JP3374941B2 - 透明板の厚み測定装置 - Google Patents
透明板の厚み測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス板等の透明板の
厚み測定装置に係り、特に、光学的手段を使用した透明
板の厚み測定装置の改良に関する。
厚み測定装置に係り、特に、光学的手段を使用した透明
板の厚み測定装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、透明板、例えばガラス板の厚み測
定方法としては、マイクロメータ等による接触的測定方
法や超音波マイクロメータ等による半接触的測定方法が
知られているが、いずれにしても、ガラス板に厚み測定
装置の一部が接触することになるため、厚み測定工程に
おいて被測定ガラス板を損傷するという懸念がある。こ
のような懸念を回避するために、被測定ガラス板の厚み
を非接触的に測定する方法が案出されつつあり、近年、
レーザビームをガラス板に照射し、その表面反射光と裏
面反射光との距離を測定することにより、ガラス板の厚
みを測定する方法が提供されている（例えば特公昭５６
−１１０８２号）。
定方法としては、マイクロメータ等による接触的測定方
法や超音波マイクロメータ等による半接触的測定方法が
知られているが、いずれにしても、ガラス板に厚み測定
装置の一部が接触することになるため、厚み測定工程に
おいて被測定ガラス板を損傷するという懸念がある。こ
のような懸念を回避するために、被測定ガラス板の厚み
を非接触的に測定する方法が案出されつつあり、近年、
レーザビームをガラス板に照射し、その表面反射光と裏
面反射光との距離を測定することにより、ガラス板の厚
みを測定する方法が提供されている（例えば特公昭５６
−１１０８２号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな先行技術にあっては、被測定ガラス板と厚み測定装
置との間の距離によって測定誤差が生ずるという技術的
課題が見い出された。このような技術的課題を解決する
ために、被測定ガラスと厚み測定装置との距離を別の手
段で測定し、厚み測定値を補正するという手法が提案さ
れている。ところが、このタイプにあっても、測定光学
系の経時変動による要因は十分には解消されず、測定の
高精度化の要求が高まるに伴って、上述の測定誤差その
ものを低減することが望まれていた。
うな先行技術にあっては、被測定ガラス板と厚み測定装
置との間の距離によって測定誤差が生ずるという技術的
課題が見い出された。このような技術的課題を解決する
ために、被測定ガラスと厚み測定装置との距離を別の手
段で測定し、厚み測定値を補正するという手法が提案さ
れている。ところが、このタイプにあっても、測定光学
系の経時変動による要因は十分には解消されず、測定の
高精度化の要求が高まるに伴って、上述の測定誤差その
ものを低減することが望まれていた。
【０００４】本発明は、以上の技術的課題を解決するた
めに為されたものであって、測定対象である透明板と装
置本体との間の距離変動に基づく測定誤差を極力少なく
抑えることができる非接触方式の透明板の厚み測定装置
を提供するものである。
めに為されたものであって、測定対象である透明板と装
置本体との間の距離変動に基づく測定誤差を極力少なく
抑えることができる非接触方式の透明板の厚み測定装置
を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、図１に示
すように、光源１と、回転若しくは揺動支持され且つ前
記光源１からのビームを偏向走査して一定速度で測定対
象である透明板６表面に沿って前記ビームを移動させる
偏向ミラー２と、光源１からのビームを光軸に対して平
行に移動する走査ビームとする走査レンズ３と、透明板
６表面の厚み測定部位からの表面反射ビーム及び厚み測
定部位に対応する透明板裏面からの裏面反射ビーム間の
距離情報を透明板６の厚み情報に対応する情報として検
出する受光検出器４とを備えた透明板の厚み測定装置に
おいて、透明板６と装置本体との距離変動に基づく測定
誤差要因を検討したところ、以下のような結論に到達し
た。
すように、光源１と、回転若しくは揺動支持され且つ前
記光源１からのビームを偏向走査して一定速度で測定対
象である透明板６表面に沿って前記ビームを移動させる
偏向ミラー２と、光源１からのビームを光軸に対して平
行に移動する走査ビームとする走査レンズ３と、透明板
６表面の厚み測定部位からの表面反射ビーム及び厚み測
定部位に対応する透明板裏面からの裏面反射ビーム間の
距離情報を透明板６の厚み情報に対応する情報として検
出する受光検出器４とを備えた透明板の厚み測定装置に
おいて、透明板６と装置本体との距離変動に基づく測定
誤差要因を検討したところ、以下のような結論に到達し
た。
【０００６】すなわち、本発明者らによる光源１からの
ビームの光路解析と厚み測定装置による実証試験とによ
り、透明板６と装置本体との距離変動に基づく測定誤差
は、上述した照射光学系の光軸に平行に発射され且つ一
定速度で移動すべき走査ビームの透明板６の表面位置に
おける速度偏差により生じること、さらに具体的には走
査レンズ３の位置と偏向ミラー２の回転半径とに起因す
ることが判明した。
ビームの光路解析と厚み測定装置による実証試験とによ
り、透明板６と装置本体との距離変動に基づく測定誤差
は、上述した照射光学系の光軸に平行に発射され且つ一
定速度で移動すべき走査ビームの透明板６の表面位置に
おける速度偏差により生じること、さらに具体的には走
査レンズ３の位置と偏向ミラー２の回転半径とに起因す
ることが判明した。
【０００７】より詳述すれば、第一の速度偏差要因は走
査ビームが走査レンズ３の端部を通過する時の走査ビー
ムの測定対象である透明板６の表面位置における速度が
光軸上におけるそれと異なるためである。これは、偏向
ミラー２が一定速度で揺動若しくは回転しても、走査レ
ンズ３の端部を通過する走査ビームが走査レンズ３の収
差により光軸に近い方向に出射されることから、被測定
透明板６の表面位置におけるビームの移動速度が低下す
るためであり、この偏差要因は被測定透明板６と走査レ
ンズ３との距離に対して比例的に増大する。
査ビームが走査レンズ３の端部を通過する時の走査ビー
ムの測定対象である透明板６の表面位置における速度が
光軸上におけるそれと異なるためである。これは、偏向
ミラー２が一定速度で揺動若しくは回転しても、走査レ
ンズ３の端部を通過する走査ビームが走査レンズ３の収
差により光軸に近い方向に出射されることから、被測定
透明板６の表面位置におけるビームの移動速度が低下す
るためであり、この偏差要因は被測定透明板６と走査レ
ンズ３との距離に対して比例的に増大する。
【０００８】また、第二の速度偏差要因は偏向ミラー２
上の走査ビームの反射点が偏向ミラー２の回転若しくは
揺動するに従って移動することにより、ビームの放射中
心が移動することによる。これは、主として偏向ミラー
２からのビームの放射中心の移動の光軸方向の成分によ
り生じ、基準測定位置からの透明板６の変位に対して非
対称な偏差を生じさせ、その大きさは偏向ミラー２の回
転若しくは揺動半径、言い換えれば、偏向ミラー２の反
射面と回転軸中心との間の距離に比例して増大する。
上の走査ビームの反射点が偏向ミラー２の回転若しくは
揺動するに従って移動することにより、ビームの放射中
心が移動することによる。これは、主として偏向ミラー
２からのビームの放射中心の移動の光軸方向の成分によ
り生じ、基準測定位置からの透明板６の変位に対して非
対称な偏差を生じさせ、その大きさは偏向ミラー２の回
転若しくは揺動半径、言い換えれば、偏向ミラー２の反
射面と回転軸中心との間の距離に比例して増大する。
【０００９】従って、第一の速度偏差要因（走査レンズ
３の収差要因）を小さく抑えるには、被測定透明板６と
走査レンズ３との距離を小さくすることが必要であり、
この観点に立った本願第１発明は、図１に示すように、
光源１と、回転若しくは揺動支持され且つ前記光源１か
らのビームを偏向走査して一定速度で測定対象である透
明板６表面に沿って前記ビームを移動させる偏向ミラー
２と、光源１からのビームを光軸に対して平行に移動す
る走査ビームとする走査レンズ３と、透明板６表面の厚
み測定部位からの表面反射ビーム及び厚み測定部位に対
応する透明板裏面からの裏面反射ビーム間の距離情報を
透明板６の厚み情報に対応する情報として検出する受光
検出器４とを備えたものにおいて、走査レンズ３の焦点
距離ｆ及び透明板６表面の厚み測定部位と走査レンズ３
との間の距離ｍに関してｍ≦０．６５ｆの範囲で設定す
ることを特徴とする。
３の収差要因）を小さく抑えるには、被測定透明板６と
走査レンズ３との距離を小さくすることが必要であり、
この観点に立った本願第１発明は、図１に示すように、
光源１と、回転若しくは揺動支持され且つ前記光源１か
らのビームを偏向走査して一定速度で測定対象である透
明板６表面に沿って前記ビームを移動させる偏向ミラー
２と、光源１からのビームを光軸に対して平行に移動す
る走査ビームとする走査レンズ３と、透明板６表面の厚
み測定部位からの表面反射ビーム及び厚み測定部位に対
応する透明板裏面からの裏面反射ビーム間の距離情報を
透明板６の厚み情報に対応する情報として検出する受光
検出器４とを備えたものにおいて、走査レンズ３の焦点
距離ｆ及び透明板６表面の厚み測定部位と走査レンズ３
との間の距離ｍに関してｍ≦０．６５ｆの範囲で設定す
ることを特徴とする。
【００１０】このような技術的手段において、測定対象
となる透明板６としては、ガラス板に限られるものでは
なく、透明性及び平滑性を有するプラスチック板あるい
はフィルム等をも含む。また、上記光源１としてはヘリ
ウム・ネオンガスレーザあるいは半導体レーザ素子等が
使用できる。更にまた、上記偏向ミラー２としては、一
定回転するポリゴンミラーや揺動するガルバノミラー等
が使用できる。また、走査レンズ３としては、光軸に対
して平行に移動する走査ビームとする凸レンズであれば
レンズ部材が単一であっても複数であっても差し支えな
い。また、レンズ部材の形状についても両面凸状でもよ
いし、片面凸状でもよいが、測定誤差をより小さくする
という観点からすれば両面凸状のものを使用することが
好ましい。また、受光検出器４としては、走査ビームの
移動走査に伴って、透明板６の表面厚み測定部位からの
表面反射光と、透明板６の裏面厚み測定部位からの裏面
反射光とを受け、例えば両者の受光時間差を検知するよ
うにしたり、あるいは、表面反射光及び裏面反射光を受
け、両者の距離を直接的に検知するようにするもの等適
宜選定して差し支えない。
となる透明板６としては、ガラス板に限られるものでは
なく、透明性及び平滑性を有するプラスチック板あるい
はフィルム等をも含む。また、上記光源１としてはヘリ
ウム・ネオンガスレーザあるいは半導体レーザ素子等が
使用できる。更にまた、上記偏向ミラー２としては、一
定回転するポリゴンミラーや揺動するガルバノミラー等
が使用できる。また、走査レンズ３としては、光軸に対
して平行に移動する走査ビームとする凸レンズであれば
レンズ部材が単一であっても複数であっても差し支えな
い。また、レンズ部材の形状についても両面凸状でもよ
いし、片面凸状でもよいが、測定誤差をより小さくする
という観点からすれば両面凸状のものを使用することが
好ましい。また、受光検出器４としては、走査ビームの
移動走査に伴って、透明板６の表面厚み測定部位からの
表面反射光と、透明板６の裏面厚み測定部位からの裏面
反射光とを受け、例えば両者の受光時間差を検知するよ
うにしたり、あるいは、表面反射光及び裏面反射光を受
け、両者の距離を直接的に検知するようにするもの等適
宜選定して差し支えない。
【００１１】また、透明板６表面の厚み測定部位と走査
レンズ３との間の距離ｍの上限値については、ｍを走査
レンズ３の焦点距離ｆに等しく設定した場合の速度偏差
が半減する程度の値として０．６５ｆを選定したもの
で、より好ましくはｍ≦０．５ｆである。一方、上記透
明板６表面の厚み測定部位と走査レンズ３との間の距離
ｍの下限値については、特に制限はないが、通常走査レ
ンズ３を始めとする照射光学系は汚れ防止という観点か
らハウジング筺体内に収容されるため、少なくとも透明
板６とハウジング筺体とが干渉しない程度の寸法を確保
することが必要である。
レンズ３との間の距離ｍの上限値については、ｍを走査
レンズ３の焦点距離ｆに等しく設定した場合の速度偏差
が半減する程度の値として０．６５ｆを選定したもの
で、より好ましくはｍ≦０．５ｆである。一方、上記透
明板６表面の厚み測定部位と走査レンズ３との間の距離
ｍの下限値については、特に制限はないが、通常走査レ
ンズ３を始めとする照射光学系は汚れ防止という観点か
らハウジング筺体内に収容されるため、少なくとも透明
板６とハウジング筺体とが干渉しない程度の寸法を確保
することが必要である。
【００１２】更に、本願第１発明において、透明板６表
面の厚み測定部位と走査レンズ３との間の距離ｍを０．
６５ｆ以内に設定する場合には、走査レンズ３を通過し
たビームウエスト部が必然的に透明板６の表面厚み測定
部位から変位した位置に配置されてしまうため、透明板
６の表面厚み測定部位に照射されるビームスポット径が
焦点ぼけした状態になってしまう。この場合、上述した
焦点ぼけによる厚み測定誤差を抑えるには、受光検出器
４の検出精度を向上させるようにする等各種手法が考え
られるが、簡単且つ確実な手法としては、図１に二点鎖
線で示すように、走査レンズ３からのビームウエストが
透明板６表面の厚み測定部位に位置すべく光源１と偏向
ミラー２との間に集光レンズ５を設けるようにすること
が好ましい。
面の厚み測定部位と走査レンズ３との間の距離ｍを０．
６５ｆ以内に設定する場合には、走査レンズ３を通過し
たビームウエスト部が必然的に透明板６の表面厚み測定
部位から変位した位置に配置されてしまうため、透明板
６の表面厚み測定部位に照射されるビームスポット径が
焦点ぼけした状態になってしまう。この場合、上述した
焦点ぼけによる厚み測定誤差を抑えるには、受光検出器
４の検出精度を向上させるようにする等各種手法が考え
られるが、簡単且つ確実な手法としては、図１に二点鎖
線で示すように、走査レンズ３からのビームウエストが
透明板６表面の厚み測定部位に位置すべく光源１と偏向
ミラー２との間に集光レンズ５を設けるようにすること
が好ましい。
【００１３】また、第二の速度偏差要因（偏向ミラーの
放射点移動要因）を小さく抑えるには、偏向ミラー２の
回転若しくは揺動半径を可及的に小さく設定することが
必要であり、この観点に立った本願第２発明は、図１に
示すように、本願第１発明と同様な基本的構成を有し、
走査レンズ３の焦点距離ｆ、その口径ｄ及び偏向ミラー
２の回転若しくは揺動半径Ｒに関してＲ≦０．０１ｆ2
／ｄの範囲で設定したことを特徴とする。
放射点移動要因）を小さく抑えるには、偏向ミラー２の
回転若しくは揺動半径を可及的に小さく設定することが
必要であり、この観点に立った本願第２発明は、図１に
示すように、本願第１発明と同様な基本的構成を有し、
走査レンズ３の焦点距離ｆ、その口径ｄ及び偏向ミラー
２の回転若しくは揺動半径Ｒに関してＲ≦０．０１ｆ2
／ｄの範囲で設定したことを特徴とする。
【００１４】このような技術的手段において、上記偏向
ミラー２の回転若しくは揺動半径Ｒの上限値について
は、偏向ミラー２からのビームの放射点の移動を走査レ
ンズ３の焦点距離ｆの０．４％以下とすることにより、
上述した速度偏差を満足し得る範囲（実用上０．１％以
下）に収めることを見出し、これに基づいて、上記偏向
ミラー２の回転若しくは揺動半径Ｒを設定したものであ
る。すなわち、偏向ミラー２の回転若しくは揺動半径Ｒ
による走査速度偏差は偏向ミラー２の回転若しくは揺動
半径Ｒ及びレンズ口径ｄに比例し、走査レンズ３の焦点
距離ｆの２乗に反比例することが実験的に確かめられ
た。ここで、走査速度偏差ΔＲＴをΔＲＴ＝ｋ・ｄ・Ｒ
／ｆ2とおき、走査レンズ３の外径における走査速度偏
差ΔＲＴがΔＲＴ≦０．１％を満足する条件を求めたと
ころ、Ｒ≦０．０１ｆ2／ｄとなるよう設定すれば、走
査速度偏差ΔＲＴはΔＲＴ≦０．１％を満足するものに
なることが導き出された。
ミラー２の回転若しくは揺動半径Ｒの上限値について
は、偏向ミラー２からのビームの放射点の移動を走査レ
ンズ３の焦点距離ｆの０．４％以下とすることにより、
上述した速度偏差を満足し得る範囲（実用上０．１％以
下）に収めることを見出し、これに基づいて、上記偏向
ミラー２の回転若しくは揺動半径Ｒを設定したものであ
る。すなわち、偏向ミラー２の回転若しくは揺動半径Ｒ
による走査速度偏差は偏向ミラー２の回転若しくは揺動
半径Ｒ及びレンズ口径ｄに比例し、走査レンズ３の焦点
距離ｆの２乗に反比例することが実験的に確かめられ
た。ここで、走査速度偏差ΔＲＴをΔＲＴ＝ｋ・ｄ・Ｒ
／ｆ2とおき、走査レンズ３の外径における走査速度偏
差ΔＲＴがΔＲＴ≦０．１％を満足する条件を求めたと
ころ、Ｒ≦０．０１ｆ2／ｄとなるよう設定すれば、走
査速度偏差ΔＲＴはΔＲＴ≦０．１％を満足するものに
なることが導き出された。
【００１５】一方、上記偏向ミラー２の回転若しくは揺
動半径Ｒの下限値については、偏向ミラー２の反射面積
と入射ビーム径との関係から制限される。すなわち、偏
向ミラー２の回転若しくは揺動半径Ｒの下限は入射する
ビームの径より偏向ミラー２の反射面が大きいこと、反
射面の端部の平面性により決まる。今、面数Ｎ、中心か
ら反射面までの距離Ｒの偏向ミラー２の面の長さＬは、
Ｌ＝２Ｒ・ｔａｎ（１８０゜／Ｎ）であり、反射面への
ビームの入射角が例えば４５゜のときには、上記Ｌの√
２倍が必要で、これに反射面の端部の平面性の劣化部分
の長さを加えた長さが必要である。ここで、反射面の端
部の平面性の劣化部分が無いものとして、必要な偏向ミ
ラー２の半径Ｒを求めると、ビーム径をＤとすれば、Ｒ
≧Ｄ／｛√２・ｔａｎ（１８０゜／Ｎ）｝になり、例え
ば光源１からのビーム径Ｄが０．８ｍｍのとき、面数Ｎ
が６、８、１２、２４で、必要な半径Ｒは夫々０．９
８、１．３７、２．１１、４．２９（単位：ｍｍ）であ
ることが確認された。
動半径Ｒの下限値については、偏向ミラー２の反射面積
と入射ビーム径との関係から制限される。すなわち、偏
向ミラー２の回転若しくは揺動半径Ｒの下限は入射する
ビームの径より偏向ミラー２の反射面が大きいこと、反
射面の端部の平面性により決まる。今、面数Ｎ、中心か
ら反射面までの距離Ｒの偏向ミラー２の面の長さＬは、
Ｌ＝２Ｒ・ｔａｎ（１８０゜／Ｎ）であり、反射面への
ビームの入射角が例えば４５゜のときには、上記Ｌの√
２倍が必要で、これに反射面の端部の平面性の劣化部分
の長さを加えた長さが必要である。ここで、反射面の端
部の平面性の劣化部分が無いものとして、必要な偏向ミ
ラー２の半径Ｒを求めると、ビーム径をＤとすれば、Ｒ
≧Ｄ／｛√２・ｔａｎ（１８０゜／Ｎ）｝になり、例え
ば光源１からのビーム径Ｄが０．８ｍｍのとき、面数Ｎ
が６、８、１２、２４で、必要な半径Ｒは夫々０．９
８、１．３７、２．１１、４．２９（単位：ｍｍ）であ
ることが確認された。
【００１６】
【作用】上述したような技術的手段によれば、光源１を
出たビームは、偏向ミラー２にて偏向走査された後に走
査レンズ３を経て光軸に対して平行に移動し、測定対象
である透明板６の表面の走査ラインに沿って一定速度で
照射される。そして、測定対象である透明板６の表面の
厚み測定部位からの表面反射光と裏面の厚み測定部位か
らの裏面反射光とが受光検出器４に照射され、この受光
検出器４にて検知された受光信号に基づいて透明板６の
厚み情報が算出される。
出たビームは、偏向ミラー２にて偏向走査された後に走
査レンズ３を経て光軸に対して平行に移動し、測定対象
である透明板６の表面の走査ラインに沿って一定速度で
照射される。そして、測定対象である透明板６の表面の
厚み測定部位からの表面反射光と裏面の厚み測定部位か
らの裏面反射光とが受光検出器４に照射され、この受光
検出器４にて検知された受光信号に基づいて透明板６の
厚み情報が算出される。
【００１７】このような動作過程において、本願第１発
明では、走査レンズ３と透明板６の表面の厚み測定部位
との距離ｍが０．６５ｆ以下に設定されているため、実
施例から裏付けられるように、透明板６表面の走査ビー
ムの速度偏差がｍ＝ｆの場合に比べて１／２以下に改善
される。
明では、走査レンズ３と透明板６の表面の厚み測定部位
との距離ｍが０．６５ｆ以下に設定されているため、実
施例から裏付けられるように、透明板６表面の走査ビー
ムの速度偏差がｍ＝ｆの場合に比べて１／２以下に改善
される。
【００１８】また、本願第２発明では、偏向ミラー２の
回転若しくは揺動半径Ｒが０．０１ｆ2／ｄ以下に設定
されているため、実施例から裏付けられるように、透明
板６表面の走査ビームの速度偏差の非対称性が０．１％
以内に抑えられる。これは、例えば厚さ１ｍｍの高精度
研磨ガラス板を測定したときに本願発明が対象とする測
定誤差を１μｍ以下にすることに相当する。
回転若しくは揺動半径Ｒが０．０１ｆ2／ｄ以下に設定
されているため、実施例から裏付けられるように、透明
板６表面の走査ビームの速度偏差の非対称性が０．１％
以内に抑えられる。これは、例えば厚さ１ｍｍの高精度
研磨ガラス板を測定したときに本願発明が対象とする測
定誤差を１μｍ以下にすることに相当する。
【００１９】
【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいてこの
発明を詳細に説明する。図２はこの発明が適用されるガ
ラス板の厚み測定装置の一実施例を示す。同図におい
て、符号１１は出力３ｍＷの半導体レーザ素子、１２は
焦点距離２００ｍｍの両凸レンズからなる集光レンズ、
１３は高さ１０ｍｍの反射面が１２面形成され且つ対面
間距離が１０ｍｍ（回転半径５ｍｍ）の回転反射鏡（ポ
リゴンミラー）、１４は焦点距離ｆ＝１２０ｍｍ，口径
ｄ＝３０ｍｍの両凸レンズからなる走査レンズ、１５は
測定対称であるガラス板２０からの表面反射光及び裏面
反射光を受けて両者の時間差を検出する受光検出器であ
り、例えば焦点距離５０ｍｍ・口径３０ｍｍのレンズと
シリコンフォトダイオード受光素子とで構成される。１
６は半導体レーザ素子１１、集光レンズ１２、回転反射
鏡１３、走査レンズ１４及び受光検出器１５を収容する
ハウジング筺体であり、走査レンズ１４からガラス板２
０へ向かう光路部分及びガラス板２０から受光検出器１
５へ向かう光路部分には透明なシールガラス（図示せ
ず）が設けられている。
発明を詳細に説明する。図２はこの発明が適用されるガ
ラス板の厚み測定装置の一実施例を示す。同図におい
て、符号１１は出力３ｍＷの半導体レーザ素子、１２は
焦点距離２００ｍｍの両凸レンズからなる集光レンズ、
１３は高さ１０ｍｍの反射面が１２面形成され且つ対面
間距離が１０ｍｍ（回転半径５ｍｍ）の回転反射鏡（ポ
リゴンミラー）、１４は焦点距離ｆ＝１２０ｍｍ，口径
ｄ＝３０ｍｍの両凸レンズからなる走査レンズ、１５は
測定対称であるガラス板２０からの表面反射光及び裏面
反射光を受けて両者の時間差を検出する受光検出器であ
り、例えば焦点距離５０ｍｍ・口径３０ｍｍのレンズと
シリコンフォトダイオード受光素子とで構成される。１
６は半導体レーザ素子１１、集光レンズ１２、回転反射
鏡１３、走査レンズ１４及び受光検出器１５を収容する
ハウジング筺体であり、走査レンズ１４からガラス板２
０へ向かう光路部分及びガラス板２０から受光検出器１
５へ向かう光路部分には透明なシールガラス（図示せ
ず）が設けられている。
【００２０】この実施例において、上記回転反射鏡１３
へのレーザビームの基準入射角（回転反射鏡１３から出
射される反射光が走査光軸に一致するときの入射角）及
び測定対象であるガラス板２０への入射角θは共に４５
度であり、また、走査レンズ１４の口径を走査するに要
する回転反射鏡１３の出射の振角は±７．１２度であ
る。更に、上記集光レンズ１２は走査レンズ１４で絞り
込んだビームウエストをガラス板２０の表面の厚み測定
部位に位置させるような位置に配置される。
へのレーザビームの基準入射角（回転反射鏡１３から出
射される反射光が走査光軸に一致するときの入射角）及
び測定対象であるガラス板２０への入射角θは共に４５
度であり、また、走査レンズ１４の口径を走査するに要
する回転反射鏡１３の出射の振角は±７．１２度であ
る。更に、上記集光レンズ１２は走査レンズ１４で絞り
込んだビームウエストをガラス板２０の表面の厚み測定
部位に位置させるような位置に配置される。
【００２１】このようなガラス板の厚み測定装置におい
て、走査レンズ１４からガラス板２０表面の厚み測定部
位までの距離ｍを変化させ、ガラス板２０表面の厚み測
定部位における走査ビームの走査光軸からの距離と走査
ビームの速度偏差との関係を調べたところ、図３に示す
ような結果が得られた。
て、走査レンズ１４からガラス板２０表面の厚み測定部
位までの距離ｍを変化させ、ガラス板２０表面の厚み測
定部位における走査ビームの走査光軸からの距離と走査
ビームの速度偏差との関係を調べたところ、図３に示す
ような結果が得られた。
【００２２】同図において、走査ビームの速度偏差は走
査光軸上のものを１００％としたものであり、また、ｍ
は走査レンズ１４の焦点距離ｆを基準にして０．２ｆ、
０．４ｆ、０．６ｆ、０．８ｆ及び１．０ｆ（比較例
１）と変化させた。図３によれば、ｍが０．６ｆ以下の
条件で速度偏差は比較例１の速度偏差の１／２未満に収
まることが確認され、速度偏差が比較例１の速度偏差に
対して略半減する臨界点がｍ＝０．６５ｆであることが
確認された。また、ｍをｆより大きく設定すると、速度
偏差は更に大きくなることも確認された。特に、ｍ＝
０．３ｆの場合には速度偏差が略０に抑えられることも
確認された。尚、図３において、走査光軸からの距離
（横軸）はガラス板２０の上下位置の変位量に対応し、
また、速度偏差（縦軸）は厚み測定誤差に対応する。
査光軸上のものを１００％としたものであり、また、ｍ
は走査レンズ１４の焦点距離ｆを基準にして０．２ｆ、
０．４ｆ、０．６ｆ、０．８ｆ及び１．０ｆ（比較例
１）と変化させた。図３によれば、ｍが０．６ｆ以下の
条件で速度偏差は比較例１の速度偏差の１／２未満に収
まることが確認され、速度偏差が比較例１の速度偏差に
対して略半減する臨界点がｍ＝０．６５ｆであることが
確認された。また、ｍをｆより大きく設定すると、速度
偏差は更に大きくなることも確認された。特に、ｍ＝
０．３ｆの場合には速度偏差が略０に抑えられることも
確認された。尚、図３において、走査光軸からの距離
（横軸）はガラス板２０の上下位置の変位量に対応し、
また、速度偏差（縦軸）は厚み測定誤差に対応する。
【００２３】また、上記ガラス板の厚み測定装置におい
て、回転反射鏡１３の回転半径Ｒを変化させ、ガラス板
２０表面の厚み測定部位における走査ビームの走査光軸
からの距離と走査ビームの回転反射鏡１３の回転半径Ｒ
に起因する速度偏差との関係を調べたところ、図４に示
すような結果が得られた。但し、図４においては、走査
レンズ１４からガラス板２０表面の厚み測定部位までの
距離ｍを７８ｍｍ（０．６５ｆ）に固定した。
て、回転反射鏡１３の回転半径Ｒを変化させ、ガラス板
２０表面の厚み測定部位における走査ビームの走査光軸
からの距離と走査ビームの回転反射鏡１３の回転半径Ｒ
に起因する速度偏差との関係を調べたところ、図４に示
すような結果が得られた。但し、図４においては、走査
レンズ１４からガラス板２０表面の厚み測定部位までの
距離ｍを７８ｍｍ（０．６５ｆ）に固定した。
【００２４】同図において、回転反射鏡１３の回転半径
Ｒ（ｍｍ）は５、１、２５（比較例２）と変化させた。
同図によれば、比較例２の場合には速度偏差の非対称性
は走査レンズ１４の径の両端で０．５％を超えてしまう
が、Ｒ＝５（ｍｍ）の場合には速度偏差の非対称性は走
査レンズ１４の径の両端で約０．１％に抑えられ、更
に、Ｒ＝１（ｍｍ）の場合には速度偏差の非対称性は走
査レンズ１４の径の両端で略０に抑えられることが確認
された。従って、この実施例においては、Ｒ＝０．０１
ｆ2／ｄ＝０．０１×（１２０×１２０）／３０＝４．
８ｍｍ以下の条件で、速度偏差の非対称性が走査レンズ
１４の径の両端で約０．１％以内に抑えられることが確
認された。
Ｒ（ｍｍ）は５、１、２５（比較例２）と変化させた。
同図によれば、比較例２の場合には速度偏差の非対称性
は走査レンズ１４の径の両端で０．５％を超えてしまう
が、Ｒ＝５（ｍｍ）の場合には速度偏差の非対称性は走
査レンズ１４の径の両端で約０．１％に抑えられ、更
に、Ｒ＝１（ｍｍ）の場合には速度偏差の非対称性は走
査レンズ１４の径の両端で略０に抑えられることが確認
された。従って、この実施例においては、Ｒ＝０．０１
ｆ2／ｄ＝０．０１×（１２０×１２０）／３０＝４．
８ｍｍ以下の条件で、速度偏差の非対称性が走査レンズ
１４の径の両端で約０．１％以内に抑えられることが確
認された。
【００２５】更に、この実施例においては、集光レンズ
１２を用いているため、受光検出器１５による検出精度
が集光レンズ１２を用いない場合に比べて高いことが確
認された。具体的な数値例としては、例えば１．７ｍｍ
の厚さの高精度研磨ガラス板を複数回測定したところ、
実施例にあっては、標準偏差／平均値（％）が０．０５
７であり、集光レンズ１２を用いない場合（標準偏差／
平均値（％）が０．２８０）に比べてより精度のよいこ
とが理解される。
１２を用いているため、受光検出器１５による検出精度
が集光レンズ１２を用いない場合に比べて高いことが確
認された。具体的な数値例としては、例えば１．７ｍｍ
の厚さの高精度研磨ガラス板を複数回測定したところ、
実施例にあっては、標準偏差／平均値（％）が０．０５
７であり、集光レンズ１２を用いない場合（標準偏差／
平均値（％）が０．２８０）に比べてより精度のよいこ
とが理解される。
【００２６】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、走査レンズの配置関係あるいは偏向ミラーの反射面
の大きさを工夫することにより、測定対象である透明板
と装置本体との距離の差異により生じる誤差を軽減する
ことを可能にしたので、特別に設計制作された走査レン
ズや偏向ミラーを用いること無く、高い測定結果の信頼
性を得ることが可能になり、装置制作に要する費用を削
減すると共に、装置制作に要する期間をも短縮すること
ができるという効果を奏する。また、測定光学系の経時
変化による誤差も低減することが可能になるので、装置
の較正の間隔を延長することが可能となり、その分、保
守に要するコストを低減することもできる。
ば、走査レンズの配置関係あるいは偏向ミラーの反射面
の大きさを工夫することにより、測定対象である透明板
と装置本体との距離の差異により生じる誤差を軽減する
ことを可能にしたので、特別に設計制作された走査レン
ズや偏向ミラーを用いること無く、高い測定結果の信頼
性を得ることが可能になり、装置制作に要する費用を削
減すると共に、装置制作に要する期間をも短縮すること
ができるという効果を奏する。また、測定光学系の経時
変化による誤差も低減することが可能になるので、装置
の較正の間隔を延長することが可能となり、その分、保
守に要するコストを低減することもできる。
【００２７】特に、走査レンズの配置関係を工夫したタ
イプにおいて、測定光学系に集光レンズを付加し、走査
レンズを通過したビームウエストを測定対象である透明
板の表面厚み測定部位に位置させるようにすれば、透明
板の表面の厚み測定部位における走査ビームの焦点ぼけ
による測定誤差を確実に除去することが可能になり、そ
の分、厚み測定精度をより向上させることができる。
イプにおいて、測定光学系に集光レンズを付加し、走査
レンズを通過したビームウエストを測定対象である透明
板の表面厚み測定部位に位置させるようにすれば、透明
板の表面の厚み測定部位における走査ビームの焦点ぼけ
による測定誤差を確実に除去することが可能になり、そ
の分、厚み測定精度をより向上させることができる。
【図１】 この発明に係る透明板の厚み測定装置の構成
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図２】 この発明に係るガラス板の厚み測定装置の一
実施例を示す説明図である。
実施例を示す説明図である。
【図３】 実施例に係るガラス板の厚み測定装置におい
て、走査レンズからガラス板表面の厚み測定部位までの
距離をパラメータとし、走査光軸からの距離と走査ビー
ムの速度偏差との関係を示すグラフ図である。
て、走査レンズからガラス板表面の厚み測定部位までの
距離をパラメータとし、走査光軸からの距離と走査ビー
ムの速度偏差との関係を示すグラフ図である。
【図４】 実施例に係るガラス板の厚み測定装置におい
て、回転反射鏡の回転半径Ｒをパラメータとし、走査光
軸からの距離と走査ビームの回転反射鏡の回転半径Ｒに
起因する速度偏差との関係を示すグラフ図である。
て、回転反射鏡の回転半径Ｒをパラメータとし、走査光
軸からの距離と走査ビームの回転反射鏡の回転半径Ｒに
起因する速度偏差との関係を示すグラフ図である。
１…光源，２…偏向ミラー，３…走査レンズ，４…受光
検出器，５…集光レンズ，６…透明板
検出器，５…集光レンズ，６…透明板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭55−93003（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−216904（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−276005（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−62615（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−221910（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−77608（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−3617（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−153616（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/06
Claims (3)
- 【請求項１】 光源（１）と、回転若しくは揺動支持さ
れ且つ前記光源（１）からのビームを偏向走査して一定
速度で測定対象である透明板（６）表面に沿って前記ビ
ームを移動させる偏向ミラー（２）と、光源（１）から
のビームを光軸に対して平行に移動する走査ビームとす
る走査レンズ（３）と、透明板（６）表面の厚み測定部
位からの表面反射ビーム及び厚み測定部位に対応する透
明板裏面からの裏面反射ビーム間の距離情報を透明板
（６）の厚み情報に対応する情報として検出する受光検
出器（４）とを備えた透明板の厚み測定装置において、
走査レンズ（３）の焦点距離（ｆ）及び透明板（６）表
面の厚み測定部位と走査レンズ（３）との間の距離
（ｍ）に関してｍ≦０．６５ｆの範囲で設定することを
特徴とする透明板の厚み測定装置。 - 【請求項２】 光源（１）と、回転若しくは揺動支持さ
れ且つ前記光源（１）からのビームを偏向走査して一定
速度で測定対象である透明板（６）表面に沿って前記ビ
ームを移動させる偏向ミラー（２）と、光源（１）から
のビームを光軸に対して平行に移動する走査ビームとす
る走査レンズ（３）と、透明板（６）表面の厚み測定部
位からの表面反射ビーム及び厚み測定部位に対応する透
明板裏面からの裏面反射ビーム間の距離情報を透明板
（６）の厚み情報に対応する情報として検出する受光検
出器（４）とを備えた透明板の厚み測定装置において、
走査レンズ（３）の焦点距離（ｆ）及び透明板（６）表
面の厚み測定部位と走査レンズ（３）との間の距離
（ｍ）に関してｍ≦０．６５ｆの範囲で設定し、走査レ
ンズ（３）からのビームウエストが透明板（６）表面の
厚み測定部位に位置すべく光源（１）と偏向ミラー
（２）との間に集光レンズ（５）を設けたことを特徴と
する透明板の厚み測定装置。 - 【請求項３】 光源（１）と、回転若しくは揺動支持さ
れ且つ前記光源（１）からのビームを偏向走査して一定
速度で測定対象である透明板（６）表面に沿って前記ビ
ームを移動させる偏向ミラー（２）と、光源（１）から
のビームを光軸に対して平行に移動する走査ビームとす
る走査レンズ（３）と、透明板（６）表面の厚み測定部
位からの表面反射ビーム及び厚み測定部位に対応する透
明板裏面からの裏面反射ビーム間の距離情報を透明板
（６）の厚み情報に対応する情報として検出する受光検
出器（４）とを備えた透明板の厚み測定装置において、
走査レンズ（３）の焦点距離（ｆ）、その口径（ｄ）及
び偏向ミラー（２）の回転若しくは揺動半径（Ｒ）に関
してＲ≦０．０１ｆ2／ｄの範囲で設定したことを特徴
とする透明板の厚み測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07533494A JP3374941B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 透明板の厚み測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07533494A JP3374941B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 透明板の厚み測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260436A JPH07260436A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3374941B2 true JP3374941B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=13573261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07533494A Expired - Fee Related JP3374941B2 (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 透明板の厚み測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3374941B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010151030A2 (ko) * | 2009-06-23 | 2010-12-29 | Seo Bongmin | 두께변화 측정장치, 이를 이용한 시스템, 이를 이용한 표면 현미경, 두께변화 측정방법 및 이를 이용한 표면 이미지 획득방법 |
| CN102625902B (zh) | 2009-06-23 | 2016-01-06 | 徐逢敏 | 用于测量厚度变化的设备、使用该设备的系统、使用该设备的形貌显微镜、测量厚度变化的方法、以及使用该测量方法获取形貌图像的方法 |
| CN114812470A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-07-29 | 宿迁市计量测试所 | 一种薄膜在线测厚仪计量校准方法 |
-
1994
- 1994-03-22 JP JP07533494A patent/JP3374941B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07260436A (ja) | 1995-10-13 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081129 Year of fee payment: 6 |
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