WO2020066828A1 - 測定装置、および測定方法 - Google Patents

測定装置、および測定方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020066828A1
WO2020066828A1 PCT/JP2019/036732 JP2019036732W WO2020066828A1 WO 2020066828 A1 WO2020066828 A1 WO 2020066828A1 JP 2019036732 W JP2019036732 W JP 2019036732W WO 2020066828 A1 WO2020066828 A1 WO 2020066828A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric field
thickness
measurement
unit
dielectric constant
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/036732
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
純 勝山
憲典 松本
品川　満
Original Assignee
横河電機株式会社
学校法人法政大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 横河電機株式会社, 学校法人法政大学 filed Critical 横河電機株式会社
Priority to EP19865218.2A priority Critical patent/EP3859355B1/en
Priority to US17/275,743 priority patent/US20220034951A1/en
Publication of WO2020066828A1 publication Critical patent/WO2020066828A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
    • G01R27/2623—Measuring-systems or electronic circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/08—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics

Definitions

  • the present invention relates to a measuring device and a measuring method.
  • This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2018-180874 for which it applied to Japan on September 26, 2018, and uses the content here.
  • dielectric materials have been used for electronic devices.
  • a capacitance method using an impedance analyzer or an LCR meter is known in a relatively low frequency region. In such a measurement, a macro relative dielectric constant of the entire sample can be seen, but information in a micro region cannot be obtained.
  • One embodiment of the present invention provides a measurement apparatus and a measurement method capable of measuring the relative dielectric constant of a sheet-like or film-like dielectric substance with high spatial resolution and without contact.
  • a measuring device includes an electric field generating unit that generates an AC electric field, and is disposed to face the electric field generating unit at a distance from the electric field generating unit, and detects an AC electric field generated by the electric field generating unit.
  • the measurement object can be inserted between the electric field generation unit and the electric field detection unit.
  • the electric field detector detects an intensity of the AC electric field attenuated by the measurement object.
  • the processing unit calculates a relative dielectric constant of the measurement object based on the detected intensity of the AC electric field, the measured thickness, and the derived calibration curve.
  • the measurement device arranges the electric field generation unit and the electric field detection unit at a distance so as not to contact the measurement object, arranges the thickness gauge so as not to contact the measurement object, and measures the The relative permittivity is calculated based on the calibration curve and the calibration curve, so that the relative permittivity of the sheet-like or film-like dielectric can be measured with high spatial resolution and without contact.
  • the electric field detection unit may be an electric field sensor using an electro-optic effect.
  • the measurement device can perform stable measurement with less disturbance compared to a metal antenna by using an electro-optic probe for the electric field detection unit.
  • the measurement device can perform measurement with higher spatial resolution than a metal antenna by contriving the miniaturization of the electro-optic crystal used for the electro-optic probe and reducing the beam diameter of the reference light.
  • the measuring device uses a signal in the millimeter wave band or the microwave band by setting the frequency of the signal input to the electric field generator to about several kHz to several MHz, thereby eliminating the need for speeding up the signal detection circuit. As compared with the measurement method, an effect that the device can be constructed at low cost can be obtained.
  • the calibration curve may indicate a relationship between the relative dielectric constant of each of the plurality of measurement targets whose relative dielectric constants are known and the intensity of the AC electric field.
  • the processing unit may derive the calibration curve for each thickness of the measurement target whose relative dielectric constant is known.
  • the measuring device derives the calibration curve using the measurement target whose relative dielectric constant is known, so that the relative dielectric constant can be measured with high spatial resolution.
  • the processing unit determines the slope and intercept for each thickness from the plurality of calibration curves for each thickness of the measurement target whose relative dielectric constant is known, and is measured.
  • the processing unit determines the slope and intercept for each thickness from the plurality of calibration curves for each thickness of the measurement target whose relative dielectric constant is known, and is measured.
  • the measuring apparatus calculates the relative dielectric constant of the measurement target whose relative dielectric constant is unknown based on the calibration curve derived using the measurement target whose known relative dielectric constant is unknown. , Relative permittivity can be easily measured with high spatial resolution.
  • the processing unit determines the slope and intercept for each thickness from the plurality of calibration curves for each thickness of the measurement object whose relative dielectric constant is known, Obtain a first function using the slope as a thickness variable, obtain a second function using a plurality of intercepts as a thickness variable, and calculate the measured thickness, the first function, and the second function. Using, the slope and intercept of the calibration curve corresponding to the measured thickness is determined, and the slope and intercept of the calibration curve corresponding to the measured thickness and the intensity of the detected AC electric field are used. Alternatively, the relative permittivity of the measurement object whose relative permittivity is unknown may be calculated.
  • the measuring apparatus calculates the relative dielectric constant of the measurement target whose relative dielectric constant is unknown based on the calibration curve derived using the measurement target whose known relative dielectric constant is unknown. , Relative permittivity can be easily measured with high spatial resolution.
  • the object to be measured may be a sheet-like or film-like dielectric material.
  • a high-voltage signal may be used as an excitation signal of an AC electric field generated from the electric field generating unit, and a distance between the electric field generating unit and the electric field detecting unit may be set to several mm.
  • the measurement device arranges the distance between the electric field generation unit and the electric field detection unit to several mm by using a low frequency that can generate a high-voltage signal for the excitation signal of the AC electric field generated from the electric field generation unit. can do. Accordingly, the measuring device can transport the measuring object at a high speed to the gap having a sufficient distance, so that the entire number of the measuring objects can be inspected while manufacturing, which can contribute to improvement in productivity. .
  • the measuring device may further include a moving device that moves the electric field generating unit, the electric field detecting unit, and the thickness gauge in a horizontal direction that is orthogonal to a transport direction of the measurement target.
  • the processing unit may measure a surface distribution of a relative dielectric constant of the measurement object.
  • the measuring device can measure the surface distribution of the relative permittivity of the object to be measured.
  • the measurement apparatus may further include a storage unit that stores the calibration curve for each thickness of the measurement target whose relative dielectric constant derived by the processing unit is known.
  • the measuring device derives the calibration curve using the measurement target whose relative dielectric constant is known, so that the relative dielectric constant can be measured with high spatial resolution.
  • the processing unit may control start and end of generation of the electric field by the electric field generation unit, and control the magnitude of the electric field.
  • the measuring device can measure the relative permittivity of the sheet-like or film-like dielectric substance with high spatial resolution and without contact.
  • the measuring method includes an electric field generating unit that generates an AC electric field, and an AC electric field generated by the electric field generating unit, which is disposed to face the electric field generating unit at a distance from the electric field generating unit.
  • the measurement object is a measurement method using a measurement device that can be inserted between the electric field generation unit and the electric field detection unit, wherein the processing unit has a plurality of dielectric constants that are known.
  • the electric field detection unit detects the change in the dielectric constant, Detecting the intensity of the electric field, the thickness gauge measures the thickness of the measurement object whose relative dielectric constant is unknown, and the processing unit detects the intensity of the detected AC electric field and the measured Based on the thickness and the derived calibration curve, the relative permittivity of the measurement object whose relative permittivity is unknown is calculated.
  • the measuring apparatus can measure the relative dielectric constant of the sheet-like or film-like dielectric substance with high spatial resolution and without contact by executing the measuring method.
  • the relative dielectric constant of a sheet-like or film-like dielectric can be measured with high spatial resolution and without contact.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a calibration curve of a relative dielectric constant and a measured electric field value according to the present embodiment.
  • 5 is a flowchart of a calibration curve introduction procedure according to the present embodiment. It is a figure showing the example of a relation between thickness and an electric field measurement value. It is a flowchart of the measurement procedure of the relative permittivity which concerns on this embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram of a configuration example of an electro-optic probe. It is a figure showing an example which applies a measuring device of this embodiment to a process in which a sheet-like or film-like dielectric material is conveyed at high speed and manufactured. It is a perspective view showing the schematic structure of the measuring device by this embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a measuring device 1 according to the present embodiment.
  • the measuring device 1 includes an electric field source 11, a thickness gauge 12, a sensor 13, a processing unit 14, a storage unit 15, and an output unit 16.
  • the processing unit 14 includes a calculation unit 141 and a control unit 142.
  • the measuring device 1 measures the thickness and the electric field value of the sample 2 (measurement target), and obtains the relative permittivity of the sample 2 based on the measured values.
  • the sample 2 (measurement target) is a film-shaped or sheet-shaped dielectric.
  • the sample 2 is inserted between the electric field generation source 11 (electric field generation unit) and the sensor 13 (electric field detection unit).
  • the electric field generation source 11 generates the AC electric field 3 under the control of the control unit 142 of the processing unit 14.
  • the thickness gauge 12 is a sensor that measures the thickness of the sample 2 by, for example, an optical method, an ultrasonic method, or the like.
  • the thickness gauge 12 measures the thickness of the sample 2 in a non-contact manner, and outputs the measured value to the calculation unit 141 of the processing unit 14.
  • the thickness gauge 12 is arranged so as not to contact the sample 2.
  • the sensor 13 detects the AC electric field 3 generated by the electric field generation source 11 and outputs an electric field measurement value (the strength of the AC electric field) corresponding to the intensity of the frequency component to the calculation unit 141.
  • the sensor 13 detects the intensity of the AC electric field 3 attenuated by the sample 2. Therefore, first, the sensor 13 detects the intensity of the AC electric field 3 in a state where the sample 2 is not present.
  • the sensor 13 may be an electric field sensor such as an electro-optic probe using an electro-optic crystal having an electro-optic effect (see Non-Patent Document 1).
  • the electric field generation source 11 and the sensor 13 are arranged to face each other.
  • the electric field generation source 11 and the sensor 13 are arranged apart from each other so as not to contact the sample 2 (measurement target). The distance is, for example, several tens ( ⁇ m) to several (mm).
  • the calculation unit 141 obtains the relative permittivity of the sample 2 using the detection value output from the thickness gauge 12, the electric field measurement value output from the sensor 13, and the information stored in the storage unit 15.
  • the calculation unit 141 outputs the obtained relative permittivity to the output unit 16. The method of obtaining the relative permittivity will be described later.
  • the control unit 142 controls the start and end of the electric field generation by the electric field generation source 11, and controls the magnitude of the electric field.
  • the storage unit 15 stores the relationship (calibration curve) between the relative dielectric constant and the measured electric field value for each sample thickness.
  • the storage unit 15 stores information indicating the relationship between the slope of the graph indicating the relationship between the relative permittivity and the measured electric field value and the thickness of the sample. Further, the storage unit 15 stores information indicating the relationship between the intercept of the graph indicating the relationship between the relative permittivity and the measured electric field value and the thickness of the sample. Further, the storage unit 15 stores information indicating a relationship between the thickness of the sample and the electric field measurement value.
  • the output unit 16 is, for example, a display device or a printing device.
  • the output unit 16 displays or prints the relative dielectric constant output by the calculation unit 141.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a calibration curve of a relative dielectric constant and an electric field measurement value according to the present embodiment.
  • the horizontal axis represents relative permittivity
  • the vertical axis represents electric field measurement values (arbitrary units).
  • Reference numeral g1 the thickness of the sample is relationship between the specific dielectric constant and the electric field measurements at t 1.
  • Crosses shows the results thickness was measured electric field measurements in a sample dielectric constant is different for t 1.
  • Reference numeral g2 the thickness of the sample is relationship between the specific dielectric constant and the electric field measurement at t 2.
  • Rhombuses shows results thickness was measured electric field measurements in a sample relative permittivity different t 2.
  • Code g3 the thickness of the sample is relationship between the specific dielectric constant and the electric field measurements at t 3. Circles shows the results of thickness were measured field measurements in a sample relative permittivity different t 3.
  • the relative permittivity and the measured electric field value are represented by a linear function by linear approximation by regression analysis.
  • FIG. 3 is a flowchart of a procedure for introducing a calibration curve according to the present embodiment. The following processing is performed using a sample whose thickness and relative permittivity are known before measuring the sample 2 whose relative permittivity is to be obtained.
  • the measuring device 1 measures the thickness of the sample using the thickness gauge 12.
  • Each sample may be a common sheet- or film-shaped plastic material having a stable relative dielectric constant.
  • n and m are desirably 3 or more in order to perform the approximation processing.
  • the operation unit 141 repeats the loop processing L2s to L2e and the processing of step S2 n times.
  • the calculation unit 141 sets i to 0 and adds 1 to i in the first processing.
  • the arithmetic unit 141 adds 1 to i in the second and subsequent processes.
  • the calculation unit 141 repeats the processing of step S1 m times.
  • the calculation unit 141 sets j to 0 and adds 1 to j in the first processing.
  • the arithmetic unit 141 adds 1 to j in the second and subsequent processes.
  • Step S1 An operator places a sample (general material) having a thickness of t i and a relative dielectric constant of ⁇ j between the electric field generation source 11 (FIG. 1) and the sensor 13 (FIG. 1).
  • the calculation unit 141 acquires the electric field measurement value V ij of this sample.
  • Step S2 computation unit 141, for each thickness t i, the calibration curve A of the field measurements for the relative dielectric constant obtained by the linear approximation. Subsequently, the calculation unit 141 causes the storage unit 15 to store the slope a and the intercept b of the calibration curve A.
  • Measuring device 1 measures the first field measurements V 11 samples (relative permittivity epsilon r1) thick t 1.
  • the measurement apparatus 1 measures the electric field measurements V 12 of the second sample of thickness t 1 (dielectric constant epsilon r2).
  • the measuring apparatus (loop L2s ⁇ L2e 1 st) of the measuring field measurement V 13 third sample thickness t 1 (relative permittivity epsilon r3).
  • Computing unit 141 stores the gradient a 1 and the intercept b 1 of the calibration curve A 1 in the storage unit 15.
  • the measurement apparatus 1 measures the electric field measurements V 24 of the fourth sample having a thickness of t 2 (relative dielectric constant epsilon r4).
  • the measurement apparatus 1 measures the electric field measurements V 25 of the fifth sample of thickness t 2 (relative dielectric constant epsilon r5).
  • the measurement apparatus 1 measures the electric field measurements V 26 of the sixth sample of thickness t 2 (relative dielectric constant epsilon r6) (2 nd loop L2s ⁇ L2e).
  • Computing unit 141 stores the gradient a 2 and the intercept b 2 of the calibration curve A 2 in the storage unit 15.
  • the measurement apparatus 1 measures the electric field measurements V 37 of the seventh sample of thickness t 3 (relative permittivity epsilon r7).
  • the measurement apparatus 1 measures the electric field measurements V 38 of the eighth sample of thickness t 3 (relative permittivity epsilon r8).
  • the measuring apparatus 1, the thickness t 3 of the ninth sample (dielectric constant epsilon r9) measuring the electric field measurements V 39 of (third loop L2s ⁇ L2e).
  • Computing unit 141 stores the gradient a 3 and the intercept b 3 of the calibration curve A 3 in the storage unit 15.
  • the measurement result obtained by the above-described processing is as shown in FIG.
  • the example in FIG. 2 is an example in which preprocessing is performed using 21 samples.
  • a graph when the electric field measurement value V is plotted on the vertical axis and the thickness t is plotted on the horizontal axis is shown in FIG. FIG. 4 will be described later.
  • the operation unit 141 obtains a function using, for example, exponential approximation.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the thickness and the measured electric field value.
  • the horizontal axis represents the thickness ( ⁇ m)
  • the vertical axis represents the electric field measurement value (arbitrary unit).
  • the electric field measurement value which is the intensity of the AC electric field 3 detected by the sensor 13 is a function of the thickness and the relative permittivity of the sample 2 to be measured. Therefore, when it is desired to obtain either the thickness or the relative permittivity, the other value can be obtained from one of the values and the electric field measurement value. Since the purpose of the present embodiment is to measure the relative permittivity, the thickness of the sample 2 is acquired by the thickness gauge 12 together with the electric field measurement value.
  • FIG. 5 is a flowchart of a procedure for measuring the relative permittivity according to the present embodiment.
  • the sample 2 whose relative dielectric constant is to be measured is a dielectric material whose relative dielectric constant and thickness are unknown.
  • an operator places the sample 2 between the electric field generation source 11 (FIG. 1) and the sensor 13 (FIG. 1).
  • Step S11 calculating unit 141 obtains the measured value of the thickness t x of sample 2 which is output from the thickness gauge 12.
  • Step S12 calculating unit 141 obtains the electric field measurements V x of sample 2 sensor 13 outputs.
  • FIG. 6 is a block diagram of a configuration example of the electro-optic probe 13A.
  • FIG. 6 shows an example in which the electro-optic probe 13A is applied to the sensor 13.
  • the electro-optic probe 13A includes an EO / OE circuit 131 and a probe head 132.
  • the EO / OE circuit 131 includes an LD driver 1311, an LD 1312, a PD 1313, a PD 1314, a differential amplifier 1315, and a capacitor 1316.
  • the probe head 132 includes a wave plate 1321, an EO crystal 1322, and a PBS 1323.
  • the EO / OE circuit 131 converts the electric field strength detected by the probe head 132 into an electric signal and outputs the electric signal.
  • the LD driver 1311 drives the LD 1312.
  • the LD 1312 is, for example, a semiconductor laser.
  • PD 1313 and PD 1314 are light receiving units, receive the P and S waves of the laser light from the probe head 132, convert the received P and S waves into electric signals, and output the electric signals to the differential amplifier 1315.
  • the differential amplifier 1315 obtains a difference between the electric signal output by the PD 1313 and the electric signal output by the PD 1314, and outputs an output signal obtained by amplifying the obtained intensity difference after the DC (direct current) component is cut by the capacitor 1316. .
  • the laser light emitted by the LD 1312 of the EO / OE circuit 131 is sent to the probe head 132 via an optical fiber.
  • the laser light transmitted through the wave plate 1321 and the EO crystal 1322 is separated into two linearly polarized lights of a P wave and an S wave by a PBS 1323 (polarization beam splitter).
  • the EO crystal 1322 is a crystal exhibiting an EO (electro-optic) effect in which the refractive index of the crystal changes when an electric field is applied to the crystal.
  • the configuration of the electro-optic probe 13A shown in FIG. 6 is an example, and the configuration is not limited to this.
  • the measuring device 1 of the present embodiment it is possible to realize the non-contact measurement of the relative permittivity, which cannot be performed by the related art.
  • an electro-optic probe as the sensor 13 for detecting an electric field, stable measurement can be performed with less disturbance compared to a metal antenna.
  • measurement with higher spatial resolution than that of the metal antenna can be performed by miniaturizing the electro-optic crystal used for the electro-optic probe and reducing the beam diameter of the reference light.
  • the frequency of the signal input to the electric field generation source 11 is set to about several kHz to several MHz, so that the speed of the signal detection circuit does not need to be increased, and the millimeter wave band or the microwave band The effect that the apparatus can be constructed at low cost can be obtained as compared with the measurement method using the signal of (1).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which the measuring apparatus 1 of the present embodiment is applied to a manufacturing apparatus 100 that manufactures a sheet-like or film-like dielectric material by transporting it at a high speed.
  • the manufacturing device 100 includes a measuring device 1 and a transport unit 101 (transport device).
  • the x-axis is set in a direction along the transport direction D1 of the sample 2
  • the y-axis is set in a direction along the width direction of the sample 2
  • the z-axis is set in a direction along the vertical direction.
  • the sample 2 is transported at high speed in the x-axis direction by a transport unit 101 such as an aluminum roll that winds and transports the sample 2.
  • a transport unit 101 such as an aluminum roll that winds and transports the sample 2.
  • the electric field intensity detected by the sensor 13 decreases and the S / N ratio deteriorates.
  • the S / N degradation can be suppressed by exciting the electric field generation source 11 with a high-voltage AC signal and increasing the intensity of the AC electric field 3 detected by the sensor 13. It is easy to generate a high voltage signal in a relatively low frequency band.
  • the relatively low frequency is, for example, about several kHz to several MHz.
  • by using a high voltage signal of, for example, about several kHz to several MHz highly accurate measurement can be easily realized even if the distance between the sensor 13 and the electric field generation source 11 is increased. .
  • the sample 2 comes into contact with the sensor 13 or the electric field generation source 11 so that the surface is scratched.
  • the problem that a hole or a hole is made occurs.
  • the present embodiment by transferring the sample 2 to the gap having a sufficient distance, no contact occurs, and highly accurate measurement can be performed as described above.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the measurement device 1A according to the present embodiment.
  • the measuring device 1A further includes a frame 10.
  • the frame 10 is a substantially square ring-shaped member having a longitudinal direction and a lateral direction as an external shape.
  • the frame 10 supports the thickness gauge 12, the sensor 13, and the electric field generation source 11 in the opening OP so as to be able to reciprocate in the longitudinal direction.
  • the frame 10 has a longitudinal direction set in a direction along the width direction (y direction) of the paper P and a short direction set in a direction along the vertical direction (z direction). It is arranged so as to pass almost the center of the OP.
  • the frame 10 is placed on the sample 2 such that the thickness gauge 12 and the sensor 13 are arranged above the sample 2 to be conveyed, and the electric field source 11 is arranged below the sample 2 to be conveyed.
  • Positioning. A mechanism for reciprocating the thickness gauge 12 and the sensor 13 in the y direction along the surface of the sample 2 and a mechanism for reciprocating the electric field generation source 11 in the y direction along the back surface of the sample 2 are provided. That is, the measuring device 1A has a horizontal scanning mechanism (moving device) that is perpendicular to the transport direction of the sample 2 (measurement target). If these mechanisms are driven in the same manner, the thickness gauge 12, the sensor 13, and the electric field generation source 11 can be reciprocated in synchronization.
  • the relative dielectric constant of a film-shaped or sheet-shaped dielectric can be measured with high spatial resolution and without contact.
  • a program for realizing all or a part of the function of the processing unit 14 in the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read by a computer system and executed. All or part of the processing performed by the processing unit 14 may be performed.
  • the “computer system” here includes an OS and hardware such as peripheral devices.
  • the “computer system” also includes a WWW system provided with a homepage providing environment (or display environment).
  • the “computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in a computer system.
  • the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) inside a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted through a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. And those holding programs for a certain period of time.
  • RAM volatile memory
  • the program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium.
  • the “transmission medium” for transmitting a program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
  • the program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

測定装置は、交流電界を発生する電界発生部と、前記電界発生部と距離を隔てて対向して配置され、且つ、前記電界発生部により発生された交流電界を検出する電界検出部と、測定対象物の厚さを非接触で測定する厚さ計と、比誘電率と交流電界の強度との間の関係を示す検量線の導出を行う処理部と、を備える、前記測定対象物は、前記電界発生部と前記電界検出部との間に挿入可能である。前記電界検出部は、前記測定対象物によって減衰した前記交流電界の強度を検出する。前記処理部は、検出された前記交流電界の強度と、測定された前記厚さと、導出された前記検量線とに基づいて、前記測定対象物の比誘電率を算出する。

Description

測定装置、および測定方法
　本発明は、測定装置、および測定方法に関する。
　本願は、２０１８年９月２６日に日本に出願された特願２０１８－１８０８７４に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、電子デバイスには誘電体材料が用いられている。このような誘電体材料の誘電率を測定する手法として、比較的低い周波数領域では、インピーダンスアナライザやＬＣＲメータを用いた静電容量法などが知られている。このような測定においては、試料全体のマクロな比誘電率を見ることができるが、ミクロな領域での情報を得ることはできない。
　誘電体材料の品質向上や不良診断といった観点から、微小領域を高空間分解能で測定する要求が高まっている。
　このため、誘電体材料の比誘電率を高空間分解能で測定する手法として、試料の表面に接触させた測定電極と、それに対向した電極によってつくられるキャパシタ部と、コイルによって構成されるＬＣ共振回路部を用いて、試料の比誘電率を測定することが提案されている（例えば特許文献１参照）。
　誘電体材料の比誘電率を高空間分解能で測定する手法として、探針を試料の表面に位置させて探針もしくは試料のどちらかを相対的に励振させ、静電容量の変化を測定することで、試料の比誘電率を測定することが提案されている（例えば特許文献２参照）。
　誘電体材料の比誘電率を高空間分解能かつ高速で測定したいという要求が高まっている。
日本国特許第３２０４８５２号公報 日本国特許第５２９５０４７号公報
斉藤凌、"電気光学プローブを用いた有機薄膜太陽電池の電圧校正技術に関する研究"、法政大学大学院理工学・工学研究科紀要　Ｖｏｌ．５８、法政大学、２０１７年３月
　特許文献１に記載の技術では、測定電極を試料に接触させる必要があるため、試料表面に傷がつく可能性があり破壊検査となる。特許文献１に記載の技術では、試料表面に接触する必要があるため、移動体の測定ができない。このため、特許文献１に記載の技術では、シート状もしくはフィルム状の試料が高速で搬送されて製造されるプロセス中においてインライン測定に応用することができない。
　特許文献２に記載の技術では、探針を試料に接触させないものの、探針と試料表面の距離は３０ｎｍ以下にする必要がある。このため、特許文献２に記載の技術では、シート状もしくはフィルム状の試料が高速で搬送されて製造されるプロセスにおいて、試料が鉛直方向にばたつくため、探針が試料に触れる可能性がある。このため、特許文献２に記載の技術では、プロセス中でのインライン測定に応用することができない。
　本発明の一態様は、シート状もしくはフィルム状の誘電体の比誘電率を高空間分解能かつ非接触で測定することができる測定装置、および測定方法を提供する。
　本発明の一態様に係る測定装置は、交流電界を発生する電界発生部と、前記電界発生部と距離を隔てて対向して配置され、且つ、前記電界発生部により発生された交流電界を検出する電界検出部と、測定対象物の厚さを非接触で測定する厚さ計と、比誘電率と交流電界の強度との間の関係を示す検量線の導出を行う処理部と、を備える、前記測定対象物は、前記電界発生部と前記電界検出部との間に挿入可能である。前記電界検出部は、前記測定対象物によって減衰した前記交流電界の強度を検出する。前記処理部は、検出された前記交流電界の強度と、測定された前記厚さと、導出された前記検量線とに基づいて、前記測定対象物の比誘電率を算出する。
　上記の構成により、測定装置は、電界発生部と電界検出部とを測定対象物と接触しないように距離を隔てて配置し、厚さ計を測定対象物と接触しないように配置し、測定値と検量線に基づいて比誘電率を算出するようにしたので、シート状もしくはフィルム状の誘電体の比誘電率を高空間分解能かつ非接触で測定することができる。
　本発明の一態様に係る測定装置において、前記電界検出部は、電気光学効果を応用した電界センサであってよい。
　上記の構成により、測定装置は、電界検出部に電気光学プローブを用いることで、金属製アンテナと比較して低擾乱で安定的な測定ができる。測定装置は、電気光学プローブに用いる電気光学結晶の微小化や、参照光のビーム径を細くするなどの工夫により、金属製アンテナよりも空間分解能が高い測定が可能となる。さらに、測定装置は、電界発生部に入力する信号の周波数を数ｋＨｚ～数ＭＨｚ程度にすることで、信号検出回路の高速化などの必要がなく、ミリ波帯やマイクロ波帯の信号を用いる測定手法に比べて、装置を安価に構築できる効果を得られる。
　本発明の一態様に係る測定装置において、前記検量線は、比誘電率が既知である複数の前記測定対象物それぞれの前記比誘電率と前記交流電界の強度との関係を示してよい。前記処理部は、比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎に前記検量線を導出してよい。
　上記の構成により、測定装置は、比誘電率が既知の測定対象物を用いて検量線を導出するようにしたので、比誘電率を高空間分解能で測定することができる。
　本発明の一態様に係る測定装置において、前記処理部は、比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎の複数の前記検量線から厚さ毎に傾きと切片を求め、測定された前記厚さに対応する前記検量線の傾きと切片と、検出された前記交流電界の強度とを用いて、比誘電率が未知である前記測定対象物の比誘電率を算出するようにしてもよい。
　上記の構成により、測定装置は、比誘電率が既知の測定対象物を用いて導出した検量線に基づいて比誘電率が未知である前記測定対象物の比誘電率を算出するようにしたので、比誘電率を簡便に高空間分解能で測定することができる。
　本発明の一態様に係る測定装置において、前記処理部は、比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎の複数の前記検量線から厚さ毎に傾きと切片を求め、複数の前記傾きを厚さ変数とする第１の関数を求め、複数の前記切片を厚さ変数とする第２の関数を求め、測定された前記厚さと前記第１の関数と前記第２の関数とを用いて、測定された前記厚さに対応する検量線の傾きと切片を求め、測定された前記厚さに対応する検量線の傾きと切片と検出された前記交流電界の強度とを用いて、比誘電率が未知である前記測定対象物の比誘電率を算出するようにしてもよい。
　上記の構成により、測定装置は、比誘電率が既知の測定対象物を用いて導出した検量線に基づいて比誘電率が未知である前記測定対象物の比誘電率を算出するようにしたので、比誘電率を簡便に高空間分解能で測定することができる。
　本発明の一態様に係る測定装置において、前記測定対象物がシート状もしくはフィルム状の誘電体材料であってよい。前記電界発生部から発生する交流電界の励起信号に、高電圧の信号を用い、前記電界発生部と前記電界検出部との距離を数ｍｍに配置してよい。前記測定対象物が搬送装置によって高速搬送された場合に、前記測定対象物が鉛直方向に振動しても、前記電界発生部と前記電界検出部は、前記測定対象物に接触しないように配置されてよい。
　上記の構成により、測定装置は、電界発生部から発生する交流電界の励起信号に、高電圧の信号を生成できる低い周波数を用いることで電界発生部と電界検出部との距離を数ｍｍに配置することができる。これにより、測定装置は、十分な距離を取ったギャップに測定対象物を高速に搬送させることができるので、製造しながら測定対象物の全数を検査でき、生産性の向上に寄与することができる。
　本発明の一態様に係る測定装置において、前記電界発生部、前記電界検出部、および前記厚さ計を、前記測定対象物の搬送方向に直行する水平方向に移動させる移動装置をさらに備えてよい。前記処理部は、前記測定対象物の比誘電率の面分布を測定してよい。
　上記の構成により、測定装置は、測定対象物の比誘電率の面分布測定ができる。
　本発明の一態様に係る測定装置において、前記処理部により導出された比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎の前記検量線を記憶する記憶部をさらに備えてよい。
　上記の構成により、測定装置は、比誘電率が既知の測定対象物を用いて検量線を導出するようにしたので、比誘電率を高空間分解能で測定することができる。
　本発明の一態様に係る測定装置において、前記処理部は、前記電界発生部の電界発生の開始、終了、および電界の大きさを制御してよい。
　上記の構成により、測定装置は、シート状もしくはフィルム状の誘電体の比誘電率を高空間分解能かつ非接触で測定することができる。
　本発明の一態様に係る測定方法は、交流電界を発生する電界発生部と、前記電界発生部と距離を隔てて対向して配置され、且つ、前記電界発生部により発生された交流電界を検出する電界検出部と、測定対象物の厚さを非接触で測定する厚さ計と、比誘電率と交流電界の強度との間の関係を示す検量線の導出を行う処理部と、を備え、前記測定対象物は、前記電界発生部と前記電界検出部との間に挿入可能である測定装置を用いた測定方法であって、前記処理部が、比誘電率が既知である複数の前記測定対象物それぞれの前記比誘電率と前記交流電界の強度との関係を示す検量線であって、比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎に前記検量線を導出し、前記電界検出部が、比誘電率が未知である前記測定対象物によって減衰した交流電界の強度を検出し、前記厚さ計が、比誘電率が未知である前記測定対象物の厚さを測定し、前記処理部が、検出された前記交流電界の強度と、測定された前記厚さと、導出された前記検量線とに基づいて、比誘電率が未知である前記測定対象物の比誘電率を算出する。
　上記の構成により、測定装置は、測定方法を実行することによって、シート状もしくはフィルム状の誘電体の比誘電率を高空間分解能かつ非接触で測定することができる。
　本発明の一態様によれば、シート状もしくはフィルム状の誘電体の比誘電率を高空間分解能かつ非接触で測定することができる。
本実施形態に係る測定装置の構成例を示す図である。 本実施形態に係る比誘電率と電界測定値との検量線の例を示す図である。 本実施形態に係る検量線の導入手順のフローチャートである。 厚さと電界測定値との関係例を示す図である。 本実施形態に係る比誘電率の測定手順のフローチャートである。 電気光学プローブの構成例のブロック図である。 本実施形態の測定装置を、シート状もしくはフィルム状の誘電体材料が高速で搬送されて製造されるプロセス中に適用する例を示す図である。 本実施形態による測定装置の概略構成を示す斜視図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
　［測定装置１の構成例］
　図１は、本実施形態に係る測定装置１の構成例を示す図である。図１に示すように、測定装置１は、電界発生源１１、厚さ計１２、センサ１３、処理部１４、記憶部１５、および出力部１６を備える。処理部１４は、演算部１４１および制御部１４２を備える。
　測定装置１は、試料２（測定対象物）の厚さと電界値を測定し、測定値に基づいて試料２の比誘電率を求める。
　試料２（測定対象物）は、フィルム状またはシート状の誘電体である。試料２は、電界発生源１１（電界発生部）とセンサ１３（電界検出部）の間に挿入される。
　電界発生源１１は、処理部１４の制御部１４２の制御に応じて交流電界３を発生させる。
　厚さ計１２は、例えば光学式、超音波式等によって試料２の厚さを測定するセンサである。厚さ計１２は、試料２の厚さを非接触で測定し、測定値を処理部１４の演算部１４１に出力する。厚さ計１２は、試料２と接触しないように配置されている。
　センサ１３は、電界発生源１１によって発生した交流電界３を検出し、周波数成分の強度に応じた電界測定値（交流電界の強度）を演算部１４１に出力する。センサ１３は、試料２によって減衰した交流電界３の強度を検出する。このため、まず、センサ１３は、試料２が無い状態の交流電界３の強度を検出する。センサ１３は、電気光学効果を有する電気光学結晶を用いた電気光学プローブ（非特許文献１参照）などの電界センサであってよい。電界発生源１１と、センサ１３とは、互いに対向して配置される。
　電界発生源１１とセンサ１３とは、試料２（測定対象物）と接触しないように、互いに距離を隔てて配置される。距離は、例えば、数十（μｍ）～数（ｍｍ）である。
　演算部１４１は、厚さ計１２が出力する検出値と、センサ１３が出力する電界測定値と、記憶部１５が記憶する情報とを用いて、試料２の比誘電率を求める。演算部１４１は、求めた比誘電率を出力部１６に出力する。比誘電率の求め方は後述する。
　制御部１４２は、電界発生源１１の電界発生の開始、終了、電界の大きさを制御する。
　記憶部１５は、サンプルの厚さ毎に、比誘電率と電界測定値との関係（検量線）を記憶する。記憶部１５は、比誘電率と電界測定値との間の関係を示すグラフの傾きと、サンプルの厚さと、の関係を示す情報を記憶する。さらに、記憶部１５は、比誘電率と電界測定値との間の関係を示すグラフの切片と、サンプルの厚さと、の関係を示す情報を記憶する。さらに、記憶部１５は、サンプルの厚さと、電界測定値と、の関係を示す情報を記憶する。
　出力部１６は、例えば表示装置または印刷装置等である。出力部１６は、演算部１４１が出力する比誘電率を表示または印字する。
　［検量線の例］
　次に、記憶部１５が記憶する情報について説明する。
　図２は、本実施形態に係る比誘電率と電界測定値との検量線の例を示す図である。図２において、横軸は比誘電率であり、縦軸は電界測定値（任意単位）である。符号ｇ１は、サンプルの厚さがｔ１における比誘電率と電界測定値の関係である。バツ印は、厚さがｔ１で比誘電率が異なるサンプルにおいて電界測定値を測定した結果を示す。符号ｇ２は、サンプルの厚さがｔ２における比誘電率と電界測定値の関係である。菱形印は、厚さがｔ２で比誘電率が異なるサンプルにおいて電界測定値を測定した結果を示す。符号ｇ３は、サンプルの厚さがｔ３における比誘電率と電界測定値の関係である。丸印は、厚さがｔ３で比誘電率が異なるサンプルにおいて電界測定値を測定した結果を示す。
　比誘電率と電界測定値との関係についてさらに説明する。
　センサ１３と電界発生源１１との間に位置するサンプルの比誘電率が高くなると、センサ１３で検出される交流電界３の強度は、クラマース・クローニッヒの関係式に従って、複素誘電率の実部と相関がある虚数部に比例する導電率（誘電体での誘電損にあたる）が高くなり損失が生じ、比例関係を持って減少する。比誘電率と電界測定値とには、このような関係性があるため、本実施形態では、比誘電率と電界測定値とを回帰解析によって直線近似することで一次関数によって表す。
　図２において、傾きをａｎ、切片をｂｎ（ｎは厚さｔｎにおけるｎの対応する整数）とすると、厚さｔ１における電界測定値Ｖは、Ｖ＝ａ１×εｒ＋ｂ１で表される。厚さｔ２における電界測定値Ｖは、Ｖ＝ａ２×εｒ＋ｂ２で表される。厚さｔ３における電界測定値Ｖは、Ｖ＝ａ３×εｒ＋ｂ３で表される。これらの一次式それぞれが検量線Ａである。
　［検量線の導出手順］
　次に、図２に示した検量線の導入手順について説明する。
　図３は、本実施形態に係る検量線の導入手順のフローチャートである。以下の処理は、比誘電率を求めたい試料２の測定を行う前に、厚さと比誘電率が既知のサンプルを用いて行う。この前処理では、厚さｔ１のサンプル１（比誘電率εｒ１）、サンプル２（比誘電率εｒ２）、・・・、サンプルｍ（比誘電率εｒｍ）、・・・、厚さｔｎのサンプル１（比誘電率εｒ１）、サンプル２（比誘電率εｒ２）、・・・、サンプルｍ（比誘電率εｒｍ）が用いられる。すなわち、前処理で用いるサンプル数は、ｎ×ｍ枚である。サンプルの厚さは、未知であってもよい。この場合、測定装置１は、厚さ計１２によってサンプルの厚さを測定する。各サンプルは、比誘電率が安定的な、シート形状またはフィルム形状の一般的なプラスチック材料でよい。ｎおよびｍは、近似処理を行うため３以上が望ましい。
　（ループ処理Ｌ１ｓ～Ｌ１ｅ）演算部１４１は、ループ処理Ｌ２ｓ～Ｌ２ｅと、ステップＳ２の処理をｎ回繰り返す。演算部１４１は、１回目の処理で、ｉを０に設定し、ｉに１を加算する。演算部１４１は、２回目以降の処理で、ｉに１を加算する。
　（ループ処理Ｌ２ｓ～Ｌ２ｅ）演算部１４１は、ステップＳ１の処理をｍ回繰り返す。
演算部１４１は、１回目の処理で、ｊを０に設定し、ｊに１を加算する。演算部１４１は、２回目以降の処理で、ｊに１を加算する。
　（ステップＳ１）作業者は、厚さがｔｉで、比誘電率がεｊのサンプル（一般材料）を、電界発生源１１（図１）とセンサ１３（図１）との間に置く。演算部１４１は、このサンプルの電界測定値Ｖｉｊを取得する。
　（ステップＳ２）演算部１４１は、厚さｔｉ毎に、比誘電率に対する電界測定値の検量線Ａを線形近似によって求める。続けて、演算部１４１は、検量線Ａの傾きａと切片ｂを記憶部１５に記憶させる。
　（ステップＳ３）演算部１４１は、検量線Ａの傾きａと切片ｂについて、ｔを変数とした第１の関数ａ＝ｆ（ｔ）と第２の関数ｂ＝ｆ（ｔ）を近似によって求める。続いて、演算部１４１は、第１の関数ａ＝ｆ（ｔ）と第２の関数ｂ＝ｆ（ｔ）を記憶部１５に記憶させる。
　図３に示した処理の具体例を説明する。
　測定装置１は、厚さｔ１の第１のサンプル（比誘電率εｒ１）の電界測定値Ｖ１１を測定する。次に、測定装置１は、厚さｔ１の第２のサンプル（比誘電率εｒ２）の電界測定値Ｖ１２を測定する。次に、測定装置１は、厚さｔ１の第３のサンプル（比誘電率εｒ３）の電界測定値Ｖ１３を測定する（１回目のループ処理Ｌ２ｓ～Ｌ２ｅ）。
　次に、演算部１４１は、回帰分析によって直線近似して、厚さｔ１の検量線Ａ１（Ｖ＝ａ１×εｒ＋ｂ１）を求める（１回目のステップＳ２）。演算部１４１は、検量線Ａ１の傾きａ１と切片ｂ１を記憶部１５に記憶させる。
　次に、測定装置１は、厚さｔ２の第４のサンプル（比誘電率εｒ４）の電界測定値Ｖ２４を測定する。次に、測定装置１は、厚さｔ２の第５のサンプル（比誘電率εｒ５）の電界測定値Ｖ２５を測定する。次に、測定装置１は、厚さｔ２の第６のサンプル（比誘電率εｒ６）の電界測定値Ｖ２６を測定する（２回目のループ処理Ｌ２ｓ～Ｌ２ｅ）。
　次に、演算部１４１は、回帰分析によって直線近似して、厚さｔ２の検量線Ａ２（Ｖ＝ａ２×εｒ＋ｂ２）を求める（２回目のステップＳ２）。演算部１４１は、検量線Ａ２の傾きａ２と切片ｂ２を記憶部１５に記憶させる。
　次に、測定装置１は、厚さｔ３の第７のサンプル（比誘電率εｒ７）の電界測定値Ｖ３７を測定する。次に、測定装置１は、厚さｔ３の第８のサンプル（比誘電率εｒ８）の電界測定値Ｖ３８を測定する。次に、測定装置１は、厚さｔ３の第９のサンプル（比誘電率εｒ９）の電界測定値Ｖ３９を測定する（３回目のループ処理Ｌ２ｓ～Ｌ２ｅ）。
　次に、演算部１４１は、回帰分析によって直線近似して、厚さｔ３の検量線Ａ３（Ｖ＝ａ３×εｒ＋ｂ３）を求める（３回目のステップＳ２）。演算部１４１は、検量線Ａ３の傾きａ３と切片ｂ３を記憶部１５に記憶させる。
　上述した処理によって得られた測定結果は図２のようになる。図２の例では、２１枚のサンプルを用いて、前処理を行った例である。電界測定値Ｖを縦軸に、厚さｔを横軸に取ったときのグラフは、図４のように表される。図４については、後述する。
　次に、演算部１４１は、厚さｔ１の傾きａ１と、厚さｔ２の傾きａ２と、厚さｔ３の傾きａ３とを用いて、第１の関数ａ＝ｆ（ｔ）を求める。演算部１４１は、厚さｔ１の切片ｂ１と、厚さｔ２の切片ｂ２と、厚さｔ３の切片ｂ３とを用いて、第２の関数ｂ＝ｆ（ｔ）を求める。演算部１４１は、例えば指数近似を用いて関数を求める。
　［検量線の導出手順］
　次に、試料２の比誘電率の求め方を説明する。
　まず、厚さと電界測定値との関係について説明する。
　図４は、厚さと電界測定値との関係例を示す図である。図４において、横軸は厚さ（μｍ）であり、縦軸は電界測定値（任意単位）である。
　センサ１３と電界発生源１１の間に位置する試料２の厚さが厚くなると、センサ１３で検出される交流電界３の強度は、ランベルトベールの法則に従って通過損失が生じ、図４に示すように指数関数的に減少する。厚さをｔ、電界測定値をＶ、減衰係数をｃとすると、電界測定値Ｖは、Ｖ＝Ｖ０×ｅｘｐ（－ｃｔ）で表すことができる。
　すなわち、センサ１３で検出される交流電界３の強度である電界測定値は、測定対象物である試料２の厚さと比誘電率の関数である。したがって、厚さか比誘電率のいずれかを求めたいときには、どちらか一方の値と電界測定値から、もう一方の値を求めることができる。本実施形態では比誘電率の測定を目的としているため、電界測定値と共に、試料２の厚さを厚さ計１２によって取得する。
　図５は、本実施形態に係る比誘電率の測定手順のフローチャートである。図５において比誘電率を測定する対象の試料２は、比誘電率と厚さが未知の誘電体材料である。測定に際して、作業者は、試料２を、電界発生源１１（図１）とセンサ１３（図１）との間に置く。
　（ステップＳ１１）演算部１４１は、厚さ計１２が出力する試料２の厚さｔｘの測定値を取得する。
　（ステップＳ１２）演算部１４１は、センサ１３が出力する試料２の電界測定値Ｖｘを取得する。
　（ステップＳ１３）演算部１４１は、取得した厚さｔｘと、記憶部１５が記憶する第１の関数ａ＝ｆ（ｔ）と第２の関数ｂ＝ｆ（ｔ）を用いて、傾きａｘと切片ｂｘとを求める。これにより、演算部１４１は、比誘電率εｒと電界測定値Ｖとの関係式（Ｖ＝ａｘ×εｒ＋ｂｘ）を得る。
　（ステップＳ１４）演算部１４１は、電界測定値Ｖｘと、傾きａｘと切片ｂｘとの関係式（Ｖ＝ａｘ×εｒ＋ｂｘ）を用いて、比誘電率εｘを求める。すなわち、演算部１４１は、比誘電率εｘを（Ｖ－ｂｘ）／ａｘによって求める。
　［電気光学プローブ］
　電気光学プローブについて概略を説明する。
　図６は、電気光学プローブ１３Ａの構成例のブロック図である。図６は、センサ１３に電気光学プローブ１３Ａを適用した例である。図６に示すように、電気光学プローブ１３Ａは、ＥＯ／ＯＥ回路１３１とプローブヘッド１３２を備える。ＥＯ／ＯＥ回路１３１は、ＬＤドライバ１３１１、ＬＤ１３１２、ＰＤ１３１３、ＰＤ１３１４、差動アンプ１３１５、およびコンデンサ１３１６を備える。プローブヘッド１３２は、波長板１３２１、ＥＯ結晶１３２２、およびＰＢＳ１３２３を備える。
　ＥＯ／ＯＥ回路１３１は、プローブヘッド１３２で検出した電界強度を電気信号に変換して出力する。ＬＤドライバ１３１１はＬＤ１３１２を駆動する。ＬＤ１３１２は、例えば半導体レーザである。ＰＤ１３１３、およびＰＤ１３１４は光受光部であり、プローブヘッド１３２からのレーザ光のＰ波とＳ波を受光し、受光したＰ波とＳ波それぞれを電気信号に変換して差動アンプ１３１５に出力する。差動アンプ１３１５は、ＰＤ１３１３が出力する電気信号とＰＤ１３１４が出力する電気信号との差分を求め、求めた強度差を増幅した出力信号を、コンデンサ１３１６によってＤＣ（直流）成分をカットした後に出力する。
　ＥＯ／ＯＥ回路１３１のＬＤ１３１２によって照射されたレーザ光が光ファイバを介してプローブヘッド１３２へ送られる。
　プローブヘッド１３２において、波長板１３２１とＥＯ結晶１３２２を透過したレーザ光は、ＰＢＳ１３２３（偏光ビームスプリッタ）によってＰ波とＳ波の２つの直線偏光に分離する。ＥＯ結晶１３２２は、結晶中に電界が印加された際に，結晶の持つ屈折率が変化するＥＯ（電気光学）効果を示す結晶である。
　図６に示した電気光学プローブ１３Ａの構成は一例であり、構成はこれに限らない。
　以上のように、本実施形態の測定装置１を用いることで、従来技術ではできなかった非接触での比誘電率測定を実現することが可能となる。
　本実施形態によれば、電界を検出するセンサ１３に電気光学プローブを採用することで、金属製アンテナと比較して低擾乱で安定的な測定ができる。そして、本実施形態では、電気光学プローブに用いる電気光学結晶の微小化や、参照光のビーム径を細くするなどの工夫により、金属製アンテナよりも空間分解能が高い測定が可能となる。
　さらに、本実施形態によれば、電界発生源１１に入力する信号の周波数を数ｋＨｚ～数ＭＨｚ程度にすることで、信号検出回路の高速化などの必要がなく、ミリ波帯やマイクロ波帯の信号を用いる測定手法に比べて、装置を安価に構築できる効果を得ることができる。
　［シート／フィルムの製造プロセス中でのインライン測定例］
　次に、測定装置１を、シート状もしくはフィルム状の誘電体材料が高速で搬送されて製造されるプロセス中に適用する例を説明する。このプロセスに測定装置１を適用することで、比誘電率のインライン測定を高空間分解能かつ非接触で実現することができる。
　図７は、本実施形態の測定装置１を、シート状もしくはフィルム状の誘電体材料が高速で搬送して製造する製造装置１００に適用する例を示す図である。製造装置１００は、測定装置１、搬送手段１０１（搬送装置）を含む。図７に示すｘｙｚ直交座標系において、ｘ軸が試料２の搬送方向Ｄ１に沿う方向、ｙ軸が試料２の幅方向に沿う方向、ｚ軸が鉛直方向に沿う方向にそれぞれ設定されている。
　試料２は、試料２を巻き取って搬送するアルミのロールなどの搬送手段１０１によって、ｘ軸方向へ高速搬送される。
　図７において、電界発生源１１とセンサ１３の距離が遠いほど、センサ１３で検出される電界強度は低くなり、Ｓ／Ｎが悪くなる。このような場合は、電界発生源１１を高電圧の交流信号で励起させ、センサ１３で検出する交流電界３の強度を高めることで、Ｓ／Ｎ劣化を抑制できる。比較的低い周波数帯の高電圧信号を生成することは容易である。比較的低い周波数とは、例えば数ｋＨｚ～数ＭＨｚ程度である。このように、本実施形態では、例えば数ｋＨｚ～数ＭＨｚ程度の高電圧信号を用いることで、センサ１３と電界発生源１１の距離を遠ざけても、精度の高い測定が容易に実現可能である。
　試料２とセンサ１３との距離、または試料２と電界発生源１１の距離が従来技術のように近い場合は、試料２がセンサ１３や電界発生源１１に接触することで、表面に傷がついたり穴があいたりする問題が発生する。一方、本実施形態によれば、十分な距離を取ったギャップに試料２を搬送させることで、接触が発生せず、かつ上述したように精度の高い測定を行うことができる。
　図８は、本実施形態による測定装置１Ａの概略構成を示す斜視図である。図８に示すように、測定装置１Ａは、さらにフレーム１０を備える。
　フレーム１０は、外部形状として長手方向と短手方向を有する略四角環形状の部材である。フレーム１０は、その開口部ＯＰ内において厚さ計１２とセンサ１３及び電界発生源１１を長手方向に往復運動可能に支持する。具体的に、フレーム１０は、長手方向が紙Ｐの幅方向（ｙ方向）に沿う方向に設定されるとともに短手方向が鉛直方向（ｚ方向）に沿う方向に設定され、試料２が開口部ＯＰのほぼ中央を通過するように配置される。
　つまり、フレーム１０は、搬送される試料２の上方に厚さ計１２とセンサ１３が配置されるとともに、搬送される試料２の下方に電界発生源１１が配置されるように、試料２に対して位置決めがなされている。そして、厚さ計１２とセンサ１３を試料２の表面に沿ってｙ方向に往復運動させる機構と、電界発生源１１を試料２の裏面に沿ってｙ方向に往復運動させる機構とを備える。すなわち、測定装置１Ａは、試料２（測定対象物）の搬送方向に直行するような水平方向へのスキャン機構（移動装置）を有している。これらの機構を同じように駆動すれば厚さ計１２とセンサ１３と、電界発生源１１とを同期させて往復運動させることができる。
　以上のように、本実施形態によれば、フィルム状またはシート状の誘電体の比誘電率を、高空間分解能で、かつ非接触で測定することができる。
　本発明における処理部１４の機能の全てまたは一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより処理部１４が行う処理の全てまたは一部を行ってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
　上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。
１，１Ａ…測定装置、１１…電界発生源、１２…厚さ計、１３…センサ、１３Ａ…電気光学プローブ、１４…処理部、１５…記憶部、１６…出力部、１４１…演算部、１４２…制御部、２…試料、１０…フレーム、１０１…搬送手段、１００…製造装置

Claims (10)

  1. 　交流電界を発生する電界発生部と、
    　前記電界発生部と距離を隔てて対向して配置され、且つ、前記電界発生部により発生された交流電界を検出する電界検出部と、
    　測定対象物の厚さを非接触で測定する厚さ計と、
    　比誘電率と交流電界の強度との間の関係を示す検量線の導出を行う処理部と、を備え、
    　前記測定対象物は、前記電界発生部と前記電界検出部との間に挿入可能であり、
    　前記電界検出部は、前記測定対象物によって減衰した前記交流電界の強度を検出し、
    　前記処理部は、検出された前記交流電界の強度と、測定された前記厚さと、導出された前記検量線とに基づいて、前記測定対象物の比誘電率を算出する、
    　測定装置。
  2. 　前記電界検出部は、電気光学効果を応用した電界センサである、
    　請求項１に記載の測定装置。
  3. 　前記検量線は、比誘電率が既知である複数の前記測定対象物それぞれの前記比誘電率と前記交流電界の強度との関係を示し、
    　前記処理部は、比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎に前記検量線を導出する、
    　請求項１または請求項２に記載の測定装置。
  4. 　前記処理部は、比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎の複数の前記検量線から厚さ毎に傾きと切片を求め、測定された前記厚さに対応する前記検量線の傾きと切片と、検出された前記交流電界の強度とを用いて、比誘電率が未知である前記測定対象物の比誘電率を算出する、
    　請求項３に記載の測定装置。
  5. 　前記処理部は、比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎の複数の前記検量線から厚さ毎に傾きと切片を求め、複数の前記傾きを厚さ変数とする第１の関数を求め、複数の前記切片を厚さ変数とする第２の関数を求め、測定された前記厚さと前記第１の関数と前記第２の関数とを用いて、測定された前記厚さに対応する検量線の傾きと切片を求め、測定された前記厚さに対応する検量線の傾きと切片と検出された前記交流電界の強度とを用いて、比誘電率が未知である前記測定対象物の比誘電率を算出する、
    　請求項３に記載の測定装置。
  6. 　前記測定対象物がシート状もしくはフィルム状の誘電体材料であり、
    　前記電界発生部から発生する交流電界の励起信号に、高電圧の信号を用い、前記電界発生部と前記電界検出部との距離を数ｍｍに配置し、
    　前記測定対象物が搬送装置によって高速搬送された場合に、前記測定対象物が鉛直方向に振動しても、前記電界発生部と前記電界検出部は、前記測定対象物に接触しないように配置される、
    　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の測定装置。
  7. 　前記電界発生部、前記電界検出部、および前記厚さ計を、前記測定対象物の搬送方向に直行する水平方向に移動させる移動装置をさらに備え、
    　前記処理部は、前記測定対象物の比誘電率の面分布を測定する、
    　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の測定装置。
  8. 　前記処理部により導出された比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎の前記検量線を記憶する記憶部をさらに備える、
    　請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の測定装置。
  9. 　前記処理部は、前記電界発生部の電界発生の開始、終了、および電界の大きさを制御する、
    　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の測定装置。
  10. 　交流電界を発生する電界発生部と、
    　前記電界発生部と距離を隔てて対向して配置され、且つ、前記電界発生部により発生された交流電界を検出する電界検出部と、
    　測定対象物の厚さを非接触で測定する厚さ計と、
    　比誘電率と交流電界の強度との間の関係を示す検量線の導出を行う処理部と、を備え、前記測定対象物は、前記電界発生部と前記電界検出部との間に挿入可能である測定装置を用いた測定方法であって、
    　前記処理部が、比誘電率が既知である複数の前記測定対象物それぞれの前記比誘電率と前記交流電界の強度との関係を示す検量線であって、比誘電率が既知である前記測定対象物の厚さ毎に前記検量線を導出し、
    　前記電界検出部が、比誘電率が未知である前記測定対象物によって減衰した交流電界の強度を検出し、
    　前記厚さ計が、比誘電率が未知である前記測定対象物の厚さを測定し、
    　前記処理部が、検出された前記交流電界の強度と、測定された前記厚さと、導出された前記検量線とに基づいて、比誘電率が未知である前記測定対象物の比誘電率を算出する、
    　測定方法。
PCT/JP2019/036732 2018-09-26 2019-09-19 測定装置、および測定方法 WO2020066828A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19865218.2A EP3859355B1 (en) 2018-09-26 2019-09-19 Measurement device and measurement method
US17/275,743 US20220034951A1 (en) 2018-09-26 2019-09-19 Measurement device and measurement method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018180874A JP7113427B2 (ja) 2018-09-26 2018-09-26 測定装置、および測定方法
JP2018-180874 2018-09-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020066828A1 true WO2020066828A1 (ja) 2020-04-02

Family

ID=69952048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/036732 WO2020066828A1 (ja) 2018-09-26 2019-09-19 測定装置、および測定方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220034951A1 (ja)
EP (1) EP3859355B1 (ja)
JP (1) JP7113427B2 (ja)
WO (1) WO2020066828A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114487562B (zh) * 2022-04-06 2022-07-05 南方电网数字电网研究院有限公司 基于校正介电常数的电压测量方法和装置
CN115808578B (zh) * 2022-12-02 2023-12-12 南方电网数字电网研究院有限公司 电力设备的电压获取方法、装置、设备、存储介质

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61182582A (ja) * 1985-02-08 1986-08-15 Murata Mfg Co Ltd 誘電体板の比誘電率測定方法および測定器具
EP0547968A1 (fr) * 1991-12-19 1993-06-23 Commissariat A L'energie Atomique Système de mesure de paramètres diélectriques et magnétiques de matériaux
JPH06331670A (ja) * 1993-05-19 1994-12-02 Murata Mfg Co Ltd 誘電体板の比誘電率測定方法および測定器具
JP2000162158A (ja) * 1998-09-25 2000-06-16 Oji Paper Co Ltd 誘電率測定方法及び装置
JP2001099802A (ja) * 1999-08-07 2001-04-13 Itw Ind Gmbh 液体乃至ペースト状の媒体の基板上への被着を監視する装置
JP3204852B2 (ja) 1994-09-02 2001-09-04 株式会社村田製作所 非線形誘電率測定装置
JP2008145387A (ja) * 2006-12-13 2008-06-26 Ntt Docomo Inc 複素誘電率測定装置及び複素誘電率測定方法
JP2009229423A (ja) * 2008-03-25 2009-10-08 Kobe Steel Ltd 近接場プローブ及びこの近接場プローブを備えた電気的特性測定装置
JP5295047B2 (ja) 2009-09-03 2013-09-18 株式会社日立ハイテクサイエンス 走査型プローブ顕微鏡による誘電率の測定方法
JP2018180874A (ja) 2017-04-12 2018-11-15 富士通株式会社 日時情報抽出方法、日時情報抽出装置及び日時情報抽出プログラム

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5309110A (en) * 1992-03-04 1994-05-03 The Perkin Elmer Corporation Differential dielectric analyzer
EP1116951A4 (en) * 1998-09-25 2003-05-14 Oji Paper Co METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE DIELECTRICITY CONSTANT
US6809533B1 (en) * 1999-09-10 2004-10-26 University Of Maryland, College Park Quantitative imaging of dielectric permittivity and tunability
JP3823073B2 (ja) * 2002-06-21 2006-09-20 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子線を用いた検査方法及び検査装置
JP3660997B2 (ja) * 2002-11-26 2005-06-15 独立行政法人情報通信研究機構 ３次元電界分布測定方法および３次元電界分布測定装置
US7285963B2 (en) * 2004-04-09 2007-10-23 Solid State Measurements, Inc. Method and system for measurement of dielectric constant of thin films using a near field microwave probe
JP2006349425A (ja) * 2005-06-14 2006-12-28 Oji Paper Co Ltd 坪量測定方法及び装置
JP4906386B2 (ja) * 2006-03-30 2012-03-28 横河電機株式会社 プロファイル制御方法及びその装置
JP6331670B2 (ja) 2014-05-12 2018-05-30 ソニー株式会社 受信装置、および送信装置、並びにデータ処理方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61182582A (ja) * 1985-02-08 1986-08-15 Murata Mfg Co Ltd 誘電体板の比誘電率測定方法および測定器具
EP0547968A1 (fr) * 1991-12-19 1993-06-23 Commissariat A L'energie Atomique Système de mesure de paramètres diélectriques et magnétiques de matériaux
JPH06331670A (ja) * 1993-05-19 1994-12-02 Murata Mfg Co Ltd 誘電体板の比誘電率測定方法および測定器具
JP3204852B2 (ja) 1994-09-02 2001-09-04 株式会社村田製作所 非線形誘電率測定装置
JP2000162158A (ja) * 1998-09-25 2000-06-16 Oji Paper Co Ltd 誘電率測定方法及び装置
JP2001099802A (ja) * 1999-08-07 2001-04-13 Itw Ind Gmbh 液体乃至ペースト状の媒体の基板上への被着を監視する装置
JP2008145387A (ja) * 2006-12-13 2008-06-26 Ntt Docomo Inc 複素誘電率測定装置及び複素誘電率測定方法
JP2009229423A (ja) * 2008-03-25 2009-10-08 Kobe Steel Ltd 近接場プローブ及びこの近接場プローブを備えた電気的特性測定装置
JP5295047B2 (ja) 2009-09-03 2013-09-18 株式会社日立ハイテクサイエンス 走査型プローブ顕微鏡による誘電率の測定方法
JP2018180874A (ja) 2017-04-12 2018-11-15 富士通株式会社 日時情報抽出方法、日時情報抽出装置及び日時情報抽出プログラム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RYO SAITO: "Graduate School of Science and Engineering, Departmental Bulletin Paper", vol. 58, March 2017, HOSEI UNIVERSITY, article "CALIBRATION TECHNOLOGY OF ORGANIC PHOTOVOLTAIC CELL VOLTAGE USING ELECTROOPTIC PROBE"

Also Published As

Publication number Publication date
EP3859355A1 (en) 2021-08-04
EP3859355B1 (en) 2023-11-01
JP2020051870A (ja) 2020-04-02
US20220034951A1 (en) 2022-02-03
EP3859355A4 (en) 2022-07-06
JP7113427B2 (ja) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10215696B2 (en) System for determining at least one property of a sheet dielectric sample using terahertz radiation
US8991240B2 (en) Method and device for measuring basis weight and moisture content amount
Kokkonen et al. Scanning heterodyne laser interferometer for phase-sensitive absolute-amplitude measurements of surface vibrations
WO2020066828A1 (ja) 測定装置、および測定方法
KR101788450B1 (ko) 테라헤르츠파를 이용한 투명 박막의 두께를 측정하는 장치 및 그 측정 방법
US20230304921A1 (en) Infrared measurement method and apparatus, computer device and storage medium
CN104034688A (zh) 样本检查装置
KR20160025865A (ko) 박막 두께 측정 장치, 이를 포함하는 시스템 및 박막 두께 측정 방법
WO2001061323A1 (fr) Instrument de mesure de la propriete physique d'un echantillon
Zhang et al. Quantum scaling atomic superheterodyne receiver
JP3288670B2 (ja) 試料の物理的性質の測定装置
CN113820052B (zh) 用于介电材料中应力的表征方法
Sharma et al. Improved ultrasonic interferometer technique for propagation velocity and attenuation measurement in liquids
Yoshida et al. Opto-acoustic technique to evaluate adhesion strength of thin-film systems
CN112880803B (zh) 光学环境振荡侦测系统及应用其的光学量测方法
Salzenstein et al. Brillouin light scattering uncertainty preliminary estimation
Rotunno et al. Detection of 3–300 MHz electric fields using Floquet sideband gaps by “Rabi matching” dressed Rydberg atoms
Alvarez et al. Ultrasonic Lamb waves detection using an unstabilized optical interferometer with uncalibrated phase shifts
Bazylev et al. National Primary Standard for the Units of the Propagation Velocities and Damping Coefficient of Ultrasonic Waves in Solids Get 189-2014
Piepgras et al. Optical analysis of magnetic microstructures
Bazylev et al. National primary standard for the units of the propagation velocities of longitudinal, shear, and surface ultrasonic waves in solids
Khazimullin et al. Fourier transform approach in modulation technique of experimental measurements
Holloway et al. Overview of Rydberg Atom‐Based Sensors/Receivers for the Measurement of Electric Fields, Power, Voltage, and Modulated Signals
Boutkedjirt et al. Reconstruction of ultrasonic fields by deconvolving the hydrophone aperture effects II. Experiment
Lin et al. Theoretical analysis of sensitivity-tunable total-internal-reflection heterodyne interferometer

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19865218

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019865218

Country of ref document: EP

Effective date: 20210426