JPH0390806A - 光学的変位計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、フィルムの膜厚計測装置において用いるフィ
ルムの表面の変位を計測する光学的変位計測装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来より、光学的変位計測装置として、第４図に示すよ
うに２発光素子１０１と、これからの光を集光してフィ
ルム１０２に照射する集光レンズ１０３．１０４と、フ
ィルム１０２からの散乱光を集光する受光レンズ１０５
，１．０６と、これらにより集光された光を受ける受光
素子１０７とからなるものが知られている。

また、光学的変位計測装置として、第５図に示すように
１発光素子２０１と、これからの光を集光してフィルム
２０２に照射する集光レンズ２０３．２０４と、フィル
ム２０２からの、正反射光を集光する受光レンズ２０５
，２０６と、これらにより集光された光を受ける受光素
子２０７とからなるものが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前者は、第６図に示すように、フィルム１０２
が透明である場合において、フィルム１０２の表面で反
射した散乱光（本来受光素子１０７で受けたい光）を受
光素子１０７が受けるほか。

フィルム１０２の裏面で反射した光（誤差を生じる光）
を受けるから、フィルム１０２の表面の変位計測の精度
が悪いという問題がある。

また、後者も、第７図に示すように、フィルム２０２が
透明である場合において、フィルム２０２の表面で反射
した正反射光を受光素子２０７が受けるほか、フィルム
２０２の裏面で反射した光を受けるから、フィルム２０
７の表面の変位計測の精度が悪いという問題がある。

さらにまた、後者は、受光素子２０７が正反射光を受け
ているから光学系の光軸に対してフィルム２０２の傾き
が変化すると大きな計測誤差を生じるという問題がある
。

本発明の第１の目的は、フィルムの裏面からの反射光の
影響を小さくしてフィルムの変位計測の精度を向上させ
るこεができる光学的変位計測装置を提供することにあ
る。

本発明の第２の目的は、光学系の光軸に対してフィルム
の傾きが変化しても計測誤差が生じにくい光学的変位計
測装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、少なくとも発光素子とレンズと受光素子とか
らなる２つの光学的センサを、フィルムの計測点を通る
と共にフィルムの平面と直交する直線を中心として対称
となるように対向して配置し、前記光学的センサの発光
素子からの光の計測点への入射角を８０＠〜９０°とし
、前記光学的センサの発行素子側もしくは受光素子側ま
たはこれらの両方の側に光のＳ成分のみを透過させる偏
光フィルタを配置し、かつ、前記２つの受光素子の出力
の平均値を変位計測値とする。

［実施例］ 次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図において符号１は透明なフィルムを示１゜ている
。このフィルム１の表面１ａの計測点Ｏを通る直線ｐ０
を中心として対称になるように２つの発光素子２１．３
１が配置されている。前記発光素子２１．３１と計測点
０との間には１発光素子２１．３１からの光を集光する
ための集光レンズ２２．２３と３１．３３とが配置され
ている。

前記発光素子２１．３１からの光は計測点Ｏで反射され
、この正反射光を受けるようにハーフミラ−２４，３４
が集光レンズ３３．２３と計測点Ｏとの間に配置されて
いる。前記ハーフミラ−２４゜３４からの反射光を受け
るように受光素子２５゜３５が配置されている。前記ハ
ーフミラ−２４゜３４と受光素子２５．３５との間には
光を集光するための受光レンズ２６．２７と受光レンズ
３６゜３７が配置されている。

前記ハーフミラ−２４，３４と計測点０との間には光の
Ｓ成分のみを透過させる偏光フィルタ４゜５が配置され
ている。前記受光素子２５．３５の出力はアンプ６．７
を介して演算回路８に与えられる。前記受光素子２５．
３５の出力をｙ、、ｙとした場合に、演算回路８はｙ、
−（ｙ、＋ｙ、）／２の演算をしてその演算値ｙｃすな
わち変位計測値を出力する。このｙｃはｙ、とｙ、の平
均値である。

前記発光素子２５．３５からの光の入射角θ。

θ２は８０°〜９０°に設定される。このように入射角
θ１．θ２を８０°〜９０°に設定すると。

透明なフィルム１の表面１ａでの光の反射率が５０％以
上となって裏面１ｂへ透過していく光の強度を小さくシ
、かつ、裏面１ｂで正反射した光のフィルム１の表面１
ａを透過する透過率も５０％以下にすることができるか
ら、フィルム１の表面１ａにおける反射光の強度をり、
とじ、受光素子２５．３５への全光強度をり、とじた場
合にり。

／Ｌ、を大きくすることができるので、裏面１ｂからの
反射光が受光素子２５．３５に到達する率を減少させる
ことができる。

前記フィルム１の表面１ａにおける正反射光にはＳ成分
が多く、かつ、フィルム１の裏面１ｂにおける反射光に
はＰ成分が多いから、Ｓ成分のみを透過する偏光フィル
タ４．５を配置して、フィルム１の裏面１ｂにおける反
射光の受光素子２５゜３５へ到達する率を減少させてい
る。

ｆｆ１２図に示すように、前記フィルム１の表面１ａの
基準面（実線で示す面）からの変位をｄとし。

フィルム１の表面１ａの計測点０を中心とした回転角（
すなわちフィルム１０表面１ａの基準面に対する傾き）
をθとすると、前記受光素子２５゜３５の出力ｙ、、ｙ
ｂは次の式で表わされる。

ｙ、−に、（ｄ−に’　　・θ）　　　・・・（１）ｙ
、鴫ｋｍ　　（ｄ＋に’　　・θ）　　　・・・（２）
ただし、に′は光学系の構成により決まる定数であり、
ｋｍ、ｌｃ、はアンプ６．７の増幅度と受光素子２５．
３５の感度とにより決まるゲインである。

そして９通常はに、−に、−ｋに凋整されるので、演算
回路８の出力ｙ６は１次の式で表わされる。

ｙ・−（ｙ・＋ｙｈ　）　／２ −　　＋ｋ（ｄ−ｋ　　’　　　・　θ）　　十　ｋ　
　（ｄ十に’　　　・　θ　〉）／２−ｋｄ　　　　　
　　　　　　　　　　・・・（３）（３）式から、演算
回路８の出力ｙ、すなわち変位計測値は光学系の光軸に
対するフィルム１の表面１ａの傾きθの変化に影響され
ないことがわかる。

第３図は前記フィルム１の表面１ａの変位ｄと受光素子
２５．３５の出力Ｖ−，Ｙｂおよび演算回路８の出力ｙ
、の関係を示すものである。

第３図において１曲線Ａ、Ｂは受光素子２５の出力ｙ、
のθ−ａ、θ−２ａの場合の変化を示しており１曲線Ｃ
，Ｄは受光素子３５の出力ｙ、ｓｗのθ−ａ、θ−２ａ
の場合の変化を示しており。

曲線Ｅは演算回路８の出力ｙ６の変化を示している。

前記発光素子２５と集光レンズ２２．２３と。

ハーフミラ−２４と、受光レンズ２６．２７と受光索子
２５は１つの光学的センサを構成し１発光素子３１と集
光レンズ３２．３３とハーフミラ−３４と受光レンズ３
６．３７と受光素子３５とは他の１つの光学的センサを
構成している。これらの光学的センサはハーフミラ−を
有しない構成とすることもできる。

なお、前記偏光フィルタは光学的センサの発光素子側も
しくは受光素子側のいずれか一方のみに配置してもよい
。

［発明の効果］ 本発明は、フィルムの裏面からの反射光の影響を小さく
してフィルムの変位計測の精度を向上させ、かつ、光学
系の光軸に対してフィルムの傾きが変化しても計測誤差
が生じにくい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学的変位計測装置の一実施例を示す
構成図、第２図は同上装置により計測するフィルムの状
態を説明するための図、第３図は同上装置の受光素子お
よび演算回路の出力とフィルムの表面の変位の関係を示
す図並びに第４図乃至第７図は従来の光学的変位計測装
置の構成を示す構成図である。 １・・・フィルム、２１．３１・・・発光素子、２２゜
２３．３２．３３・・・集光レンズ、２４．３５・・・
ハーフミラ− ２６゜ ２７゜ ３６゜ ７・・・受光レン ズ、２５．３５・・・受光素子、８・・・演算回路。 第２図 第３図 変ず立　ｄ ￥４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも発光素子とレンズと受光素子とからな
   る２つの光学的センサを、フィルムの計測点を通ると共
   にフィルムの平面と直交する直線を中心として対称とな
   るように対向して配置し、前記光学的センサの発光素子
   からの光の計測点への入射角を８０°〜９０°とし、前
   記光学的センサの発光素子側もしくは受光素子側または
   これらの両方の側に光のＳ成分のみを透過させる偏光フ
   ィルタを配置し、かつ、前記２つの受光素子の出力の平
   均値を変位計測値とすることを特徴とする光学的変位計
   測装置。