JPS631905A - 光学式厚み測定法及び装置 - Google Patents
光学式厚み測定法及び装置Info
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- JPS631905A JPS631905A JP14568886A JP14568886A JPS631905A JP S631905 A JPS631905 A JP S631905A JP 14568886 A JP14568886 A JP 14568886A JP 14568886 A JP14568886 A JP 14568886A JP S631905 A JPS631905 A JP S631905A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
a、技術分野
本発明は、光学的に透明又は半透明なθq検物の肉厚測
定に関するもので、特に薄板ガラスの肉厚i1+11定
に関するものである。
定に関するもので、特に薄板ガラスの肉厚i1+11定
に関するものである。
bi従来技術及びその問題点
従来、助板ガラスの肉厚を非接触て訓<’、+ 、1)
θ(として、静電容是型検出器を被検物のJ<裏111
1にそれぞれ配t、基準片との差により肉厚に71りめ
?、ツノ゛θ(があるが、この方法では絶対寸法を知イ
)事ができないt、例えばテレビカメラの撮像51・の
ストライブフィルター(薄板のガラス)にあり−では表
1141から内部の曲までの厚さは測れない、。
θ(として、静電容是型検出器を被検物のJ<裏111
1にそれぞれ配t、基準片との差により肉厚に71りめ
?、ツノ゛θ(があるが、この方法では絶対寸法を知イ
)事ができないt、例えばテレビカメラの撮像51・の
ストライブフィルター(薄板のガラス)にあり−では表
1141から内部の曲までの厚さは測れない、。
また光学的肉厚1111定法には、光切断?7;や顕微
鏡の合焦による方V、などがあるか、光束の被検物透過
による収差の発生のため高精度に肉厚を測定する事はで
きなかった。
鏡の合焦による方V、などがあるか、光束の被検物透過
による収差の発生のため高精度に肉厚を測定する事はで
きなかった。
0、目的
本発明は、被検物に光学系により集光光束を投射t、光
学系又は被検物を光学系の光軸方向に移動した11、ν
、被検物の表面及び裏面(あ′るいは内部の而)での軸
上中心強度最大の位置を検出t、さらに光学系め集光光
束の開口数N Ao、被検物の屈折率n等からの補正演
算を行なう事により肉厚tを求めようというもので、被
検物の表I〔11から内部の面までの肉厚測定をも可能
とt、肉厚の絶対寸法も高精度に測定可能とする方法及
び装置を提供する事を目的とする。
学系又は被検物を光学系の光軸方向に移動した11、ν
、被検物の表面及び裏面(あ′るいは内部の而)での軸
上中心強度最大の位置を検出t、さらに光学系め集光光
束の開口数N Ao、被検物の屈折率n等からの補正演
算を行なう事により肉厚tを求めようというもので、被
検物の表I〔11から内部の面までの肉厚測定をも可能
とt、肉厚の絶対寸法も高精度に測定可能とする方法及
び装置を提供する事を目的とする。
d、実施例の構成及び作用
上記目的を達成するための本発明の肉tb測定法につい
て述へる。第1図のようなし1示していない光学系によ
る開口数NA、を持つ集光光束1を、屈折率nで肉N、
tを持つ平行平面である被検物(ガラス)2に投射する
。そこで、被検物(又は光学系)を光学系の光軸方向で
あるZ方向に動かすと、まず被検物の表面2−1でピン
トが合い、次に移動量aだけ離れた所で裏面2−2でピ
ントが合う。
て述へる。第1図のようなし1示していない光学系によ
る開口数NA、を持つ集光光束1を、屈折率nで肉N、
tを持つ平行平面である被検物(ガラス)2に投射する
。そこで、被検物(又は光学系)を光学系の光軸方向で
あるZ方向に動かすと、まず被検物の表面2−1でピン
トが合い、次に移動量aだけ離れた所で裏面2−2でピ
ントが合う。
今、光学系を無収差とすると(すなわち集光光束は完全
に一点に集まる。)、表面2−1ではガウス像面Aと軸
4二中心強度最大像面Bとは一致する(第2図(1)参
照)が、裏面2−2では光束が被検物2の内部を透過し
て来るため、第2図(2)に示す様に、球面収差SAの
発生により、ガウス像面A′と軸上中ノラ;強度最大の
像面B′とはずれ量bNだけずれる。
に一点に集まる。)、表面2−1ではガウス像面Aと軸
4二中心強度最大像面Bとは一致する(第2図(1)参
照)が、裏面2−2では光束が被検物2の内部を透過し
て来るため、第2図(2)に示す様に、球面収差SAの
発生により、ガウス像面A′と軸上中ノラ;強度最大の
像面B′とはずれ量bNだけずれる。
以上述べ九本を第3図のZ軸移動に対する軸上中心強度
工との関係で示すと、集光光束に対し被検物2をX軸方
向に動かしていくと、まず被検物の表mlでの像面A、
’B点で■の様に軸上中心強度は最大と□′なり、次に
移動iaだけ動いた所で裏面での像面B′の位置で■の
様に軸上中心強度は最人となる。この時、被検物の肉厚
1は +:=n (a+bN) ・・・−(1)て求められ
る。
工との関係で示すと、集光光束に対し被検物2をX軸方
向に動かしていくと、まず被検物の表mlでの像面A、
’B点で■の様に軸上中心強度は最大と□′なり、次に
移動iaだけ動いた所で裏面での像面B′の位置で■の
様に軸上中心強度は最人となる。この時、被検物の肉厚
1は +:=n (a+bN) ・・・−(1)て求められ
る。
そこで本発明は、移動量aを測定t、前記像面A’ 、
B’のずれ@b Nを計算する事により、被検物の肉厚
1、を求めようというものである。
B’のずれ@b Nを計算する事により、被検物の肉厚
1、を求めようというものである。
それでは、ずれ量bNの計算のやり方について述へる。
波面収差が小さい時には、Marechelによると、
波面収差の標準偏差が最小の時、軸上中心強度が最大に
なる(レンズ設計のための波面光学P24〜P25東海
大出版会)という事が解っている。
波面収差の標準偏差が最小の時、軸上中心強度が最大に
なる(レンズ設計のための波面光学P24〜P25東海
大出版会)という事が解っている。
一般にピン1−ずらしを行った後の波面収差w(p’)
は、2次、4次、6次、8次の波面収差振数をw、、
w、、、 w、’、 w、とするとW(P)=W、I:
12+W、、P’+W、PC+WIlP’(1) =
O〜[)・・・・・・ (2)で表わせ、二の(2)式
の波面収差の分散〈ΔW2〉は モ −−W4.・W、。
は、2次、4次、6次、8次の波面収差振数をw、、
w、、、 w、’、 w、とするとW(P)=W、I:
12+W、、P’+W、PC+WIlP’(1) =
O〜[)・・・・・・ (2)で表わせ、二の(2)式
の波面収差の分散〈ΔW2〉は モ −−W4.・W、。
となる。従ってくΔW2〉を最小しこ−・i イ′+\
\f、はである。
\f、はである。
以1:の結果を幾可光学の縦収差に直してとえると、球
1f11収差の2次、4次、6次の各係数をCよ。
1f11収差の2次、4次、6次の各係数をCよ。
Ci、、CI、とt、ピントずらし量在■くど−すると
、球面収差S(丁))は 5(V)=(:、P2+C7P1+C,P’(P=0〜
I )(4)で1j、えられ、その時の波面収差W (
,1) )は、1F、ソコ光束光学系の焦点距離を「、
最外光線のll+i・における高さをl+0とすると −C,/4せる。
、球面収差S(丁))は 5(V)=(:、P2+C7P1+C,P’(P=0〜
I )(4)で1j、えられ、その時の波面収差W (
,1) )は、1F、ソコ光束光学系の焦点距離を「、
最外光線のll+i・における高さをl+0とすると −C,/4せる。
(2F人、(5)式の係数を比較t、さらしこ(3)式
に代入すると となる。
に代入すると となる。
このIくばカラス像面から軸」−中心強度最大の像面ま
でのすらし41tをtj−える。
でのすらし41tをtj−える。
二こで光学系による無収差光束な・14行平面である被
検物に透過させると、球面収差5(p)は、光学系の開
11故NAに応し ・・・ ・ (7) と表せるから、(7)式を(4)式と比較すると、2
n3 f2 。
検物に透過させると、球面収差5(p)は、光学系の開
11故NAに応し ・・・ ・ (7) と表せるから、(7)式を(4)式と比較すると、2
n3 f2 。
8n5 f4 。
16n7 、 1毛・
h□
である。ここで−−−−−二NAoであり、■
R= b Nゆえ、 (6)式より
(n243)NA□”+ (n4+zn′+2)NAo
4)> t −−(8)とな
り、すれ’+1−bNが求まれば(1)式より肉厚りは
求まるはすであるか、実際には、ずれ量bNは肉厚tの
関数となっており、肉厚tが解っていない時はすれ借す
えは求まらない。
4)> t −−(8)とな
り、すれ’+1−bNが求まれば(1)式より肉厚りは
求まるはすであるか、実際には、ずれ量bNは肉厚tの
関数となっており、肉厚tが解っていない時はすれ借す
えは求まらない。
そこで1を繰り返し回数としL工= n aなるL□を
肉厚tの初期値として (n2−1)(n′→−1)NAo’十(n4+2n′
+2) ・NAo4〕) ・++ここて+、 、=
r+ (a 十b i−□)なる式に代入t、ずれ4H
,bNの1−回し1の近似値とじです、を求め、次にこ
のす、を(1)人に代入t、2 t11+ ++の肉1
!;、 (の近似値t2を求める。次しこ、このt、;
1(8)人しこ代入t、ずれYI< 13 p4の2回
目の近似値b2を求め、以下回しf順で繰り返し演算を
tN 1:N−1≦Δ(Δは1−分車さな値とする)ま
でN回行う。この時のtNが求める肉厚1となる。
肉厚tの初期値として (n2−1)(n′→−1)NAo’十(n4+2n′
+2) ・NAo4〕) ・++ここて+、 、=
r+ (a 十b i−□)なる式に代入t、ずれ4H
,bNの1−回し1の近似値とじです、を求め、次にこ
のす、を(1)人に代入t、2 t11+ ++の肉1
!;、 (の近似値t2を求める。次しこ、このt、;
1(8)人しこ代入t、ずれYI< 13 p4の2回
目の近似値b2を求め、以下回しf順で繰り返し演算を
tN 1:N−1≦Δ(Δは1−分車さな値とする)ま
でN回行う。この時のtNが求める肉厚1となる。
すなわち
j=:l、N=口(+i + b N−s、 )で肉厚
が求まる。さて、以上述べた測定法に上+、75いた具
体的な装置について、本発明で用いた−・実施例を第4
図に基き以下説明する。
が求まる。さて、以上述べた測定法に上+、75いた具
体的な装置について、本発明で用いた−・実施例を第4
図に基き以下説明する。
今、光源3からの光束は、コンデンサーレンズ5によピ
ンホール6の位置で点光源となる。この途中に任意の波
長を選択するための干渉フィルター4を入れる。ピンホ
ール6の位置で点光源となった光束は、対物レンズ7に
より開[1数NAoを持った集光光束として屈折率n、
厚さ1に持−)被検物8に投射される。
ンホール6の位置で点光源となる。この途中に任意の波
長を選択するための干渉フィルター4を入れる。ピンホ
ール6の位置で点光源となった光束は、対物レンズ7に
より開[1数NAoを持った集光光束として屈折率n、
厚さ1に持−)被検物8に投射される。
被検物8よりの反射光は、元来た経路’4s−,hj:
す、ビームスプリッタ−9にてフォトダイオ−1〜の様
な光電変換素子10に心かれる。光電変換ノ・ミ了10
の前には、反射光の軸上中心強度を選択するためピンホ
ール11が配されている。もち7.ん光電変換素子は固
体撮像素子の様な物でもよく、その場合ピンホール11
は不要となる。光電変換素r 、L oからのアナログ
信号はサンプルホールド回路12.Δ/ I)変換回路
13を経てデジタル4M号となり、マイコン14に入力
される。
す、ビームスプリッタ−9にてフォトダイオ−1〜の様
な光電変換素子10に心かれる。光電変換ノ・ミ了10
の前には、反射光の軸上中心強度を選択するためピンホ
ール11が配されている。もち7.ん光電変換素子は固
体撮像素子の様な物でもよく、その場合ピンホール11
は不要となる。光電変換素r 、L oからのアナログ
信号はサンプルホールド回路12.Δ/ I)変換回路
13を経てデジタル4M号となり、マイコン14に入力
される。
この時、被検物8を対物レンズ7の光軸方向にしj示し
ていない移動手段で動かすと、表面8−1及び裏面8−
2でピン1−が合い、この時、光電変換素子10上の信
号は最大となる。この表面及び裏面でのピン1−位置の
差、即ち移動是aを測長スケール15で読み取り、読取
リイ、?シンをマイコン14へ人力する。マイコン14
は、h!折率n、開1−1数N A o +移動(、(
aなどの値を用い前述した測定θ電に」、!、づいて肉
厚tを算出する。尚、移動4taは、被検物の表面及び
裏面あるいは内部の而での中心強度最大位置間の距離と
同意である。
ていない移動手段で動かすと、表面8−1及び裏面8−
2でピン1−が合い、この時、光電変換素子10上の信
号は最大となる。この表面及び裏面でのピン1−位置の
差、即ち移動是aを測長スケール15で読み取り、読取
リイ、?シンをマイコン14へ人力する。マイコン14
は、h!折率n、開1−1数N A o +移動(、(
aなどの値を用い前述した測定θ電に」、!、づいて肉
厚tを算出する。尚、移動4taは、被検物の表面及び
裏面あるいは内部の而での中心強度最大位置間の距離と
同意である。
第5図には本発明に用いた第2の実施例を示す。
第4図と同じ部品は説明を省略する。光源に直線偏光レ
ーザ16を用いる。直線偏光レーザ16からの光は、ビ
ームエキスパンダー17により拡大され、対物レンズに
よって被検物に集光光束としで投射される。被検物から
の反射光をビームスプリッタ−9′により光電変換素子
に導く。レーザを用いる事により光強度が増大t、さら
に対物レンズにより被検面に非常に小さな集光スポット
が形成できるため、精度が向上する。またヒ−l、スプ
リッター9′に偏光ビームスプリンター及び対物レンズ
の+’tfに174波長板]8を用いろと、1/4波長
抜透過後の光束は円偏光となり、被検向からの反射光が
再び1/4波長板を通ると、レーザ発振光とは偏光方向
が直交する。このため、偏光ビー15プリッタ−により
、反射光すなオ)も信号光はすべて光電変換素子に導か
れる。又、レーザビームによるビームエキスパンダー1
7からの反射光すなわちノイズは、レーザ発振光と偏光
方向が回しため、光電変換素子には導かれない。従って
偏光ビームスプリッタ−及び1/4波長伝を用いること
でS/N比の向上が計れる。また光源は半導体レーザで
もよく、その場合、ビームエキスパンダー17は不要と
なる。
ーザ16を用いる。直線偏光レーザ16からの光は、ビ
ームエキスパンダー17により拡大され、対物レンズに
よって被検物に集光光束としで投射される。被検物から
の反射光をビームスプリッタ−9′により光電変換素子
に導く。レーザを用いる事により光強度が増大t、さら
に対物レンズにより被検面に非常に小さな集光スポット
が形成できるため、精度が向上する。またヒ−l、スプ
リッター9′に偏光ビームスプリンター及び対物レンズ
の+’tfに174波長板]8を用いろと、1/4波長
抜透過後の光束は円偏光となり、被検向からの反射光が
再び1/4波長板を通ると、レーザ発振光とは偏光方向
が直交する。このため、偏光ビー15プリッタ−により
、反射光すなオ)も信号光はすべて光電変換素子に導か
れる。又、レーザビームによるビームエキスパンダー1
7からの反射光すなわちノイズは、レーザ発振光と偏光
方向が回しため、光電変換素子には導かれない。従って
偏光ビームスプリッタ−及び1/4波長伝を用いること
でS/N比の向上が計れる。また光源は半導体レーザで
もよく、その場合、ビームエキスパンダー17は不要と
なる。
=12−
e、動床
以」−述べた様に、本発明を用いれば、光束が被検物を
透過するために、収差が発生しても、肉厚の絶対寸法力
讐、−度よく測れるt、ガラスの表面から内部の面まで
の距離の測定をも可能となる。
透過するために、収差が発生しても、肉厚の絶対寸法力
讐、−度よく測れるt、ガラスの表面から内部の面まで
の距離の測定をも可能となる。
第1図は本発明の詳細な説明するための図、第2図(1
,)、(2)は無収差集光光束が被検物の表面及び被検
物を透過した時に発生する球面収差図、第3図は被検物
の表面及び裏面にピントが合った時の軸上中心強度の関
係を示すための図、第4図は本発明の測定法に基づいた
測定装置の一実施例を示す説明図、第5図は測定装置の
別の実施例を示す説明[ン1である。 L:集光光束 2:被検物 3:白色光源4:干渉フィ
ルター 5:コンデンサーレンズ6:ピンホール 7:
対物レンズ 8:被検物9:ビームスプリッター 10
:光電変換素子11:ピンホール 12:サンプルホー
ルド回路13:A/H弯換回路 14:マイコン15
: 1llll長スケール 16:直線偏光レーサ17
:ヒー1.xキスパンター 18:I/4波長板 特W’l出願人 加光学二り業株式会月代表者 松本
徹 第1図
,)、(2)は無収差集光光束が被検物の表面及び被検
物を透過した時に発生する球面収差図、第3図は被検物
の表面及び裏面にピントが合った時の軸上中心強度の関
係を示すための図、第4図は本発明の測定法に基づいた
測定装置の一実施例を示す説明図、第5図は測定装置の
別の実施例を示す説明[ン1である。 L:集光光束 2:被検物 3:白色光源4:干渉フィ
ルター 5:コンデンサーレンズ6:ピンホール 7:
対物レンズ 8:被検物9:ビームスプリッター 10
:光電変換素子11:ピンホール 12:サンプルホー
ルド回路13:A/H弯換回路 14:マイコン15
: 1llll長スケール 16:直線偏光レーサ17
:ヒー1.xキスパンター 18:I/4波長板 特W’l出願人 加光学二り業株式会月代表者 松本
徹 第1図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 透明又は半透明の被検物に光学系より集光光束を投
射し、光学系又は被検物を光学系の光軸方向に動かした
時、被検物の表面及び裏面(あるいは内部の面)でのそ
れぞれの集光光束の軸上中心強度最大の位置を検出する
事により、被検物の肉厚を求める事を特徴とする光学式
厚み測定法。 2 光学系による集光光束の開口数をNAo、被検物の
肉厚をt、被検物の屈折率をn、被検物の表面及び裏面
(あるいは内部の面)での中心強度最大位置間の距離を
a、添字iを繰り返し回数、b_iを光学系の開口数N
A_o、被検物の屈折率n等によって補正量とし、t_
1=naなるt_1を初期値とする時、 b_i={〔(n^2−1)/(80n^7)〕・NA
_o^2〔20n^4+3n^2(n^2+3)・NA
_o^2+(n^4+2n^2+2)NA_o^4〕}
t_iここでt_i=n(a+b_i_−_1) なる式を、t_i−t_i_−_1≦Δ(Δは十分小さ
な値とする)の条件を満足するようにi=1からNまで
計算をN回繰り返して得られる時のt_N=n(a+b
_N_−_1)なるt_Nを被検物の肉厚tとして求め
る事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学式厚
み測定法。 3 十分小さな光源と、該光源からの光を透明ないしは
半透明な被検物に集光投射するための対物レンズと前記
被検物からの反射光を観測面に導くための手段と、前記
反射光の軸上中心強度を検出するための光電検出手段と
、前記対物レンズによる集光点又は被検物を該対物レン
ズの光軸方向に移動するための手段と、その移動量を検
出するための移動量検出手段と、該移動量検出手段及び
前記光電検出手段それぞれからの情報を演算する手段と
を有する事を特徴とする光学式厚み測定装置。 4 光源が直線偏光レーザーである事を特徴とする特許
請求の範囲第3項記載の光学式厚み測定装置。 5 光源が半導体レーザーである事を特徴とする特許請
求の範囲第3項記載の光学式厚み測定装置。 6 被検物からの反射光を観測面に導く手段が偏光ビー
ムスプリッターである事を特徴とする特許請求の範囲第
3項記載の光学式厚み測定装置。 7 偏光ビームスプリッターと対物レンズの間に1/4
波長板を挿入する事を特徴とする特許請求の範囲第3項
記載の光学式厚み測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61145688A JPH0718689B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 光学式厚み測定法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61145688A JPH0718689B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 光学式厚み測定法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS631905A true JPS631905A (ja) | 1988-01-06 |
JPH0718689B2 JPH0718689B2 (ja) | 1995-03-06 |
Family
ID=15390793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61145688A Expired - Fee Related JPH0718689B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 光学式厚み測定法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0718689B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002176240A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-21 | Shibuya Kogyo Co Ltd | ビアホール加工方法及びその装置 |
JP2008276070A (ja) * | 2007-05-02 | 2008-11-13 | Olympus Corp | 拡大撮像装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60200108A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-09 | Daicel Chem Ind Ltd | 光学式厚み測定法および装置 |
-
1986
- 1986-06-20 JP JP61145688A patent/JPH0718689B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60200108A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-09 | Daicel Chem Ind Ltd | 光学式厚み測定法および装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002176240A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-21 | Shibuya Kogyo Co Ltd | ビアホール加工方法及びその装置 |
JP2008276070A (ja) * | 2007-05-02 | 2008-11-13 | Olympus Corp | 拡大撮像装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0718689B2 (ja) | 1995-03-06 |
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