JPH04168308A - 非接触式厚み・屈折率測定装置 - Google Patents
非接触式厚み・屈折率測定装置Info
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- JPH04168308A JPH04168308A JP29495290A JP29495290A JPH04168308A JP H04168308 A JPH04168308 A JP H04168308A JP 29495290 A JP29495290 A JP 29495290A JP 29495290 A JP29495290 A JP 29495290A JP H04168308 A JPH04168308 A JP H04168308A
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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。
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〕
本発明は透明物体の厚みもしくは屈折率を測定する非接
触式の厚み・屈折率測定装置に関する。
触式の厚み・屈折率測定装置に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来の
非接触厚み測定装置としては例えば第４図や第５図に示
したようなものがある。
非接触厚み測定装置としては例えば第４図や第５図に示
したようなものがある。
第４図の例は光学式外径測定機を応用した装置で、投光
部２１と受光部２２の間に被測定物体２３を置き、投光
部２１から射出される平行光束ＬＢの一部を被測定物体
２３がその厚みにより遮るように配置し、受光部２２が
被測定物体２３の影を検出するようにしたものである。
部２１と受光部２２の間に被測定物体２３を置き、投光
部２１から射出される平行光束ＬＢの一部を被測定物体
２３がその厚みにより遮るように配置し、受光部２２が
被測定物体２３の影を検出するようにしたものである。
また第５図の例は光学式変位測定機を応用した装置で、
投光部を光源２４とレンズ２５で楕成し、受光部をレン
ズ２６と光センサ２７で構成し、被測定物体２８の表面
にレーザー光りを照射し、図中矢印方向に移動する被測
定物体２８の表面上で反射したレーザー光りの変位（光
センサ２７の近傍に付した矢印方向での変位）で被測定
物体２８の位置を検出するようにしたものである。
投光部を光源２４とレンズ２５で楕成し、受光部をレン
ズ２６と光センサ２７で構成し、被測定物体２８の表面
にレーザー光りを照射し、図中矢印方向に移動する被測
定物体２８の表面上で反射したレーザー光りの変位（光
センサ２７の近傍に付した矢印方向での変位）で被測定
物体２８の位置を検出するようにしたものである。
ところがこれら従来の装置は、透明もしくは半透明のガ
ラスやプラスチック類のようなレーザー光を透過させる
物体（以下、透明物体という。）についてはレーザー光
の透過により厚みを正確に測定することはできない。
ラスやプラスチック類のようなレーザー光を透過させる
物体（以下、透明物体という。）についてはレーザー光
の透過により厚みを正確に測定することはできない。
この透明物体の厚み測定という問題を解決したものとし
て特開昭５８−１６１８０８号公報に示される装置があ
る。この装置は第６図に示すようなもので、レーザー光
源３０から射出した平行なレーザー光りをレンズ３１．
３２で集束光束とし、レンズ３２とその焦点Ｃとの間に
被測定物体である透明物体３３を配し、透明物体３３を
透過したレーザー光りの屈折による焦点ずれを検出し、
その焦点ずれにより透明物体３３の厚さを求めるという
ものである。焦点ずれの検出のためには４分割光検出器
３４、集束レンズ３５、シリンドリカルレンズ３６等か
らなる光学系３７を用いており、被測定物体である透明
物体３３の厚みを含む所定の範囲の厚みに対して光学系
３７の出力がリニアになるよう設計するものとなってい
る（第７図参照）。
て特開昭５８−１６１８０８号公報に示される装置があ
る。この装置は第６図に示すようなもので、レーザー光
源３０から射出した平行なレーザー光りをレンズ３１．
３２で集束光束とし、レンズ３２とその焦点Ｃとの間に
被測定物体である透明物体３３を配し、透明物体３３を
透過したレーザー光りの屈折による焦点ずれを検出し、
その焦点ずれにより透明物体３３の厚さを求めるという
ものである。焦点ずれの検出のためには４分割光検出器
３４、集束レンズ３５、シリンドリカルレンズ３６等か
らなる光学系３７を用いており、被測定物体である透明
物体３３の厚みを含む所定の範囲の厚みに対して光学系
３７の出力がリニアになるよう設計するものとなってい
る（第７図参照）。
即ち、この特開昭５８−１６１８０８号公報に示される
装置においては、レーザーの集束検出機のリニアリティ
ーが制限され、このため被測定物体の厚さに適した光学
系をそれぞれ設定せねばならず、汎用性に乏しく、また
測定範囲が限定されるという大きな欠点がある。
装置においては、レーザーの集束検出機のリニアリティ
ーが制限され、このため被測定物体の厚さに適した光学
系をそれぞれ設定せねばならず、汎用性に乏しく、また
測定範囲が限定されるという大きな欠点がある。
また従来の非接触式屈折率測定装置では、種々の浸漬液
を用いたり、顕微鏡にあてる方法で屈折率を求めていた
が、これらは非常に煩わしいものであり、この煩わしさ
の解決のために特開昭６３−１８８７４２号公報に示さ
れる技術が提案されていた。
を用いたり、顕微鏡にあてる方法で屈折率を求めていた
が、これらは非常に煩わしいものであり、この煩わしさ
の解決のために特開昭６３−１８８７４２号公報に示さ
れる技術が提案されていた。
特開昭６３−１８８７４２号公報に示される技術は、透
明なディスク基板の屈折率を測定するためのもので、第
８図に示すようにレーザー光源４０、レーザー光源４０
から射出されるレーザー光りを平行光にするレンズ４１
、平行光となったレーザー光りを集束させるレンズ４２
、集束するレーザー光りを再び平行光にするコリメータ
レンズ４３及び光センサ４４からなるものである。そし
て被測定物である透明なディスク基板４５をレンズ４２
とコリメータレンズ４３との間に配し、レーザー光源４
０から射出したレーザー光りをディスク基板４５の光セ
ンサ４４側の面上で焦点を結ばせ、屈折率を測定するよ
うになっている。
明なディスク基板の屈折率を測定するためのもので、第
８図に示すようにレーザー光源４０、レーザー光源４０
から射出されるレーザー光りを平行光にするレンズ４１
、平行光となったレーザー光りを集束させるレンズ４２
、集束するレーザー光りを再び平行光にするコリメータ
レンズ４３及び光センサ４４からなるものである。そし
て被測定物である透明なディスク基板４５をレンズ４２
とコリメータレンズ４３との間に配し、レーザー光源４
０から射出したレーザー光りをディスク基板４５の光セ
ンサ４４側の面上で焦点を結ばせ、屈折率を測定するよ
うになっている。
しかしながらこの装置では、非測定物体の表面に平行光
を正確に焦点を結ばせることが非常に困難な上に、非測
定物体の形状が複雑な場合は、その非測定物体を正規位
置に固定することはできないという問題がある。
を正確に焦点を結ばせることが非常に困難な上に、非測
定物体の形状が複雑な場合は、その非測定物体を正規位
置に固定することはできないという問題がある。
さらに厚みと屈折率の両者が測定可能な測定装置は本発
明者らの知る範囲では存在せず、それぞれ単独装置とな
り、設置場所を広くとる必要があると共に多額の設備費
を必要とするという問題点があった。
明者らの知る範囲では存在せず、それぞれ単独装置とな
り、設置場所を広くとる必要があると共に多額の設備費
を必要とするという問題点があった。
本発明は、厚みと屈折率の両者が測定可能で、あらゆる
厚さの透明物体の厚み測定ができ、また透明物体の位置
決めを必要とせずに簡単に屈折率を測定できる非接触式
の厚み・屈折率測定装置を提供することを目的とする。
厚さの透明物体の厚み測定ができ、また透明物体の位置
決めを必要とせずに簡単に屈折率を測定できる非接触式
の厚み・屈折率測定装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る非接触式厚み・
屈折率測定装置は、レーザー光を射出するレーザー光源
、該レーザー光源から射出されるレーザー光を平行光に
変換しかつ該平行光を所定の位置に集束させるレンズ系
及び該レンズ系により集束させたレーザー光のビーム径
を測定するビーム径測定機とからなり、上記レンズ系と
ビーム径測定機との間に被測定物体を配し、該被測定物
体を透過した光の屈折による焦点ずれを検出し、該焦点
ずれより上記被測定物体の厚みもしくは屈折率を求める
構成としである。
屈折率測定装置は、レーザー光を射出するレーザー光源
、該レーザー光源から射出されるレーザー光を平行光に
変換しかつ該平行光を所定の位置に集束させるレンズ系
及び該レンズ系により集束させたレーザー光のビーム径
を測定するビーム径測定機とからなり、上記レンズ系と
ビーム径測定機との間に被測定物体を配し、該被測定物
体を透過した光の屈折による焦点ずれを検出し、該焦点
ずれより上記被測定物体の厚みもしくは屈折率を求める
構成としである。
また本発明に係る非接触式厚み・屈折率測定装置は、上
記ビーム径測定機を上記レーザー光の光軸方向に移動可
能とした構成とすることができる。
記ビーム径測定機を上記レーザー光の光軸方向に移動可
能とした構成とすることができる。
さらに本発明に係る非接触式厚み・屈折率測定装置は、
上記ビーム径測定機に代えて上記レーザー光のビームの
ピーク比を求めるコリメート測定機を用いた構成とする
ことができる。
上記ビーム径測定機に代えて上記レーザー光のビームの
ピーク比を求めるコリメート測定機を用いた構成とする
ことができる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明に係る非接触式厚み・屈折率測定装置の
一実施例の要部を拡大して示す概念図、第２図は本発明
に係る非接触式厚み・屈折率測定装置の一実施例の全体
構成を示す概念図である。
一実施例の要部を拡大して示す概念図、第２図は本発明
に係る非接触式厚み・屈折率測定装置の一実施例の全体
構成を示す概念図である。
本実施例の装置は、レーザー光源１、レーザー光源１か
ら射出されるレーザー光りを平行光に変換するレンズ２
、レンズ２により平行光となったレーザー光りを集束さ
せるレンズ３、及びレンズ３により集束させたレーザー
光りのビーム径を測定するビーム径測定機４とから構成
しである。レーザー光源１としては例えばＨｅ−Ｎｅレ
ーザーダイオードを用いる。またレンズ２．３は１枚又
は複数枚で構成されたレンズ系で、単レンズのみを示す
ものではない。さらにビーム径測定機４は例えばＣＣＤ
やスリットスキャン法などを用いたもので、ねじを切っ
た軸６により光軸方向に移動可能（図中矢印方向）とな
っている。もちろんビーム径測定機４を移動可能にする
機構はこの例のものに限定されない。
ら射出されるレーザー光りを平行光に変換するレンズ２
、レンズ２により平行光となったレーザー光りを集束さ
せるレンズ３、及びレンズ３により集束させたレーザー
光りのビーム径を測定するビーム径測定機４とから構成
しである。レーザー光源１としては例えばＨｅ−Ｎｅレ
ーザーダイオードを用いる。またレンズ２．３は１枚又
は複数枚で構成されたレンズ系で、単レンズのみを示す
ものではない。さらにビーム径測定機４は例えばＣＣＤ
やスリットスキャン法などを用いたもので、ねじを切っ
た軸６により光軸方向に移動可能（図中矢印方向）とな
っている。もちろんビーム径測定機４を移動可能にする
機構はこの例のものに限定されない。
次の本実施例の動作を説明する。
レーザー光源１から出力されたレーザー光りは焦点距１
１ｉｉＦのレンズ３によりその進行方向に屈折し、レン
ズ３の主点から焦点距離Ｆだけ離れた点Ｈ３でそのビー
ム径が最小となる。この点Ｈ１をビーム径測定機４によ
って検出する。
１ｉｉＦのレンズ３によりその進行方向に屈折し、レン
ズ３の主点から焦点距離Ｆだけ離れた点Ｈ３でそのビー
ム径が最小となる。この点Ｈ１をビーム径測定機４によ
って検出する。
ここで被測定物体である板状の透明物体５をレンズ３と
ビーム径測定機４の間に配置すると、第１図のように透
明物体５に角度θ１で入射したレーザー光りは角度θ２
で屈折し、透明物体５から射出するときに再び角度θ１
で屈折する。この結果として透明物体５を透過したレー
ザー光りは点Ｈ２に集束してそのビーム径が最小となり
、焦点位置のずれＳを生じ、点Ｈ１から点Ｈ２までビー
ム径測定機４移動させればその変位Ｈ１Ｈ２、即ちずれ
Ｓを測定することができる。
ビーム径測定機４の間に配置すると、第１図のように透
明物体５に角度θ１で入射したレーザー光りは角度θ２
で屈折し、透明物体５から射出するときに再び角度θ１
で屈折する。この結果として透明物体５を透過したレー
ザー光りは点Ｈ２に集束してそのビーム径が最小となり
、焦点位置のずれＳを生じ、点Ｈ１から点Ｈ２までビー
ム径測定機４移動させればその変位Ｈ１Ｈ２、即ちずれ
Ｓを測定することができる。
ここで空気の屈折率をｎ 、 （＝ １．０００２９２
）、被計測物体である透明物体５の屈折率をｎ２、同じ
く透明物体５の厚みをｔとすると以下の式が導ける。
）、被計測物体である透明物体５の屈折率をｎ２、同じ
く透明物体５の厚みをｔとすると以下の式が導ける。
Ｓ＝ （１−（ｎ、／ｎ、））ｔ −、、（１）これ
を変形して ｔ＝ｎ２Ｓ／（ｎ２−ｎｌ） 、、、（２＞そして
ｎ 、＝ １．０００２９２であるからこれをｎ＝１と
すると ｔ＝ｎ２Ｓ／ （ｎ２−１ ） 、、、（３）と
なる。
を変形して ｔ＝ｎ２Ｓ／（ｎ２−ｎｌ） 、、、（２＞そして
ｎ 、＝ １．０００２９２であるからこれをｎ＝１と
すると ｔ＝ｎ２Ｓ／ （ｎ２−１ ） 、、、（３）と
なる。
したがって、屈折率が既知の透明物体５においては上記
方法で測定した焦点ずれ量を代入することで簡単に厚み
を求めることができる。
方法で測定した焦点ずれ量を代入することで簡単に厚み
を求めることができる。
一方ビーム径測定機４を焦点Ｈ１位置に固定した場合、
透明物体５の挿入前のビーム径を２Ｗｏ、レーザー光り
の波長をλとすると、透明物体５の挿入後のビーム径Ｗ
は次式で表される。
透明物体５の挿入前のビーム径を２Ｗｏ、レーザー光り
の波長をλとすると、透明物体５の挿入後のビーム径Ｗ
は次式で表される。
ｗ２＝ｗｏ” （１＋（（λＳ）２／πＷ。’） 〕、
、、 （４＞ この（４）式より、ずれＳは Ｓ＝（πｗ ｏ’ ／λ）（（ｗ／ｗ。） ２．−１
）””、、、 （５） となり、この値を（３）式に代入することにより透明物
体５の厚さを求めることができる。
、、 （４＞ この（４）式より、ずれＳは Ｓ＝（πｗ ｏ’ ／λ）（（ｗ／ｗ。） ２．−１
）””、、、 （５） となり、この値を（３）式に代入することにより透明物
体５の厚さを求めることができる。
さらにこれらの装置は（１）式を変形してｎ２＝ （１
（Ｓ／１））ｎ、、、、（６）とすることにより、厚み
ｔが既知である透明物体の屈折率を求めることもできる
。
（Ｓ／１））ｎ、、、、（６）とすることにより、厚み
ｔが既知である透明物体の屈折率を求めることもできる
。
なおこれらの計算をマイクロコンピュータ等の演算装置
により行うことにより簡単かつ瞬時の測定が可能になる
。
により行うことにより簡単かつ瞬時の測定が可能になる
。
第３図は本発明の他の実施例を示す概念図である。この
例は、ビーム径測定機をダブルナイフェツジ法等による
ビームのピーク比を求めるコリメート測定機に代えたも
のである。
例は、ビーム径測定機をダブルナイフェツジ法等による
ビームのピーク比を求めるコリメート測定機に代えたも
のである。
ここでダブルナイフェツジ法とは図示のように結像レン
ズ１０のビームウェスト（ＢＷ）の前後をナイフェツジ
１１．１２てスキャンし、その光量の変化を光検出セン
サ１３から求めるものである。ナイフェツジ１１．１２
は例えば回転円盤１５に１８０′離して取付け、この２
枚のナイフェツジ１１．１２の光軸を挟んでの間隔を数
ｍｍ程度に設定し、回転円盤１５をモータ１６により回
転させるようにして装置を構成している。なお図中１４
は演算装置であり、また回転円盤１５は光軸方向に移動
可能なステージ１７に取付けである。
ズ１０のビームウェスト（ＢＷ）の前後をナイフェツジ
１１．１２てスキャンし、その光量の変化を光検出セン
サ１３から求めるものである。ナイフェツジ１１．１２
は例えば回転円盤１５に１８０′離して取付け、この２
枚のナイフェツジ１１．１２の光軸を挟んでの間隔を数
ｍｍ程度に設定し、回転円盤１５をモータ１６により回
転させるようにして装置を構成している。なお図中１４
は演算装置であり、また回転円盤１５は光軸方向に移動
可能なステージ１７に取付けである。
そしてナイフェツジ１１．１２による光量の変化がゼロ
もしくは最小になる位置が結像レンズ１０のビームウェ
スト位置く焦点）となり、結像レンズ１０と回転円盤１
５の間に被計測物体である透明物体を位置させたときと
位置させないときの焦点位置を回転円盤１５の位置を移
動させて検出すれば、透明物体による焦点ずれ量を検出
できる。また回転円盤１５が固定され光軸方向に移動で
きなくても、光検出センサ１３での検出光量の差と光軸
方向の位置の関係を把握することにより、同様な検出が
行える。
もしくは最小になる位置が結像レンズ１０のビームウェ
スト位置く焦点）となり、結像レンズ１０と回転円盤１
５の間に被計測物体である透明物体を位置させたときと
位置させないときの焦点位置を回転円盤１５の位置を移
動させて検出すれば、透明物体による焦点ずれ量を検出
できる。また回転円盤１５が固定され光軸方向に移動で
きなくても、光検出センサ１３での検出光量の差と光軸
方向の位置の関係を把握することにより、同様な検出が
行える。
なおこの実施例における厚み、屈折率の算出は先の実施
例と同様にして行なうのでその説明は省略する。
例と同様にして行なうのでその説明は省略する。
以上説明したように、本発明に係る非接触式厚み・屈折
率測定装置は、集束する光束中に透明物体を位置決めな
しに挿入し、集束光束の焦点ずれ量をビーム径測定機や
コリメート測定機で検出するよう′にしたので、透明物
体の屈折率を既知とすれば、透明物体の厚みに規制され
ることなく任意の厚さを測定でき、透明物体の厚さを既
知とすれば透明物体の屈折率が測定できるようになると
いう効果がある。
率測定装置は、集束する光束中に透明物体を位置決めな
しに挿入し、集束光束の焦点ずれ量をビーム径測定機や
コリメート測定機で検出するよう′にしたので、透明物
体の屈折率を既知とすれば、透明物体の厚みに規制され
ることなく任意の厚さを測定でき、透明物体の厚さを既
知とすれば透明物体の屈折率が測定できるようになると
いう効果がある。
第１図は本発明に係る非接触式厚み・屈折率測定装置の
一実施例の要部を拡大して示す概念図、第２図は本発明
に係る非接触式厚み・屈折率測定装置の一実施例の全体
構成を示す概念図、第３図は本発明の他の実施例を示す
概念図、第４図ないし第８図はそれぞれ従来の非接触厚
み測定装置を示す図である。 ｌ：レーザー光源 ２：レンズ ３：レンズ ４：ビーム径測定機５：透明物
体 Ｓ：焦点位置ずれｎｌ：空気の屈折率 ｎ２：透明物体の屈折率 ｔ：透明物体の厚み Ｌ：レーザー光１０：結像レン
ズ １１．１２：ナイフェツジ １３：光検出センサ １４：演算装置１５：回転円盤
一実施例の要部を拡大して示す概念図、第２図は本発明
に係る非接触式厚み・屈折率測定装置の一実施例の全体
構成を示す概念図、第３図は本発明の他の実施例を示す
概念図、第４図ないし第８図はそれぞれ従来の非接触厚
み測定装置を示す図である。 ｌ：レーザー光源 ２：レンズ ３：レンズ ４：ビーム径測定機５：透明物
体 Ｓ：焦点位置ずれｎｌ：空気の屈折率 ｎ２：透明物体の屈折率 ｔ：透明物体の厚み Ｌ：レーザー光１０：結像レン
ズ １１．１２：ナイフェツジ １３：光検出センサ １４：演算装置１５：回転円盤
Claims (3)
- （１）レーザー光を射出するレーザー光源、該レーザー
光源から射出されるレーザー光を平行光に変換しかつ該
平行光を所定の位置に集束させるレンズ系及び該レンズ
系により集束させたレーザー光のビーム径を測定するビ
ーム径測定機とからなり、上記レンズ系とビーム径測定
機との間に被測定物体を配し、該被測定物体を透過した
光の屈折による焦点ずれを検出し、該焦点ずれより上記
被測定物体の厚みもしくは屈折率を求める非接触式厚み
・屈折率測定装置。 - （２）上記ビーム径測定機を上記レーザー光の光軸方向
に移動可能とした請求項１の非接触式厚み・屈折率測定
装置。 - （３）上記ビーム径測定機に代えて上記レーザー光のビ
ームのピーク比を求めるコリメート測定機を用いた請求
項１または２の非接触式厚み・屈折率測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29495290A JPH04168308A (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 非接触式厚み・屈折率測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29495290A JPH04168308A (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 非接触式厚み・屈折率測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04168308A true JPH04168308A (ja) | 1992-06-16 |
Family
ID=17814419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29495290A Pending JPH04168308A (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 非接触式厚み・屈折率測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04168308A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008070135A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Juki Corp | 撮像装置の光軸ずれ検出方法、及び部品位置検出方法と装置 |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP29495290A patent/JPH04168308A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008070135A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Juki Corp | 撮像装置の光軸ずれ検出方法、及び部品位置検出方法と装置 |
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