JPS6053804A - 厚み測定装置 - Google Patents

厚み測定装置

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JPS6053804A
JPS6053804A JP16053683A JP16053683A JPS6053804A JP S6053804 A JPS6053804 A JP S6053804A JP 16053683 A JP16053683 A JP 16053683A JP 16053683 A JP16053683 A JP 16053683A JP S6053804 A JPS6053804 A JP S6053804A
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JP
Japan
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light
measured
thickness
focus control
difference
Prior art date
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Pending
Application number
JP16053683A
Other languages
English (en)
Inventor
Shiro Nakagawa
士郎 中川
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Publication of JPS6053804A publication Critical patent/JPS6053804A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0608Height gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

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】 (技術分野) 本発明は、光ピツクアップの出力光を用いて被測定物の
厚みを測定する装置に関するものである。
(従来技術) 第1図は、レーザ光を用いた被測定物の厚み測定装置の
従来例を示す構成図である。この装置は(2) レーザ光を発するレーザ光#10と、レーザ光の方向を
所定の角度に変化させる偏光器11と、レーザ光を平行
光線にするコリメータレンズ12と、平行光線を収束さ
せる対物レンズ13と、収束光の焦点の位置に光を電気
信号に変換するための受光素子14とから構成されてい
る。動作原理について説明すると、被測定物15を所定
の位置に置き、レーザ光源10から発するレーザ光を偏
光器11を介して所定の角度に順次変化させて被測定物
15に照射1−、レーリ′光が被測定物15の影となる
部分つまり厚みの部分に当り、受光素子14で光を感知
1−ない時間を計測する。その時間とレーザ光の角度を
変化する速度とにより被測定物15の厚みを所定する。
しかしながら、偏光器11の精度が直接測定値に影響す
るため、偏光器11に対して極めて高い精度が要求され
る割に測定精度が悪く、帰還ループをもたないため経時
変化が大きく、較正を行う必要がある。また、被測定物
15の幅が広い場合、測定面つまり厚みの部分をレーザ
光に完全な垂直とならなければ大きな誤差を生ずるので
、被測定物15の設置に時間がかかり容易でないという
欠点があろた。
(発明の目的) 本発明は、これらの従来の問題点に着目してなされたも
ので、測定系を負帰還系とすることにより温度、電圧、
レーザ等の経時変化に対して極めて安定かつ正確な測定
が可能で、また焦点制御信号を被測定物の厚みの信号と
することにより被測定物の反射率に関係なく測定可能で
、更に測定面と基準面の平行度が容易に得られるような
厚み測定装置を提供することを目的とする。更に、2個
の光ピツクアップを被測定物の表裏の両面に配置するこ
とより、被測定物の幅が広い場合でも粘度よく厚みを測
定可能な厚み測定装置を提供することを目的とする。
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
(発明の構成及び作用) 第2図は、本発明の一実施例を示す構成図である。本実
施例は焦点制御信号検出方法として非点(3) 収差方式を利用したもので、後述する光ピツクアップの
出力光を基準面及び基桑面の上に置く被測定物に照射す
ることにより両者の焦点制御信号の差から被測定物の厚
みを測定する装置である。20はレーザ光源で、例えば
半導レーザなどで構成される。21はコリメータレンズ
で、レーザ光源20から発せられたレーザ光を平行光線
にする。22は偏光ビームスプリッタで、入射するレー
ザ光の偏波面に応じてレーザ光を透過又は分割させる。
23は1/4波長板で、入射光がこれを通過したときに
常光線と異常光線の位相差をπ/2あるいは1/4波長
とする。24は可動対物レンズで、コリメータレンズ2
1、偏光ビームスプリッタ22.1/4波長板23及び
可動対物レンズ24を介して入射するレーザ光を収束さ
せ、その焦点は基準面29又は基準面29の上に置かれ
た被測定物15の上面に位置するように光軸方向の上下
に移動可能である。基準面29は、レーザ光源20、コ
リメータレンズ21、偏光ビームスプリッタ22゜1/
4波長板23及び可動対物レンズ24からな(4) る光学系に対し固定された位置に設けられている。
25は円柱レンズで、基準面29又は被測定物15から
の反射光を可動対物レンズ24.174波長板23、偏
光ビームスプリッタ22を介して受光素子26に収束さ
せる。26は受光素子で1例えば第3図に示すように4
つのフォトディテクタが図のように接続されている4分
割フォトディテクタで構成され、各フォトディテクタに
照射される充積に応じて電気信号を出力する。ここで、
光ピツクアップはレーザ光源20 、コリメータレンズ
21、偏光ビームスプリッタ22.1/4波長板23、
可動対物レンズ241円柱レンズ25、受光素子26で
構成されている。27は差動増幅器で、受光素子26か
ら出力された電気信号の電圧差をめる。28はドライバ
で、基準面29又は被測定物15の−1−面にレーザ光
の焦点を合わせるため、可動対物レンズ24を駆動させ
る焦点制御用モータ30に対して焦点制御信号を出力す
る。
30は焦点制御用モータで、可動対物レンズを上下に駆
動させるものである。
次に本実施例の動作について説明する。
レーザ光源20から発せられたレーザ光は、コリメータ
レンズ21によって平行光線になり、偏光ビームスプリ
ッタ22,174波長板23、用動対物レンズ24を介
して基準面29に収束[7、基準面29からの反射光は
、可動対物レンズ24゜1/4波長板23、偏光ビーム
スプリッタ22゜円柱レンズ25を介して受光素子26
に収束する。
このとき可動対物レンズ24の焦点位置と基準面29と
が一致していない場合、受光素子26において照射され
る像が楕円形となり、光量に差が生じる。照射された光
は受光素子26で、電気信号に変換され、差動増幅器2
7を介して光量の差に対応した電気信号を検出信号とし
て出力する。ドライバ28は、この検出信号を増幅して
焦点制御信号を出力する。この焦点制御信号に基づいて
焦点制御用モータ30を駆動し、可動対物レンズあの基
準面29に対する焦点を制御する。次に基準面29の上
に被測定物15を置いて、基準面29の焦点制御と同様
に焦点制御を行なう。そして、基準面29の焦点制御時
と被測定物15の焦点制御時とのドライバ28から出力
された焦点制御信号を端r−1を介して検出し、両者の
差を取る。この差の値は被測定物の厚みに比例するので
、以上の動作によって被jlす宝物15の厚みが算定で
きる。
本実施例によれば、測定系が負帰還系となっているため
レーリ′光強度の変動、可動対物レンズの移動距離の非
的線性1反射率の変動などは装置全体の帰還量分の1に
低減される。一般に帰還量は40 dr−1〜60dB
 とすることができるので、変動要因は1/1(30〜
1/1000となり極めて小さくかつ安定となる。また
、焦点制御信号を厚みの信号としているため、被測定物
の反射率によらない測定かり能である。更に、測定面と
基準面の平行度が容易に得られるので、容易な測定が可
能である。
第4図は、本発明の他の実施例を示す構成図である。本
実施例は、第2図に示す実施例と同様非点収差方式を利
用したものである。しかし、第21図に示す実施例では
0工動対物レンズの焦点制御を光軸方向のみで行なうが
1本実施例では、可動対(7) 物レンズの焦点制御を光軸方向と光軸方向に垂直な方向
とで行なう。そのために1本実施例は第2図に示す実施
例の構成に加えて、可動対物レンズを光軸方向に垂直な
方向(水平方向)に移動させる焦点制御用モータ40と
、検出する焦点制御信号の直流成分を遮断するためのコ
ンデンサ41で構成される。焦点制御用モータ40には
可動対物レンズ24の駆動を制御するためのパルスが印
加される。
次に本実施例の動作について説明する。
測定は、既に基準面29の上に被測定物15が所定の位
置に置かれた状態から開始する。この状態はパルスP0
によって設定される。レーザ光源2゜から発せられたレ
ーザ光はコリメータレンズ21によって平行光線になり
、偏光ビームスプリッタ22.1/4波長板23.可動
対物レンズ24を介して基準面29の被測定物15が置
かれていない部分に収束する。その反射光は可動対物レ
ンズ24.1/4波長板23、偏光ビームスプリッタ2
2、円柱レンズ25を介して受光素子26に収(8) 束する。受光素子26に照射された光は電気信号に変換
され、差動増幅器27を介してその差がめられ、ドライ
バ28を介して増幅された焦点制御信号によって焦点制
御が行なわれる。次に、パルスP2によって可動対物レ
ンズ24を光軸方向に垂直な方向(水平方向)に移動さ
せ、被測定物15にシーツ光が収束するようにする。そ
の後で、上述と同様に焦点制御を行なって、焦点制御信
号を検出する。ここで、水平スキャンのパルス印加時間
は焦点制御が十分処理可能な時間に設定される。
検出された焦点制御信号は本実施例の動作において対物
レンズの移動が光軸方向と水平方向に連続的に行なわれ
るので、コンデンサ41により直流成分が遮断されたも
のとなる。したがって、基準面29の焦点制御信号の値
と被測定物15の焦点制御信号の値との差によって、被
測定物15の厚みを算定できる。本実施例では前述した
第2図に示す実施例の効果の他に、基準面と被測定面の
焦点制御を連続に行なうので光ピツクアップの特性差に
よる補正は不要となる。
第5図は1本出願による別の発明の一実施例を示す構成
図である。本実施例は2個の光ピツクアップを被測定物
の表裏の両面に設けた厚み測定装置である。31.32
は光ピツクアップで、レーザ光源と、レーザ光源の出力
光を照射面に収束光として照射する光学系と、照射面か
らの反射光を検出する手段とからなる。詳細は前述した
とおりである。光ピツクアップ31.32は各々の収束
光の光軸が一致するように所定の間隔を隔てて設置され
ている。33.34はドライバで、光ピツクアップ31
.32から検出された反射光に基づき収束光の焦点制御
信号を得、収束光の焦点が照射面と一致するように光学
系を制御する。35は差動増幅器で、ドライバ33から
出力された焦点制御信号と、ドライバ34から出力され
た焦点制御信号の差を出力する。
次に本実施例の動作について説明する。
光ピツクアップ31.32は、各々収束光の光軸が一致
するように所定の間隔を隔てて設置され、互いに向き合
う方向にレーザ光の収束光を発する。
各々の光軸−1−に被測定物15を挿入17、被測定物
150両面に光ピツクアップ31.32の各々の焦点が
一致するように、ドライバ33.34によって制御する
。したがって、被測定物の両面と光ピツクアップ31.
32の各々の焦点が一致したときの各焦点制御信号を差
動増幅器35に入力し差をめ被jl11定物15の厚み
を算定する。本実施例によれば、n11述した経時変化
に対する安定性及び被測定物の反射率によらない1ll
ll定が可能となる他に、どちらか一方を基準面にした
り表裏面から同時測定を行なうことも極めて簡単に行な
うことができ。
被測定物の形状や状態に関係なく測定が可能である。す
なわち、被測定物が多少傾斜している場合や幅が広い場
合でも精度の高い測定が可能である。
(発明の効果) 以」−説明したように、本発明によれば、光ピツクアッ
プを用いf++1定系を負帰還系とすることにより温度
、電圧、シー9′等の経時変化に対して極めて安定かつ
市価な測定が可能で、また厚みを検出するためのパラメ
ータとして焦点制御信号を用い(工1 ) ることにより被測定物の反射率に関係なく測定可能で、
更に、測定面と基準面の平行度が容易に得られるように
することにより容易な測定が11能な厚み測定装置を提
供することができる。更に、本発明によれば、2個の光
ピツクアップを被測定物の表裏の両面に配置することに
より、被測定物の幅が広い場合でも精度よく厚みを測定
することができる厚み測定装置を提供することができる
。また1本発明は磁気ヘッド等の厚み測定に有益である
【図面の簡単な説明】
第1図はレーザ光を用いた被測定物の厚み測定装置の従
来例を示す構成図、第2図は本発明の一実施例を示す構
成図、第3図は4分割フォトディテクタの構造図、第4
図は本発明の他の実施例を示す構成図、第5図は本出願
による別の発明の一実施例を示す構成図である。 1・・・端子、 10.20・・・レーザ光源、11・
・・偏光器、 12.21・・・コリメータレンズ、1
3・・・対物レンズ、 14.26・・・受光素子、1
5・・・(12) 被測定物、22・・・偏光ビームスプリッタ、23・・
・1/4波長板、24・・・可動対物レンズ。 25・・円柱レンズ、 27.35・・・差動増幅器、
28、33.34・・ドライバ、29・・・基準面、 
30゜40・・・焦点制御用モータ、31.32・光ピ
ツクアップ、41・・・コンデンサ。 特許出願人 ティーディーケイ株式会社 特許出願代理人 弁11士 山 本 恵 − 第1図 第2図 第3図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) レーザ光源と、該レーザ光源の出力光を照射面
    に収束光として照射する光学系と、前記照射面からの反
    射光を検出する手段を具備する光ピツクアップと、前記
    検出された反射光に基づき前記収束光の焦点制御信号を
    得、前記収束光の焦点が照射面と一致するように前記光
    学系を制御する手段と、被測定物を設置する基準面とを
    有し、前記収束光を基準面及び基準面上に置かれた被測
    定物に照射し、両者の焦点制御信号の差から被測定物の
    厚みを測定することを特徴とする厚み測定装置。
  2. (2)前記光学系の制御が、収束光の光軸方向に行なわ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の厚
    み測定装置。
  3. (3)前記光学系の制御が、収束光の光軸方向及び該光
    軸方向と垂直方向に行なわれることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の厚み測定装r 1 ) 噌1 置0
  4. (4) レーザ光源と、該レーザ光源の出力光を照射面
    に収束光として照射する光学系と、前記照射面からの反
    射光を検出する手段を具備する光ピツクアップと、前記
    検出された反射光に基づき前記収束光の焦点制御信号を
    得、前記収束光の焦点が前記照射面と一致するように前
    記光学系を制御する手段とを各々2個有し、2つの光ピ
    ツクアップは各々の前記収束光の光軸が一致するように
    所定の間隙を隔てて設けられ、この間に被測定物を置い
    てレーリ′光を照射し、前記各光ピツクアップの焦点制
    御信号の差から被測定物の厚みを測定することを特徴と
    する厚み測定装置。
JP16053683A 1983-09-02 1983-09-02 厚み測定装置 Pending JPS6053804A (ja)

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JP16053683A JPS6053804A (ja) 1983-09-02 1983-09-02 厚み測定装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02159509A (ja) * 1988-12-12 1990-06-19 Mitsubishi Electric Corp 膜厚測定装置
US5202740A (en) * 1989-06-07 1993-04-13 U.S. Philips Corporation Method of and device for determining the position of a surface
FR2926632A1 (fr) * 2008-01-22 2009-07-24 2Mi Modeles Et Moules Pour L I Procede de controle de la conformite dimensionnelle d'une piece et dispositif de mise en oeuvre d'un tel procede
CN109764817A (zh) * 2019-01-14 2019-05-17 南京信息工程大学 非接触式透镜中心厚测量系统及方法

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FR2926632A1 (fr) * 2008-01-22 2009-07-24 2Mi Modeles Et Moules Pour L I Procede de controle de la conformite dimensionnelle d'une piece et dispositif de mise en oeuvre d'un tel procede
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