JP7141120B2 - 厚み測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、厚み測定装置に関する。さらに詳しくは、分光干渉を用いて被測定対象の厚み測定を行う厚み測定装置に関する。

従来から、フィルムおよびコーティングのように透明であり、均質で平坦な被測定対象の厚みを測定する技術の一つとして、分光干渉を用いた測定方法が知られている。かかる測定では、被測定対象の表面と裏面それぞれの反射光の干渉現象が膜厚と相関があることを利用して、被測定対象の分光反射率を測定し、この分光反射率を解析して膜厚が算出される（特許文献１）。

また、被測定対象の大型化、測定速度の高速化に対応するために、分光干渉を用いた測定装置であって、１ラインごとの測定を行うものも提案されている（特許文献２）。

特開２００６－２２０５２５号公報 特開２０１２－１８９４０６号公報

しかしながら、上記文献では、分光干渉を用いた測定装置の被測定対象は、ウェハまたは液晶ガラスなどのように比較的小面積のものであった。この測定装置をそのまま大面積のフィルム等の測定に用いた場合、フィルム等は幅１０メートル以上、長さ数千メートル以上のものもあり、フィルム等については全体の厚みデータが膨大になりすぎるという問題がある。すなわち、厚みデータが膨大になると、測定装置の表示部での表示速度が遅くなったり、保存のための装置が膨大になったりして、測定装置のシステムが大きくなりすぎるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑み、被測定装置の厚みデータが膨大になっても、そのデータを効率的に表示することが可能な厚み測定装置を提供することを目的とする。

第１発明の厚み測定装置は、ライン状の光源、および該光源から照射される測定光を、被測定対象を経由して受光する撮像装置から構成される装置本体と、前記撮像装置から得られる、前記測定光の分光特性を解析することで、前記被測定対象の厚みを算出する制御装置と、前記制御装置で算出された厚みを表示する表示装置と、を備え、前記撮像装置は、前記測定光を波長ごとに分光するグレーティング素子を有し、前記制御装置は、前記装置本体または被測定対象のいずれかの、前記光源のライン状の方向に垂直な方向の動作に合わせて、前記グレーティング素子により分光された測定光の分光特性から前記被測定対象の厚みである厚みデータを算出して取得し、該厚みデータを前記被測定対象のあらかじめ定められた区間ごとに圧縮し、圧縮データとし、該圧縮データに基づいて、前記被測定対象の厚みを表示装置に表示することを特徴とする。
第２発明の厚み測定装置は、第１発明において、前記制御装置は、前記厚みデータから、あらかじめ定められた区間ごとに平均値を算出し、該平均値を圧縮データとすることを特徴とする。
第３発明の厚み測定装置は、第１発明または第２発明において、前記制御装置は、前記区間において測定不可と判定された測定不可データがある場合に、該測定不可データを除いて、前記厚みデータを圧縮することを特徴とする。
第４発明の厚み測定装置は、第１発明から第３発明のいずれかにおいて、前記制御装置は、前記被測定対象の前記ライン状の方向の端部の位置を、前記撮像装置により受光される受光量に基づいて決定することを特徴とする。
第５発明の厚み測定装置は、第１発明から第４発明のいずれかにおいて、前記制御装置は、前記被測定対象の前記ライン状の方向の端部の位置を、前記制御装置により算出される前記被測定対象の厚みに基づいて決定することを特徴とする。
第６発明の厚み測定装置は、第１発明から第５発明のいずれかにおいて、前記制御装置は、前記厚みデータが、あらかじめ定められた厚み範囲にない異常厚みデータである場合に、該異常厚みデータの厚み、位置および該異常厚みデータの周辺の厚み、位置を、前記圧縮データよりも細かい分解能で表示することを特徴とする。

第１発明によれば、分光特性を利用し厚みを測定する際に、厚みデータを被測定対象のあらかじめ定められた区間ごとに圧縮し、圧縮データとするとともに、その圧縮データにより厚みを表示することにより、フィルムのように測定対象となる面積が広い被測定対象であっても、被測定対象の全体の膜厚の表示を高速に行うことができる。
第２発明によれば、区間ごとの平均値を圧縮データとすることにより、中央値または最頻値などを圧縮データとする場合と比較して、区間での厚み精度が向上する。
第３発明によれば、測定不可と判定された測定不可データを除いて、厚みデータを圧縮することにより、区間での厚み精度がより向上する。
第４発明によれば、制御装置が、被測定対象の幅方向の端部の位置を受光量に基づいて決定することにより、被測定対象が蛇行した場合でも、被測定対象の測定すべき範囲が明確になる。
第５発明によれば、制御装置が、被測定対象の幅方向の端部の位置を、厚みに基づいて決定することにより、被測定対象がコーティングである場合には被測定対象自体の蛇行、または被測定対象であるコーティングの蛇行のいずれに対しても、被測定対象の測定すべき範囲が明確になる。
第６発明によれば、制御装置が、異常厚みデータが現れた場合に、その周辺のデータを細かい分解能で表示するので、異常のない厚みデータについては圧縮することで被測定対象全体の膜厚の表示を高速に行いつつ、異常部分については詳細を把握することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る厚み測定装置で行われる圧縮方法の説明図である。（Ａ）は区間で区切っていない被測定対象の説明図、（Ｂ）は均等の区間で区切られた被測定対象の説明図、（Ｃ）は任意の区間で区切られた被測定対象の説明図、（Ｄ）は一部の区間に異常厚みデータがある場合の被測定対象の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る厚み測定装置の平面図である。 図２の厚み測定装置の側面図である。 図２の厚み測定装置を構成する撮像装置の構成図である。 図２の厚み測定装置の制御ブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る厚み測定装置の側面図である。 図２の厚み測定装置の第１動作フロー図である。 図２の厚み測定装置の第２動作フロー図である。 図２の厚み測定装置の第３動作フロー図である。 図２の厚み測定装置の第４動作フロー図である。 図２の厚み測定装置の第５動作フロー図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための厚み測定装置を例示するものであって、本発明は厚み測定装置を以下のものに特定しない。なお、各図面が示す部材の大きさまたは位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、本明細書での「垂直」と言う記載は、厳密に垂直である必要はなく、この言葉が用いられている部分で、その部分の機能を十分満たし得る程度に垂直、すなわち、「実質的に垂直」な範囲を含む意味である。

（第１実施形態の厚み測定装置１０の構成）
図２には、本発明の第１実施形態に係る厚み測定装置１０の平面図を、図３にはその側面図を示す。理解を容易にするために図２および図３では厚み測定装置１０の主要部材のみを記載している。本発明に係る厚み測定装置１０は、被測定対象を経由した測定光の分光特性を解析することで、被測定対象の厚みを測定することができる測定装置である。なお、本発明に係る厚み測定装置１０は、被測定対象の表面から反射する反射光を受光する場合に加えて、被測定対象が透明の場合は、被測定対象を透過した透過光を受光する場合もあるが、第１実施形態としては反射光を受光する場合について説明する。なお、請求項における「被測定対象を経由して」との表現は、「被測定対象を透過して」、または「被測定対象で反射して」の表現の上位概念として使用している。

本発明に係る厚み測定装置１０の被測定対象は、例えば表面が平滑である樹脂フィルム４０が該当する。図２、３には、被測定対象として樹脂フィルム４０（図２では、他の部材との重なりがあるため２点鎖線で記載）が記載されている。なお被測定対象は、分光特性を解析できるものであれば樹脂フィルム４０に限定されない。例えば、ガラス、樹脂フィルム４０上に形成されたコーティング、ガラス上に形成されたコーティング、シリコンウェハ上の酸化皮膜またはレジストなどが該当する。

本実施形態では図３に示すように、樹脂フィルム４０は、図３の紙面において右側に位置している供給ローラ４１から巻き出され、左側に位置している巻取ローラ４２に巻き取られる。図３では、奥行き方向が樹脂フィルム４０の幅方向に該当するとともに、光源１１のライン状の方向となる。樹脂フィルム４０は、厚み測定装置１０により厚みが測定される部分では、矢印に示すように右側から左側に移動しており、本実施形態では、供給ローラ４１および巻取ローラ４２が、動作装置を構成する。すなわち本実施形態では、被測定対象である樹脂フィルム４０の、前記光源１１のライン状の方向に垂直な方向の動作に合わせて、被測定対象の厚みデータが取得される。

本実施形態に係る厚み測定装置１０は、装置本体を有する。装置本体は、ライン状の光源１１、およびこの光源１１から照射される測定光を、被測定対象を経由して受光する撮像装置２０と、を含んで構成されている。ライン状の光源１１は、図２においては左右方向、図３においては奥行き方向がライン状の方向である。

本実施形態において、ライン状の光源１１は、ＬＥＤである。ライン状の光源１１がＬＥＤであることにより、光源１１のサイズを大きくすること、光量を高くすること、製造コストを安価にすることが容易となる。ただし、ライン状の光源１１は、これに限定されない。例えば、ライン状であれば、蛍光灯、ハロゲン光源、メタルハライドランプであっても問題ない。なお、ライン状の光源１１がハロゲン光源である場合は、発する測定光の波長が広く、なおかつ強度が一定である点で、厚み測定に適している。なおライン状の光源１１の先端にシリンドリカルレンズもしくはロッドレンズを用いることが好ましい。撮像装置２０に受光される光量が増量されるからである。また、光源１１と樹脂フィルムの間にディフューザーまたは拡散板など光拡散性のある板材を設置することで、均一な光を照射させることが好ましい。照射される光が均一になることで、安定した測定結果を得ることが可能になるからである。ここで図２において、光源１１から撮像装置２０へ向けて描かれている一点鎖線は、光源１１から発せられる測定光のうち、撮像装置２０で受光される測定光を描いたものであり、実際に光源１１から発せられる測定光はこれらの実線の外側まで発せられている。

図４には、本実施形態に係る撮像装置２０の構成図を示す。図４は撮像装置２０を側面方向から見た断面図である。図４では測定光を一点鎖線で示している。撮像装置２０は、ライン状の光源１１から照射される測定光を、被測定対象を経由して受光する。受光は、測定光を分光して行われる。図４に示すように、撮像装置２０は、被測定対象を経由した測定光を集光する第１レンズ２１と、この集光された測定光のうち不要分をカットして分光精度を向上させるスリット２２と、このスリット２２を通過した測定光を、グレーティング素子２４に入射させるのに適した向きに修正する第２レンズ２３と、測定光を波長ごとに分光するグレーティング素子２４と、分光後の測定光を二次元センサ２６に集光させるための第３レンズ２５と、分光された測定光を受光する二次元センサ２６と、を筐体２７の中に備えている。

二次元センサ２６は、図４紙面において左右方向と奥行き方向とに所定の長さを有する構成であり、本実施形態では素子としてＣＭＯＳが用いられている。ただし素子はＣＭＯＳに限定されない。例えばＣＣＤ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＭＣＴ、ＱＷＩＰなどを用いることも可能である。二次元センサ２６の素子として、ＣＣＤまたはＣＭＯＳが用いられる場合、二次元センサ２６の冷却が不要となり、厚み測定装置１０の製造コストを抑えることが可能になる。特にＣＭＯＳが用いられる場合は、左右、奥行きいずれの方向にもＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を行うことが可能であり、必要なセンサ領域に絞ることで撮像の高速化をすることが可能になる。

撮像装置２０に用いられている第１レンズ２１、第２レンズ２３、第３レンズ２５は測定光を集光・操作できるものであれば問題ない。なおこれらのレンズの代わりに、曲面ミラーを用いることも可能である。曲面ミラーが用いられることで設計の自由度が上がり、撮像装置２０を小型化することが可能になる。

本実施形態では、グレーティング素子２４は透過型である。ただしこれに限定されるものではなく、反射型グレーティング素子を採用することも可能である。反射型グレーティング素子の採用により、設計の自由度が上がり、撮像装置２０を小型化することが可能になる。

本実施形態では、撮像装置２０の筐体２７はアルミニウムである。筐体２７がアルミニウムであることにより、良好な放熱性、加工性を得ることができる。また費用を抑えることが可能になる。ただしこれに限定されるものではなく、樹脂、ステンレス、などを用いることも可能である。

図５には、本実施形態に係る厚み測定装置１０の制御ブロック図を示す。本実施形態の厚み測定装置１０は、制御装置１２を有する。この制御装置１２は、ＣＰＵなどから構成されている。制御装置１２は、光源１１、撮像装置２０、表示装置１３、データ蓄積装置１４、入力装置１５と電気的に接続されている。制御装置１２は、撮像装置２０の二次元センサ２６により測定された測定光の分光特性を解析することで、被測定対象の厚みを算出することができる。

本実施形態で表示装置１３は、液晶ディスプレイであり、制御装置１２からの信号により、被測定対象の厚みデータを二次元的に、または三次元的に表示することが可能である。ただし表示装置１３は液晶ディスプレイに限定されない。例えば有機ＥＬディスプレイなどが該当する。

本実施形態でデータ蓄積装置１４は、ハードディスクであり、制御装置１２で算出された被測定対象の厚みデータの圧縮データを蓄積することが可能である。ただしデータ蓄積装置１４は、ハードディスクに限定されない。例えばブルーレイディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などが該当する。

本実施形態で入力装置１５は、タッチパネルであり、厚み測定装置１０の使用者が、この入力装置１５により指令を行うことで、制御装置１２は光源１１、撮像装置２０、動作装置の制御を行う。ただし、入力装置１５はタッチパネルに限定されない。例えばキーボードとマウスなどが該当する。

（第１実施形態の厚み測定装置１０の動作フロー）
図７には、本実施形態に係る厚み測定装置１０の第１動作フロー図を示す。この第１動作フロー図は、撮像装置２０の二次元センサ２６からの測定データを受けた制御装置１２が、測定不可データがある場合に、その測定不可データを測定データから削除するフローである。

ステップ１０１（以下Ｓ１０１のように記載する）から、制御装置１２は、動作フローを始める。ｉ番目のデータとは、被測定対象の長手方向の一のラインにおいて、その被測定対象の幅方向の端部からｉ番目のデータである。すなわちｉ＝１は、幅方向の端部から１番目のデータを意味する。

Ｓ１０２において、制御装置１２は、このｉ番目の分光特性を取得する。分光特性であるので、被測定対象の一のラインのｉ番目に位置するポイントの波長ごとの特性が制御装置１２により取得される。

Ｓ１０３において、制御装置１２は、このｉ番目の分光特性から、厚みの計算結果の精度の指標となるピーク強度および被測定対象の厚みを算出する。このピーク強度および被測定対象の厚みは、ｉ番目の分光特性から得られる反射率を計算して求められる。ｉ番目に位置するポイントの反射率は、リファレンスデータに基づいて計算される。すなわち、反射率は、被測定対象から得られた測定データをアルミニウム、ガラス、拡散板、プラスチックなどのリファレンス材料からの測定データで割ることで求められる。そしてこの反射率のＦＦＴ解析を行うことで、ピーク強度および被測定対象の厚みが算出される。

本実施形態では、測定不可と判定される測定不可データは、上記のピーク強度が閾値以下であるデータ、および上記の被測定対象の厚みが、使用者が入力装置１５から入力した範囲外にあるデータを意味する。Ｓ１０４で制御装置１２は、測定光のピーク強度が閾値以上であるかどうかを判定する。制御装置１２は、ピーク強度が閾値以上である場合はＳ１０５へ動作フローを進ませる。制御装置１２は、ピーク強度が閾値よりも小さい場合はＳ１０７へ動作フローを進ませる。

Ｓ１０５において、制御装置１２は、被測定対象の厚みが所定の範囲内であるかどうかを判定する。所定の範囲の数値は、例えば厚み測定装置１０の使用者が、事前に入力装置１５から入力する。制御装置１２は、被測定対象の厚みが所定の範囲内にある場合は、Ｓ１０６へ動作フローを進ませる。制御装置１２は、被測定対象の厚みが所定の範囲内にない場合は、Ｓ１０７へ動作フローを進ませる。

Ｓ１０６において、制御装置１２は、算出された厚みを厚みデータＴｈｉｃｋ（ｉ）とする。Ｓ１０７では、制御装置１２は、算出された厚みをｅｒｒｏｒとする取り扱いをする。

Ｓ１０８において、制御装置１２は、ｉ番目に位置するポイントが、被測定対象の一のラインの最大番号の部分、すなわち端部に位置するかどうかを判断する。制御装置１２が、ｉ番目に位置するポイントが端部にあると判断した場合は、制御装置１２はこの動作フローを終了させる。制御装置１２が、ｉ番目に位置するポイントが、端部に到達していないと判断した場合は、Ｓ１０９に動作フローを進ませ、ｉ＋１番目のポイントをｉ番目のポイントとして、再度この動作フローを実行する。

上記のように測定不可と判定された測定不可データを除いて、厚みデータを圧縮することにより、区間での厚み精度がより向上する。

図８には、本実施形態に係る厚み測定装置１０の第２動作フロー図を示す。この第２動作フロー図は、例えば第１動作フロー後の厚みデータを用いて、厚みデータを被測定対象のあらかじめ定められた区間ごとに圧縮し、圧縮データとする動作フローである。図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る厚み測定装置１０では、図１（Ａ）のように区間で区切っていない被測定対象に対し、図１（Ｂ）のように区間で区切って、その区間内の厚みデータを圧縮し、その圧縮データをその区間全体の厚みとする。なお、区間の大きさについては、図１（Ｂ）のように均等に区切る場合と、図１（Ｃ）のように任意の大きさに区切る場合とがある。任意の大きさに区切る場合とは、周辺の膜厚変動の大きい領域だけ細かく見たい場合、または後工程で裁断を行う場合にその間隔に合わせて設定する場合が該当する。ここで、「あらかじめ定められた区間」には、最初に厚み測定装置１０の使用者が設定する場合、制御装置１２が後述する被測定対象の端部の位置から決定する場合などがある。前者については被測定対象のライン状の絶対位置がわかるという利点があり、後者については被測定対象を基準にして区間を設定できるという利点がある。

厚みデータに対する圧縮データの比率、すなわち圧縮率に関しては元のデータの半分以下に成ることが好ましく、１００分の１以下が更に好ましく、１００００分の１以下になることが特に好ましい。

なお、図１は、被測定対象の厚みデータを表示している図であるが、膜厚分布は表示装置１３（図５参照）の画面全体に表示されていても良いし、一部に表示されていても良い。また、膜厚の表示は、膜厚と色または濃淡を対応させた表示方法で表示させることが可能である。図１（Ａ）に示す圧縮前測定された膜厚分布をすべて表示する場合と比較して、図１（Ｂ）などは表示のためのデータ数が少なくなり、表示装置１３の表示速度も改善される。

以下の図８の第２動作フローの説明については、第１動作フロー後の厚みデータを用いた場合について説明を行うが、特にこれに限定されない。例えば第１動作フローでは、測定不可データが除かれたが、測定不可データが除かれない場合もありうる。また、後述する第３動作フローまたは第４動作フローが行われた後の厚みデータを用いることも可能である。

Ｓ２０１において、制御装置１２は、第２動作フローを始める。まず制御装置１２は、対象区間内の厚みデータＴｈｉｃｋ（ｋ）を読み込む。

Ｓ２０２において、制御装置１２は、ｋ＝０とする。ｋ番目のデータとは、被測定対象のあらかじめ定められた区間において番号付けされたデータである。番号は、１からｋｍａｘまで存在する。

Ｓ２０３において、制御装置１２は、ｋ＋１番目のデータをｋ番目のデータとする。そしてＳ２０４において、制御装置１２は、ｋ番目のデータが、対象区間内で最も大きい番号を付けられたｋｍａｘに１加えたｋｍａｘ＋１であるかどうかを判定する。制御装置１２がｋ番目のデータがｋｍａｘ＋１であると判断した場合は、制御装置１２は動作フローをｓ２０７に進ませる。制御装置１２がｋ番目のデータがｋｍａｘ＋１でないと判断した場合は、制御装置１２は動作フローをＳ２０５に進ませる。

Ｓ２０５において、制御装置１２が、厚みデータのＴｈｉｃｋ（ｋ）がｅｒｒｏｒであると判断すると、制御装置１２は動作フローをＳ２０３に戻し、再度Ｓ２０３からの動作フローを行う。制御装置１２が、厚みデータのＴｈｉｃｋ（ｋ）がｅｒｒｏｒではないと判断すると、厚みデータの合計値ＳｕｍＴｈｉｃｋに、そのＴｈｉｃｋ（ｋ）を加えるとともに、厚みデータの数であるＮｕｍに１を加える。

Ｓ２０４において、制御装置１２がＳ２０７に動作フローを進ませた場合、制御装置１２は、この区間の厚みデータを圧縮し、圧縮データとする。本実施形態では、圧縮方法は、平均値Ａｖｅを算出し、それを圧縮データとする。

なお厚みデータの圧縮方法は、平均値を取る方法に限定されない。例えば、中央値、最頻値、最大値、最小値を圧縮したデータとして用いることも可能である。また、フィルタ処理を行ったものを選択することも可能である。

区間ごとの平均値を圧縮データとすることにより、中央値または最頻値を圧縮データとする場合と比較して、区間での厚み精度が向上する。

図９には、本実施形態に係る第３動作フロー図を示す。第３動作フローは、被測定対象における区間の端部を決定するための動作フローである。この動作フローにより決定された区間の端部を用いて、厚みデータが圧縮される。例えば、被測定対象が蛇行した場合、被測定対象の幅方向の端部の位置が変化する。第３動作フローでは、被測定対象が蛇行したような場合でも、被測定対象の端部を見極め、これにより区間の端部が決定される。

第３動作フローは、測定光の受光量に基づいて行われる。被測定対象に対する反射で測定光を受光する場合には、受光量の高い場所に被測定対象が存在していると判定することにより、撮像装置２０のライン状の方向の測定範囲の内、被測定対象がどの位置に存在しているのかを判定することが可能になる。

Ｓ３０１から、制御装置１２は、動作フローを始める。ｉ番目のデータとは、被測定対象の長手方向の一のラインにおいて、その被測定対象の幅方向で撮像装置２０が受光可能な最も端の位置からｉ番目のデータである。すなわちｉ＝１は、幅方向の受光可能な最も端の位置から１番目のデータを意味する。Ｓ３０１は動作フローの最初であるので、Ｓ３０１においてｉ番目は０番目となる。

Ｓ３０２において、制御装置１２は、ｉ＋１番目のデータをｉ番目のデータとする。そしてＳ３０３において、制御装置１２はｉ番目の受光量を二次元センサ２６から取得する。

Ｓ３０４において、制御装置１２は、取得した受光量が閾値以上であるかどうかを判定する。受光量が閾値以上であれば、制御装置１２は、動作フローをＳ３０５に進ませる。受光量が閾値以上でない場合、制御装置１２は、動作フローをＳ３０９に進ませる。Ｓ３０４における閾値は、厚み測定装置１０の使用者が、入力装置１５から事前に入力することができる。ｉ番目のデータは、被測定対象の長手方向の一ラインにおいて、その被測定対象の幅方向で撮像装置２０が受光可能な端の位置からｉ番目のデータであるので、例えば１番目のデータにおいて受光量が閾値以上でない場合、そのデータは被測定対象の端部ではないと判断され、制御装置１２は動作フローをＳ３０９に進める。

Ｓ３０９において、制御装置１２は、ｉがｉｍａｘ、すなわちｉが取りうる一番大きい値か否かを判定する。ｉがｉｍａｘでない場合、制御装置１２は動作フローをＳ３０２に戻す。ｉがｉｍａｘである場合、制御装置１２は動作フローをＳ３１２に進ませる。

Ｓ３０５において、制御装置１２は、ｉ番目のデータによる受光量が初めて閾値以上になった判定し、被測定対象のライン状の方向の端部の位置、すなわちＥｄｇｅＦｒｏｎｔがｉ番目の位置であるとする。

Ｓ３０６において、制御装置１２は、ｉ＋１番目のデータをｉ番目のデータとする。そしてＳ３０７において、制御装置１２は、取得した受光量が閾値以下であるかどうかを判定する。受光量が閾値以下であれば、制御装置１２は動作フローをＳ３０８に進ませる。受光量が閾値以下でない場合、制御装置１２は、動作フローをＳ３１０に進ませる。Ｓ３０７における閾値は、Ｓ３０４と同様、厚み測定装置１０の使用者が、入力装置１５から事前に入力することができる。

Ｓ３１０において、制御装置１２は、ｉがｉｍａｘ、すなわちｉが取りうる一番大きい値か否かを判定する。ｉがｉｍａｘでない場合、制御装置１２は動作フローをＳ３０６に戻す。ｉがｉｍａｘである場合、制御装置１２は動作フローをＳ３１１に進ませる。

Ｓ３０８において、制御装置１２は、ｉ番目のデータによる受光量が、それまで閾値以上であったものが、閾値以下になったと判定し、被測定対象のライン状の方向の端部の位置、すなわちＥｄｇｅＥｎｄがｉ番目の位置であるとする。

Ｓ３１１およびＳ３１２において、制御装置１２は、被測定対象の幅方向で撮像装置２０が受光可能な位置の中に被測定対象の端部が存在しないとして、ＥｄｇｅＦｒｏｎｔおよびＥｄｇｅＥｎｄがｅｒｒｏｒであるとする。

この第３動作フローが終了した後、上述した第２動作フローを実行することができる。

被測定対象の幅方向の端部の位置が受光量に基づいて決定されることにより、被測定対象が蛇行した場合でも、被測定対象の測定すべき範囲が明確になる。

なお、受光量を用いた端部の位置の判定は、上記のように受光量の単純なしきい値判定以外にもフィルタによる処理を行った後にしきい値判定を行う方法、または複数フレームの値を平均した後に判定を行う処理などが適用可能である。

図１０には、本実施形態に係る第４動作フロー図を示す。第４動作フローは、被測定対象における区間の端部を決定するための動作フローである。この動作フローにより決定された区間の端部を用いて、厚みデータが圧縮される。例えば、被測定対象がコーティングである場合には被測定対象自体の蛇行、または被測定対象であるコーティングの蛇行のいずれに対しても、被測定対象の端部を見極め、これにより区間の端部が決定される。

詳細に述べると、フィルムなどの基材の上にコーティングがされている場合、基材端部までコーティングが施されていることは少なく、通常基材端部には未コート区間が存在する。上記の第３動作フローにおける判定では、基材の有無は見分けることができるが、その上のコーティングの有無は見分けることは困難であるため、コーティングの分布を確認しようとすると、被測定対象の幅方向の端部の位置を正確に知ることができない。

そこで、膜厚結果から被測定対象の幅方向の端部の位置の判定を行うことによりコーティングの幅方向の位置を正確に取得することが可能になる。例えば、対象のコーティングの膜厚がしきい値以上であることで被測定対象の幅方向の端部の位置の判定を行えば、コーティングの位置を基準とすることが可能になる。

Ｓ４０１から、制御装置１２は、動作フローを始める。ｉ番目のデータとは、被測定対象の長手方向の一のラインにおいて、その被測定対象の幅方向で撮像装置２０が受光可能な最も端の位置からｉ番目のデータである。すなわちｉ＝１は、幅方向の受光可能な最も端の位置から１番目のデータを意味する。Ｓ４０１は動作フローの最初であるので、Ｓ４０１においてｉ番目は０番目となる。

Ｓ４０２において、制御装置１２は、ｉ＋１番目のデータをｉ番目のデータとする。そしてＳ４０３において、制御装置１２はｉ番目の分光特性を二次元センサ２６から取得し、制御装置１２は得られた分光特性に基づいてｉ番目の位置の厚みを算出する。

Ｓ４０４において、制御装置１２は、算出した厚みが閾値以上であるかどうかを判定する。厚みが閾値以上であれば、制御装置１２は、動作フローをＳ４０５に進ませる。厚みが閾値以上でない場合、制御装置１２は、動作フローをＳ４０９に進ませる。Ｓ４０４における閾値は、厚み測定装置１０の使用者が、入力装置１５から事前に入力することができる。ｉ番目のデータは、被測定対象の長手方向の一ラインにおいて、その被測定対象の幅方向で撮像装置２０が受光可能な端の位置からｉ番目のデータであるので、例えば１番目のデータにおいて厚みが閾値以上でない場合、そのデータは被測定対象の端部ではないと判断され、制御装置１２は動作フローをＳ４０９に進める。

Ｓ４０９において、制御装置１２は、ｉがｉｍａｘ、すなわちｉが取りうる一番大きい値か否かを判定する。ｉがｉｍａｘでない場合、制御装置１２は動作フローをＳ４０２に戻す。ｉがｉｍａｘである場合、制御装置１２は動作フローをＳ４１２に進ませる。

Ｓ４０５において、制御装置１２は、ｉ番目の位置の厚みが初めて閾値以上になった判定し、被測定対象のライン状の方向の端部の位置、すなわちＥｄｇｅＦｒｏｎｔがｉ番目の位置であるとする。

Ｓ４０６において、制御装置１２は、ｉ＋１番目のデータをｉ番目のデータとする。そしてＳ４０７において、制御装置１２は、算出された厚みが閾値以下であるかどうかを判定する。厚みが閾値以下であれば、制御装置１２は動作フローをＳ４０８に進ませる。厚みが閾値以下でない場合、制御装置１２は、動作フローをＳ４１０に進ませる。Ｓ４０７における閾値は、Ｓ４０４と同様、厚み測定装置１０の使用者が、入力装置１５から事前に入力することができる。

Ｓ４１０において、制御装置１２は、ｉがｉｍａｘ、すなわちｉが取りうる一番大きい値か否かを判定する。ｉがｉｍａｘでない場合、制御装置１２は動作フローをＳ４０６に戻す。ｉがｉｍａｘである場合、制御装置１２は動作フローをＳ４１１に進ませる。

Ｓ４０８において、制御装置１２は、ｉ番目のデータにおける厚みが、それまで閾値以上であったものが、閾値以下になったと判定し、被測定対象のライン状の方向の端部の位置、すなわちＥｄｇｅＥｎｄがｉ番目の位置であるとする。

Ｓ４１１およびＳ４１２において、制御装置１２は、被測定対象の幅方向で撮像装置２０が受光可能な位置の中に被測定対象の端部が存在しないとして、ＥｄｇｅＦｒｏｎｔおよびＥｄｇｅＥｎｄがｅｒｒｏｒであるとする。

この第４動作フローが終了した後、上述した第２動作フローを実行することができる。

被測定対象がコーティングである場合には被測定対象自体の蛇行、または被測定対象であるコーティングの蛇行のいずれに対しても、被測定対象の測定すべき範囲が明確になる。

なお、被測定対象の厚みを用いた端部の位置の判定は、上記のように被測定対象の厚みの単純なしきい値判定以外にもフィルタによる処理を行った後にしきい値判定を行う方法、または複数フレームの値を平均した後に判定を行う処理などが適用可能である。また、測定対象が複数層である場合には、いずれかの層またはすべての層の合計に対して上記判定処理を行うことも可能である。

図１１には、本実施形態に係る厚み測定装置１０の第５動作フロー図を示す。この第５動作フロー図は、撮像装置２０の二次元センサ２６からの測定データを受けた制御装置１２が、あらかじめ定められた範囲にない異常厚みデータである場合に、この異常厚みデータの位置およびその周辺の厚みデータを、圧縮せずに残す動作フローである。この動作フローは、例えば第２動作フローの前、または第１動作フローと第２動作フローの間、もしくはそれらと並行して実行することが可能である。例えば、図１（Ｄ）は、異常厚みデータが存在する被測定対象を示している。

Ｓ５０１において、制御装置１２は、対象区間内の厚みデータを読み込む。

Ｓ５０２において、制御装置１２は、厚みデータにフィルタをかける。このフィルタは、例えば膨張フィルタ、収縮フィルタ、平均化フィルタ、メディアンフィルタ、ソーベルフィルタ、プレヴィットフィルタ、ラプラシアンフィルタ、ガウシアンフィルタ、バイラテラル、アンシャープマスキング、その他対象に応じた空間フィルタを用いることが可能である。

Ｓ５０３において、制御装置１２は、上述のあらかじめ定められた厚み範囲を閾値として厚みデータを２値化する。そしてＳ５０４において、制御装置１２は、異常厚みデータがあると判断された位置を取得する。そして、異常厚みデータの厚みと位置から、異常部分の長さ、幅、面積などを算出する。

Ｓ５０５において、制御装置１２は、２値化された厚みデータの長さ、幅などを判定して異常厚みデータであるかどうかを判断する。制御装置１２が、厚みデータが異常ありと判定しなかった場合は、この第５動作フローは終了する。制御装置１２が、厚みデータが異常ありと判定した場合は、制御装置１２は、動作フローをＳ５０６に進ませる。

Ｓ５０６において、制御装置１２は、異常厚みデータの厚み、位置、および異常厚みデータ周辺の厚み、位置を、データ蓄積装置１４に蓄積する。ここで「異常厚みデータの周辺」とは、異常厚みデータの位置の近傍を意味し、区間ごとである場合と、区間に関係なく「異常厚みデータの周辺」と判断される場合とがある。例えば、異常厚みデータの位置の周辺数ｃｍ程度が該当する。また異常厚みデータの厚み、位置、および異常厚みデータ周辺の厚み、位置は、圧縮データよりも細かい分解能で保存される。

上記の第５動作フローでは、被測定対象の厚みデータの測定結果から、厚みの異常が発生している箇所を判定し、その周辺の膜厚分布を保存する。そして圧縮データよりも細かい分解能で保存する。これにより、異常部分の形状、大きさ、厚さなどが詳細にわかることになり、異常の原因特定が容易になる。

また、ここで異常と判定された異常厚みデータを、圧縮データから除外することにより、圧縮処理の結果が異常厚みデータにより、精度が低くなることを防止できる。

第１動作フローから第５動作フローについて説明したが、これらは単独でまたは複数の組み合わせを、本実施形態の厚み測定装置１０で実行することができる。例えば第３動作フローを単独で行う厚み測定装置１０、第４動作フローを単独で行う厚み測定装置１０、第１動作フローを行った後、第３動作フローを行い、そのあとで第２動作フローを実行する厚み測定装置１０とすることもできる。そして、制御装置１２は、厚みデータを圧縮し、圧縮データとするとともに、この圧縮データに基づいて、被測定対象の厚みを表示装置１３で表示する。また、それらを並列に処理することも可能である。

分光特性を利用し厚みを測定する際に、厚みデータを被測定対象のあらかじめ定められた区間ごとに圧縮し、圧縮データとするとともに、その圧縮データにより厚みを表示することにより、フィルムのように測定対象となる面積が広い被測定対象であっても、被測定対象の全体の膜厚の表示を高速に行うことができる。

異常厚みデータが現れた場合に、その周辺のデータを細かい分解能で表示するので、異常のない厚みデータについては圧縮することで被測定対象全体の膜厚の表示を高速に行いつつ、異常部分については詳細を把握することが可能となる。

（第２実施形態の厚み測定装置１０の構成）
図６には、本発明の第２実施形態に係る厚み測定装置１０の概略の側面図を示す。第１実施形態は、被測定対象から反射した測定光を撮像装置２０が受光する構成であるのに対し、第２実施形態は、被測定対象を透過した測定光を撮像装置２０が受光する構成である。図６に示すように、第２実施形態に係る厚み測定装置１０は、被測定対象の下側に、被測定対象に対して測定光を照射する光源１１と、被測定対象からの測定光を受光する撮像装置２０と、この撮像装置２０からの信号により厚みを算出する制御装置１２とを備えている。本実施形態では、光源１１と撮像装置２０とを結ぶ線は、被測定対象に対して垂直に交わっている。

（その他）
第５動作フローを実施して、異常厚みデータがある部分が特定された場合に、異常厚みデータがある部分について、圧縮後の膜厚分布表示上に、マーカーのように表示することも可能である。さらに、その表示がクリックされることで異常厚みデータの周辺の厚みデータを表示する機能を有することも可能である。加えて、圧縮後の膜厚分布表示上に異常厚みデータの部分の直接表示を行い、拡大を行うことで詳細を表示することも可能である。また、異常厚みデータの周辺の膜厚分布のみをリスト化し表示することも可能である。

撮像装置２０は、被測定対象の搬送方向、すなわち長手方向に対して、その測定範囲の長軸方向が垂直になるように複数台設置される構成であっても問題ない。なお、複数台設置する際に撮像装置２０を幅方向、搬送方向にずらして設置しても問題ない。この場合、ＬＥＤの長さが制限される場合でも幅広の被測定対象を測定することが可能になる。

厚み測定装置１０の動作フローは、ソフトウェアで実現することも、ハードウェアで実現することも可能である。ハードウェアで実願する場合、画像の表示処理などを高速に行うことができる。

また、厚み測定装置１０での測定では、被測定対象が動作する場合を説明したがこれに限定されない。例えば、装置本体をボールねじとリニアガイドとにより構成される動作装置により動作させることも可能である。

１０ 厚み測定装置
１１ 光源
１２ 制御装置
１３ 表示装置
２０ 撮像装置

Claims (6)

1. ライン状の光源、および該光源から照射される測定光を、被測定対象を経由して受光する撮像装置から構成される装置本体と、
   前記撮像装置から得られる、前記測定光の分光特性を解析することで、前記被測定対象の厚みを算出する制御装置と、
   前記制御装置で算出された厚みを表示する表示装置と、を備え、
   前記撮像装置は、前記測定光を波長ごとに分光するグレーティング素子を有し、
   前記制御装置は、前記装置本体または被測定対象のいずれかの、前記光源のライン状の方向に垂直な方向の動作に合わせて、前記グレーティング素子により分光された測定光の分光特性から前記被測定対象の厚みである厚みデータを算出して取得し、
   該厚みデータを前記被測定対象のあらかじめ定められた区間ごとに圧縮し、圧縮データとし、
   該圧縮データに基づいて、前記被測定対象の厚みを表示装置に表示する、
   ことを特徴とする厚み測定装置。
2. 前記制御装置は、前記厚みデータから、あらかじめ定められた区間ごとに平均値を算出し、該平均値を圧縮データとする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の厚み測定装置。
3. 前記制御装置は、前記区間において測定不可と判定された測定不可データがある場合に、
   該測定不可データを除いて、前記厚みデータを圧縮する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の厚み測定装置。
4. 前記制御装置は、
   前記被測定対象の前記ライン状の方向の端部の位置を、
   前記撮像装置により受光される受光量に基づいて決定する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の厚み測定装置。
5. 前記制御装置は、
   前記被測定対象の前記ライン状の方向の端部の位置を、
   前記制御装置により算出される前記被測定対象の厚みに基づいて決定する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の厚み測定装置。
6. 前記制御装置は、
   前記厚みデータが、あらかじめ定められた厚み範囲にない異常厚みデータである場合に、
   該異常厚みデータの厚み、位置および該異常厚みデータの周辺の厚み、位置を、前記圧縮データよりも細かい分解能で表示する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の厚み測定装置。

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