被测物的厚度测定方法及其装置制造方法及图纸

一种被测物的厚度测定方法及其装置，可进行高速、高精度、稳定的测定，且容易保养。用偏振器３２将自光源３１射出的相干光变换为希望的直线偏振光，使该直线偏振光入射具有双折射性的被测物３３，取出正常光线和异常光线，使取出的光线进一步入射楔形棱镜３４，取出透过被测物３３的具有与测定部位的被测物３３及楔形棱镜３４相加的厚度对应而变化的相位差的光线。由检偏振器３５接受取出的光，对正常光线和异常光线抽出一个偏振光方向的分量，产生一个偏振光方向的正常光线分量和异常光线分量的干涉，将产生的干涉作为干涉条纹映照在摄像装置３６的屏幕上，通过观测映照的干涉条纹，由图像处理装置３７测定依存于干涉条纹的变位的被测物３３的厚度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及被测物的厚度测定方法及其装置，特别涉及适于水晶等具有双折射性的透明薄片的厚度测定。
技术介绍
目前，公开的有测定具有双折射性的基板的厚度的光学板厚测定装置(例如日本特开平9-292208号公报)。如图18所示，该光学板厚测定装置包括产生激光的激光光源2；偏振器3，其将自激光光源2射出的激光变换为希望的直线偏振光并入射到被测定基板4；检测器7，自透过被测定基板4的激光中抽出一个偏振光方向的分量；光检测器8，检测由检测器7抽出的激光的光强度；步进电机15，其通过齿轮13驱动安装在圆板12上的检测器7旋转；旋转编码器14，其检测检测器7的旋转角度。通过由偏振器3将激光变换为希望的直线偏振光，使该直线偏振光入射到被测定基板4，而使接收透过被测定基板4的激光并抽出一个偏振光方向的分量的检测器7以入射光轴为中心旋转，从而抽出相互正交的两个直线偏振光分量及与这些直线偏振光分量错开45度而相互正交的两个直线偏振光分量，根据这些各直线偏振光分量的相位差测定被测定基板4的板厚。被测定基板4的板厚t以下式表示t＝(λ/2π)×(1/dn)×Δ其中，λ测定波长，Δ被测定基板的相位差，2π360度，dn正常光及异常光的折射率差。一边依次使检测器7旋转，一边利用光检测器8测定每个旋转角度(例如π/2、π/4、0、-π/4)的光强度I1、I2、I3、I4，根据这些各测定结果求Δ，将该相位差Δ代入上式，求水晶等被测定基板的板厚t。据此，在测定具有双折射性的被测定基板的板厚时，不会损伤基板表面，可以μm以下的测定精度，正确测定板厚，同时，即使被测定基板的厚度为激光光源的波长λ的1/2以上，也可测定被测定基板的厚度。但是，上述现有技术存在各种问题。(1)由于需要一边依次旋转检测器，一边多次测定每个旋转角的光强度(实施方式中为四次测定)，一次不能得到点数据，故不能进行高速测定。尤其是在水晶薄片等要求的TV5(Thickness Variation Five Points)时，必须测定五个点数据，故难以实现高速化。(2)由于存在电机、齿轮、编码器等机械机构，故难于进行保养，需要控制机构的周边电路等特别的控制系统。(3)由于一次得到的信息量少，故若含有误差，则难于去除该误差，不能进行高精度的测定。(4)由于是利用光的强度测定厚度，会受到光量变化及被测物的厚度引起的光的衰减产生的影响，计测不稳定。(5)由于是用光检测器而非摄像器进行检测，故当装置的各构成要素的加工精度发生变化时，难于进行补正，也不能补正装置各构成要素的机械缺陷。(6)由于装置的一部分(圆板12和齿轮13)为接触型，故容易损伤或污损被测物，定心等向装置的安装也很困难，作业性差。本专利技术的目的在于，提供一种解决了上述现有技术的问题的被测物的厚度测定方法及其装置。
技术实现思路
本专利技术的原理如下。如图4(a)、图4(b)所示，将偏振光板构成的偏振器21和检偏振器22叠置在同一光路上，使检偏振器22旋转时(图4(a))，其透过光每隔90°(＝π/2)变亮或变暗(图4(b))。设两张偏振光板主轴的角度为φ，测定此时的光的强度时，下式(1)的关系成立(马吕斯(Malus)定律)I(φ)＝Iocos2φ(1)其中，Io为偏振器的透过强度。图5表示具有倾斜面和水平面的水晶样品的断面和透过它的光的强度波形的相位关系。由偏振器使来自光源的光形成直线偏振光，使其自垂直于水平面的方向照射在水晶样品23上，用检偏振器检测透过水晶样品的光，由CCD摄像机测定光的强度。检偏振器要与光强度最大的旋转位置相吻合。在水晶样品23中，在以一定角度研磨成楔形棱镜状的部分23a，光强度呈现周期变化，其相位形成等间隔。也就是说，不使检偏振器旋转作为空间光强度变化而得到通过使检偏振器旋转在时间轴上得到的光强度的变化。该光强度变化由式(1)表示。另外，在表背面平行、厚度一定的部分23b，无光强度变化，亮度无深浅反差。图6表示由凸面加工形成板厚差的水晶样品的断面和透过它的光强度波形的相位关系。自水晶样品24的厚度最薄的端面向最厚的中央，光强度呈现周期性变化，其相位形成不等间隔，逐渐展开。本专利技术提供一种被测物的厚度测定方法，包括将具有周期的反复明暗的光的图形照在屏幕上的工序；通过相对于该光的图形透明并具有双折射性的被测物的至少测定部位，将所述光的图形照在所述屏幕上的工序；根据通过所述测定部位照射的图形和不通过所述测定部位照射的所述图形的相位偏差、测定与该相位偏差相关的所述测定部位的厚度的工序。在本专利技术中，使具有周期的反复明暗的光的图形照在屏幕上的装置，例如使用楔形棱镜。通过楔形棱镜的波形的相位基于形成等间隔这一知识。在楔形棱镜的光路上并列设置被测定板，将被测定板的厚度加在楔形棱镜上，整体构成一个合体楔形棱镜，通过该合体楔形棱镜的光的强度与被测定板的厚度相关，由此换算并求出被测定板的厚度。也就是说，当对通过楔形棱镜的光进行摄像时，光强度极大的部位形成亮带，偏移90°相位的光强度极小的部位形成暗带，故可观测干涉条纹。在此，当在楔形棱镜上加上被测定板的厚度时，光强度波形的相位产生偏移。例如，着眼于楔形棱镜的光强度极大的部位和与之相邻的极小的部位。在两部位厚度呈直线状变化，将具有相当于两部位间厚度变化量的厚度的被测定板叠置在楔形棱镜上。于是，该极大部位的光强度由于偏移了90°相位而变为极小，对应被测定板的厚度，光强度波形产生的干涉条纹的相位产生变化。因此，可由该变化量测定被测定板的厚度。本专利技术的第一方面是一种被测物的厚度测定方法，由偏振器将相干光变换为希望的直线偏振光，将该直线偏振光入射到具有双折射性的被测物的至少测定部位，取出正常光线和异常光线，将取出的光线进一步入射到具有双折射性的楔形棱镜，取出透过所述被测物的测定部位的具有对应被测物及楔形棱镜相加的厚度而变化的相位差的光线，由检偏振器接收取出的光，对所述正常光线和异常光线抽出一个偏振光方向的分量，使该一个偏振光方向的正常光线分量和异常光线分量产生干涉，使产生的干涉作为干涉条纹映照在屏幕上，通过观测映照的干涉条纹，测定依存于该干涉条纹的变位的所述被测物测定部位的厚度。为了使其产生干涉，光源的光必须是相干的。本专利技术第二方面与第一方面相反，是入射楔形棱镜后入射被测物的被测物的厚度测定方法。也就是说，由偏振器将相干光变换为直线偏振光，将该直线偏振光入射到具有双折射性的楔形棱镜，取出正常光线和异常光线，将取出的光线进一步入射到具有双折射性的被测物的至少测定部位，取出通过所述被测物的测定部位的具有对应光路上的被测物及楔形棱镜相加的厚度而变化的相位差的光线，由检偏振器接收取出的光，对所述正常光线和异常光线抽出一个偏振光方向的分量，使该一个偏振光方向的正常光线分量和异常光线分量产生干涉，将该干涉作为干涉条纹映照在屏幕上，观测映照的干涉条纹，测定依存于该干涉条纹的变位的所述被测物测定部位的厚度。也可以取代先入射被测物后再入射楔形棱镜的方式，而将被测物和楔形棱镜交换，先入射楔形棱镜后再入射被测物。本专利技术第三方面是一种测定具有双折射性的被测物厚度的被测物的厚度测定装置，包括；光源；偏振器，其将来自所述光源的光变换为直线偏振光，并使其入射所述被测物的至少测定部位；楔形棱镜，其具有双折本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被测物的厚度测定方法，包括：将具有周期的反复明暗的光的图形照在屏幕上的工序；将所述光的图形通过相对于该光的图形透明并具有双折射性的被测物的至少测定部位照在所述屏幕上的工序；根据通过所述测定部位照射的图形和不通过所述测定部位照射的所述图形的相位偏差，测定与该相位偏差相关的所述测定部位的厚度的工序。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小林了，高桥升，
申请(专利权)人：日本马克西斯株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]