(57)【要約】【課題】距離測定により光透過性を有する被測定物の所定面間の寸法を測定する構成において、測定位置の適否を確実に報知することができる厚さ測定装置を提供する。【解決手段】測定対象の面間の中心位置までの距離を測定し、その距離に応じて表示灯の表示態様を制御する。つまり、測定距離が測定可能範囲の中心位置付近の最適位置に位置しているときは表示灯を点灯し、それ以外の測定可能範囲に位置しているときは表示灯を点滅し、測定可能範囲外であるときは表示灯を消灯する。これにより、被測定物の所定面間の中心を測定可能範囲の中心付近の最適位置に位置合せることができる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する被測定物へ光を照射する投光手段と、
前記被測定物からの反射光を受光するＣＣＤと、
このＣＣＤ上における受光分布の複数のピーク位置から前記被測定物の所定面間の寸法を測定する測定手段とを備えた厚さ測定装置において、
前記ＣＣＤ上における受光分布の複数のピーク位置のうち所定の２つのピーク位置から、それらの中心位置までの距離を測定する距離測定手段と、
この距離測定手段による測定距離を予め設定された距離範囲と比較することにより測定に適しているかを判断する判断手段と、
この判断手段による判断結果を報知する報知手段とを備えたことを特徴とする厚さ測定装置。
【請求項２】
前記判断手段は、前記距離測定手段による距離測定が、測定可能範囲の最適位置、当該最適位置以外の測定可能範囲、測定可能範囲外の何れに位置しているかを判断することを特徴とする請求項１記載の厚さ測定装置。
【請求項３】
測定モードを切替えるための切替手段と、
前記切替手段が距離測定モードに切替えられたときは、前記ＣＣＤ上における受光分布の所定のピーク位置までの距離を測定する第２の距離測定手段とを備え、
前記判断手段は、前記第２の距離測定手段による測定距離を予め設定された距離範囲と比較することにより測定に適しているかを判断することを特徴とする請求項１または２記載の厚さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の厚さ寸法を測定する厚さ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−７４７６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば変位センサでは、被測定物までの距離を測定し、測定距離が変化することで凹凸部位を特定したり、表面状態の確認などに用いたりするようにしている。このような変位センサを使用する際には、変位センサの測定可能範囲の中心に被測定物が配置されるように変位センサの位置決めを行うのが望ましい。
【０００５】
特開平６−７４７６０号公報のものでは、このような要望に応えるため、被測定物までの距離の測定結果に応じて表示灯の表示態様を変化させることで、作業者が容易に変位センサと被測定物との距離関係を把握して、被測定物を測定可能範囲の中心付近の最適位置に位置させることができる構成を提示している。
【０００６】
ところで、近年、変位センサとして、ガラス基板の厚み検出が可能なものが提供されている。これは、ガラス基板での反射光としては、ガラス基板の表面で反射する表面反射光と、ガラスを透過して裏面で反射する裏面反射光の２つの反射光が生じることから、これらの反射光をＣＣＤ上で受光することにより、ＣＣＤ上における受光分布に表面反射光と裏面反射光の２つの受光ピークを生じるので、それぞれの受光ピークに対応するＣＣＤ上のビット位置からガラス基板の厚みを測定するというものである。
【０００７】
しかしながら、このように厚み測定を行う場合、測定値は厚みであっても、表示灯は測定距離に基づいて表示形態を変化させるので、被測定物の厚さに対応した表示を行えず、表示灯を設けたメリットが発揮されないばかりか、表示灯の表示に従って測定を行うと、測定精度の低下を招来する虞がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、距離測定により光透過性を有する被測定物の所定面間の寸法を測定する構成において、測定位置の適否を確実に報知することができる厚さ測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光透過性を有する被測定物へ光を照射する投光手段と、前記被測定物からの反射光を受光するＣＣＤと、このＣＣＤ上における受光分布の複数のピーク位置から前記被測定物の所定面間の寸法を測定する測定手段とを備えた寸法測定装置において、前記ＣＣＤ上における受光分布の複数のピーク位置のうち所定の２つのピーク位置から、それらの中心位置までの距離を測定する距離測定手段を設け、この距離測定手段による測定距離を予め設定された距離範囲と比較することにより測定に適しているかを判断する判断手段を設け、この判断手段による判断結果を報知する報知手段を設けたものである（請求項１）。
【００１０】
このような構成によれば、照射手段から光透過性を有する被測定物に光を照射すると、被測定物の表面及び裏面で光が反射し、被測定物が１つの場合は、ＣＣＤ上における受光分布のピーク値が２つ形成される。ここで、距離測定手段がそれらのピーク位置からそれらの中心位置までの距離を測定するので、判断手段は、距離測定手段による測定距離を予め設定された距離範囲と比較することにより測定に適しているかを判断する。そして、報知手段が判断手段による判断結果を報知するので、報知手段による報知に基づいて位置合わせすることにより測定精度を高めることができる。
【００１１】
上記構成において、前記判断手段は、前記距離測定手段による距離測定が、測定可能範囲の最適位置、当該最適位置以外の測定可能範囲、測定可能範囲外の何れに位置しているかを判断するようにしてもよい（請求項２）。
このような構成によれば、報知手段の報知により、測定対象の所定面間の中心を最適位置に容易に位置合わせすることができる。
【００１２】
また、測定モードを切替えるための切替手段と、前記切替手段が距離測定モードに切替えられたときは、前記ＣＣＤ上における受光分布の所定のピーク位置までの距離を測定する第２の距離測定手段とを設けた上で、前記判断手段は、前記第２の距離測定手段による測定距離を予め設定された距離範囲と比較することにより測定に適しているかを判断するようにしてもよい（請求項３）。
【００１３】
このような構成によれば、被測定物までの距離を測定する場合は、切替手段を距離測定モードに切替える。すると、第２の距離測定手段は、ＣＣＤ上における受光分布の所定のピーク位置までの距離を測定し、判断手段は、第２の距離測定手段の測定距離を予め設定された距離範囲と比較することにより測定に適しているかを判断するので、報知手段による報知に基づいて位置合わせすることにより測定精度を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は、厚さ測定装置の斜視図である。この図２において、厚さ測定装置１は，センサヘッド２とディスプレイ３を有したコントローラ４とから構成されている。
【００１５】
図１は、厚さ測定装置１の電気的構成を示すブロック図である。この図１において、センサヘッド２は、投光手段として例えば赤色半導体レーザダイオードからなる投光素子５、この投光素子５に駆動電流を与える投光素子駆動回路６、反射光を受光するＣＣＤ７、このＣＣＤ７を駆動するＣＣＤ駆動回路８、測定位置の適否を報知する表示灯（報知手段に相当）９を備えて構成されている。
【００１６】
コントローラ４は、ディスプレイ３に加えて、ＣＣＤ７の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１０、ＣＣＤ７の出力信号と所定のスライスレベルとの比較を行うコンパレータ１１、ＣＰＵ１２、メモリ１３などを備えて構成されている。
【００１７】
ディスプレイ３は切替手段としての図示しないタッチパネルを有して構成されており、作業者のタッチ操作に応じてＣＰＵ（測定手段、距離測定手段、判断手段、報知手段、第２の距離測定手段に相当）１２へ各種設定信号を送信するようになっている。
【００１８】
図３は、ＣＣＤ７の構成を示す模式図である。この図３において、ＣＣＤ７は、フォトダイオードアレイ部７ａ、ＣＣＤ部７ｂ及び電荷電圧変換部７ｃから構成されている。フォトダイオードアレイ部７ａは、一列に配列された複数の画素（受光部）を有する。ＣＣＤ部７ｂは、フォトダイオードアレイ部７ａの複数の画素に対応して複数の電荷保持部を有する。
【００１９】
図４は、ＣＣＤ７の動作を示すタイミング図である。この図４において、フォトダイオードアレイ部７ａの各画素に蓄積された電荷は、トリガ信号ＴＲに応答してＣＣＤ部７ｂに同時に転送される。ＣＣＤ部７ｂに転送された電荷は、シフトパルスＳＨに応答してＣＣＤ部７ｂ内で１画素分ずつ順次シフトされて一端部から出力される。ＣＣＤ部７ｂから出力された電荷は、電荷電圧変換部７ｃにより電圧に変換される。これにより、電荷電圧変換部７ｃから各画素の受光量に対応する出力信号ＣＤが得られる。
【００２０】
コントローラ４では、ＣＣＤ７からの出力信号ＣＤをコンパレータ１１において所定のスライスレベルと比較してその結果をＣＰＵ１２に取り込む。これは、出力信号ＣＤに含まれるノイズをＣＣＤ７上の受光分布のピークレベルと区別するためのもので、ＣＰＵ１２ではコンパレータ１１からの出力がハイレベル（即ちＣＣＤ７の受光レベルが所定レベル以上）のときのみＡ／Ｄコンバータ１０の出力を被測定物からの反射光として取り込んで、後述する判別処理動作を行うようになっている。
【００２１】
次に上記構成の作用について説明する。
＜測定モード設定＞
作業者は、予め測定モードを設定する必要がある。つまり、測定対象として被測定物の表面までの距離、裏面までの距離、被測定物の厚み、２つの被測定物の隙間の何れかを選択する。
【００２２】
本実施の形態では、図５に示すように隙間を有して重ねられた２枚の透明な第１ガラス基板Ａ及び第２ガラス基板Ｂに対して４つの面（第１ガラス基板Ａの表面▲１▼、その裏面▲２▼、第２ガラス基板Ｂの表面▲３▼、その裏面▲４▼）からの反射光の各ピークを検出し、それらの各ピークに対応するＣＣＤ７のビット位置に基づいてガラス基板Ａ，Ｂの所定面までの距離、或は所定面間の寸法を測定することが可能である。
【００２３】
例えば、第１ガラス基板Ａの表面までの距離を測定したいときは面▲１▼、その裏面までの距離を測定したいときは面▲２▼、第２ガラス基板Ｂの表面までの距離を測定したいときは面▲３▼、その裏面までの距離を測定したいときは面▲４▼をそれぞれ選択する。それとは別に、第１ガラス基板Ａの厚みを測定したいときに厚み▲１▼−▲２▼、第２ガラス基板Ｂの厚みを測定したいときは厚み▲３▼−▲４▼を、第１ガラス基板Ａと第２ガラス基板Ｂとの隙間を測定したいときは、厚み▲２▼−▲３▼をそれぞれ選択する。
【００２４】
上記の測定モードの選択設定動作はコントローラ４上のディスプレイ３で設定操作することができる。ディスプレイ３はタッチパネルになっており、画面上に測定モードの上記各設定項目が表示されるので、作業者は、画面上の所望の測定項目を選択してタッチ操作するだけで、ディスプレイ３からＣＰＵ１２へ設定信号が送信され、これにより測定モードの設定操作を行うことができる。
【００２５】
＜受光サンプリング＞
被測定物であるガラス基板Ａ、Ｂに対して厚さ測定装置１のセンサヘッド２を所定距離で対向させた状態で駆動すると、投光素子５からビーム状のレーザ光がガラス基板Ａ、Ｂに対して斜めから照射される。この場合、ＣＰＵ１２は、投光素子駆動回路６へ常に駆動信号を出力する状態となっており、投光素子５は常時点灯を行う所謂直流点灯している。従って、投光素子５からは常にレーザ光がガラス基板Ａ、Ｂに照射されて反射するので、その反射光がＣＣＤ７上に受光される。
【００２６】
図５に示す例では、第１のガラス基板Ａ及び第２のガラス基板Ｂの表面で反射した表面反射光、並びにそれらの裏面で反射した裏面反射光がＣＣＤ７上に照射されるので，ＣＣＤ７上に反射光による受光分布が形成される。この受光分布にはガラス基板Ａ、Ｂからの反射光の受光位置に応じたピークを有している。つまり、ガラス基板Ａ、Ｂからの表面反射光及び裏面反射光の受光中心位置がピーク位置となる．
ＣＰＵ１２は、受光信号を取り込むにあたって、トリガ信号ＴＲをＣＣＤ駆動回路８へ出力する．ＣＣＤ駆動回路８はシフトレジスタで構成されており、トリガ信号ＴＲを取り込むと、順次シフトパルスＳＨをＣＣＤ７へ与える。
ＣＣＤ７は、トリガ信号ＴＲとシフトパルスＳＨが与えられると、各ビット毎の受光量に応じたレベルの出力信号ＣＤを順次出力する（図６参照）。
【００２７】
ＣＰＵ１２は、シフトパルスＳＨのタイミング毎にコンパレータ１１の出力レベルを参照し、ローレベルからハイレベルに変化するときのビット数（コンパレータ１１の出力を参照しにいく回数と対応している）であるピーク測定開始ビットＳ１ａを最初に記憶する。
【００２８】
コンパレータ１１の出力がハイレベルへ変化したら次にローレベルに変化するまでの間、Ａ／Ｄコンバータ１０の出力信号を取り込んでピーク値に対応するビット数Ｓ１Ｐを記憶する。つまり、Ａ／Ｄコンバータ１０の出力信号を取り込む毎に記憶しているピークレベルと比較して大きい方をピークレベルとして更新記憶していくことでピークレベルが判別できる。このとき、ピークレベルと共に対応するビット数も同時に記憶していくことでピークレベルに対応するビット数を判別して記憶することが可能となる。
【００２９】
次に、コンパレータ１１の出力がハイレベルからローレベルに変化したときは、そのときのビット数であるピーク測定終了ビット数Ｓ１ｂを記憶する。
ＣＰＵ１２は、最終ビットまで上記動作を繰り返すことで、図６に示すように４つのピークがある場合には、ピークに対応してピーク測定開始ビット数Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ３ａ，Ｓ４ａ、ピーク測定終了ビット数Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂ，Ｓ３ｂ，Ｓ４ｂ、ピーク位置ビット数Ｓ１Ｐ，Ｓ２Ｐ，Ｓ３Ｐ，Ｓ４Ｐを記憶する。
【００３０】
＜距離（厚み）測定＞
ＣＰＵ１２は、受光分布における第１ピーク位置を測定するために、まず、Ｓ１ｃ＝（Ｓ１ａ＋Ｓ１ｂ）／２を演算する。これは、重心法とよばれる測定方法で、重心位置を演算によって求め、それをピーク位置のビット数として割り出すものである。
【００３１】
本実施の形態では、さらにＳ１＝（Ｓ１ｃ＋Ｓ１Ｐ）／２の演算によって得られたＳ１を最終的なピーク位置のビット数としている（図６参照）。これは、単純には受光波形のピーク位置はＳ１Ｐであるが、ノイズの影響によってＳ１Ｐがずれている可能性があるため、重心法によって得られたＳ１ｃとＳ１Ｐの平均を求めることで精度を上げようとするものである。
同様にして、受光分布における第２，第３，第４のピーク位置に対応したピーク位置ビット数Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４をそれぞれ算出する。
【００３２】
ＣＰＵ１２は、距離測定においては、これらのビット数Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４から距離を求める。具体的には，予めビット数と距離との関係付けされたデータをメモリ１３に記憶しておくことで、距離測定時にはビット数から対応する距離を読み出すことができる。つまり、設定時に、測定面として面▲１▼が設定されている場合はＳ１のビット数に対応する距離Ｌ１が、面▲２▼が設定されている場合はＳ２のビット数に対応する距離Ｌ２が、面▲３▼が設定されている場合はＳ３のビット数に対応する距離Ｌ３が、面▲４▼が設定されている場合はＳ４のビット数に対応する距離Ｌ４がそれぞれ測定値として得ることができる。
【００３３】
一方、厚み測定の場合は、例えば面▲１▼−▲２▼を例にとると、上記の距離測定と同様にして面▲１▼までの距離Ｌ１と、面▲２▼までの距離Ｌ２を演算によって求め、その差分Ｌ１２＝Ｌ２−Ｌ１を演算した結果、Ｌ１２が第１ガラス基板Ａの面▲１▼−▲２▼の厚みとして得られる。同様にして、Ｌ２３＝Ｌ３−Ｌ２が第１ガラス基板Ａ及び第２ガラス基板Ｂの面▲２▼−▲３▼の隙間、Ｌ３４＝Ｌ４−Ｌ３が第２ガラス基板Ｂの面▲３▼−▲４▼の厚みとして得られる。
【００３４】
上記の各測定結果は、ＣＰＵ１２からディスプレイ３に表示信号が出力されてディスプレイ３に表示される。従って，作業者は，設定モードで設定した被測定物の表面までの距離、裏面までの距離、被測定物の厚み、２つの被測定物の隙間の何れかを確認することができる。
【００３５】
＜表示灯制御＞
ＣＰＵ１２は、測定モードが距離測定のときは、上記距離測定結果に基づいて表示灯９の制御を行う。図７は距離測定結果と表示灯制御との対応を示している。この図７において、例えば、測定面が第１ガラス基板Ａの表面▲１▼の距離測定の場合は、面▲１▼の距離測定結果Ｌ１と測定可能範囲Ｍ１〜Ｍ２、測定可能範囲の中心位置付近の最適位置Ｍ２〜Ｍ３、測定可能範囲Ｍ３〜Ｍ４との比較によって表示灯９の表示態様の制御を行う。つまり、Ｍ２＜Ｌ１＜Ｍ３の場合は、測定可能範囲の最適位置であることを報知するために表示灯９を点灯させるべく、直流信号を表示灯９へ与える。また、Ｍ１＜Ｌ１≦Ｍ２もしくはＭ３≦Ｌ１＜Ｍ４の場合は、測定可能範囲であることを報知するために表示灯９を点滅させるべく、所定周期のパルス信号を表示灯９へ与える。そして、Ｌ１≦Ｍ１もしくはＭ４≦Ｌ１の場合は，測定可能範囲外であることを報知するために表示灯９を消灯させるべく、表示灯９への信号停止状態を維持する。
【００３６】
同様に、第１ガラス基板Ａの裏面▲２▼の測定時はＬ２、第２ガラス基板Ｂの表面▲３▼の測定時はＬ３、その裏面▲４▼の測定時はＬ４とＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４との比較によって表示灯９の表示態様の制御を行う。
従って、作業者は、表示灯９の表示態様が点灯状態となるようにセンサヘッド２の位置合わせを行う。
【００３７】
一方、測定モードが厚み測定のときは、以下のように行う。
ＣＰＵ１２は、第１ガラス基板Ａの厚みを測定する場合は、演算式Ｌ１２＝Ｌ１＋（Ｌ２−Ｌ１）／２によって第１ガラス基板Ａの厚み▲１▼−▲２▼の中心位置の距離Ｌ１２を求め、そのＬ１２を上記距離測定時と同じようにＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４との比較によって表示灯９の表示態様の制御を行う。
【００３８】
同様に、第１ガラス基板Ａと第２ガラス基板Ｂとの隙間▲２▼−▲３▼の測定時は演算式Ｌ２３＝Ｌ２＋（Ｌ３−Ｌ２）／２、第２ガラス基板Ｂの厚み▲３▼−▲４▼の測定時は演算式Ｌ３４＝Ｌ３＋（Ｌ４−Ｌ３）／２を用い、演算式で得た値とＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４との比較によって表示灯９の表示態様の制御を行う。
従って、作業者は、表示灯９の表示態様が点灯状態となるようにセンサヘッド２の位置合わせを行う。
【００３９】
このような実施の形態によれば、厚み測定時においてはガラス基板Ａ，Ｂの厚みの中心位置までの距離、或はガラス基板Ａ，Ｂの隙間の中心位置までの距離に応じて表示灯９の表示態様の制御を行うようにしたので、ガラス基板Ａ，Ｂの所定面間の中心位置に対応した表示制御を行うことが可能となる。従って、厚み測定時においても表示灯９の表示態様の制御を有効に発揮させることができると共に、表示灯９の表示態様に基づいて被測定物に対する位置合わせをすることにより高い測定精度を担保することができる。
【００４０】
（変形例）
本発明は，上記実施に形態に限定されるものではなく、次にように変形または拡張できる。
厚み測定時の中心距離の求め方として、例えば第１ガラス基板Ａの面▲１▼−▲２▼の厚み測定時において、ピークビット数Ｓ１，Ｓ２が求められたときに、次に演算Ｓ１２＝（Ｓ１＋Ｓ）／２によって中心ビット数を求め、この中心ビットＳ１２に対応する距離をメモリから読み出して中心距離Ｌ１２を求めるようにしてもよい。
【００４１】
２枚のガラス基板の表面間の寸法、或はガラス基板の裏面間の寸法を測定するようにしてもよい。
３枚以上のガラス基板の所定面間の寸法を測定するようにしてもよい。
表示灯９の表示態様の制御としては、測定可能範囲で点灯、測定可能範囲外で消灯するようにしてもよいし、最適位置で点灯、それ以外で消灯するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の厚さ測定装置によれば、ＣＣＤ上における受光分布の複数のピーク位置のうち所定の２つのピーク位置から、それらの中心位置までの距離を測定し、その距離を予め設定された距離範囲と比較することにより測定に適しているかを報知するようにしたので、測定位置の適否を確実に報知することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における全体の電気的構成を概略的に示すブロック図
【図２】全体の斜視図
【図３】ＣＣＤの構成を示す模式図
【図４】ＣＣＤの各信号の出力タイミング図
【図５】２枚のガラス基板の測定状態を示す側面図
【図６】ＣＣＤ上の受光分布を示す図
【図７】測定距離と表示灯制御との関係を示す図
【符号の説明】
１は厚さ測定装置、２はセンサヘッド、３はディスプレイ（切替手段）、５は投光素子（投光手段）、７はＣＣＤ、９は表示灯（報知手段）、１２はＣＰＵ（測定手段、距離測定手段、判断手段、報知手段、第２の距離測定手段）である。
【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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