JPH04522B2 - - Google Patents
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- JPH04522B2 JPH04522B2 JP60076712A JP7671285A JPH04522B2 JP H04522 B2 JPH04522 B2 JP H04522B2 JP 60076712 A JP60076712 A JP 60076712A JP 7671285 A JP7671285 A JP 7671285A JP H04522 B2 JPH04522 B2 JP H04522B2
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は集光装置を使用した反射型光干渉方式
の膜厚測定装置に関するものである。特に本発明
に係る膜厚測定装置は測定対象物が移動中の場合
の測定に適している。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a reflective optical interference type film thickness measuring device using a condenser. In particular, the film thickness measuring device according to the present invention is suitable for measurement when the object to be measured is moving.
(従来の技術)
従来、光を効率良く集めるための集光装置とし
ては、コンデンサレンズが知れている。(Prior Art) Conventionally, a condenser lens is known as a condensing device for efficiently concentrating light.
一方、フイルム等の膜厚を測定するものとし
て、β線や赤外線の吸収を利用したものがあつた
が、より高精度の膜厚測定を行なうものとして、
測定対象物からの反射光を利用した光干渉方式の
膜厚測定装置(特開昭56−115905号公報等)が知
られている。 On the other hand, there were methods that used absorption of beta rays and infrared rays to measure the thickness of films, etc., but as a method for measuring film thickness with higher precision,
2. Description of the Related Art An optical interference type film thickness measuring device using reflected light from an object to be measured (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 115905/1983, etc.) is known.
反射光を利用した光干渉方式の膜厚測定装置
は、白色平行光が測定対象面で反射する際に、干
渉現象によつて受ける分光強度の変化が測定対象
物の膜厚に依存する原理を利用し、測定対象から
の反射光を受光・分光し、その分光強度を定量的
に検出することによつて膜厚を測定する。 An optical interference type film thickness measurement device that uses reflected light is based on the principle that when parallel white light is reflected on a surface to be measured, the change in spectral intensity caused by the interference phenomenon depends on the film thickness of the object to be measured. The film thickness is measured by detecting the reflected light from the object to be measured and quantitatively detecting the intensity of the spectral light.
(発明が解決しようとする問題点)
光をコンデンサレンズで集光する場合には、コ
ンデンサレズに入射する光の角度や位置が変化す
ると集光した光そのものの角度や位置が同様に変
化し、その後に配置した光検出装置等がその光を
捕捉することが出来なくなる欠点があつた。(Problem to be Solved by the Invention) When condensing light with a condenser lens, if the angle or position of the light incident on the condenser lens changes, the angle or position of the condensed light itself will change as well. There was a drawback that a photodetector placed afterwards could not capture the light.
また、上記の従来技術による膜厚測定装置にお
いて、分光強度の定量的な検出とは具体的には分
光強度のうちで干渉現象によつて生じた明部もし
くは暗部の波長位置を知ることである。 Furthermore, in the conventional film thickness measuring device described above, quantitative detection of spectral intensity specifically means knowing the wavelength position of the bright or dark portion of the spectral intensity caused by an interference phenomenon. .
従つて、反射光を利用した光干渉方式では、被
測定対象が静止中であると移動中であるとを問わ
ず、また測定対象に皺や変動が有る無しにかかわ
らず、測定対象からの反射光を確実に受光しそれ
を分光することによつて分光強度を知る必要があ
る。 Therefore, in the optical interference method that uses reflected light, the reflected light from the measurement target is ignored regardless of whether the measurement target is stationary or moving, and regardless of whether the measurement target has wrinkles or fluctuations. It is necessary to know the spectral intensity by reliably receiving light and dividing it into spectra.
しかし、通常の平面回折格子やプリズムを用い
た分光器を利用して分光強度、特に波長位置を正
確に知るためには、分光器に光を一定の入射角度
で入射させなければならない。この場合に、入射
光の平行度や入射角度が僅かでも正確でないと、
分光強度が得られなかつたり、得られたにしても
波長位置に大きな誤差を有する結果となる。 However, in order to accurately determine the spectral intensity, especially the wavelength position, using a spectrometer that uses a normal planar diffraction grating or prism, light must be incident on the spectrometer at a constant angle of incidence. In this case, if the parallelism or angle of incidence of the incident light is not even slightly accurate,
The result is that the spectral intensity cannot be obtained, or even if it is obtained, the wavelength position has a large error.
以上の理由から、従来の反射光を利用した光干
渉方式では、測定対象面からの反射光を確実に受
光し、且つ、受光した光を常に一定のかつ正しい
方法にて分光器に入射させる必要がある。 For the above reasons, in the conventional optical interference method that uses reflected light, it is necessary to reliably receive the reflected light from the measurement target surface and to always input the received light into the spectrometer in a constant and correct manner. There is.
以下、従来技術の欠点を詳述すると次の様にな
る。 Hereinafter, the drawbacks of the prior art will be detailed as follows.
a 測定対象に皺があると、反射光が受光部へ正
しく入射されないか、もしくは、完全に受光部
からはずれる等の事態を生じ、測定不可能とな
る。a. If the object to be measured has wrinkles, the reflected light may not enter the light receiving section correctly, or may be completely removed from the light receiving section, making measurement impossible.
b 何らかの部材を利用して皺を無くして測定す
る場合には、部材は曲率を持たない平面板でな
ければならない(曲率を持つと反射光が正しく
受光できない。)が、この場合でも反射光が正
しく受光されるよう、測定対象面は高精度な位
置決めが必要となる。b When measuring without wrinkles using some kind of material, the material must be a flat plate without curvature (if it has curvature, the reflected light cannot be received correctly), but even in this case, the reflected light In order to receive light correctly, the surface to be measured requires highly accurate positioning.
c 測定対象面の裏側に反射部材を設ける場合に
は、事実上、反射部材を完全密着させることは
不可能であり、空気層等が介在して検出すべき
干渉に外乱を受ける。c. When a reflective member is provided on the back side of the surface to be measured, it is practically impossible to completely contact the reflective member, and the interference to be detected is disturbed by the presence of an air layer or the like.
特に測定対象物が移動中の場合には上記の問題
が複合し、これを克服することはますます困難に
なる。 Especially when the object to be measured is moving, the above problems are compounded and it becomes increasingly difficult to overcome them.
(問題点を解決するための手段)
本発明に係る膜厚測定装置は、以上に述べた従
来技術の欠点を解消するものであつて、本発明の
膜厚測定装置は測定対象物が移動中(インライ
ン)であつても膜厚測定ができる。(Means for Solving the Problems) The film thickness measuring device according to the present invention eliminates the drawbacks of the prior art described above. Film thickness can be measured even in-line (in-line).
上記の目的を達成するために、本発明は、平行
な白色光を測定対象に一定角度で入射させ、上記
測定対象による反射光の分光強度からその測定対
象の膜厚を測定するようにした装置において、
a 半球状の殻に、複数本の光学繊維の一端部
を、稠密に並べて、かつ、各光学繊維の一端面
における垂線が上記殻の曲率中心を向くように
挿嵌してなる受光部と、上記複数本の光学繊維
の他端部を平行に束ねてなる出光部とを備えた
集光装置、および、
b 上記出光部から出てくる光を平行光にする平
行光形成手段、
を設け、測定対象による反射光を集光装置で受光
して平行光形成手段に導き、その平行光形成手段
から出てくる平行光を分光器に導いて分光するよ
うにしたことを特徴とする膜厚測定装置を提供す
る。 In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for making parallel white light incident on a measurement object at a fixed angle, and measuring the film thickness of the measurement object from the spectral intensity of the light reflected by the measurement object. A light-receiving part formed by inserting one end portions of a plurality of optical fibers into a hemispherical shell so that they are arranged densely and such that the perpendicular to one end surface of each optical fiber faces the center of curvature of the shell. and a light emitting section formed by bundling the other end portions of the plurality of optical fibers in parallel, and (b) parallel light forming means for converting the light coming out from the light emitting section into parallel light. A film characterized in that the light reflected by the object to be measured is received by a condensing device and guided to a parallel light forming means, and the parallel light coming out from the parallel light forming means is guided to a spectrometer to be separated into spectra. Provides a thickness measuring device.
本発明において、集光装置で用いる光学繊維の
素材としては、プラスチツク、ガラスの両方が現
在実用化されているが、可撓性および加工性の点
からプラスチツクのものが好ましい。 In the present invention, both plastic and glass are currently in practical use as materials for the optical fiber used in the condensing device, but plastic is preferred from the viewpoint of flexibility and workability.
また、上記集光装置が構成要素である膜厚測定
装置の白色光源としては、タングステンランプ、
キセノンランプ、ハロゲンランプう等を挙げるこ
とができる。膜厚測定装置の測定対象となるのは
主に透明な薄板状物、例えばガラス板、高分子フ
イルム等が挙げられるが、白色光がある程度透過
するものであれば何れのものでも良い。 In addition, as a white light source of the film thickness measuring device in which the above condensing device is a component, a tungsten lamp,
Examples include xenon lamps and halogen lamps. The object to be measured by the film thickness measuring device is mainly a transparent thin plate-like object such as a glass plate or a polymer film, but any object through which white light can pass through to some extent may be used.
膜厚測定装置の平行光形成手段としては、後述
する実施例で示す様なレンズ、ピンホール、レン
ズの組み合せ以外に反射鏡を利用したものも考え
られる。また、分光器にはプリズムや回折格子等
が使用できる。 As the parallel light forming means of the film thickness measuring device, in addition to the combination of lenses, pinholes, and lenses as shown in the examples described later, it is also possible to use a reflecting mirror. Further, a prism, a diffraction grating, etc. can be used as a spectrometer.
以下、第1図および第2図を用いて本発明の膜
厚測定装置を詳細に説明する。 Hereinafter, the film thickness measuring device of the present invention will be explained in detail using FIGS. 1 and 2.
第1図において、1は白色光源、2はコンデン
サレンズ群、3はピンホールで、レンズ群2は、
光源1からの光をピンホール3上へ集光すべく配
置する。4はコリメート用レンズで、ピンホール
3との距離はレンズ4の焦点距離となる。5は集
光装置、7は同一方向出射成分の弁別用レンズ、
8は同一方向出射成分の抽出用ピンホールで、レ
ンズ7とピンホール8との距離は、レンズ7の焦
点距離にとる。9はコリメート用レンズでピンホ
ール8との距離は、レンズ9の焦点距離にとる。
10は平面回折格子、もしくはプリズム等の分光
器(この例では平面回折格子)、11は結像用レ
ンズ、12は分光強度検出用リニアイメージセン
サでリニアイメージセンサ12はレンズ11の焦
点距離上に配置する。 In Figure 1, 1 is a white light source, 2 is a condenser lens group, 3 is a pinhole, and lens group 2 is:
The pinhole 3 is arranged so that light from a light source 1 is focused onto the pinhole 3. 4 is a collimating lens, and the distance from the pinhole 3 is the focal length of the lens 4. 5 is a condenser; 7 is a lens for discriminating components emitted in the same direction;
8 is a pinhole for extracting components emitted in the same direction, and the distance between the lens 7 and the pinhole 8 is set to the focal length of the lens 7. Reference numeral 9 denotes a collimating lens whose distance from the pinhole 8 is equal to the focal length of the lens 9.
10 is a spectrometer such as a plane diffraction grating or a prism (in this example, a plane diffraction grating); 11 is an imaging lens; 12 is a linear image sensor for detecting spectral intensity; Deploy.
なお、レンズ7、ピンホール8、コリメート用
レンズ9は平行光形成手段を構成している。 Note that the lens 7, pinhole 8, and collimating lens 9 constitute parallel light forming means.
第2図は集光装置5の詳細な断面構造を示した
ものである。本図において13は測定対象、14
は膜厚測定点、15は膜厚測定点14を曲率中心
としてもつ半球状の殻を有する受光部で、白色平
行光である入射光束16を入射させるための窓1
7と、複数の光学繊維18が殻の曲率中心、すな
わち、膜厚測定点14に向けて殻に挿嵌して配置
してある。複数の光学繊維18の各々の端面は、
垂直に切断して研磨したもので、各端面の垂線は
上記曲率中心に向いている。複数の光学繊維18
の受光部15内の曲面上での配置はできる限り、
稠密にかつ一様分布であることが望ましい。第3
図はこの配置の一例を模式的に示したもので、図
中20で示した六角形を一つの単位として、曲面
上のどの光学繊維を選んでも、それを中心として
この六角形が近似的に存在するように配置してい
る。 FIG. 2 shows a detailed cross-sectional structure of the condensing device 5. As shown in FIG. In this figure, 13 is the measurement target, 14
1 is a film thickness measurement point, 15 is a light receiving part having a hemispherical shell having the film thickness measurement point 14 as the center of curvature, and a window 1 for allowing incident light beam 16, which is white parallel light, to enter.
7 and a plurality of optical fibers 18 are inserted and arranged in the shell toward the center of curvature of the shell, that is, toward the film thickness measurement point 14. The end surface of each of the plurality of optical fibers 18 is
It is cut vertically and polished, with the perpendicular of each end face facing the center of curvature. multiple optical fibers 18
The arrangement on the curved surface inside the light receiving section 15 should be as far as possible.
A dense and uniform distribution is desirable. Third
The figure schematically shows an example of this arrangement.The hexagon shown by 20 in the figure is taken as one unit, and no matter which optical fiber on the curved surface is selected, this hexagon can be approximately centered around it. It is arranged so that it exists.
第2図における19は、複数光学繊維18のも
う一方の端を垂直に切断・研磨し、それらを平行
かつ端面をそろえて束ねた出光部である。第4図
は、出光部19をA方向から見た図を示す。 Reference numeral 19 in FIG. 2 is a light emitting portion in which the other ends of the plurality of optical fibers 18 are vertically cut and polished, and the fibers are bundled in parallel and with their end surfaces aligned. FIG. 4 shows a view of the light emitting section 19 viewed from direction A.
(作用)
以下、第1図および第2図を用いて装置の作用
について説明する。(Function) Hereinafter, the function of the apparatus will be explained using FIG. 1 and FIG. 2.
白色光源1から出た光はレンズ群2によつてで
きるだけ効率良くピンホール3に集光され、コリ
メート用レンズ4はピンホール3から出る光を平
行光化する。ここで形成された平行光は、集光装
置5の受光部15の入射窓17を通して膜厚測定
点14に、一定角度で照射される。照射された平
行光は測定対象面によつて反射される際、干渉現
象によつて分光強度に変化を受ける。この変化は
平行光の入射角、測定対象の屈折率が一定ならば
膜厚に依存することから、反射光を分光し、この
分光強度の変化を定量的に検出することにより膜
厚を求めることができる。 The light emitted from the white light source 1 is focused onto the pinhole 3 as efficiently as possible by the lens group 2, and the collimating lens 4 converts the light emitted from the pinhole 3 into parallel light. The parallel light formed here is irradiated at a constant angle to the film thickness measurement point 14 through the entrance window 17 of the light receiving section 15 of the condensing device 5. When the irradiated parallel light is reflected by the surface to be measured, the spectral intensity changes due to an interference phenomenon. This change depends on the incident angle of the parallel light and the film thickness if the refractive index of the object to be measured is constant. Therefore, the film thickness can be determined by dividing the reflected light and quantitatively detecting the change in the intensity of this spectrum. I can do it.
入射光束16と測定対象13が第2図のような
関係にあるときには、反射光は入射光に対して正
反射方向(方向21)へ反射される。一方、測定
対象13が皺を有していたり、あるいは上下動や
傾きなどの位置の変動を伴なう場合、反射方向が
変動したり、反射光が平行光ではなく拡散光もし
くは収束光になる等の不規則な挙動を示す。 When the incident light beam 16 and the measurement object 13 have a relationship as shown in FIG. 2, the reflected light is reflected in the regular reflection direction (direction 21) relative to the incident light. On the other hand, if the measurement object 13 has wrinkles or changes in position such as vertical movement or inclination, the direction of reflection may change or the reflected light may become diffused or convergent light instead of parallel light. It shows irregular behavior such as.
これに対し、例えば第2図のように矢印21の
方向を中心として破線矢印22で示す様に±45度
の範囲にわたつて複数の光学繊維18を稠密かつ
一様に配置した集光装置5の場合、反射方向が測
定対象の皺、位置の変動に伴なつて不規則に変動
したとしても、それが21の方向を中心として±
45度の範囲内であれば、いずれの受光位置でも同
一の効率で反射光を受光することができる。 On the other hand, for example, as shown in FIG. 2, a light condensing device 5 has a plurality of optical fibers 18 arranged densely and uniformly over a range of ±45 degrees as shown by a broken line arrow 22 centered on the direction of an arrow 21. In the case of , even if the reflection direction fluctuates irregularly due to the wrinkles and positional fluctuations of the measurement object, it will be within ±
Within the 45 degree range, reflected light can be received with the same efficiency at any light receiving position.
このようにして受光された光は光学繊維18の
中を伝わつて、出光部19の端面より出射する。
ここで留意すべきは、測定対象点14での皺、位
置の変動により反射光束の反射方向が不規則に変
動するため、反射光を受光する光学繊維の場所、
本数、および各々の光学繊維が受光する光量が不
規則に変化し、結果として出光部19での光の出
射形態も、複数の光学繊維の束のうち、光を出射
する位置および光量が不規則に変動するものとな
る。さらに出光部19において各々の光学繊維か
ら出射される光はプラスチツク製光学繊維の場合
には、最大で60度の開きを持つたものとなる(第
1図における破線矢印24)。 The light thus received is transmitted through the optical fiber 18 and is emitted from the end face of the light emitting section 19.
It should be noted here that the direction of reflection of the reflected light flux varies irregularly due to wrinkles and positional variations at the measurement target point 14, so the location of the optical fiber that receives the reflected light,
The number of optical fibers and the amount of light received by each optical fiber change irregularly, and as a result, the shape of the light output from the light output section 19 also varies, and the position and amount of light from which the light is output among the bundle of multiple optical fibers is irregular. It will fluctuate. Further, in the case of plastic optical fibers, the light emitted from each optical fiber in the light emitting section 19 has a maximum opening of 60 degrees (dashed line arrow 24 in FIG. 1).
出光部19の次に配置されたレンズ7によつ
て、このレンズの焦点面にあるピンホール8の面
上では、レンズ7に対して同一方向同一角度で入
射した光束が一点に集光している。 By the lens 7 placed next to the light emitting part 19, the light beams incident on the lens 7 in the same direction and at the same angle are condensed to one point on the surface of the pinhole 8 in the focal plane of this lens. There is.
従つて、ピンホール8面上の異なる位置に到達
した光は、レンズ7に対して異なる角度で入射し
た光束と言える。すなわち、レンズ7は、出光部
19から出る光の同一方向出射成分をピンホール
面上の位置という形で弁別していることになる。 Therefore, it can be said that the light that has reached different positions on the surface of the pinhole 8 is a light beam that has entered the lens 7 at different angles. In other words, the lens 7 discriminates the components of the light emitted from the light emitting section 19 in the same direction based on the position on the pinhole surface.
ピンホール8の位置を第1図のようにレンズ7
の中心軸上にとることは、上記のごとく弁別され
た光のうち、レンズ7へ垂直に入射する成分、す
なわち各光学繊維から垂直に出射される成分のみ
を抽出し、それ以外の出射成分を除去することに
なる。 Position the pinhole 8 on the lens 7 as shown in Figure 1.
Of the light discriminated as above, extracting only the component vertically incident on the lens 7, that is, the component vertically emitted from each optical fiber, and extracting the other emitted components on the central axis. It will be removed.
コリメート用レンズ9は、レンズ7およびピン
ホール8によつて選択的に抽出された光を平行光
化し、平面回折格子10への入射光を形成する。 The collimating lens 9 collimates the light selectively extracted by the lens 7 and the pinhole 8 to form incident light to the plane diffraction grating 10 .
以上のレンズ7、ピンホール8、コリメート用
レンズ9より構成される平行光形成手段により、
出光部19において、光を出射する光学繊維の位
置が不規則に変動しても、平面回折格子10に対
して常に一定角度で入射する平行光を得る。さら
に、いずれの光学繊維から出射される光について
もその垂直成分のみを抽出していることから、常
にほぼ一定光量の平行光を得ることができる。 With the parallel light forming means composed of the above lens 7, pinhole 8, and collimating lens 9,
In the light emitting section 19, even if the position of the optical fiber from which the light is emitted varies irregularly, parallel light that always enters the plane diffraction grating 10 at a constant angle is obtained. Furthermore, since only the vertical component of the light emitted from any optical fiber is extracted, a substantially constant amount of parallel light can always be obtained.
平面回折格子10へ入射された平行光は、波長
によつて同一平面内の異なる角度で出射する光束
に分けられる。これらの光束をレンズ11で受光
すると、レンズ11の焦点面上の異なる位置に集
光する。 The parallel light incident on the plane diffraction grating 10 is divided into light beams that are emitted at different angles within the same plane depending on the wavelength. When these light beams are received by the lens 11, they are focused at different positions on the focal plane of the lens 11.
しかも、それぞれの光束のレンズ11に対する
入射角は波長に対応しており、さらに、その入射
角は同一平面内で変化していることから、レンズ
11の焦点面上では波長毎の光束が直線上に集光
することになる。 Moreover, the angle of incidence of each light beam on the lens 11 corresponds to the wavelength, and furthermore, since the angle of incidence changes within the same plane, the light beam of each wavelength is on a straight line on the focal plane of the lens 11. The light will be focused on.
従つて、レンズ11の焦点面上にリニアイメー
ジセンサ12を配し、波長毎の光を検出すること
により干渉現象によつて生じた明部もしくは暗部
の波長位置を求め、これを用いて従来の分光分析
により膜厚計と同様に、測定対象の膜厚を演算す
ることが出来る。 Therefore, by placing a linear image sensor 12 on the focal plane of the lens 11 and detecting light of each wavelength, the wavelength position of the bright or dark area caused by the interference phenomenon is determined. Similar to a film thickness meter, the film thickness of the object to be measured can be calculated using spectroscopic analysis.
本発明に係る膜厚測定装置は被測定物の静止、
移動を問わず、測定対象の有する皺、上下動や傾
き変動などの要因によつて反射光が不規則に変動
する場合、例えばフイルムの厚さ測定や曲率を持
つたガラス等の厚さ測定に適応できる。 The film thickness measuring device according to the present invention
Regardless of movement, when the reflected light fluctuates irregularly due to factors such as wrinkles, vertical movement, and tilt changes of the object to be measured, for example, when measuring the thickness of film or glass with curvature, etc. Can adapt.
(実施例)
以下、第1図、第2図を用いて本発明の実施例
を示す。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be shown using FIGS. 1 and 2.
光源1として、長寿命タイプのハロゲンランプ
(150W)を使用した。レンズ群2によつて光源か
らの光をピンホール3上へ集光した後、レンズ4
によつて平行光を形成し、測定対象面への入射角
度が30度となるように投光系、光軸および受光部
15上の入射窓17を設けた。入射窓の大きさは
口径φ=8mmとし、これにより測定スポツトも口
径φ=8mmの平行光とした。受光部の殻は、外形
50mm、内径40mm、肉厚5mmの半球において、底面
を5mm切り落とした形状とし、これを測定対象か
ら5mmの位置に設置した。使用した光学繊維18
は直径1mm、長さ30cmで受光角が大きい、加工性
が良い等の理由からプラスチツク製のものを用い
た。入射角30度に対する正反射方向(矢印21)
を中心として±45度以内の領域について、第3図
に示したような配置で600本の光学繊維を配置し
た。入射角は、正反射方向を中心とした一定角度
領域が広く設定できる(但し、入射窓との重複は
除く)という点から本実施例で用いた30度前後が
好ましい。 As light source 1, a long-life halogen lamp (150W) was used. After the light from the light source is focused onto the pinhole 3 by the lens group 2, the lens 4
A light projection system, an optical axis, and an entrance window 17 on the light receiving section 15 were provided so that parallel light was formed and the angle of incidence on the surface to be measured was 30 degrees. The size of the entrance window was 8 mm in diameter, so that the measurement spot was also a parallel light beam with 8 mm in diameter. The outer shape of the shell of the light receiving part is
A hemisphere with a diameter of 50 mm, an inner diameter of 40 mm, and a wall thickness of 5 mm was shaped with the bottom surface cut off by 5 mm, and this was placed at a position 5 mm from the measurement target. Optical fiber used 18
was made of plastic because it has a diameter of 1 mm and a length of 30 cm, has a large acceptance angle, and is easy to work with. Specular reflection direction for an incident angle of 30 degrees (arrow 21)
600 optical fibers were arranged in an area within ±45 degrees around , as shown in Figure 3. The angle of incidence is preferably around 30 degrees, which was used in this example, because it allows a wide fixed angle range centered on the specular reflection direction (excluding overlap with the entrance window).
出光部19は、光学繊維18を直径約30mmに束
ねたものとし、出光部19からの出射光を弁別・
抽出するためのレンズ7は口径φ=38.1mm、焦点
距離f=38.1mm、ピンホール8は口径φ=0.4mm、
レンズ9は口径φ=20.0mm、焦点距離f=25mmの
ものを用いた。 The light emitting section 19 is made by bundling optical fibers 18 with a diameter of about 30 mm, and distinguishes and distinguishes the light emitted from the light emitting section 19.
Lens 7 for extraction has aperture φ=38.1mm, focal length f=38.1mm, pinhole 8 has aperture φ=0.4mm,
The lens 9 used had an aperture φ of 20.0 mm and a focal length f of 25 mm.
これらの光学部品の仕様は形成される光束の平
行度、大きさ、光量などから決定される。特にコ
リメート用レンズ9は、精度の高い平行光を得る
ために球面収差をはじめとする収差補正がされた
レンズを用いることが望ましい。 The specifications of these optical components are determined from the parallelism, size, amount of light, etc. of the formed light beam. In particular, as the collimating lens 9, it is desirable to use a lens corrected for aberrations including spherical aberration in order to obtain highly accurate parallel light.
分光器としての平面回折格子10は、ブレーズ
波長500mm、溝数1200/mm、52mm×52mm□の平面
回折格子を用いたが、充分な波長分解能、分光特
性を持ち、必要な波長領域で隣接次数間の重複が
なければどのような分光器であつても良い。レン
ズ11は、分光された光のうち、必要な波長領域
を受光できる直径を有し、且つ、検出したい波長
領域が所定の検出器内に結像するような焦点距離
を有したものを選んだ。 The planar diffraction grating 10 used as a spectrometer was a 52 mm x 52 mm square planar diffraction grating with a blaze wavelength of 500 mm, a groove count of 1200/mm, and a planar diffraction grating that had sufficient wavelength resolution and spectral characteristics, and had adjacent orders in the necessary wavelength range. Any spectrometer may be used as long as there is no overlap between them. The lens 11 is selected to have a diameter that can receive the necessary wavelength range from the separated light, and a focal length that allows the wavelength range to be detected to be imaged within a predetermined detector. .
リニアイメージセンサ12は、2048ビツトの
CCDタイプのイメージセンサを使用した。一般
的にイメージセンサにはMOSタイプとCCDタイ
プのものがあるが、全ビツトの光量蓄積時間が等
しいという点から、CCDタイプのイメージセン
サを用いるのが望ましい。使用する波長領域は、
光源、平面回折格子、イメージセンサの分光特性
から、450〜850μmの間であることが好ましい。 The linear image sensor 12 has a 2048-bit
A CCD type image sensor was used. Generally, there are two types of image sensors: MOS type and CCD type, but it is preferable to use a CCD type image sensor because the light amount accumulation time for all bits is the same. The wavelength range used is
In view of the spectral characteristics of the light source, plane diffraction grating, and image sensor, it is preferably between 450 and 850 μm.
本実施例の装置を用いた測定結果を第5〜9図
に示す。 Measurement results using the apparatus of this example are shown in FIGS. 5 to 9.
第5図は、測定対象として4.2μm(接触式の電
子マイクロメータによる)のポリエチレンテレフ
タレート(PET)フイルム13を用いて、これ
を受光部15から5mmの位置を中心として±3mm
平行移動させたときの分光強度を比較する場合を
示すものである(光学繊維は図中省略)。第6図
aはフイルムが+3mm平行移動した場合、第6図
bはフイルムが正規の位置にある場合、第6図c
はフイルムが−3mm平行移動した場合のそれぞれ
の結果を示すものである。但し、この実施例で示
す分光強度は実際に検出される分光強度を光源、
平面回折格子、イメージセンサ等、装置固有の分
光特性によつて正規化することにより、干渉現象
によつて受ける分光強度の変化のみを検出した結
果を示している。 In Figure 5, a polyethylene terephthalate (PET) film 13 of 4.2 μm (measured by a contact type electronic micrometer) is used as the measurement object, and the film is measured by ±3 mm from a position 5 mm from the light receiving part 15.
This figure shows a comparison of spectral intensities when moving in parallel (optical fibers are omitted from the figure). Figure 6a is when the film is translated +3 mm, Figure 6b is when the film is in the normal position, Figure 6c is
3 shows the results when the film was translated by -3 mm. However, the spectral intensity shown in this example is based on the spectral intensity actually detected from the light source.
It shows the results of detecting only changes in spectral intensity caused by interference phenomena by normalizing with the spectral characteristics unique to devices such as planar diffraction gratings and image sensors.
この結果、集光装置5の製作誤差あるいは光学
系誤差による若干の光量変動が残つているが、い
ずれの位置においてもほぼ同じパターンの分光強
度であり、同じ4.2μmの膜厚が得られた。 As a result, although some light intensity fluctuations remained due to manufacturing errors in the condensing device 5 or optical system errors, the spectral intensity of almost the same pattern was obtained at all positions, and the same film thickness of 4.2 μm was obtained.
第7図および第8図は、第5図の場合と同様に
4.2μmのPETフイルム13を用いて、これを受光
部15から5mmの位置において膜厚測定点を中心
として±20度傾けることによつて反射光の受光位
置を図中のC,N,S,W,Eと変化させたとき
の分光強度を比較する場合を示すものである。 Figures 7 and 8 are similar to Figure 5.
By using a 4.2 μm PET film 13 and tilting it 5 mm from the light receiving part 15 by ±20 degrees around the film thickness measurement point, the receiving position of the reflected light is adjusted to C, N, S, in the figure. This shows a case where the spectral intensities are compared when W and E are changed.
この場合、フイルムを傾けたことによつて入射
角が相対的に変化し、これによつて分光強度、お
よび膜厚に影響が出るが、測定によつて得られた
結果は、ほぼ理論通りの微小の影響におさまつて
おり、入射角変化の誤差範囲内で測定可能なこと
が確認できた。 In this case, tilting the film causes a relative change in the angle of incidence, which affects the spectral intensity and film thickness, but the results obtained by measurement are almost in line with theory. It was confirmed that the influence was small and that measurements could be made within the error range of the incident angle change.
(発明の効果)
a 集光装置5により、測定対象からの反射光が
変動しても、光学繊維が配置してある範囲内で
あれば、確実に受光することができる。(Effects of the Invention) a. Even if the reflected light from the object to be measured changes, the condensing device 5 can reliably receive the light as long as it is within the range where the optical fibers are arranged.
しかも、
イ 各光学繊維の端面を垂直に切断・研磨した
上、各端面を膜厚測定点に向けて配した。 Moreover, (a) the end faces of each optical fiber were cut and polished vertically, and each end face was placed facing the film thickness measurement point.
ロ 光学繊維の分布を一様かつ稠密にしたこと
により、いずれの受光位置でもつても一定効
率かつ高効率な受光が可能となる。 (b) By making the distribution of optical fibers uniform and dense, it is possible to receive light with constant and high efficiency at any light receiving position.
b レンズ7、ピンホール8、コリメート用レン
ズ9より成る平行光形成手段により、測定対象
からの反射光が変動し、集光装置の出光部19
において光を出射する光学繊維の位置が不規則
に変動しても、常に一定角度かつほぼ一定光量
の平行光を分光器へ入射することができる。b The reflected light from the measurement object fluctuates by the parallel light forming means consisting of the lens 7, pinhole 8, and collimating lens 9, and the light emitting part 19 of the condensing device
Even if the position of the optical fiber that emits light fluctuates irregularly, parallel light of a constant angle and a substantially constant amount of light can always be incident on the spectroscope.
c 上記aおよびbの構成により、測定対象の
皺、変動等により反射光束の反射方向が不規則
に変動しても、常に一定の位置でほぼ一定のパ
ターン、一定強度の分光強度を得ることができ
る。c With the configurations a and b above, even if the reflection direction of the reflected light beam changes irregularly due to wrinkles or fluctuations in the measurement target, it is possible to always obtain a nearly constant pattern and constant spectral intensity at a constant position. can.
以上の構成から、測定対象の皺、変動により反
射光が変動しても精度良く膜厚を測定することが
出来る。また、皺や変動を共なわない測定対象に
ついても、高精度な位置決めをすることなく膜厚
を測定することができる。 With the above configuration, the film thickness can be measured with high accuracy even if the reflected light varies due to wrinkles or variations in the measurement target. Further, even for a measurement target that does not have wrinkles or fluctuations, the film thickness can be measured without highly accurate positioning.
第1図は本発明に係る膜厚測定装置の実施例を
示す図、第2図は本発明で使用する集光装置の実
施例の断面を示す図、第3図は集光装置の光学繊
維の配置を説明する図、第4図は集光装置の出光
部を示す図、第5図は測定対象物が上下に平行移
動した場合を説明する図、第6図a,b,cは、
それぞれ第5図におけるa,b,cの場合の分光
強度のパターンを示す図、第7図は測定対象物が
傾いた場合の反射光の位置を説明する側面図、第
8図は、測定対象が傾いた場合の反射光の位置を
説明する平面図、第9図W,N,C,S,Eはそ
れぞれ第7図および第8図において反射光がW,
N,C,S,Eに来た場合の分光強度のパターン
を示す図である。
1:白色光源、2:コンデンサレンズ群、4,
11:コリメート用レンズ、7,9:レンズ、
3,8:ピンホール、5:集光装置、10:平面
回折格子、12:リニアイメージセンサ、13:
測定対象(フイルム)、14:膜厚測定点、1
5:受光部、16:入射光束、17:入射窓、1
8:光学繊維、19:出光部、20:単位六角
形。
Fig. 1 is a diagram showing an embodiment of the film thickness measuring device according to the present invention, Fig. 2 is a diagram showing a cross section of an embodiment of the condensing device used in the present invention, and Fig. 3 is a diagram showing the optical fiber of the condensing device. 4 is a diagram showing the light emitting part of the condensing device. FIG. 5 is a diagram explaining the case where the object to be measured is vertically moved in parallel. FIGS. 6 a, b, and c are
A diagram showing the spectral intensity patterns in cases a, b, and c in Figure 5, respectively. Figure 7 is a side view explaining the position of reflected light when the measurement target is tilted. Figure 8 is a diagram showing the position of the reflected light when the measurement target is tilted. Figure 9 is a plan view explaining the position of reflected light when W, N, C, S, and E are tilted.
It is a figure which shows the pattern of the spectral intensity when it comes to N, C, S, and E. 1: white light source, 2: condenser lens group, 4,
11: Collimating lens, 7, 9: Lens,
3, 8: Pinhole, 5: Concentrator, 10: Planar diffraction grating, 12: Linear image sensor, 13:
Measurement object (film), 14: Film thickness measurement point, 1
5: Light receiving section, 16: Incident light flux, 17: Incident window, 1
8: Optical fiber, 19: Light output part, 20: Unit hexagon.
Claims (1)
せ、上記測定対象による反射光の分光強度からそ
の測定対象の膜厚を測定するようにした装置にお
いて、 a 半球状の殻に、複数本の光学繊維の一端部
を、稠密に並べて、かつ、各光学繊維の一端面
における垂線が上記殻の曲率中心を向くように
挿嵌してなる受光部と、上記複数本の光学繊維
の他端部を平行に束ねてなる出光部とを備えた
集光装置、および、 b 上記出光部から出てくる光を平行光にする平
行光形成手段、 を設け、測定対象による反射光を集光装置で受光
して平行光形成手段に導き、その平行光形成手段
から出てくる平行光を分光器に導いて分光するよ
うにしたことを特徴とする膜厚測定装置。[Scope of Claims] 1. An apparatus for making parallel white light incident on a measurement object at a fixed angle and measuring the film thickness of the measurement object from the spectral intensity of the light reflected by the measurement object, which includes: a. a light-receiving portion formed by inserting one end portions of a plurality of optical fibers into a shell in such a way that one end portions of a plurality of optical fibers are arranged in a dense manner and the perpendicular to one end surface of each optical fiber faces the center of curvature of the shell; a light condensing device comprising a light emitting part formed by bundling the other ends of the optical fibers in parallel, and b a parallel light forming means for converting the light emitted from the light emitting part into parallel light, and reflecting the light from the object to be measured. A film thickness measuring device characterized in that light is received by a condensing device and guided to a parallel light forming means, and the parallel light coming out from the parallel light forming means is guided to a spectrometer to be separated into spectra.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60076712A JPS61235707A (en) | 1985-04-12 | 1985-04-12 | Light converging device and film thickness measuring instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60076712A JPS61235707A (en) | 1985-04-12 | 1985-04-12 | Light converging device and film thickness measuring instrument |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61235707A JPS61235707A (en) | 1986-10-21 |
| JPH04522B2 true JPH04522B2 (en) | 1992-01-07 |
Family
ID=13613153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60076712A Granted JPS61235707A (en) | 1985-04-12 | 1985-04-12 | Light converging device and film thickness measuring instrument |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61235707A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1987942A2 (en) | 2000-09-21 | 2008-11-05 | Toray Industries Inc. | A sheet obtained by extruding and molding a raw material |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0650030B1 (en) * | 1989-09-25 | 1999-05-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Apparatus for and method of evaluating multilayer thin films |
-
1985
- 1985-04-12 JP JP60076712A patent/JPS61235707A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1987942A2 (en) | 2000-09-21 | 2008-11-05 | Toray Industries Inc. | A sheet obtained by extruding and molding a raw material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61235707A (en) | 1986-10-21 |
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