(57)【要約】【課題】  微粉体上の光透過性膜を形成してなる被測定物における光透過性コート膜の膜厚を、非接触、非破壊で確実にかつ精度よく測定する膜厚測定方法、この方法を実施するための膜厚測定装置を提供すること。【解決手段】  所望波長領域のスペクトル光を放射する光源からの光を照明領域を制限した顕微鏡光学系を介した対物レンズにより集光し、集光光束を上記光透過性コート膜に垂直入射させ、集束光のフォーカス位置を光透過性コート膜表面から微粉体表面に寄せた状態で、前記光透過性コート膜表面と微粉体表面とにより反射して互いに干渉した反射光を、上記対物レンズを介して顕微鏡光学系に戻し、検出光伝送用ファイバにより分光手段に導いて可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で分光し、分光スペクトル強度の極小と極大を与える各波長と、上記膜の屈折率とに基づき上記光透過性コート膜の膜厚を演算算出することを特徴とする薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。【選択図】        図１
2004361382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望波長領域のスペクトル光を放射する光源からの光を照明領域を制限した顕微鏡光学系を介した対物レンズにより集光し、集光光束を上記光透過性コート膜に垂直入射させ、集束光のフォーカス位置を光透過性コート膜表面から微粉体表面に寄せた状態で、前記光透過性コート膜表面と微粉体表面とにより反射して互いに干渉した反射光を、上記対物レンズを介して顕微鏡光学系に戻し、検出光伝送用ファイバにより分光手段に導いて可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で分光し、分光スペクトル強度の極小と極大を与える各波長と、上記膜の屈折率とに基づき上記光透過性コート膜の膜厚を演算算出することを特徴とする薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項２】
前記対物レンズを介して顕微鏡光学系に戻した反射光が、対物レンズの合焦点位置と共役な位置に置いたピンホールを通過させた後、検出光伝送用ファイバーに導くことを特徴とする請求項１に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項３】
前記集光光束を光透過性コート膜に垂直入射させる方法が、ケーラー照明系の開口絞りを絞ることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項４】
前記集光光束の光透過性コート膜への入射角が０〜１８度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項５】
前記照明領域制限方法が、ケーラー照明系の視野絞りを絞ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項６】
前記照明領域制限方法であるケーラー照明系の照明領域の直径が薄膜コート微粉体径の１／５〜１／２５であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項７】
前記光束の収束点を微粉体の中心に合致させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項８】
前記光透過性コート膜が、微細粒子が分散されたものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項９】
前記光透過性コート膜に含まれる微細粒子の粒子径もしくは凝集径が０．８μｍ以下であり、分光スペクトル強度の測定波長領域の一部を、上記粒子径若しくは凝集径以上の領域としたことを特徴とする請求項８に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項１０】
前記微細粒子の屈折率が、光透過性コート膜屈折率の±０．２の範囲であることを特徴とする請求項８又は９に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項１１】
対物レンズを介した集束された光のフォーカス位置を、対物レンズの光学的特性から決まるモノポーラの焦点深度内で光透過性コート膜表面から微粉体側に寄せたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項１２】
前記微粉体上の光透過性コート膜の膜厚を多点測定の統計的な平均膜厚値とすることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法。
【請求項１３】
所望波長領域のスペクトル光を放射する光源と、この光源からの光を集光して集光光束を上記光透過性コート膜に入射させるための照明領域を制限する機能及び光透過性コート膜に垂直入射させる機能を有した顕微鏡光学系及び対物レンズと、上記被測定物により反射され、前記対物レンズを介して上記検出光伝送用ファイバにより伝送された検出光を分光する分光手段と、この分光手段により分光された検出光の分光スペクトル強度を検出するスペクトル強度検出手段と、分光スペクトル強度の極小と極大を与える各波長と上記膜の屈折率とに基づき、薄膜コート微粉体のコート層における光透過性コート膜の膜厚を演算算出する演算手段とを有し、上記照射光を薄膜コート微粉体の光透過コート表面に垂直入射させるように構成されたことを特徴とする薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項１４】
前記対物レンズを介して上記検出光伝送用ファイバにより伝送された検出光を分光する分光手段において、対物レンズの合焦点位置と共役な位置にピンホールを設置し、そのピンホールの後段に上記検出光伝送用ファイバを設置したことを特徴とする請求項１３に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項１５】
前記対物レンズの開口数：ＮＡが０．４以上であり、作動距離が３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項１６】
前記顕微鏡光学系及び対物レンズの透過波長域と、分光手段の分光波長域が一致していることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項１７】
前記顕微鏡光学系の透過波長が可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域の一部を有することを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項１８】
前記対物レンズの透過波長帯が可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域を含んでいることを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項１９】
前記分光手段の分光波長帯が可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域を含んでいることを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項２０】
前記対物レンズがプラン型のフルオリートレンズであることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項２１】
前記対物レンズがプラン型のアポクロマートレンズであることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項２２】
前記対物レンズが反射対物レンズであることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測装置。
【請求項２３】
前記分光手段が、回折格子もしくはプリズムあるいは分光フィルタであることを特徴とする請求項１３乃至２２のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項２４】
前記スペクトル強度検出手段が、ＣＣＤラインセンサもしくはシリコンフォトダイオード列であることを特徴とする請求項１３乃至２３のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項２５】
前記分光手段が０．５〜５ｎｍ／画素の波長分解能の範囲であることを特徴とする請求項１３乃至２４のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【請求項２６】
前記演算手段が、測定対象となりうる１種以上の光透過性コート膜の分光屈折率データを利用可能に記憶していることを特徴とする請求項１３乃至２５のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法および膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な薄膜コート微粉体である電子写真用キャリアでは、スペント化を防止するため、磁性微粉体表面に、表面エネルギーの低い樹脂、例えばフッ素樹脂、シリコーン樹脂などをコートすることによりキャリアの長寿命化が図られている。
これらコート膜の厚さを測るには、対象が１００μｍ以下の微粉体であること、光透過性コート膜がサブミクロンオーダーの薄膜であること、及び光透過性コート膜の表面性の粗さとサブストレイトである微粉体（キャリア）の表面性が影響して、界面間の膜厚という尺度で膜厚を計測することが困難であり、従来、微粉体（キャリア）に対する樹脂質量を計測する質量膜厚測定法（例えば、特許文献１、２参照。）、既知のシリコーン膜厚を測定して検量線から膜厚を求める蛍光Ｘ式膜厚計測法（例えば、特許文献３参照。）、或いは破壊計測であるＳＥＭ断面観察を用いた膜厚の測定（例えば、特許文献４参照。）などが提案されている。
【０００３】
質量膜厚測定法は、微粉体に対する光透過性コート膜の質量％で定義するものであって、薄膜コート微粉体全体の平均的なコート層付着量をモニターすることは可能だが、個々の薄膜コート微粉体の光透過性コート膜厚或いは工業的な膜厚を測定できるものではない。また、光透過性コート層の付着量を高精度で定義することも難しい。
蛍光Ｘ線膜厚計測法は、薄膜コート微粉体が電子写真用キャリアである場合、既知のシリコーン膜厚を蛍光Ｘ線で測定し、予め検量線を求めて膜厚を測定する光学的測定であるから、物理的な接触なしに層厚を測定できる利点を有している。
しかしながら、電子写真用キャリアの光透過性コート層には、物理的な接触に対する強度を補強するために、無機や有機の微細粒子が分散されることがあり、このような光透過性コート層では「微細粒子による蛍光Ｘ線の放射」がない場合が多く、微細粒子とバインダー樹脂の混合比によっては、必要な計測精度を実現できなかったり、光透過性コート膜厚が薄くなった場合も発生する蛍光Ｘ線量が少なくなり、膜厚測定自体が不可能になる。
また、膜厚を測定できる光透過性コート膜の種類が限定され、汎用性の面からも問題がある。更に、Ｘ線の照射領域に複数個のキャリアを並べるため、サンプル処理の仕方によっては値がバラツクという問題がある。
直接、光透過性コート膜厚を測定する測定方式として従来から知られた「ＳＥＭ断面観察」により光透過性コート層の膜厚測定を行なうことも実施されているが、試料調整をしてＳＥＭ断面観察することは容易ではなく、また破壊検査であるためのデメリットも多い。
【０００４】
従来、代表的な薄膜コート微粉体である電子写真用キャリアの開発はこれらの計測法によって達成されているが、非接触、非破壊で個々のキャリアの光透過性コート膜の膜厚を直接測る技術が未だ確立されていなかった。
本発明者は、以上の認識に基づき、電子写真用キャリアに代表される薄膜コート微粉体上の光透過性コート膜評価技術として、顕微鏡光学系と分光反射率法を用いた薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定の可能性を検討した。
電子写真用キャリアに代表される薄膜コート微粉体では、微粉体に対する光透過性物質質量を計測する質量膜厚測定法が一般に行なわれていることと、サブストレイトである微粉体表面からの表面反射を稼げないことから、薄膜コート微粉体の膜厚を繰り返し反射干渉（分光反射率）法で計測するという報告は過去に行なわれていない。
【０００５】
システム構成として考えている顕微鏡光学系を用いた微小領域の分光反射率測定装置としては、海外ではFilmetrics社製Ｆ４０（米）（例えば、非特許文献１参照。）、Ｋ−ＭＡＣ社製ＳＴ−２０００（韓）（例えば、非特許文献２参照。）、国内では大日本スクリーン社製ＶＭ−１２００（例えば、非特許文献３参照。）、大塚電子社製ＦＥ−３０００（例えば、非特許文献４参照。）などが上市されている。
【０００６】
Filmetrics社製Ｆ４０は、可視対応の顕微鏡との組み合わせと分光器の検出波長領域の制約から、市販装置の仕様で薄膜コート微粉体の光透過性コート膜計測を精度良く行なうことは困難である。
また、Ｋ−ＭＡＣ社製ＳＴ−２０００は、顕微鏡対物レンズのＮＡが低く、スポットサイズの大きさの限界から数十ミクロンオーダーである球状の微粉体上の光透過性コート膜から干渉波形を抽出することが市販仕様のままでは困難である。
また、大日本スクリーン社製ＶＭ−１２００、大塚電子社製ＦＥ−３０００に関しては、スポット径、計算波長領域の面と顕微鏡光学的な開口絞り、フォーカス調整等の操作が困難なことから、現仕様のまま薄膜コート微粉体の光透過性コート膜計測に使用することが困難である。
顕微鏡光学系を用いた微小領域の近赤外分光反射率測定装置として、他にオリンパスからスポット径５０μｍ、近赤外領域：１０５０ｎｍ〜１６５０ｎｍに対応した装置（例えば、非特許文献５参照。）が発表されているが、Ｂｅａｍ径が５０μｍと大きいから薄膜コート微粉体の光透過性コート膜計測を精度良く行なうことは困難であり、また波長範囲が１０５０〜１６５０ｎｍと近赤外域に限られるため、サブミクロンオーダーの計測が困難となる。
また、オリンパスからは可視光での表面反射率測定に特化した分光反射率測定機ＵＳＰＭ−ＲＵ（例えば、非特許文献６参照。）が上市されているが、全域に迷光に依るものと思われるノイズが相乗され膜厚算出が困難な状況であり、微細粒子を含んだ薄膜コート微粉体のコート膜厚測定に関しては干渉波形を取得することが困難である。
また、何れの市販干渉膜厚測定装置を用いた場合でも、集束光のフォーカス位置を光透過性コート表面から微粉体側にシフトさせることを行なわなければ、薄膜コート微粉体からの干渉が稼げず、更に高倍率レンズ使用時は焦点深度を確保できないため、良好な干渉スペクトル計測を行なうことは不可能である。
【０００７】
これら市販装置の中では、ＵＶ域までの測定波長領域の拡大を図り、より薄い膜の測定精度向上を狙いとした方式があるが、短波長領域の光は薄膜の測定に有利といった半面、微細粒子を含んだ薄膜コート微粉体のコート膜厚測定の場合、粗れた微粉体及び光透過性コート表面、或いは微細粒子によって光が散乱されてしまうことにより、干渉スペクトルの光学的検出精度向上が望めない。また、低倍率の対物レンズを用いた方式では、微粉体の曲率の影響を受け小粒径の薄膜コート微粉体のコート膜厚計測が困難なことが予想される。
【０００８】
他に、本発明の課題と構成に近いものとして、測定領域の微小化並びに測定精度の向上という課題を解決するため、測定領域の最小化を図ることが可能な照明光学系及びに反射対物光学系に対物レンズを有した干渉式薄膜測定装置（例えば、特許文献５参照）が提案されているが、球形に近い薄膜コート微粉体の特定（頂点）領域から発せられた光だけを抽出して良好な分光スペクトル強度を取得するためにはケーラー照明系の様に平行光束で物体を照明した状態で視野絞りを設定して照明領域を制限しなければならず、また集束光のフォーカス位置を光透過性コート表面から微粉体表面に寄せた状態にする必要があるため、当該発明では薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定には技術が不充分である。
【０００９】
【特許文献１】特許第２８３２０１３号公報（第４頁、４０行）
【特許文献２】特開２００２−１３１９８７号公報（第６頁）
【特許文献３】特開２０００−３４７４６５号公報（第４頁、４２行）
【特許文献４】特開平８−２１１６７５号公報（第４頁、４２行）
【特許文献５】特開２００２−５８２３号公報（第１〜４頁）
【非特許文献１】インターネット＜URL:http://www.filmetrics.com/small_spot.htm＞
【非特許文献２】インターネット＜URL:http://www.horiba-jy.com/products/k-mac/lineup.htm＞
【非特許文献３】インターネット＜URL:http://www.screen.co.jp/eed/lsi/lsi_product_index.html＞
【非特許文献４】インターネット＜URL:http://www.photal.co.jp/product/fe3_0.html＞
【非特許文献５】インターネット＜URL:http://www.olympus.co.jp/LineUp/EE/Info/n010703.html＞
【非特許文献６】インターネット＜URL:http://www.olympus.co.jp/LineUp/EE/uspm.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、上述した事情に鑑み、微粉体上の光透過性膜を形成してなる被測定物における光透過性コート膜の膜厚を、非接触、非破壊で確実にかつ精度よく測定する膜厚測定方法、この方法を実施するための膜厚測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、本発明の（１）「所望波長領域のスペクトル光を放射する光源からの光を照明領域を制限した顕微鏡光学系を介した対物レンズにより集光し、集光光束を上記光透過性コート膜に垂直入射させ、集束光のフォーカス位置を光透過性コート膜表面から微粉体表面に寄せた状態で、前記光透過性コート膜表面と微粉体表面とにより反射して互いに干渉した反射光を、上記対物レンズを介して顕微鏡光学系に戻し、検出光伝送用ファイバにより分光手段に導いて可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で分光し、分光スペクトル強度の極小と極大を与える各波長と、上記膜の屈折率とに基づき上記光透過性コート膜の膜厚を演算算出することを特徴とする薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（２）「前記対物レンズを介して顕微鏡光学系に戻した反射光が、対物レンズの合焦点位置と共役な位置に置いたピンホールを通過させた後、検出光伝送用ファイバーに導くことを特徴とする前記第（１）項に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（３）「前記集光光束を光透過性コート膜に垂直入射させる方法が、ケーラー照明系の開口絞りを絞ることを特徴とする前記第（１）項又は第（２）項に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（４）「前記集光光束の光透過性コート膜への入射角が０〜１８度であることを特徴とする前記第（１）項乃至第（３）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（５）「前記照明領域制限方法が、ケーラー照明系の視野絞りを絞ることを特徴とする前記第（１）項乃至第（４）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（６）「前記照明領域制限方法であるケーラー照明系の照明領域の直径が薄膜コート微粉体径の１／５〜１／２５であることを特徴とする前記第（５）項に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（７）「前記光束の収束点を微粉体の中心に合致させることを特徴とする前記第（１）項乃至第（６）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（８）「前記光透過性コート膜が、微細粒子が分散されたものであることを特徴とする前記第（１）項乃至第（７）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（９）「前記光透過性コート膜に含まれる微細粒子の粒子径もしくは凝集径が０．８μｍ以下であり、分光スペクトル強度の測定波長領域の一部を、上記粒子径若しくは凝集径以上の領域としたことを特徴とする前記第（８）項に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（１０）「前記微細粒子の屈折率が、光透過性コート膜屈折率の±０．２の範囲であることを特徴とする前記第（８）項又は第（９）項に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（１１）「対物レンズを介した集束された光のフォーカス位置を、対物レンズの光学的特性から決まるモノポーラの焦点深度内で光透過性コート膜表面から微粉体側に寄せたことを特徴とする前記第（１）項乃至第（１０）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」、（１２）「前記微粉体上の光透過性コート膜の膜厚を多点測定の統計的な平均膜厚値とすることを特徴とする前記第（１）項乃至第（１１）項のいずれかに記��の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法」によって解決される。
【００１２】
また、上記課題は、本発明の（１３）「所望波長領域のスペクトル光を放射する光源と、この光源からの光を集光して集光光束を上記光透過性コート膜に入射させるための照明領域を制限する機能及び光透過性コート膜に垂直入射させる機能を有した顕微鏡光学系及び対物レンズと、上記被測定物により反射され、前記対物レンズを介して上記検出光伝送用ファイバにより伝送された検出光を分光する分光手段と、この分光手段により分光された検出光の分光スペクトル強度を検出するスペクトル強度検出手段と、分光スペクトル強度の極小と極大を与える各波長と上記膜の屈折率とに基づき、薄膜コート微粉体のコート層における光透過性コート膜の膜厚を演算算出する演算手段とを有し、上記照射光を薄膜コート微粉体の光透過コート表面に垂直入射させるように構成されたことを特徴とする薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（１４）「前記対物レンズを介して上記検出光伝送用ファイバにより伝送された検出光を分光する分光手段において、対物レンズの合焦点位置と共役な位置にピンホールを設置し、そのピンホールの後段に上記検出光伝送用ファイバを設置したことを特徴とする前記第（１３）項に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（１５）「前記対物レンズの開口数：ＮＡが０．４以上であり、作動距離が３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることを特徴とする前記第（１３）項又は第（１４）項に記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（１６）「前記顕微鏡光学系及び対物レンズの透過波長域と、分光手段の分光波長域が一致していることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（１５）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（１７）「前記顕微鏡光学系の透過波長が可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域の一部を有することを特徴とする前記第（１３）項乃至第（１６）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（１８）「前記対物レンズの透過波長帯が可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域を含んでいることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（１７）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（１９）「前記分光手段の分光波長帯が可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域を含んでいることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（１８）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（２０）「前記対物レンズがプラン型のフルオリートレンズであることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（１９）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（２１）「前記対物レンズがプラン型のアポクロマートレンズであることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（１９）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（２２）「前記対物レンズが反射対物レンズであることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（１９）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測装置」、（２３）「前記分光手段が、回折格子もしくはプリズムあるいは分光フィルタであることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（２２）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（２４）「前記スペクトル強度検出手段が、ＣＣＤラインセンサもしくはシリコンフォトダイオード列であることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（２３）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（２５）「前記分光手段が０．５〜５ｎｍ／画素の波長分解能の範囲であることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（２４）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」、（２６）「前記演算手段が、測定対象となりうる１種以上の光透過性コート膜の分光屈折率データを利用可能に記憶していることを特徴とする前記第（１３）項乃至第（２５）項のいずれかに記載の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定装置」によって解決される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、薄膜コート微粉体に対する新規な膜厚測定方法および膜厚測定装置および膜厚測定装置を実現できる。また、本発明の膜厚測定方法及び装置は、上記の如く「微粉体上に光透過性コート膜を形成してなる被測定物における光透過性コート膜の膜厚」を、容易、確実且つ高い精度をもって測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定方法は「微粉体上に光透過性コート膜を形成してなる被測定物におけるコート膜の膜厚を測定する方法」であって、以下のような特徴を有するものである。
即ち、所望波長領域のスペクトル光を放射する光源からの光を、照明領域を制限したケーラー照明系を備えた顕微鏡光学系を介して対物レンズにより集光し、集光光束を上記光透過性コート膜に垂直入射させる。スペクトル光の「所望波長領域」は、コート膜厚測定を可能ならしむる波長領域を意味し、光透過性コート膜の構成（微細粒子の有無、微細粒子の粒径、凝集径等）により定められる。
この場合、集束光のフォーカス位置を光透過性コート膜表面から微粉体側に寄せた状態で、上記光透過性コート膜表面と微粉体表面とにより反射して互いに干渉した反射光を、上記対物レンズを介して顕微鏡光学系に戻し、検出光伝送用ファイバにより分光手段に導いて可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で分光する。分光により得られる分光スペクトル強度の極小と極大を与える各波長と、上記膜の屈折率とに基づき、光透過性コート膜の膜厚を演算算出する。
即ち、この発明の膜厚測定方法は、周知の「光干渉膜厚計測方式」の原理を利用する。
【００１５】
本発明に用いられる膜厚測定方法における測定対象となる「光透過性の膜」の形成された被測定物は、上記の如く「微粉体上に光透過性コート膜が形成」され、微粉体表面と光透過性コート膜表面とで反射される光の干渉が可能なものであればよく、被測定物に対する他の制限は特にない。
また、集束光のフォーカス位置を光透過性コート膜表面から微粉体側に寄せることにより、微粉体表面での反射率を増加させることができ、光透過性コート膜表面反射と合わせて良好な干渉波形を取得することが可能となる。また、球形に近い微粉体の特定（頂点）領域から発せられた光だけを抽出して良好な干渉スペクトル強度を取得するためには照明領域を制限することが必要であり、これによって、微粉体頂点以外からの迷光を除去でき、良好な分光スペクトル強度を得ることが達成できる。
更に、可視域を含む３００ｎｍの波長幅で分光することにより、薄い光透過性コート膜における分光スペクトル強度の極小と極大を与える波長が検出可能となる。３００ｎｍ以上とすることで凡そ０．３μｍまでの薄膜の測定が可能となる。
【００１６】
本発明に用いられる膜厚測定方法において、被測定物である薄膜コート微粉体における光透過性コート層は、微粉体の表面に光透過性コート膜を設けた薄膜コート微粉体であり、この場合には、対物レンズを介して顕微鏡光学系に戻した反射光が対物レンズの合焦位置と共役な位置に置いたピンホールを通過させた後、検出光伝送用ファイバーに導くことによって、薄膜コート微粉体からのノイズを低減し、光透過性コート膜厚を良好に測定することができる。対物レンズの合焦位置とピンホールが共役な関係であると、薄膜コート微粉体の合焦位置以外の散乱／回折光はピンホールにおいて遮断され、検出光伝送用ファイバーに入らない。このため、可視性の高い干渉波形が得られる様になる。
更に、集光光束を光透過性コート膜に垂直入射させる方法が、ケーラー照明系の開口絞りを絞ることによって光透過性コート膜厚を良好に測定できる。ケーラー照明系の開口絞りは絞ることによって照明系のＮＡを小さくでき、集光光束を垂直入射に近い状態にできるので、「光干渉膜厚計測方式」に必要な「垂直入射／垂直受光」の基本原理を満たしやすくなる。
特に集光光束の光透過性コート膜への入射角が０〜１８度までであれば、平行光束と同様の取り扱いが可能となり、対物レンズの斜め入射に伴う誤差が小さくなる。
また、照明領域制限方法がケーラー照明系の視野絞りを絞ることで光透過性コート膜厚を良好に測定できる。
微粉体の表面に光透過性コート膜を設けた薄膜コート微粉体は、スライドガラス上に散布された状態で測定されることが多く、顕微鏡光学系のケーラー照明系の視野絞りを絞り、試料面での照射領域を小さくすることによって、高精度の分光スペクトル強度計測が達成される。
ケーラー照明系は、高輝度で均一な平行光で試料面を照らすため、干渉計測に必要な「垂直入射／垂直受光」の基本原理が達成しやすい。また、ケーラー照明系の視野絞りは、絞っていくと六角形や八角形などの多角形に視野が狭くなっていく。この絞りを絞っても測定像の明るさは変わらないが、不必要に広い範囲を照明することが避けられるので、分光スペクトル測定時に迷光を押さえる働きがある。ケーラー照明系の視野絞りの大きさを変えれば、試料面での照明領域を調整できる。
特に、照明領域制限方法であるケーラー照明系の照明領域の直径が薄膜コート微粉体径の１／５〜１／２５とすることによって、測定にあずかる光以外の余分な光の対物レンズへの入射を好適に防ぐことが可能となる。
【００１７】
また通常の平行平面試料の測定を行なった場合では、対物レンズを用いた光学系において、薄膜内の透過角度：余弦の比で、等価的な干渉光路が増加し、分光スペクトル強度の極小と極大を与える波長が短波長側にシフトした形で現われ膜厚誤差となるが、円錐状の光束の収束点を微粉体の中心に合致させることにより、対物レンズのＮＡを利用して分光スペクトル強度の極小と極大のシフトなしに膜厚測定を行なうことが可能となってくる。また干渉計測に必要な「垂直入射／垂直受光」の基本原理が成立しやすくなる。
【００１８】
微粉体の表面に形成する光透過性コート膜には、微細粒子を分散させたものでも良く、その「光透過性コート膜の厚さ」については同様に測定できる。
被測定物である微粉体における光透過性コート層は、その光透過性コート層の所定厚さ部分を、微細粒子を分散させた膜として構成することができ、この場合には、微細粒子の粒子径もしくは凝集径が０．８μｍ以下であり、膜厚測定装置における干渉波形の測定波長領域の一部を、上記粒子径若しくは凝集径以上の領域として測定できる。
光透過性コート膜に分散される微細粒子の粒子径もしくは凝集径は０．８μｍ以下であることが好ましく、その場合、膜厚測定装置における測定波長領域（分光スペクトル強度の極大・極小を与える波長を特定する領域）を、上記粒子径若しくは凝集径以上の領域を含むものとする。
このように、測定波長領域を微細粒子の粒子径や凝集径よりも大きい波長領域を含むことにより、検出光における「微細粒子やその凝縮粒子による散乱や回折の影響」する波長領域を避けて、良好な干渉波形測定を実現できる。
なお、上記微細粒子は１種に限らず、２種以上のものを混合して分散させることができ、またその場合種類が異なり粒径が異なったものでも使用可能である。
【００１９】
被測定物である微粉体における光透過性コート層は、その光透過性コート層の所定厚さ部分を、微細粒子を分散させた膜として構成することができ、この場合には、微細粒子の屈折率が、光透過性コート膜屈折率の±０．２の範囲で測定できる。この場合、光透過性コート膜は光を透過するので消光係数は限りなくゼロに近く、微細粒子の消光係数も無視できるレベルとなっている。
屈折率差は、媒質と媒質の屈折率差が小さくなれば、界面反射が小さくなり、透明に近くなってしまうことと同じで、バインダー樹脂と微細粒子の屈折率差が大きくなれば、境界面の反射率が上がって不透明になり、干渉計測が達成できなくなる。
屈折率差が±０．２の範囲であれば、バインダー樹脂と微細粒子の界面反射も低くなり、光透過性コート膜中で光が散乱されることなく、繰り返し反射干渉を達成することが可能となる。
【００２０】
本発明の膜厚測定装置は、対物レンズを介した集束光のフォーカス位置を「対物レンズのモノポーラの焦点深度内で光透過性コート表面から磁性微粉体側に移動させる」ことによって、モノポーラ焦点深度以上の光透過性コート膜厚の測定ができる。
一般には、表面層に集束光のフォーカス（ピント）を合わせて、対物レンズの光学的特性から決まるモノポーラの焦点深度領域で膜厚の繰り返し反射干渉計測が達成される。この場合、焦点深度内では、擬似的に「光干渉膜厚計測方式」における基本原理が成立するので、顕微鏡光学系を用いた膜厚計測が可能となる。
測定には、光透過性コート膜厚が焦点深度以下である条件が必要となる。焦点深度を越えた場合は２界面の反射を同時に検出できない等の問題が生じ、測定上好ましくない。ここで、集束光のフォーカスポイントを微紛体表面側に移動させると、バイポーラ（±）の焦点深度領域を使用することが可能になる。
【００２１】
上記被測定物がスライドガラス上に散布された「微粉体の表面に光透過性コート膜を設けた薄膜コート微粉体」である場合には、前述の膜厚測定方法により演算算出した上記光透過性コート膜の膜厚を、多点測定した統計的な平均膜厚とすることで信頼性の高い「光透過性コート膜の厚さ」を決定できる。
スライドガラス上に薄膜コート微粉体を散布した場合、光透過性コート膜の膜厚計測は単一粒子の入射光束に垂直な面、即ち薄膜コート微粉体の頂点附近での計測となる。この場合、通常、各薄膜コート微粉体間のコート層膜厚はバラツキを有しており、１つの薄膜コート微粉体のコート膜厚値が、薄膜コート微粉体全体の平均膜厚を示すものではない。１０〜１００点の統計的な平均膜厚値を求めることに依って、実用的な膜厚値の取得が可能となる。
【００２２】
本発明の膜厚測定装置は、光源と、照明領域を制限できる顕微鏡光学系と、対物レンズと、検出光伝送用ファイバと、分光手段と、スペクトル強度検出手段と、演算手段とを有する。
「光源」は、所望波長領域のスペクトル光を放射する。
「顕微鏡光学系」は、光源からの光をケーラー照明系の開口絞り、視野絞り、及び対物レンズを介して照明系のＮＡを可変し照明領域を制限して被測定物側へ導光し、また被測定物からの反射光を対物レンズを介して導光し、検出光伝送用ファイバへと伝送する。
「対物レンズ」は、顕微鏡光学系の開口絞りから射出した照射光を被測定物の膜に向って集光させる。
「分光手段」は、被測定物により反射され、対物レンズ及び顕微鏡光学系を介して検出光伝送用ファイバにより伝送された検出光を分光する。
「スペクトル強度検出手段」は、分光手段により分光された検出光の分光スペクトル強度を検出する。
「演算手段」は、分光スペクトル強度の極小と極大を与える各波長と膜の屈折率とに基づき、被測定物における光透過性の膜の膜厚を演算算出する。
【００２３】
本発明の膜厚測定装置において、対物レンズの合焦点位置と共役な位置にピンホールを設置し、そのピンホールの後段に上記検出光伝送用ファイバを設置することが好ましい。
合焦位置以外の樹脂コート膜のボケ像や周囲からの散乱光をピンホールでカットできるので、可視性の極めて高い干渉波形を得ることができる。
本発明の膜厚測定装置において用いられる対物レンズは、開口数：ＮＡが０．４以上であり、作動距離が３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることが好ましい。
同じ倍率の対物レンズの場合は、ＮＡを少し小さくし作動距離を長くした対物レンズを用いることにより、「光干渉膜厚計測方式」の原理に必要な「垂直入射／垂直受光」の基本原理が成立しやすくなり、分光スペクトル強度の抽出が容易に実現できる様になる。対物レンズとしては、色収差と像面湾曲を補正したプラン型フルオリートレンズ、プラン型アクロマートレンズ、プラン型アポクロマートレンズなどのほかに、反射対物レンズ等を利用できる。
【００２４】
対物レンズをプラン型フルオリートレンズとすることにより、像面を平坦に近くした状態での集光時・受光時における色収差を除去でき、また近紫外域の良好な透過性があるため、波長範囲を広く取ることができ、高い集光性と波長精度の良い分光スペクトル強度を検出できる。フルオリートレンズは、セミアポクロマートとも呼ばれ、アクロマートとアポクロマートの中間の性能を持つ。
また、対物レンズをプラン型アポクロマートレンズとすることにより、像面を平坦に近くした状態で集光時・受光時における色収差を可視域内で完全に除去でき、高い集光性と波長精度の良い分光スペクトル強度を検出できる。
更に、屈折系の対物レンズでは、対応できる波長範囲が狭く、特に近赤領域の色収差補正が困難であるが、反射対物レンズを用いることにより透過率、色収差等の問題を解決できるので、波長検出精度の良い分光スペクトル強度を検出できる。
【００２５】
一般に、開口数が大きいほど焦点深度は浅くなり、ビームを細く絞ることが可能となる。逆に焦点深度が深くなると、即ち、開口数が小さいと焦点深度は深くなるが、この場合はビームスポット径が逆に大きくなってしまい、微粉体の曲率の影響を受けてしまう。
本発明者の実験より、ＮＡ：０．４以上であり作動距離が３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下の長作動距離タイプの対物レンズを用いることで薄膜コート微粉体のコート層からの良好な干渉スペクトル抽出と、膜厚測定に必要な最低限度の照明光のスポット径と受光の焦点深度を確保できることを確認している。
【００２６】
光源としては、特に限定されないが、放射される光が可視域下限から近赤外域までの極めて広い分光分布を持つ「ハロゲン−タングステンランプ」を用いることが好ましい。
ハロゲン−タングステンランプから放射される光は、広い波長領域に分光分布を持つので、上述の「所望波長領域のスペクトル光」を容易に実現できる。
光源としては、他に４００〜１０００ｎｍに発光分布を持つＬＥＤ等を利用できる。
また、顕微鏡光学系及び対物レンズの透過波長域と、分光手段の分光波長域が一致していることが好ましい。
本発明の膜厚測定装置においては、顕微鏡光学系の透過波長として可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域の一部を有することが好ましい。
【００２７】
一般的な顕微鏡光学系は、透過波長域が目視観察用の可視域対応となっているので、透過波長範囲は４５０ｎｍから７００ｎｍ程（波長巾２５０ｎｍ）となっており、被検物の膜厚が薄くなった場合には、干渉の次数が低下し任意の波長域に現われる分光スペクトル強度の極大と極小の数は低減し、膜厚計測に必要な極大波長と極小波長の検出が困難になってくる。また、７００〜１０００ｎｍの近赤領域光は、サブストレイトである微粉体の反射率を高める効果があるため、この波長域を用いることにより光透過性コート膜表面反射を交えて可視性の高い干渉スペクトルを取得することが可能となる。
【００２８】
近赤外光は対象が金属であれば、自由電子の振舞いを増大させ、金属性即ち反射率が高くなる。金属以外でも、近赤外光自体は、化成品に対して透明であり、何もインタラクトしない波長域なので、可視光を吸収する黒色に近い微粉体の場合は反射率の増加が期待できる。
【００２９】
本発明の膜厚測定装置は、対物レンズの透過波長帯として、可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域の一部を有することが好ましい。
対物レンズの場合も、光透過性コート膜の膜厚が薄くなった場合には、原理的には任意の波長域に現われる分光スペクトル強度の極大と極小の数は低減するので、測定に用いられる対物レンズの透過波長帯が可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域の一部を有する場合は、極大と極小の検出が確実となり、可視性の高い干渉スペクトルを取得することが可能となる。
また、本発明の膜厚測定装置において、分光手段の分光波長帯が可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で７００〜１０００ｎｍの波長域を含んでいることが好ましい。
【００３０】
本発明の膜厚測定装置に用いられる分光手段として、回折格子もしくはプリズムあるいは分光フィルタを用いることができる。
回折格子等の分光手段は、回転により分光波長領域を変化させる回転方式のものを用いることもできるが、「固定型の分光手段（空間的に固定して用いられる回折格子等）」を用いると、回転のためのスペースや回転機構が不要となるため、膜厚測定装置のコンパクト化が可能になる。
【００３１】
本発明の膜厚測定装置に用いられるスペクトル強度検出手段としては、ＣＣＤ等のラインセンサや、所定の分光波長位置にシリコンフォトダイオードを配列した「シリコンフォトダイオード列」を好適に用いることができる。
ＣＣＤラインセンサは、シリコンフォトダイオードと比較して感度が高く、顕微鏡光学系を用いた微弱計測の場合でも充分な計測感度を有しており、小型、軽量、安価でもある。
また本発明の膜厚測定装置においては、分光手段が０．５〜５ｎｍ／画素の波長分解能の範囲であることが好ましい。
微粉体上の光透過性コート膜のような薄膜試料での分光スペクトル強度は、非常にブロードであり０．５ｎｍ／画素以上の波長分解能で充分な場合が多い。但し、大き過ぎると分光手段の段階でスムージングが掛かり、１μｍ以上の膜厚となった場合は分光スペクトル強度の信号の一部が失われることもあるため、上限として５ｎｍ／画素程度としておくことが好ましい。
【００３２】
本発明の膜厚測定装置において用いられる演算手段に「測定対象となりうる１種以上の光透過性コート膜の分光屈折率データ」を利用可能に記憶させることができる。
【００３３】
本発明の測定方法の対象となる薄膜コート微粉体としては、特に限定されず種々の構成のものを用いることができ、特に光干渉反射型着色磁性粒子に適用するのが好ましく、例えば特許第２５８２０３４号公報や特許第２６９８４１７号公報に挙げられた多色性着色磁性粉体とか着色磁性粉体のようなコート微粉体を挙げることができる。
一般的に光干渉反射型着色磁性粒子は、暗色の磁性体微粒子の表面に酸化物からなる薄膜を多層形成したもので、この複数の薄膜により該磁性体微粒子の黒色を隠蔽し、新たな所望の色に着色したものある。このような多層の薄膜はゾル・ゲル法によって形成される高屈折率物質からなる膜と、低屈折率の物質からなり、本発明測定方法によって、このような薄膜の厚さを測定することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
まず、膜厚測定装置の実施の１形態を説明する。
図１は、膜厚測定装置の実施の１形態を要部のみ示した説明図である。
図１において、（１０）で示される薄膜コート微粉体は、ガラス板（１１）上に重ならない状態で散布／保持され、顕微鏡光学系のＸ−Ｙ粗・微動機構を用いて、測定光軸上に設定される。
【００３５】
本発明の測定方法の対象となる薄膜コート微粉体（１０）としては、上述のように特に限定されず、種々の構成のものを用いることができるが、薄膜コート微粉体の１つである電子写真用キャリアを例にとって本発明を説明する。
図２（ａ）に示すものは、微粉体（１）に光透過性コート膜（２）が形成されたものであり、図２（ｂ）は、光透過性コート膜部の断面図である。
図２（ａ）、図３（ａ）において、光透過性コート膜（２）は、電子写真用キャリアの場合はスペント化を防止するための機能を持ち、図３（ａ）では耐摩耗性と帯電性制御のために、微細粒子（３）が含有されている。
光透過性コート膜（２）の膜厚は０．１〜１．０μｍが好ましく、微粉体（１）の粒径は、φ２０〜１００μｍが好ましい。
【００３６】
電子写真用キャリア用としての微粉体としては、鉄、コバルト等の強磁性体、マグネタイト、ヘマタイト、Ｌｉ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｂａフェライト等公知の種々のものを利用できる。
電子写真用キャリアで使用できる微細粒子としては以下の様なものがある。導電性ＺｎＯ、Ａｌ等の金属粉、各種の方法で作られたＳｎＯ２、及び種々の元素をドープしたＳｎＯ２ホウ化物、例えばＴＩＢ２、ＺｎＢ２、ＭｏＢ２、炭化ケイ素、及び導電性高分子（ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリ（パラーフェニレンスルフィド）ポリピロール、ポリエチレン、カーボンブラック（ファーネスブラック、アセチレンブラック、チャネルブラックなど）等である。
【００３７】
電子写真用キャリアでは、コート用光透過性樹脂として、以下のものを単独またはシリコーン樹脂と混合して使用することが可能である。
即ち、例えば、ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン散共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体（スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体（スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体などのスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレンーエチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。
【００３８】
本発明のコート層の形成方法は、スプレードライ法、浸漬法、あるいパウダーコーティング法などの公知の方法が使用できる。
これら材料による１種若しくは２種以上の微細粒子（３）を分散させて光透過性コート膜とすることができる。微細粒子（３）の分散は、塗布液の状態で適当な分散機を用いることにより行なうことができる。分散させる微細粒子（３）の粒子径あるいは凝集径は０．８μｍ以下が好ましい。
【００３９】
上記の如く、図３において光透過性コート膜（２）は微細粒子（３）を含有するが、含有の形態は「バインダ樹脂に微細粒子を分散」させた形態である。この場合、微細粒子（３）と透過性コート膜（２）の屈折率差を±０．２以内にすると、微細粒子と樹脂との境界面の反射が殆どなくなり、膜の透明度が増し、「検出光の良好な分光スペクトル強度」を得ることができる。
【００４０】
図１において、膜厚測定装置（９）は、所望波長領域のスペクトル光を放射する光源（９１）と、照明系のＮＡを可変する開口絞り（９９）及び照明領域を制限する視野絞り（１００）を有するケーラー照明系（９２）を備えた顕微鏡光学系（９３）と、顕微鏡光学系（９３）に含まれ、開口絞り（９９）及び視野絞り（１００）を経た光を被測定物側に向けて射出させ、被測定物（薄膜コート微粉体（１０））の膜（図２中の光透過性コート膜（２））に向って集光させる対物レンズ（９４）と、被測定物（１０）により反射され、対物レンズ（９４）と顕微鏡光学系（９３）を介して検出光伝送用ファイバ（９５）により伝送された光を分光する分光手段（９６）と、分光手段（９６）により分光された検出光の分光スペクトル強度を検出するスペクトル強度検出手段（９７）と、分光スペクトル強度の極小と極大を与
える各波長と光透過性コート膜の屈折率とに基づき、被測定物における光透過性の膜の膜厚を演算算出する演算手段（９８）とを有し、照射光を被測定物の表面に垂直入射させるように構成されている。
【００４１】
対物レンズ（９４）は、開口数（ＮＡ）が０．４以上であり、作動距離が３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下のものであるが、説明中の例においては、ＮＡ０．５、倍率：５０×、作動距離１０．６ｍｍ、焦点深度±１．０μｍの「プラン型のフルオリートレンズ」（ＯＬＹＭＰＵＳ  ＬＭ  Ｐｌａｎ  ＦＬ−ＢＤ  ５０×）を用いている。対物レンズ（９４）は、顕微鏡（９３）に固定され、顕微鏡（９３）はファイバプローブ（９５）の射出側端部を保持している。
光源（９１）は「ハロゲン−タングステンランプ」で、可視領域から近赤外領域にわたる広い波長領域のスペクトル光を放射する。放射された光は、顕微鏡光学系を経て対物レンズ（９４）へ導光される。顕微鏡光学系から射出した光は対物レンズ（９４）により、光透過性コート膜表面に光スポットとして集光される。
分光手段（９６）は「回折格子」であり、具体的には、固定型ツェルニターナ型回折格子で、分光領域：４００〜１０００ｎｍ、分解能：０．５ｎｍ／ポイントのものである。分光手段（９６）としては、前述のように、回折格子に代えて「プリズムあるいは分光フィルタ」を用いることもできる。
スペクトル強度検出手段（９７）は「ＣＣＤラインセンサ」であり、可視域から１０５０ｎｍの範囲で感度を持ち、受光素子数：１０２４のものを用いている。
【００４２】
薄膜コート微粉体のコート層膜厚測定の原理を、薄膜コート微粉体（１０）の構成として、薄膜コート微粉体の代表である電子写真用キャリアを例にとって挙げた図３（ｂ）の如き場合を例として説明する。
即ち、この場合、光透過性コート膜は微細粒子（３）と光透過性コート膜（２）により構成される。光透過性コート膜（２）は、例えばバインダー樹脂と±０．２以内の屈折率の粒径：０．５μｍ、即ち５００ｎｍの微細粒子（３）を均一に分散させたものである。
この場合、光透過性コート膜（２）の屈折率は、１．７程であり、したがって、微細粒子（３）の屈折率が１．７７程であるので、屈折率差が±０．２以内にあり、膜厚測定に当たってバインダー樹脂と微細粒子（３）の界面反射は殆ど無視して考えることができる。
集光された光は、一部が、薄膜コート微粉体の表面即ち光透過性コート膜（２）の表面で反射され、一部は、光透過性コート膜（２）内に入射し、微粉体（１）の表面で反射される。
これら反射光は対物レンズ（９４）及び顕微鏡光学系（９３）を介して「検出光伝送用ファイバ（９５）の端面」に集光され、同ファイバ（９５）により分光手段（９６）へ「検出光」として伝送される。伝送された検出光は分光手段（９６）により分光され、その分光スペクトル強度がスペクトル強度検出手段（９７）により検出される。
【００４３】
図４は、上記のようにしてスペクトル強度検出手段（９７）により検出されたデータ（検出値）と、演算手段（９８）において非線形最小２乗法（例えば、シンプレックス法等のカーブフィットアルゴリズム）により「連続した分光スペクトル強度」として演算されたもの（演算値）である。
図４に示すように、分光スペクトル強度は、可視域を含む、波長：４５０ｎｍから波長８００ｎｍの３００ｎｍ以上の領域にわたって有限であり、全波長領域で強度が波長とともに振動的に変化する。
分光スペクトル強度のこのような振動的な変化は「検出光における干渉」の結果であるが、分光スペクトル強度の振動的な変化の振幅は、波長：４５０ｎｍより短波長側と７８０ｎｍより長波長側ではノイズが急激に重畳してくる。
これは、顕微鏡光学系と対物レンズの透過率が急激に低下することに起因しており、この場合、透過波長領域が狭いと、膜厚計測に必要な分光スペクトル強度の極小と極大を与える各波長の検出ができなくなり、膜厚計測の精度が著しく低下する。
また、波長が「光透過性コート膜に含まれた微細粒子の粒径よりもある程度大きく」なると、光は微細粒子に散乱されなくなり、検出光において良好に干渉する。
波長：４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域において、演算値の分光スペクトル強度の変化において「隣接する極大と極小」の適当なものを選択し、これら極大・極小を与える波長を、λ２ｍ、λ２ｍ＋１とする。ｍは「干渉の次数」であり適宜に定めることができる。
【００４４】
そうすると、光透過性コート膜の厚さ：ｄと、光透過性コート膜の屈折率：ｎ１と、上記干渉の次数：ｍとの間には以下の関係が成り立つ。
２ｍ＝４ｎ１ｄ／λ２ｍ
２ｍ＋１＝４ｎ１ｄ／λ２ｍ＋１
これらから干渉次数：ｍを消去すると、
ｎ１ｄ＝λ２ｍ・λ２ｍ＋１／４（λ２ｍ−λ２ｍ＋１）
が得られる。
したがって、上記極大・極小を与える波長：λ２ｍ、λ２ｍ＋１が判ると、光透過性コート膜の光学的膜厚：ｎ１ｄが知られ、さらに、屈折率：ｎ１が判れば、求める光透過性コート膜の厚さ：ｄは、
ｄ＝λ２ｍ・λ２ｍ＋１／４ｎ１（λ２ｍ−λ２ｍ＋１）……（１）
として算出することができる。
【００４５】
屈折率：ｎ１は、光透過性コート膜（２）の材質が定まれば一義的に定まるものであり、その分光特性、即ち、波長による屈折率の変化（分光屈折率）を予め制御手段（９８）内にテーブルあるいは「波長の関数」として記憶しておくことができ、このようにして、分光スペクトル強度における極小と極大を与える各波長：λ２ｍ＋１、λ２ｍと、光透過性コート膜（２）の屈折率：ｎ１とに基づき光透過性コート膜の膜厚：ｄを、上記（１）式に従って演算算出することができる。
即ち、演算手段（９８）は、スペクトル強度検出手段（９７）により検出されたデータを「連続した分光スペクトル強度」として演算し、得られた分光スペクトル強度に対して微分演算等により、極小・極大を与える各波長：λ２ｍ＋１、λ２ｍを特定し、光透過性コート膜（２）の屈折率：ｎ１とに基づき光透過性コート膜の膜厚：ｄを、上記の（１）式に従って演算算出する。
【００４６】
上記の如き条件で、実験したところでは、光透過性コート膜の厚さを０．０５μｍ以下の分解能で精度良く測定することができた。
光透過性コート膜（２）の構成として、図２の如き構成の場合にも、上記と同様にして、感光層の厚さを０．０５μｍ以下の分解能で精度良く測定できた。
上述したように、膜厚（光透過性コート膜の厚み）の演算算出には「光透過性コート膜の分光屈折率のデータ」が必要であり、上述した例では、光透過性コート膜の分光屈折率が、制御手段（９８）に利用可能に記憶されている。例えば電子写真用キャリアでは、画像形成装置の機種毎に種々のものが用いられており、それら薄膜コート微粉体であるキャリアにおける光透過性コート膜の材質も多岐にわたっている。
膜厚測定装置（９）は、その演算手段（９８）に「厚みを測定すべき光透過性コート膜の材質」の分光屈折率のデータを利用可能に記憶させておけば良いが、膜厚測定装置の汎用性を高め、複数種の薄膜コート微粉体に対して適応できるように、演算手段に「測定対象となりうる１種以上の膜（光透過性コート膜）の分光屈折率データ」を利用可能に記憶させておくことが好ましい。
【００４７】
図５に、光透過性コート膜の材質における分光屈折率データの具体的な２例を示す。
Ａは、図２に示す光透過性コート膜の分光屈折率データ、Ｂは、別の光透過性コート膜の分光屈折率データである。上述したように、膜厚の演算算出においては、分光屈折率：ｎ１は波長：λ２ｍ〜λ２ｍ＋１の範囲で一定とみなされる。
上述したように、膜厚測定装置（９）により、微粉体上（１）に光透過性コート膜（２）を形成してなる被測定物における光透過性コート膜（２）の膜厚を測定する方法であって、所望領域の波長スペクトル光を放射する光源（９１）からの光を開口絞り（９９）及び照明領域を制限可能な視野絞り（１００）を有した顕微鏡光学系（９３）（ＯＬＹＭＰＵＳ  ＢＸ６０）により導光して、この放射光束を対物レンズ（９４）により被測定物（１０）に垂直入射させて光透過性コート膜（２）に照明領域を制限して集光させ、集束光のフォーカス位置を光透過性コート膜（２）表面から微粉体（１）表面に寄せた状態で光透過性コート膜（２）表面と微粉体（１）表面とにより反射して互いに干渉した反射光を、対物レ
ンズ（９４）、顕微鏡光学系（９３）を介して、検出光伝送用ファイバ（９５）の端面に戻し、検出光伝送用ファイバ（９５）により分光手段（９６）に導いて、可視域を含む３００ｎｍ以上の波長幅で分光し、分光スペクトル強度の極小と極大を与える各波長：λ２ｍ、λ２ｍ＋１と、膜の屈折率：ｎ１とに基づき微粉体上の光透過性コート膜の膜厚を演算算出する膜厚測定方法が実施されることになる。
【００４８】
上述したように、本発明の膜厚測定方法・膜厚測定装置では、対物レンズ（９４）により、開口絞り（９９）及び視野絞り（１００）を備えたケーラー照明系（９２）を有する顕微鏡光学系（９３）を経た光を、照射領域を制限して被測定物（１０）の光透過性コート膜（２）に集光させている。このように、顕微鏡光学系を経た対物レンズ（９４）を用いて集光させる代わりに、図７に示すように光源を備えた分光器から出た投・受光ファイバプローブ（７）の射出端にアクロマティックレンズ（８）を取り付け、ビーム径を絞って射出光を光透過性コート層（２）に照射、受光するようにしたところ、検出光の分光スペクトル強度は図６の如くになった。
図６から明らかなように、分光スペクトル強度は、振動の振幅（極大値と極小値の差）が判断できず、このため、波長：λ２ｍ、λ２ｍ＋１の特定が困難となり、光透過性コート膜（２）の測定値を演算算出することができない。
【００４９】
また、照射領域を制限して集光させる代わりに、図１に示す顕微鏡光学系（９３）において、視野絞り（１００）を開放状態にして射出光を光透過性コート層のない微粉体に照射、受光するようにしたところ、検出光の分光スペクトル強度は図８（ａ）の如くになった。図８（ｂ）は、視野絞り（１００）を絞った状態の分光スペクトル強度図である。
図８（ａ）、図８（ｂ）から明らかなように、コート層がない場合の分光スペクトル強度は、図８（ａ）に示す通り、６８０ｎｍから上の近赤外域の波長帯域でフレア光のノイズが重畳するようになり、このため、コート膜が存在する場合の振動の振幅（極大値と極小値の差、特に極小値）が図９に示す「視野絞り開」線図ように正確に判断できず、波長：λ２ｍ、λ２ｍ＋１の特定が困難となり、光透過性コート膜（２）の測定値を演算算出することができない。ノイズが重畳しない場合は、「視野絞り閉」線図の様になる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】膜厚測定装置の要部の一例を示した図である。
【図２】（ａ）は微粉体上の光透過性コート膜の断面図を、（ｂ）は光透過性コート膜部の断面図をそれぞれ示した図である。
【図３】（ａ）は微細粒子を含んだ微粉体上の光透過性コート膜の断面図を、（ｂ）は微細粒子を含んだ光透過性コート膜部の断面図をそれぞれ示した他の図である。
【図４】スペクトル強度検出手段により検出された検出値と、演算手段において演算された演算値の関係を示す図である。
【図５】光透過性コート膜の材質における分光屈折率データの例を示した図である。
【図６】波長と検出光の分光スペクトル強度の関係を示した図である。
【図７】光源を備えた分光器を示す図である。
【図８】波長と反射率の関係を示した図である。
【図９】波長と反射率の関係を示した他の図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  微粉体
２  光透過性コート膜
３  微細粒子
９  膜厚測定装置
１０  薄膜コート微粉体（被測定物）
１１  ガラス板
９１  光源
９２  ケーラー照明系
９３  顕微鏡光学系
９４  対物レンズ
９５  検出光伝送用ファイバ（ファイバプローブ）
９６  分光手段
９７  スペクトル強度検出手段
９８  演算手段
９９  開口絞り
１００  視野絞り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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