏光とＳ偏光を一括集光して検出器に導
く集光手段を設けると共に、前記干渉フィルタを光源か
らの光軸に対して所定の角度傾けて配置したことを特徴
とするものであり、請求項２においては、光源から出射
した光を干渉フィルタ及び２分割プリズムを介してシー
ト状物質に照射し、透過した光を検出器で検出して前記
シート状物質の厚さを測定する厚さ測定装置において、
前記シート状物質と上下ヘッドとで形成される測定領域
に前記シート状物質と同一の屈折率を有するガスを放出
するパージガス放出手段を設けたことを特徴とするもの
である。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【作用】干渉フィルタは光源から出射した光からシート
状物質に吸収されやすい波長帯域の光を選択する。２分
割プリズムはその選択された光を２方向に分割する。偏
光フィルタ分割された光をＰ偏光とＳ偏光に分離してシ
ート状物質に入射させる。集光手段はシート状物質を透
過したＰ偏光とＳ偏光を一括集光して検出器に導く。検
出器に入射する光が干渉することがない。

【００１３】また、干渉フィルタは光源からの光軸に対
して所定の角度傾けて配置されているのでシート状物質
からの反射光が再度シート状物質側に戻ることがない。
従ってシート状物質の傾きや皺等による影響を受けない
安定した測定が可能となる。

【００１４】また、パージガス放出手段はシート状物質
と上下ヘッドとで形成される測定領域に前記シート状物
質と同一の屈折率を有するガスを放出するので、反射
光、透過光、２次反射光による干渉の影響が少なくな
る。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【実施例】実施例について図面を参照して説明する。図
１は本考案の請求項１のシ―ト状物質の厚さ測定装置の
具体的な一実施例を示す図である。図２はその他の実施
例の説明に供する図である。図３は本考案の請求項２の
シ―ト状物質の厚さ測定装置の具体的な一実施例の説明
に供する図である。図４及び図５は図３の説明に供する
図である。図６は本考案の請求項３のシ―ト状物質の厚
さ測定装置の具体的な一実施例を示す図である。図７は
図６の説明に供する図である。

【００２０】図１において、1 は光源、2 は絞り、3 は
この絞り2 を通過した光を平行光として導出する例えば
コリメ―トレンズから成る第１の光学系（以下「コリメ
―トレンズ」という）、4 は干渉フィルタ、5 は２分割
プリズム（以下「プリズム」と略称する）、6 はＰ偏光
フィルタ、7 はＳ偏光フィルタであり、以上が通常は上
ヘッドＡ内に収納されて例えば図のように構成される。

【００２１】ここで前記干渉フィルタ4 はヘッド内から
測定するべきシート状物質毎により、特定の波長を照射
するために、通常は図示するように光軸に対して垂直に
組み込まれている。

【００２２】8 は集光レンズ、9 は検出器であり、以上
が通常は下ヘッドＢに収納されて例えば図１のように構
成される。Ｆは上下ヘッドの間を移動するシ―ト状物質
を表わす。

【００２３】各部の機能は次のようになる。

【００２４】ａ）光源1 を出た光は絞り2 によって適
当な光束に絞られる。

【００２５】ｂ）絞られた光束は、絞り2 の位置を前
側焦点（ｆ1 ）面とするコリメ―トレンズ3 により平行
光とされる。

【００２６】ｃ）この平行光とされた光は、シ―ト状
物質Ｆの吸収帯に合わせた干渉フィルタ4 を通してプリ
ズム5 に導かれて、２つの平行な光束に分割される。

【００２７】ｄ）プリズム5 を出た２光束の内の片方
はＰ偏光フィルタ6 でＰ偏光とされ、他方はＳ偏光フィ
ルタ7 でＳ偏光とされ、各々がシ―ト状物質Ｆに照射さ
れる。

【００２８】ｅ）照射された光は、シ―ト状物質Ｆの
厚さに応じて減衰（吸収）した透過光となって、焦点距
離ｆ2 の集光レンズ8 で集光される。

【００２９】ｆ）集光レンズ8 の焦点距離ｆ2 上に配
置された検出器で、前記透過光を検出する。

【００３０】ｇ）この結果、Ｐ偏光，Ｓ偏光をシ―ト
状物質Ｆに照射させた時にあってはシ―ト状物質で内面
反射を生じるが、検出器8 の受光面においてはＰ偏光と
Ｓ偏光の振動面が９０°異なったものとして集光され
る。よって、干渉現象は生じないこととなる。

【００３１】本考案は以上の構成に限定されず、例えば
以下のようにも構成できる。

【００３２】（イ）上下ヘッドの構成はこれを逆として
もよい。

【００３３】（ロ）光源1 はハロゲンランプや黒体炉等
を用いることができる。特に、黒体炉を使用するときは
プリズムや検出器の特性で決定するようになるが、比較
的長波長（例えば１０μ）まで放射しており、任意の波
長を使用することができる。

【００３４】（ハ）干渉フィルタ−4 の物質にシ―ト状
物質の吸収波長帯域と非吸収波長帯域を選択使用するよ
うに構成（例えば回転しながらフィルタの交換をすると
か差替え交換をするとかの構成等）すれば、測定光と参
照光を作出することができるので、さらに精度のよい測
定をすることができる（勿論これに併せて図示しない演
算手段の構成をすることとなる）。いずれにしてもこれ
等は設計的な変更事項で処理ができる。

【００３５】（ニ）尚、図２に示すようにプリズム5 へ
の入射位置を実線〜破線のように変化させれば、２光束
の距離を自由（ａ〜ｂ，但しａ＜ｂ）に可変できる。

【００３６】（ホ）プリズム5 からの２光路の各々につ
いては、その経路の途中（例えばプリズム5 とＰ／Ｓ偏
光フィルタ6/7 との間）に、例えばシャッタを設けるよ
うにすれば、片方の光路のみ透過させるようなことも可
能となることから、各々の光路内の汚れによる補正を行
うこともできる。

【００３７】（ヘ）プリズムへの入射光を可変すること
で、ビ―ム幅を変化させることができる。

【００３８】（ト）コリメ―トレンズから射出するビ―
ム径を絞るように構成すれば、任意の測定ビ―ム径を得
ることができる。

【００３９】（チ）シ―ト状物質、即ち、被測定物と同
じ屈折率のガス（但し、被測定物と同一吸収体が無いガ
ス、以下「パ―ジガス」という）を測定領域であるギャ
ップ部δにパ―ジするように構成してもよい。このよう
にすることによりシ―ト状物質Ｆによる表裏の反射を無
くすことで、干渉の生じない安定した測定を実現するこ
とができる。

【００４０】このことを図３乃至図５を用いて説明す
る。

【００４１】図３において、10，12は上下ヘッドＡ，Ｂ
内に組込まれて測定領域δにパ―ジするように構成され
て成るパ―ジ部材である。このパ―ジ部材10，12は、プ
レ―ト11，13に組付けられて、このときにプレ―ト11，
13に小径（例えばφ０．５孔）の吹出し口11ａ，13ａを
形成して、この吹出し口11ａ，13ａの八方からパ―ジ部
材10，12からのパ―ジガスＧを光軸に向けて放出し、測
定領域δをこのパ―ジガスＧで満たすように構成され
る。

【００４２】このときに、前記パ―ジ部材10について
は、その中央部分にプリズム5 から出た光の光路10ａが
形成され、この光路10ａの周囲に例えば同心円状にガス
溜部10ｂが形成され、このガス溜部10ｂが吹出し口11ａ
に接続され、これによりガス溜部10ｂに溜められたパ―
ジガスＧが吹出し口11ａの八方からシ―ト状物質Ｆの上
部の光軸に向けてパ―ジガスＧを放出し、測定領域δを
このパ―ジガスＧで満たすことができる構成となってい
る。

【００４３】尚、Ｐ／Ｓ偏光フィルタ6/7 は図のように
光路10ａの入口付近に組付けられるようにしてもよい
し、勿論他の部分に組付けられるようにしてもよいし、
これとは別の部分に組付けられるようにしてもよい。

【００４４】同様に、前記パ―ジ部材12については、そ
の中央部分にシ―ト状物質を通過した光を検出器9 に導
くための光路12ａが形成され、この光路12ａの周囲に例
えば同心円状にガス溜部12ｂが形成され、このガス溜部
121が吹出し口13ａに接続され、これによりガス溜部12
ｂに溜められたパ―ジガスＧが吹出し口13ａの八方から
シ―ト状物質Ｆの下部の光軸に向けてパ―ジガスＧを放
出し、測定領域δをこのパ―ジガスＧで満たすことがで
きる構成となっている。

【００４５】尚、集光レンズ8 は図のように光路12ａに
組付けられるようにしてもよいし、勿論これとは別の部
分に検出器9 との関係から設置されるようにしてもよ
い。

【００４６】図４と図５はパ―ジガスＧの有無による反
射光と干渉光との関係を示したものであるが、この図４
に示すように、パ―ジガスＧが無く空気とシ―ト状物質
Ｆが接触している場合（つまりこの場合は異なる屈折率
の物が接触している場合となる）は反射光ψ，透過光λ
1 ，２次反射光λ2 が生じ、反射光ψによる干渉が発生
する。

【００４７】一方、これに対して図５のようにシ―ト状
物質Ｆの光軸の周囲にパ―ジガスＧを放出して測定領域
δをこのパ―ジガスＧで満たすと反射光は生ぜず、従っ
て干渉は起きない。

【００４８】また、このようにシ―ト状物質Ｆに向けて
エアパ―ジすることにより、前記光学的な利点のみでは
なくて、ごみ等から光学系を保護することができるし、
更に又、シ―ト状物質と同一の吸収体を持つようなガス
（例えばＣＯ2 ）による外乱からも測定光の保護をする
ことができる。

【００４９】（リ）ところで前記干渉フィルタ4 につい
ては、以上の構成と同時に或いは全く別個に、つまり２
分割プリズムを用いる構成とは別個独立の構造として以
下のようにすることで、シ―ト状物質表裏による反射の
防止をはかることができる。勿論前記構造と併用配置す
るようにしてもよい。

【００５０】前記したようにこの干渉フィルタについて
は、通常は図１に示するように光軸に対して垂直に組み
込まれているが、これが垂直の場合は、シート状物質の
表裏からの反射光がこの干渉フィルタにより再度反射さ
れて、最終的にはこの反射の影響を受けた光が検出器に
導かれるものと考えられる。

【００５１】より具体的にいうと、シート状物質がヘッ
ドに対してある角度を持つと、これに基づく反射光が検
出器に入ったり入らなかったりする。結果として、入射
時は厚さ測定値は薄めに出、非入射時は厚めに出る。つ
まり、シート状物質自体の厚さの変化は無いにも係わら
ず、シート状物質がある角度を有したり或いは皺が生ず
ると安定した測定ができ無いこととなることを意味す
る。

【００５２】そこで、図６に示すように、シート状物質
Ｆで発生する反射光を検出器９側に反射させないように
するために、干渉フィルタを反射光を検出器９側に入れ
ないようなある角度で傾斜させて設置する（尚、干渉フ
ィルタについては図６の場合傾斜させたということでこ
こでは“４０”として表わす）。これによった装置の実
験結果によれば、前記問題点の発生を除去することが確
認できた。

【００５３】尚、この干渉フィルタ４０についてである
が、上記例では図１を基として説明したため図６のよう
な構成となったが、２分割プリズムを用いない場合であ
ればより顕著にこの効果がある。

【００５４】このような場合、更に次のように構成する
ことでもその効果はある。

【００５５】図６の破線で示すようにＰ偏光フィル
タ６やＳ偏光フィルタ７等を合わせてある角度に設定す
るようにしてもよい。

【００５６】図６は説明の便宜上図１を基とした上
へッド内から光をシート状物質に照射してその透過光を
検出器で検出する構造形態をとっているが、前記したよ
うに上下逆としてもよい。

【００５７】更に、図６はシート状物質に対して光
の照射を垂直に導くようにしているが、これに限定され
るものではなく（上下ヘッドが垂直に対向した構造とし
た場合は上下ヘッド間の光軸合わせが容易ではある
が）、光の照射を斜めに照射するような構造（前記従来
の技術で取り上げた特願平１−２７０６０３号のような
構造）においてもこれを適用できることはいうまでもな
い。

【００５８】尚、２分割プリズム非使用構造で、斜め照
射構造とした場合にあっては、簡単な構造でありながら
もよりその効果が得られることについても実験によって
確認がとれた（図７参照）。

【００５９】図７は、横軸にシート状物質のヘッドに対
する傾斜角度（図ではサンプル傾斜角度θ［度］と表わ
す）、縦軸に厚さ測定値［μ］をとった時の、シート状
物質の角度特性に基づく測定値である。

【００６０】この図７によれば、従来の特性に比較して
本考案の方が良好であること、即ち、従来の特性はシー
ト状物質の傾斜により測定値が大きく変動しているが、
本考案によればこの影響が軽減されていること、例えば
角度６°での測定値が従来に比較して１／６に減少して
いることが分かる。

【００６１】

【考案の効果】本考案は、以上説明したように構成され
ているので、次に記載するような効果を奏する。

【００６２】（イ）検出器は１個ですむので高信頼性の
測定ができる。

【００６３】（ロ）測定光をＰ偏光とＳ偏光に分離し、
集光することによりシ―ト状物質による干渉の影響を受
けずに安定した測定ができる。

【００６４】（ハ）プリズムへの入射光を可変すること
でビ―ム幅を変化させることができ、コリメ―トレンズ
から射出するビ―ム径を絞ることで任意の測定ビ―ム径
を得ることができる。

【００６５】（ニ）片方ビ―ムずつ透過させれば光路内
の汚れに対する補正をも行うことができる。

【００６６】（ホ）シ―ト状物質は薄物に限らず厚物に
も使用できることはいうまでもない。特に厚物は干渉の
影響を受けずらいので、光量測定の際はＰ，Ｓ偏光フィ
ルタを取外して光量を増すことも可能となる。

【００６７】（ヘ）被測定物と同一の屈折率を持つガス
を測定領域（光路）に向け放出することにより被測定物
の表裏による反射を無くすことができるので、薄物測定
時に問題となる干渉の影響はなくすことができる。

【００６８】（ト）センサ系全体をシート状物質に対し
てある角度を以て設置させる構造をとる必要がないの
で、系全体はよりコンパクト化、シンプル化が可能であ
り、機械的構造の複雑化を避けることができるから安価
な製品の提供も可能である。

【００６９】（チ）上下ヘッド対応型（上下ヘッドが垂
直に対向した構造）とした場合は上下ヘッド間の光軸合
わせが容易である。

【００７０】（リ）干渉フィルタを光軸に対して所定の
角度を持たせることにより当該干渉フィルター自体がも
つ透過波長を任意に短波長に変化させることができる。

【００７１】（ヌ）簡単な構造でありながらも、比較的
薄いシート（例えば２０μｍ）をオンラインで測定する
上で、製膜中に生じるシート状物質の皺、或いはうねり
による影響を受けることなく安定した厚さ測定ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の請求項１のシ―ト状物質の厚さ測定装
置の具体的な一実施例を示す図である。

【図２】その他の実施例の説明に供する図である。

【図３】本考案の請求項２のシ―ト状物質の厚さ測定装
置の具体的な一実施例の説明に供する図である。

【図４】図３の説明に供する図である。

【図５】図３の説明に供する図である。

【図６】本考案の請求項３のシ―ト状物質の厚さ測定装
置の具体的な一実施例を示す図である。

【図７】図６の説明に供する図である。

【符号の説明】

1 光源 3 光学系（コリメ―トレンズ） 4 ４０干渉フィルタ 5 ２分割プリズム 6 Ｐ偏光フィルタ 7 Ｓ偏光フィルタ 8 集光レンズ 9 検出器Ｆシ―ト状物質 10，12 パ―ジ部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者井上正昭東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)考案者上原誠二東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)考案者松谷美洋子東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (56)参考文献特開昭62−121335（ＪＰ，Ａ) 特開平１−270603（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】光源から出射した光を干渉フィルタ及び２
分割プリズムを介してシート状物質に照射し、透過した
光を検出器で検出して前記シート状物質の厚さを測定す
る厚さ測定装置において、前記２分割プリズムにより分
割された光をＰ偏光とＳ偏光に分離して前記シート状物
質に入射させる偏光フィルタと、透過したＰ偏光とＳ偏
光を一括集光して検出器に導く集光手段を設けると共
に、前記干渉フィルタを光源からの光軸に対して所定の
角度傾けて配置したことを特徴とするシート状物質の厚
さ測定装置。
【請求項２】光源から出射した光を干渉フィルタ及び２
分割プリズムを介してシート状物質に照射し、透過した
光を検出器で検出して前記シート状物質の厚さを測定す
る厚さ測定装置において、前記シート状物質と上下ヘッ
ドとで形成される測定領域に前記シート状物質と同一の
屈折率を有するガスを放出するパージガス放出手段を設
けたことを特徴とするシート状物質の厚さ測定装置。