JPS62266405A - 透明薄膜の膜厚測定装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野１ 本発明は、光ファイバを用いた変位測定及びこれにレン
ズ系を加えた非接触焦点位置検出技術による透明薄膜の
膜厚測定装置に関するものである。

［背景技術１ プラスチック並びにアクリル等の透明体の表面状態の測
定を接触方式で測定する方法はいろいろと考えられてき
たが、透明体を測定することによるキズが発生したり、
また、透明体の表面状態によって接触することのできな
い測定に関するものが多くなってきた。

［発明の目的１ 本発明は、上述の点に鑑みて提供したものであって、非
接触状態において一方向から透明体に党を投光すること
で、透明体の薄膜厚を高精度に測定することを目的とし
た透明薄膜の膜厚測定装置を提供するらのである。

［発明の開示］ （構成） 本発明は、投光及プ受光を行なう光センサーと、この光
センサーからの光を集光して透明体からなる被測定物に
投光すると共に、被測定物からの反射光を受光するレン
ズ系からなる投受光手段と、この投受光手段を被測定物
の膜厚方向に自在に移動せしめて投受光手段から投光さ
れた光を被測定物の裏面及び表面で焦点を合わせる移動
制御手段と、投受光手段から投光された光が被測定物の
裏面及び表面で焦点があったときに夫々生ずる光センサ
ー出力間に対応した投受光手段の変位量に被測定物の屈
折率を掛けて被測定物の膜厚を演算処理する演算処理手
段とを具備したことを特徴とするものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は全体の構成図を示すものであり、プラスチック
やアクリル等の透明体からなる被測定物１は薄膜状であ
り、この被測定物１に光を投光する投受光手段２は、第
２図（ａ）に示すように両端にレンズ２　ａ、　２　ｂ
を配置した円筒状に形成しである。

この投受光手段２の上部に光センサーである光７フイパ
センサー３が接続してあり、この光７Ｔイパセンサー３
は投光ファイバと受光ファイバとから構成されており、
光フアイバセンサー３から投光された光は投受光手段２
によって集光され、被測定物１側で焦点を合わせるよう
にしている。＊た、被測定物１による反射光は投受光手
段２を介して光フアイバセンサー３により検知され、そ
の出力は例えば電圧に変換されて出力され、アンプ６に
より増幅される。アンプ６出力はＡ／Ｄコンバータ７に
よりＡ／Ｄ変換され、データ出力として演算処理手段を
構成するＣＰＵｌ０に入力される。

投受光手段２は移動制御手段を構成するＺテーブル４に
より被測定物１の膜厚の方向の上下に移動自在１こ動く
ものであり、このＺテーブル４はステップモータ５によ
り上下動に駆動制御されている。

このステップモータ５は、ＣＰＵｌ０からの制御データ
によりパラレルＩ１０ボード９及びドライバー８を介し
て駆動制御されるものである。

次に、被測定物１の膜厚測定について第２図乃至第４図
により説明する。尚、ＭｆＪ２図は被測定物１の膜厚が
１．０−一以上の場合を示し、第３図は被測定物１の膜
厚が１．ＯＩ以下の場合を示し、第４図は測定７０−チ
ャートを示すものである。

まず、被測定物１と投受光手段２とのすきまを数１程度
に設定する。次に、ステップモータ５を駆動してＺテー
ブル４を上昇させ、被測定物１と投受光手段２との間隔
を広げる。その時、光フアイバセンサー３からの出力を
Ａ／Ｄコンバータ７を通じてＣＰＵ１０に入力する。Ｚ
テーブル４の上昇とＣＰＵｌ０へのデータ入力を繰り返
し行ない、データの最大値がらある決められた量ａだけ
下がった点が実測定開始、αである。実測定開始、αか
ら同じようにして、Ｚテーブル４の上昇とデータ入力を
繰り返し行なう。このデータについて第１ヌルポイント
Ｐ、を計算し、もし第２ヌルポイントＰ２があればその
間の間隔をＺテーブル４の移動量から計算し、屈折率を
掛けて被測定物１の膜厚が求められる。すなわち、第２
図に示すように、Ｚテーブル４を上昇させていき、その
時の光フアイバセンサー３の出力をＣＰＵ　１０にデー
タとして入カシていく。投受光手段２から投光されてい
る光は集光されているので、その焦、αが被測定物１の
裏面１ａで合ったときに、光フアイバセンサー３の出力
レベルが低下して第１ヌルポイン）　Ｐ　＋を検出でき
る。更に、Ｚテーブル４を上昇させていくと、焦、αが
被測定物１の表面１ｂで合い、その結果、光フアイバセ
ンサー３の出力レベルが低下して第２ヌルポイントＰ２
が検出できることになる。ここで、第２図に示すｄはＺ
テーブル４つまり投受光手段２の変位量を示す。この第
１ヌルポイントＰ、と第２ヌルポイントＰ２間の変位量
をＤとすると、被測定物１の膜厚りは次式で示される。

ｔ　＝　ｎ　Ｄ 但し、ｎは被測定物１の屈折率である。

第３図は薄膜つまり被測定物１の膜厚が１．０論−以下
の場合を示すものであり、第２ヌルポイン）　Ｐ　２が
＃Ｓ１ヌルポイントＰ、に吸収されて第１ヌルポイント
Ｐ、の近くにあるため、計算ができない。！＠１ヌルポ
イントＰ、と第１ヌルポイントＰ。

以降の最大値のでたポイント間において、近似曲線ｆを
求める。ここで、次数は３〜６次（４次程度が最もよい
）とし、最小自乗法により近似曲Ｉｓｒを求め、その曲
線と実測データとの誤差を求め、第２ヌルポイン）Ｐ２
（差が最も大きくでる点）を計算し、第１ヌルポイント
Ｐ１との間隔（変位量Ｄ）と、屈折率ｎとで上式より被
測定物１の膜厚ｔを計算する。１５図は被測定物１の膜
厚が厚い場合の実測例を示し、第６図は被測定物１の膜
厚が薄い場合の実測例を示す、このように、透明体でし
かも板厚が１，０ｍｍ以下のものの厚み測定が高精度に
行なえるものである。Ｚテーブル４と光フアイバーセン
サー３との組み合わせにより、被測定物１の膜厚ｔが約
１０μ論のものでも測定が可能である。また、一方向か
らの非接触による投光測定であるため、被測定物１がベ
ース上に載っている状態で厚みを測定することが可能と
なる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、投光及び受光を行なう光センサ
ーと、この光センサーからの光を集光して透明体からな
る被測定物に投光すると共に、被測定物からの反射光を
受光するレンズ系からなる投受光手段と、この投受光手
段を被測定物の膜厚方向に自在に移動せしめて投受光手
段から投光された光を被測定物の裏面及ゾ表面で焦点を
合わせる移動制御手段と、投受光手段がら投光された光
が被測定物の裏面及Ｖ表面で焦点があったときに夫々生
ずる光センサー出力間に対応した投受光手段の変位量に
被測定物の屈折率を掛けて被測定物の膜１７を演算処理
する演算処理手段とを具備したものであるから、投受光
手段から被測定物に投光している状態で投受光手段を移
動させていき、被測定物の裏面と表面とで焦点が合った
部分に対応する点での光センサー出力を検出し、演算処
理手段によりこの画点の開の投受光手段の変位量に被測
定物の屈折率を掛けて演算処理することで、被測定物の
膜厚を測定することができるものであり、従って、光を
用いた一方向からの非接触による薄膜の測定を行な得る
と共に、被測定物がベース上に載っている状態でも測定
できる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は同上の膜厚
が１．０＋ｍ以上の場合の動作説明図、第３図は同上の
膜厚が１　、　Ｏａｍ以下の場合の動作説明図、第４図
は同上の測定フローチャート、第５図及Ｖ第６図は同上
の夫々実測例を示す図である。 １は被測定物、２は投受光手段、３は光７アイパーセン
サーである。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光及び受光を行なう光センサーと、この光セン
   サーからの光を集光して透明体からなる被測定物に投光
   すると共に、被測定物からの反射光を受光するレンズ系
   からなる投受光手段と、この投受光手段を被測定物の膜
   厚方向に自在に移動せしめて投受光手段から投光された
   光を被測定物の裏面及び表面で焦点を合わせる移動制御
   手段と、投受光手段から投光された光が被測定物の裏面
   及び表面で焦点があったときに夫々生ずる光センサー出
   力間に対応した投受光手段の変位量に被測定物の屈折率
   を掛けて被測定物の膜厚を演算処理する演算処理手段と
   を具備して成る透明薄膜の膜厚測定装置。