JP3409917B2 - 透明体の厚み測定方法及び装置 - Google Patents
透明体の厚み測定方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非接触で変位検出を行
う光学式の合焦点型変位検出装置を用いて透明体の厚み
測定を行う方法及び装置に関する。
う光学式の合焦点型変位検出装置を用いて透明体の厚み
測定を行う方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】被測定物の厚みを非接触で測定する方法
として、従来、被測定物を挟んで２台のレーザ変位計を
対向配置して、それぞれにより被測定物の表面と裏面の
変位を測定し、それらの変位の差を演算する方法が知ら
れている。
として、従来、被測定物を挟んで２台のレーザ変位計を
対向配置して、それぞれにより被測定物の表面と裏面の
変位を測定し、それらの変位の差を演算する方法が知ら
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の方法で
は、２台のレーザ変位計を必要とするのみならず、それ
ら２台の変位計の基準位置（原点）を共通にしなければ
ならないためセッティングに手間がかかるという問題が
あった。本発明は、１台の変位検出装置を用いて簡便且
つ正確に透明体からなる被測定物の厚み測定を行う方法
及び装置を提供することを目的としている。
は、２台のレーザ変位計を必要とするのみならず、それ
ら２台の変位計の基準位置（原点）を共通にしなければ
ならないためセッティングに手間がかかるという問題が
あった。本発明は、１台の変位検出装置を用いて簡便且
つ正確に透明体からなる被測定物の厚み測定を行う方法
及び装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、合焦点型変位
検出装置を用いて透明体からなる被測定物の厚みを測定
する方法であって、前記被測定物と同じ屈折率を有し、
厚みが予め分かっている透明体からなる基準試料につい
てその裏面と表面に合焦させて裏面と表面の変位を求
め、前記基準試料について求められた裏面と表面の変位
の差によりその基準試料の厚みを除して補正値を求め、
前記被測定物についてその裏面と表面に合焦させて裏面
と表面の変位を求め、前記被測定物について求められた
裏面と表面の変位の差に前記補正値を掛けて厚み出力を
得ることを特徴としている。
検出装置を用いて透明体からなる被測定物の厚みを測定
する方法であって、前記被測定物と同じ屈折率を有し、
厚みが予め分かっている透明体からなる基準試料につい
てその裏面と表面に合焦させて裏面と表面の変位を求
め、前記基準試料について求められた裏面と表面の変位
の差によりその基準試料の厚みを除して補正値を求め、
前記被測定物についてその裏面と表面に合焦させて裏面
と表面の変位を求め、前記被測定物について求められた
裏面と表面の変位の差に前記補正値を掛けて厚み出力を
得ることを特徴としている。
【０００５】本発明はまた、合焦点型変位検出装置を用
いて透明体からなる被測定物の厚みを測定する装置であ
って、前記被測定物と同じ屈折率を有し、厚みが予め分
かっている透明体からなる基準試料についてその裏面と
表面に合焦させて求められた裏面と表面の変位の差によ
り実際の厚みを除した補正値を記憶する補正値記憶手段
と、前記被測定物についてその裏面と表面に合焦させて
裏面と表面の変位を求め、それら変位を記憶する変位記
憶手段と、この変位記憶手段に保持された前記被測定物
について求められた裏面と表面の変位の差に前記補正値
記憶手段に保持された補正値を掛けて厚み出力を得る補
正演算手段とを有することを特徴としている。
いて透明体からなる被測定物の厚みを測定する装置であ
って、前記被測定物と同じ屈折率を有し、厚みが予め分
かっている透明体からなる基準試料についてその裏面と
表面に合焦させて求められた裏面と表面の変位の差によ
り実際の厚みを除した補正値を記憶する補正値記憶手段
と、前記被測定物についてその裏面と表面に合焦させて
裏面と表面の変位を求め、それら変位を記憶する変位記
憶手段と、この変位記憶手段に保持された前記被測定物
について求められた裏面と表面の変位の差に前記補正値
記憶手段に保持された補正値を掛けて厚み出力を得る補
正演算手段とを有することを特徴としている。
【０００６】
【作用】本発明によると、一台の合焦点型変位検出装置
を用いて、透明体からなる被測定物の裏面と表面に順次
合焦させて裏面の変位と表面の変位を求め、その変位の
差を見かけの厚みとし、これに被測定物の屈折率の影響
を除く補正を行うことにより正しい厚みを求めることが
できる。本発明では、用いる変位検出装置が一台である
から、２台の検出器を用いる従来法のような基準点を合
わせるセッティングが不要である。
を用いて、透明体からなる被測定物の裏面と表面に順次
合焦させて裏面の変位と表面の変位を求め、その変位の
差を見かけの厚みとし、これに被測定物の屈折率の影響
を除く補正を行うことにより正しい厚みを求めることが
できる。本発明では、用いる変位検出装置が一台である
から、２台の検出器を用いる従来法のような基準点を合
わせるセッティングが不要である。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例にかかる透明体の厚
み測定装置の構成を示す。その基本構成は、合焦点変位
検出装置である。光学系は、半導体レーザ１、その出力
光ビームを被測定物６上に集光するための偏光ビームス
プリッタ２、１／４波長板３、コリメータレンズ４及び
対物レンズ５を有し、被測定物６からの反射光ビームを
受光するための結像レンズ７、ビームスプリッタ８及び
これにより２分割されたビームを受光する受光素子９，
１０を有する。
明する。図１は、本発明の一実施例にかかる透明体の厚
み測定装置の構成を示す。その基本構成は、合焦点変位
検出装置である。光学系は、半導体レーザ１、その出力
光ビームを被測定物６上に集光するための偏光ビームス
プリッタ２、１／４波長板３、コリメータレンズ４及び
対物レンズ５を有し、被測定物６からの反射光ビームを
受光するための結像レンズ７、ビームスプリッタ８及び
これにより２分割されたビームを受光する受光素子９，
１０を有する。
【０００８】対物レンズ５の部分は、他の光学部材が固
定されたケースとは分離されていて、コイル１１が一体
に設けられ、ケース側に設けられたマグネット１２がこ
れに対向して、対物レンズを駆動するボイスコイルを構
成している。また上下動する対物レンズ５と一体に設け
られたスケール１３とこれに対向配置されてスケール１
３を読み取るエンコーダ１４とにより変位検出器１５が
構成されている。
定されたケースとは分離されていて、コイル１１が一体
に設けられ、ケース側に設けられたマグネット１２がこ
れに対向して、対物レンズを駆動するボイスコイルを構
成している。また上下動する対物レンズ５と一体に設け
られたスケール１３とこれに対向配置されてスケール１
３を読み取るエンコーダ１４とにより変位検出器１５が
構成されている。
【０００９】二つの受光素子９，１０の出力Ａ，Ｂは、
フォーカスエラー信号発生回路２１に入力される。フォ
ーカスエラー信号発生回路２１は、二つの受光信号Ａ，
Ｂの差演算と和演算及びこれらの除算を行って、（Ａ−
Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）なるフォーカスエラー信号（いわゆる
Ｓカーブ信号）を発生する。このフォーカスエラー信号
発生回路２１の出力は、変位検出器１５の出力と共にサ
ーボ回路２２に入力される。そしてサーボ回路２２の出
力によりコイル１１が駆動されて、フォーカス制御がな
される。
フォーカスエラー信号発生回路２１に入力される。フォ
ーカスエラー信号発生回路２１は、二つの受光信号Ａ，
Ｂの差演算と和演算及びこれらの除算を行って、（Ａ−
Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）なるフォーカスエラー信号（いわゆる
Ｓカーブ信号）を発生する。このフォーカスエラー信号
発生回路２１の出力は、変位検出器１５の出力と共にサ
ーボ回路２２に入力される。そしてサーボ回路２２の出
力によりコイル１１が駆動されて、フォーカス制御がな
される。
【００１０】以上の合焦点型変位検出装置に加えてこの
実施例では、被測定物６が透明体である場合の厚み測定
を行うために、合焦判定回路２３、被測定物６の裏面及
び表面の変位を記憶する変位記憶回路２５、この変位記
憶回路２５の記憶データに基づいて被測定物６の屈折率
を考慮した厚みを補正して算出するための補正値記憶回
路２６及び補正演算回路２７、サーボ回路２２と切替え
られてコイル駆動を行う駆動回路２８、これらサーボ回
路２２と駆動回路２８の切替え制御を行う制御回路２９
を有する。
実施例では、被測定物６が透明体である場合の厚み測定
を行うために、合焦判定回路２３、被測定物６の裏面及
び表面の変位を記憶する変位記憶回路２５、この変位記
憶回路２５の記憶データに基づいて被測定物６の屈折率
を考慮した厚みを補正して算出するための補正値記憶回
路２６及び補正演算回路２７、サーボ回路２２と切替え
られてコイル駆動を行う駆動回路２８、これらサーボ回
路２２と駆動回路２８の切替え制御を行う制御回路２９
を有する。
【００１１】被測定物６が透明体である場合の厚み測定
は、次のように行われる。対物レンズ５は、例えば下端
位置に初期設定し、サーボ回路２２の機能をオフにし
て、駆動回路２８によるコイル駆動を行って対物レンズ
５を上昇させて被測定物６の裏面に合焦させる。この合
焦点位置即ちフォーカスエラー信号がゼロとなったこと
を合焦判定回路２３が判定すると、そのときの変位検出
器１５の出力即ち被測定物６の裏面の変位値が記憶回路
２５に書き込まれる。
は、次のように行われる。対物レンズ５は、例えば下端
位置に初期設定し、サーボ回路２２の機能をオフにし
て、駆動回路２８によるコイル駆動を行って対物レンズ
５を上昇させて被測定物６の裏面に合焦させる。この合
焦点位置即ちフォーカスエラー信号がゼロとなったこと
を合焦判定回路２３が判定すると、そのときの変位検出
器１５の出力即ち被測定物６の裏面の変位値が記憶回路
２５に書き込まれる。
【００１２】引き続き対物レンズ５を上昇させて、次に
被測定物６の表面に合焦させる。この合焦点位置での変
位検出器１５の出力も記憶回路２５に書き込まれる。記
憶回路２５に保持された裏面の変位と表面の変位の差
は、被測定物６の見かけの厚みになる。実際の厚みを得
るには、屈折率を考慮した補正が必要であり、そのため
に補正値記憶回路２６と補正演算回路２７が設けられて
いる。
被測定物６の表面に合焦させる。この合焦点位置での変
位検出器１５の出力も記憶回路２５に書き込まれる。記
憶回路２５に保持された裏面の変位と表面の変位の差
は、被測定物６の見かけの厚みになる。実際の厚みを得
るには、屈折率を考慮した補正が必要であり、そのため
に補正値記憶回路２６と補正演算回路２７が設けられて
いる。
【００１３】具体的に補正値記憶回路２６には、予め厚
みが分かっており、屈折率が被測定物６と同じ基準試料
について上述の変位測定と同様の予備測定を行って、補
正値が保持される。ここで補正値は、裏面の変位と表面
の変位の差で予め分かっている厚みを除した値である。
そして、補正演算回路２７において、被測定物６につい
て記憶回路２５に保持されている裏面の変位と表面の変
位の差に上述の補正値をかける演算を行うことにより、
被測定物６の正しい厚みが求められることになる。
みが分かっており、屈折率が被測定物６と同じ基準試料
について上述の変位測定と同様の予備測定を行って、補
正値が保持される。ここで補正値は、裏面の変位と表面
の変位の差で予め分かっている厚みを除した値である。
そして、補正演算回路２７において、被測定物６につい
て記憶回路２５に保持されている裏面の変位と表面の変
位の差に上述の補正値をかける演算を行うことにより、
被測定物６の正しい厚みが求められることになる。
【００１４】図３は、以上の厚み測定モードにおけるフ
ォーカスエラー信号の波形を示している。サーボ機構を
働かせずに対物レンズ５を駆動することにより、図示の
ように被測定物の裏面で合焦させ、引き続き表面で合焦
させることができる。なお、対物レンズ５を上端に初期
設定して、下方に移動させながら表面での合焦、続いて
裏面での合焦という逆方向の測定を行ってもよい。
ォーカスエラー信号の波形を示している。サーボ機構を
働かせずに対物レンズ５を駆動することにより、図示の
ように被測定物の裏面で合焦させ、引き続き表面で合焦
させることができる。なお、対物レンズ５を上端に初期
設定して、下方に移動させながら表面での合焦、続いて
裏面での合焦という逆方向の測定を行ってもよい。
【００１５】図１に示した回路ブロックは実際には、サ
ーボ回路２２を含めてコンピュータのソフトウェアによ
り実現することができる。コンピュータ制御の場合の透
明体の厚み測定の動作フローを図２を用いて次に説明す
る。サーボ機構をオフにし、対物レンズを含むアクチュ
エータを例えば下端に初期設定して動作を開始し、アク
チュエータをゆっくり上方に移動させる（Ｓ１）。フォ
ーカスエラー信号が極小値を示す位置を判定して（Ｓ
２）、更にアクチュエータを上方に移動させ（Ｓ３）、
フォーカスエラー信号がゼロ値になる点、即ち被測定物
の裏面の合焦を判定して（Ｓ４）、その合焦位置での変
位検出器の出力、即ち被測定物の裏面の変位値を取り込
んで記憶する（Ｓ５）。
ーボ回路２２を含めてコンピュータのソフトウェアによ
り実現することができる。コンピュータ制御の場合の透
明体の厚み測定の動作フローを図２を用いて次に説明す
る。サーボ機構をオフにし、対物レンズを含むアクチュ
エータを例えば下端に初期設定して動作を開始し、アク
チュエータをゆっくり上方に移動させる（Ｓ１）。フォ
ーカスエラー信号が極小値を示す位置を判定して（Ｓ
２）、更にアクチュエータを上方に移動させ（Ｓ３）、
フォーカスエラー信号がゼロ値になる点、即ち被測定物
の裏面の合焦を判定して（Ｓ４）、その合焦位置での変
位検出器の出力、即ち被測定物の裏面の変位値を取り込
んで記憶する（Ｓ５）。
【００１６】更にアクチュエータを上方に移動させ（Ｓ
６）、フォーカスエラー信号が極大値を示す点を判定し
て（Ｓ７）、引き続きアクチュエータを上方に移動させ
（Ｓ８）、フォーカスエラー信号がゼロ値になる点、即
ち被測定物の表面の合焦を判定して（Ｓ９）、その合焦
位置での変位検出器の出力、即ち被測定物の表面の変位
値を取り込んで記憶する（Ｓ１０）。
６）、フォーカスエラー信号が極大値を示す点を判定し
て（Ｓ７）、引き続きアクチュエータを上方に移動させ
（Ｓ８）、フォーカスエラー信号がゼロ値になる点、即
ち被測定物の表面の合焦を判定して（Ｓ９）、その合焦
位置での変位検出器の出力、即ち被測定物の表面の変位
値を取り込んで記憶する（Ｓ１０）。
【００１７】そして、予備測定モードであるか本測定モ
ードであるかを判定して（Ｓ１１）、基準試料について
の予備測定モードである場合には、予め分かっている厚
みを表裏面の変位の差で除して補正値を求め（Ｓ１
２）、その補正値を記憶する（Ｓ１３）。本測定の場合
は、被測定物について求められた表裏面の変位の差をと
り、これに補正値を掛ける補正演算を行って厚み出力を
得る（Ｓ１４）。図では省略したが最後にサーボ機構を
オンにして、厚み測定動作を終了する。
ードであるかを判定して（Ｓ１１）、基準試料について
の予備測定モードである場合には、予め分かっている厚
みを表裏面の変位の差で除して補正値を求め（Ｓ１
２）、その補正値を記憶する（Ｓ１３）。本測定の場合
は、被測定物について求められた表裏面の変位の差をと
り、これに補正値を掛ける補正演算を行って厚み出力を
得る（Ｓ１４）。図では省略したが最後にサーボ機構を
オンにして、厚み測定動作を終了する。
【００１８】以上のようにこの実施例によれば、一つの
合焦点型変位検出装置を用いて、透明体の厚み測定を行
うことができる。二つの変位計を用いる従来法のような
基準点のセッティングという煩雑さがなく、屈折率の影
響を考慮した補正を行って正確な透明体の厚み測定がで
きる。
合焦点型変位検出装置を用いて、透明体の厚み測定を行
うことができる。二つの変位計を用いる従来法のような
基準点のセッティングという煩雑さがなく、屈折率の影
響を考慮した補正を行って正確な透明体の厚み測定がで
きる。
【００１９】なお上の実施例において、フォーカスエラ
ー信号の極小値及び極大値の検出は、図３に示すよう
に、フォーカスエラー信号を所定の基準値と比較して得
られるパルス信号ＳＡ，ＳＢを用いても行うことができ
る。また本発明は、ナイフエッジ法を用いた合焦点型変
位検出装置を用いることもできる。その場合、フォーカ
スエラー信号には図４に示すような反転現象が見られ、
フォーカスエラー信号の極小値及び極大値位置を示すパ
ルス信号ＳＡ，ＳＢは図４のようになる。この場合も、
信号ＳＡがＬになってから信号ＳＢがＬになるまでの間
に合焦点位置があることは図３の場合と同じであり、こ
れらのパルス信号ＳＡ，ＳＢを合焦判定に利用すること
ができる。
ー信号の極小値及び極大値の検出は、図３に示すよう
に、フォーカスエラー信号を所定の基準値と比較して得
られるパルス信号ＳＡ，ＳＢを用いても行うことができ
る。また本発明は、ナイフエッジ法を用いた合焦点型変
位検出装置を用いることもできる。その場合、フォーカ
スエラー信号には図４に示すような反転現象が見られ、
フォーカスエラー信号の極小値及び極大値位置を示すパ
ルス信号ＳＡ，ＳＢは図４のようになる。この場合も、
信号ＳＡがＬになってから信号ＳＢがＬになるまでの間
に合焦点位置があることは図３の場合と同じであり、こ
れらのパルス信号ＳＡ，ＳＢを合焦判定に利用すること
ができる。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、一台
の合焦点型変位検出装置を用いて、透明体からなる被測
定物の裏面と表面に順次合焦させて裏面の変位と表面の
変位を求め、その変位の差を見かけの厚みとし、これに
被測定物の屈折率の影響を除く補正を行うことにより正
しい厚みを求めることができる。
の合焦点型変位検出装置を用いて、透明体からなる被測
定物の裏面と表面に順次合焦させて裏面の変位と表面の
変位を求め、その変位の差を見かけの厚みとし、これに
被測定物の屈折率の影響を除く補正を行うことにより正
しい厚みを求めることができる。
【図１】 本発明の一実施例による合焦点変位検出装置
を用いた厚み測定装置の構成を示す。
を用いた厚み測定装置の構成を示す。
【図２】 同実施例装置をコンピュータソフトウェアで
実現したときの動作フローを示す。
実現したときの動作フローを示す。
【図３】 同実施例の装置のフォーカスエラー信号波形
を示す。
を示す。
【図４】 ナイフエッジ法による合焦点変位検出装置の
場合のフォーカスエラー信号波形を示す。
場合のフォーカスエラー信号波形を示す。
１…半導体レーザ、２…偏光ビームスプリッタ、３…１
／４波長板、４…コリメータレンズ、５…対物レンズ、
６…被測定物、７…結像レンズ、８…ビームスプリッ
タ、９，１０…受光素子、１１…コイル、１２…マグネ
ット、１３…スケール、１４…エンコーダ、１５…変位
検出器、２１…フォーカスエラー信号発生回路、２２…
サーボ回路、２３…合焦判定回路、２５…変位記憶回
路、２６…補正値記憶回路、２７…補正演算回路、２８
…駆動回路、２９…切替え制御回路。
／４波長板、４…コリメータレンズ、５…対物レンズ、
６…被測定物、７…結像レンズ、８…ビームスプリッ
タ、９，１０…受光素子、１１…コイル、１２…マグネ
ット、１３…スケール、１４…エンコーダ、１５…変位
検出器、２１…フォーカスエラー信号発生回路、２２…
サーボ回路、２３…合焦判定回路、２５…変位記憶回
路、２６…補正値記憶回路、２７…補正演算回路、２８
…駆動回路、２９…切替え制御回路。
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/00 - 11/30
Claims (2)
- 【請求項１】 合焦点型変位検出装置を用いて透明体か
らなる被測定物の厚みを測定する方法であって、 前記被測定物と同じ屈折率を有し、厚みが予め分かって
いる透明体からなる基準試料についてその裏面と表面に
合焦させて裏面と表面の変位を求め、 前記基準試料について求められた裏面と表面の変位の差
によりその基準試料の厚みを除して補正値を求め、 前記被測定物についてその裏面と表面に合焦させて裏面
と表面の変位を求め、 前記被測定物について求められた裏面と表面の変位の差
に前記補正値を掛けて厚み出力を得ることを特徴とする
透明体の厚み測定方法。 - 【請求項２】 合焦点型変位検出装置を用いて透明体か
らなる被測定物の厚みを測定する装置であって、 前記被測定物と同じ屈折率を有し、厚みが予め分かって
いる透明体からなる基準試料についてその裏面と表面に
合焦させて求められた裏面と表面の変位の差により実際
の厚みを除した補正値を記憶する補正値記憶手段と、 前記被測定物についてその裏面と表面に合焦させて裏面
と表面の変位を求め、それら変位を記憶する変位記憶手
段と、 この変位記憶手段に保持された前記被測定物について求
められた裏面と表面の変位の差に前記補正値記憶手段に
保持された補正値を掛けて厚み出力を得る補正演算手段
とを有することを特徴とする透明体の厚み測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08913494A JP3409917B2 (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | 透明体の厚み測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08913494A JP3409917B2 (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | 透明体の厚み測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280524A JPH07280524A (ja) | 1995-10-27 |
| JP3409917B2 true JP3409917B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=13962417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08913494A Expired - Fee Related JP3409917B2 (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | 透明体の厚み測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3409917B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1186928B1 (de) * | 2000-09-07 | 2006-01-18 | Heidelberger Druckmaschinen Aktiengesellschaft | Parallelverarbeitender optischer Entfernungsmesser |
| JP5300586B2 (ja) * | 2009-05-15 | 2013-09-25 | 株式会社ミツトヨ | レーザ変位計 |
-
1994
- 1994-04-04 JP JP08913494A patent/JP3409917B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07280524A (ja) | 1995-10-27 |
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