膜厚測定装置
【課題】測定のＳＮ比を低下させることなく、光ファイバの先端部に窓材を付加し、光ファイバ先端部の汚れや破損を防止することのできる膜厚測定装置を簡単な構成により実現する。
【解決手段】 白色光を投光側光ファイバを介して被測定面に照射するとともに、この被測定面からの反射光を受光側光ファイバで受け、この反射光を利用して前記被測定面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、前記投光側光ファイバの出射端と前記受光側光ファイバの受光端とを隣接して配置するとともに、この両光ファイバの端部の前方に窓材を配置し、前記投光側光ファイバから出射される白色光の光軸に対して前記窓材の取付角度を垂直状態から傾斜させる。
【解決手段】 白色光を投光側光ファイバを介して被測定面に照射するとともに、この被測定面からの反射光を受光側光ファイバで受け、この反射光を利用して前記被測定面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、前記投光側光ファイバの出射端と前記受光側光ファイバの受光端とを隣接して配置するとともに、この両光ファイバの端部の前方に窓材を配置し、前記投光側光ファイバから出射される白色光の光軸に対して前記窓材の取付角度を垂直状態から傾斜させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単層フィルムシート、フレキシブル基板、多層複合フィルムシート、その他の多層薄膜に白色光を照射し、その反射光を利用して、多層薄膜の膜厚分布や膜厚誤差等を測定する膜厚測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の膜厚測定装置の一例を示す構成図である。図に示される通り、膜厚測定装置１００は、白色光源１０１から発せられた白色光を投光側光ファイバ１０２を介して被測定フィルム２００（被測定面）に照射するとともに、被測定フィルム２００からの反射光を受光側光ファイバ１０３で受け、分光器１０４に導入する。投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３には、２つの光ファイバを先端部で１つにまとめたＹ分岐ファイバが使用されている。
【０００３】
分光器１０４の出力は、図示しない演算手段に入力され、周波数解析などの信号処理が行われ、多層薄膜の膜厚分布や膜厚誤差等が測定される。例えば、反射光の分光スペクトルを周波数信号に変換した後、ウェブレット処理を行うことにより、前記周波数信号から干渉信号以外の成分を除去し、次いで、周波数解析処理を行うことにより、薄膜の膜厚を検出する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０８３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、これまでの反射分光方式の膜厚測定装置１００では、投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３の先端部には保護用の窓材等が設けられておらず、その先端部は外環境にさらされている。
【０００６】
その理由は、Ｙ分岐ファイバでは、投光側光ファイバ１０２と受光側光ファイバ１０３とが隣接して配置されており、その先端部と被測定フィルム２００との間に窓材を入れると、窓材からの反射光が被測定フィルム２００からの反射光に混じって受光されてしまうためである。悪いことに、被測定フィルム２００よりも窓材のほうが先端部の近くに位置することになるので、窓材を設けると、測定のＳＮ比が著しく低下してしまう。
【０００７】
投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３の先端部が外環境にさらされていると、特に、膜厚測定装置をオンライン測定に用いた場合には、光ファイバの先端部が塗工物の汚れや雰囲気による腐食による影響を直接受けてしまう。例えば、光ファイバの先端部が汚れた場合には、ＳＮ比の低下を避けるために、この汚れを取り除く必要があるが、光ファイバを破損してしまう危険があり、取り扱いには注意を要する。先端部を清掃中に破損してしまったり、先端部に修復不可能な汚れが付着した場合には、高価な光ファイバを交換しなければならない。また、光ファイバを交換するまでの間は測定が不可能になるので、フィルム製造のダウンタイムを最小にするためには、高価な光ファイバの予備品をストックしておく必要がある。さらに、光ファイバを交換すると、光学特性が若干変わるために、新たに校正を行う必要があり、余分な工数が発生してしまう。
【０００８】
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、測定のＳＮ比を低下させることなく、光ファイバの先端部に窓材を付加し、光ファイバ先端部の汚れや破損を防止することのできる膜厚測定装置を簡単な構成により実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に示される膜厚測定装置は、白色光を投光側光ファイバを介して被測定面に照射するとともに、この被測定面からの反射光を受光側光ファイバで受け、この反射光を利用して前記被測定面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、前記投光側光ファイバの出射端と前記受光側光ファイバの受光端とを隣接して配置するとともに、この両光ファイバの端部の前方に窓材を配置し、前記投光側光ファイバから出射される白色光の光軸に対して前記窓材の取付角度を垂直状態から傾斜させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に示される膜厚測定装置は、請求項１の膜厚測定装置において、前記投光側光ファイバおよび受光側光ファイバをＹ分岐ファイバにより構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に示される膜厚測定装置は、請求項１または２の膜厚測定装置において、前記窓材は、測定動作に利用する波長領域において吸収のない材質であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の膜厚測定装置によれば、投光側光ファイバの出射端と受光側光ファイバの受光端との前方に窓材を配置するとともに、投光側光ファイバから出射される白色光の光軸に対してこの窓材の取付角度を垂直状態から傾斜させるようにしているので、窓材により反射された白色光が受光側光ファイバに入射してしまうことがなく、測定のＳＮ比を低下させることなく、光ファイバの先端部に窓材を付加し、光ファイバ先端部の汚れや破損を防止することのできる膜厚測定装置を簡単な構成により実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明の膜厚測定装置を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の膜厚測定装置の一実施例を示す構成図である。図において、前記図６と同様のものは、同一符号を付して示す。
【００１５】
１０５は膜厚測定装置１００のケースであり、投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３の先端部の前方には、窓材１０６が設けられている。
したがって、投光側光ファイバ１０２から出射された白色光は、窓材１０６を介して被測定フィルム２００（被測定面）に照射され、被測定フィルム２００からの反射光は窓材１０６を介して受光側光ファイバ１０３に入射する。
【００１６】
このように、投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３の前方に窓材１０６を設けると、光ファイバの先端部が直接外環境にさらされてしまうことがなく、先端部を汚れや破損から保護することができる。
【００１７】
また、窓材１０６は投光側光ファイバ１０２から出射される白色光の光軸に対して、垂直状態から傾斜させた状態で取り付けられている。
窓材１０６を白色光の光軸に対して傾斜させて取り付けることにより、投光側光ファイバ１０２から出射された白色光が受光側光ファイバ１０３に戻ってくることを避け、窓材１０６での反射に影響されることなく、被測定フィルム２００の膜厚を測定することができる。
【００１８】
図２は、窓材１０６の取付状態を示す拡大図である。図に示されるように、窓材１０６の傾斜角度αは、使用する光ファイバ固有の開口数により定まる照射光の広がり角Θか、分光計の許容入射角のうちの、小さい方を基準として、それより大きな角度となるように設定される。
例えば、開口数が０．２の光ファイバを使用した場合には、白色光の広がり角は約１２度となるので、窓材１０６の傾斜角度αを、１５度とすれば良い。
【００１９】
図３は、窓材１０６に傾斜を持たせずに取り付けた場合（被測定フィルムなし）の反射光スペクトルであり、図４は、この状態で被測定フィルム２００を測定した場合の反射光スペクトルである。図の比較から分かるように、窓材１０６を傾斜を持たせずに取り付けた場合には、受光側光ファイバ１０３に入射する光は、窓材１０６からの反射光が支配的となり、測定のＳ／Ｎ比が著しく低下してしまい、膜厚の測定が困難になってしまう。
【００２０】
また、図５は、窓材１０６に傾斜を持たせて取り付け、被測定フィルム２００を測定した場合の反射光スペクトルである。図から明らかなように、被測定フィルム２００の特性に応じたスペクトル変化が観察されており、このスペクトル変化を利用して、膜厚の測定が可能である。
【００２１】
このように、投光側光ファイバ１０２の出射端と受光側光ファイバ１０３の受光端との前方に窓材１０６を配置するとともに、投光側光ファイバ１０２から出射される白色光の光軸に対してこの窓材１０６の取付角度を垂直状態から傾斜させるようにすると、窓材１０６により反射された白色光が受光側光ファイバ１０３に入射してしまうことがなく、窓材１０６からの反射光に影響されることなく、分光計のフルスケールで被測定フィルム２００からの干渉信号を測定することができる。
【００２２】
また、窓材１０６の材質として、測定動作に利用する波長領域において吸収のない材質を選ぶことにより、窓材１０６の挿入が測定動作に不要な影響を与えてしまうことを防止することができる。
【００２３】
なお、上記の説明においては、測定対象として、被測定フィルム２００を例示したが、測定の対象はフィルムに限られるものではなく、フレキシブル基板や多層複合フィルムシート、その他の多層薄膜が測定の対象となる。
また、測定項目も、膜厚ばかりではなく、多層薄膜の膜厚分布や膜厚誤差等が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の膜厚測定装置の一実施例を示す構成図。
【図２】窓材１０６の取付状態を示す拡大図。
【図３】窓材１０６に傾斜を持たせずに取り付けた場合（被測定フィルムなし）の反射光スペクトル。
【図４】図３の状態で被測定フィルム２００を測定した場合の反射光スペクトル。
【図５】窓材１０６に傾斜を持たせて取り付け、被測定フィルム２００を測定した場合の反射光スペクトル。
【図６】従来の膜厚測定装置の一例を示す構成図。
【符号の説明】
【００２５】
１００ 膜厚測定装置
１０１ 白色光源
１０２ 投光側光ファイバ
１０３ 受光側光ファイバ
１０４ 分光器
１０５ ケース
１０６ 窓材
２００ 被測定フィルム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単層フィルムシート、フレキシブル基板、多層複合フィルムシート、その他の多層薄膜に白色光を照射し、その反射光を利用して、多層薄膜の膜厚分布や膜厚誤差等を測定する膜厚測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の膜厚測定装置の一例を示す構成図である。図に示される通り、膜厚測定装置１００は、白色光源１０１から発せられた白色光を投光側光ファイバ１０２を介して被測定フィルム２００（被測定面）に照射するとともに、被測定フィルム２００からの反射光を受光側光ファイバ１０３で受け、分光器１０４に導入する。投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３には、２つの光ファイバを先端部で１つにまとめたＹ分岐ファイバが使用されている。
【０００３】
分光器１０４の出力は、図示しない演算手段に入力され、周波数解析などの信号処理が行われ、多層薄膜の膜厚分布や膜厚誤差等が測定される。例えば、反射光の分光スペクトルを周波数信号に変換した後、ウェブレット処理を行うことにより、前記周波数信号から干渉信号以外の成分を除去し、次いで、周波数解析処理を行うことにより、薄膜の膜厚を検出する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０８３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、これまでの反射分光方式の膜厚測定装置１００では、投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３の先端部には保護用の窓材等が設けられておらず、その先端部は外環境にさらされている。
【０００６】
その理由は、Ｙ分岐ファイバでは、投光側光ファイバ１０２と受光側光ファイバ１０３とが隣接して配置されており、その先端部と被測定フィルム２００との間に窓材を入れると、窓材からの反射光が被測定フィルム２００からの反射光に混じって受光されてしまうためである。悪いことに、被測定フィルム２００よりも窓材のほうが先端部の近くに位置することになるので、窓材を設けると、測定のＳＮ比が著しく低下してしまう。
【０００７】
投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３の先端部が外環境にさらされていると、特に、膜厚測定装置をオンライン測定に用いた場合には、光ファイバの先端部が塗工物の汚れや雰囲気による腐食による影響を直接受けてしまう。例えば、光ファイバの先端部が汚れた場合には、ＳＮ比の低下を避けるために、この汚れを取り除く必要があるが、光ファイバを破損してしまう危険があり、取り扱いには注意を要する。先端部を清掃中に破損してしまったり、先端部に修復不可能な汚れが付着した場合には、高価な光ファイバを交換しなければならない。また、光ファイバを交換するまでの間は測定が不可能になるので、フィルム製造のダウンタイムを最小にするためには、高価な光ファイバの予備品をストックしておく必要がある。さらに、光ファイバを交換すると、光学特性が若干変わるために、新たに校正を行う必要があり、余分な工数が発生してしまう。
【０００８】
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、測定のＳＮ比を低下させることなく、光ファイバの先端部に窓材を付加し、光ファイバ先端部の汚れや破損を防止することのできる膜厚測定装置を簡単な構成により実現することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に示される膜厚測定装置は、白色光を投光側光ファイバを介して被測定面に照射するとともに、この被測定面からの反射光を受光側光ファイバで受け、この反射光を利用して前記被測定面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、前記投光側光ファイバの出射端と前記受光側光ファイバの受光端とを隣接して配置するとともに、この両光ファイバの端部の前方に窓材を配置し、前記投光側光ファイバから出射される白色光の光軸に対して前記窓材の取付角度を垂直状態から傾斜させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に示される膜厚測定装置は、請求項１の膜厚測定装置において、前記投光側光ファイバおよび受光側光ファイバをＹ分岐ファイバにより構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に示される膜厚測定装置は、請求項１または２の膜厚測定装置において、前記窓材は、測定動作に利用する波長領域において吸収のない材質であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の膜厚測定装置によれば、投光側光ファイバの出射端と受光側光ファイバの受光端との前方に窓材を配置するとともに、投光側光ファイバから出射される白色光の光軸に対してこの窓材の取付角度を垂直状態から傾斜させるようにしているので、窓材により反射された白色光が受光側光ファイバに入射してしまうことがなく、測定のＳＮ比を低下させることなく、光ファイバの先端部に窓材を付加し、光ファイバ先端部の汚れや破損を防止することのできる膜厚測定装置を簡単な構成により実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明の膜厚測定装置を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の膜厚測定装置の一実施例を示す構成図である。図において、前記図６と同様のものは、同一符号を付して示す。
【００１５】
１０５は膜厚測定装置１００のケースであり、投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３の先端部の前方には、窓材１０６が設けられている。
したがって、投光側光ファイバ１０２から出射された白色光は、窓材１０６を介して被測定フィルム２００（被測定面）に照射され、被測定フィルム２００からの反射光は窓材１０６を介して受光側光ファイバ１０３に入射する。
【００１６】
このように、投光側光ファイバ１０２および受光側光ファイバ１０３の前方に窓材１０６を設けると、光ファイバの先端部が直接外環境にさらされてしまうことがなく、先端部を汚れや破損から保護することができる。
【００１７】
また、窓材１０６は投光側光ファイバ１０２から出射される白色光の光軸に対して、垂直状態から傾斜させた状態で取り付けられている。
窓材１０６を白色光の光軸に対して傾斜させて取り付けることにより、投光側光ファイバ１０２から出射された白色光が受光側光ファイバ１０３に戻ってくることを避け、窓材１０６での反射に影響されることなく、被測定フィルム２００の膜厚を測定することができる。
【００１８】
図２は、窓材１０６の取付状態を示す拡大図である。図に示されるように、窓材１０６の傾斜角度αは、使用する光ファイバ固有の開口数により定まる照射光の広がり角Θか、分光計の許容入射角のうちの、小さい方を基準として、それより大きな角度となるように設定される。
例えば、開口数が０．２の光ファイバを使用した場合には、白色光の広がり角は約１２度となるので、窓材１０６の傾斜角度αを、１５度とすれば良い。
【００１９】
図３は、窓材１０６に傾斜を持たせずに取り付けた場合（被測定フィルムなし）の反射光スペクトルであり、図４は、この状態で被測定フィルム２００を測定した場合の反射光スペクトルである。図の比較から分かるように、窓材１０６を傾斜を持たせずに取り付けた場合には、受光側光ファイバ１０３に入射する光は、窓材１０６からの反射光が支配的となり、測定のＳ／Ｎ比が著しく低下してしまい、膜厚の測定が困難になってしまう。
【００２０】
また、図５は、窓材１０６に傾斜を持たせて取り付け、被測定フィルム２００を測定した場合の反射光スペクトルである。図から明らかなように、被測定フィルム２００の特性に応じたスペクトル変化が観察されており、このスペクトル変化を利用して、膜厚の測定が可能である。
【００２１】
このように、投光側光ファイバ１０２の出射端と受光側光ファイバ１０３の受光端との前方に窓材１０６を配置するとともに、投光側光ファイバ１０２から出射される白色光の光軸に対してこの窓材１０６の取付角度を垂直状態から傾斜させるようにすると、窓材１０６により反射された白色光が受光側光ファイバ１０３に入射してしまうことがなく、窓材１０６からの反射光に影響されることなく、分光計のフルスケールで被測定フィルム２００からの干渉信号を測定することができる。
【００２２】
また、窓材１０６の材質として、測定動作に利用する波長領域において吸収のない材質を選ぶことにより、窓材１０６の挿入が測定動作に不要な影響を与えてしまうことを防止することができる。
【００２３】
なお、上記の説明においては、測定対象として、被測定フィルム２００を例示したが、測定の対象はフィルムに限られるものではなく、フレキシブル基板や多層複合フィルムシート、その他の多層薄膜が測定の対象となる。
また、測定項目も、膜厚ばかりではなく、多層薄膜の膜厚分布や膜厚誤差等が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の膜厚測定装置の一実施例を示す構成図。
【図２】窓材１０６の取付状態を示す拡大図。
【図３】窓材１０６に傾斜を持たせずに取り付けた場合（被測定フィルムなし）の反射光スペクトル。
【図４】図３の状態で被測定フィルム２００を測定した場合の反射光スペクトル。
【図５】窓材１０６に傾斜を持たせて取り付け、被測定フィルム２００を測定した場合の反射光スペクトル。
【図６】従来の膜厚測定装置の一例を示す構成図。
【符号の説明】
【００２５】
１００ 膜厚測定装置
１０１ 白色光源
１０２ 投光側光ファイバ
１０３ 受光側光ファイバ
１０４ 分光器
１０５ ケース
１０６ 窓材
２００ 被測定フィルム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を投光側光ファイバを介して被測定面に照射するとともに、この被測定面からの反射光を受光側光ファイバで受け、この反射光を利用して前記被測定面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、
前記投光側光ファイバの出射端と前記受光側光ファイバの受光端とを隣接して配置するとともに、
この両光ファイバの端部の前方に窓材を配置し、
前記投光側光ファイバから出射される白色光の光軸に対して前記窓材の取付角度を垂直状態から傾斜させたことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
前記投光側光ファイバおよび受光側光ファイバをＹ分岐ファイバにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記窓材は、測定動作に利用する波長領域において吸収のない材質であることを特徴とする請求項１または２に記載の膜厚測定装置。
【請求項１】
白色光を投光側光ファイバを介して被測定面に照射するとともに、この被測定面からの反射光を受光側光ファイバで受け、この反射光を利用して前記被測定面に形成された薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置において、
前記投光側光ファイバの出射端と前記受光側光ファイバの受光端とを隣接して配置するとともに、
この両光ファイバの端部の前方に窓材を配置し、
前記投光側光ファイバから出射される白色光の光軸に対して前記窓材の取付角度を垂直状態から傾斜させたことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
前記投光側光ファイバおよび受光側光ファイバをＹ分岐ファイバにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記窓材は、測定動作に利用する波長領域において吸収のない材質であることを特徴とする請求項１または２に記載の膜厚測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２６８０９３（Ｐ２００８−２６８０９３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１３６７７（Ｐ２００７−１１３６７７）
【出願日】平成１９年４月２４日（２００７．４．２４）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２４日（２００７．４．２４）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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