JP3872206B2 - 厚み測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子部品等に多用されるセラミックス、液晶パネル等のガラス、ハードディスクの基盤、半導体（シリコン）ウェハ等を測定対象物として、その厚みを測定する厚み測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の厚み測定装置としては、マイクロメータ等の接触式のものの他、非接触式のものとしては、空気マイクロメータ、静電容量センサ等を利用したものが知られている。例えばマイクロメータでは、測定プローブを所定の力で測定対象物に接触させて、その測定対象物の厚みを測定する。
【０００３】
また、空気マイクロメータでは、例えば製造工程にある測定対象物を抜き取り、それを平らな定盤面に置いて、その定盤面から所定距離の位置にある先細のノズル先端から空気その他のガスを吹き出し、そのガスの流量またはそのときの圧力に基づいて、ノズル先端の測定対象物からの距離（測定ギャップ）を求めて、上記の定盤面からの所定距離と測定ギャップとの差に基づいて、測定対象物の厚みを求める。
【０００４】
また、静電容量センサでは、測定対象物が金属等の導電体の場合、測定対象物の表裏２面にそれぞれ対向する一対の各測定電極と測定対象物との間の各静電容量を求め、それらの各静電容量に基づいて、各測定電極と測定対象物との間の距離（測定ギャップ）を求めて、それらを測定電極相互間の所定距離（測定面間ギャップ）から引く（減算する）ことにより、測定対象物の厚みを求める。
【０００５】
一方、測定対象物がガラス、セラミックス、樹脂等の絶縁体の場合、静電容量センサでは、一方の測定電極を導体定盤とし、他方の測定電極との間の静電容量が測定対象物を挿入する前後で変化することを利用して、その静電容量の変化に基づいて測定対象物の厚みを求める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば上述のマイクロメータ等のように、接触式のものでは、測定対象物に粉塵等の汚染や傷等の変形を与える。また、空気マイクロメータでは、定盤面との接触により同様の問題が生じる。また、空気圧等により振動等の力学的作用を測定対象物に及ぼすため、正確に測定できないこともある。
【０００７】
また、静電容量センサでは、静電容量に基づく測定のため、測定ギャップが制限されて、測定対象物の製造工程の自動化（製造工程中の測定）に適さないばかりでなく、測定対象物が絶縁体の場合には、測定面間ギャップが制限されるため、厚みの大きな測定対象物の厚みを測定できない。
【０００８】
本発明は、測定対象物の導電率や厚みの大小などの属性に拘らず、また、力学的作用を及ぼすこと無く、非接触の状態で測定対象物の厚みを測定できる厚み測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の厚み測定装置は、それぞれ両端のうちの一端を測定端とし他端を制御端とするとともに、各測定端の端面となる各測定面を相互に対向させ、測定面相互間が測定対象物を非接触で挿入可能な所定距離となるように配設した一対の光ファイバ束と、これらの各光ファイバ束の各制御端が接続され、前記各測定面の中心に位置する照射面から前記測定対象物に対して照射する各照射光を制御するとともに、前記測定対象物からの前記各照射光に対応する各反射光を前記照射面の外側に位置する受光面により受光して、前記所定距離および前記各反射光に基づいて、前記測定対象物の厚みを求める制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記測定対象物が透過性を有する場合、一方の光ファイバ束からの前記各照射光の照射により前記測定対象物を透過する各透過光が、対向する他方の光ファイバ束の測定面内に入らないように、前記照射光の発射角を制御することを特徴とする。
この場合、前記各光ファイバ束は、前記測定対象物からの反射光を入射する受光ファイバを複数有し、前記照射面から前記照射光を照射する照射ファイバの照射面および前記複数の受光ファイバの各受光面を、前記測定面内における前記照射面から各受光面までの各距離が相互に異なるように配設することが好ましい。
この場合、前記制御手段は、レーザ光を発する光源と、前記各制御端において、前記照射ファイバに対してその光軸と所定の入射角となるように前記レーザ光を入射する入射手段と、を有し、前記入射手段による入射角の制御により、前記発射角を制御することが好ましい。
この場合、前記光源は、レーザダイオードであることが好ましい。
本発明の他の厚み測定装置は、光を照射する照射ファイバおよび測定対象物からの反射光を入射する複数の受光ファイバを有し、前記照射ファイバの照射面および前記複数の受光ファイバの各受光面を、前記照射面から各受光面までの各距離が相互に異なるように配設して、各受光面からの受光量の差に基づいて、前記照射面と前記測定対象物との距離を求める差動型光ファイバ変位計を複数と、前記複数のうちの１以上の差動型光ファイバ変位計を、その照射面が前記測定対象物の表裏２面のうちの一方と対向するように設け、他の１以上の差動型光ファイバ変位計を、その照射面が前記表裏２面のうちの他方に対向し、かつ前記一方側の１以上の差動型光ファイバ変位計と、前記測定対象物が非接触で挿入可能な所定距離を保つように設け、前記複数の各差動型光ファイバ変位計により求められた前記照射面と前記測定対象物との各距離および前記所定距離に基づいて前記測定対象物の厚みを求める制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記測定対象物が透過性を有する場合、各差動型光ファイバ変位計からの前記各照射光の照射により前記測定対象物を透過する各透過光が、対向する他方の差動型光ファイバ変位計の受光面内に入らないように、前記各照射光の発射角を制御することを特徴とする。
【００１０】
この厚み測定装置では、一対の光ファイバ束の各測定面から測定対象物に照射光を照射し、測定対象物からの各反射光を受光する。この場合、測定対象物と各測定面との距離に応じて各反射光（の例えば位相や光量）が変化するように各照射光を制御すれば、各反射光に基づいて測定対象物と各測定面との距離を求めることができる。
【００１１】
一方、各光ファイバ束は、各測定面を相互に対向させ、測定面相互間が所定距離となるように配設されているので、この所定距離から上記の測定対象物と各測定面との距離を引けば、測定対象物の厚みを求めることができる。また、この所定距離は、測定対象物を非接触で挿入可能な距離なので、非接触の状態で測定対象物の厚みを測定できる。
【００１２】
また、照射光を利用した光による測定なので、測定対象物の導電率に拘らずに、測定できる。また、これにより、静電容量センサのような測定面間ギャップの制限がないので、厚さの大小による制限も生じない。また、空気マイクロメータのような力学的作用を及ぼすことも無く測定できる。
【００１３】
したがって、この厚み測定装置では、各反射光が測定対象物と各測定面との距離に応じた変化をするように、各照射光を制御することにより、測定対象物の導電率や厚みの大小などの属性に拘らず、また、力学的作用を及ぼすこと無く、非接触の状態で測定対象物の厚みを測定できる。
【００１４】
上記の厚み測定装置において、前記各光ファイバ束は、前記測定面内の照射面から前記照射光を照射する照射ファイバと、前記測定面内の受光面から前記測定対象物からの反射光を入射する受光ファイバを有することが好ましい。
【００１５】
この厚み測定装置では、各光ファイバ束が、照射ファイバと受光ファイバを有し、照射面からの照射光に対する反射光を受光面で受光するため、従来からのいわゆる光ファイバ変位計のプローブとして使用される光ファイバ束と同等の構成で良く、従来と同様の方法で容易に作製でき、または、従来の光ファイバ束を流用できる。
【００１６】
上記の厚み測定装置において、前記各光ファイバ束は、前記受光ファイバを複数有し、前記照射ファイバの照射面および前記複数の受光ファイバの各受光面を、前記測定面内における前記照射面から各受光面までの各距離が相互に異なるように配設したことが好ましい。
【００１７】
この厚み測定装置では、各光ファイバ束が受光ファイバを複数有し、照射ファイバの照射面および複数の受光ファイバの各受光面を、照射面から各受光面までの各距離が相互に異なるように配設しているので、各受光面からの受光量の差に基づいて、照射面と測定対象物との距離を求められる。
【００１８】
すなわち、差動型光ファイバ変位計（精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、ｐ３６５〜３６６（１９９７）参照）と同様の原理により、入射光量や曲げ等の影響による光ファイバ内での光の減衰や測定対象物の反射率に依存せずに、照射面と測定対象物との距離を求められ、この距離と測定面相互間の距離を示す所定距離に基づいて、より正確に測定対象物の厚みを求められる。
【００１９】
上記の厚み測定装置において、前記制御手段は、前記照射面の光軸と所定の発射角を有するように前記各照射光を制御するとともに、前記所定距離と前記反射光の受光量に基づいて、前記測定対象物の厚みを求めることが好ましい。
【００２０】
一般的な光ファイバ変位計では、照射面から測定対象物に対してその光軸を中心とする円錐状の発散光線束（発散光）を照射光として照射し、測定対象物上の照射（投光）範囲と開口数（ＮＡ）で決まる受光範囲との重なった部分からの反射光を利用する。
【００２１】
このため、レーザ光などの集束性の強い平行光線束（平行光、視準光、コリメート光）を光軸に沿って照射したのでは、照射面と受光面が仮に隣接していても投光範囲と受光範囲に重なりが生じないので、照射光として利用できない。また、レーザ光などを利用したのでは、その集束性、可干渉性、高輝度・単色性、指向性など（以下「集束性等」）の強さにより、光軸上で全面反射して元の照射面に戻って干渉し合ってしまう。
【００２２】
この厚み測定装置では、照射面の光軸と所定の発射角を有するように各照射光を制御するため、平行光線束を照射光として利用しても、測定対象物から所定の反射角の反射光を得ることができるので、レーザ光などの集束性等の強い種類の光を照射光として利用できる。
【００２３】
また、所定の発射角を制御してそれに対する所定の反射角が定まれば、測定対象物と各測定面との距離に応じて受光面に入射される反射光の光量、すなわち受光量が変化する。このため、照射光量や反射率が同一であれば、所定距離と受光量とに基づいて厚みを求められ、また、差動型とすれば、照射光量や反射率等の影響等をも取り除くことができ、さらに正確に測定対象物の厚みを求められる。
【００２４】
上記の厚み測定装置において、前記制御手段は、レーザ光を発する光源と、前記各制御端において、前記照射ファイバに対してその光軸と所定の入射角となるように前記レーザ光を入射する入射手段と、を有することが好ましい。
【００２５】
この厚み測定装置では、光源からレーザ光を発して、照射ファイバに対してその光軸と所定の入射角となるように入射するので、測定端の測定面（照射面）からその入射角に対応する所定の発射角で照射することができる。
【００２６】
また、集束性等の強いレーザ光を照射光として使用するので、高密度の照射ができる。すなわち、レーザ光は、光量を大きくすることが容易なので、光量を大きくすることにより、分解能を向上させ、帯域幅を広げることができる。また、レーザ光の利用により、照射光（レーザ光）やその反射光の光路とそれ以外との光量の差が顕著となるばかりでなく、他の光の影響や光路における光の減衰等も少なくなるので、より精度の高い厚み測定ができる。
【００２７】
上記の厚み測定装置において、前記光源は、レーザダイオードであることが好ましい。
【００２８】
この厚み測定装置では、光源がレーザダイオードなので、小型化や大量生産が可能になる。
【００２９】
上記の厚み測定装置において、前記制御手段は、前記測定対象物が透過性を有する場合、各光ファイバ束からの前記各照射光の照射により前記測定対象物を透過する各透過光が、対向する他方の光ファイバ束の測定面内に入らないように、前記発射角を制御することが好ましい。
【００３０】
この厚み測定装置では、測定対象物が例えば液晶パネル等のガラスなどのように透過性を有する場合、測定対象物を透過する各透過光が対向する測定面内に入らないように、発射角を制御するため、測定対象物が透過性を有するものであっても、対向する他方の光ファイバ束からの透過光を反射光として受光するなどの誤検出を防止でき、これにより、問題なく厚み測定ができる。また、特にレーザ光を照射光として利用すれば、その集束性等の強さにより光路以外への影響を最小限にできる。
【００３１】
上記の厚み測定装置において、前記照射面が、前記測定面の中心に位置することが好ましい。
【００３２】
この厚み測定装置では、照射面が、測定面の中心に位置するので、この照射面の光軸と所定の発射角を有する照射光は、測定面の中心から外側に照射されることになる。すなわち、各反射光も透過光も外側に向かうことになるので、他方の光ファイバ束からの透過光を測定面内に入らないように制御し易くなる。
【００３３】
この場合、受光面を照射面より外側に配設することにより反射光を受光することができる。なお、この場合、測定対象物と各測定面（照射面）との距離より測定対象物の厚さが十分に大きければ、発射角が小さくても透過光を反射光として誤検出するのを防止できる。
【００３４】
また、本発明の厚み測定装置は、光を照射する照射ファイバおよび測定対象物からの反射光を入射する複数の受光ファイバを有し、前記照射ファイバの照射面および前記複数の受光ファイバの各受光面を、前記照射面から各受光面までの各距離が相互に異なるように配設して、各受光面からの受光量の差に基づいて、前記照射面と前記測定対象物との距離を求める差動型光ファイバ変位計を複数と、前記測定対象物の厚みを求める制御手段と、を備え、前記複数のうちの１以上の差動型光ファイバ変位計は、その照射面が前記測定対象物の表裏２面のうちの一方と対向するように設けられ、他の１以上の差動型光ファイバ変位計は、その照射面が前記表裏２面のうちの他方に対向し、かつ前記一方側の１以上の差動型光ファイバ変位計と、前記測定対象物が非接触で挿入可能な所定距離を保つように設けられ、前記制御手段は、前記複数の各差動型光ファイバ変位計により求められた前記照射面と前記測定対象物との各距離および前記所定距離に基づいて前記測定対象物の厚みを求めることを特徴とする。
【００３５】
この厚み測定装置では、複数のうちの１以上の差動型光ファイバ変位計は、その照射面が測定対象物の表裏２面のうちの一方と対向するように設けられているので、これらからは、その表裏２面のうちの一方と各照射面との距離を得られる。また、他の１以上の差動型光ファイバ変位計は、その照射面が表裏２面のうちの他方に対向しているので、これらからは、その他方の面と各照射面との距離を得られる。
【００３６】
そして、これらは、所定距離を保つように設けられているので、その所定距離から双方で求めた測定対象物との各距離を引けば、測定対象物の厚みを求めることができる。また、この所定距離は、測定対象物を非接触で挿入可能な距離なので、非接触の状態で測定対象物の厚みを測定できる。
【００３７】
したがって、この厚み測定装置では、複数の差動型光ファイバ変位計を利用することにより、測定対象物の導電率や厚みの大小などの属性に拘らず、また、力学的作用を及ぼすこと無く、非接触の状態で測定対象物の厚みを測定できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る厚み測定装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
図１は厚み測定装置１の全体構成を示す概略ブロック図であり、同図に示すように、厚み測定装置１は、基本的な構成として、操作部１０、制御部２０、第１検出部３０、第２検出部４０、測定部５０を備え、外部に測定結果等を印刷するためのプリンタやプロッタ等の印刷装置（以下「プリンタ」で代表する）６、ハードディスクや光磁気ディスク等の外部記憶装置（以下「ハードディスク」で代表する）７などを接続できるようになっている。
【００４０】
操作部１０は、ユーザとのインタフェースを行うためのブラウン管や液晶等のディスプレイ３、キーボード４、および、マウスやディジタイザやタブレット等のポインティングディバイス（以下「マウス」で代表する）５を備えている。
【００４１】
ユーザは、ディスプレイ３の操作画面上で、キーボード４やマウス５により、測定のための各種指示やデータ（例えば後述の入射角θ、測定対象物（ターゲット）Ｔの座標や測定範囲、測定面間ギャップＤなど）を入力したり、入力結果や処理結果をディスプレイ４の画面に表示して編集でき、また、厚み測定の結果を、画面表示で確認したり、プリンタ６に出力して印刷結果により確認できる。また、この測定結果は、その印刷結果の用紙として、あるいはデータとしてハードディスク７に記憶することにより、保存できる。
【００４２】
制御部２０は、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０、キャラクタジェネレータＲＯＭ（ＣＧ−ＲＯＭ）２３０、ＲＡＭ２４０、光学系コントローラ（ＯＰＣ）２５０、Ｉ／Ｏコントローラ（ＩＯＣ）２６０、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２７０を備え、互いに内部バス２６０により接続されている。また、この制御部２０には、電源部２９０が搭載されている。
【００４３】
この電源部２９０は、電源ユニット２９１の他、外部から着脱可能なニッカド、アルカリ等の乾電池、蓄電池などから成るバッテリ２９２と、ＡＣアダプタ接続口２９３とを備え、電源ユニット２９１は、これらに接続されて電力の供給を受け、昇圧・降圧や安定化の処理を行った後、厚み測定装置１の各部に電力を供給する。
【００４４】
ＲＯＭ２２０は、ＣＰＵ２１０で処理する制御プログラムを記憶する制御プログラム領域２２１の他、後述の入射角制御データ、送り位置制御データ、測定面間ギャップ制御データ、比率−ギャップ変換テーブルなどを含む制御データを記憶する制御データ領域２２２を有している。
【００４５】
ＣＧ−ＲＯＭ２３０は、厚み測定装置１の入力・編集のために用意されている文字、記号、図形等のフォントデータを記憶していて、文字等を特定するコードデータが与えられたときに、対応するフォントデータを出力する。
【００４６】
ＲＡＭ２４０は、各種レジスタ群２４１の他、第１検出部３０から入力される後述の受光量ＰＡ１、ＰＢ１、全光量Ｐａ１、光量差Ｐｓ１、比率ｒ１などの各種の第１測定データを記憶する第１変位データ領域２４２、同様に第２検出部４０からの各種の第２測定データを記憶する第２変位データ領域２４３、厚み測定その他の処理結果データを記憶する処理結果データ領域２４４、各種バッファ領域２４５などの領域を有している。
【００４７】
このＲＡＭ２４０は、キーボード４の図外の電源キーの操作により電源がオフにされても、記憶したデータを保持しておくようにバックアップされていて、各種制御処理のための作業領域として使用される。
【００４８】
ＩＯＣ２６０には、ＣＰＵ２１０の機能を補うとともに周辺回路等とのインタフェース信号を取り扱うための回路が、ゲートアレイやカスタムＬＳＩなどにより構成されて組み込まれている。例えば種々の計時を行うタイマなどもＩＯＣ２６０内の機能として組み込まれている。
【００４９】
このため、ＩＯＣ２６０は、ディスプレイ３、キーボード４、マウス５、プリンタ６等と接続され、キーボード４やマウス５からの各種指示や入力データなどをそのままあるいは加工して内部バス２８０に取り込むとともに、ＣＰＵ２１０と連動して、ＣＰＵ２１０等から内部バス２８０に出力されたデータや制御信号を、そのままあるいは加工してディスプレイ３やプリンタ６に出力するなど、これらの周辺回路や周辺機器との間の各種制御信号および各種データの入出力を制御する。
【００５０】
ＨＤＤ２４は、ＣＰＵ２１０からの指令に従い、ハードディスク７を制御・駆動して、ハードディスク７との間の各種制御信号および各種データの入出力を制御する。
【００５１】
ＯＰＣ２５０には、ＣＰＵ２１の機能を補うとともに、第１検出部３０、第２検出部４０、測定部５０などの光学系各部とのインタフェース信号を取り扱うための回路が組み込まれている。
【００５２】
例えば、第１検出部３０や第２検出部３０、４０については、各入射部３１０、４１０の光源３１１、４１１の駆動や、入射ユニット３１３、４１３による入射角制御を行うとともに、各受光部３２０、４２０により得られる受光量ＰＡ１、ＰＢ１、ＰＡ２、ＰＢ２（に対応する電圧値ＶＡ１、ＶＢ１、ＶＡ２、ＶＢ２）を入力して、全光量Ｐａ１、Ｐａ２、光量差Ｐｓ１、Ｐｓ２、比率ｒ１、ｒ２などを求める。
【００５３】
また、例えば測定部５０については、ターゲットＴを搭載したキャリア５１０によるターゲットＴの３次元の位置制御、光ファイバ束Ｆ１、Ｆ２のプローブを兼ねたファイバガイド５１１、５１２による測定面間ギャップＤの調整制御などを行う。
【００５４】
このため、ＯＰＣ２５０は、論理回路セルの他にアナログ回路等を混在するディジタル／アナログ混在セルアレイＬＳＩや、複数のベアチップを搭載したフリップチップ方式等によるチップサイズのマルチチップモジュールなどにより構成され、上述の光学系各部と接続されて、ＣＰＵ２１０と連動してまたはその機能を補うことにより、光学系各部を制御し、また、それらとの間の入出力を制御する。
【００５５】
そして、ＣＰＵ２１０は、上記の構成により、ＲＯＭ２２０内の制御プログラムに従い、制御データを参照して、ＣＧ−ＲＯＭ２３０からのフォントデータやＲＡＭ２４０内の各種データ等を処理し、ＩＯＣ２６０を介して周辺回路等と各種指示や各種データの授受を行うとともに、ＯＰＣ２５０を介して光学系各部を制御することにより、測定結果となるターゲットＴの厚みｄを求めるなど、厚み測定装置１全体を制御する。
【００５６】
第１検出部３０は、入射部３１０と、受光部３２０とを備えている。
【００５７】
入射部３１０は、レーザダイオード等から成る光源３１１と、コンデンサレンズやコリメートレンズ等を有する集光器３１２と、集光されたレーザ光Ｌ１の入射角θ１を調整する入射ユニット３１３とを備えている。
【００５８】
この入射ユニット３１３は、回転角度をパルス数により精密に制御可能なステッピングモータ等から成る図外の駆動源と、所定の減速ギア機構等を介してその駆動源により回転するミラー（回転ミラー）やプリズム（回転プリズム）等から成る結合機構とを有し、光ファイバ束Ｆ１に対してその光軸と所定の入射角θとなるように、レーザ光Ｌ１の入射角θ１を調整可能に構成されている。
【００５９】
なお、任意の入射角θに対する例えばステッピングモータへのパルス数などの制御データは、実測データ等に基づいて、前述のＲＯＭ２２０の制御データ領域２２２内に、入射角制御データとして規定されているので、ＯＰＣ２５０は、ＣＰＵ２１０と連動してこの入射角制御データを参照することにより、設定された所定の入射角θに合うように、入射角θ１を調整できる。
【００６０】
また、第１検出部３０の入射部３１０における入射角θ１は、前述のキーボード４やマウス５によりディスプレイ３で確認しながら任意に設定でき、同様に、第２検出部４０の入射部４１０における入射角θ２も任意に設定できるようになっているので、これらの各入射角θ１、θ２を相互に異なる値に設定することもできるが、以下では、理解を容易にするため、同一の入射角θに設定するものとして説明する。また、両方の入射角θ１、θ２に共通する説明においては、これらを代表して入射角θとするなど、適宜省略して説明する。
【００６１】
受光部３２０は、フォトダイオード等あるいはそれと同等の機能を果たすようにフォトトランジスタ等を有して、２つのフォトセンサ３２１、３２２を備えたフォトディテクタとして構成されている。受光部３２０は、この２つのフォトセンサ３２１、３２２の受光量ＰＡ１、ＰＢ１を対応する電圧ＶＡ１、ＶＢ１に変換して、ＯＰＣ２５０に対して出力する。
【００６２】
これに対し、ＯＰＣ２５０では、ＣＰＵ２１０と連動して、電圧ＶＡ１、ＶＢ１に基づいて、受光量ＰＡ１、ＰＢ１ばかりでなく、全光量Ｐａ１＝ＰＡ１＋ＰＢ１、光量差Ｐｓ１＝ＰＢ１−ＰＡ１、および、比率ｒ１＝Ｐｓ１／Ｐａ１を求め、後述のように、比率−ギャップ変換テーブルを参照して、測定ギャップｙ１を求める。
【００６３】
第２検出部４０は、第１検出部３０と同等に構成されていて、入射部４１０と、受光部４２０とを備え、入射部４１０では、光源４１１と、集光器４１２と、入射ユニット４１３により、光源４１１からのレーザ光Ｌ２を入射角θ２で光ファイバ束Ｆ２に入射し、受光部４２０では、２つのフォトセンサ４２１、４２２の受光量ＰＡ２、ＰＢ２に対応する電圧ＶＡ２、ＶＢ２を、ＯＰＣ２５０に対して出力する。
【００６４】
同様に、ＯＰＣ２５０およびＣＰＵ２１０は、電圧ＶＡ２、ＶＢ２に基づいて、受光量ＰＡ２、ＰＢ２、全光量Ｐａ２＝ＰＡ２＋ＰＢ２、光量差Ｐｓ２＝ＰＢ２−ＰＡ２、および、比率ｒ２＝Ｐｓ２／Ｐａ２を求め、後述のように、比率−ギャップ変換テーブルを参照して、測定ギャップｙ２を求める。
【００６５】
測定部５０は、ターゲットＴを搭載してその位置を３次元の各方向に移動・調整可能なキャリア５１０、それぞれ光ファイバ束Ｆ１、Ｆ２のプローブを兼ねて測定面間ギャップＤを調整可能なファイバガイド５１１、５１２を備えている。
【００６６】
キャリア５１０は、例えば水平面上のＸ軸、Ｙ軸およびそれらと垂直なＺ軸の３次元の各方向に、それぞれステッピングモータ等から成る図外のＸ動モータ、Ｙ動モータ、Ｚ動モータを駆動源とする各種のギア機構やネジ機構を介して、図外のＸ軸ステージ、Ｙ軸ステージ、Ｚ軸ステージにより、移動可能に構成されている。
【００６７】
なお、上記のターゲットＴの３次元の座標や厚み測定の対象となる測定範囲も、キーボード４やマウス５によりディスプレイ３で確認しながら任意に設定でき、また、任意の座標位置に対するキャリア５１０の駆動源の（例えばパルス数などの）制御データは、実測データ等に基づいて、前述の制御データ領域２２２内に、送り位置制御データとして規定されている。
【００６８】
ファイバガイド５１１、５１２も、同様のＺ動モータを駆動源とする各種のギア機構やネジ機構を介して、それぞれ光ファイバ束Ｆ１、Ｆ２の測定面を上下動させ、この上下動により各測定面の位置を変化させ、測定面相互間の距離となる測定面間ギャップＤを調整可能に構成されている。
【００６９】
なお、この測定面間ギャップＤも、キーボード４やマウス５によりディスプレイ３で確認しながら任意に設定でき、また、任意の測定面間ギャップＤに対するファイバガイド５１１、５１２の駆動源の（例えばパルス数などの）制御データは、実測データ等に基づいて、前述の制御データ領域２２２内に、測定面間ギャップ制御データとして規定されている。
【００７０】
このため、ＯＰＣ２５０は、ＣＰＵ２１０と連動してこの測定面間ギャップ制御データを参照することにより、設定された所定の値に合うように、測定面間ギャップＤを調整できる。
【００７１】
また、ＣＰＵ２１０は、単独でまたはＯＰＣ２５０と連動して、調整された上記の測定面間ギャップＤから前述の測定ギャップｙ１および測定ギャップｙ２を引く（減算する）ことにより、ターゲットＴの厚みｄを求める。
【００７２】
この場合、測定面間ギャップＤは、ターゲット（測定対象物）Ｔを非接触で挿入可能に調整できるので、非接触の状態でターゲット（測定対象物）Ｔの厚みｄを測定できる。
【００７３】
なお、上記の構成では、水平面上（Ｘ軸、Ｙ軸方向）の座標（偏位）は、キャリア５１０のＸ、Ｙ方向の移動に依存したので、例えばターゲットＴの（設定された）所定の測定範囲の厚み分布等を得たい場合、キャリア５１０（およびターゲットＴ）を水平面上で移動させることになるが、これを避けたい場合やその他の事情に合わせて、ファイバガイド５１１、５１２側を水平面上で移動できる構成とすることもできるし、双方ともに移動可能にしてそれらを併用できるようにしても良い。
【００７４】
また、キャリア５１０は、ターゲットＴを空気（ガス）等の圧力などの浮力により支える真空チャック、エアーベアリング（エアーテーブル）等（以下「真空チャック等」）と呼ばれる浮力支持機構を有していることが好ましい。この場合、浮力による支持や移動ができるので、完全に非接触の状態で測定できる。
【００７５】
ところで、図１（で上述の測定部５０）にも示すように、厚み測定装置１では、一対の光ファイバ束Ｆ（Ｆ１、Ｆ２）の各測定面を相互に対向させ、測定面相互間が所定の測定面間ギャップ（所定距離）Ｄとなるように配設（調整）され、各測定面からターゲット（測定対象物）Ｔにレーザ光（照射光）Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）を照射し、それらの各反射光を受光して、測定面間ギャップＤおよび各反射光に基づいて、ターゲットＴの厚みｄを求める。
【００７６】
そこで、以下、この厚み測定装置１におけるターゲットＴの厚みｄの測定方法について詳述する。
【００７７】
なお、前述のように、第１検出部３０と第２検出部４０は同等の構成を有し、また、その構成によって求める対象等も同等なので、前述の入射角θ１、θ２を入射角θで代表するのと同様に、共通する説明においては、以下、参照符号〜１（例えば測定ギャップｙ１、受光量ＰＡ１等）と参照符号〜２（例えば測定ギャップｙ２、受光量ＰＡ２等）のものを代表して、参照符号〜（例えば測定ギャップｙ、受光量ＰＡ等）とするなど、適宜省略して説明する。
【００７８】
図２（ｂ）に示すように、各光ファイバ束Ｆ（Ｆ１、Ｆ２）は、１本の照射ファイバＦＩ（ＦＩ１、ＦＩ２）と、それを囲む周方向の複数本（図示では６本）の受光ファイバＦＡ（ＦＡ１、ＦＡ２）と、さらにそれを取り囲む多数の受光ファイバＦＢ（ＦＢ１、ＦＢ２）を備えている。なお、この場合、下記の発射角θの制御のためには、光ファイバ内（コア内）の伝搬（屈折率）が一様なステップインデックス形ファイバであることが好ましい。
【００７９】
まず、光ファイバ束Ｆ１側（すなわち第１検出部３０側）においては、図１および図２に示すように、光源３１１から照射したレーザ光Ｌ（Ｌ１）を集光器３１２で集光して、入射ユニット３１３により所定の入射角θで照射ファイバＦＩに入射すると、入射されたレーザ光Ｌは、照射ファイバＦＩ内を伝搬して、図２（ａ）に示すように、例えば同図のＣ−Ｃ断面の実端面（測定面：特に照射ファイバＦＩの端面である照射面）Ｒｆからイメージ端（イメージ端面）Ｉｆに対して発射角θで照射され、実際には、ターゲットＴの一方の面（ターゲット面）Ｔｆ（Ｔｆ１）で反射して反射光ＬＡ、ＬＢとして、それぞれ受光ファイバＦＡ、ＦＢに入射される。
【００８０】
受光ファイバＦＡ、ＦＢに入射された反射光ＬＡ、ＬＢは、それぞれ受光ファイバＦＡ、ＦＢ内を伝搬して、受光部３２０のそれぞれ別々のフォトセンサ３２１、３２２により受光される。この場合の受光された反射光ＬＡ（ＬＡ１）、ＬＢ（ＬＢ１）の光量を受光量ＰＡ１、ＰＢ１とする。
【００８１】
そして、受光部３２０では、この２つのフォトセンサ３２１、３２２の受光量ＰＡ１、ＰＢ１を対応する電圧ＶＡ１、ＶＢ１に変換して、ＯＰＣ２５０に対して出力する。ＯＰＣ２５０では、電圧ＶＡ１、ＶＢ１から受光量ＰＡ１、ＰＢ１を得ると共に、それらを後述の厚みｄを求める処理に使用する。
【００８２】
一方、光ファイバ束Ｆ２側（すなわち第２検出部４０側）においても、同様に、光源４１１から照射したレーザ光Ｌ（Ｌ２）を集光器４１２で集光して、入射ユニット４１３により所定の入射角θで照射ファイバＦＩに入射し、ターゲットＴの他方の面（ターゲット面）Ｔｆ（Ｔｆ２）で反射した反射光ＬＡ、ＬＢを、それぞれ受光ファイバＦＡ、ＦＢに入射して伝搬させ、受光部４２０のそれぞれ別々のフォトセンサ４２１、４２２により受光する。この場合の受光された反射光ＬＡ（ＬＡ２）、ＬＢ（ＬＢ２）の光量を受光量ＰＡ２、ＰＢ２とする。
【００８３】
そして、受光部４２０では、この２つのフォトセンサ４２１、４２２の受光量ＰＡ２、ＰＢ２を対応する電圧ＶＡ２、ＶＢ２に変換して、ＯＰＣ２５０に対して出力する。ＯＰＣ２５０では、電圧ＶＡ２、ＶＢ２から受光量ＰＡ２、ＰＢ２を得ると共に、それらを後述の厚みｄを求める処理に使用する。
【００８４】
厚み測定装置１では、各光ファイバ束Ｆによる測定ギャップｙの測定に差動型光ファイバ変位計の原理を適用しているので、以下に、厚み測定装置１に適用している原理の概略を説明しておく。
【００８５】
上述の場合、図３に示すように、光ファイバ束Ｆ（Ｆ１、Ｆ２）の照射面Ｒｆ（Ｒｆ１、ＲＦ２）とターゲット面Ｔｆ（Ｔｆ１、Ｔｆ２）との間の測定ギャップｙ（ｙ１、ｙ２）の相違により、反射光ＬＡ（ＬＡ１、ＬＡ２）および反射光ＬＢ（ＬＢ１、ＬＢ２）のそれぞれの受光量ＰＡ（ＰＡ１、ＰＡ２）および受光量ＰＢ（ＰＢ１、ＰＢ２）は異なることになり、測定ギャップｙに対して、図４（ａ）に示すように変化する。
【００８６】
ここで、全光量Ｐａ＝ＰＡ＋ＰＢに対する光量差Ｐｓ＝ＰＢ−ＰＡの比率ｒ＝Ｐｓ／Ｐａを求めると、同図（ｂ）に示すように、実用範囲ＷＲ（Working Range ）内において、測定ギャップｙのほぼ一次関数となる。
【００８７】
また、照射ファイバＦＩに入射する入射光量、曲げ等の影響による光ファイバ束Ｆ内での光の減衰、ターゲット面Ｔｆの反射率などの変化に対し、全光量Ｐａも光量差Ｐｓも比例して変化するため、比率ｒは、これらの変化に依存しない値となる。
【００８８】
差動型光ファイバ変位計は、上述の原理を利用して、比率ｒから測定ギャップｙを求めるものであり、厚み測定装置１では、前述のように、この原理を各光ファイバ束Ｆによる測定ギャップｙの測定に適用している。
【００８９】
したがって、同図（ｂ）で上述のような比率ｒと測定ギャップｙとの関係を、既知のレーザ干渉計などを用いた実測等により求めておき、比率ｒから測定ギャップｙを求める比率−ギャップ変換テーブルとして記憶しておけば、受光量ＰＡおよび受光量ＰＢに基づいて、全光量Ｐａ＝ＰＡ＋ＰＢに対する光量差Ｐｓ＝ＰＢ−ＰＡの比率ｒ＝Ｐｓ／Ｐａを求め、上述の比率−ギャップ変換テーブルを参照することにより、測定ギャップｙを求められる。
【００９０】
また、実用範囲ＷＲがランダム形の光ファイバ変位計より遠方にシフトするため、照射面Ｒとターゲット面Ｔとの間の測定ギャップｙを広げることができ、非接触での測定が容易になっている。なお、反射光を用いれば、照射光との位相差から測定ギャップを求めることもできるが、ここでは、主に光量（受光量）に基づく測定をしている。
【００９１】
このため、前述のように、厚み測定装置１では、ＲＯＭ２２０の制御データ領域２２２内に、上述の比率−ギャップ変換テーブルを記憶し、それを参照して、測定ギャップｙ（ｙ１、ｙ２）を求めている。
【００９２】
すなわち、前述のように、ＯＰＣ２５０では、ＣＰＵ２１０と連動して、受光量ＰＡ（ＰＡ１、ＰＡ２）、ＰＢ（ＰＢ１、ＰＢ２）に基づいて、全光量Ｐａ（Ｐａ１、Ｐａ２）＝ＰＡ（ＰＡ１、ＰＡ２）＋ＰＢ（ＰＢ１、ＰＢ２）、光量差Ｐｓ１（Ｐｓ１、Ｐｓ２）＝ＰＢ（ＰＢ１、ＰＢ２）−ＰＡ（ＰＡ１、ＰＡ２）、および、比率ｒ（ｒ１、ｒ２）＝Ｐｓ（Ｐｓ１、Ｐｓ２）／Ｐａ（Ｐａ１、Ｐａ２）を求め、比率−ギャップ変換テーブルを参照して、測定ギャップｙ（ｙ１、ｙ２）を求めている。
【００９３】
また、前述のように、ＣＰＵ２１０は、単独でまたはＯＰＣ２５０と連動して、調整された所定の測定面間ギャップＤから上記の測定ギャップｙ１および測定ギャップｙ２を引く（減算する）ことにより、ターゲットＴの厚みｄを求めている（図１および図５等参照）。
【００９４】
上述のように、この厚み測定装置１では、一対の光ファイバ束Ｆの各測定面Ｒｆからターゲット（測定対象物）Ｔにレーザ光（照射光）Ｌを照射し、ターゲットＴからの各反射光ＬＡ、ＬＢを受光する。
【００９５】
この場合、ターゲットＴと各測定面Ｒｆとの距離に応じて各反射光ＬＡ、ＬＢ（の例えば位相や光量）が変化するように各レーザ光Ｌを制御すれば、各反射光ＬＡ、ＬＢに基づいて、ターゲットＴと各測定面Ｒｆとの距離である測定ギャップｙ１、ｙ２を求められるので、厚み測定装置１では、測定ギャップｙ（ｙ１，ｙ２）に応じて各反射光ＬＡ、ＬＢの光量である受光量ＰＡ、ＰＢが変化するように、各レーザ光Ｌを制御している。
【００９６】
一方、各光ファイバ束Ｆは、各測定面Ｒｆを相互に対向させ、測定面相互間が所定の測定面間ギャップ（所定距離）Ｄとなるように配設されているので、この測定面間ギャップＤから上記の測定ギャップｙ１、ｙ２を引けば、ターゲットＴの厚みｄを求められる。また、この測定面間ギャップＤは、ターゲットＴを非接触で挿入可能に調整できるので、非接触の状態でターゲットＴの厚みｄを測定できる。
【００９７】
また、厚み測定装置１では、レーザ光を利用した光による測定を行うので、ターゲット（測定対象物）Ｔの導電率に拘らず、すなわちターゲットＴが導電体か絶縁体かなどの属性に拘らずに、測定できる。また、これにより、静電容量センサのような測定面間ギャップの制限がないので、厚さの大小による制限も生じない。
【００９８】
なお、仮に空気マイクロメータのノズルを、静電容量センサの測定電極のように、測定対象物の両面のそれぞれに各ノズル先端が対向するように一対で配設し、一対の各ノズル先端と測定対象物との間の距離（測定ギャップ）と、ノズル先端相互間の所定距離（測定面間ギャップ）に基づいて、測定対象物の厚みを求めようとしても、例えば薄い測定対象物では、対向するノズル先端からの空気（ガス）圧等により振動してしまうなど、測定対象物に力学的な作用を及ぼすので、正確な測定ができない。
【００９９】
また、例えば前述のように、キャリア５１０に真空チャック等の浮力支持機構を採用した場合、空気（ガス）等の圧力と流量および重力を微妙に（程良く）バランスさせることになるが、従来の空気マイクロメータ等では、ノズル先端からの空気（ガス）圧等により、このバランスを崩してしまうので、採用できない。
【０１００】
これに対し、厚み測定装置１では、レーザ光を利用した測定を行うため、空気マイクロメータのような力学的作用を及ぼすことも無く測定でき、これにより、圧力、流量、重力等の微妙なバランスを維持することができるので、真空チャック等の浮力支持機構をも、問題なく採用することができる。そして、この場合、浮力による支持や移動ができるので、完全に非接触の状態で測定できる。
【０１０１】
したがって、この厚み測定装置１では、各反射光ＬＡ、ＬＢが測定ギャップ（測定対象物と各測定面との距離）ｙに応じた変化をするように、各レーザ光Ｌを制御することにより、ターゲット（測定対象物）Ｔの導電率や厚みの大小などの属性に拘らず、また、力学的作用を及ぼすこと無く、非接触の状態でターゲットＴの厚みｄを測定できる。
【０１０２】
また、この厚み測定装置１では、各光ファイバ束Ｆが、照射ファイバと受光ファイバを有し、照射面からの照射光に対する反射光を受光面で受光するため、従来からのいわゆる光ファイバ変位計のプローブとして使用される光ファイバ束と同等の構成で良く、従来と同様の方法で容易に作製でき、または、従来の光ファイバ束を流用できる。
【０１０３】
また、この厚み測定装置１では、各光ファイバ束Ｆが受光ファイバを複数、すなわち受光ファイバＦＡ、ＦＢを有し、照射ファイバＦＩの照射面および（複数の）受光ファイバＦＡ、ＦＢの各受光面を、照射面から各受光面までの各距離が相互に異なるように配設しているので、各受光面からの受光量ＰＡ、ＰＢの差、すなわち光量差Ｐｓあるいは比率ｒに基づいて、測定ギャップ（照射面と測定対象物との距離）ｙを求められる。
【０１０４】
すなわち、差動型光ファイバ変位計と同様の原理により、入射光量や曲げ等の影響による光ファイバ内での光の減衰やターゲット（測定対象物）Ｔの反射率に依存せずに、測定ギャップ（照射面と測定対象物との距離）ｙを求められ、この測定ギャップｙと測定面間ギャップ（測定面相互間の距離を示す所定距離）Ｄに基づいて、より正確にターゲット（測定対象物）Ｔの厚みｄを求められる。
【０１０５】
一方、一般的な光ファイバ変位計では、照射面から測定対象物に対してその光軸を中心とする円錐状の発散光線束（発散光）を照射光として照射し、測定対象物上の照射（投光）範囲と開口数（ＮＡ）で決まる受光範囲との重なった部分からの反射光を利用する。
【０１０６】
このため、レーザ光などの集束性の強い平行光線束（平行光、視準光、コリメート光）を光軸に沿って照射したのでは、照射面と受光面が仮に隣接していても投光範囲と受光範囲に重なりが生じないので、照射光として利用できない。また、レーザ光などを利用したのでは、その集束性等（集束性、可干渉性、高輝度・単色性、指向性など）の強さにより、光軸上で全面反射して元の照射面に戻って干渉し合ってしまう。
【０１０７】
それに対し、この厚み測定装置１では、照射面の光軸と所定の発射角θを有するように各照射光を制御するため、平行光線束を照射光として利用しても、測定対象物から所定の反射角の反射光を得ることができるので、レーザ光などの集束性等の強い種類の光を照射光として利用できる。
【０１０８】
また、所定の発射角θを制御して、それに対する所定の反射角が定まれば、測定対象物と各測定面との距離に応じて受光面に入射される反射光の光量、すなわち受光量が変化する。このため、照射光量や反射率が同一であれば、測定面相互間の所定距離と受光量とに基づいて厚みを求められ、また、差動型とすれば、照射光量や反射率等の影響等をも取り除くことができ、さらに正確に測定対象物の厚みを求められる。
【０１０９】
そこで、厚み測定装置１では、光源３１１等からレーザ光Ｌを発して、照射ファイバＦＩに対してその光軸と所定の入射角θとなるように入射するようにしている。そして、これにより、測定端の測定面（照射面）Ｒｆからその入射角θに対応する所定の発射角θで照射できる。
【０１１０】
また、この結果、測定ギャップ（測定対象物と各測定面との距離）ｙに応じて受光面に入射される受光量ＰＡ、ＰＢが変化するため、照射光量や反射率が同一であれば、測定面間ギャップ（測定面相互間の所定距離）Ｄと受光量ＰＡ等とに基づいて厚みｄを求められるが、厚み測定装置１では、さらに差動型とすることにより、照射光量や反射率等の影響等をも取り除き、さらに正確にターゲット（測定対象物）の厚みｄを求められるようにしている。
【０１１１】
また、集束性等の強いレーザ光Ｌを照射光として使用するので、高密度の照射ができる。すなわち、レーザ光は、光量を大きくすることが容易なので、光量を大きくすることにより、分解能を向上させ、帯域幅を広げることができる。
【０１１２】
また、レーザ光の利用により、照射光（レーザ光）やその反射光の光路とそれ以外との光量の差が顕著となるばかりでなく、他の光の影響や光路における光の減衰等も少なくなるので、より精度の高い厚み測定ができる。また、光源３１１等にレーザダイオードを使用することにより、小型化や大量生産が可能になる。
【０１１３】
また、厚み測定装置１では、例えば光ファイバ束Ｆ１（またはＦ２）と第１変位部３０（または第２変位部４０）と制御部２００の一部の機能により、従来の光ファイバ変位計を差動型とし、さらにその照射光としてレーザ光を利用可能な構成に改良したものとなり、レーザ光による差動型光ファイバ変位計の機能を果たす構成となっている。
【０１１４】
すなわち、厚み測定装置１では、一対の差動型光ファイバ変位計と同等の機能を有する構成を、その照射面がターゲット（測定対象物）Ｔの表裏２面のうちのそれぞれ一方と他方に対向するように設けた構成となっている。
【０１１５】
なお、この考え方を拡張すれば、一対（Ｆ１、Ｆ２の２つ）ばかりでなく、差動型光ファイバ変位計と同等の機能を複数設けた構成とすることもできる。
【０１１６】
すなわち、この場合、複数のうちの１以上の差動型光ファイバ変位計（と同等の構成）は、その照射面がターゲット（測定対象物）Ｔの表裏２面のうちの一方（例えば図５のターゲット面Ｔｆ１参照）と対向するように設けられ、他の１以上の差動型光ファイバ変位計は、その照射面がターゲットＴの表裏２面のうちの他方（例えば図５のターゲット面Ｔｆ２参照）に対向し、かつ、一方側の１以上の差動型光ファイバ変位計と、ターゲットＴが非接触で挿入可能な所定の測定面間ギャップ（所定距離）Ｄを保つように設けられる。
【０１１７】
そして、上記の場合、複数のうちの１以上の差動型光ファイバ変位計は、その照射面がターゲットＴの表裏２面のうちの一方と対向するように設けられるので、これらからは、その表裏２面のうちの一方と各照射面との距離、すなわち測定ギャップｙ１等を得られる。
【０１１８】
また、他の１以上の差動型光ファイバ変位計は、その照射面が表裏２面のうちの他方に対向しているので、これらからは、その他方の面と各照射面との距離、すなわち測定ギャップｙ２等を得られる。
【０１１９】
そして、これらは、測定面間ギャップ（所定距離）Ｄを保つように設けられるので、その測定面間ギャップＤから双方で求めた測定ギャップ（測定対象物との各距離）ｙ１、ｙ２等を引けば、ターゲット（測定対象物）Ｔの厚みｄを求めることができる。
【０１２０】
また、この測定面間ギャップＤは、ターゲットＴを非接触で挿入可能な距離なので、非接触の状態でターゲットＴの厚みｄを測定できる。
【０１２１】
したがって、この場合、厚み測定装置１では、複数の差動型光ファイバ変位計と同等の構成を利用することにより、ターゲットＴの導電率や厚みの大小などの属性に拘らず、また、力学的作用を及ぼすこと無く、非接触の状態でターゲットＴの厚みｄを測定できる。
【０１２２】
また、厚み測定装置１の特徴として、発射角θを制御するので、ターゲット（測定対象物）Ｔが例えば液晶パネル等のガラスなどのように透過性を有する場合、すなわち透明物体の場合、そのターゲットＴに対応して、ターゲットＴを透過する各透過光が対向する測定面内に入らないように、発射角θを制御できる。
【０１２３】
すなわち、ターゲットＴが透過性を有する場合（図５参照）、例えば光ファイバ束Ｆ１の照射ファイバＦＩ１の照射面から発射角θ１で照射光ＬＩ１を照射すると、その照射光ＬＩ１に対応する反射光ＬＡ１、ＬＢ１が受光ファイバＦＡ１、ＦＢ１に入射される他、その透過光ＬＣ１がいわゆるスネルの法則による屈折角Θ１でターゲットＴを透過して、対向する光ファイバ束Ｆ２の受光ファイバＦＡ２、ＦＢ２の受光面に入射され反射光として受光される可能性があり、その結果、光ファイバ束Ｆ２の受光量ＰＡ２、ＰＢ２が誤検出となる可能性がある。
【０１２４】
そして、このことは、対向する光ファイバ束Ｆ２の照射ファイバＦＩ２の照射面からの照射についても同じであり、それに対向する光ファイバ束Ｆ１の受光ファイバＦＡ１、ＦＢ１の受光面に入射されて反射光として受光され、その結果、光ファイバ束Ｆ１の受光量ＰＡ１、ＰＢ１が誤検出となる可能性がある。
【０１２５】
これに対し、厚み測定装置１では、ターゲットＴが透過性を有する場合、図５に示すように、ターゲットＴを透過する各透過光ＬＣ１、ＬＣ２が対向する測定面内に入らないように、発射角θ１、θ２を制御できるため、ターゲットＴが透過性を有するものであっても、対向する他方の光ファイバ束からの透過光を反射光として受光するなどの誤検出を防止でき、これにより、問題なく厚み測定ができる。また、特にレーザ光Ｌを照射光ＬＩとして利用することにより、その集束性等の強さにより光路以外への影響を最小限にできる。
【０１２６】
また、厚み測定装置１の場合、照射ファイバＦＩ１、ＦＩ２の照射面が、測定面の中心に位置するので、この照射面の光軸と所定の発射角θ（θ１、θ２）を有する照射光ＬＩ（Ｌ１、Ｌ２）は、測定面の中心から外側に照射されることになる。すなわち、各反射光も透過光も外側に向かうことになるので、他方の光ファイバ束からの透過光を測定面内に入らないように制御し易くなる。
【０１２７】
また、厚み測定装置１では、受光面を照射面より外側に配設しているので、反射光ＬＡ、ＬＢを容易に受光することができる。なお、この場合、測定ギャップｙ（測定対象物と各測定面（照射面）との距離）よりターゲット（測定対象物）Ｔの厚さｄが十分に大きければ、発射角θが小さくても透過光ＬＣを反射光ＬＡ等として誤検出するのを防止できる。
【０１２８】
なお、上述の実施形態では、図２（ｂ）で前述のように、受光ファイバを、周方向の６本の受光ファイバＦＡと、それを取り囲む多数の受光ファイバＦＢとの２つに分類して、それぞれの受光量を受光量ＰＡおよび受光量ＰＢとして扱ったが、多数の受光ファイバＦＢをさらに分類して、例えば受光ファイバＦＡを囲む周方向の１２本の受光ファイバＦＢと、それをさらに囲む受光ファイバＦＣのように分類し、前述した受光量ＰＢをそれぞれの受光量ＰＢと受光量ＰＣとして扱うこともできる。
【０１２９】
この場合の受光量ＰＡ、ＰＢ、ＰＣは、（前述の図４に相当するものとして）測定ギャップｙに対して、図６（ａ）に示すように変化し、全光量Ｐａ＝ＰＡ＋ＰＢ＋ＰＣに対する光量差Ｐｓ＝ＰＢ−ＰＡの比率ｒｓ＝Ｐｓ／Ｐａおよび光量差Ｐｔ＝ＰＣ−（ＰＡ＋ＰＢ）の比率ｒｔ＝Ｐｔ／Ｐａを求めると、同図（ｂ）に示すように、実用範囲ＷＲｓ内および実用範囲ＷＲｔ内において、測定ギャップｙのほぼ一次関数となる。
【０１３０】
すなわち、この場合、実用範囲ＷＲを２つ設けることができる。もちろん、上記の考え方を進めて、受光ファイバおよびその受光量の扱いをさらに分類して、さらに多くの実用範囲を設けることもできる。これらの場合、測定ギャップに応じてその実用範囲を切り替えられるようにすれば、実質的に作動（測定可能）範囲が広い厚み測定装置とすることができる。
【０１３１】
また、実施形態の図２（ｂ）で前述の例や上記の例では、受信ファイバＦＢや受信ファイバＦＣを、照射ファイバＦＩを中心とする同心円の周方向にそれぞれ複数設けたが、発射角θで照射される照射光（レーザ光）ＬＩの反射光ＬＡ、ＬＢ（およびＬＣ等）を入射できるように配設されたものであれば（図７（ａ）参照）、各１本ずつの受信ファイバでも良いし（同図（ｂ）参照）、反対側（発射角θが負）の反射光も受光できるように直線上に配設したものでも良い（同図（ｃ）参照）。
【０１３２】
また、同心円の周方向にそれぞれ複数の受信ファイバを設ける代わりに、同図（ｄ）に示すように、内径の異なる複数のクラッド領域を境界とする多重の同心円状のコア領域を設けた光ファイバ（光ファイバ束）Ｆを作製して、多重の各コア領域を中心側からそれぞれ照射ファイバＦＡ、受信ファイバＦＢ、受信ファイバＦＣ等として利用することもできる。
【０１３３】
前述の実施形態等の場合、各ファイバが円筒状なので、その測定面内の照射面や受光面は円形となり、円と円とをどのようにうまく接合してもその間には間隙ができてしまう。すなわち、各円間の接合部では反射光が入射しにくいので、例えば図４（ｂ）で前述の比率ｒの実用範囲ＷＲ内にも一次関数にはならない部分、すなわちリニアリティに欠ける部分が生じ易い。この点、上記の図７（ｄ）の光ファイバでは、円間の接合部の間隙が存在しないので、リニアリティに優れた光ファイバ束Ｆとして利用できる。
【０１３４】
また、図１で前述の厚み測定装置１では、入射部３１０、４１０において入射角θを調整して発射角θを制御するとともに、測定部５０では、測定面間ギャップＤを調整可能としたが、発射角θおよび測定面間ギャップＤのいずれかまたは双方共に固定値として、より簡易な構成とすることもできる。
【０１３５】
すなわち、前述の受光量ＰＢを受光量ＰＢと受光量ＰＣに分けて扱うか否かの他、発射角θを可変とするか否か、測定面間ギャップＤを可変とするか否かなど、種々の構成のバリエーションが考えられる。
【０１３６】
例えば測定面間ギャップＤを固定値とし、発射角θを可変とした場合、発射角θを変化させることにより、図４（ｂ）で前述の比率ｒと測定ギャップｙとの関係は、図８に示すように変化する。
【０１３７】
前述の各例では、比率ｒに基づき、比率−ギャップ変換テーブルを参照して測定ギャップｙを求めている。このため、発射角θを変化させる場合にも、図８に基づく比率−ギャップ変換テーブルを記憶しておき、それを参照して同様の方法で測定ギャップｙを求めることもできるが、同図から明らかなように、各発射角θに対して比率ｒがゼロ（０）となる測定ギャップｙを記憶しておけば（同図のｙθ１〜ｙθ５の各点参照）、比率ｒ＝０の発射角θに基づいて、測定ギャップｙを求めることもできる。
【０１３８】
この場合、前述の比率−ギャップ変換テーブルの代わりに（またはそれと併用できるように）、発射角−ギャップ変換テーブルを用意しておくだけで実現でき、また、発射角（＝入射角）θを変化させて、比率ｒ＝０、すなわち受光量ＰＡ＝受光量ＰＢとなったことを検出するだけで良いので、加算や除算等のための回路が不要となり、回路を簡易化することができる。
【０１３９】
一方、例えば発射角θを固定値とした場合、入射部３１０、４１０の入射ユニット３１３、４１３を省略できる。すなわち、入射角θ（θ１、θ２）の調整が不要となるので、その調整のための機構が不要となる。
【０１４０】
また、この場合、光源３１１、４１１や集光器３１２、４１２等を光ファイバ束Ｆ（Ｆ１、Ｆ２）の制御端に直接結合しても良いので、これらを一括して樹脂等によりモールド化して、結合部分を強固なものとしても良い。また、入射ユニット３１３、４１３を省略できる分だけ小型化できるので、さらに進めて、第１検出部３０や第２検出部４０の全体をパッケージ化等することにより、光ファイバ束Ｆ（Ｆ１、Ｆ２）の制御端側のプローブのように扱うことも可能になる。
【０１４１】
また、図１で前述の受光部３２０、４２０では、受光量ＰＡ、ＰＢ等に対応する電圧ＶＡ、ＶＢ等を出力するようにしたが、受光部内で全光量Ｐａや光量差Ｐｓまで求めてから出力しても良いし、受光部内に比率ｒまでを求める回路等を内蔵させることもできる。これらの場合、制御部２００側の負担を分散させることにより、その他の内部処理の処理速度を向上させることが可能になるなどの利点がある。
【０１４２】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【０１４３】
【発明の効果】
上述のように、本発明の厚み測定装置によれば、測定対象物の導電率や厚みの大小などの属性に拘らず、また、力学的作用を及ぼすこと無く、非接触の状態で測定対象物の厚みを測定できる。また、これにより、特に従来の非接触式の代表である静電容量センサでは困難であった絶縁体の厚みの測定や、光による厚み測定が採用されなかった主な要因とも言えるガラス等の透明体の厚みの測定など、従来困難とされた測定対象物の厚みが、非接触の状態で問題なく測定できる、などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る厚み測定装置の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の厚み測定装置の光ファイバ束の構成と照射光や反射光との関係を示す説明図である。
【図３】図２の光ファイバ束とターゲット間の測定ギャップと反射光との関係を示す説明図である。
【図４】測定ギャップに対する各受光量、全光量、光量差、比率の関係を示す説明図である。
【図５】ターゲットが透過性を有する場合の測定部の各種作用の説明図である。
【図６】受光量を細分化して扱う場合の、図４と同様の図である。
【図７】光ファイバ束の他の構成の例を示す図である。
【図８】発射角を変化させた場合の、図４（ｂ）相当の図である。
【符号の説明】
１ 厚み測定装置
１０ 操作部
２０ 制御部（制御手段）
３０ 第１検出部（差動型光ファイバ変位計）
４０ 第２検出部（差動型光ファイバ変位計）
５０ 測定部
３１０、４１０ …… 入射部（入射手段）
３１１、４１１ …… 光源
３２０、４２０ …… 受光部（制御手段）
ｄ 厚み
Ｄ 測定面間ギャップ（所定距離）
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２ …… 光ファイバ束
ＦＩ、ＦＩ１、ＦＩ２ …… 照射ファイバ
ＦＡ、ＦＡ１、ＦＡ２ …… 受光ファイバ
ＦＢ、ＦＢ１、ＦＢ２ …… 受光ファイバ
Ｌ１、Ｌ２ …… レーザ光
ＬＩ、ＬＩ１、ＬＩ２ …… 照射光
ＬＡ、ＬＡ１、ＬＡ２ …… 反射光
ＬＢ、ＬＢ１、ＬＢ２ …… 反射光
ＬＣ、ＬＣ１、ＬＣ２ …… 透過光
ＰＡ、ＰＡ１、ＰＡ２ …… 受光量
ＰＢ、ＰＢ１、ＰＢ２ …… 受光量
Ｒｆ、Ｒｆ１、Ｒｆ２ …… 測定面（照射面、受光面）
ｒ、ｒｓ、ｒｔ …… 比率
Ｔ ターゲット（測定対象物）
ｙ、ｙ１、ｙ２ …… 測定ギャップ
θ、θ１、θ２ …… 入射角、反射角

Claims (5)

1. それぞれ両端のうちの一端を測定端とし他端を制御端とするとともに、各測定端の端面となる各測定面を相互に対向させ、測定面相互間が測定対象物を非接触で挿入可能な所定距離となるように配設した一対の光ファイバ束と、
   これらの各光ファイバ束の各制御端が接続され、前記各測定面の中心に位置する照射面から前記測定対象物に対して照射する各照射光を制御するとともに、前記測定対象物からの前記各照射光に対応する各反射光を前記照射面の外側に位置する受光面により受光して、前記所定距離および前記各反射光に基づいて、前記測定対象物の厚みを求める制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記測定対象物が透過性を有する場合、一方の光ファイバ束からの前記各照射光の照射により前記測定対象物を透過する各透過光が、対向する他方の光ファイバ束の測定面内に入らないように、前記照射光の発射角を制御することを特徴とする厚み測定装置。
2. 前記各光ファイバ束は、前記測定対象物からの反射光を入射する受光ファイバを複数有し、前記照射面から前記照射光を照射する照射ファイバの照射面および前記複数の受光ファイバの各受光面を、前記測定面内における前記照射面から各受光面までの各距離が相互に異なるように配設したことを特徴とする、請求項１に記載の厚み測定装置。
3. 前記制御手段は、
   レーザ光を発する光源と、
   前記各制御端において、前記照射ファイバに対してその光軸と所定の入射角となるように前記レーザ光を入射する入射手段と、
   を有し、
   前記入射手段による入射角の制御により、前記発射角を制御することを特徴とする、請求項２に記載の厚み測定装置。
4. 前記光源は、レーザダイオードであることを特徴とする、請求項３に記載の厚み測定装置。
5. 光を照射する照射ファイバおよび測定対象物からの反射光を入射する複数の受光ファイバを有し、前記照射ファイバの照射面および前記複数の受光ファイバの各受光面を、前記照射面から各受光面までの各距離が相互に異なるように配設して、各受光面からの受光量の差に基づいて、前記照射面と前記測定対象物との距離を求める差動型光ファイバ変位計を複数と、
   前記複数のうちの１以上の差動型光ファイバ変位計を、その照射面が前記測定対象物の表裏２面のうちの一方と対向するように設け、他の１以上の差動型光ファイバ変位計を、その照射面が前記表裏２面のうちの他方に対向し、かつ前記一方側の１以上の差動型光ファイバ変位計と、前記測定対象物が非接触で挿入可能な所定距離を保つように設け、前記複数の各差動型光ファイバ変位計により求められた前記照射面と前記測定対象物との各距離および前記所定距離に基づいて前記測定対象物の厚みを求める制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記測定対象物が透過性を有する場合、各差動型光ファイバ変位計からの前記各照射光の照射により前記測定対象物を透過する各透過光が、対向する他方の差動型光ファイバ変位計の受光面内に入らないように、前記各照射光の発射角を制御することを特徴とする厚み測定装置。

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