JPH1123232A - 透明体面間距離測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物として、特に厚さが１０μｍ前後或
いはそれ以上で数１００μｍ以内の透明体の厚さ、すな
わち面間距離を測定する。 【解決手段】 平行な第１、第２面Ｓ１，Ｓ２を持つ被
測定透明体８の面間距離を光学的に測定するものであ
り、レーザ発振器１１と、入射レーザ光を電気信号に変
換する２分割受光素子１８と、レーザ光を第１面Ｓ１上
に垂直に集光すると共に第１，第２面Ｓ１，Ｓ２にて反
射されたレーザ光を２分割受光素子１８上に導くコリメ
ータレンズ１２，対物レンズ１３，ミラー部１４Ｍと、
対物レンズ１３の焦点位置と第１及び第２面Ｓ１，Ｓ２
の位置との間の光軸方向の変位量を各受光素子への光入
射量の差に変換するナイフエッジ部１４Ｅとを有し、各
受光素子からの電気信号の差から得たＳ字特性に基づい
て第１、第２面Ｓ１，Ｓ２の面間距離を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定対象物とし
て、特に透明体の面間距離を測定する透明体面間距離測
定装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非接触方式による被測定物の
厚さ測定方法としては、いわゆる三角測定方式、光干渉
方式等が挙げられる。上記三角測定方式は三角法を使用
して厚さを測定する方式であり、上記光干渉方式は光の
干渉を観測する干渉計を使用して厚さを測定する方式で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記三角測
定方式の場合は、被測定物の厚みの測定範囲が約３００
μｍ以上となっており、また、上記光干渉方式の場合
は、被測定物の厚みの測定範囲が数μｍ以下となってい
る。

【０００４】したがって、被測定物の厚さが例えば１０
μｍ前後或いはそれ以上で数１００μｍ以内の場合に
は、それらの測定方式では測定できない。

【０００５】そこで、本発明はこのような課題に鑑みて
なされたものであり、被測定物として、特に厚さが１０
μｍ前後或いはそれ以上で数１００μｍ以内の透明体の
厚さ、すなわち面間距離を測定可能な透明体面間距離測
定装置及び方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも第
１、第２の平行な２つの面を持つ被測定透明体の面間の
距離を光学的に測定する透明体面間距離測定装置及び方
法であり、光源光を被測定透明体の第１面上に垂直に集
光し、第１、第２面にて反射された光源光を２分割受光
素子上に導き、光源光を集光する際の焦点位置と第１及
び第２面の位置との間の光軸方向の変位量を各受光素子
への光入射量の差に変換し、各受光素子からの電気信号
に基づいて面間距離を計算することにより、上述した課
題を解決する。

【０００７】ここで、本発明では、ナイフエッジ方式を
用いて上記変位量を各受光素子への光入射量の差に変換
するようにしている。また、本発明では、各受光素子か
らの電気信号の差に基づいて面間距離を演算し、この面
間距離の演算の際には被測定透明体の屈折率による係数
演算を行う。

【０００８】すなわち本発明によれば、被測定透明体に
レーザ光を照射し、この被測定透明体の第１、第２面の
反射光をナイフエッジ方式で構成された光学系で検出
し、２面間の距離をＳ字特性から読み取り、さらに屈折
率による係数演算にて被測定透明体の厚さを測定するよ
うにしている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照しながら説明する。

【００１０】本発明実施の形態の透明体面間距離測定装
置のシステム全体構成を図１に示す。

【００１１】この図１に示す透明体面間距離測定装置
は、主要構成要素として、測定ヘッド１と、載置台７上
に置かれた被測定物（例えば後述する被測定透明体）８
に対して上記測定ヘッド１を接離方向に移動させる測定
ヘッド移動駆動機構３と、当該測定ヘッド移動駆動機構
３を基台６に対して水平及び垂直方向に移動させる水平
垂直移動駆動機構４と、後述するような数値演算及び各
種回路を電気的に制御する信号処理及び制御系とを有す
るものである。なお、信号処理及び制御系の詳細につい
ては後述する。

【００１２】測定ヘッド１は、図２に示すように、その
筺体内にナイフエッジ方式の光学系１０が組み込まれて
いる。この光学系１０は、少なくともレーザ発振器（例
えばレーザダイオード）１１と、ナイフエッジとしての
機能を有するミラー（以下、ナイフエッジ付きミラー１
４と呼ぶ）と、出射レーザ光を平行光にするコリメータ
レンズ１２と、対物レンズ１３と、光検出器１８とを有
して構成されている。これら光学部品のうち、ナイフエ
ッジ付きミラー１４のナイフエッジ部１４Ｅとコリメー
タレンズ１２及び対物レンズ１３がレーザ発振器１１の
出射光路上に順に配されており、ナイフエッジ付きミラ
ー１４のミラー面１４Ｍは、上記被測定物８からの反射
光が通る光路上で、且つその反射光を光検出器１８側に
導く位置に配されている。なお、被測定物８の測定面
は、レーザ光軸に対して垂直に配置され、レーザ発振器
１１と光検出器１８は、光学的距離において等しい距離
に配置されている。

【００１３】また、上記レーザ発振器１１から出射され
るレーザ光Ｌの光軸と被測定物８の表面（後述する透明
体の第１の反射面Ｓ１及び第２の反射面Ｓ２）とが垂直
の関係になるように、測定ヘッド１が位置決めされてい
る。光検出器１８は、この例では、互いに分離された２
つの受光素子（フォトダイオード、後述する図３の例で
は受光素子１８Ａ、１８Ｂとして示す）で構成されてい
る。また、対物レンズ１３は、測定ヘッド１の筺体に対
して、例えば着脱自在とされたホルダ（図１の対物レン
ズホルダ２）内に組み込まれており、適宜その交換を行
えるようになっている。

【００１４】また、この測定ヘッド１の筺体は、図１に
示すように上記測定ヘッド移移動駆動機構３に取り付け
られている。この測定ヘッド移動駆動機構３は、図示は
省略するが、駆動ギヤとこの駆動ギヤが噛合されるラッ
クとが設けられている。ラックは、多数のギヤ歯の配列
方向が、上記測定ヘッド１の筺体の上下方向に沿うよう
に設けられている。従って、駆動ギヤが回転することに
よって、当該測定ヘッド１が上下方向に移動することに
なる。なお、図１及び図２においては、この測定ヘッド
１の筺体の上下方向の移動を図中矢印のみで示してい
る。

【００１５】さらに、この測定ヘッド移動駆動機構３
は、図示は省略するが、駆動源であるモータと、このモ
ータの回転力を減速して上記駆動ギヤに伝達する減速機
構が設けられて構成されている。この減速機構として
は、例えばベルト伝達機構やギヤ列にて構成される。な
お、詳細な説明及び図示は省略するが、この測定ヘッド
移動駆動機構３には測定ヘッド１の移動量を検出する移
動量検出機構も設けられている。

【００１６】図１の例では、測定ヘッド１を上記測定ヘ
ッド移動駆動機構３にて上下させる例を挙げたが、上記
載置台７を上下方向に移動させるようにしてもよい。

【００１７】上記測定ヘッド移動駆動機構３もまた、図
１に示すように水平垂直移動駆動機構４に取り付けられ
ている。この水平垂直移動駆動機構４は、基台６に垂直
に固定された固定板５に取り付けられており、この水平
垂直移動駆動機構４には、図示は省略するが、水平及び
垂直（左右及び上下）用の水平及び垂直駆動ギヤとこれ
ら駆動ギヤが噛合される水平及び垂直用のラックとが設
けられている。従って、上記水平又は垂直用の駆動ギヤ
が回転することによって、上記測定ヘッド移動駆動機構
３が水平（左右）又は垂直（上下）方向に移動すること
になる。

【００１８】また、図示は省略するが、この水平垂直移
動駆動機構４にも、駆動源であるモータと、このモータ
の回転力を減速して上記水平及び垂直用の駆動ギヤに伝
達する減速機構が設けられて構成されている。

【００１９】次に、本発明の透明体面間距離測定方法を
実現する本実施の形態の測定装置の動作について説明す
るが、その前に、上記測定ヘッド１の光学系１０の動作
原理について図３及び図４を参照しながら説明する。

【００２０】レーザ発振器１１から出射されたレーザ光
Ｌは、ナイフエッジ付きミラー１４のナイフエッジ部１
４Ｅにより、そのスポット形状が半円となり、前記コリ
メータレンズ１２及び対物レンズ１３を通って被測定物
８に結像する。この被測定物８で反射したレーザ光Ｌ
は、対物レンズ１３及びコリメータレンズ１２を逆に戻
り、前記ナイフエッジ付きミラー１４のミラー面１４Ｍ
にて反射し、光検出器１８に入射する。但し、図３の例
では、図示と説明を容易にするため、上記レーザ発振器
１１及び上記ミラー面１４Ｍによる反射経路を省略し
て、上記被測定物８で反射したレーザ光Ｌが真っ直ぐに
光検出器１８に入射する様子を描いている。

【００２１】この光検出器１８は、図３に示すように、
互いに分割された２つの受光素子（フォトダイオード）
１８Ａ、１８Ｂにて構成されており、これら第１、第２
の受光素子１８Ａ，１８Ｂの配置は、図３（Ｂ）に示す
ように、対物レンズ１３の焦点距離に被測定物８の表面
（反射面）が存在する場合に、すなわち被測定物８の反
射面がジャスト・フォーカス点（以下、単にＪ・Ｆ点と
記す）と一致するときに、ちょうど２つのフォトダイオ
ード１８Ａ，１８Ｂの中間点に反射光Ｌが結像するよう
に上記２つのフォトダイオード１８Ａ，１８Ｂの位置を
合わせておく。

【００２２】このような配置関係にすると、例えば、被
測定物８の反射面がＪ・Ｆ点から遠ざかったとき、すな
わち対物レンズ１３と被測定物８の反射面との距離がＪ
・Ｆ点よりも遠ざかっている後フォーカスの場合は、図
３（Ａ）に示すように、反射光Ｌの半円スポットが、第
１の受光素子１８Ａの方へ移動する。ここで、第１の受
光素子１８Ａの受光レベルをＰＡ、第２の受光素子１８
Ｂの受光レベルをＰＢとすると、上記図３（Ａ）のよう
な後フォーカスの場合の各受光素子１８の受光特性は、
図４（Ａ）の特性曲線ａに示すように、第１の受光素子
１８Ａにおける受光レベルＰＡが大きくなる。この受光
レベルＰＡの特性曲線ａは、被測定物８の反射面がＪ・
Ｆ点から徐々に遠ざかって、第１の受光素子１８Ａの受
光面内に半円スポットが完全に入った位置をレベルピー
クとする略々ガウス分布に近似した曲線となる。

【００２３】一方、例えば、被測定物８の反射面がＪ・
Ｆ点から対物レンズ１３側に近づいたとき、すなわち対
物レンズ１３と被測定物８の反射面との距離がＪ・Ｆ点
よりも近くになる前フォーカスの場合は、図３（Ｃ）に
示すように、反射光Ｌの半円スポットが、第２の受光素
子１８Ｂの方へ移動する。この図３（Ｃ）のような前フ
ォーカスの場合の各受光素子１８の受光特性は、図４
（Ａ）の特性曲線ｂに示すように、第２の受光素子１８
Ｂにおける受光レベルＰＢが大きくなる。この受光レベ
ルＰＢの特性曲線ｂは、被測定物８の反射面がＪ・Ｆ点
から対物レンズ１３側に徐々に近づいて、第２の受光素
子１８Ｂの受光面内に半円スポットが完全に入った位置
をレベルピークとする略々ガウス分布に近似した曲線と
なる。

【００２４】ここで、上記図４（Ａ）で示す各受光レベ
ルＰＡ，ＰＢの差（ＰＡ−ＰＢ）をとると、図４（Ｂ）
に示すように、略々Ｓ字状の特性（以下、Ｓ字特性と呼
ぶ）が得られ、その中間点（ゼロクロス点）がＪ・Ｆ点
に対応する。

【００２５】ところで、上記被測定物８が透明体ではな
く、非透明の鏡面を有するものである場合、当該鏡面で
反射された反射光を上記受光素子１８にて受光すると、
得られるＳ字特性は、図５のようになる。すなわち、１
つの鏡面でのみ反射された反射光より得られるＳ字特性
は、上記Ｊ・Ｆ点に対応する中間点（ゼロクロス点）が
１ヶ所しか得られない。言い換えれば、Ｓ字特性自体が
１つしか現れない。

【００２６】これに対して、上記被測定物８が透明体で
ある場合には、複数個のＳ字特性が得られる可能性があ
る。すなわち、透明体の場合、入射する光は全て透過す
るわけではなく、通常はその表面や内面（底面）にて光
の一部が反射されるものであり、当該内面（底面）にて
反射された光からも上記同様のＳ字特性が得られること
になる。したがって、例えば、表面及び内面（底面）が
平行な透明な膜状（或いは板状）の被測定物（以下、被
測定透明体８とする）の場合、当該被測定透明体８に照
射されたレーザ光は、一部がその表面（以下、第１の反
射面Ｓ１とする）にて反射されて前記受光素子１８に到
達し、さらに当該被測定透明体８内部に入射したレーザ
光もその一部が上記内面（以下、第２の反射面Ｓ２とす
る）にて反射されて前記受光素子１８に到達することに
なり、これら第１の反射面Ｓ１及び第２の反射面Ｓ２で
の反射により得られる２つのＳ字特性の関係は、図６に
表すようになる。

【００２７】このため、この図６に示す２つのＳ字特性
のゼロクロス点ＺＡとＺＢと間の距離に基づいて、上記
被測定透明体８の上記第１の反射面Ｓ１と第２の反射面
Ｓ２間の距離、すなわち当該被測定透明体８の厚さを計
算することが可能となる。

【００２８】ただし、上記第２の反射面Ｓ２での反射光
は、被測定透明体８の屈折率の影響を受けるため、上記
Ｓ字特性の基準点となるゼロクロス点ＺＡとＺＢの位相
は、当該被測定透明体８の厚さとは一致しない。したが
って、上記２つのゼロクロス点ＺＡとＺＢの距離に基づ
いて当該被測定透明体８の厚さを計算する際には、上記
２つのゼロクロス点ＺＡとＺＢの距離に対して上記屈折
率による係数演算を行う必要がある。

【００２９】図７には、上記２つのゼロクロス点ＺＡと
ＺＢの距離を得て、さらに上記屈折率による係数演算を
行った結果を示す。なお、図７Ａには、被測定透明体の
サンプルと、各サンプルの膜厚代表値と、各サンプルの
測定値と、各サンプルの測定値の偏差を示している。ま
た図７Ｂには、各サンプルの膜厚代表値と各サンプルの
測定値のグラフを示している。この図７の例から、１０
μｍ前後及びそれ以上の膜厚を測定できることがわか
る。

【００３０】次に、上述のように受光素子１８の受光レ
ベルとゼロクロス点及び屈折率から、被測定透明体８の
厚さを計算するための回路構成、すなわち前記信号処理
及び制御系の構成を、図８を用いて説明する。

【００３１】この図８において、第１、第２の受光素子
１８Ａ、１８Ｂは、前記被測定透明体８からの反射光を
それぞれ受光し、電気信号（前記受光レベルＰＡ，ＰＢ
の信号）に変換する。これら受光素子１８Ａ、１８Ｂか
らの信号は、演算器２１に送られる。この演算器２１で
は、上記第１の受光素子１８Ａの信号から上記第２の受
光素子１８Ｂに信号を減算し、その演算信号を出力す
る。この演算器２１の出力信号が、前記ＰＡ−ＰＢすな
わちＳ字特性に相当する。

【００３２】上記演算器２１からの出力信号は、Ａ／Ｄ
（アナログ／ディジタル）変換器２２にてディジタル信
号に変換され。処理装置２４に送られる。当該処理装置
２４は、前記レーザ発信器１１の制御と、ステージ２３
の制御すなわち前記測定ヘッド移動駆動機構３及び水平
垂直移動駆動機構４の制御を行う。更に、処理装置２４
では、上記ディジタル変換された上記演算器２１からの
出力信号すなわちＳ字特性に基づいて、上記被測定透明
体８の第１の反射面Ｓ１及び第２の反射面Ｓ２の２面間
の距離を判断すると共に屈折率による係数演算を行い、
当該被測定透明体８の厚さを計算する。

【００３３】この処置装置２４にて求められた測定結果
は、例えばＣＲＴ（陰極線管）や液晶ディスプレイ等の
表示装置２５に送られて表示される。

【００３４】なお、上述の説明では、各ゼロクロス点間
の距離に基づく膜厚計算の例を述べたが、膜厚の計算に
使用する点は特に上記ゼロクロス点である必要はなく、
上記第１の反射面Ｓ１と第２の反射面Ｓ２での反射の特
徴を得られる点であればよく、例えばピーク間の距離或
いはボトム間の距離に基づいて計算することも可能であ
る。ただし、この場合の係数演算はゼロクロス点を用い
る場合と変わることになる。このように、本実施の形態
の測定装置は、被測定透明体８から得られる反射特性が
判別できれば、被測定透明体の厚みを求めることができ
る。

【００３５】また、上述の例では、被測定透明体の第１
の反射面と第２の反射面間の距離を求める例を挙げた
が、例えば、多数の境界面を持つ多層構成の透明体の各
層間の距離の測定や、多数枚の透明体を張り合わせた時
の各張り合わせ面の間隔も測定が可能である。すなわ
ち、上記多数の境界面を持つ多層構成の透明体を上記被
測定透明体とした場合には、各層の境界面に対応する複
数のＳ字特性が得られ、したがって各Ｓ字特性間の距離
と各層の屈折率とに基づいて、各層間の距離を計算す
る。また、上記多数枚の透明体を張り合わせたものを上
記被測定透明体とした場合には、各透明体の張り合わせ
面に対応する複数のＳ字特性が得られ、したがって各Ｓ
字特性間の距離と各透明体の屈折率とに基づいて、各透
明体の張り合わせ間隔を計算する。

【００３６】上述したように、本発明の実施の形態によ
れば、被測定透明体の厚さ測定の分野では従来不可能で
あった１０μｍ前後及びそれ以上の測定が実現可能とな
っている。したがって、例えば１０μｍ前後〜数１００
μｍの厚さのガラス、誘電体、レジスト等の測定が可能
となる。また、本発明実施の形態の測定装置を、各種プ
ロセスに組み込むことにより、製造時の歩留まりを改善
できるようになる。更に、本発明の透明体の厚さ測定方
法は、非破壊検査でないため、即時性が高い。また前述
のように、複数枚の透明体の張り合わせ間隔や多層構造
の各層の厚さの測定も可能である。

【００３７】なお、上記被測定透明体８の厚さが例えば
１０μｍ未満になると、前記２つのゼロクロス点ＺＡ，
ＺＢ間の距離が近接し、判別が困難となることが考えら
れる。このような場合、本実施の形態の測定装置では、
光学系１０の構成及び前記処理装置２４でのデータ処理
にてその判別の困難性を克服可能である。

【００３８】すなわち、上記光学系１０を変更して対処
する場合には、レーザ発振器１１の次段の対物レンズの
Ｆ値を大きくする。上記被測定透明体８の厚さが１０μ
ｍ前後及びそれ以上の場合のＦ値としては、例えばＦ４
０を使用しているが、上記１０μｍ未満の被測定透明体
８の厚さを測定する場合には、Ｆ４０以上の対物レンズ
を有する対物レンズホルダ２を使用する。

【００３９】また、上記処理装置２４のデータ処理にて
対処する場合には、次のような演算を行う。

【００４０】例えば、上記被測定透明体８として上述し
たように厚さが１０μｍ未満のものを使用することによ
って、前記第１の反射面と第２の反射面による２つのＳ
字特性が非常に近接してこれら２つのＳ字特性が合成さ
れてしまい、例えば図９Ａの特性曲線ｒａに示すような
反射特性になってしまったとする。

【００４１】このような場合に備えて、非透明体の鏡面
での反射特性（Ｓ字特性）を予め測定しておく。この非
透明体の鏡面での反射特性（Ｓ字特性）は、図９Ｂの特
性曲線ｒｂに示すようなものとなる。ここで、上記図９
Ａの特性曲線ｒａの＋側のピーク値ＲＡと上記図９Ｂの
特性曲線ｒｂの＋側のピーク値ＲＢを基にして、当該特
性曲線ｒｂを正規化する。上記正規化は、ＲＡ／ＲＢを
特性曲線ｒｂの全体に乗ずることにより行う。次に、上
記特性曲線ｒａから、当該正規化した特性曲線ｒｂを減
算する。

【００４２】すなわち、このような正規化及び減算の演
算により、上記非測定透明体８の第２の反射面による反
射特性（Ｓ字特性）が得られることになる。この時の第
２の反射面による反射特性（Ｓ字特性）は、図９Ｃの特
性曲線ｒｃに示すようになる。

【００４３】さらに、上記被測定透明体８の第１の反射
面のＳ字特性のゼロクロス点は、本来は前記図６のゼロ
クロス点ＺＡの位置にあるべきもの、すなわち図９Ｂの
非透明体鏡面でのＳ字特性のゼロクロス点と同じ位置に
あるはずなので、当該図９Ｂの特性曲線ｒｂのゼロクロ
ス点と上記演算により求めた被測定透明体８の第２の反
射面による特性曲線ｒｃのゼロクロス点との距離を求め
ることにより、当該被測定透明体８の厚さの光学距離を
得ることができる。

【００４４】なお、例えば特開平５−１８７１６号公報
には光学式非接触厚み測定装置が開示されているが、こ
の公報記載の技術では、１つの受光素子にて膜厚を測定
することが行われており、したがって、反射特性のピー
ク値を分離して判別する必要があり、また、面状態が荒
れている場合や膜厚が薄い場合にはその判別が難しい。

【００４５】これに対して、本発明実施の形態の透明体
面間距離測定手法においては、ナイフエッジ付きミラー
と２分割の光検出器を用い、２つの受光素子の出力の差
分により得られる反射特性（２つのＳ字特性）から、被
測定透明体の膜厚を測定するようにしており、したがっ
て、上記特開平５−１８７１６号公報に記載の技術のよ
うに反射特性のピーク値を分離して判別する必要はな
く、２つのＳ字特性のゼロクロス点を判別するだけでそ
の厚み測定が可能となる。また、面状態が荒れていたり
膜厚が薄い場合であっても、正負に振れる２つのＳ字特
性のゼロクロス点を判別するだけでその厚み測定が可能
となる。

【００４６】

【発明の効果】上述のように、本発明の透明体面間距離
測定装置及び方法によれば、光源光を被測定透明体の第
１面上に垂直に集光し、第１、第２面にて反射された光
源光を２分割受光素子上に導き、光源光を集光する際の
焦点位置と第１及び第２面の位置との間の光軸方向の変
位量を各受光素子への光入射量の差に変換し、各受光素
子からの電気信号に基づいて面間距離を計算することに
より、特に厚さが１０μｍ前後或いはそれ以上で数１０
０μｍ以内の透明体の厚さ、すなわち面間距離を測定可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の形態の透明体面間距離測定装置の
全体構成を示す構成図である。

【図２】本発明実施の形態の透明体面間距離測定装置の
測定ヘッドの概略構成を示す構成図である。

【図３】本発明実施の形態の透明体面間距離測定装置に
適用されるナイフエッジ方式の原理説明に用いる図であ
る。

【図４】受光素子の受光レベルとＳ字特性の説明に用い
る図である。

【図５】鏡面反射により得られるＳ字特性を示す特性図
である。

【図６】透明体の２面反射により得られるＳ字特性を示
す特性図である。

【図７】透明体の２面反射により得られる２つのＳ字特
性のゼロクロス点間の距離と屈折率による係数演算とか
ら求めた複数サンプルの膜厚の測定結果例を示す図であ
る。

【図８】本発明実施の形態の透明体面間距離測定装置の
信号処理及び制御系の回路構成を示すブロック回路図で
ある。

【図９】本発明実施の形態の透明体面間距離測定装置に
おいて、厚さが１０μｍ未満の被測定透明体の膜厚を、
データ処理にて測定する場合の原理説明に用いる図であ
る。

【符号の説明】 １ 測定ヘッド、 ２ 対物レンズホルダ、 ３ 測定
ヘッド移動駆動機構、４ 水平垂直移動駆動機構、 ５
固定板、 ６ 基台、 ７ 載置台、 １０ 光学
系、 １１ レーザ発振器、 １４ ナイフエッジ付き
ミラー、 １２コリメータレンズ、 １３ 対物レンズ
１３、 １８ 光検出器、 ２１ 演算器、 ２４ 処
理装置、 ２５ 測定値表示装置

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも第１、第２の平行な２つの面
   を持つ被測定透明体の面間の距離を光学的に測定する透
   明体面間距離測定装置において、 光を発生する光源と、 入射した光を電気信号に変換する２分割受光素子と、 上記光源光を上記被測定透明体の上記第１面上に垂直に
   集光すると共に、上記被測定透明体の第１、第２面にて
   反射された上記光源光を上記２分割受光素子上に導く光
   学系と、 上記光学系の焦点位置と上記被測定透明体の上記第１及
   び第２面の位置との間の光軸方向の変位量を、上記２分
   割受光素子の各受光素子への光入射量の差に変換する変
   換手段と、 上記２分割受光素子の各受光素子からの電気信号に基づ
   いて上記被測定透明体の第１、第２面の面間距離を計算
   する計算手段とを有することを特徴とする透明体面間距
   離測定装置。
2. 【請求項２】 上記変換手段は、ナイフエッジ方式を用
   いて、上記変位量を上記２分割受光素子の各受光素子へ
   の光入射量の差に変換することを特徴とする請求項１記
   載の透明体面間距離測定装置。
3. 【請求項３】 上記計算手段は、上記２分割受光素子の
   各受光素子からの電気信号の差を演算する第１の演算手
   段と、上記第１の演算手段の出力信号に基づいて上記面
   間距離を演算する第２の演算手段とを有することを特徴
   とする請求項１記載の透明体面間距離測定装置。
4. 【請求項４】 上記第２の演算手段は、上記第１の演算
   手段の出力信号に基づいて求めた距離に、上記被測定透
   明体の屈折率による係数演算を施すことを特徴とする請
   求項３記載の透明体面間距離測定装置。
5. 【請求項５】 上記第２の演算手段は、上記第１の演算
   手段の出力信号のゼロクロス点に基づいて上記面間距離
   を演算することを特徴とする請求項３記載の透明体面間
   距離測定装置。
6. 【請求項６】 上記被測定透明体は複数の境界面を持つ
   多層構造を有してなり、 上記光学系は上記各境界面にて反射された上記光源光を
   上記２分割受光素子上に導き、 上記変換手段は上記焦点位置と上記各境界面の位置との
   間の光軸方向の変位量を上記２分割受光素子の各受光素
   子への光入射量の差に変換し、 上記計算手段は上記各受光素子からの電気信号に基づい
   て上記各境界面間の距離を計算するを有することを特徴
   とする請求項１記載の透明体面間距離測定装置。
7. 【請求項７】 上記被測定透明体は複数枚の透明体を張
   り合わせてなり、 上記光学系は上記各張り合わせ面にて反射された上記光
   源光を上記２分割受光素子上に導き、 上記変換手段は上記焦点位置と上記各張り合わせ面の位
   置との間の光軸方向の変位量を上記２分割受光素子の各
   受光素子への光入射量の差に変換し、 上記計算手段は上記各受光素子からの電気信号に基づい
   て上記各張り合わせ面間の距離を計算するを有すること
   を特徴とする請求項１記載の透明体面間距離測定装置。
8. 【請求項８】 少なくとも第１、第２の平行な２つの面
   を持つ被測定透明体の面間の距離を光学的に測定する透
   明体面間距離測定方法において、 光源光を上記被測定透明体の上記第１面上に垂直に集光
   し、 上記被測定透明体の第１、第２面にて反射された上記光
   源光を２分割受光素子上に導き、 上記光源光を集光する際の焦点位置と上記被測定透明体
   の上記第１及び第２面の位置との間の光軸方向の変位量
   を、上記２分割受光素子の各受光素子への光入射量の差
   に変換し、 上記２分割受光素子の各受光素子からの電気信号に基づ
   いて上記被測定透明体の第１、第２面の面間距離を計算
   するを有することを特徴とする透明体面間距離測定方
   法。
9. 【請求項９】 ナイフエッジ方式を用いて、上記変位量
   を上記２分割受光素子の各受光素子への光入射量の差に
   変換することを特徴とする請求項８記載の透明体面間距
   離測定方法。
10. 【請求項１０】 上記２分割受光素子の各受光素子から
    の電気信号の差を演算し、 当該電気信号の差信号に基づいて上記面間距離を演算す
    ることを特徴とする請求項８記載の透明体面間距離測定
    方法。
11. 【請求項１１】 上記電気信号の差信号に基づく面間距
    離演算の際には、上記電気信号の差信号に基づいて求め
    た距離に、上記被測定透明体の屈折率による係数演算を
    施すことを特徴とする請求項１０記載の透明体面間距離
    測定方法。
12. 【請求項１２】 上記電気信号の差信号に基づく面間距
    離演算の際には、上記電気信号の差信号のゼロクロス点
    に基づいて上記面間距離を演算することを特徴とする請
    求項１０記載の透明体面間距離測定方法。
13. 【請求項１３】 上記被測定透明体は複数の境界面を持
    つ多層構造を有してなり、 上記各境界面にて反射された上記光源光を上記２分割受
    光素子上に導き、 上記焦点位置と上記各境界面の位置との間の光軸方向の
    変位量を上記２分割受光素子の各受光素子への光入射量
    の差に変換し、 上記各受光素子からの電気信号に基づいて上記各境界面
    間の距離を計算するを有することを特徴とする請求項８
    記載の透明体面間距離測定方法。
14. 【請求項１４】 上記被測定透明体は複数枚の透明体を
    張り合わせてなり、 上記各張り合わせ面にて反射された上記光源光を上記２
    分割受光素子上に導き、 上記焦点位置と上記各張り合わせ面の位置との間の光軸
    方向の変位量を上記２分割受光素子の各受光素子への光
    入射量の差に変換し、 上記各受光素子からの電気信号に基づいて上記各張り合
    わせ面間の距離を計算するを有することを特徴とする請
    求項８記載の透明体面間距離測定方法。