JPH06221818A - Measuring apparatus of thickness - Google Patents

Measuring apparatus of thickness

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JPH06221818A
JPH06221818A JP997693A JP997693A JPH06221818A JP H06221818 A JPH06221818 A JP H06221818A JP 997693 A JP997693 A JP 997693A JP 997693 A JP997693 A JP 997693A JP H06221818 A JPH06221818 A JP H06221818A
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light
measured
lens
optical
thickness
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JP997693A
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Japanese (ja)
Inventor
Mataichiro Kiso
又一郎 木曽
Noriyoshi Ishii
知徳 石井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE:To prolong the lifetime of a chopper and to make an apparatus small in size by a method wherein a detection signal obtained from a measured light is made an intermittent signal by an optical scanner having a total reflection mirror disposed on the optical axis and changing an optical path periodically in an arbitrary direction by shaking the mirror, and by a means for intercepting a part of the optical path. CONSTITUTION:A light 2b which is emitted from a light source 2 containing a wavelength to be transmitted through a material 1 to be measured and a wavelength component to be absorbed by the material and is transmitted through the material 1 is made a measured light 2c being vibrated in reciprocation in the vertical direction by the motion of an optical scanner 12. A measured light 2d intercepted by a light- intercepting plate 14 and passed through a condenser lens 15 is divided in two wavelength components by a beam splitter 16 and electric signals generated from the condensed light 2d arriving at photoelectric sensors 7a and 7b become rectangular waves. The outputs of the sensors 7a and 7b obtain a signal p1 or p2 in a time zone t1 in which a light 2c passes the light-intercepting plate 14, while an output signal is made zero by the light-intercepting plate 14 in a time zone t2 in which the light 2c is directed downward. By an indicating device 17 of thickness shown by p1/p2, the thickness of the material 1 is measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は例えばフィルムシート
材、コーティング材等の厚さを光学的に測定する厚さ測
定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thickness measuring device for optically measuring the thickness of a film sheet material, a coating material or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図13は例えば特開昭61−27870
5号公報に記載された従来の赤外線厚さ測定装置の構成
を示す模式図であり、図において、1はベルト状に流れ
ているフィルムシート状の被測定材、2はこの被測定材
1に照射する射出光2aの光源、3は射出光2aをチョ
ッピングするためにスリットが設けられた回転チョッ
パ、4はこの回転チョッパ3を回転駆動するモータ、5
は回転チョッパ3の回転に同期した信号を取り出す同期
検出器、6は被測定材1を透過した透過光2bを光電セ
ンサ7a,7b上に集光する凸レンズ、8は透過光2b
を測定光2Baと2Bbに分割するビームスプリッタ、
9a,9bは測定光2Ba,2Bbの中から特有の領域
の波長光を取り出す光学帯域フィルター、10a,10
bは光電センサ7a,7bの出力信号を処理する信号処
理器11は同期検出器5の出力信号に連動する切り換え
スイッチである。
2. Description of the Related Art FIG. 13 shows, for example, JP-A-61-28700.
It is a schematic diagram which shows the structure of the conventional infrared thickness measuring device described in the publication 5, 1 is a film-sheet-like measured material flowing in a belt shape, 2 is this measured material 1 A light source of the emitted light 2a to be emitted, 3 is a rotary chopper provided with a slit for chopping the emitted light 2a, 4 is a motor for rotationally driving the rotary chopper 3, 5
Is a synchronous detector that extracts a signal synchronized with the rotation of the rotary chopper 3, 6 is a convex lens that collects the transmitted light 2b that has passed through the measured material 1 on the photoelectric sensors 7a and 7b, and 8 is the transmitted light 2b.
A beam splitter for splitting the measurement light into measurement light 2Ba and 2Bb,
Reference numerals 9a and 9b are optical bandpass filters 10a and 10 for extracting wavelength light in a specific region from the measurement light 2Ba and 2Bb.
Reference numeral b denotes a signal processor 11 for processing the output signals of the photoelectric sensors 7a and 7b, and a switch for interlocking with the output signal of the synchronization detector 5.

【0003】次に動作について説明する。光源2の射出
光2aの一部である透過光2bが最終的には光電センサ
7a,7bで捕らえられる訳であるが、被測定材1を光
が透過するときフィルムシートの材質によって種々の透
過特性を示す。例えば透過特性の一つを図17では波長
がλ1のとき被測定材1内の減衰が大であるが、その他
の領域では大きな落ち込みがなく波長λ2でも他と同様
な透過率α2を示している。波長λ1における透過率α1
は被測定材1の厚さに応じて変化することが広く知られ
ており、このほか、被測定材1の着色の度合い,温湿
度,表面粗さによっても透過率が変化する。しかしなが
らα1/α2の比率をとるならば被測定材1の厚さ以外の
情報が相殺され、厚さの測定の精度が向上する。
Next, the operation will be described. The transmitted light 2b which is a part of the emitted light 2a of the light source 2 is finally caught by the photoelectric sensors 7a and 7b. When the light is transmitted through the measured material 1, various transmission is performed depending on the material of the film sheet. Show the characteristics. For example, one of the transmission characteristics shown in FIG. 17 is that the attenuation in the measured material 1 is large when the wavelength is λ 1 , but there is no large drop in other regions, and the same transmittance α 2 is obtained at the wavelength λ 2 as well. Shows. Transmittance at a wavelength λ 1 α 1
Is widely known to change depending on the thickness of the material to be measured 1, and the transmittance also changes depending on the degree of coloring of the material to be measured 1, temperature and humidity, and surface roughness. However, if the ratio of α 1 / α 2 is taken, information other than the thickness of the material to be measured 1 is canceled out, and the accuracy of thickness measurement is improved.

【0004】図13に示す厚さ測定装置では以上の考え
に基づいて構成されており、帯域フィルター9aは波長
λ1の光のみを透過させ、帯域フィルター9bは波長λ2
の光のみを透過させる。これによって、回転チョッパ3
に設けたスリットの数を6個にした場合、同期検出器5
の出力信号の時間波形が図15−A,測定光2Ba,2
Bbを検出して、信号処理された信号処理器10a,1
0bの出力信号がそれぞれ、図15−B,図15−Cに
なる。同期検出器5の出力信号に同期した切り換えスイ
ッチ11の動作によって、当該厚さ測定装置の出力信号
は、図15−AにおけるS1の区間で図15−Bに示す
振幅P1となり、S2の区間で図15−Cに示す振幅P2
となる。そこで、P1とP2の比率を求めることによって
被測定材1の厚さを知ることができるところとなる。こ
こでの大きな特徴は、被測定材1を透過した測定光が微
弱であるため、回転チョッパ3の動作によって図18−
B,Cに示す特殊な信号に変換したのちロックインアン
プなどを用いて同期整流して、等価的にS/N比を高め
る方法をとっていることにある。
The thickness measuring device shown in FIG. 13 is constructed on the basis of the above idea. The band filter 9a transmits only the light of the wavelength λ 1 and the band filter 9b transmits the wavelength λ 2
Only the light of is transmitted. As a result, the rotary chopper 3
If the number of slits provided in the
The time waveform of the output signal of FIG. 15A is the measurement light 2Ba, 2
Signal processor 10a, 1 which has detected Bb and has been subjected to signal processing
The output signals of 0b are shown in FIGS. 15-B and 15-C, respectively. Due to the operation of the change-over switch 11 synchronized with the output signal of the synchronization detector 5, the output signal of the thickness measuring apparatus has the amplitude P 1 shown in FIG. 15-B in the section of S 1 in FIG. 15-A and S 2 The amplitude P 2 shown in FIG.
Becomes Therefore, the thickness of the material to be measured 1 can be known by obtaining the ratio of P 1 and P 2 . The main feature here is that the measurement light transmitted through the material to be measured 1 is weak, so that the operation of the rotary chopper 3 causes the measurement light shown in FIG.
This is because a special signal shown in B and C is converted and then synchronously rectified using a lock-in amplifier or the like to equivalently increase the S / N ratio.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の厚さ測定装置は
以上のように構成されているので、S/N比を高めるた
めに断片波長とするチョッパが駆動モータに連動される
回転形のチョッパであり、駆動系に軸受を必要として使
用寿命の限界又振動で測定系のS/N比を低下させるこ
と、また、回転部が小形化の障害となるなどの問題点が
あった。
Since the conventional thickness measuring device is constructed as described above, the rotary chopper in which the chopper for setting the fragment wavelength to increase the S / N ratio is interlocked with the drive motor. However, there is a problem that a bearing is required for the drive system, the S / N ratio of the measurement system is lowered due to the limit of service life or vibration, and the rotating part becomes an obstacle to downsizing.

【0006】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、チョッパの長寿命化、精度の高
いチョッピング動作で測定精度の向上さらに装置のコン
パクト化を計る厚さ測定装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and provides a thickness measuring apparatus for extending the life of the chopper, improving the measuring accuracy by highly accurate chopping operation, and further making the apparatus compact. The purpose is to get.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
の厚さ測定装置は、被測定材に射出光を透過する光源
と、透過光の光軸上で入光に対し常時反射面の傾斜が変
化する全反射ミラーを有し反射後の光軸を中心に光路を
両振幅させる光学スキャナと光路の光軸の下側を遮光す
る遮光手段とでなり透過光をチョッピングした測定光と
する波長変換部と、集光レンズで集光され入光する測定
光を選択的に光路変更するビームスプリッタと選択され
た光路と対応して配置されそれぞれ異なる波長特性を有
する光電センサとでなり測定光から測定波長と比較波長
の電気信号を出力する受光部と、両電気信号を入力し各
振幅の比を演算処理する厚さ指示装置とで構成したもの
である。
[Means for Solving the Problems] Claim 1 according to the present invention
The thickness measuring device has a light source that transmits the emitted light to the material to be measured, and a total reflection mirror in which the inclination of the reflecting surface always changes with respect to the incident light on the optical axis of the transmitted light, and the optical axis after reflection is A wavelength converter that consists of an optical scanner that both amplitudes the optical path in the center and a light-shielding unit that shields the lower side of the optical axis of the optical path. A beam splitter that selectively changes the optical path of light and a light receiving unit that is arranged corresponding to the selected optical path and that has photoelectric sensors having different wavelength characteristics, and that outputs an electric signal of a measurement wavelength and a comparison wavelength from the measurement light, It is configured by a thickness indicating device which inputs both electric signals and calculates the ratio of each amplitude.

【0008】又、請求項2の厚さ測定装置は、請求項1
に記載の内集光レンズを直列に近接あるいは接して配置
した第1および第2の凸レンズで構成したものである。
A thickness measuring device according to a second aspect of the present invention is the first aspect.
The inner condensing lens described in (1) is composed of first and second convex lenses arranged in series close to or in contact with each other.

【0009】又、請求項3の厚さ測定装置は、請求項1
に記載の内遮光手段は集光レンズの光軸より下側が遮光
コーティングされたレンズ又は下側がカットされたハー
フ形レンズで構成したものである。
Further, the thickness measuring device of claim 3 is the same as that of claim 1.
The inner light-shielding means described in (1) is composed of a lens having a light-shielding coating on the lower side of the optical axis of the condenser lens or a half-shaped lens having the lower side cut.

【0010】又、請求項4の厚さ測定装置は、請求項1
に記載の内波長変換部は入光する透過光が内部に生成さ
れる発振周波数の粗密度合いで屈折度も変え出力し光軸
を中心に光路を揺動状に両振幅させる音響光学素子と光
軸の下側を遮光する遮光手段で構成するものである。
A thickness measuring device according to a fourth aspect of the present invention is the first aspect.
The internal wavelength conversion unit described in 1 changes the refraction index by changing the degree of refraction depending on the coarse density of the oscillation frequency of the transmitted light that is generated inside, and outputs the acousto-optical element that swings the optical path around the optical axis in a swinging manner. It is configured by a light-shielding device that shields the lower side of the shaft.

【0011】又、請求項5の厚さ測定装置は、請求項1
又は4の記載において、光源と被測定材間に第1のシリ
ンドリカルレンズを被測定材の透過側に近接してシリン
ドリカルレンズをそれぞれ光軸に直交して設け且つ第2
のシリンドリカルレンズの第2シリンドリカルレンズに
対応する位置に第2の集光レンズを配して構成したもの
である。
A thickness measuring device according to a fifth aspect of the present invention is the first aspect.
Or 4, the first cylindrical lens is provided between the light source and the material to be measured in proximity to the transmission side of the material to be measured, and the cylindrical lens is provided orthogonal to the optical axis, and the second lens is provided.
The second condensing lens is arranged at a position corresponding to the second cylindrical lens of the cylindrical lens.

【0012】又、請求項6の厚さ測定装置は、請求項5
の第1のシリンドリカルレンズに変えて光軸上で入光に
対し常時反射面の傾斜が変化する全反射ミラーを有し射
出光の光路を被測定材幅領域で周期的に移動させる第2
の光学スキャナで構成したものである。
A thickness measuring device according to a sixth aspect of the present invention is the fifth aspect.
The first cylindrical lens is replaced by a total reflection mirror in which the inclination of the reflecting surface is constantly changed with respect to the incident light on the optical axis, and the optical path of the emitted light is moved periodically in the width region of the material to be measured.
It is composed of the optical scanner.

【0013】[0013]

【作用】この発明における厚さ測定装置は、測定光の光
路を角振幅させる光学スキャナと光路を断続的に遮光す
る遮光手段により断片波長が得られるため駆動が小さく
故障および振動を減少させる。
In the thickness measuring apparatus according to the present invention, since the fragment wavelength is obtained by the optical scanner for angularly oscillating the optical path of the measuring light and the light shielding means for intermittently shielding the optical path, the driving is small and the failure and the vibration are reduced.

【0014】又、第2凸レンズによって第1凸レンズの
焦点位置が近づけられ装置の小形化を可能にする。
Further, the focal point of the first convex lens is brought closer by the second convex lens, which enables downsizing of the apparatus.

【0015】又、第1のシリンドリカルレンズが射出光
を拡散光として被測定材の広い範囲に照射し被測定材の
平均厚さの即時測定を可能にする。
Further, the first cylindrical lens irradiates the emitted light as diffused light to a wide range of the material to be measured, and enables the immediate measurement of the average thickness of the material to be measured.

【0016】又、第2の光学スキャナが射出光の光路を
被測定材幅方向で移動させることにより連続的にスキャ
ンでき被測定材の厚さを広い範囲で連続的に測定でき
る。
Further, the second optical scanner can continuously scan by moving the optical path of the emitted light in the width direction of the material to be measured so that the thickness of the material to be measured can be continuously measured in a wide range.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

実施例1.以下、この発明の実施例1を図について説明
する。図1はこの発明の実施例1における厚さ測定装置
の構成を示す模式図、図2は図1における光学スキャナ
を機能的に示す動作説明図、図3は図1における光電セ
ンサの出力波形を示す波形線図である。図において、1
2は光源2から射出され被測定材1を透過した透過光2
bを光学的にスキャンするため、小形ミラーを搭載した
光学スキャナである。光学スキャナの詳細な構造例を図
2に示す。同図において、12aは長小判状の電磁コイ
ル、12bはこのコイル12aに固定されたシャフト、
12cはこのシャフト12bに取り付けた小形ミラーで
あり、全体はシャフト12bの長軸まわりに回転揺動可
能なように、柔軟な例えばコイルばね12dで指示され
ている。13は光学スキャナを駆動する例えば交流アン
プなどのドライバー、2cは光学スキャナ12によって
光路が揺動状に両振幅する測定光、14はこの両振幅す
る測定光2cの半分を遮光する遮光板、15は測定光2
cを集光する凸レンズ、又は凸レンズ系である。なお、
光学スキャナ12が揺動していない即ち反射面が傾斜し
ていない状態での光軸上に光学スキャナ12の中心a、
遮光板14の上端、凸レンズ15の中心Oが直線上に並
ぶように配置する。16は凸レンズ15を通過した集光
測定光2dを2分割するビームスプリッタである。
Example 1. Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a thickness measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an operation explanatory diagram functionally showing the optical scanner in FIG. 1, and FIG. 3 is an output waveform of a photoelectric sensor in FIG. It is a waveform diagram shown. In the figure, 1
Reference numeral 2 denotes a transmitted light 2 emitted from the light source 2 and transmitted through the measured material 1.
This is an optical scanner equipped with a small mirror for optically scanning b. FIG. 2 shows a detailed structural example of the optical scanner. In the figure, 12a is an elliptical electromagnetic coil, 12b is a shaft fixed to this coil 12a,
Reference numeral 12c is a small mirror attached to the shaft 12b, and the whole is designated by a flexible coil spring 12d, for example, so as to be rotatable about the long axis of the shaft 12b. Reference numeral 13 is a driver for driving an optical scanner, such as an AC amplifier, 2c is measurement light whose optical path is oscillated in both directions by the optical scanner 12, 14 is a light-shielding plate which shields half of both amplitudes of the measurement light 2c, 15 Is the measuring light 2
It is a convex lens or a convex lens system that collects c. In addition,
The center a of the optical scanner 12 is placed on the optical axis when the optical scanner 12 is not swinging, that is, the reflecting surface is not tilted.
The upper end of the light shielding plate 14 and the center O of the convex lens 15 are arranged in a straight line. Reference numeral 16 denotes a beam splitter that divides the condensed measurement light 2d that has passed through the convex lens 15 into two.

【0018】なお、光電センサ7a,7b光学フィルタ
ー9a,9bは従来と同一のものであり、光電センサ7
a,7bの出力信号は厚さ指示装置17に入力され、信
号処理された後、発振器13aからの同期信号を参照し
て同期整流され、目的とする厚さを算出指示する。な
お、厚さ指示装置の汎用的装置としてロックインアンプ
があげられる。
The photoelectric filters 7a and 7b are the same as the conventional optical filters 9a and 9b.
The output signals of a and 7b are input to the thickness indicating device 17, subjected to signal processing, and then synchronously rectified with reference to the synchronizing signal from the oscillator 13a to instruct calculation of a target thickness. A lock-in amplifier is a general-purpose device for the thickness indicating device.

【0019】図1に示す厚さ測定装置の動作の説明とと
もに、図2に示す光学スキャナの動作を説明する。直流
磁界(N→S)内に設置されたコイル12aに交流電流
が流入すると、当該コイル12aの上側と下側とは逆方
向に流れるため、フレミングの左手の法則による力は、
コイル12aの上側と下側とは逆方向に働くこととな
り、シャフト12bの長手方向回りで小形ミラー12c
が入光に対し傾斜を変化することになる。この光学スキ
ャナ12の動作によって透過光2bは一平面上で光路を
揺動状に両振幅する測定光2cになる。遮光板14で遮
光しているため、光電センサ7a,7bに到達した集光
測定光2dは図3に示すような矩形状の波形となり、測
定光2cが遮光板14を通過した時間帯t1はP1または
2の信号を得、測定光2cが下向きとなり遮光板14
でさえぎられた時間帯t2では出力信号がゼロになる。
The operation of the optical scanner shown in FIG. 2 will be described together with the operation of the thickness measuring apparatus shown in FIG. When an alternating current flows into the coil 12a installed in the DC magnetic field (N → S), the upper side and the lower side of the coil 12a flow in the opposite directions, so that the force according to Fleming's left-hand rule is
The upper side and the lower side of the coil 12a work in opposite directions, and the small mirror 12c is rotated around the longitudinal direction of the shaft 12b.
Changes the inclination with respect to the incident light. By the operation of the optical scanner 12, the transmitted light 2b becomes the measuring light 2c which oscillates in both directions along the optical path on one plane. Due to the light shielding by the light shielding plate 14, a photoelectric sensor 7a, condensing measurement light 2d reaching the 7b becomes a rectangular waveform as shown in FIG. 3, the measuring beam 2c time zone passes through the light shielding plate 14 t 1 Obtains the signal of P 1 or P 2 and the measuring light 2c is directed downward and the light shield plate 14
The output signal becomes zero in the time period t 2 which is interrupted.

【0020】図3A,Bに示す信号が光電センサ7a,
7bによって得られ、P1/P2の厚さ指示装置17によ
って求め被測定材1の厚さが測定される。なお、上記光
学スキャナ12の代わりに直記式電磁オッシログラフの
振動子のように光学スキャナ12の構造に類似している
が簡単な構造の部品を使用することも勿論可能であり、
全体の構造が簡単で小形になる。
The signals shown in FIGS. 3A and 3B are photoelectric sensors 7a,
7b, and the thickness of the measured material 1 is measured by the P 1 / P 2 thickness indicating device 17. Instead of the optical scanner 12, it is of course possible to use a component having a simple structure similar to the structure of the optical scanner 12, such as a vibrator of a direct-write electromagnetic oscillograph,
The whole structure is simple and compact.

【0021】実施例2.なお、ここで実施例1の構成で
凸レンズ15の位置について最適状態の選定を実施例2
として説明する。凸レンズ15、または凸レンズ系の焦
点位置よりも短い位置に凸レンズ15または凸レンズ系
を設置した場合には、図4Aに示す如く凸レンズ15を
通過した測定光2cは光電センサ7a,7b上に集光さ
れることなく拡散する。同様に図4Bにおいて光学スキ
ャナの位置aを凸レンズの焦点位置に合わせると凸レン
ズを通過した光も光電センサ上に達しない。また、図4
Cに示す如く焦点位置fと2fの間に光学スキャナの位
置aがあるときには凸レンズの通過光は集光する傾向に
あるものの、集光する距離が極めて長くなり、光学系の
コンパクト化には不向きである。しかしながら、焦点距
離の2倍の位置にaがあるとき図4−Dは凸レンズの通
過光は−2fの位置で凸レンズの通過光は集光する。こ
の条件での各部品の配置が光学系のコンパクト化には最
も良い条件となる。なお図4−Eに示す如く2fよりも
左側の位置にaがある場合にも凸レンズの通過光は−f
と−2fの間で集光されるが、前記図4−Cと同様に光
路長が長くなり、光学系のコンパクト化には不向きであ
る。
Example 2. In addition, here, with the configuration of the first embodiment, selection of the optimum state for the position of the convex lens 15 is performed in the second embodiment.
As described below. When the convex lens 15 or the convex lens system is installed at a position shorter than the focal position of the convex lens 15 or the convex lens system, the measurement light 2c passing through the convex lens 15 is condensed on the photoelectric sensors 7a and 7b as shown in FIG. 4A. Spread without. Similarly, in FIG. 4B, when the position a of the optical scanner is set to the focal position of the convex lens, the light passing through the convex lens does not reach the photoelectric sensor. Also, FIG.
As shown in C, when the position a of the optical scanner is between the focal positions f and 2f, the light passing through the convex lens tends to be focused, but the focusing distance becomes extremely long, which is not suitable for downsizing the optical system. Is. However, when a is located at a position twice the focal length, the light passing through the convex lens is focused at the position -2f in FIG. The arrangement of each component under this condition is the best condition for making the optical system compact. Even when there is a at a position on the left side of 2f as shown in FIG. 4-E, the light passing through the convex lens is -f.
Although the light is condensed between 2f and -2f, the optical path length becomes long as in the case of FIG. 4C, which is not suitable for making the optical system compact.

【0022】実施例3.また、光路系のコンパクト化の
ため、図5に示す如く凸レンズ15を第1の凸レンズ1
5aと第2の凸レンズ15bの組み合わせたものとし光
学スキャナ12と第1の凸レンズ15aとの距離を当該
レンズの焦点距離に合わせて配置し、第2の凸レンズ1
5bを第1の凸レンズ15aに接して配置して第2の凸
レンズ15bの焦点距離に合わせて光電センサ7a,7
bの先端位置b1,b2を配置することで光路系をコンパ
クト化できる。なお、光源2からの射出光2aが有限の
径をもつ平行光の場合には第1の凸レンズ15aの出力
光は光軸O12に対し平行であるものの当該レンズから
離れるに従い径が絞られていくこととなるため第2の凸
レンズ15bを第1の凸レンズ15aから離して設置す
ると光電センサ7a,7bの先端b1,b2上で測定光が
絞られなくなり、ただでさえ微弱な光電センサ7a,7
bの出力信号が極端に小さくなり厚さ測定の精度が大幅
に低下する。そのため、極力第2の凸レンズ15bの位
置を第1の凸レンズ15aに接触して配置することで測
定光が光電センサ7a,7bの先端b1,b2上で集光し
て、かつ焦点を結ぶことが可能になる。すなわち、光路
系をコンパクトにすることができ、光電検出の効率が良
好な厚さ測定装置を得ることができる。
Example 3. In order to make the optical path system compact, the convex lens 15 is replaced by the first convex lens 1 as shown in FIG.
5a and the second convex lens 15b are combined, and the distance between the optical scanner 12 and the first convex lens 15a is arranged according to the focal length of the lens.
5b is arranged in contact with the first convex lens 15a, and the photoelectric sensors 7a, 7 are aligned with the focal length of the second convex lens 15b.
By arranging the tip positions b 1 and b 2 of b, the optical path system can be made compact. When the emitted light 2a from the light source 2 is a parallel light having a finite diameter, the output light of the first convex lens 15a is parallel to the optical axis O 1 b 2, but its diameter is reduced as the distance from the lens increases. Therefore, if the second convex lens 15b is installed away from the first convex lens 15a, the measurement light cannot be narrowed down on the tips b 1 and b 2 of the photoelectric sensors 7a and 7b, and the photoelectric sensor 7a, 7b is weak even if it is weak. Sensors 7a, 7
The output signal of b is extremely small, and the accuracy of thickness measurement is greatly reduced. Therefore, by arranging the position of the second convex lens 15b in contact with the first convex lens 15a as much as possible, the measurement light is focused on the tips b 1 and b 2 of the photoelectric sensors 7a and 7b and is focused. It will be possible. That is, the optical path system can be made compact, and a thickness measuring device with good photoelectric detection efficiency can be obtained.

【0023】実施例4.実施例1の厚さ測定装置では光
学スキャナ12の傾斜変化角は光軸に対し上下対称とな
り、図3における矩形波のt1とt2の比が同一であり、
これが理想的な状態である。ロックインアンプ等の厚さ
指示装置ではt1とt2の比率が多少とも変化すると厚さ
の測定値が変化するため、常に一定にしておく必要があ
る。しかしながら、ドライバ13の出力電圧の非線形
性、光学スキャナの中立点の変化、温度変化にともなう
各構成部品の位置ずれによって、前記のt1とt2が異な
る場合がある。この場合の対策として図1,図5におけ
る遮光板14を矢印方向に微動調整可能な構造にした。
これによって、光学スキャナ12の動作で光路が揺動状
に両振幅される測定光の丁度半分を凸レンズ15に導
き、図3のt1とt2の比率を同一にして、厚さ測定の精
度の確保を図ることができる。
Example 4. In the thickness measuring device of the first embodiment, the tilt change angle of the optical scanner 12 is vertically symmetrical with respect to the optical axis, and the ratio of t 1 and t 2 of the rectangular wave in FIG. 3 is the same,
This is the ideal situation. In a thickness indicating device such as a lock-in amplifier, the measured value of the thickness changes if the ratio of t 1 and t 2 changes to some extent, so it must be kept constant. However, the above t 1 and t 2 may differ due to the non-linearity of the output voltage of the driver 13, the change of the neutral point of the optical scanner, and the positional deviation of each component due to the temperature change. As a countermeasure in this case, the light shielding plate 14 in FIGS. 1 and 5 has a structure in which fine movement adjustment is possible in the arrow direction.
As a result, exactly half of the measuring light whose optical path is oscillated in both directions by the operation of the optical scanner 12 is guided to the convex lens 15, and the ratio of t 1 and t 2 in FIG. Can be secured.

【0024】実施例5.前述の如く、実施例1,5の図
1,図5において光学スキャナ12によって光路を揺動
状に両振幅する測定光の断面は直線、又は細長い長方形
であるため、円形の凸レンズの前面が利用されていな
い。このため、正面が図6−A、断面が図6−Bのよう
なシリンドリカルレンズ18であってもよい。このシリ
ンドリカルレンズ18の採用によって、レンズ用のホル
ダーが簡単な構造となり、また全体が小形軽量となり製
造と組立が容易になる。
Example 5. As described above, in FIGS. 1 and 5 of the first and fifth embodiments, the cross section of the measuring light that oscillates both sides of the optical path by the optical scanner 12 is a straight line or an elongated rectangle, so that the front surface of the circular convex lens is used. It has not been. Therefore, the cylindrical lens 18 shown in FIG. 6-A on the front side and the cross-section shown in FIG. 6-B may be used. By adopting this cylindrical lens 18, the lens holder has a simple structure, and the overall size and weight are small, which facilitates manufacturing and assembly.

【0025】実施例6.また、上記各実施例では遮光板
15は凸レンズ、又は凸レンズ系とは別置きにしたが、
図7に示す如くレンズの前面側の半分を遮光コーティン
グ19して、測定光2cを遮光してもよい。この場合レ
ンズ自体を同図の矢印方向に動かす構造にすることで実
施例4の目的とした測定光の時間幅(図3のt1とt2
の調整が図れる。これによって、遮光板を省略できるの
で構造が簡単になる。
Example 6. Further, in each of the above embodiments, the light shielding plate 15 is provided separately from the convex lens or the convex lens system.
As shown in FIG. 7, the front half of the lens may be coated with a light blocking coating 19 to block the measurement light 2c. In this case, by making the lens itself move in the direction of the arrow in the figure, the time width of the measuring light intended for Example 4 (t 1 and t 2 in FIG. 3).
Can be adjusted. This simplifies the structure because the light shield plate can be omitted.

【0026】実施例7.以上の実施例では測定光後方の
集光レンズは光軸の上方、下方ともにレンズを配する構
成であったが図8に示す如く遮光した下方をカットした
ハーフ形レンズ20を使用してもよい。これによってよ
り一層構造の小形化、軽量化を図ることができる。
Example 7. In the above embodiment, the condenser lens behind the measurement light has a structure in which the lens is arranged both above and below the optical axis, but as shown in FIG. . This makes it possible to further reduce the size and weight of the structure.

【0027】実施例8.以上の各実施例では、測定光の
揺動法として光学スキャナ12を使用する方法をとった
が入力の透過光2bに対し、図9に示す如く音響光学素
子21を配置し、通過光として測定光2cの方向を変化
させてもよい。図9において、高周波発振器の信号をア
ンプ23で増幅して電極21aに電圧を印加することで
音響光学素子21内に粗密波が生成され、その粗密の度
合いによって入力光が反射・屈折される。なお粗密の度
合いは高周波発振器22の発振周波数で決定されるた
め、入力光の屈折角を変化させ測定光の光路を揺動状に
振幅するには発振周波数を連続的に変化させることで実
行できる。
Example 8. In each of the above embodiments, the method of using the optical scanner 12 is used as the swinging method of the measuring light, but the acousto-optical element 21 is arranged as shown in FIG. The direction of the light 2c may be changed. In FIG. 9, a signal of a high frequency oscillator is amplified by an amplifier 23 and a voltage is applied to the electrode 21a to generate a compressional wave in the acousto-optic element 21, and the input light is reflected and refracted depending on the degree of the compressional density. Since the degree of density is determined by the oscillation frequency of the high-frequency oscillator 22, it is possible to change the refraction angle of the input light and swing the optical path of the measurement light in an oscillating manner by continuously changing the oscillation frequency. .

【0028】実施例9.以上の実施例で測定光(入力
光)を揺動する場合、光学スキャナ12に印加する電圧
波形は特定せず、一般的な正弦波を想定して全体を構成
し、説明を加えたが、発振器13aの出力波を矩形波図
10Aとして光学スキャナ12を矩形状に揺動図10B
にすることで光電センサ7a,7bの出力信号が良好な
ものとなる。すなわち、実施例4で述べた光電センサ7
a,7bの出力信号のt1,t2のずれに対する問題につ
いては、測定光2cが上端の光路と下端の光路にとどま
る時間が長くレンズの中心を通過する時間が短いため、
そのずれをほとんどなくすという対策になり得、図3の
1/P2をより正確に測定でき厚さ測定の精度が向上す
ることとなる。
Example 9. When the measurement light (input light) is oscillated in the above embodiment, the voltage waveform applied to the optical scanner 12 is not specified, and a general sine wave is assumed to configure the whole and the description is added. The output wave of the oscillator 13a is a rectangular wave in FIG. 10A, and the optical scanner 12 is oscillated in a rectangular shape in FIG. 10B.
By this, the output signals of the photoelectric sensors 7a and 7b become good. That is, the photoelectric sensor 7 described in the fourth embodiment
Regarding the problem with respect to the deviation of t 1 and t 2 of the output signals of a and 7b, since the measurement light 2c stays in the upper optical path and the lower optical path for a long time and passes through the center of the lens for a short time,
This deviation can be almost eliminated, and P 1 / P 2 in FIG. 3 can be measured more accurately, which improves the accuracy of thickness measurement.

【0029】実施例10.上記実施例では被測定材1の
ある1箇所にスポット状の光を出射させて、厚さを測る
ものとし、ベルト状に流れている被測定材1の別の位置
を測る場合には光源2、および光電検出系全体を移動さ
せる構造を基本的な考えとしていたが、被測定材1の流
れの方向と直交方向に直線状の射出光を当てこの光の透
過光を測定光として検出して厚さを測定すれば被測定材
1への光出射箇所の厚さの平均値を測定することができ
る。この実施例を図11に示す。同図において、光源2
からの直線状、又は円筒状、射出光2aを第1のシリン
ドリカルレンズ24に入射し、帯状、かつ二等等三角形
状の拡散光24aにして被測定材1に照射し、この被測
定材1の透過光を幅の狭い第2のシリンドリカルレンズ
25で集光し、凹レンズ26等を用い、以下、上記実施
例と同様な光学スキャナ12等に入光させ、信号処理に
よって厚さを測定する。これによって、図11の被測定
材1に光を照射させた領域の平均厚さが測定できる。
Example 10. In the above embodiment, the spot-like light is emitted to one place on the measured material 1 to measure the thickness, and the light source 2 is used to measure another position of the measured material 1 flowing in a belt shape. , And the structure for moving the photoelectric detection system as a whole was used as a basic idea, but a linear emission light was applied in a direction orthogonal to the flow direction of the measured material 1 and the transmitted light of this light was detected as measurement light. If the thickness is measured, it is possible to measure the average value of the thicknesses of the light emitting portions to the measured material 1. This embodiment is shown in FIG. In the figure, the light source 2
The linear or cylindrical light emitted from the first cylindrical lens 24 is incident on the first cylindrical lens 24, and the strip-shaped and isosceles triangular diffused light 24a is applied to the measured material 1. The transmitted light is condensed by the second cylindrical lens 25 having a narrow width, the concave lens 26 and the like are used to enter the optical scanner 12 and the like similar to the above-described embodiment, and the thickness is measured by signal processing. Thereby, the average thickness of the region where the measured material 1 in FIG. 11 is irradiated with light can be measured.

【0030】実施例11.以上の実施例では、被測定材
1の1点に光を照射するか、直線状に光を拡散させて厚
さを測定する方法をとったが実施例10の図11におけ
る第1のシリンドリカルレンズ21の代わりに、図12
に示すように第2の光学スキャナ24を設置し、この光
学スキャナを光軸に対し正弦波状に傾斜を変化させて、
紙面の垂直方向に流れている被測定材1上を正弦波状に
射出光2aを当て、透過した測定光2bは棒状の第2の
シリンドリカルレンズ25によって凹レンズ26へと導
く。第2の光学スキャナ27、第2シリンドリカルレン
ズ25、凹レンズの位置関係は実施例1の図1における
凸レンズ15の配置と同様に第2シリンドリカルレンズ
25の焦点を勘案して配置しているため、射出光2aが
被測定材1上のどの位置にあっても、凹レンズ26に導
かれることとなる。凹レンズ以降の構成と動作は上記の
実施例1と同様であり、被測定材1の厚さが測定でき
る。本実施例によれば光源と光路検出系を動かすことな
く被測定材の全領域に渡り、厚さを測定することができ
る。
Example 11. In the above examples, the method of irradiating light on one point of the material to be measured 1 or diffusing the light linearly to measure the thickness was adopted, but the first cylindrical lens in FIG. 12 instead of FIG.
The second optical scanner 24 is installed as shown in, and the inclination of this optical scanner is changed in a sinusoidal shape with respect to the optical axis.
Emitting light 2a is applied in a sinusoidal manner on the material to be measured 1 flowing in the direction perpendicular to the paper surface, and the transmitted measuring light 2b is guided to a concave lens 26 by a rod-shaped second cylindrical lens 25. The second optical scanner 27, the second cylindrical lens 25, and the concave lens are arranged in consideration of the focal point of the second cylindrical lens 25 as in the arrangement of the convex lens 15 in FIG. The light 2a will be guided to the concave lens 26 regardless of the position on the measured material 1. The configuration and operation after the concave lens are the same as in the first embodiment, and the thickness of the measured material 1 can be measured. According to this embodiment, the thickness can be measured over the entire area of the material to be measured without moving the light source and the optical path detection system.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば被測定
材に射出光を透過する光源と、透過光の光軸上で入光に
対し常時反射面の傾斜が変化する全反射ミラーを有し反
射後の光軸を中心に光路を揺動状に両振幅させる光学ス
キャナと光路の光軸の下側を遮光する遮光手段とでなり
透過光をチョッピングした測定光とする波長変換部と、
集光レンズで集光され入光する測定光を選択的に光路変
更するビームスプリッタと選択された光路と対応して配
置されそれぞれ異なる波長特性を有する光電センサとで
なり測定光から測定波長と比較波長の電気信号を出力す
る受光部と、両電気信号を入力し各振幅の比を演算処理
する厚さ指示装置とで構成したので光学スキャナと遮光
手段で断片波長が得られ駆動系を少なくした長寿命で測
定精度の高い厚さ測定装置が得られる効果がある。
As described above, according to the present invention, the light source for transmitting the emitted light to the material to be measured, and the total reflection mirror in which the inclination of the reflecting surface always changes with respect to the incident light on the optical axis of the transmitted light are provided. A wavelength conversion unit that has an optical scanner that both swings the optical path around the optical axis after reflection and a light shielding unit that shields the lower side of the optical axis of the optical path, and that makes the transmitted light chopped measurement light. ,
It consists of a beam splitter that selectively changes the optical path of the measurement light that is condensed by the condenser lens and enters, and a photoelectric sensor that is arranged corresponding to the selected optical path and has different wavelength characteristics. Since it is composed of a light receiving part that outputs an electric signal of a wavelength and a thickness indicating device that inputs both electric signals and calculates the ratio of each amplitude, a fragment wavelength can be obtained by the optical scanner and the light shielding means and the driving system is reduced. There is an effect that a thickness measuring device having a long life and high measurement accuracy can be obtained.

【0032】又、集光レンズを直列に近接あるいは接し
て配置した第1および第2の凸レンズで構成したので焦
点位置が近づけられ装置の小形化を可能にする厚さ測定
装置が得られる効果がある。
Further, since the condensing lens is composed of the first and second convex lenses which are arranged close to or in contact with each other in series, the focal positions are brought close to each other, and the thickness measuring device which enables downsizing of the device is obtained. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例1における厚さ測定装置の構
成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a thickness measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1における光学スキャナを機能的に示す動作
説明図である。
FIG. 2 is an operation explanatory diagram functionally showing the optical scanner in FIG.

【図3】図1における光電センサの出力波形を示す波形
線図である。
FIG. 3 is a waveform diagram showing an output waveform of the photoelectric sensor in FIG.

【図4】この発明の実施例2における集光動作説明図で
ある。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a light collecting operation according to the second embodiment of the present invention.

【図5】この発明の実施例3における部分構成を示す模
式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a partial configuration according to a third embodiment of the present invention.

【図6】この発明の実施例5における部品形状を示す外
形図である。
FIG. 6 is an outline view showing the shape of parts in Embodiment 5 of the present invention.

【図7】この発明の実施例6における遮光手段を示す断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a light shielding means in embodiment 6 of the present invention.

【図8】この発明の実施例7における遮光手段を示す断
面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a light blocking means in a seventh embodiment of the present invention.

【図9】この発明の実施例8における部分構成を示す模
式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a partial configuration according to an eighth embodiment of the present invention.

【図10】この発明の実施例9における動作説明用の波
形線図である。
FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the operation in the ninth embodiment of the present invention.

【図11】この発明の実施例10における部分構成を示
す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a partial structure of a tenth embodiment of the present invention.

【図12】この発明の実施例11における部分構成を示
す模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a partial configuration of an eleventh embodiment of the present invention.

【図13】従来の厚さ測定装置の構成を示す模式図であ
る。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional thickness measuring device.

【図14】厚さ測定装置における透過光特性例を示す説
明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of a transmitted light characteristic in the thickness measuring device.

【図15】従来の厚さ測定装置における出力波形を示す
波形線図である。
FIG. 15 is a waveform diagram showing an output waveform in a conventional thickness measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被測定材 2 光源 2a 射出光 2b 透過光 2c 測定光(揺動) 2d 測定光(集光) 7 光電センサ 12 光学スキャナ 12c 全反射ミラー 14 遮光板(遮光手段) 15 凸レンズ(集光レンズ) 15a 第1の凸レンズ 15b 第2の凸レンズ 16 ビームスプリッタ 17 厚さ指示装置(演算処理部) 19 遮光コーティング 20 ハーフ形レンズ 21 音響光学素子 24 第1のシリンドリカルレンズ 25 第2のシリンドリカルレンズ 27 第2の光学スキャナ 1 material to be measured 2 light source 2a emitted light 2b transmitted light 2c measurement light (swing) 2d measurement light (condensing) 7 photoelectric sensor 12 optical scanner 12c total reflection mirror 14 light-shielding plate (light-shielding means) 15 convex lens (condensing lens) 15a 1st convex lens 15b 2nd convex lens 16 Beam splitter 17 Thickness indication device (arithmetic processing part) 19 Light-shielding coating 20 Half type lens 21 Acousto-optic element 24 1st cylindrical lens 25 2nd cylindrical lens 27 2nd Optical scanner

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─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年9月20日[Submission date] September 20, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】 厚さ測定装置Title of the invention Thickness measuring device

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は例えばフィルムシート
材、コーティング材等の厚さを光学的に測定する厚さ測
定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thickness measuring device for optically measuring the thickness of a film sheet material, a coating material or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図13は例えば特開昭61−27870
5号公報に記載された従来の赤外線厚さ測定装置の構成
を示す模式図であり、図において、1はベルト状に流れ
ているフィルムシート状の被測定材、2はこの被測定材
1に照射する射出光2aの光源、3は射出光2aをチョ
ッピングするためにスリットが設けられた回転チョッ
パ、4はこの回転チョッパ3を回転駆動するモータ、5
は回転チョッパ3の回転に同期した信号を取り出す同期
検出器、6は被測定材1を透過した透過光2bを光電セ
ンサ7a,7b上に集光する凸レンズ、8は透過光2b
を測定光2Baと2Bbに分割するビームスプリッタ、
9a,9bは測定光2Ba,2Bbの中から特有の領域
の波長光を取り出す光学帯域フィルター、10a,10
bは光電センサ7a,7bの出力信号を処理する信号処
理器11は同期検出器5の出力信号に連動する切り換
えスイッチである。
2. Description of the Related Art FIG. 13 shows, for example, JP-A-61-28700.
It is a schematic diagram which shows the structure of the conventional infrared thickness measuring device described in the publication 5, 1 is a film-sheet-like measured material flowing in a belt shape, 2 is this measured material 1 A light source of the emitted light 2a to be emitted, 3 is a rotary chopper provided with a slit for chopping the emitted light 2a, 4 is a motor for rotationally driving the rotary chopper 3, 5
Is a synchronous detector that extracts a signal synchronized with the rotation of the rotary chopper 3, 6 is a convex lens that collects the transmitted light 2b that has passed through the measured material 1 on the photoelectric sensors 7a and 7b, and 8 is the transmitted light 2b.
A beam splitter for splitting the measurement light into measurement light 2Ba and 2Bb,
Reference numerals 9a and 9b are optical bandpass filters 10a and 10 for extracting wavelength light in a specific region from the measurement light 2Ba and 2Bb.
b is a signal processor for processing photoelectric sensor 7a, the output signal of 7b, 11 is a changeover switch which is linked to the output signal of the synchronous detector 5.

【0003】次に動作について説明する。光源2の射出
光2aは被測定材1を通過する際にその材質に固有の波
長に関して吸収を受ける。例えばある材料の吸収特性を
示す図14においては、波長がλ1のとき被測定材1の
吸収が最大となり特性図上に鋭い落ち込みが発生する。
一方他の波長においては透過光の光量はほぼ一定の値と
なる。ここで、波長λ1における光の吸収量は被測定材
1の厚さに応じて変化するため原理的にはこのときの光
の透過率α1を計測すれば被測定材1の厚さを求めるこ
とができる。ところが、光の透過率は被測定材1の着色
の度合,温湿度,表面粗さ等によって変化してしまうた
め実際には材料固有の吸収を受けない波長,例えばλ2
における光の透過率α2も計測し両者の比α1/α2を求
めることによって、上記厚さ以外の影響を相殺し被測定
材1の厚さを精度良く測定するようになっている。
Next, the operation will be described. The emitted light 2a of the light source 2 is a wave peculiar to the material when passing through the measured material 1.
Absorbed for length. For example, the absorption characteristics of a material
In FIG. 14 showing a wavelength of the measured material 1 when lambda 1
Absorption becomes maximum and a sharp drop occurs on the characteristic diagram.
On the other hand, at other wavelengths, the amount of transmitted light remains almost constant.
Become. Here, the absorption amount of light at the wavelength λ 1 is
In principle, the light at this time changes because it changes according to the thickness of 1
The thickness of the material to be measured 1 can be obtained by measuring the transmittance α 1 of
You can However, the transmittance of light depends on the coloring of the measured material 1.
It changes depending on the degree of temperature, temperature and humidity, surface roughness, etc.
Therefore, the wavelength that does not actually receive the absorption peculiar to the material, such as λ 2
The transmittance α 2 of the light is also measured and the ratio of the two α 1 / α 2 is calculated.
By measuring, the effects other than the above thickness are canceled out and the measured
The thickness of the material 1 is accurately measured.

【0004】図13に示す厚さ測定装置は以上の考えに
基づいて構成されており、帯域フィルター9aは波長λ
1の光のみを透過させ、帯域フィルター9bは波長λ2
光のみを透過させる。このとき同期検出器5の出力信号
の時間波形図15−A,信号処理器10a,10bの
出力信号がそれぞれ、図15−B,図15−Cになる。
同期検出器5の出力信号に同期した切り換えスイッチ1
1の動作によって、当該厚さ測定装置の出力信号は、図
15−AにおけるS1の区間で図15−Bに示す振幅P1
となり、S2の区間で図15−Cに示す振幅P2となる。
そこで、P1とP2の比率を求めることによって被測定材
1の厚さを知ることができるところとなる。ここでの大
きな特徴は、被測定材1を透過した測定光が微弱である
ため、回転チョッパ3の動作によって図15−B,Cに
示す断続的な信号に変換したのちロックインアンプなど
を用いて同期整流して、等価的にS/N比を高める方法
をとっていることにある。
[0004] The thickness measurement equipment shown in FIG. 13 are configured based on the above ideas, bandpass filter 9a wavelength λ
Only the light of 1 is transmitted, and the bandpass filter 9b transmits only the light of wavelength λ 2 . Time waveform of the output signal at this time synchronous detector 5 Figure 15-A, signal processor 10a, the output signal of 10b respectively, Figure 15-B, made in FIG 15-C.
Changeover switch 1 synchronized with the output signal of the synchronization detector 5
By the operation of No. 1, the output signal of the thickness measuring device has an amplitude P 1 shown in FIG. 15-B in the section S 1 in FIG. 15-A.
And the amplitude becomes P 2 shown in FIG. 15-C in the section of S 2 .
Therefore, the thickness of the material to be measured 1 can be known by obtaining the ratio of P 1 and P 2 . The major feature here is that the measurement light transmitted through the measured material 1 is weak, so after the conversion into the intermittent signals shown in FIGS. 15B and 15C by the operation of the rotary chopper 3, a lock-in amplifier or the like is used. Synchronous rectification is used to equivalently increase the S / N ratio.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の厚さ測定装置は
以上のように構成されており、S/N比を高めるため
続信号を作るチョッパが駆動モータに動される回転形
のチョッパであるため、駆動系軸受による使用寿命の
限界,および振動による測定系のS/N比下、
た、回転部装置の小形化の障害となるなどの問題点があ
った。
The conventional thickness measuring device is constructed as described above, and is cut off in order to increase the S / N ratio.
Chopper der because of rotary the connection signal is created Ru chopper is dynamic drive to the drive motor, the limit of the service life due to the drive system of the bearings, and low under a measuring system S / N ratio of the by vibration, also, rotation There was a problem such as an obstacle to miniaturization of the central device .

【0006】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、チョッパの長寿命化、さらに装
置のコンパクト化が図れる厚さ測定装置を得ることを目
的とする。
[0006] The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to obtain long life of the chopper, is et to the thickness measuring device compactness that Hakare devices.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
の厚さ測定装置は、被測定材が透過する波長と吸収する
波長成分を含んだ光を発する光源と、透過光の光軸上
反射ミラーを配置しかつその傾角を変化させ反射光の
光路を任意の方向に周期的に変化させ測定光とする光学
スキャナと光路の所定位置に設けられ光路の一部を遮
する遮光手段と、測定光を所定位置に集光する集光レ
ンズと、集光レンズの透過後方に位置し測定光を波長成
分により選択的に分離し反射するビームスプリッタと
集光点に位置し分離した測定光各々を電気信号に変換す
光電センサと、光電センサの出力信号より被測定材の
厚さを演算する厚さ指示装置とで構成したものである。
[Means for Solving the Problems] Claim 1 according to the present invention
Thickness measuring device absorbs the wavelength that the material under test transmits
A light source for emitting light containing a wavelength component, on the optical axis of the transmitted light
A total reflection mirror is arranged and its tilt angle is changed to
Shielding an optical scanner light path is periodically changed in any direction to the measuring light, disposed in a predetermined position of the optical path portion of the optical path
A light-shielding means for concealing the light and a condenser for condensing the measurement light at a predetermined position
Located behind the condensing lens and the wavelength of the measurement light.
A beam splitter for reflecting selectively separated by minutes,
Converts each of the separated measurement lights located at the focal point into an electrical signal
That a photoelectric sensor, the output signal of the photoelectric sensor of the measured material
And a thickness indicating device for calculating the thickness.

【0008】又、請求項2の厚さ測定装置は、請求項1
に記載の内集光レンズを直列に近接あるいは接して配置
した第1および第2の凸レンズで構成したものである。
A thickness measuring device according to a second aspect of the present invention is the first aspect.
The inner condensing lens described in (1) is composed of first and second convex lenses arranged in series close to or in contact with each other.

【0009】又、請求項3の厚さ測定装置は、請求項1
に記載の内遮光手段集光レンズの光軸より下側が遮光
コーティングされたレンズ又は下側がカットされたハー
フ形レンズで構成されたものである。
Further, the thickness measuring device of claim 3 is the same as that of claim 1.
The inner shielding means in which the lens or the lower the lower is the light-shielding coating from the optical axis of the condensing lens is constituted by cut half-shaped lens according to.

【0010】又、請求項4の厚さ測定装置は、請求項1
に記載の内光学スキャナに替えて、透過光の光軸上に音
響光学素子を設け光路が任意の方向に周期的に変化する
測定光を得るように構成したものである。
A thickness measuring device according to a fourth aspect of the present invention is the first aspect.
In place of the internal optical scanner described in , replace the sound on the optical axis of the transmitted light.
Resonance optical element is provided and the optical path changes periodically in any direction.
It is configured to obtain measurement light .

【0011】又、請求項5の厚さ測定装置は、請求項1
又は4の記載において、光源と被測定材間に第1のシリ
ンドリカルレンズを被測定材の透過側に近接してシリン
ドリカルレンズをそれぞれ光軸に直交して設け且つ第2
のシリンドリカルレンズの第2シリンドリカルレンズに
対応する位置に第2の集光レンズを配して構成したもの
である。
A thickness measuring device according to a fifth aspect of the present invention is the first aspect.
Or 4, the first cylindrical lens is provided between the light source and the material to be measured in proximity to the transmission side of the material to be measured, and the cylindrical lens is provided orthogonal to the optical axis, and the second lens is provided.
The second condensing lens is arranged at a position corresponding to the second cylindrical lens of the cylindrical lens.

【0012】又、請求項6の厚さ測定装置は、請求項5
の第1のシリンドリカルレンズに変えて光軸上で入光に
対し常時反射面の傾斜が変化する全反射ミラーを有し射
出光の光路を被測定材幅領域で周期的に移動させる第2
の光学スキャナで構成したものである。
A thickness measuring device according to a sixth aspect of the present invention is the fifth aspect.
The first cylindrical lens is replaced by a total reflection mirror in which the inclination of the reflecting surface is constantly changed with respect to the incident light on the optical axis, and the optical path of the emitted light is moved periodically in the width region of the material to be measured.
It is composed of the optical scanner.

【0013】[0013]

【作用】この発明における厚さ測定装置は、全反射ミラ
ーを揺動振動させ光路を任意の方向に周期的に変化させ
光学スキャナと光路の一部を遮蔽する遮光手段により
測定光より得られる検出信号が断続する信号となる。
The thickness measuring device in this invention is a total reflection mirror.
Oscillate and vibrate the optical path to periodically change the optical path in any direction.
The light shielding means for shielding a part of the optical scanner and an optical path that
The detection signal obtained from the measurement light becomes an intermittent signal.

【0014】又、第2凸レンズによって第1凸レンズの
焦点位置が近づけられ装置の小形化を可能にする。
Further, the focal point of the first convex lens is brought closer by the second convex lens, which enables downsizing of the apparatus.

【0015】又、第1のシリンドリカルレンズが射出光
散光として被測定材の広い範囲に照射し被測定材の
平均厚さの即時測定を可能にする。
[0015] Also, the first cylindrical lens to allow an immediate measurement of the average thickness of the irradiated on a wide range of the measured material to be measured material light emitted as emitting diffuse light.

【0016】又、第2の光学スキャナが射出光の光路を
被測定材幅方向で移動させることにより被測定材の厚さ
を広い範囲で連続的に測定できる。
[0016] Further, it continuously measuring a thickness of the wide range of the second optical scanner emitted light Rikomu measuring member by the optical path to be moved at the measured material width direction.

【0017】[0017]

【実施例】 実施例1.以下、この発明の実施例1を図について説明
する。図1はこの発明の実施例1における厚さ測定装置
の構成を示す模式図、図2は図1における光学スキャナ
を機能的に示す動作説明図、図3は図1における光電セ
ンサの出力波形を示す波形線図である。図において、1
2は光源2から射出され被測定材1を透過した透過光2
bを光学的にスキャンするため、小形ミラーを搭載した
光学スキャナである。光学スキャナの詳細な構造例を図
2に示す。同図において、12aは長小判状の電磁コイ
ル、12bはこのコイル12aに固定されたシャフト、
12cはこのシャフト12bに取り付けた小形全反射
ラーであり、全体はシャフト12bに関して回転揺動可
能なように、柔軟な例えばコイルばね12dで支持され
ている。13は光学スキャナを駆動する例えば交流アン
プなどのドライバー、2cは光学スキャナ12によって
図中上下に走査される測定光、14はこの両振幅する測
定光2cの半分を遮光する遮光板、15は測定光2cを
集光する凸レンズ、又は凸レンズ系である。なお、光学
スキャナ12が揺動していない状態即ち反射面が傾斜し
ていない状態での光軸上に光学スキャナ12の中心
a、遮光板14の上端および凸レンズ15の中心Oと並
ぶように配置する。16は凸レンズ15を通過した後の
測定光2dを波長により2分割するビームスプリッタで
ある。
EXAMPLES Example 1. Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a thickness measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an operation explanatory diagram functionally showing the optical scanner in FIG. 1, and FIG. 3 is an output waveform of a photoelectric sensor in FIG. It is a waveform diagram shown. In the figure, 1
Reference numeral 2 denotes a transmitted light 2 emitted from the light source 2 and transmitted through the measured material 1.
This is an optical scanner equipped with a small mirror for optically scanning b. FIG. 2 shows a detailed structural example of the optical scanner. In the figure, 12a is an elliptical electromagnetic coil, 12b is a shaft fixed to this coil 12a,
Reference numeral 12c is a small total reflection mirror attached to the shaft 12b, and the whole is supported by a flexible, for example, coil spring 12d so as to be rotatable and swingable with respect to the shaft 12b. 13 is a driver for driving the optical scanner, such as an AC amplifier, and 2c is an optical scanner 12.
In the figure , 14 is a measuring light scanned vertically , 14 is a light shielding plate that shields half of the amplitude of the measuring light 2c, and 15 is a convex lens or a convex lens system that collects the measuring light 2c. The center O and parallel to the center a, the upper end and the convex lens 15 of the light shielding plate 14 of the optical scanner 12 on the optical axis in a state state or the reflecting surface optical scanner 12 is not swinging is not tilted <br /> Place it like this. Reference numeral 16 is a beam splitter that splits the measurement light 2d after passing through the convex lens 15 into two according to the wavelength .

【0018】なお、光電センサ7a,7bおよび光学フ
ィルター9a,9bは従来と同一のものであり、光電セ
ンサ7a,7bの出力信号は厚さ指示装置17に入力さ
れ、信号処理された後、発振器13aからの同期信号を
参照して同期整流され、目的とする厚さを算出指示す
る。なお、同期整流装置の汎用的装置としてロックイン
アンプがあげられる。
The photoelectric sensors 7a and 7b and the optical filters 9a and 9b are the same as those in the prior art, and the output signals of the photoelectric sensors 7a and 7b are input to the thickness indicating device 17 and subjected to signal processing, and then the oscillator. Synchronous rectification is performed with reference to the synchronization signal from 13a to instruct calculation of the target thickness. A lock-in amplifier is a general-purpose device for the synchronous rectification device.

【0019】図1に示す厚さ測定装置の動作の説明とと
もに、図2に示す光学スキャナの動作を説明する。直流
磁界(N→S)内に設置されたコイル12aに交流電流
が流入すると、当該コイル12aの上側と下側とは逆
方向に整流が流れるため、フレミングの左手の法則によ
る力コイル12aの上側と下側と逆方向に働くこと
となり、シャフト12bの長手方向回りで小形ミラー1
2cが入光に対し傾斜を変化することになる。この光学
スキャナ12の動作によって透過光2bは上で上下方
向に往復振動する測定光2cになる。遮光板14で遮光
しているため、光電センサ7a,7bに到達した集光
れた測定光2dによる電気信号は図3に示すような矩形
状の波形となり、測定光2cが遮光板14を通過した時
間帯t1はP1またはP2の信号を得、測定光2cが下向
きとなり遮光板14でさえぎられた時間帯t2では出力
信号がゼロになる。
The operation of the optical scanner shown in FIG. 2 will be described together with the operation of the thickness measuring apparatus shown in FIG. When the DC magnetic field (N → S) alternating current coil 12a installed in the current flows, since the rectification flows in the opposite direction in the upper side and lower side of the coil 12a, the force by the Fleming's left coil 12a The upper and lower sides of the mirror work in opposite directions, and the small mirror 1 is rotated around the longitudinal direction of the shaft 12b.
2c changes the inclination with respect to the incident light. Upper and lower lateral transmitted light 2b on the figure by the operation of the optical scanner 12
The measurement light 2c vibrates back and forth in the direction . Since the light is blocked by the light blocking plate 14, the collected light that reaches the photoelectric sensors 7a and 7b is collected.
The electric signal generated by the measured light 2d has a rectangular waveform as shown in FIG. 3, and the signal of P 1 or P 2 is obtained in the time zone t 1 when the measured light 2c passes through the light shielding plate 14, and the measured light 2c is The output signal becomes zero in the time period t 2 when the light beam is directed downward and is blocked by the light shielding plate 14.

【0020】図3A,Bに示す信号が光電センサ7a,
7bによって得られ、P1/P2の厚さ指示装置17によ
って求め被測定材1の厚さが測定される。なお、上記光
学スキャナ12の代わりに直記式電磁オッシログラフの
振動子のように光学スキャナ12の構造に類似している
が簡単な構造の部品を使用することも勿論可能であり、
全体の構造が簡単で小形になる。
The signals shown in FIGS. 3A and 3B are photoelectric sensors 7a,
7b, and the thickness of the measured material 1 is measured by the P 1 / P 2 thickness indicating device 17. Instead of the optical scanner 12, it is of course possible to use a component having a simple structure similar to the structure of the optical scanner 12, such as a vibrator of a direct-write electromagnetic oscillograph,
The whole structure is simple and compact.

【0021】実施例2.なお、ここで実施例1の構成で
凸レンズ15の位置について最適状態の選定を実施例2
として説明する。凸レンズ15、または凸レンズ系の焦
点位置よりも短い位置に凸レンズ15または凸レンズ系
を設置した場合には、図4Aに示す如く凸レンズ15を
通過した測定光2cは光電センサ7a,7b上に集光さ
れることなく拡散する。同様に図4Bにおいて光学スキ
ャナの位置aを凸レンズの焦点位置に合わせると凸レン
ズを通過した光も光電センサ上に達しない。また、図4
Cに示す如く焦点位置fと2fの間に光学スキャナの位
置aがあるときには凸レンズの通過光は集光する傾向に
あるものの、集光する距離が極めて長くなり、光学系の
コンパクト化には不向きである。しかしながら、焦点距
離の2倍の位置にaがあるとき図4−Dは凸レンズの通
過光は−2fの位置で凸レンズの通過光は集光する。こ
の条件での各部品の配置が光学系のコンパクト化には最
も良い条件となる。なお図4−Eに示す如く2fよりも
左側の位置にaがある場合にも凸レンズの通過光は−f
と−2fの間で集光されるが、前記図4−Cと同様に光
路長が長くなり、光学系のコンパクト化には不向きであ
る。
Example 2. In addition, here, with the configuration of the first embodiment, selection of the optimum state for the position of the convex lens 15 is performed in the second embodiment.
As described below. When the convex lens 15 or the convex lens system is installed at a position shorter than the focal position of the convex lens 15 or the convex lens system, the measurement light 2c passing through the convex lens 15 is condensed on the photoelectric sensors 7a and 7b as shown in FIG. 4A. Spread without. Similarly, in FIG. 4B, when the position a of the optical scanner is set to the focal position of the convex lens, the light passing through the convex lens does not reach the photoelectric sensor. Also, FIG.
As shown in C, when the position a of the optical scanner is between the focal positions f and 2f, the light passing through the convex lens tends to be focused, but the focusing distance becomes extremely long, which is not suitable for downsizing the optical system. Is. However, when a is located at a position twice the focal length, the light passing through the convex lens is focused at the position -2f in FIG. The arrangement of each component under this condition is the best condition for making the optical system compact. Even when there is a at a position on the left side of 2f as shown in FIG. 4-E, the light passing through the convex lens is -f.
Although the light is condensed between 2f and -2f, the optical path length becomes long as in the case of FIG. 4C, which is not suitable for making the optical system compact.

【0022】実施例3.また、光路系のコンパクト化の
ため、図5に示す如く凸レンズ15を第1の凸レンズ1
5aと第2の凸レンズ15bの組み合わせたものとし光
学スキャナ12と第1の凸レンズ15aとの距離を当該
レンズの焦点距離に合わせて配置し、第2の凸レンズ1
5bを第1の凸レンズ15aに接して配置して第2の凸
レンズ15bの焦点距離に合わせて光電センサ7a,7
bの先端位置b1,b2を配置することで光路系をコンパ
クト化できる。なお、光源2からの射出光2aが有限の
径をもつ平行光の場合には第1の凸レンズ15aの出力
光は光軸O12に対し平行であるものの当該レンズから
離れるに従い径が絞られていくこととなるため第2の凸
レンズ15bを第1の凸レンズ15aから離して設置す
ると光電センサ7a,7bの先端b1,b2上で測定光が
絞られなくなり、ただでさえ微弱な光電センサ7a,7
bの出力信号が極端に小さくなり厚さ測定の精度が大幅
に低下する。そのため、極力第2の凸レンズ15bの位
置を第1の凸レンズ15aに接触して配置することで測
定光が光電センサ7a,7bの先端b1,b2上で集光し
て、かつ焦点を結ぶことが可能になる。すなわち、光路
系をコンパクトにすることができ、光電検出の効率が良
好な厚さ測定装置を得ることができる。
Example 3. In order to make the optical path system compact, the convex lens 15 is replaced by the first convex lens 1 as shown in FIG.
5a and the second convex lens 15b are combined, and the distance between the optical scanner 12 and the first convex lens 15a is arranged according to the focal length of the lens.
5b is arranged in contact with the first convex lens 15a, and the photoelectric sensors 7a, 7 are aligned with the focal length of the second convex lens 15b.
By arranging the tip positions b 1 and b 2 of b, the optical path system can be made compact. When the emitted light 2a from the light source 2 is a parallel light having a finite diameter, the output light of the first convex lens 15a is parallel to the optical axis O 1 b 2, but its diameter is reduced as the distance from the lens increases. Therefore, if the second convex lens 15b is installed away from the first convex lens 15a, the measurement light cannot be narrowed down on the tips b 1 and b 2 of the photoelectric sensors 7a and 7b, and the photoelectric sensor 7a, 7b is weak even if it is weak. Sensors 7a, 7
The output signal of b is extremely small, and the accuracy of thickness measurement is greatly reduced. Therefore, by arranging the position of the second convex lens 15b in contact with the first convex lens 15a as much as possible, the measurement light is focused on the tips b 1 and b 2 of the photoelectric sensors 7a and 7b and is focused. It will be possible. That is, the optical path system can be made compact, and a thickness measuring device with good photoelectric detection efficiency can be obtained.

【0023】実施例4.実施例1の厚さ測定装置では光
学スキャナ12の傾変化光軸に対し上下対称
って図3における矩形波のt1とt2 となることが理想的
な状態である。ロックインアンプ等の厚さ指示装置では
1とt2の比率が多少とも変化すると厚さの測定値が変
化するため、常に一定にしておく必要がある。しかしな
がら、ドライバ13の出力電圧の非線形性、光学スキャ
ナの中立点の変化、温度変化にともなう各構成部品の位
置ずれによって、前記のt1とt2変化する場合があ
る。この場合の対策として図1,図5における遮光板1
4を矢印方向に微動調整可能な構造にした。これによっ
て、光学スキャナ12の動作で光路が同図中上下に走査
される測定光の丁度半分を凸レンズ15に導き、図3の
1とt2の比率を同一にして、厚さ測定の精度の確保を
図ることができる。
Example 4. In vertically symmetric inclination angle change of the optical scanner 12 with respect to the optical axis in the thickness measuring apparatus of the first embodiment, the slave
It is the t 1 and t 2 of the rectangular wave in FIG. 3 I is an ideal state. In a thickness indicating device such as a lock-in amplifier, the measured value of the thickness changes if the ratio of t 1 and t 2 changes to some extent, so it must be kept constant. However, the nonlinearity of the output voltage of the driver 13, the change of the neutral point of the optical scanner, the positional deviation of each component due to temperature changes, t 1 and t 2 of the in some cases you change. As a countermeasure in this case, the light shielding plate 1 in FIGS.
4 has a structure capable of fine adjustment in the direction of the arrow. As a result, exactly half of the measurement light whose optical path is scanned up and down in the figure by the operation of the optical scanner 12 is guided to the convex lens 15, and the ratio of t 1 and t 2 in FIG. It is possible to ensure the accuracy of measurement.

【0024】実施例5.図1,図5に示した実施例1〜
3においては測定光2cの走査は両図中上下方向にのみ
行われ紙面奥行き方向には行われない。そのため集光レ
ンズとして正面が図6−A,断面が図6−Bとなるよう
なシリンドリカルレンズ18を用いてもよい。この場
合、レンズ用のホルダーが簡単な構造となり、また全体
が小形軽量となり製造と組立が容易になる。
Example 5. Examples 1 to 1 shown in FIGS.
3 scans the measuring light 2c only in the vertical direction in both figures.
It is done and not in the depth direction of the page. Therefore,
As shown in Fig. 6-A and the cross section is shown in Fig. 6-B.
Alternatively, a cylindrical lens 18 may be used. This place
In this case, the lens holder has a simple structure, and the overall size and weight of the lens are small and easy to manufacture and assemble.

【0025】実施例6.また、上記各実施例では遮光板
14は凸レンズ、又は凸レンズ系とは別置きにしたが、
図7に示す如くレンズの前面側の半分を遮光コーティン
グ19して、測定光2cを遮光してもよい。この場合レ
ンズ自体を同図の矢印方向に動かす構造にすることで実
施例4の目的とした測定光の時間幅(図3のt1とt2
の調整が図れる。これによって、遮光板を省略できるの
で構造が簡単になる。
Example 6. Further, in each of the above embodiments, the light shielding plate
14 is a convex lens, or is placed separately from the convex lens system,
As shown in FIG. 7, the front half of the lens may be coated with a light blocking coating 19 to block the measurement light 2c. In this case, by making the lens itself move in the direction of the arrow in the figure, the time width of the measuring light intended for Example 4 (t 1 and t 2 in FIG. 3).
Can be adjusted. This simplifies the structure because the light shield plate can be omitted.

【0026】実施例7.以上の実施例では測定光後方の
集光レンズは光軸の上方、下方ともにレンズを配する構
成であったが図8に示す如く遮光した下方をカットした
ハーフ形レンズ20を使用してもよい。これによってよ
り一層構造の小形化、軽量化を図ることができる。
Example 7. In the above embodiment, the condenser lens behind the measurement light has a structure in which the lens is arranged both above and below the optical axis, but as shown in FIG. . This makes it possible to further reduce the size and weight of the structure.

【0027】実施例8.以上の各実施例では、測定光の
揺動法として光学スキャナ12を使用する方法をとった
が入力の透過光2bに対し、図9に示す如く音響光学素
子21を配置し、その通過光測定光2cとして利用し
てもよい。図9において、高周波発振器22の信号をア
ンプ23で増幅して電極21aに電圧を印加することで
音響光学素子21内に粗密波が生成され、その粗密の度
合いによって入力光26回折される。なお粗密の度合
いは高周波発振器22の発振周波数で決定されるため、
通過光,即ち測定光2cの光路を揺動状に変化させるに
は発振周波数を連続的に変化させることで実行できる。
Example 8. In the above respective embodiments, with respect to the transmitted light 2b of but took a method of using an optical scanner 12 inputs as a swing method of the measurement light, placing an acoustic optical element 21 as shown in FIG. 9, the transmitted light It may be used as the measurement light 2c. In FIG. 9, a signal of the high frequency oscillator 22 is amplified by an amplifier 23 and a voltage is applied to the electrode 21a, so that a compressional wave is generated in the acousto-optic element 21, and the input light 26 is diffracted depending on the degree of the compressional density. Since the degree of density is determined by the oscillation frequency of the high frequency oscillator 22,
Passing light, that is, the optical path of the measuring beam 2c Ru varied swing like can be performed by continuously changing the oscillation frequency.

【0028】実施例9.以上の実施例で測定光(入力
光)を揺動する場合、光学スキャナ12に印加する電圧
波形は特定せず、一般的な正弦波を想定して全体を構成
し、説明を加えたが、発振器13aの出力波を図10−
Aに示す矩形波とすることで光学スキャナ12の揺動を
図10−Bに示す様な矩形状にすることができる。この
とき光電センサ7a,7bの出力信号が良好なものとな
る。すなわち、実施例4で述べた光電センサ7a,7b
の出力信号のt1,t2のずれに対する問題については、
測定光2cがレンズの中心付近を通過する時間が短いた
め、遮光板14等の位置ずれの影響をほとんどなくす
とができ、図3のP1/P2をより正確に測定できるので
厚さ測定の精度が向上する。
Example 9. In the above embodiment, when the measurement light (input light) is oscillated, the voltage waveform applied to the optical scanner 12 is not specified, and a general sine wave is assumed to constitute the whole and the explanation has been added. , The output wave of the oscillator 13a is shown in FIG.
The rectangular wave shown in A causes the optical scanner 12 to swing.
It can be Rukoto rectangular such as shown in FIG. 10-B. this
At this time , the output signals of the photoelectric sensors 7a and 7b become good. That is, the photoelectric sensors 7a and 7b described in the fourth embodiment.
For the problem with the deviation of t 1 and t 2 of the output signal of
For time to pass through the vicinity of the center of the measuring beam 2c Galle lens is short, this almost eliminated the influence of the positional deviation, such as the light shielding plate 14
Bets can be, it increases the accuracy of more accurately be measured Runode <br/> thickness measuring P 1 / P 2 in FIG.

【0029】実施例10.上記実施例では被測定材1
ある1箇所にスポット状の光をて、厚さを測
るものとし、ベルト状に流れている被測定材1の別の位
置を測る場合には光源2、および光電検出系全体を移動
させる構造を基本的な考えとしていたが、被測定材1の
流れの方向と直交する方向に直線状の射出光を当てこの
光の透過光を検出すれば被測定材1の幅方向の厚さの平
均値を測定することができる。この実施例を図11に示
す。同図において、光源2からの直線状、又は円筒状
射出光2aを第1のシリンドリカルレンズ24に入射
三角形状でシート状の発散光24aにして被測定
材1に照射する。の透過光を第2のシリンドリカルレ
ンズ25で集光し、次に凹レンズ26等を用いてコリメ
ートし、以下、上記実施例と同様な光学スキャナ12等
に入光させ、信号処理によって厚さを測定する。これに
よって、図11の被測定材1に光を照射領域の平均厚
さが測定できる。
Example 10. In the above example, the material to be measured 1
Of, and morphism irradiation spot-like light in a certain place, and a measure of thickness, the entire light source 2, and the photoelectric detection system when measuring the different positions of the belt-like flow in which the measured material 1 It had a basic idea of the structure for moving the width direction of the measured material 1 if in the direction perpendicular to the direction of flow Re detecting the transmitted light of the light against the linear emitted light measured material 1 The average value of the thickness of can be measured. This embodiment is shown in FIG. In the figure, a linear light source 2, or a cylindrical <br/> emitted light 2a incident on the first cylindrical lens 24
And a sheet-like originating diffuser 24a in second-side triangular irradiated to the measured material 1. The this transparently light condensed by the second cylindrical lens 25, then collimated using a concave lens 26 or the like
Then, the light is incident on the optical scanner 12 or the like similar to the above-mentioned embodiment, and the thickness is measured by signal processing. Thereby, the material 1 to be measured in FIG. 11 can be irradiated with light to measure the average thickness of the region.

【0030】実施例11.以上の実施例では、被測定材
1の1点に光を照射するか、直線状に光を散させて厚
さを測定する方法をとったが図11に示した実施例1
おける第1のシリンドリカルレンズ24の代わりに、
図12に示すように第2の光学スキャナ27を設置し、
この光学スキャナの傾角を光軸に対し正弦波状に変化さ
せて射出光2aが紙面垂直方向に流れている被測定材
1上正弦波状となる様に走査してもよい。透過した測
定光2bは第2のシリンドリカルレンズ25によって凹
レンズ26へと導く。第2の光学スキャナ27、第2
シリンドリカルレンズ25、凹レンズ26の位置関係は
実施例1の図1における凸レンズ15の配置と同様に第
2シリンドリカルレンズ25の焦点を勘案して配置して
いるため、射出光2aが被測定材1上のどの位置にあっ
ても、凹レンズ26に導かれることとなる。凹レンズ以
降の構成と動作は上記の実施例1と同様であり、被測定
材1の厚さが測定できる。本実施例によれば光源と光路
検出系を動かすことなく被測定材の全領域に渡り、厚さ
を測定することができる。
Example 11. In the above embodiments, or irradiated with light on one point of the measured material 1, Example 1 0 which are linearly by diverges light to have been taken a method of measuring the thickness shown in FIG. 11
Instead of the first cylindrical lens 24 which definitive in,
The second optical scanner 27 is installed as shown in FIG.
This inclination of the optical scanner may be scanned as the exit light 2a by changes sinusoidally with respect to the optical axis is a sinusoidal on the measured material 1 flowing in a direction perpendicular to the sheet of. The transmitted measurement light 2b is guided to the concave lens 26 by the second cylindrical lens 25. The second optical scanner 27, a second <br/> cylindrical lens 25, the positional relationship of the concave lens 26 in consideration of the focus of the arrangement as well as a second cylindrical lens 25 of the convex lens 15 in FIG. 1 of the first embodiment arranged Therefore, the emitted light 2a is guided to the concave lens 26 regardless of the position on the measured material 1. The configuration and operation after the concave lens are the same as in the first embodiment, and the thickness of the measured material 1 can be measured. According to this embodiment, the thickness can be measured over the entire area of the material to be measured without moving the light source and the optical path detection system.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば被測定
が透過する波長と吸収する波長成分を含んだ光を発
る光源と、透過光の光軸上に全反射ミラーを配置しかつ
その傾角を変化させ反射光の光路を任意の方向に周期的
に変化させ測定光とする光学スキャナと光路の所定位
置に設けられ光路の一部を遮蔽する遮光手段と、測定光
を所定位置に集光する集光レンズと、集光レンズの透過
後方に位置し測定光を波長成分により選択的に分離し反
射するビームスプリッタと、集光点に位置し分離した測
定光各々を電気信号に変換する光電センサと、光電セン
サの出力信号より被測定材の厚さを演算する厚さ指示装
置とで構成したので光学スキャナと遮光手段とにより断
続する検出信号が得られ駆動部を小形化できるとともに
振動の低減および長寿命が図れる厚さ測定装置が得られ
る効果がある。
As it is evident from the foregoing description, the outgoing to <br/> Ru source light including a wavelength component that absorbs the wavelength to be measured material passes according to the present invention, all on the optical axis of the transmitted light Place a reflective mirror and
By changing its inclination angle, the optical path of the reflected light is periodically changed in any direction.
An optical scanner is changed to the measurement light to a predetermined position of the optical path
And a measuring light, which is installed on the table and blocks a part of the optical path.
Condensing lens that condenses the
Located at the rear, the measurement light is selectively separated by the wavelength component and
Beam splitter to irradiate and separate measurement located at the focal point.
A photoelectric sensor that converts each constant light into an electric signal, and a photoelectric sensor
Since it is composed of a thickness indicating device that calculates the thickness of the material to be measured from the output signal of the
A continuous detection signal can be obtained and the drive unit can be downsized.
There is an effect that a thickness measuring device capable of reducing vibration and long life can be obtained.

【0032】又、集光レンズを直列に近接あるいは接し
て配置した第1および第2の凸レンズで構成したので焦
点位置が近づけられ装置の小形化を可能にする厚さ測定
装置が得られる効果がある。
Further, since the condensing lens is composed of the first and second convex lenses which are arranged close to or in contact with each other in series, the focal positions are brought close to each other, and the thickness measuring device which enables downsizing of the device is obtained. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例1における厚さ測定装置の構
成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a thickness measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1における光学スキャナを機能的に示す動作
説明図である。
FIG. 2 is an operation explanatory diagram functionally showing the optical scanner in FIG.

【図3】図1における光電センサの出力波形を示す波形
線図である。
FIG. 3 is a waveform diagram showing an output waveform of the photoelectric sensor in FIG.

【図4】この発明の実施例2における集光動作説明図で
ある。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a light collecting operation according to the second embodiment of the present invention.

【図5】この発明の実施例3における部分構成を示す模
式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a partial configuration according to a third embodiment of the present invention.

【図6】この発明の実施例5における部品形状を示す外
形図である。
FIG. 6 is an outline view showing the shape of parts in Embodiment 5 of the present invention.

【図7】この発明の実施例6における遮光手段を示す断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a light shielding means in embodiment 6 of the present invention.

【図8】この発明の実施例7における遮光手段を示す断
面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a light blocking means in a seventh embodiment of the present invention.

【図9】この発明の実施例8における部分構成を示す模
式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a partial configuration according to an eighth embodiment of the present invention.

【図10】この発明の実施例9における動作説明用の波
形線図である。
FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the operation in the ninth embodiment of the present invention.

【図11】この発明の実施例10における部分構成を示
す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a partial structure of a tenth embodiment of the present invention.

【図12】この発明の実施例11における部分構成を示
す模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a partial configuration of an eleventh embodiment of the present invention.

【図13】従来の厚さ測定装置の構成を示す模式図であ
る。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional thickness measuring device.

【図14】厚さ測定装置における透過光特性例を示す説
明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of a transmitted light characteristic in the thickness measuring device.

【図15】従来の厚さ測定装置における出力波形を示す
波形線図である。
FIG. 15 is a waveform diagram showing an output waveform in a conventional thickness measuring device.

【符号の説明】 1 被測定材 2 光源 2a 射出光 2b 透過光 2c 測定光(図中上下に走査) 2d 測定光(集光) 7 光電センサ 12 光学スキャナ 12c 全反射ミラー 14 遮光板(遮光手段) 15 凸レンズ(集光レンズ) 15a 第1の凸レンズ 15b 第2の凸レンズ 16 ビームスプリッタ 17 厚さ指示装置(演算処理部) 19 遮光コーティング 20 ハーフ形レンズ 21 音響光学素子 24 第1のシリンドリカルレンズ 25 第2のシリンドリカルレンズ 27 第2の光学スキャナ[Explanation of reference numerals] 1 material to be measured 2 light source 2a emitted light 2b transmitted light 2c measurement light ( scanning up and down in the figure ) 2d measurement light (focusing) 7 photoelectric sensor 12 optical scanner 12c total reflection mirror 14 light-shielding plate (light-shielding means) ) 15 convex lens (condensing lens) 15a first convex lens 15b second convex lens 16 beam splitter 17 thickness indicating device (arithmetic processing unit) 19 light-shielding coating 20 half-shaped lens 21 acousto-optic element 24 first cylindrical lens 25th 2 cylindrical lens 27 2nd optical scanner

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図1[Name of item to be corrected] Figure 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図3[Name of item to be corrected] Figure 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図3】 [Figure 3]

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図11[Name of item to be corrected] Figure 11

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図11】 FIG. 11

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図12[Name of item to be corrected] Fig. 12

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図12】 [Fig. 12]

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定材に射出光を透過する光源と、透
過光の光軸上で入光に対し常時反射面の傾斜が変化する
全反射ミラーを有し、反射後の光軸を中心に光路を揺動
状に両振幅させる光学スキャナと上記光路の上記光軸の
下側を遮光する遮光手段とでなり上記透過光をチョッピ
ングした測定光とする波長変換部と、集光レンズで集光
され入光する上記測定光を選択的に光路変更するビーム
スプリッタと上記選択された光路と対応して配置されそ
れぞれ異なる波長特性を有する光電センサとでなり上記
測定光から測定波長と比較波長の電気信号を出力する受
光部と、上記両電気信号を入力し各振幅の比を演算処理
する厚さ指示装置とを備えたことを特徴とする厚さ測定
装置。
1. A light source that transmits emitted light to a material to be measured, and a total reflection mirror in which the inclination of a reflecting surface is constantly changed with respect to incident light on the optical axis of the transmitted light, centering on the optical axis after reflection. And a wavelength conversion unit for chopping the transmitted light into measurement light, and a condensing lens, which is composed of an optical scanner for swinging the optical path in both swings and a light shielding means for shielding the lower side of the optical axis of the optical path. A beam splitter that selectively changes the optical path of the measuring light that is received and enters, and a photoelectric sensor that is arranged corresponding to the selected optical path and has different wavelength characteristics, respectively. A thickness measuring device comprising: a light receiving part for outputting an electric signal; and a thickness indicating device for inputting the both electric signals and calculating a ratio of respective amplitudes.
【請求項2】 集光レンズが直列に近接又は接して配置
された第1および第2の凸レンズでなることを特徴とす
る請求項1に記載の厚み測定装置。
2. The thickness measuring device according to claim 1, wherein the condenser lens is composed of first and second convex lenses which are arranged in series close to or in contact with each other.
【請求項3】 遮光手段は集光レンズの光軸より下側が
遮光コーティングされたレンズ又は上記下側がカットさ
れたハーフ形レンズであることを特徴とする請求項1に
記載の厚さ測定装置。
3. The thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein the light blocking means is a lens having a light blocking coating on the lower side of the optical axis of the condenser lens or a half lens having the lower side cut.
【請求項4】 波長変換部は入光する透過光が内部に生
成される発振周波数の粗密度合いで屈折度を変え出力し
光軸を中心に光路を揺動状に両振幅させる音響光学素子
と上記光軸の下側を遮光する遮光手段でなることを特徴
とする請求項1に記載の厚さ測定装置。
4. The wavelength conversion section includes an acousto-optical element that changes the refraction degree according to the coarse density of the oscillation frequency generated inside the transmitted light to be output and outputs both by swinging the optical path in a swinging manner around the optical axis. The thickness measuring device according to claim 1, wherein the thickness measuring device comprises a light shielding unit that shields the lower side of the optical axis.
【請求項5】 光源と比測定材間に射出光を拡散光にす
る第1のシリンドリカルレンズと上記被測定材の透過側
に近接して上記拡散光の領域に対応する第2のシリンド
リカルレンズとをそれぞれ光軸に直交して設けるととも
に上記第2シリンドリカルレンズに対応する出光位置に
第2集光レンズを配したことを特徴とする請求項1又は
4に記載の厚さ測定装置。
5. A first cylindrical lens for converting emitted light into diffused light between a light source and a ratio measuring material, and a second cylindrical lens close to the transmission side of the material to be measured and corresponding to the area of the diffused light. 5. The thickness measuring device according to claim 1, wherein the second condensing lens is arranged at a light output position corresponding to the second cylindrical lens, and the second condensing lens is arranged orthogonal to the optical axis.
【請求項6】 光源と被測定材間の光軸上で入光に対し
常時反射面の傾斜が変化する全反射ミラーを有し射出光
の光路を上記被測定材幅領域で周期的に移動させる第2
の光学スキャナと上記被測定材の透過側に近接して透過
光の光路に対応する第2のシリンドリカルレンズを設け
たことを特徴とする請求項1又は4に記載の厚さ測定装
置。
6. A total reflection mirror having a reflection surface whose inclination is constantly changed with respect to incident light on the optical axis between the light source and the material to be measured, and the optical path of the emitted light is periodically moved in the width area of the material to be measured. Second
5. The thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein the optical scanner and the second cylindrical lens corresponding to the optical path of the transmitted light are provided close to the transmission side of the measured material.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010091343A (en) * 2008-10-06 2010-04-22 Hitachi High-Technologies Corp Apparatus for inspecting microprojection

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