(57)【要約】【課題】容易に実施でき、高い精度で厚みを決定することができる透明試料の厚み測定の可能性を提供すること。【解決手段】本発明は、透明試料（２）、特に、ガラス片、又は、ガラス板の厚みを測定する装置に関する。この装置は、試料（２）の前面（８）に第１入射角（α１）で当たる第１光線（Ｌ１）、特に第１レーザビームと、試料（２）の前面（８）に、入射角（α１）と異なる入射角（α２）で当たる第２光線（Ｌ２）、特に第２レーザビームと、前記第１及び前記第２入射光線（Ｌ１、Ｌ２）が試料によって反射される反射光線（Ｌ１´、Ｌ１´´、Ｌ２´、Ｌ２´´）を検知し、それら反射光線の位置を決定する少なくとも１つの検知器（１１、１２）とを備える。また、曲率補正を可能とするために、前記第１又は前記第２光線（Ｌ１、Ｌ２）に略平行な少なくとも１つの入射光線（Ｌ３）が、試料（２）の前面（８）に向かい、さらに、平行光線（Ｌ３）が試料（２）によって反射される光線（Ｌ３´）を検知し、その位置を決定するために、少なくとも１つの検知器（１１）が設けられる。本発明は、また、それに対応する方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明試料（２）、特に、ガラス片、又は、ガラス板の厚みを測定する装置であって、前記装置は、
前記試料（２）の前面（８）に第１入射角（α１）で斜めに入射する第１光線（Ｌ１）、特に、第１レーザビームと、
前記試料（２）の前記前面（８）に、前記第１入射角（α１）と異なる第２入射角（α２）で斜めに入射する第２光線（Ｌ２）、特に、第２レーザビームと、
前記試料（２）によって反射される前記第１入射光線（Ｌ１）及び前記第２入射光線（Ｌ２）の反射光線（Ｌ１´、Ｌ１´´、Ｌ２´、Ｌ２´´）を検知し、前記反射光線の位置を決定する少なくとも１つの検知器（１１、１２）と、を備え、
前記第１光線（Ｌ１）又は前記第２光線（Ｌ２）に略平行な少なくとも１つの入射光線（Ｌ３）は、前記試料（２）の前記前面（８）に向かい、
前記平行光線（Ｌ３）が前記試料（２）によって反射される反射光線（Ｌ３´）を検知し、その位置を決定するために、少なくとも１つの検知器（１１）が設けられることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記第３入射光線（Ｌ３）は、オフすることが可能であることを特徴とする前記装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の装置において、前記入射光線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）及び／又は前記反射光線（Ｌ１´、Ｌ１´´、Ｌ２´、Ｌ２´´、Ｌ３´）は、共通の光線面（１４）にあることを特徴とする前記装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、前記装置（１）及び前記透明試料（２）は、相対移動させられることを特徴とする前記装置。
【請求項５】
請求項３と請求項４記載の装置において、前記相対移動の方向（１５）は、前記入射光線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）及び／又は前記反射光線（Ｌ１´、Ｌ１´´、Ｌ２´、Ｌ２´´、Ｌ３´）の前記共通の光線面（１４）にあることを特徴とする前記装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置において、前記第１入射角(α１)及び前記第２入射角（α２）は、前記第１光線（Ｌ１）及び前記第２光線（Ｌ２）によって画定される光線面（１４）において、入射領域（１０）の試料法線（９）に対してそれぞれ異なる側にあることを特徴とする前記装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置において、２つの検知器（１１、１２）が、前記試料（２）の前記前面（８）に好ましくは垂直に、互いに離間して配置されることを特徴とする前記装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置において、前記第１入射光線（Ｌ１）、前記第２入射光線（Ｌ２）、前記第３入射光線（Ｌ３）の前記試料（２）上における前記入射領域（１０）は、前記反射光線（Ｌ１´、Ｌ１´´、Ｌ２´、Ｌ２´´、Ｌ３´）を検知する２つの向かい合った検知器の間隔よりも小さいことを特徴とする前記装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置において、さらに、１つの光線（Ｌ）から３つの前記光線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を生成する２つのビームスプリッタ（３、４）を備えたことを特徴とする前記装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置において、さらに、前記少なくとも１つの検知器（１１、１２）に接続され、前記試料（２）の厚みを決定し、特に、傾斜補正、角度補正及び／又は曲率補正を行うための評価装置を備えたことを特徴とする前記装置。
【請求項１１】
透明試料（２）の厚みを測定する方法であって、特に、請求項１〜９記載の装置（１）を用いる方法であって、
第１光線（Ｌ１）を前記試料（２）の前面（８）に第１入射角（α１）で斜めに入射させ、前記前面（８）で反射される反射光線（Ｌ１´）の位置及び前記試料（２）の後面（１３）で反射される反射光線（Ｌ１´´）の位置を決定する工程と、
第２光線（Ｌ２）を前記試料（２）の前記前面（８）に、前記第１入射角（α１）と異なる第２入射角（α２）で斜めに入射させ、前記前面（８）で反射される反射光線（Ｌ２´）の位置及び前記後面（１３）で反射される反射光線（Ｌ２´）の位置を決定する工程と、
前記第１光線（Ｌ１）が前記前面（８）及び前記後面（１３）で反射される前記反射光線（Ｌ１´、Ｌ１´´）の間隔、及び／又は、前記第２光線（Ｌ２）が前記前面（８）及び、前記後面（１３）で反射される前記反射光線（Ｌ２´、Ｌ２´´）の間隔、から前記透明試料（２）の厚みを決定する工程と、
前記反射光線（Ｌ１´、Ｌ１´´、Ｌ２´、Ｌ２´´）の少なくとも一部の反射光線の位置を比較することによって、傾斜及び／又はくさび角度補正を行う工程と、
を備えた測定方法であって、
少なくとも第３光線（Ｌ３）が、前記第１又は前記第２光線（Ｌ１、Ｌ２）に略平行に、既知の間隔（ｓ）で、前記前面（８）に斜めに入射し、前記互いに平行な光線（Ｌ２、Ｌ３）が前記前面（８）及び前記後面（１３）でそれぞれ反射する各反射光線（Ｌ２´、Ｌ３´）の位置を決定することによって曲率補正を行うことを特徴とする測定方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の測定方法において、前記第１光線（Ｌ１）及び前記第２光線（Ｌ２）は、前記第１光線（Ｌ１）と前記第２光線（Ｌ２）とで画定される光線面（１４）において、入射領域（１０）の試料法線（９）に対して異なる側から、前記試料（２）の前記前面（８）に入射することを特徴とする測定方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の測定方法において、前記第１及び前記第２入射角（α１、α２）の絶対値が等しく、好ましくは４５°であることを特徴とする測定方法。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の測定方法において、傾斜及び／又はくさび角度補正のために、好ましくは前記前面（８）で反射される各反射光線（Ｌ１´、Ｌ２´）の各位置から前記試料（２）までの各離間間隔を決定し、前記各離間間隔が一致しない場合にくさび角度、又は、傾斜補正を行うことを特徴とする測定方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の測定方法において、くさび角又は傾斜角（δ、σ）は、前記反射光線の一致しない間隔によって決定されることを特徴とする測定方法。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の測定方法において、前記第３光線（Ｌ３）の前記反射光線（Ｌ３´）と前記第３光線に平行な前記第１又は前記第２光線（Ｌ２）の前記反射光線（Ｌ２´）との間の間隔を決定し、適合する場合は、曲率補正を行うことを特徴とする測定方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の測定方法において、前記第３光線（Ｌ３）の反射光線（Ｌ３´）と前記第３光線に平行な前記第１又は前記第２光線（Ｌ２）の前記反射光線（Ｌ２´）との間の間隔から、曲率半径（Ｒ）及び／又は曲率角度を決定することを特徴とする測定方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の測定方法において、屈折力は、前記曲率半径（Ｒ）から決定されることを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明試料、特にガラス片やガラス板であり、好ましくは表面が滑らかである透明試料の厚みを測定する装置に関し、前記装置は、透明試料の前面に第１入射角で斜めに入射する第１光線、特に第１レーザビームと、透明試料の前面に第１入射角と異なる第２入射角で斜めに入射する第２光線、特に第２レーザビームと、前記第１入射光線及び前記第２入射光線が透明試料によって反射された光線を検知し、それらの位置を特定する少なくとも１つの検知器を有する。また、本発明は、本発明に係る前記装置によって好適に実行されることが可能な厚み測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス厚は、ガラス板やガラス片等の製造においては標準規格化されている。これらの標準規格厚は、製造中において遵守されるべき許容誤差を有している。もし、厚みの連続測定及び安定なプロセスによって許容限度をより低くして製造できれば、大量生産において相当量のガラスを無駄にすることがなくなる。さらに、良好な制御に基づき、所定の加工幅の範囲内で市販のガラスの幅を広げることが可能であれば、良好なガラスの歩留まりを高めることができる。フロートガラス工場にてガラスの厚みを切り替える場合でも、連続測定が可能であれば、ある厚みから別の厚みへ切り替える時間を最小にすることが可能である。これもまた市販ガラスの歩留まりを高める。
【０００３】
ガラスや透明材の厚みの測定においては、レーザビームを所定の角度で被測定表面に照射する透明材の厚みの非接触自動測定装置が知られている。そこでは、レーザビームの一部が、測定対象物の前面にて反射される。ビームの別の部分は、屈折し、測定対象物の中に入り、後面で反射され、再び、前面で屈折するといったように、２つの光線は測定対象物によって再帰反射される。これら２つの反射面の間隔が、測定対象物の厚みであり、これに対して評価が行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
測定対象物の２つの表面が平行でない場合や、測定対象物と測定装置との間が傾斜している場合でも信頼性のある測定値を得るために、ドイツ特許公開第４１４３１８６号（ＤＥ４１４３１８６Ａ１）では以下の装置を提案している。この装置は、２つのレーザ光源と、２つのビームスプリッタと、２つのラインセンサを有しており、それらは、偏向プリズムに対して対称に配置されており、２つのレーザ光源からのビームは異なる方向で測定対象物に向かい、測定対象物の前面及び後面で反射された光が偏向プリズム及びビームスプリッタを通ってラインセンサに達するようになっている。これは、ビーム経路が比較的複雑になり、また、多数の光学素子が必要となるといった問題がある。さらに、測定試料の曲率を検知して補正することできないため、相当な測定誤差が測定値に影響を与える。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、容易に実施でき、高い精度で厚みを決定することができる厚み測定の可能性を提案することである。
【０００６】
この目的は、基本的には以下のように、最初に述べられたタイプの装置の場合において実現される。すなわち、第１光線又は第２光線に対して略平行な少なくとも１つの入射光線が試料の前面に向かい、また、それら平行な光線が試料によって反射された光線を検知し、その位置を決定するために、少なくとも１つの検知器が設けられる。右側又は左側に入射する、第１又は第２レーザビームに対して平行なさらに別のレーザビームが取り付けられることによって、また、これら平行ビームが試料の前面で反射されることによって、例えば、存在するであろう試料の曲率半径を、検査する表面部分において定めることができる。この目的のため、これら２つの反射ビームの間隔が、被測定ガラスから所定の距離だけ離れて、測定される。測定される試料の厚みの補正は、曲率半径の情報から得られる。３つの入射ビームを以上のように配置することで、簡単な方法によって、傾斜補正、くさび角度補正、曲率補正を行うことが可能となる。すなわち、本発明の装置にかかる厚みセンサが高精度で厚みを決定でき、比較的簡単で小型の設計で測定を実施できる。
【０００７】
平行に入射する前記第３光線は曲率補正のみに必要であるので、第３光線は測定時には必要とされておらず、このため、本発明においては、測定時に外乱となる影響を避けるため、第３光線はＯＦＦすることができるような構成になっている。特に傾斜補正及びくさび角度補正の際に第３光線はＯＦＦされる。
【０００８】
本発明の好適な実施形態においては、入射光線及び／又は反射光線は、共通の光線面にあり、測定結果の解析、また、設計を実施することが、特に容易になる。
【０００９】
本発明によれば、前記装置と透明試料は、互いに移動させることが可能であり、特に、ガラス片やガラス板の現行生産におけるモニター作業中において使用することが可能である。これによって、生産工程での連続モニターが可能となる。これを実現するために、前記装置には、試料、例えば、ガラス板やガラス片が前記装置を通るように進ませることができる対応付けられたガイド手段が設けられる。また、前記ガイド手段は、透明試料が厚みセンサの前方に決められた配置構成になるように、試料を位置調整する働きもする。これは、前記装置の光学システム、特に、測定ヘッドに対して試料表面の位置合わせをするのに役立つ。
【００１０】
一般に、ガラスを引く方向すなわちガラス移動方向に対して横方向の光学欠陥は、ガラスを引く方向の光学欠陥よりも大きいので、固定の厚みセンサが与えられた際、試料の移動方向、特に試料を引く方向、すなわち、試料移動方向が、入射光線及び／又は反射光線の共通の光線面にあるように、上述の光学欠陥を配置することが好適である。さらに、試料法線に対して垂直であることが好ましい。もちろん、相対移動方向が共通の光線面に配置されず、光線面を横切るように配置される場合でも、本発明を適用することはできる。
【００１１】
測定結果の解析に対して有効な厚みセンサの対称的な設計を実現するために、第１入射角及び第２入射角は、入射領域における試料法線に対して両側にある第１光線と第２光線とで画定される光線面にあるようにする。もし、試料の前方にある厚みセンサが水平に配置されておらず、試料法線が、共通の光線面にない場合は、試料法線を光線面に投射したものが、基準となる。特に、試料法線の両側にある入射角の絶対値が等しい場合は有効である。それらは、例えば、４５°の大きさである。
【００１２】
反射光線を検知するため、本発明によれば、２つの検知器が互いに離間するように配置され、好ましくは、試料表面に垂直であり、また、それら検知器のセンサ表面は互いに向き合うことが好ましい。そのようなセンサ配置では、両方の検知器において空間分解の方法で、試料にて反射される入射光線の全てを通常は検知できる。ＣＣＤチップ、ラインカメラやその他の空間分解ディテクタが、そのような検知器として考えられる。
【００１３】
本発明によれば、第１、第２及び第３入射光線の試料上の入射領域は、２つの相対する検知器、好ましくは全ての反射光線を検知する検知器の離間間隔よりも小さいことが推奨される。試料前面上に全ての入射光線が当たる点によって画定される入射領域は、全ての反射光線が検知器で検知されるように好適に選ばれる。
【００１４】
必要とされる光源、特に、レーザ、の数を最小限にするため、好適な実施形態では、一つの光線から３つの光線を生成するために２つのビームスプリッタが設けられる。これによって、本発明に係る厚みセンサを作製する際のコスト効率がより良くなる。さらに、ビームスプリッタからの光線は、ある決められた角度で、出射するので、調整がより簡単になる。すなわち、元の光線、ビームスプリッタユニット及び、該当する場合は、光学測定ヘッドの範囲を決める２つの偏向ミラー、これらの調整をした後に、本発明に係るシステムのように、ビームが導波される設定となる。ここで、ビームスプリッタは、通過するビームに対して９０°の角度で光線を出力する。これによって、試料の仮想表面法線に対して垂直に配置された２つの平行な偏向ミラーを用いて、４５°の入射角を容易に設定することができる。ここで、第３レーザビームをＯＮ、ＯＦＦするため、第３光線を発生させるビームスプリッタのうちの１つは、ＯＮ／ＯＦＦ切り替え可能な設計になっている。
【００１５】
測定結果を適切に評価するため、少なくとも１つの検知器に接続された評価装置が、試料の厚み決定用に設けられ、特に、傾斜補正、角度補正及び／又は曲率補正が実行される。以下で記載される本発明に係る方法は、上述の装置と関係なく用いることもできるが、以下では特に、この評価ユニットにおいて実施される。
【００１６】
透明試料、特に滑らかな表面を有する試料、の厚みを測定する本発明に係る方法においては、第１光線を、試料の前面に第１入射角で斜めに入射させ、前面及び後面にて反射された各光線の位置が決定される。また、第２光線を、試料の前面に第１入射角と異なる第２入射角で斜めに入射させ、前面及び後面にて反射された各光線の位置が決められる。そして、第１光線及び／又は第２光線が前面及び後面で反射されたそれら光線の間隔により、透明試料の厚みが決定される。さらに、少なくとも反射光線の一部の位置を比較することによって、傾斜及び／又はくさび角補正が、実行される。
【００１７】
さらに、存在し得る試料の湾曲を検知するために、少なくとも１つの第３光線が、第１又は第２光線に対してある特定の間隔で、すなわち略平行に可能な限りに調整された精度で、平行に試料前面に斜めに入射し、これら平行光線が、前面及び後面にて、それぞれ反射される光線の位置を決定することで曲率補正が実行される。
【００１８】
第１及び第２光線によって画定される光線面において、第１光線及び第２光線は、入射領域における試料法線に対して異なる方向から試料の前面に入射することが好ましい。この場合、入射領域は、入射光線が試料に当たる領域である。好適な構成においては、測定ヘッドの全体の大きさをできる限り小さくするため、これらの光線を互いに近接させるが、異なる光路が混合することを避けるため、少なくとも僅かにずらした状態で試料の表面に当てる。そうでないと、測定用や評価用の電子機器のコストが高くなる。また、上述の方法を用いる際は、第１及び第２入射ビームと反射ビーム、該当する場合は、さらに第３入射ビームと反射ビームとの共通の光線面に、試料法線が存在するように、試料及び厚みセンサを配置することが好ましい。
【００１９】
このシステムにおいて、測定結果の解析を容易にする高い対称性を実現するためには、第１入射角及び第２入射角の絶対値を等しくし、好ましくは、略４５°にするのがよい。
【００２０】
本発明においては、傾斜補正及び／又はくさび角度補正を行うため、好ましくは前面にて反射された各光線の位置から試料までの各離間間隔が決定され、それらの離間間隔が一致しない場合、くさび角補正及び／又は傾斜補正が行われる。試料からの離間間隔を比較すると、例えば、絶対値が異なる入射角によってビーム経路が異なっていることが判断できる。
【００２１】
本発明によれば、第１光線と第２光線の各反射光線の離間間隔が一致しない場合、くさび角、又は、傾斜角を決定し、それを用いて、前もって決められた厚みに対して補正を行うことができる。
【００２２】
本発明によれば、曲率を決定するために、第３光線の反射光線と第３光線に略平行な第１光線又は第２光線の反射光線との間の間隔を決定し、曲率補正を実行することが可能となる。この目的のためには、好適には、第３光線の反射光と第３光線に平行な-第１光線又は第２光線の反射光との間の間隔から、曲率半径及び／又は曲率角度が決定される。それによって、傾斜補正又はくさび角補正によって既に補正された厚みがさらに補正される。
【００２３】
さらに、本発明によれば、Ｄ＝２／Ｒの関係を用いて、曲率半径Ｒから屈折力Ｄを決定する。
【００２４】
本発明のさらなる効果、特徴、用途は、例示する実施形態の以下の説明及び添付図面によって、明白になるであろう。また、本発明の請求項の組合せ、又は、本発明の参照にかかわらず、ここで説明され、及び／又は図示される全ての特徴は、本発明の一部をなす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、厚みセンサ１を概略的に示す。この厚みセンサ１は、好ましくは滑らかな表面を有する透明試料の厚みを測定する装置を構成する。試料は、ガラス片２又はガラス板である。
【００２６】
厚みセンサ１は、集束された平行光又はレーザビームＬを発生するレーザ（図示せず）を有する。これら集束された平行光又はレーザビームＬは、前後に配列された２つのビームスプリッタ３、４を通る。レーザビームＬは、ビームスプリッタ３、４で分離され、３つのレーザビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３になる。第１レーザビームＬ１は、レーザビームＬの方向に２つのビームスプリッタ３、４を通り、略４５°の角度で第１ミラー５へ達し、そこで反射される。第２ビームスプリッタ４においては、第２レーザビームＬ２は、略９０°の角度でレーザビームＬから離れ、略４５°の角度で第２ミラー６へ達し、そこで反射される。２つのミラー５、６は、光学ビーム空間を画定し、厚みセンサ１の測定ヘッドを形成し、また、ビームスプリッタ３、４の両側にそれぞれの反射面が互いに向き合うように平行に配置される。ここでは、ミラー５、６は、ガラス片２の表面に対して垂直に配置される。レーザビームＬ１及びＬ２に関して略鏡面対称である厚みセンサ１の配置は以上のように実現される。しかしながら、本発明は、この有利な配置に限定されるものではない。
【００２７】
ミラー５、６によって向きを変えられたレーザビームＬ１、Ｌ２は、ガラス片２に向かって、厚みセンサ１の前方間隙部７を通ってガラス片２の前面８にそれぞれ４５°の入射角α１、α２で入射する。ビームＬ１及びＬ２の入射領域１０において、入射角α１、α２は、試料法線９を基準に正負符号が異なるが、それぞれの絶対値が等しいことを前提として、ビームＬ１、Ｌ２は異なる方向から、具体的には右及び左からガラス片２の前面８に入射する。
【００２８】
入射ビームＬ１、Ｌ２の一部は反射され、反射されたレーザビームＬ１´、Ｌ２´として、適切に配置された検知器１１、１２に入射する。入射ビームＬ１、Ｌ２の他の部分は、屈折してガラス片２に入り、後面１３で反射し、前面８で再び屈折した後、ガラス片２から出てくる。後面１３で反射されたレーザビームＬ１´´、Ｌ２´´は、前面で反射されたレーザビームＬ１´、Ｌ２´に対して略平行であり、同様に、検知器１１、１２に入射する。
【００２９】
この目的を達するため、検知器１１、１２はそれぞれミラー５、６の前方に平行に配置され、センサ表面を有している。これらセンサ表面は、互いに向き合っており、ガラス片２の表面８に対して略垂直に調整されている。検知器１１、１２は、第１及び第２入射レーザビームＬ１、Ｌ２の２つの反射レーザビームＬ１´、Ｌ１´´、又は、Ｌ２´、Ｌ２´´をそれぞれ集光し、それらの位置を決定できるように、配置される。検知器１１、１２は検知器上の光線入射位置を正確に決定できる位置決めセンサを有している。ＣＣＤチップやラインカメラのようなセンサが、この目的には適している。
【００３０】
ビームスプリッタ４の上流側のビームスプリッタ３にて、入射レーザビームＬ３は生成され、この入射レーザビームＬ３は、第２入射レーザビームＬ２に対して平行であり、レーザビームＬ２と同様に、ミラー６で向きを変えられ、組み立て精度の範囲内で、レーザビームＬ２に対して間隙ｓで平行に進む。この第３レーザビームＬ３は、入射領域１０におけるガラス片２の前面８に達する。ここで、入射領域１０は入射レーザビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３が前面８に当たる領域によって定義される。この入射領域１０は、２つの向かい合わせの検知器１１、１２の間隙よりも小さく、その間隙の略半分にわたって延在している。レーザビームＬ１、Ｌ２、Ｌ３及び検知器１１、１２の配置は、第２及び第３入射ビームＬ２、Ｌ３の反射ビームＬ２´、Ｌ２´´、Ｌ３´が検知器１１のセンサ表面に入射し、第１入射ビームＬ１の反射ビームＬ１´、Ｌ１´´が検知器１２のセンサ面に入射するように、選ばれる。
【００３１】
反射レーザビームＬ１´、Ｌ１´´、Ｌ２´、Ｌ２´´、Ｌ３´の、ガラス片２の前面に対する、及び／又は、お互いを基準とした場合の、絶対的に正確な位置を決定するために、厚みセンサ１においてガラス片２を基準とした検知器１１、１２のよく知られた位置又は最適な測定位置を用いることができる。評価装置（図示せず）においては、この位置情報が、ガラス片２の厚みｄを決定するために、また、傾斜補正、くさび角度補正、曲率補正を実行するために、使用される。
【００３２】
この３つの入射光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、共通の光線面１４を画定し、試料法線９もまた、この共通光線面１４に含まれる。この結果、反射光線Ｌ１´、Ｌ１´´、Ｌ２´、Ｌ２´´、Ｌ３´もまた、その光線面１４にある。この配置は好ましいとしても、本発明に係る厚みセンサ１においては、入射レーザビーム及び反射レーザビームの光線面が、別であってもよい。この場合、試料法線も光線面には含まれない。
【００３３】
上述の厚みセンサ１は、生産中に、試料２、特にガラス片やガラス板の厚みｄを測定するために用いることができる。この場合、ガラス片２やガラス板は、厚みセンサを通過するように移動させられ、試料２の厚みｄが連続的に、又は、所定の時間間隔で測定される。ガラス片２の移動方向１５は、共通の光線面１４内にあることが好ましい。
【００３４】
本発明に係る厚みｄの決定方法が以下に説明される。この方法は、上述の厚みセンサ１、特にガラス片２に対して垂直に配置された厚みセンサ１によって実行されることが好ましい。
【００３５】
ガラス片２の厚みｄを決定するために、第１レーザビームＬ１がガラス片２の前面８及び後面１３でそれぞれ反射されたレーザビームＬ１´、Ｌ１´´の間の間隔ｄ´から、ガラス片２の厚みｄが、まず算出される。前面８、後面１３が平行で、ガラスは完全に平坦であり、かつ、入射角α１が正確にわかっていると仮定して、厚みｄは、図２を参照して以下で説明される簡単な方法で決定することができる。
【００３６】
図２に示されるように入射角α１で左側から入射するレーザビームＬ１の一部が、ガラス片２の前面８にて反射され、反射レーザビームＬ１´として、同じ出射角α１で出射する。レーザビームＬ１の他の部分は、屈折してガラス片２に入り、ガラス片２の後面１３で反射されて、反射ビームＬ１´´として、前面８で反射されたレーザビームＬ１´に対して平行にオフセットされた状態で、同じ出射角α１で出射する。
【００３７】
２つの反射ビームＬ１´、Ｌ１´´の間の垂直間隔ｄ´は、既知の入射角及び出射角α（Ｌ１に対してはα１）と、ガラス片２に対する検知器１２の配置関係とによって、検知器１２上のビームＬ１´及びＬ１´´の位置データから決定される。
【００３８】
ガラス片２の厚みｄは、以下の関係から算出される。
【００３９】
【数１】
2007526461.tif 000003
【００４０】
ここで、ｄ´は反射ビームＬ１´とＬ１´´との垂直間隔、ｎは屈折率、また、αは入射角α１と等しいとする。垂直間隔ｄ´は、ｄ´＝Ｍ・ｓｉｎαの関係を用いて、検知器１２上のビームＬ１´、Ｌ１´´の間隔Ｍの測定値から算出される。
【００４１】
同様の方法で、ガラス片２の厚みが、入射角α２で右側から入射するレーザビームＬ２に対して、決定することができる。これによって、２つの厚み値ｄ１、ｄ２が得られ、理想的な場合においてはこれらの値は一致する。
【００４２】
しかしながら、実際は、入射角αが既知で変化せず、また、試料表面が平坦且つ平行であるという上述の仮定は成り立たない。さらに、ガラス片２を引く方向すなわち移動方向１５を横切る方向に光学欠陥がある。一般には、移動方向１５における光学欠陥は小さいので、３つのビームＬ１、Ｌ１´、Ｌ１´´は、ガラス片２の移動方向１５に対して、共通の光線面１４にあるようにすべきである。そのような位置関係によって、実用時の欠陥による影響が、排除される。
【００４３】
また、例えば、ガラス片２は、ローラーコンベヤー上で傾き、入射角α＝α１、α２が、異なる値を持つことがありうる。これを補正するために左側からではなく、右側から入射し、同じ光線面１４にある第２入射レーザビームＬ２が用いられる。同時に、また、存在する可能性のあるガラス片２のくさび角が、このシステムによって決定され、補正される。この方法における工程は、図３、図４を参照して以下で説明される。
【００４４】
厚みセンサ１に対して垂直に配置され、試料法線９が厚みセンサの対称軸と一致しているガラス片２ではなく、傾斜角度σで傾斜したガラス片２で入射ビームＬ１が反射される場合、光線面１４における出射角は仮定されたα＝α１ではなく、α＝α１＋σとなる。
【００４５】
この傾斜補正では、左側から入射するビームＬ１だけではなく、右側から入射するビームＬ２（明確にするため、図３では図示せず）も用いられる。これ以外に、比較のため、水平なガラス片２において出射角α１で出射する、図２のビームＬ１´に対応する光線を参照符号を付けずに示す。
【００４６】
ここで、第２ビームＬ２の入射角αは、α=α２−σとなる。この結果、第１ビームＬ１、第２ビームＬ２のそれぞれから反射されるビームＬ１´、Ｌ１´´及びＬ２´、Ｌ２´´は、ガラス片２から同じ離間間隔で検知器１１、１２に到達しない。傾斜しなければ、厚みセンサ１の対称設計によって同じ離間間隔で到達することになる。よって、前面８で反射されたビームＬ１´が検知器１２に当たる場所での離間間隔ｂ１が、前面８で反射されたビームＬ２´が検知器１１に当たる場所での離間間隔ｂ２と等しくない場合は、くさび角度補正が実行されなければならない。これを以下に説明する。
【００４７】
傾斜角度σを決定するため、前面８で反射されたビームＬ１´の表面８からの離間間隔ｂ１が検知器１２において決定される。この離間間隔ｂ１は傾斜していない試料２の試料法線９の方向に対して決められる。
【００４８】
ガラス片２の表面８の方向、すなわち、試料法線９に対して垂直方向において、第１ビームＬ１が当たる位置から検知器１２までの間隔ａが与えられると、左側から入射するビームＬ１に対して以下が成り立つ。
【００４９】
【数２】
2007526461.tif 000004
【００５０】
同様に、右側から入射するビームＬ２（図３では図示せず）に対して以下が成り立つ。
【００５１】
【数３】
2007526461.tif 000005
【００５２】
差ｂ１−ｂ２は、それらの測定位置から、すなわち、前面８で反射されるビームＬ１´及びＬ２´から決定できる。ガラス片全体が持ち上げられていた量が明確になるので、算出のために上述の差を選んでおくことも好ましい。傾斜角度σは、α＝α１＝α２を仮定することで算出できる。左側又は右側から入射するビームＬ１、Ｌ２に対して設定される入射角α＝α１＝α２は、正確にこの傾斜角度によって、広く、又は、小さくなるので、厚みｄを決定するために上述の式にて用いられる入射角は、ガラス片２の厚みｄを正確に決定するために適切に補正されなければならない。
【００５３】
さらにまた、ガラス片２それ自身が、図４に示すようにくさび角δを有することがある。前面８及び後面１３で反射されるレーザビームＬ１´、Ｌ１´´及びＬ２´、Ｌ２´´のそれぞれの間隔Ｍ１、Ｍ２が等しくない場合は、ガラス片２は、くさび形であることを示す。これは、反射ビームＬ１´、Ｌ１´´及びＬ２´、Ｌ２´´の検知器上の位置から決定できる。
【００５４】
くさび角δが存在する場合、図４によって、左側及び右側から入射するビームＬ１、Ｌ２に対してそれぞれ厚み値ｄ１、ｄ２が決定され、試料２の厚みｄはその平均値から求められる。また、反射ビームＬ１´、Ｌ１´´及びＬ２´、Ｌ２´´のそれぞれの間隔Ｍ１、Ｍ２を平均して、それから試料厚みを決定することもできる。
【００５５】
さらに、ガラス片２は、湾曲している場合がある。これを特定するために、第３レーザビームＬ３が、２つの入射ビームのうちの１つ（図ではレーザビームＬ２）に平行で、厚みセンサ１の設計において既知である間隔ｓで放射される。ここで、図５に示される例では、ビームＬ２、Ｌ３の方向は、図１と比較すると逆になっている。しかしながら、これは、機能原理の理解に対して重要ではない。試料２の曲率半径Ｒを決定するために、これらビームＬ２、Ｌ３の前面における反射光が用いられる。図５を参照して以下に説明する。
【００５６】
湾曲した試料２の前面８で反射されたビームＬ２´及びＬ３´は間隔Ｓ´で検知器１１に入射する。間隔Ｓ´が、入射ビームＬ２、Ｌ３の入射角αを与えた時にＳ´＝ｓ／ｃｏｓαの関係によって与えられない場合は、ガラス片２の下側に湾曲が存在することになる。上述の反射ビームＬ２´、Ｌ３´の位置によって、曲率半径Ｒが決定される。次に試料２の厚みｄの算出が図６において説明する。
【００５７】
２つの入射ビームＬ１、Ｌ２のそれぞれの場合に対して測定値が決定される。そして、これら測定値によって２つの厚み値ｄ１、ｄ２が算出され、平均値が求められる。特に、入射角α１、α２ひいては、角度β１、β２は２つの入射ビームに対して異なる。それらは、ガラス片２の傾斜補正の場合に発生する。
【００５８】
最後に、さらに１つの補正を考慮することができる。すなわち、平行状に入射するビームＬ２、Ｌ３が完全に平行でない場合に必要とされる補正である。
【００５９】
以上に述べた方法を適用することで、透明試料のガラスや物質の厚みを０．１％の高精度で決定することができる。この方法においては、傾斜補正、くさび角補正及び曲率補正が順繰りに適用される。本発明に係る装置は、この目的に使用されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本発明に係る透明試料の厚みを測定する装置の概略平面図である。
【図２】図２は、厚みを決定するためのビーム経路を示す概略図である。
【図３】図３は、傾斜補正のためのビーム経路を示す概略図である。
【図４】図４は、くさび角度補正のためのビーム経路を示す概略図である。
【図５】図５は、曲率補正のためのビーム経路を示す概略図である。
【図６】図６は、試料に曲率がある場合に厚みを決定するためのビーム経路を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…厚みセンサ                      ２…試料、ガラス片
３、４…ビームスプリッタ            ５、６…ミラー
７…間隙部                          ８…前面
９…試料法線                        １０…入射領域
１１、１２…検知器                  １３…後面
１４…光線面                        １５…移動方向
Ｌ…光線、レーザビーム              Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…入射レーザビーム
Ｌ１´、Ｌ２´、Ｌ３´…前面で反射されたレーザビーム
Ｌ１´´、Ｌ２´´…後面で反射されたレーザビーム
ａ、Ａ…ガラス片上の光線の入射点からガラス片に平行に置かれた検知器までの離間間隔
ｂ、Ｂ…ガラス片から検知器上のレーザビーム位置までの垂直離間間隔
ｄ…ガラス片の厚み
ｄ´…前面での反射光及び後面での反射光の垂直間隔
ｓ…平行で入射するレーザビームの間隔
Ｍ、Ｓ´…検知器上の反射レーザビームの間隔
Ｒ…曲率半径                        α…入射角
σ…傾斜                            δ…くさび角
【図１】
2007526461.tif 000006
【図２】
2007526461.tif 000007
【図３】
2007526461.tif 000008
【図４】
2007526461.tif 000009
【図５】
2007526461.tif 000010
【図６】
2007526461.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月28日(2006.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項３及び請求項４記載の装置において、前記相対移動の方向（１５）は、前記入射光線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）及び／又は前記反射光線（Ｌ１´、Ｌ１´´、Ｌ２´、Ｌ２´´、Ｌ３´）の前記共通の光線面（１４）にあることを特徴とする前記装置。
【国際調査報告】
2007526461.tif 000012
2007526461.tif 000013
2007526461.tif 000014
2007526461.tif 000015
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