專利名稱：干涉式膜厚計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干涉式膜厚計。
背景技術(shù)：
作為對膜的膜厚進行測量的裝置，已知利用光的干涉現(xiàn)象的干涉式膜厚計(例如參照專利文獻I。)。針對干涉式膜厚計的測量原理進行說明。當向透明的測量對象照射光時，從表面及背面返回來反射光。此時，彼此的反射光進行干涉，在某個波長處變強，在某個波長處變?nèi)?。變強的波長和變?nèi)醯牟ㄩL由測量對象膜的膜厚和折射率決定。由此，可根據(jù)反射光譜的干涉條紋的間隔來計算膜厚。圖18是現(xiàn)有的干涉式膜厚計的示意的構(gòu)成圖。膜厚計具備光源101、投光用光纖103、投受光部105、受光用光纖107、分光器109和運算部111。運算部111具備分光數(shù)據(jù)獲取部113、能譜(power spectrum)算出部115和膜厚算出部117。從光源101照射的白色光通過投光用光纖103被導入投受光部105，被聚光之后照射至測量對象膜119。在測量對象膜119的表面和背面進行反射之后的光入射至投受光部105，通過受光用光纖107被導入分光器109。分光器109對來自受光用光纖107的光進行分光從而獲得反射分光光譜，將其變換為電信號之后進行輸出。運算部111基于來自分光器109的電信號，對測量對象膜119的膜厚進行運算。分光數(shù)據(jù)獲取部113基于來自分光部109的電信號，來獲取分光光譜數(shù)據(jù)。分光數(shù)據(jù)獲取部113將分光光譜數(shù)據(jù)輸出至能譜算出部115。能譜算出部115針對分光光譜數(shù)據(jù)實施前處理及傅立葉變換，來算出能譜。能譜算出部115將能譜的數(shù)據(jù)輸出至膜厚算出部117。膜厚算出部117基于能譜的峰值位置及測量對象膜119的折射率，來計算測量對象膜119的膜厚。圖18的現(xiàn)有技術(shù)中基于來自測量對象膜119的反射光的分光光譜來計算測量對象膜119的膜厚，但干涉式膜厚計也可以基于來自測量對象膜的透射光的分光光譜來計算測量對象膜的膜厚。圖19是現(xiàn)有的干涉式膜厚計的示意的構(gòu)成圖。在圖19中，對于發(fā)揮與圖18相同的功能的部分賦予相同的符號。膜厚計具備光源101、投光用光纖103、投光部121、受光部123、受光用光纖107、分光器109和運算部111。運算部111具備分光數(shù)據(jù)獲取部113、能譜算出部115和膜厚算出部117。投光部121和受光部123被配置在夾著測量對象膜119的位置。來自光源101的光經(jīng)由投光用光纖103及投光部121而被照射至測量對象膜119。透射了測量對象膜119之后的光入射至受光部123，通過受光用光纖107被導入分光器109。分光器109對來自受光用光纖107的光進行分光，獲得透射分光光譜，將其變換為電信號之后進行輸出。運算部111基于來自分光器109的電信號對測量對象膜119的膜厚進行運算。專利文獻I JP特開平7-280520號公報

發(fā)明內(nèi)容
例如在由聚酰亞胺、聚乙烯、PET(Polyethylene terephthalate)等構(gòu)成的薄膜、薄板的制造工序中，干涉式膜厚計有時被用于在線式(Online)測量。對于在線式測量而言，測量對象膜被連續(xù)地傳送。此時，測量對象膜會發(fā)生振動或者彎曲。當測量對象膜發(fā)生振動或者發(fā)生彎曲時，投光部及受光部與測量對象膜之間的距離、投光部及受光部與測量對象膜所形成的角度發(fā)生變化。首先，如圖19所示，說明分別設(shè)置了投光部和受光部的情況。當從投光部照射的光的焦點位置以及入射至受光部的光的焦點位置從測量對象膜偏離時，存在干涉式膜厚計無法計算測量對象膜的膜厚的這種不足。本申請發(fā)明者對其原因進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了當焦點位置從測量對象膜偏離時測量對象膜的測量點變大，因此無法進行測量。在測量點變大時，測量點內(nèi)的測量對象膜的厚度的均勻性下降。例如如圖20所示，當測量點內(nèi)的測量位置A和測量位置B的測量對象膜119的膜厚不同時，透射測量位置A的光和透射測量位置B的光入射至受光部。透射測量位置A的光和透射測量位置B的光的變強的波長與變?nèi)醯牟ㄩL彼此略有不同。當這些光相疊加時，如圖21所示那樣干涉條紋被平均化從而消失。根據(jù)這種理由，在焦點位置從測量對象膜偏離時，干涉式膜厚計無法計算測量對象膜的膜厚。接下來，說明如圖18所示那樣投光部及受光部由投受光部構(gòu)成的情況。在該情況下，本申請發(fā)明者進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)當從投受光部照射的光以及入射至投受光部的光的焦點位置從測量對象膜偏離時，由于來自測量對象膜的光沒有入射至投受光部，因此無法進行測量。例如圖22所示，當測量對象膜119的位置從虛線位置變化至實線位置從而投受光部105與測量對象膜119的距離發(fā)生變化時，反射光(虛線)沒有入射至投受光部105。此外，如圖23所示，當測量對象膜119的位置從虛線位置變化至實線位置從而從投受光部105照射的光的光軸與測量對象膜119所成的角度發(fā)生變化時，反射光(虛線)沒有入射至投受光部105。在來自測量對象膜119的反射光沒有入射至投受光部105的情況下，干涉式膜厚計無法計算測量對象膜119的膜厚。因此，現(xiàn)有的干涉式膜厚計具有在線式測量中無法進行穩(wěn)定的測量的這一問題。再者，在基于來自測量對象膜的透射光的分光光譜來計算測量對象膜的膜厚的干涉式膜厚計中也會產(chǎn)生該問題。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在在線式測量中進行穩(wěn)定的測量的干涉式膜厚計。本發(fā)明所涉及的干涉式膜厚計具備投光部，其將來自光源的光照射至測量對象膜；受光部，其對來自所述測量對象膜的反射光或者透射光進行受光；焦點位置掃描部，其使共同焦點位置在規(guī)定范圍內(nèi)進行掃描，該共同焦點位置是被所述投光部照射的光的焦點位置、并且也是入射至所述受光部的光的焦點位置，分光數(shù)據(jù)獲取部，其獲取所述受光部所接收的光的分光光譜數(shù)據(jù)；能譜算出部，其基于所述分光光譜數(shù)據(jù)來計算能譜；膜厚算出部，其基于所述能譜的數(shù)據(jù)來計算所述測量對象膜的膜厚；和數(shù)據(jù)提取部，其針對所述分光光譜數(shù)據(jù)或者所述能譜的數(shù)據(jù)或者所述分光光譜數(shù)據(jù)和所述能譜的數(shù)據(jù)這兩者設(shè)置閾值，提取所述閾值以上的數(shù)據(jù)，所述膜厚算出部輸出與所述數(shù)據(jù)提取部所提取的數(shù)據(jù)對應(yīng)的膜厚數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的干涉式膜厚計中，焦點位置掃描部使共同焦點位置在規(guī)定范圍內(nèi)進行掃描，該共同焦點位置是從投光部照射的光的焦點位置、并且也是入射至受光部的光的焦點位置。由此，即便在投光部及受光部與測量對象膜之間的距離發(fā)生了變化時、從投光部照射的光的光軸及入射至受光部的光的光軸與測量對象膜所形成的角度發(fā)生變化時，也可從投光部向測量對象膜照射適當?shù)墓獠⑶覐臏y量對象膜向受光部入射適當?shù)姆瓷涔饣蛘咄干涔狻Ｔ儆?，在本發(fā)明的干涉式膜厚計中，數(shù)據(jù)提取部針對分光光譜數(shù)據(jù)或能譜的數(shù)據(jù)或者這兩者設(shè)置閾值，提取閾值以上的數(shù)據(jù)。當上述共同焦點位置被掃描時，不必要的數(shù)據(jù)也被獲取。數(shù)據(jù)提取部只提取適當?shù)臄?shù)據(jù)。并且，膜厚算出部輸出與數(shù)據(jù)提取部所提取的數(shù)據(jù)對應(yīng)的膜厚數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的干涉式膜厚計中，上述投光部及上述受光部例如由使來自上述光源的光照射至上述測量對象膜并且接收來自上述測量對象膜的反射光的投受光部構(gòu)成。不過，在本發(fā)明的干涉式膜厚計中，也可以分別設(shè)置上述投光部及上述受光部。在具備上述投受光部的本發(fā)明的干涉式膜厚計中，作為上述焦點位置掃描部的一例，在上述投受光部與上述測量對象膜之間的光路依次插入厚度或折射率或者這兩者互相不同的多個透明平行平板，來改變上述共同焦點位置。作為上述焦點位置掃描部的另一例，通過使在上述投受光部與上述測量對象膜之間的光路所配置的反射鏡進行轉(zhuǎn)動(回転)，由此改變上述共同焦點位置。作為上述焦點位置掃描部的另一例，在上述反射鏡與上述測量對象膜之間的光路依次插入厚度或折射率或者這兩者互相不同的多個透明平行平板，來改變上述共同焦點位置。作為上述焦點位置掃描部的另一例，通過使在上述投受光部與上述測量對象膜之間的光路所配置的透明平行平板進行轉(zhuǎn)動，使得來自入射至上述投受光部的光的焦點的光的光軸與上述透明平行平板所形成的角度發(fā)生變化，由此改變上述共同焦點位置。作為上述焦點位置掃描部的另一例，使在上述投受光部與上述測量對象膜之間的光路互相平行配置的一對反射鏡聯(lián)動地進行轉(zhuǎn)動，由此改變上述共同焦點位置。作為上述焦點位置掃描部的另一例，在上述投受光部與上述測量對象膜之間的光路中依次插入焦點距離互相不同的多個透鏡，來改變上述共同焦點位置。作為上述焦點位置掃描部的另一例，在上述投受光部與上述測量對象膜之間的光路中依次插入楔角或傾斜面的配置方向或者這兩者互相不同的多個楔形基板，來改變上述共同焦點位置。作為上述焦點位置掃描部的另一例，具備在上述投受光部與上述測量對象膜之間的光路所配置的2個楔形基板。上述2個楔形基板具有相同的楔角、且傾斜面相對配置。焦點位置掃描部按照位于上述光路的上述2個楔形基板的合計厚度發(fā)生變化的方式使其移動，來改變上述共同焦點位置。在本發(fā)明的干涉式膜厚計中，例如上述投光部和上述受光部被配置在夾著上述測量對象膜的位置。在該構(gòu)成中，上述受光部對來自上述測量對象膜的透射光進行受光。在該構(gòu)成中，上述焦點位置掃描部例如保持上述投光部與上述受光部的距離及角度并且使上述投光部及上述受光部相對于上述測量對象膜進行移動，以改變上述共同焦點位置。再者，上述焦點位置掃描部并不限定于上述列舉出的構(gòu)成例。在本發(fā)明的干涉式膜厚計中，上述焦點位置掃描部只要是能夠使上述共同焦點位置在規(guī)定范圍內(nèi)進行掃描的構(gòu)成則可以是任意的構(gòu)成。在本發(fā)明的干涉式膜厚計中，上述數(shù)據(jù)提取部的一例是對上述分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度設(shè)置上述閾值。上述數(shù)據(jù)提取部的另一例對上述分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度的最大值與最小值之差設(shè)置上述閾值。上述數(shù)據(jù)提取部的又一例對上述能譜的數(shù)據(jù)中的峰值高度設(shè)置上述閾值。發(fā)明的效果在本發(fā)明的干涉式膜厚計中，焦點位置掃描部使共同焦點位置在規(guī)定范圍內(nèi)進行掃描，該共同焦點位置是從投光部照射的光的焦點位置、并且也是入射至受光部的光的焦點位置。再有，數(shù)據(jù)提取部對分光光譜數(shù)據(jù)或能譜的數(shù)據(jù)或者這兩者設(shè)置閾值，提取閾值以上的數(shù)據(jù)。并且，膜厚算出部輸出與數(shù)據(jù)提取部所提取的數(shù)據(jù)對應(yīng)的膜厚數(shù)據(jù)。由此，本發(fā)明的干涉式膜厚計即便測量對象膜發(fā)生振動或者發(fā)生彎曲也能夠進行測量對象膜的膜厚測量。因此，本發(fā)明的干涉式膜厚計在在線式測量中能夠進行穩(wěn)定的測量。不過，本發(fā)明的干涉式膜厚計的用途并不限定于在線式測量。本發(fā)明的干涉式膜厚計也能夠適用于在規(guī)定的位置所配置的測量對象膜的膜厚測量。


圖1是用于說明干涉式膜厚計的一實施例的示意的構(gòu)成圖。圖2是用于說明構(gòu)成圖1的實施例的投受光探頭及焦點位置掃描部、以及測量對象膜的示意的立體圖。圖3是用于說明圖1的實施例中共同焦點位置發(fā)生變化的情況的示意圖。圖4是用于說明數(shù)據(jù)提取部對分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度設(shè)置了閾值時的數(shù)據(jù)提取動作的波形圖。圖5是用于說明數(shù)據(jù)提取部對分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度的最大值與最小值之差設(shè)置了閾值時的數(shù)據(jù)提取動作的波形圖。圖6是用于說明數(shù)據(jù)提取部對能譜的數(shù)據(jù)中的峰值高度設(shè)置了閾值時的數(shù)據(jù)提取動作的波形圖。圖7是表示圖1的實施例的膜厚測量結(jié)果的一例的曲線。圖8是表示現(xiàn)有技術(shù)的膜厚測量結(jié)果的一例的曲線。圖9是用于說明其他實施 例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。圖10是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。
圖11是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。圖12是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。圖13是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。圖14是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。圖15是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。圖16是用于說明干涉式膜厚計的又一實施例的示意的構(gòu)成圖。圖17是用于說明在圖16的實施例中共同焦點位置發(fā)生變化的情況的示意圖。圖18是現(xiàn)有的干涉式膜厚計的示意的構(gòu)成圖。圖19是現(xiàn)有的干涉式膜 厚計的示意的構(gòu)成圖。圖20是用于說明圖19的現(xiàn)有的干涉式膜厚計的不良情況的示意圖。圖21是用于說明圖19的現(xiàn)有的干涉式膜厚計的不良情況的示意圖。圖22是用于說明圖18的現(xiàn)有的干涉式膜厚計的不良情況的示意圖。圖23是用于說明圖18的現(xiàn)有的干涉式膜厚計的不良情況的示意圖。符號說明I 光源5投受光探頭7、25、27、29、31、33、35、37、43 焦點位置掃描部7a、29a透明平行平板15分光數(shù)據(jù)獲取部17能譜算出部19膜厚算出部21數(shù)據(jù)提取部23測量對象膜25a、31a、31b 反射鏡33a 透鏡35a楔形基板37a、37b 楔形基板39投光部41受光部
具體實施例方式圖1是用于說明干涉式膜厚計的一實施例的示意的構(gòu)成圖。圖2是用于說明構(gòu)成該實施例的投受光探頭及焦點位置掃描部、以及測量對象膜的示意的立體圖。膜厚計具備光源1、投光用光纖3、投受光探頭5、焦點位置掃描部7、受光用光纖9、分光器11和運算部13。投受光探頭5構(gòu)成本發(fā)明的干涉式膜厚計中的投受光部、投光部及受光部。運算部13具備分光數(shù)據(jù)獲取部15、能譜算出部17、膜厚算出部19和數(shù)據(jù)提取部21。光源I例如由白色LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)實現(xiàn)。從光源I照射的白色光通過投光用光纖3被導入投受光探頭5。被導入到投受光探頭5的白色光經(jīng)由在投受光探頭5設(shè)置的聚光透鏡(省略圖示)和焦點位置掃描部7的透明平行平板7a被照射至測量對象膜23。在測量對象膜23的表面和背面進行反射之后的光經(jīng)由透明平行平板7a入射至投受光探頭5，并通過受光用光纖9而導入分光器11。分光器11對來自受光用光纖9的光進行分光從而獲得反射分光光譜，將其變換為電信號進行輸出。分光器11的波長范圍例如大致為400nm(納米) 700nm。分光器11的受光元件例如是CO) (Charge Coupled Device)。分光器11例如以2kHz來測量反射光譜。運算部13基于來自分光器11的電信號，來對測量對象膜23的膜厚進行運算。分光數(shù)據(jù)獲取部15基于來自分光部11的電信號，獲取分光光譜數(shù)據(jù)。分光數(shù)據(jù)獲取部15將分光光譜數(shù)據(jù)輸出至能譜算出部17或數(shù)據(jù)提取部21或者其雙方。能譜算出部17針對分光光譜數(shù)據(jù)實施前一處理及傅立葉變換，來計算能譜。能譜算出部17將能譜的數(shù)據(jù)輸出至膜厚算出部19或數(shù)據(jù)提取部21或者其雙方。數(shù)據(jù)提取部21針對來自分光數(shù)據(jù)獲取部15的分光光譜數(shù)據(jù)、或來自能譜算出部17的能譜的數(shù)據(jù)、或者其雙方設(shè)置閾值，并提取閾值以上的數(shù)據(jù)。膜厚算出部19基于能譜的峰值位置及測量對象膜23的折射率，來計算測量對象膜23的膜厚。膜厚算出部19輸出與數(shù)據(jù)提取部21所提取的數(shù)據(jù)對應(yīng)的膜厚數(shù)據(jù)。如圖1及圖2所示，焦點位置掃描部7具備多個透明平行平板7a、轉(zhuǎn)動板7b及電動機7c。在該實施例中，設(shè)置了 7片透明平行平板7a。7片透明平行平板7a的折射率相同而彼此的厚度不同。7片透明平行平板7a的厚度例如為Imm(毫米)、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm。透明平行平板7a例如由硼娃酸鹽冕玻璃(borosilicate crown glass)(折射率約為1.52)形成。轉(zhuǎn)動板7b在以轉(zhuǎn)動軸為中心的圓周上具有8處的開口。在轉(zhuǎn)動板7b的開口內(nèi)各配置一個透明平行平板7a。在轉(zhuǎn)動板7b的開口之中的一個開口處沒有配置透明平行平板7a。電動機7c使轉(zhuǎn)動板7b進行轉(zhuǎn)動。通過轉(zhuǎn)動板7b被轉(zhuǎn)動，由此在投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路上依次插入沒有配置透明平行平板7a的開口和7片透明平行平板7a。由此，焦點位置掃描部7相對于測量對象膜23的基準位置，使共同焦點位置在光軸方向上在規(guī)定范圍內(nèi)進行掃描，該共同焦點位置是從投受光探頭5照射的光的焦點位置、且入射至投受光探頭5的光的焦點位置。圖3是用于說明該實施例中共同焦點位置發(fā)生變化的情況的示意圖。參照圖1至圖3來說明該情況。由電動機7c使轉(zhuǎn)動板7b進行轉(zhuǎn)動，在投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路上配置了沒有配置透明平行平板7a的開口時(沒有平行平板)。入射至投受光探頭5的光的焦點位于測量對象膜23的基準位置。投受光探頭5與基準位置之間的距離例如為27mm。
在投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路配置了厚度比較薄的透明平行平板7a時(平行平板(薄))，入射至投受光探頭5的光的焦點相對于基準位置向正(+)側(cè)移動。在投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路配置了厚度比較厚的透明平行平板7a時(平行平板(厚))，入射至投受光探頭5的光的焦點相對于基準位置進一步向正(+)側(cè)移動。這樣一來，入射至投受光探頭5的光的焦點相對于基準位置進行移動，共同焦點位置發(fā)生變化。入射至投受光探頭5的光的焦點處于測量對象膜23的附近時，在投受光探頭5中入射適當?shù)姆瓷涔?。參照圖1及圖4至圖6，說明數(shù)據(jù)提取部的動作。圖4是用于說明數(shù)據(jù)提取部針對分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度設(shè)置了閾值時的數(shù)據(jù)提取動作的波形圖。數(shù)據(jù)提取部21針對從分光數(shù)據(jù)獲取部15輸入的分光光譜數(shù)據(jù)，判定受光強度是否為閾值以上。在分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度為閾值以上時，數(shù)據(jù)提取部21將其作為提取數(shù)據(jù)進行處理。在分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度小于閾值時，數(shù)據(jù)提取部21將其作為排除數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)提取部21將判定為是提取數(shù)據(jù)的分光光譜數(shù)據(jù)輸出至能譜算出部17。能譜算出部17針對被提取出的分光光譜數(shù)據(jù)實施傅立葉變換從而獲得能譜的數(shù)據(jù)。能譜算出部17將能譜的數(shù)據(jù)輸出至膜厚算出部19。膜厚算出部19基于能譜的數(shù)據(jù)來計算測量對象膜23的膜厚，并輸出該膜厚數(shù)據(jù)。由此，運算部13能夠僅獲得投受光探頭5中入射了適當?shù)姆瓷涔鈺r的膜厚數(shù)據(jù)。圖5是用于說明數(shù)據(jù)提取部針對分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度的最大值和最小值之差設(shè)置了閾值時的數(shù)據(jù)提取動作的波形圖。數(shù)據(jù)提取部21針對從分光數(shù)據(jù)獲取部15輸入的分光光譜數(shù)據(jù)，判定受光強度的最大值與最小值之差是否為閾值以上。在分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度的最大值與最小值之差為閾值以上時，數(shù)據(jù)提取部21將其作為提取數(shù)據(jù)進行處理。在分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度的最大值與最小值之差小于閾值時，數(shù)據(jù)提取部21作為排除數(shù)據(jù)進行處理。之后的運算部13的膜厚算出動作與參照圖4所說明的動作相同。由此，運算部13能夠獲得投受光探頭5中入射了適當?shù)姆瓷涔鈺r的膜厚數(shù)據(jù)。圖6是用于說明數(shù)據(jù)提取部對能譜的數(shù)據(jù)中的峰值高度設(shè)置了閾值時的數(shù)據(jù)提取動作的波形圖。能譜算出部17基于從分光數(shù)據(jù)獲取部15輸入的分光光譜數(shù)據(jù)獲得能譜。能譜算出部17將能譜的數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)提取部21。數(shù)據(jù)提取部21針對從能譜算出部17輸入的能譜的數(shù)據(jù)，判定峰值高度是否為閾值以上。
在能譜的數(shù)據(jù)中的峰值高度為閾值以上時，數(shù)據(jù)提取部21作為提取數(shù)據(jù)進行處理。在能譜的數(shù)據(jù)中的峰值高度小于閾值時，數(shù)據(jù)提取部21作為排除數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)提取部21將判定為是提取數(shù)據(jù)的能譜的數(shù)據(jù)輸出至膜厚算出部19。膜厚算出部19基于被提取出 的能譜的數(shù)據(jù)來計算測量對象膜23的膜厚，并輸出該膜厚數(shù)據(jù)。由此，運算部13能夠僅獲得投受光探頭5中入射了適當?shù)姆瓷涔鈺r的膜厚數(shù)據(jù)。在參照圖4至圖6所說明的數(shù)據(jù)提取動作中，數(shù)據(jù)提取部21僅使用了一個閾值，但本發(fā)明并不限定于此。數(shù)據(jù)提取部21可以使用上述三種閾值之中的多個閾值來組合上述三種的數(shù)據(jù)提取動作進行數(shù)據(jù)提取動作。由此，可提高適當?shù)臄?shù)據(jù)的提取精度。圖7是圖1的實施例的I吳厚測量結(jié)果的一例的圖表。圖8是表不圖18的現(xiàn)有技術(shù)的膜厚測量結(jié)果的一例的曲線。圖7及圖8的縱軸表示膜厚值(單位為ym(微米))。圖7及圖8的橫軸表示測量對象膜的位置(單位為mm)。對于測量對象膜的位置而言，基準位置是在投受光探頭與測量對象膜之間的光路沒有配置透明平行平板時的焦點位置?；鶞饰恢玫臏y量對象膜的位置為0_。測量對象膜的位置被設(shè)定為-1mm、基準位置、+1mm、+2mm、+3mm(關(guān)于相對于基準位置的正方向及負方向，可參照圖2。)。測量對象膜的樣本是膜厚約為12 μ m的PET薄膜。對于圖1的實施例，焦點位置掃描部7通過電動機7c的驅(qū)動，使轉(zhuǎn)動板7b以15Hz的速度進行轉(zhuǎn)動。圖18的現(xiàn)有的干涉式膜厚計中入射至投受光部105的光的焦點被固定在基準位置。因此，如圖8所示，現(xiàn)有的干涉式膜厚計能夠測量基準位置處的樣本的膜厚。但是，若測量對象膜的位置從基準位置僅偏離了 1_，則現(xiàn)有的干涉式膜厚計就無法進行膜厚測量。圖1的實施例的干涉式膜厚計通過焦點位置掃描部7的動作，使入射至投受光探頭5的光的焦點位置在規(guī)定范圍內(nèi)進行掃描。由此，如圖7所示，實施例的干涉式膜厚計能夠測量基準位置、+1mm、+2mm處的測量對象膜的膜厚?；跊]有配置透明平行平板7a的開口被配置在投受光探頭5與樣本之間的光路時的分光光譜數(shù)據(jù)，來計算基準位置處的樣本的膜厚。基于厚度為3mm的透明平行平板7a被配置在投受光探頭5與樣本之間的光路時的分光光譜數(shù)據(jù)，來計算+1_的位置處的樣本的膜厚。基于厚度為6_的透明平行平板7a被配置在投受光探頭5與樣本之間的光路時的分光光譜數(shù)據(jù)，來計算+2mm的位置處的樣本的膜厚。這樣，圖1的實施例的干涉式膜厚計即便測量對象膜的位置從基準位置偏離也能夠計算測量對象膜的膜厚。在圖1的實施例中，將沒有配置透明平行平板7a的開口被配置在投受光探頭5的光路中時的焦點位置作為測量對象膜23的基準位置，但基準位置并不限定于此。在本發(fā)明中，測量對象膜的基準位置只要是在共同焦點位置被掃描時適當?shù)姆瓷涔饣蛲干涔鈴臏y量對象膜入射至受光部的測量對象膜的位置，則可以是任意的位置。此外，在圖1的實施例中，作為多個透明平行平板7a而使用互相厚度不同的透明平行平板，但多個透明平行平板也可以是厚度相同而折射率互相不同的平板。此外，多個透明平行平板還可以是厚度及折射率互相不同的平板。此外，也可以在轉(zhuǎn)動板7b的全部開口配置透明平行平板。此外，當測量對象膜中存在傷痕等的缺陷時，由于測量光沒有從缺陷部分返回來，因此膜厚數(shù)據(jù)欠缺。 本發(fā)明的干涉式膜厚計僅提取測量光返回來的數(shù)據(jù)，因此還具有能夠進行將這種的缺陷排除在外的測量的效果。圖9是用于說明其他實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。在該實施例中，焦點位置掃描部以外的構(gòu)成與參照圖1所說明的實施例相同。焦點位置掃描部25通過驅(qū)動機構(gòu)(省略圖示)使投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路中所配置的反射鏡25a進行轉(zhuǎn)動，由此改變共同焦點位置。通過焦點位置掃描部25的動作，相對于測量對象膜23的基準位置，入射至反射鏡25a的光的光軸與測量對象膜23所成的角度變化。反射鏡25a例如由通過MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)形成的傾斜鏡(tiltmirror)、多角鏡構(gòu)成。圖10是用于說明另一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。在該實施例中，焦點位置掃描部以外的構(gòu)成與參照圖1所說明的實施例相同。焦點位置掃描部27組合了圖1所示的焦點位置掃描部7和圖9所示的焦點位置掃描部25。焦點位置掃描部27具備多個透明平行平板7a、轉(zhuǎn)動板7b、電動機7c、反射鏡25a、使反射鏡25a轉(zhuǎn)動的驅(qū)動機構(gòu)(省略圖示)。再有，焦點位置掃描部27還具備與反射鏡25a的轉(zhuǎn)動相應(yīng)地使轉(zhuǎn)動板7b及電動機7c的配置位置轉(zhuǎn)動的驅(qū)動機構(gòu)(省略圖示)。來自反射鏡25a的光的光軸與透明平行平板7a的平面形成90度的角度。通過焦點位置掃描部27的動作，相對于測量對象膜23的基準位置，入射至投受光探頭5的光的光軸與測量對象膜23所形成的角度、入射至投受光探頭5的光的焦點距離發(fā)生變化。在該實施例中,轉(zhuǎn)動板7b及電動機7c與反射鏡25a的轉(zhuǎn)動相應(yīng)地進行轉(zhuǎn)動,但轉(zhuǎn)動板7b及電動機7c的配置位置也可以固定。此時，來自反射鏡25a的光的光軸與透明平行平板7a的平面所構(gòu)成的角度發(fā)生變化。圖11是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。在該實施例中，焦點位置掃描部以外的構(gòu)成與參照圖1所說明的實施例相同。焦點位置掃描部29按照來自入射至投受光探頭5的光的焦點的光的光軸與透明平行平板29a所形成的角度發(fā)生變化的方式，通過驅(qū)動機構(gòu)(省略圖示)使在投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路中配置的透明平行平板29a進行轉(zhuǎn)動，由此使得共同焦點位置發(fā)生變化。通過焦點位置掃描部29的動作，入射至投受光探頭5的光的焦點距離變化。圖12是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。在該實施例中，焦點位置掃描部以外的構(gòu)成與參照圖1所說明的實施例相同。焦點位置掃描部31通過驅(qū)動機構(gòu)(省略圖示)使在投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路彼此平行地配置的一對反射鏡31a、31b聯(lián)動地進行轉(zhuǎn)動，由此改變共同焦點位置。通過焦點位置掃描部31的動作，入射至投受光探頭5的光的焦點距離發(fā)生變化。反射鏡31a、31b例如由通過MEMS形成的傾斜鏡或多角鏡構(gòu)成。圖13是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。在該實施例中，焦點位置掃描部以外的構(gòu)成與參照圖1所說明的實施例相同。
焦點位置掃描部33在投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路依次插入焦點距離互相不同的多個透鏡33a和沒有配置透鏡的開口 33b，由此來改變共同焦點位置。焦點位置掃描部33通過在例如圖1所示的焦點位置掃描部7中替換透明平行平板7a而配置透鏡33a來實現(xiàn)。通過焦點位置掃描部33的動作，入射至投受光探頭5的光的焦點距離變化。再者，也可以在轉(zhuǎn)動板的全部的開口配置透鏡。此外，在轉(zhuǎn)動板配置的多個透鏡既可以僅僅是凸透鏡，也可以僅僅是凹透鏡。圖14是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。在該實施例中，焦點位置掃描部以外的構(gòu)成與參照圖1所說明的實施例相同。焦點位置掃描部35通過在投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路上依次插入楔角或者傾斜面的配置方向或者這兩者互相不同的多個楔形基板35a和沒有配置楔形基板的開口 35b，由此改變共同焦點位置。焦點位置掃描部35通過在例如圖1所示的焦點位置掃描部7中替換透明平行平板7a而配置楔形基板35a來實現(xiàn)。通過焦點位置掃描部35的動作，入射至投受光探頭5的光的焦點距離、入射至楔形基板35a的光的光軸與測量對象膜23所構(gòu)成的角度發(fā)生變化。再者，也可以在轉(zhuǎn)動板的全部的開口配置楔形板。圖15是用于說明又一實施例中的焦點位置掃描部的構(gòu)成及動作的示意的構(gòu)成圖。在該實施例中，焦點位置掃描部以外的構(gòu)成與參照圖1所說明的實施例相同。焦點位置掃描部37具備在投受光探頭5與測量對象膜23之間的光路配置的2個楔形基板37a、37b。2個楔形基板37a、37b具有相同的楔角，且傾斜面相對置配置。焦點位置掃描部37通過驅(qū)動機構(gòu)(省略圖示)進行移動，使得位于入射至投受光探頭5的光的光路的楔形基板37a、37b的合計的厚度產(chǎn)生變化，由此來改變共同焦點位置。通過焦點位置掃描部37的動作，入射至投受光探頭5的光的焦點距離產(chǎn)生變化。在上述實施例中，作為投光部及受光部而使用投受光探頭5，但也可以分別設(shè)置投光部和受光部。此外，在上述實施例中，取得來自測量對象膜的反射光的分光光譜以求取測量對象膜的膜厚，但本發(fā)明的干涉式膜厚計也可以求得通過了測量對象膜的透射光的分光光譜以求取測量對象膜的膜厚。圖16是用于說明干涉式膜厚計的又一實施例的示意的構(gòu)成圖。在圖16中，對于實現(xiàn)與圖1相同的功能的部分賦予相同的符號。對于實現(xiàn)與圖1相同的功能的部分，省略其詳細說明。膜厚計具備光源1、投光用光纖3、投光部39、受光部41、受光用光纖9、分光器11、運算部13、和焦點位置掃描部43。運算部13具備分光數(shù)據(jù)獲取部15、能譜算出部17、膜厚算出部19、和數(shù)據(jù)提取部21。投光部39和受光部41配置在夾著測量對象膜23的位置。從投光部39照射的光的焦點位置和入射至受光部的光的焦點位置被設(shè)定為相同的位置(共同焦點位置)。從投光部39照射的光的光軸和入射至受光部的光的光軸被配置在同一直線上。從光源I照射的白色光通過投光用光纖3而被導入到投光部39。被導入到投光部39的白色光經(jīng)由在投光部39所設(shè)置的聚光透鏡(省略圖示)而被照射至測量對象膜23。透射了測量對象膜23的光入射至受光部41，通過受光用光纖9而被導入到分光器
11。分光器11對來自受光用光纖9的光進行分光從而獲得反射分光光譜，將其變換為電信號進行輸出。運算部13基于來自分光器11的電信號，對測量對象膜23的膜厚進行運算。圖17是用于說明該實施例中共同焦點位置發(fā)生變化的情況的示意圖。參照圖16及圖17說明該情況。焦點位置掃描部43保持投光部39與受光部41的距離及角度，并且使投光部39及受光部41相對于測量對象膜23進行移動。由此，作為從投光部39照射的光的焦點位置、且入射至受光部41的光的焦點位置的共同焦點位置在規(guī)定范圍內(nèi)被掃描。例如，焦點位置掃描部43使投光部39及受光部41在與從投光部39照射的光及入射至受光部41的光的光軸平行的方向上移動。如圖16所示，從投光部39照射的光及入射至受光部41的光的焦點相對于基準位置而移動，共同焦點位置發(fā)生變化。從投光部39照射的光及入射至受光部41的光的焦點處于測量對象膜23的附近時，對受光部41入射適當?shù)姆瓷涔?。以上，說明了本發(fā)明的實施例，但材料、形狀、配置、尺寸等僅是一例，本發(fā)明并不限定于此，可以在權(quán)利要求書所記載的本發(fā)明的范圍內(nèi)進行各種的變更。
權(quán)利要求
1.一種干涉式膜厚計，具備 投光部，其將來自光源的光照射至測量對象膜； 受光部，其對來自所述測量對象膜的反射光或者透射光進行受光； 焦點位置掃描部，其使共同焦點位置在規(guī)定范圍內(nèi)進行掃描，該共同焦點位置是被所述投光部照射的光的焦點位置、并且也是入射至所述受光部的光的焦點位置， 分光數(shù)據(jù)獲取部，其獲取所述受光部所接收的光的分光光譜數(shù)據(jù)； 能譜算出部，其基于所述分光光譜數(shù)據(jù)來計算能譜； 膜厚算出部，其基于所述能譜的數(shù)據(jù)來計算所述測量對象膜的膜厚；和數(shù)據(jù)提取部，其針對所述分光光譜數(shù)據(jù)或者所述能譜的數(shù)據(jù)或者所述分光光譜數(shù)據(jù)和所述能譜的數(shù)據(jù)這兩者設(shè)置閾值，提取所述閾值以上的數(shù)據(jù)， 所述膜厚算出部輸出與所述數(shù)據(jù)提取部所提取的數(shù)據(jù)對應(yīng)的膜厚數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述投光部及所述受光部由使來自所述光源的光照射至所述測量對象膜并且接收來自所述測量對象膜的反射光的投受光部構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述焦點位置掃描部在所述投受光部與所述測量對象膜之間的光路依次插入厚度或者折射率或者厚度和折射率這兩者互相不同的多個透明平行平板，來改變所述共同焦點位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述焦點位置掃描部通過使在所述投受光部與所述測量對象膜之間的光路所配置的反射鏡進行轉(zhuǎn)動，由此改變所述共同焦點位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述焦點位置掃描部在所述反射鏡與所述測量對象膜之間的光路依次插入厚度或者折射率或者厚度和折射率這兩者互相不同的多個透明平行平板，來改變所述共同焦點位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述焦點位置掃描部通過使在所述投受光部與所述測量對象膜之間的光路所配置的透明平行平板進行轉(zhuǎn)動，使得來自入射至所述投受光部的光的焦點的光的光軸與所述透明平行平板所形成的角度發(fā)生變化，由此改變所述共同焦點位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述焦點位置掃描部使在所述投受光部與所述測量對象膜之間的光路中互相平行配置的一對反射鏡聯(lián)動地進行轉(zhuǎn)動，由此改變所述共同焦點位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述焦點位置掃描部在所述投受光部與所述測量對象膜之間的光路中依次插入焦點距離互相不同的多個透鏡，來改變所述共同焦點位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述焦點位置掃描部在所述投受光部與所述測量對象膜之間的光路中依次插入楔角或者傾斜面的配置方向或者楔角和傾斜面的配置方向這兩者互相不同的多個楔形基板，來改變所述共同焦點位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述焦點位置掃描部具備在所述投受光部與所述測量對象膜之間的光路中所配置的2個楔形基板， 所述2個楔形基板具有相同的楔角、且傾斜面對置配置， 所述焦點位置掃描部按照位于所述光路的所述2個楔形基板的合計厚度發(fā)生變化的方式移動，來改變所述共同焦點位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述投光部和所述受光部被配置在夾著所述測量對象膜的位置， 所述受光部對來自所述測量對象膜的透射光進行受光， 所述焦點位置掃描部保持所述投光部與所述受光部的距離及角度并且使所述投光部及所述受光部相對于所述測量對象膜進行移動，以改變所述共同焦點位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 11任一項所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)提取部針對所述分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度設(shè)置所述閾值。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 11任一項所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)提取部針對所述分光光譜數(shù)據(jù)中的受光強度的最大值與最小值之差設(shè)置所述閾值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 11任一項所述的干涉式膜厚計，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)提取部針對所述能譜的數(shù)據(jù)中的峰值高度設(shè)置所述閾值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠在在線式測量中進行穩(wěn)定的測量的干涉式膜厚計。該干涉式膜厚計設(shè)置有焦點位置掃描部(7)，該焦點位置掃描部(7)使作為從投受光探頭(5)照射的光的焦點位置、且入射至投受光探頭(5)的光的焦點位置的共同焦點位置在規(guī)定范圍內(nèi)進行掃描。運算部(13)具備分光數(shù)據(jù)獲取部(15)，其獲取投受光探頭(5)所接收的光的分光光譜數(shù)據(jù)；能譜算出部(17)，其基于分光光譜數(shù)據(jù)來計算能譜；膜厚算出部(19)，其基于能譜的數(shù)據(jù)來計算測量對象膜(23)的膜厚；和數(shù)據(jù)提取部(21)，其針對分光光譜數(shù)據(jù)或能譜的數(shù)據(jù)或者這兩者設(shè)置閾值，對閾值以上的數(shù)據(jù)進行提取。膜厚算出部(19)輸出與數(shù)據(jù)提取部(21)所提取的數(shù)據(jù)對應(yīng)的膜厚數(shù)據(jù)。
文檔編號G01B11/06GK103063149SQ201210394819
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者中谷貴之, 橫田博 申請人:倉敷紡織株式會社