涂装膜的检查装置及检查方法

专利名称：涂装膜的检查装置及检查方法
技术领域：
本发明涉及用于测量涂装的膜厚、不均等涂装品质的涂装膜的检查装置及方法。
背景技术：
在汽车等的エ业产品中，在基材(基底)上实施各种涂装，采用以非破坏方式检查涂装膜的检查装置。涂装膜的检查装置通过使用激光、超声波、X射线等，来能够以非破坏方式检查涂装的膜厚、光泽等。作为膜厚的检查装置公知有例如专利文献I (日本专利第3214190号公报)。该检查装置通过使用光学传感器和涡流传感器，能够利用由光学传感器測定的到涂装膜表面为止的距离、与由涡流传感器測定的到导体为止的距离之差来測量膜厚。另外，专利文献2 (日本专利4084817号公报)记载的检查装置是使用P偏光的反 射強度来測量膜厚。该检查装置不采用随机偏光，而采用P偏光，目的在于200nm以下的薄膜的检查。专利文献3 (日本专利第4046158号公报)关于采用了太赫兹波的检查装置。太赫兹波具有光波和电波的中间性质，能够穿透包含高分子材料在内的涂装膜。该检查装置是通过飞秒激光器激发产生的太赫兹脉冲照射试料，通过测量反射波所呈现的各波峰间的时间差来算出膜厚。另外，关于金属涂装的外观，为了得到客观的检查指标，具有以下途径。向汽车等的商品实施的涂装除了防锈目的以外成为决定商品外观的重要因素，从而必须客观地测量涂装外观。尤其，汽车被大量生产，要求高品质的涂装，从而谋求正确且短时间地进行涂装检查。汽车的涂装大致分为固体涂装和金属涂装，固体涂装是使粘结剂含有顔料的涂装，所以通过测量装置容易測量色调、亮度的光学特性。另ー方面，金属涂装由透明涂层和底漆层构成，底漆层除了顔料以外还包括鱗片状的光亮材料(片状铝粉、云母片等)。由此，根据薄片的取向状态，产生具有方向性的反射光，金属涂装发出特有的光泽感。在薄片的取向状态或分布状态不均匀的情况下，作为颜色不均而被识别，从而需要检查金属涂装的颜色不均。然而，金属涂装的颜色不均由于不能够如固体涂装那样地通过色调、亮度等来表现，所以现状是不得不依赖于目视检查。这样的状况下，为客观地评估金属涂装，已作出若干尝试。专利文献4 (日本特开2009-69138号公报)是关于评估颜色不均的方法，该方法使光以2个以上的光轴入射到金属涂膜上的各测定点，通过进行各个反射光的测色或反射强度测定来评估。专利文献5 (日本特开2008-246347号公报)是关于一种检查装置，该检查装置通过显微镜从金属涂装面抽出特征量，对观测出的特征量和注册在数据库中的特征量进行比较，来判别薄片的表面状态。作为特征量采用金属涂装中所含有的薄片尺寸、密度、表示起伏程度的评估值、表示薄片的表面状态的评估值。专利文献6 (日本特开平05-288690号公报)是关于通过统计处理测量值来判别顔色不均等的检查装置。该检查装置通过扫描金属涂装表面连续地测量亮度，通过对测量出的亮度的变化进行傅里叶变换来进行频率区域中的解析，将特定的频率(长度)下的振幅的大小作为颜色不均判別。专利文献I:日本专利第3214190号公报专利文献2:日本专利4084817号公报专利文献3:日本专利第4046158号公报专利文献4:日本特开2009-69138号公报专利文献5:日本特开2008-246347号公报专利文献6:日本特开平05-288690号公报
但是，上述专利文献记载的检查装置不能应对测量多层膜的各层的膜厚的膜厚测量，不能測量多层膜的各层。例如，专利文献I记载的測量装置通过光学測量来測量直到涂装膜表面的距离，通过涡流測量来測量直到导体的距离，所以不能測量多层膜的各层。另外，专利文献4 6记载的检查装置是关于金属涂装的检查装置，但这些检查装置是在金属涂装上进行多个光轴或多个测定点处的測定，通过多个测定值的统计处理来检查颜色不均。即，通过统计处理多个测量值并进行积分(平均化)。由此，曲面引起的高低差、微小的颜色不均也被平均化，所以很难进行正确的检查。例如，在专利文献4记载的装置中，必须分别在多个测定点使用多个光轴进行测量，測量需要大量时间。即，由于不能在同一点同时照射多个光轴，所以随着光轴的数量增多，測量时间増大。另外，在该文献中，关于测量结果和发生颜色不均的薄片之间的关联，没有进行充分的解析，很难说得到了正确的测量結果。专利文献5记载的检查装置必须通过显微镜拍摄显微图像，在エ厂的生产线上使用显微镜是不容易的。另外，在刚涂装之后，涂装表面的显微图像时刻变化，因此将该方法适用于所谓湿式涂装是困难的。专利文献6记载的检查装置通过多个測量值的统计处理使高低差及微小的顔色不均平均化，必定不能期待正确的检查。如上所述，在专利文献4 6所示的以往的检查装置中，在金属涂装上进行多个光轴或多个测定点处的測定，通过多个測定值的统计处理来检查颜色不均。由此，測量需要大量时间，在要求大量生产的制造エ序中使用以往的检查方法是困难的。以往的检查方法是通过扫描金属涂装表面来求出多个测量值，通过统计处理这些测量值来进行加算(平均化)。由此，微小的颜色不均也被平均化，进行正确的检查是困难的。而且，以往的检查方法是测定金属涂装上的不同测定点处的反射光量，将测定值的相対的差异作为颜色不均来把握，不能够把握薄片的取向的均一性。此外，专利文献5是使用显微镜拍摄薄片，但拍摄仅对金属涂装表面进行，不能检测薄片的取向。

发明内容
为了解决上述课题，本发明的涂装的检查装置具有发生太赫兹波的太赫兹波发生器；将所述太赫兹波向形成有膜的试料照射的照射光学系统；对在所述试料中反射的太赫兹波进行检测的太赫兹波检测器；控制部，其将检测出的太赫兹波的电场强度表示成时间轴的波形数据，从波形数据检测多个波峰，并基于波峰间的时间差算出膜厚。
所述控制部按照预先输入的波峰图案，从所述波形数据检测多个波峰。所述控制部从所述波形数据按振幅大的顺序检测波峰。所述控制部检测处干与预先输入的膜厚范围对应的时间范围内的多个波峰。所述控制部检测处于预先输入的强度比范围内的多个波峰。另外，本发明的涂装膜的检查装置的其他方式是，具有发生太赫兹波的太赫兹波发生器；将所述太赫兹波向金属涂装试料照射的照射光学系统；对在所述试料被反射的太赫兹波的多个偏光成分进行检测的太赫兹波检测器；基于检测出的多个偏光成分算出金属涂装试料的指标值的控制部。涂装膜的检查装置还具有旋转机构，该旋转机构使所述太赫兹波检测器相对于反射后的太赫兹波的光轴旋转规定角度，由此检测多个偏光成分。所述规定角度为大致45度，所述太赫兹波检测器检测旋转前后的2个偏光成分。 所述太赫兹波检测器具有偶极子天线式的检测器。另外，所述太赫兹波检测器具有电光晶体。根据本发明，能够从波形数据检测多个波峰，并基于波峰间的时间差算出膜厚。另外，按照预先输入的波峰图案，从波形数据检测多个波峰，由此能够避免将多重反射及杂波等作为波峰误检测的情況。另外，在波形数据中，按振幅大的顺序检测波峰，由此能够避免将多重反射及杂波等作为波峰误检测的情況。而且，通过预先输入作为测定对象的试料的膜厚范围及強度比范围，也能够防止因波峰的误检测导致的測量错误。另外，根据本发明的涂装膜的检查装置的其他方式，将太赫兹波向涂装试料照射，检测来自涂装试料的反射太赫兹波中的多个偏光成分，由此能够把握金属涂装的薄片的取向的状态。在反射太赫兹波中作为金属涂装的反射面固有的信息而含有复介电常数和偏光。复介电常数包含折射率、吸收率、电导率等的信息，偏光包含反射面、散乱透过区域中的偏光的物质的信息。在金属涂装不存在颜色不均的情况下，金属涂装内部的薄片随机地配置，反射太赫兹波的偏光被散乱。另ー方面，金属涂装存在颜色不均的情况下，薄片朝向特定方向，金属涂装表面在太赫兹波的频率区域中具有如衍射光栅那样的偏光特性。因此，测量反射太赫兹波中的多个偏光成分，对这些偏光成分进行比较，由此能够判断金属涂装的好坏。即，根据本发明，能够直接检测包含薄片的取向状态的信息在内的反射太赫兹波的偏光成分，从而不需要像现有技术那样地基于多个測量结果的统计性的计算处理，能够短时间地进行检查。另外，不用随着统计处理使检测出的信息平均化，就能够进行正确的检查。另外，太赫兹波具有透过树脂的性质，从而即使是可见光不能透过的树脂，也能够进行检查。而且，使检测机构相对于反射太赫兹波的光轴旋转规定角度，由此能够检测反射太赫兹波中的多个偏光成分。作为检测机构使用偶极子天线的情况下，使检测机构的旋转角度为45度，由此能够避免偏光成分的检测值为零。另外，作为检测机构使用电光晶体的情况下，不需要进行使电光晶体旋转后的对准调整，能够进行效率好的測量。


图I是本发明的第一实施方式的检查装置的概略图。图2是本发明的第一实施方式的检查装置的框图。图3是本发明的第一实施方式的激光器、分波器的框图。图4是本发明的第一实施方式的激光脉冲的基本波的波形图。图5是本发明的第一实施方式的激光脉冲的二次谐波的波形图。图6是用于说明本发明的第一实施方式的反射光的光路的图。图7是本发明的第一实施方式的反射波的波形图。图8是本发明的第一实施方式的控制装置的框图。
图9是本发明的第一实施方式的涂装试料的剖视图。图10是本发明的第一实施方式的反射波的波形图。图11是用于说明本发明的第一实施方式的多重反射的图。图12是本发明的第一实施方式的波峰图案的图。图13是表示本发明的第一实施方式的检查方法的流程图。图14是用于说明本发明的第一实施方式的太赫兹波的取样方法的图。图15是本发明的第一实施方式的膜厚计算处理的流程图。图16是本发明的第一实施方式的波峰检测处理的流程图。图17是本发明的第一实施方式的波峰检测处理的流程图。图18是本发明的第一实施方式的反射波的波形图。图19是用于说明本发明的第一实施方式的涂装膜的折射率、膜厚的图。图20是用于说明本发明的第一实施方式的涂装膜的測定折射率的图。图21是用于说明具有曲面的涂装膜检查的图。图22是本发明的第二实施方式的金属涂装试料的剖视图。图23是本发明的第二实施方式的反射波的波形图。图24是本发明的第二实施方式的波峰检测处理的流程图。图25是本发明的第二实施方式的波峰检测处理的流程图。图26是用于说明本发明的第三实施方式的涂装膜检查装置的图。图27是用于说明本发明的第三实施方式的涂装膜检查装置的图。图28是本发明的第四实施方式的涂装膜检查装置的框图。图29是本发明的第四实施方式的控制装置的框图。图30是表示本发明的第四实施方式的检查方法的流程图。图31是本发明的第五实施方式的检查装置的框图。图32是表示本发明的第五实施方式的检查方法的流程图。图33A是用于说明本发明的第五实施方式的电光(EO)晶体中的偏光方向及晶体轴方向的图。图33B是用于说明本发明的第五实施方式的电光(EO)晶体中的偏光方向及晶体轴方向的图。图34A是用于说明本发明的第五实施方式的电光(EO)晶体中的偏光方向及晶体轴方向的图。图34B是用于说明本发明的第五实施方式的电光(EO)晶体中的偏光方向及晶体轴方向的图。图35是表示本发明的检查结果的一例的图表。图36是表示本发明的检查结果的一例的图表。
具体实施例方式以下，參照

本发明的实施方式。[第一实施方式](整体结构)图I是本发明的第一实施方式的涂装膜的检查装置的概略结构图。检查装置I具有向试料3照射太赫兹波的同时检测反射波的光学装置2、对反射波的检测信号进行同步放大的锁定放大器4、和控制检查装置的控制装置5。光学装置2具有激光器10、分波器11、调制器12、太赫兹波发生器15、太赫兹检测器22和光学延迟部25。通过激光器10激发的激光被分波器11分成基本波和二次谐波。基本波被调制器12调制成规定频率的脉冲，入射到太赫兹波发生器15。从太赫兹波发生器15发生的太赫兹波被照射到试料3，反射波入射到太赫兹波检测器22。另ー方面，被分波器11分出的ニ次谐波作为探测光使用。该探测光被光学延迟部25延迟，并入射到太赫兹波检测器22。太赫兹波检测器22在探测光到来的时刻，检测来自试料3的反射波。锁定放大器4与调制频率同步地对检测电流进行检测及积分，进行高信噪比的信号放大。被锁定放大器4放大的信号作为测量数据被输入控制装置5。控制装置5对来自锁定放大器4的測量数据进行解 祈，能够判断膜厚等的涂装品质。(光学装置)图2是表示光学装置2的详细情况的框图。光学装置2具有飞秒光纤激光器10、分色镜11、断路器(chopper)(调制器)12、反射镜13、基本波聚光用抛物面反射镜14、DAST (太赫兹波发生器)15、离轴抛物面反射镜16、17、18、20、光圈19、太赫兹波检测器22、聚光透镜23、光学延迟部25和反射镜26。光学装置2优选被框体相对于外部密闭，对框体内部进行除湿、氮气封入或抽真空。根据这样的结构，能够防止太赫兹波被空气中的水分吸收。飞秒光纤激光器10例如通过激发光使添加了 Er (餌)的光纤激发来产生1550nm的光。该光在ー对反射镜之间共振，经由偏光分束镜，作为高输出功率的光脉冲被输出。被输出的光脉冲包含1550nm成分的基本波和780nm成分的二次谐波。在通常的光纤激光器中，I微米波段、I. 5微米波段是基本波。作为太赫兹波检测器22使用GaAs基板的偶极子天线的情况下，作为探测光优选产生二次谐波。分色镜11是在白平板玻璃上交替多层喷涂折射率不同的介电物质构成的，将从飞秒光纤激光器10输出的光脉冲分离成1550nm成分的基本波和780nm成分的二次谐波。在本实施方式中，1550nm成分的基本波的強度为约100mW，脉冲宽度为17fs，780nm成分的二次谐波的强度为约10mW，脉冲宽度为37fs。1550nm的基本波用于产生太赫兹波，780nm的二次谐波作为太赫兹波检测器中的探測光使用。其中，本发明不限于这些数值，也可以使用其他的数值。另外，也可以代替分色镜使用基本波用的分束镜，在分束镜和反射镜26之间配置波长转换元件。分束镜优选具有尽可能宽的波段。另外，为了不延长脉冲宽度，分束镜的元件的厚度优选为0. 5mm以下。而且，作为激光源采用如钛蓝宝石激光器这样的以单一中心波长振荡的激光器的情况下，也可以用分束镜分割基本波。断路器12被设置在透过了分色镜11的基本波的光路上，也可以置换成声光元件(AOM)或电光元件(E0M)。由断路器12调制的调制频率优选为激光的重复频率的1/10左右的较高的值，在本实施方式中，使用IkHz的调制频率。断路器12能够输出调制频率的信号，该调制频率与锁定放大器4、控制装置5连接。根据这样的结构，锁定放大器4能够进行与调制频率同步的检測。反射镜13使被断路器12调制的基本波的光路朝向基本波聚光用抛物面反射镜14。基本波聚光用抛物面反射镜14以使被反射镜13反射的基本波向DAST聚光的方式配
置。 DAST (4-dimethylamino-N-methyl-4-stiIbazoliumtosylate) 15 是有机非线性光学晶体，公知是具有高的光学常数的有机非线性光学晶体。通过使用超短脉冲的飞秒激光器，能够发生几十THz以上的太赫兹波。为发生太赫兹波，不仅可以使用非线性晶体，还可以使用天线。但是，在透过型的天线中，由于容易受到底座、硅透镜的吸收、分散的影响，所以短脉冲的生成变得困难。若使用反射型的天线，能够避免硅透镜的影响。但是，即使使用反射型的天线，电磁波被辐射在介电常数大的基板上，太赫兹波的输出可能变小。另ー方面，非线性晶体仅使激光聚光就能发生太赫兹波，能够解决上述问题。此外，在本实施方式中，不限于DAST，也可以使用LiNb03、MgO LiTa03、BBO, LBO,KTP等的激光波长转换用非线性晶体、或ZnTe、GnSe, GaP、GaAs等的半导体晶体。另外，还可以使用KDP、ADP、KNb03、BaTiO3及铅类或锆类强介电晶体。而且，还可以使用PMN、PZN、PZT的铅类张弛振荡器，KTai_xNbx03、K1^xLixTaO3> Sr1^xCaxTiO3等的量子顺电体类张弛振荡器物质。由DAST15发生的太赫兹波被离轴抛物面反射镜16、17反射，照射到试料3。从试料3反射的太赫兹波被离轴抛物面反射镜18、20聚光，入射到太赫兹波检测器22。此外，在覆盖光学装置2的框体上设置有窗ロ 2A，太赫兹波通过窗ロ 2A照射试料3，另外，被试料3反射的太赫兹波也通过窗ロ 2A入射到光学装置2。此外，窗ロ 2A优选以不损害光学装置2的框体的密闭性的方式被透明的部件密封。离轴抛物面反射镜18、20使被涂装试料3反射的太赫兹波向太赫兹波检测器22聚光。如下所述，在试料3和抛物面反射镜18之间设置有光圈19A，在抛物面反射镜18、20之间设置有光圈19B。以仅被试料3正反射的太赫兹波入射到太赫兹波检测器22的方式，调整光圈19A、19B。太赫兹波检测器22是在导光性半导体薄膜(低温生长GaAs等)的基板上使具有谐振腔缝的金属电极作为偶极子天线形成而成的。在基板的一侧设置有半球透镜，入射到该半球透镜的太赫兹波向偶极子天线的谐振腔缝部分聚焦。另外，在基板的相反侧配置有聚光透镜23，飞秒的探測光通过该聚光透镜23聚焦。聚焦的探測光照射到偶极子天线的谐振腔缝，在基板上发生载波。该载波被伴随太赫兹波产生的振荡电场加速，与太赫兹波的电场成比例的瞬时电流流动。通过测量该电流，能够测量太赫兹脉冲波的电场的強度。光学延迟部25具有固定反射镜和可动反射镜，根据可动反射镜的位置，决定探測光的延迟。即，通过改变探測光的光路长度，能够任意决定探測光到达太赫兹检测器22的时刻。因此，通过改变该时刻的同时测量反复到来的太赫兹波的电场，由此能够取样太赫兹波的波形。锁定放大器4是与调制频率同步地对检测电流进行检测及积分，由此进行高信噪比的信号放大。即，断路器2中的调制频率的信号被输入锁定放大器4，锁定放大器4能够与该信号同步地放大来自太赫兹检测器22的微弱的检测电流。被锁定放大器4放大的信号作为测量数据被输入控制装置5。控制装置5由例如个人计算机构成，按照调制频率使断路器12、光学延迟部23、锁定放大器4同歩。另外，控制装置5解析来自锁定放大器4的測量数据，能够判断试料3的月吴厚等的涂装品质。
(激光器、分波器)參照图3说明激光器10、分波器11的详细结构。激光器10是光纤激光器，具有激发用的振荡器1001、泵浦源即激光二极管1002 1004、入 /2 板 1005、WDM (波分复用:wavelength-division multiplexing)率禹合器 1006、1007、偏振合成器(polarized wave combiner) 1008、单模光纤1009、惨辑光纤1010、偏光合束器(Polarization beam combiner)1010、反射器1014、LMA_PCF (大模场面积光子晶体光纤Large Mode Area-Photonic Crystal Fiber) 1015、入/2 板 1016、偏光分束器 1017、HNLF (高非线性光纤Highly Non-Linear Fiber) 1018。振荡器1001是添加了 Er的光纤激光器,能够发生短脉冲的信号光。脉冲宽度优选为300fs左右。此外，也可以使用代替Er添加Yb的光纤激光器，也可以使用钛蓝宝石激光器等的固体激光器。选定激光时，需要考虑膜厚。例如，进行膜厚为10 Pm、折射率为2的膜厚的測量的情况下，膜的表面的反射波和背面的反射波之间的光路差成为10 ymX2X2=40 Pm。另夕卜，此时的时间差成为40X 10—73X IO8=L 3X10_13=130fs。因此，太赫兹波的脉冲宽度优选为130fs左右。激光脉冲为约IOOfs的情况下，由天线及硅透镜发生的太赫兹波的脉冲宽度成为约lps。另外，即使使用非线性晶体，太赫兹波的脉冲宽度也为约500fs。这样脉冲宽度变宽是由穿过天线及硅透镜时的吸收、分散、非线性晶体的相位不匹配、吸收等而引起的。其中，虽然通过使非线性晶体更薄，能够减少相位不匹配、吸收等，但同时，太赫兹波的输出也減少。因此，优选不便非线性晶体变薄，而是实施激光的短脉冲化。激发出的信号光的重复频率为50MHz。通过提高重复频率，能够增大太赫兹波检测器22中检测的信号的信噪比。另ー方面，重复频率过高时，脉冲间隔变窄，检测信号的时间区域中的能够扫描的范围变窄。因此，必须使用与要测量的膜厚相应的重复频率。A /2波长板1005被设置在振荡器1001和WDM耦合器1006之间。将振荡器1001的信号光向偏振保持光线输出的情况下，可以不使用、/2波长板1005，而是直接连接振荡器1001和WDM耦合器1006。激光二极管1002、1003、1004是用于激发光纤的泵浦源。在本实施方式中，在光纤的两侧设置泵浦源，但也可以仅在ー侧设置泵浦源。另外，激光二极管1002、1003、1004能够输出1480nm、400mW的泵浦光，但也可以输出980nm等的泵浦光。激光二极管1002、1003的泵浦光经由偏光合束器、WDM1007被注入掺铒光纤1010。另外，激光二极管1004的泵浦光与来自振荡器1001的信号光一起经由WDM耦合器1006被注入单模光纤1001、掺铒光纤1010。掺铒光纤1010是不是偏振保持光线都可以。掺铒光纤1010是偏振保持光线的情况下，能够通过偏振合成器1008沿偏振光纤的慢轴、快轴注入激发光，实现高输出化。掺铒光纤1010中的激发光因正常分散效应其脉冲宽度扩大的同时被放大。由此，能够避免非线性效应。此外，从WDM耦合器1010输出的激光的脉冲宽度为lps，输出为400mW。来自WDM耦合器1007的激光脉冲经由反射器1014被输入LMA-PCF1015。LMA-PCF1015具有异常分散的性质，使所通过的激光异常分散，使激光的脉冲宽度变窄。从 LMA-PCF1015输出的激光的脉冲宽度变窄到50fs。该激光经由\ /2板1016、偏光分束器 1017被输入HNLF (高非线性光纤)1018。HNLF1017具有大的非线性，能够通过非线性脉冲压缩而使50fs的脉冲宽度变窄到17fs。此外，也可以不设置入/2板1012、偏光分束器1017，而直接接合(热粘)LMA-PCF1015和HNLF1018。该情况下，两者优选为偏振保持光线。这样从激光器10输出的激光被分波器11分成基本波(1550nm)和二次谐波(780nm)o分波器11具有偏光分束器1101、PPLN(周期性极化银酸锂periodically poledlithium niobate) 1102、分色镜 1103、绿色滤光片 1104。分束镜1018将入射的光束按照50 50进行分波，将一方的光束作为基本波1550nm输出，将另一方的光束向PPLN1102输出。PPLN1102具有周期构造，能够将基本波(1550nm)转换成二次谐波(780nm)。二次谐波经由分色镜1103、绿色滤光片1104被输出。图4、图5示出了被分波器11分成的基本波、二次谐波的波形。图4表示基本波的波形，脉冲宽度为17fs，输出为100mW。另外，图5表示二次谐波的波形，脉冲宽度为37fs，输出为10mW。(光圏)接着，參照图6说明在试料3中被反射的太赫兹波的光路。如上所述，从DAST5等的太赫兹发生部照射出的太赫兹波在离轴抛物面反射镜17被反射,到达试料3表面。太赫兹波的中心部分作为正反射，沿实线箭头所示的路径传播。另ー方面，太赫兹波的周边部分与正反射不同，沿虚线箭头所示的路径传播。这样，太赫兹波的中央部分、周边部分分别进行不同的传播是由试料3的曲面、岛状物质等的凹凸引起的。一般来说，エ业产品呈多种多样的形状，不一定必须限于由平坦的面构成。另外，即使涂装膜表面看起来平坦，实际上存在由无数的微小的凹凸及岛状物质引起的高低差。具有规定的光束径的光照射在具有高低差的涂装膜表面上的情况下，高低差被积分并被检测，不能区分高低差和膜厚，因而正确的膜厚的检测变得困难。例如，在引用文献I记载的检查装置中，假设光束径为Imm的太赫兹波照射在曲率为IOmm的涂装膜上(參照图21)。该情况下，涂装膜上的光束中心部和周边部的高低差为13 u m,不能够正确地測定13 y m以下的膜厚。膜厚越薄，该问题越明显。此外，通过尽可能地縮小光束径，能够减少曲面的高低差的影响，但不能将光束径縮小到太赫兹波的衍射极限即波长以下。在本实施方式中，假设没有设置光圈19A、19B的情况下，不仅是正反射，太赫兹波的周边部的反射光也被离轴抛物面反射镜18实施平行光化，井向太赫兹波检测器22聚光。由于太赫兹波周边部的反射与中心部相比具有时间延迟，所以如果使它们同时向太赫兹波检测器22聚焦，则膜厚的检测分辨率降低，不能正确地测量薄膜。例如，在没有光圈19A、19B的情况下，被检测的太赫兹波的脉冲宽度扩大到Ips(图7)。通过设置光圈19A、19B，太赫兹波的脉冲宽度成为500fs，时间区域中的分辨率被改善，这能够通过图7确认。这里，也可以考虑将光圈设置在入射波侧，即，离轴抛物面反射镜17和试料3之间。但是，该情况下，仅能够将太赫兹波缩小到波长极限。因此，优选如本实施方式那样，将光圈19A、19B配置在反射波一侧。此外，也可以仅配置光圈19A、19B中的任意一方。在本实施方式中，通过配置光圈19A、19B，阻断太赫兹波的周边部的反射波，能够除去具有时间延迟的太赫兹波成分。根据这样的结构，仅太赫兹波的正反射通过光圈19A、19B的开ロ部进入太赫兹波检测器22，并被太赫兹波检测器22检测。 此外，由于将光圈19A、19B配置在光路上，所以存在光量降低，信噪比恶化的可能性。该情况下，增长锁定放大器4的检测时的时间常数，或提高调制器12的调制频率，改善信噪比即可。(控制装置的结构)图8是本实施方式的控制装置5的框图。控制部5由个人计算机等构成，具有数据总线500、接ロ 501、寄存器502、CPU503、R0M505、RAM507、存储装置508和显示器509等。数据总线500用于进行CPU503和接ロ 501等的各部分之间的数据的授受。接ロ501是用于数据的输入输出的端ロ。在接ロ 501上连接有锁定放大器4、执行机构24、光学延迟部25。控制装置5能够通过控制光学延迟部25的可动反射镜的位置，来改变探測光到达太赫兹检测器22的时刻。寄存器502是作为CPU503工作的高速缓冲寄存器临时存储数据的存储器。CPU503执行预定的检查程序，控制光学装置2的同时进行測量数据的解析。R0M505用于存储控制装置5的BIOS等的基本程序。RAM506作为用于执行检查程序的工作区域使用。外部存储装置507是硬盘驱动器、⑶驱动器、DVD驱动器，用于测定出的检查数据的保存。显示器508具有液晶显示装置，基于检查数据以图表显示太赫兹波的波形，并且能够显示试料3的膜厚、涂装品质等。(膜厚的測量原理)接着，详细说明本实施方式的膜厚的測量原理。图9是涂装试料的剖视图。该图所示的透明涂装是在基底即金属上按顺序形成色层、云母层、透明涂层而构成的。对涂装试料照射太赫兹波时，太赫兹波在折射率变化的界面上被反射。即，太赫兹波在空气及透明涂层的界面(I)、透明涂层及云母层的界面(2)、云母层及色层的界面(3)、色层及金属的界面(4)上被反射。反射波的一例如图10所示。该图是以时间区域表示反射波的电场强度的图，横轴表示时间轴，纵轴表示振幅。在反射波的时间区域中最初呈现的正的波峰表示空气及透明涂层的界面(I)上的反射波。第二个呈现的负的波峰表示透明涂层及云母层的界面(2)上的反射波。该波峰表示负的值是因为云母层的折射率比透明涂层的折射率小。第三个呈现的正的波峰表示云母层及色层的界面(3)，第四个呈现的正的波峰表示色层及金属的界面
(4)的反射波。将这些波峰间的时间差代入下式算出膜厚d。膜厚d= A t c cos 0/2n…(式 I)这里，A t表示时间差，c表示光速，0表示太赫兹波的入射角度，n表示涂装的折射率。在图10的波形中，除了 4个波峰以外，还存在多个由多重反射、杂波引起的波峰。例如，能够确认在第三个和第四个波峰之间存在小的波峰。如图11所示，该波峰是由界面
(2)和(3)之间，S卩，云母层之间的多重反射引起的。另外，第四个波峰之后的多个波峰是由 界面(3)和(4)之间或其他界面上的多重反射引起的。因此，这些波峰是由多重反射引起的，从而在波峰检测处理中可以忽视，在第一个和第四个波峰之间执行波峰检测处理即可。另外，若预知在第一个和第四个波峰之间存在2个波峰，则能够避免经过多重反射、杂波等而作为波峰进行检测的情況。如上所述，从检测出的反射波抽出波峰时，预先将成为测定对象的试料3的波峰图案存储在控制装置5，从而能够正确地抽出与界面对应的波峰。图12表示波峰图案的一例。波峰图案表示各种涂装的波形的波峰的理论值或实测值。在图12中，上段表示在金属基板上形成了涂装膜的试料3的波形，下段表示在树脂基板上形成了涂装膜的试料3的波形。另外，左栏表示I层彩色涂装膜的波峰图案，中栏表示2层金属涂装膜的波峰图案，右栏表示3层透明涂装膜的波峰图案。I层彩色涂装膜是在基板上涂布彩色涂料而成的涂装膜，2层金属涂装膜是在基板上按顺序涂布金属涂料、透明涂料而成的涂装膜。3层透明涂装膜是在基板上按顺序涂布彩色涂料、云母涂料而成的涂装膜。涂装膜的界面上的反射波取决于两个层的界面上的反射率。因此，若已知反射率，则能够推测反射波呈现的波峰的强度及波峰的方向(正的波峰、负的波峰)。这里，反射率能够从两个层的折射率nl、n2通过下式算出。(nl-n2) / (nl + n2)…(式 2)例如，彩色涂料、金属涂料、透明涂料、云母涂料、ABS树脂基板的各折射率的測定值假设为2. 1,2. 2、I. 8、I. 4、I. 5 (图20)。通过将这些折射率代入上式，算出界面上的反射率，能够预先推测图12所示的波峰图案I 6。例如，在金属基板及3层透明涂装膜上，推测出正、负、正、正的4个波峰依次呈现的波峰图案3。另外，各波峰的強度比的推測值成为3 I 2 S0在树脂基板及3层透明涂装膜中，涂装膜和树脂基板膜的界面上的波峰成为负。因此，该情况下，成为正、负、正、负的4个波峰呈现的波形图案(6)。此外，这些推測值是以涂装膜足够薄以能够忽视太赫兹的減衰的程度为前提。此外，也可以基于实测值决定波峰图案。另外，若预知试料3中的膜厚所能取的范围(膜厚范围)，则波形呈现的波峰之间的时间范围也能推測出。在本实施方式中，如下所述，预先输入波峰图案，并且输入膜厚范围及強度比范围的推测值，由此，能够从波形呈现的无数的波峰中，正确地检测与界面对应的波峰。
(測量方法的概要)接着，參照图13的流程图说明本实施方式的检查方法。首先，将成为检查对象的试料3设置在光学装置3上(步骤SI)。此时，调整试料3相对于光学装置2的角度，以使来自试料3的太赫兹波通过光圈19A、19B。当操作者操作控制装置5，启动检查程序吋，CPU503执行存储于外部存储装置506的检查程序，使光学装置2、锁定放大器4和控制装置5初始化(步骤S2)。接着，控制装置5执行测量(步骤S3)。飞秒光纤激光器10的光脉冲在分色镜11中被分离成1550nm成分的基本波和780nm成分的二次谐波，基本波入射到断路器12，二次谐波入射到光学延迟部25。断路器12按照规定的调制频率调制基本波，调制后的基本波在反射镜13、基本波聚光用抛物面反射镜14上被反射后，向DAST15聚光。由DAST15生成的太赫兹波被离轴抛物面反射镜16、17反射，向试料3聚光。在试料3中被反射的太赫兹波通过光圈19A的开ロ部，被离轴抛物面反射镜18实
通过了光圈19B的太赫兹波通过离轴抛物面反射镜20在太赫兹波检测器22中聚光。此外，太赫兹波的脉冲按照调制频率(IkHz)反复向太赫兹波检测器22聚光。另一方面，通过光学延迟部25延迟了规定时间的探測光通过聚光透镜23被照射到偶极子天线的谐振腔縫。此时，与太赫兹波的电场成比例的微小电流流动，该微小电流被锁定放大器4同步检波。锁定放大器4将已放大的电流通过A/D转换器转换成数字数据，并记录在存储器中。由此，測量太赫兹波的波形的规定时刻下的強度。在对太赫兹波的波形进行取样的情况下，使探测光到来的时刻偏移的同时，测定太赫兹波检测器22中的电场强度。即，如图14所示，控制装置5驱动光学延迟部25的可动反射镜，将探測光的延迟时间设定成tl。该探测光被聚光到太赫兹波检测器22，延迟时间tl时刻下的太赫兹波的电场强度被測量出。接着，控制装置5将光学延迟部25中的延迟时间设定成t2，该时刻下的太赫兹波的电场强度被太赫兹波检测器22检测出。同样，使光学延迟部25中的延迟时间按t3、t4、t5…的顺序变化，由此，能够对太赫兹波的波形进行取样。控制装置5取入表示太赫兹波的波形的測量数据，并保存在存储装置506中(步骤S4)。控制装置5从测量数据抽出波峰，计算膜厚(步骤S5)。这样得到的测量结果被显示在显示器508上。执行以上的处理之后，继续进行测量的情况下(步骤S6中的是)，控制装置5反复执行步骤S4 S5的处理。另ー方面，测量结束的情况下(步骤S6中的否)，控制装置5结束处理。(膜厚计算处理)接着，參照图15的流程图说明膜厚计算处理(步骤S5)的详细情況。在步骤S51中，操作者操作控制装置5，从显示器508中显示的涂装膜、基板的种类中选择作为测定对象的项目，并输入。例如，从图12所示的种类中输入3层透明涂装膜、金属基板。由此，控制装置5决定图12所示的波峰图案3，并显示在显示器508中(步骤S52)。而且，操作者将各层所能取的膜厚范围及強度比范围输入控制装置5 (步骤S53)。各层的膜厚范围通过输入最小值及最大值来決定。例如，输入各层的最小值lOym、最大值IOOum0该情况下，3层整体的膜厚范围为30iim以上300iim以下。強度比范围通过波峰彼此的強度比的最小值及最大值表示。例如，在具有图20所示的折射率的涂装膜中，理论上的波峰強度根据式(2)成为3 I 2 S0能够将该理论上的強度比的1/5及5倍的各值确定为强度比的最小值及最大值。此外，也可以输入基于实测值的強度比范围。控制装置5使用低通滤波器等的频率滤波器对已测量的波形数据除去杂波(步骤S54)。然后，控制装置5使用能够仅除去杂波成分的反卷积滤波器，进ー步除去杂波成分(步骤S55)。根据这些滤波处理，仅取出信号成分，之后控制装置5从波形数据检测波峰(步骤S56)。而且，控制装置5通过将检测出的波峰间的时间差代入式(I)算出膜厚(步骤S57)，返回图13的主流程图的处理。(波峰检测处理) 图16、图17是表示波峰检测处理(步骤S56)的详细情况的流程图。在图15的步骤S53中，选择3层透明涂装膜、金属基板作为测定对象。因此，以下的波峰检测处理按照波峰图案3执行。控制装置5通过扫描已滤波处理的波形数据，检测最大的正的波峰，求出与该波峰对应的时间x4 (步骤S102)。该波峰与色层及金属层的界面(4)对应。同样，控制装置5基于波峰图案3求出与第二大的正的波峰对应的时间Xl (步骤S103)。第二大的波峰与空气层及透明涂层的界面(I)对应。判断这样求出的时间xl、x4的差的绝对值(膜厚)是否处于预定的膜厚范围内(步骤S104)。该膜厚范围在步骤S53中被输入，与涂装膜整体的膜厚所能取的最小值、最大值对应。在上述步骤S53中被输入的层整体的膜厚范围为30 ii m以上300 y m以下。时间xl、x4的差的绝对值(膜厚)不在预定的膜厚范围内的情况下(步骤S104中的否)，波峰可能没有被正确地检測。因此，继续执行大的波峰的检测，直到满足步骤S104的条件(步骤S105)。判断为时间xl、x4的差的绝对值(膜厚)处于预定的膜厚范围内的情况下，控制装置5判断时间x4是否比时间xl大(步骤S106)。若时间x4与波峰图案3所示色层及金属的界面(4)对应，则时间x4应该比时间xl大。但是，根据色层的色彩，两者的波峰的大小可能颠倒地被检测。因此，该情况下，时间xl、x4互換(步骤S107)。接着，控制装置检测存在于时间xl、x4之间的正的波峰中的最大的波峰，求出该波峰的时间x3 (步骤S108)。而且，控制装置5判断时间x4和x3的差的绝对值(色层的膜厚)、时间x3和xl的差的绝对值(透明涂层及云母层的膜厚)分别是否处于预定的膜厚范围内(步骤S109)。各个膜厚不在预定的膜厚范围内的情况下(步骤S109中的否)，波峰可能没被正确地检测。因此，继续检测大的波峰，直到满足步骤S109的条件(步骤S110)。各个膜厚处于预定的膜厚范围内的情况下(步骤S109中的是)，按照波峰图案3，控制装置5检测存在于时间xl和x3之间的负的波峰的时间x2 (步骤S120)。该负的波峰与透明涂层及云母层的界面(2)对应。在步骤S121中，控制装置5判断时间x2和时间xl的差的绝对值(透明涂层的膜厚)、时间x3和时间x2的差的绝对值(色层的膜厚)分别是否处于预定的膜厚范围内。各个膜厚不在预定的范围内的情况下(步骤S121中的否)，波峰可能没有被正确地检测。因此，继续检测大的负的波峰，直到满足步骤S121的条件(步骤S122)。接着，控制装置5判断各个波峰值的强度比f (xl)/f (x4)、f (x2)/f (x4)、f(x3)/f (x4)是否处于预定的強度比范围内(步骤S123)。強度比范围在上述步骤S63中被输入，例如是理论值的1/5以上且5倍以下的范围。在图18所示的波形中，f (xl)、f (x2)、f (x3)、f (x4)的强度比的理论值是9 13 11。測量出的波形中的強度比是0.88 0. 13 0. 25 I. 00，处于已指定的強度比范围内。此外，以使f (x4)成为I的方式规范化波形数据的情况下，f (x2)/f (x4)、f(x3) /f (x4)、f (x4) /f (x4)分别与 f (x2)、f (x3)、f (x4)相等。 满足步骤S123的条件的情况下，控制装置将时间xl、x2、x3、x4向显示器508输出(步骤S124)。不满足步骤S123的条件的情况下，也可能发生了測量错误。因此，控制装置5警告的同时将时间xl、x2、x3、x4向显示器508输出(步骤S125)。通过以上处理，被算出的测定结果如图19所示。如左栏所示，试料3是由第一层(透明涂层)20 u m、第二层(云母层)10 u m、第三层(色层)30 u m构成的涂装膜。各自的折射率根据事先测量的结果是1.8、1.5、2. I。实际测定该试料3的结果，第一层上的反射波的延迟时间为220fs，第二层上的反射波的延迟时间为lOOfs，第三层上的反射波的延迟时间为440fs。将这些測定结果代入数学式(I )，得到第一层的膜厚18 u m、第二层的膜厚10 y m、第三层的膜厚31pm。此外，膜厚的測定结果中的误差为±2i!m。从该测定结果，能够确认出进行了极其正确的膜厚測量。如上所述，根据本实施方式，通过按照预先输入的波峰图案，从波形数据检测多个波峰，能够避免将多重反射及杂波等作为波峰误检测的情況。另外，在波形数据中，按照振幅大的顺序检测波峰，由此能够避免将多重反射及杂波等作为波峰误检测的情況。而且，预先输入成为测定对象的试料的膜厚范围及強度比范围，由此能够防止波峰的误检测导致的測量错误。[第二实施方式]接着，对本发明的第二实施方式的检查装置进行说明。本实施方式的检查装置是第一实施方式的变形例，能够测量金属涂装的膜厚。本实施方式的检查装置的结构除了波峰检测处理(步骤S56)以外与第一实施方式大致相同地构成，所以仅说明不同的结构。图22是金属涂装试料的剖视图。如该图所示，金属涂装是在基底即金属上按顺序形成金属涂层、透明涂层而构成的。对涂装试料照射太赫兹波时，太赫兹波在折射率变化的界面上反射。即，太赫兹波在空气及透明涂层的界面(I)、透明涂层及金属涂层的界面(2)、金属涂层及金属的界面(3)上反射。图23是以时间区域表不反射波的电场强度的图，横轴表不时间轴，纵轴表不振幅。在反射波的时间区域中最初出现的正的波峰表示空气及透明涂层的界面(I)上的反射波。第二个出现的正的波峰表示透明涂层及金属涂层的界面(2)上的反射波。第三个出现的正的波峰表示金属涂层及金属的界面(3)上的反射波。第三个波峰之后的波峰是由多重反射引起的。在本实施方式中，也与第一实施方式同样地，从已检测出的反射波抽出波峰时，预先将成为测定对象的试料3的波峰图案存储在控制装置5中，由此能够正确地抽出与界面对应的波峰。例如，若透明涂料、金属涂料的各自的折射率的測定值为I. 8,2. 2，则从折射率导出的波峰的強度比的推测值大致成为3 I IO0另外，若预知试料3中的膜厚所能取的范围(膜厚范围)，则也能够推测波形呈现的波峰间的时间范围。在本实施方式中，如下所述，预先输入波峰图案，并且输入膜厚范围及強度比范围的推测值，由此，能够从波形呈现的无数的波峰中正确地检测与界面对应的波峰。接着，參照图24、图25的流程图说明本实施方式的波峰检测处理的详细情況。该波峰检测处理与第一实施方式同样地，在对由测量处理(图13)测量的波形数据进行的膜厚计算处理(图15)中被执行。在图15的步骤S53中，选择金属2层涂装膜、金属基板作为测定对象。因此，以下的波峰检测处理根据波峰图案2被执行。控制装置5通过扫描已滤波处理的波形数据(步骤S1001)，检测最大的正的波峰， 求出与该波峰对应的时间x3 (步骤S1002)。该波峰与金属及金属层的界面(3)对应。同样，控制装置5基于波峰图案2求出与第二大的正的波峰对应的时间Xl (步骤S1003)。第二大的波峰与空气层及透明涂层的界面(I)对应。判断这样求出的时间xl、x3的差的绝对值(膜厚)是否处于预定的膜厚范围内(步骤S1004)。该膜厚范围在步骤S53中被输入，与涂装膜整体的膜厚所能取的最小值、最大值对应。时间xl、x3的差的绝对值(膜厚)不在预定的膜厚范围内的情况下(步骤S1004中的否)，波峰可能没有被正确地检測。因此，继续进行大的波峰的检测，直到满足步骤S1004的条件(步骤S1005)。判断为时间xl、x3的差的绝对值(膜厚)处于预定的膜厚范围内的情况下，控制装置5判断时间x3是否比时间xl大(步骤S1006)。若时间x3与波峰图案2所示金属涂层及金属的界面(3)对应，则时间x3应该比时间xl大。但是，根据金属涂层的组成，两者的波峰的大小可能被颠倒地检测。因此，该情况下，时间xl、x3被互換(步骤S1007)。接着，控制装置5检测存在于时间xl、x3之间的正的波峰中的最大的波峰，求出该波峰的时间x2 (步骤S1008)。而且，控制装置5判断时间x2和xl的差的绝对值(透明涂层的膜厚)、时间x3和x2的差的绝对值(金属涂层的膜厚)分别是否处于预定的膜厚范围内(步骤 S1009)。 各膜厚不在预定的膜厚范围内的情况下(步骤S1009中的否)，波峰可能没有被正确地检測。因此，继续检测大的波峰，直到满足步骤S1009的条件(步骤S1010)。各膜厚处于预定的膜厚范围内的情况下(步骤S1009中的是)，控制装置5判断各波峰值的强度比f (x2)/f (xl)、f (x3)/f (xl)是否处于预定的強度比范围内(步骤S1023)。强度比范围在上述步骤S63中被输入，例如是理论值的1/5以上且5倍以下的范围。满足步骤S1023的条件的情况下，控制装置将时间xl、x2、x3向显示器508输出(步骤S1024)。不满足步骤S1023的条件的情况下，可能发生了測量错误。因此，控制装置5警告的同时将时间xl、x2、x3向显示器508输出(步骤S1025)。如上所述，在本实施方式中，通过根据预先输入的波峰图案，从波形数据检测多个波峰，由此能够避免将多重反射及杂波等作为波峰误检测的情況。另外，在波形数据中，按振幅大的顺序检测波峰，由此能够避免将多重反射及杂波等作为波峰误检测的情況。而且，通过预先输入作为测定对象的试料的膜厚范围及強度比范围，由此能够防止波峰的误检测导致的測量错误。在金属涂装中，有时在基板上涂布底漆，来提闻金属涂料向基板的吸首。由于太赫兹波也能够透过底漆，所以能够将底漆也当做一个涂装膜来測量膜厚。在本实施方式中，列举了 2层、3层的測定，但单层膜当然也可以，4层以上的涂装膜也能够通过同样的方法进行膜厚測定。[第三实施方式]图26、图27是用于说明本发明的第三实施方式的检查装置的图。根据上述第一实施方式的检查措置，如图26所示，即使是试料3上存在槽的情況，太赫兹波也不散射地到达太赫兹波检测器22。因此，通过测量反射波的延迟，能够求出槽的底部a的膜厚。然而，不 能測量没有照射太赫兹波的壁部b、c上的膜厚。在活塞缸中，内部实施的喷涂的精度对发动机性能带来大的影响，从而測量壁部的必要性高。本实施方式的检查装置是在第一实施方式的检查装置的基础上，还具有能够插入槽的反射器301(图27)。反射器301可以是棱镜等只要能够反射太赫兹波即可，不论种类。太赫兹波在反射器301中被反射之后，照射到壁部b，壁部b的反射波经由反射器301，被太赫兹波检测器22检测。因此，也能够检测例如活塞内部实施的涂装膜。本实施方式的其他结构与第一实施方式的结构相同，从而省略其说明。[第四实施方式]接着，对本发明的第四实施方式的涂装膜的检查装置Ia进行说明。该检查装置Ia能够与膜厚的測量同时地进行金属涂装的取向状态的测量。(整体结构)图28是本发明的第四实施方式的涂装膜的检查装置的框图。具有向试料3照射太赫兹波的同时检测反射波的光学装置2a、对反射波的检测信号进行同步放大的锁定放大器4、控制检查装置的控制装置5a。在图28中，标注了与图I相同的附图标记的部件与第ー实施方式的部件同样地构成。以下，围绕与第一实施方式的结构不同之处说明第四实施方式的结构。(光学装置的结构)光学装置2a具有飞秒光纤激光器10、分色镜11、断路器12、反射镜13、基本波聚光用抛物面反射镜14、DAST15、离轴抛物面反射镜16、17、18、20、光圈19、太赫兹波检测器22、聚光透镜23、执行机构24、光学延迟部25和反射镜26。光学装置2优选通过框体相对于外部被密闭，对框体内部进行除湿、氮气封入或抽真空。根据这样的结构，能够防止太赫兹波被空气中的水分吸收。本实施方式的光学装置2a在第一实施方式的结构的基础上还具有执行机构24。执行机构24由步进电机等构成，具有使太赫兹波检测器22以光轴为中心旋转规定角度的功能。这里，也可以考虑选定相互正交的两个偏光轴，但为达到DAST15的相位匹配条件，太赫兹波具有直线偏光。由此，若使偏光轴旋转90度，则太赫兹波检测器22的偶极子天线对太赫兹波的检测变得困难。在本实施方式中，通过使太赫兹波检测器22旋转45度，利用太赫兹波检测器22检测水平偏光(相对于重力正交的偏光成分)和相对于水平偏光成45度的偏光。执行机构24不仅具有太赫兹波检测器22的旋转角度的调整机构，还可以具有对准的调整机构。在使用偶极子天线的太赫兹波检测器22的情况下，需要使太赫兹波向天线谐振腔缝聚光。通过使太赫兹波检测器22旋转而对准偏移的情况下，也可以通过执行机构24进行对准。控制装置5a由例如个人计算机构成，按照调制频率使断路器12、光学延迟部23和锁定放大器4同歩。另外，控制装置5能够解析来自锁定放大器4的測量数据，判断金属涂装试料即金属涂装的薄片取向的好坏。(控制装置的结构)图29是本实施方式的控制装置5a的框图。控制装置5a由个人计算机等构成，具有数据总线500、接ロ 501、寄存器502、CPU503、R0M505、RAM507、存储装置508和显示器509
坐寸o数据总线500用于进行CPU503和接ロ 501等的各部分之间的数据授受。接ロ 501是用于数据的输入输出的端ロ。在接ロ 501上连接有锁定放大器4、执行机构24和光学延迟部25。控制装置5控制光学延迟部25的可动反射镜的位置，由此能够改变探測光到达太赫兹检测器22的时刻。另外，控制装置5控制执行机构24，由此，使太赫兹波检测器22自动地旋转，通过太赫兹波检测器22检测角度不同的两种偏光成分。寄存器502是作为用于CPU503工作的高速缓冲寄存器而临时存储数据的存储器。CPU503执行预定的检查程序，控制光学装置2的同吋，进行测量数据的解析。R0M505用于存储控制装置5a的BIOS等的基本程序。RAM506作为用于执行检查程序的工作区域使用。外部存储装置507是硬盘驱动器、⑶驱动器、DVD驱动器，用于已测定出的检查数据的保存。显示器508具有液晶显示装置，基于检查数据以图表显示太赫兹波的波形，并且能够显示金属涂装上的薄片的取向的好坏。(检查方法)接着，參照图30的流程图说明使用了本实施方式的检查装置的检查方法。首先，将成为检查对象的试料3设置在光学装置2a上。此时，调整试料3相对于光学装置2a的角度，以使来自试料3的太赫兹波通过光圈19。操作者操作控制装置5，使检查程序启动吋，CPU503执行存储于外部存储装置506的检查程序，使光学装置2a、锁定放大器4、控制装置5初始化(步骤S401 )。控制装置5a驱动执行机构24，调整太赫兹波检测器22的角度，以使太赫兹波检测器22检测水平偏光。接着，检查装置Ia根据以下顺序进行測量(步骤S402)。首先，飞秒光纤激光器10的光脉冲在分色镜11中被分离成1550nm成分的基本波和780nm成分的二次谐波，基本波入射到断路器12，二次谐波入射到光学延迟部25。断路器12按照规定的调制频率调制基本波，调制后的基本波在反射镜13、基本波聚光用抛物面反射镜14上被反射之后，向DAST15聚光。由DAST15生成的太赫兹波被离轴抛物面反射镜16、17反射，向金属涂装试料3聚光。金属涂装试料3中被反射的太赫兹波的偏光因金属涂装内部的薄片而被散乱。偏光已散乱的太赫兹波通过光圈19A的开ロ部，通过离轴抛物面反射镜18被平行光化，再通过光圈19B的开ロ部。此时，太赫兹波的周边部分的反射波被阻断。
通过了光圈19B的太赫兹波通过离轴抛物面反射镜20在太赫兹波检测器22中聚光。此外，太赫兹波的脉冲按照调制频率(IkHz)反复被聚光到太赫兹波检测器22。另一方面，被光学延迟部25延迟了规定时间的探測光通过聚光透镜23被照射到偶极子天线的谐振腔縫。此时，与太赫兹波的电场成比例的微小电流流动，该微小电流通过锁定放大器4被同步检波。锁定放大器4将已放大的电流通过A/D转换器转换成数字数据，并记录在存储器上。由此，測量太赫兹波的波形的规定的时刻下的強度。对太赫兹波的波形进行取样的情况下，使探测光到来的时刻偏移的同时，测定太赫兹波检测器22中的电场强度。即，如图14所示，控制装置5a驱动光学延迟部25的可动反射镜，将探測光的延迟时间设定成tl。该探测光被聚光到太赫兹波检测器22，延迟时间tl时刻下的太赫兹波的电场强度被測量出。接着，控制装置5a将光学延迟部25中的延迟时间设定成t2，该时刻下的太赫兹波的电场强度被太赫兹波检测器22检测出。同样，使光学延迟部25的延迟时间按t3、t4、t5…的顺序变化，由此能够对太赫兹波的波形进行取样。控制装置5a取入表示太赫兹波的波形的測量数据，并保存在存储装置506中(步骤S403)。
接着，控制装置5a驱动执行机构24，使太赫兹波检测器22相对于水平方向旋转45度(步骤S404)。此时，控制装置5进行太赫兹波检测器22的对准，以使被聚光到太赫兹波检测器22的太赫兹波位于偶极子天线的谐振腔缝部分(步骤S405)。太赫兹波检测器22的旋转及对准的调整完成之后，光学装置2a反复进行上述动作。即，光学装置2a在光学延迟部25使探測光的延迟时间变化的同时，在太赫兹波检测部22对太赫兹波进行取样(步骤S406)。控制装置5a将表示太赫兹波的波形的数据取入存储装置508 (步骤S407)。如以上那样，在测量偏光角度0度、45度各角度的太赫兹波的波形数据之后，控制装置5将测量数据视觉地显示在显示器506上。測量数据的具体例子如图35、图36所示。图35表示金属涂装试料3的薄片被随机取向的情况下的太赫兹波的波形，图36表示薄片朝向特定方向的情况下的太赫兹波的波形。在这些图中，上段表示偏光角度为0度的太赫兹波的波形，下段表示变更角度为45度的太赫兹波的波形。另外，纵轴表示太赫兹波的強度，横轴表示延迟时间。金属涂装试料3的薄片在理想状态下被随机配置，被反射的太赫兹波的偏光也被散乱，由此，被反射的太赫兹波中的偏光角度0度、45度各角度的成分的強度近似。此外，偏光角度0度的成分比45度的成分稍强，这是因为由DAST15生成的太赫兹波是直线偏光。另ー方面，试料3存在顔色不均等、外观上的不良的情况下，薄片朝向特定方向。这样的情况下，金属涂装试料3在太赫兹波的频率区域中与衍射光栅那样的具有偏光特性的反射元件等效。因此，如图36所示，被反射的太赫兹波的特定角度的偏光成分变强。操作者确认显示在显示器506上的測量数据，能够判断试料3的好坏。另外，也能够将金属涂装试料3的薄片取向的随机度作为指标值实施数值化，并且通过控制装置5自动地判断试料3的好坏(步骤S408)。指标值能够通过以下方法算出。例如，能够将太赫兹波的规定的时刻下的2个偏光成分(例如波形波峰值)的強度的差或比作为指标值使用。另夕卜，也可以将太赫兹波的波形作为时间的函数捕获，将2个函数(波形)的相关值作为指标值使用。控制装置5a能够通过对从测量数据算出的指标值和预定的值进行比较，自动判断试料3的好坏。从测量数据算出的指标值比预定的值大的情況，即，薄片取向的随机度高的情况下，控制装置5a判断为试料3是良品。另ー方面，測量数据为预定的指标值以下的情況，即，薄片取向的随机度低的情况下，控制装置5a判断为试料3是不良品。而且，与第一实施方式同样地，控制装置5a能够进行膜厚測量。即，基于预先输入的波峰图案、膜厚范围、強度比范围，从波形数据检测波峰，从波峰间的延迟时间计算膜厚。这样得到的检查结果与测量数据一起显示在显示器508。执行以上的处理之后，继续进行测量的情况下(步骤S409中的是)，控制装置5a反复进行步骤S401 S408的处理。另ー方面，测量结束的情况下(步骤S409中的否)，控制装置5a结束处理。如上所述，根据本实施方式，通过光圈阻断试料被反射的太赫兹光的周边光，能够除去具有时间延迟的太赫兹波的成分。由此，能够改善由曲面、岛状物质等引起的检测分辨率的降低。 另外，通过将太赫兹波向金属涂装反射，測量半反射太赫兹波的偏光成分，从而不进行统计性的处理，就能够检查薄片取向的状态。由此，能够正确且短时间地进行金属涂装的检查。另外，太赫兹波具有透过树脂的性质，从而即使是可见光不能透过的树脂，也能够进行检查。而且，对于金属涂装能够进行非接触式的检查，从而不仅在干状态下，在刚涂装之后的湿状态下也能够进行正确的检查。[第五实施方式]图31是本发明的第五实施方式的金属涂装的检查装置Ib的框图。检查装置Ib具有光学装置2b、锁定放大器4和控制装置5。本实施方式的检查装置与第四实施方式不同，作为太赫兹波检测器使用电光(electro-optic)晶体35，使该电光晶体35旋转45度，由此检测太赫兹波的2个偏光成分。(光学装置的结构)光学装置2b具有飞秒光纤激光器10、分色镜11、断路器12、反射镜13、26、32、33、基本波聚光用抛物面反射镜14、DAST15、离轴抛物面反射镜16、17、18、30、光圈19、执行机构24、光学延迟部25、电光晶体35、A /4板36、沃拉斯顿棱镜37、平衡检测器38。在本实施方式中，标注与第一实施方式中的附图标记相同的附图标记的部件与第四实施方式同样地构成，所以围绕与第四实施方式不同的部件进行说明。在离轴抛物面反射镜30上设置有通孔，被透镜31聚光的探測光入射到该通孔。通过了通孔的探測光照射到电光晶体35。电光晶体35由ZnTe等的半导体构成，在规定方向(ZnTe的情况下是< 100 >方向)上具有晶体轴。被离轴抛物面反射镜30聚光的太赫兹波和被光学延迟部25延迟的探测光照射到电光晶体35。仅在太赫兹波和探測光在电光晶体35内时间上重合时，探测光受到太赫兹波产生的电光效应(双折射)，直线偏光的探測光被椭圆偏光化。双折射量与太赫兹脉冲波的电场强度成比例，从而通过检测通过了电光晶体35的探測光，能够测量太赫兹脉冲波的强度。A /4波长板36由各向异性晶体构成，根据偏光方向改变在内部行进的速度，由此使探測光成为圆偏光。沃拉斯顿棱镜37是例如由方解石构成的偏光棱镜，具有将入射的探測光分离成2个偏光成分的功能。这里分离出的2个偏光成分依赖于太赫兹波的电场的方向和強度。
平衡检测器38具有光电ニ极管38A、38B和差动放大器38C。被沃拉斯顿棱镜37分离的偏光成分入射到光电ニ极管38A、38B,与偏光成分的强度成比例的输出从光电ニ极管38A、38B输出。差动放大器38C放大各输出的差量。完全的圆偏光的情况下，差量为零，但椭圆偏光的情况下，产生差量，被差动放大器38C放大。放大后的信号被输出到锁定放大器4。光学装置2b中的其他结构与第四实施方式中的光学装置2a相同，从而省略其说明。此外，在本实施方式中，光学装置2b也优选被框体相对于外部密闭，框体内部被除湿、氮气封入或抽真空。(检查方法)接着，參照图32的流程图说明使用了本实施方式的检查装置的检查方法。首先，将成为检查对象的试料3设置在光学装置2b上之后，调整电光晶体35的角 度，以使电光晶体35的晶体轴与太赫兹波的偏光方向一致。电光晶体35的旋转角度的调整也可以通过被控制装置5b驱动的执行机构24进行。操作者操作控制装置5b，使检查程序启动(步骤S501)，检查装置Ib按照以下顺序进行測量(步骤S502)。飞秒光纤激光器10的光脉冲在分色镜11中被分离成1550nm成分的基本波和780nm成分的二次谐波，基本波入射到断路器12，二次谐波入射到光学延迟部25。断路器12按照规定的调制频率调制基本波，调制后的基本波在反射镜13、基本波聚光用抛物面反射镜14上被反射之后，向DAST15聚光。由DAST15生成的太赫兹波被离轴抛物面反射镜16、17反射，向试料3聚光。试料3中被反射的太赫兹波的偏光通过金属涂装内部的薄片被散乱。偏光已散乱的太赫兹波通过了光圈19A之后，通过离轴抛物面反射镜18被平行光化，并通过光圈19B的开ロ部。太赫兹波的周边部分的反射波被光圈19A、19B阻断。通过了光圈19B的太赫兹波通过离轴抛物面反射镜30向电光晶体35聚光。另ー方面，被光学延迟部25延迟了规定时间的探測光被光脉冲反射镜33、32反射，通过透镜31被聚光之后，通过离轴抛物面反射镜30的通孔。通过了通孔的探測光照射到电光晶体35。仅在太赫兹波和探测光在电光晶体35内时间上重合时，探测光受到太赫兹波产生的电光效应(双折射)，直线偏光的探测光被椭圆偏光化。A /4波长板36对探测光实施圆偏光化，沃拉斯顿棱镜37将入射的探測光分离成2个偏光成分。如上所述，被分离的2个偏光成分依赖于太赫兹波的电场的方向和强度。平衡检测器38放大被沃拉斯顿棱镜37分离的偏光成分的差量，作为检测信号向锁定放大器4输出。锁定放大器4进行按照调制频率的同步检波，由此进行检测信号的放大。锁定放大器4将已放大的电流通过A/D转换器转换成数字数据，并记录在存储器中。由此，測量太赫兹波的波形的规定的时刻下的强度。而且，在对太赫兹波的波形进行取样的情况下，通过光学延迟部25使探測光到来的时刻偏移的同吋，测定电光晶体35中的电场强度。控制装置5取入表示太赫兹波的波形的測量数据，并保存在存储装置506中(步骤S503)。接着，控制装置5b驱动执行机构24，使电光晶体35相对于水平方向旋转45度(步骤S504)。在本实施方式中，使电光晶体35旋转之后，不需要进行电光晶体35的对准。这是因为，只要电光晶体35具有均匀的结晶，在电光晶体35的任意位置都能得到均匀的非线性敏感度。因此，不需要如第四实施方式那样地调整偶极子天线的谐振腔缝位置，能够进行有效率的检查。使电光晶体35旋转之后，光学装置2b反复进行上述动作，測量太赫兹波(步骤S505)。控制装置5b将表示太赫兹波的波形的数据取入存储装置508 (步骤S506)。而且，控制装置5b与第一实施方式同样地进行膜厚測量。即，基于预先输入的波峰图案、膜厚范围、強度范围，从波形数据检测波峰，从波峰间的延迟时间计算膜厚。在测量偏光角度0度、45度各角度的太赫兹波的波形数据之后，控制装置5b将测量数据视觉性地显示在显示器506。而且，控制装置5将电光晶体35的2个角度0度、45度的各測定结果的差或比作为指标值算出(步骤S507)。在本实施方式中，根据电光晶体35的晶体轴和太赫兹波的偏光方向的关系，与太赫兹波的強度成比例的信号被检测，从而能够基于指标值判断金属涂装3的好坏。图33A、图33B、图34A及图34B表示电光晶体35的晶体轴和太赫兹波的偏光方向的关系。在将太 赫兹波的行进方向设为相对于纸面的铅直方向的情况下，太赫兹波的偏光方向如实线箭头所示。另外，虚线箭头表示晶体轴方向。如图33A所示，太赫兹波具有直线偏光的情况下，在最佳的条件下，太赫兹波的偏光方向与电光晶体35的晶体轴(ZnTe中的< 100 >方向)一致。另外，如图33B所示，晶体轴相对于太赫兹波的偏光方向倾斜45度的情况下，电光晶体35的灵敏度成为向Y轴的投影成分，理论上成为1/2。另ー方面，如图34A所不,太赫兹波具有圆偏光的情况下,太赫兹波的偏光方向与晶体轴不完全一致，电光晶体35的灵敏度成为Y轴的投影成分。另外，如图34B所示，即使晶体轴相对于太赫兹波的变更成分倾斜45度，电光晶体35的灵敏度也不变化。因此，电光晶体35的2个角度0度、45度的情况下的测定值也一致。金属涂装试料3的薄片在理想状态下随机地配置，反射后的太赫兹波的偏光也被散乱，由此，反射后的太赫兹波接近圆偏光。但是，实际上，由DAST15生成的太赫兹波是直线偏光，所以反射后的太赫兹波不是完全的圆偏光，而是成为椭圆偏光。也可以对金属涂装试料3的薄片配置成最佳状态的情况下的指标值、和基于实际的測量数据的指标值进行比较，由此，自动地判断金属涂装试料3的好坏。另外，也可以将太赫兹波的规定的时刻下的2个偏光成分(例如波形波峰值)的强度的差或比作为指标值使用，也可以将太赫兹波的波形作为时间的函数捕获，将2个函数(波形)的相关值作为指标值使用。在本实施方式中，与第三实施方式同样地，能够在膜厚测量的同时，检查薄片取向的好坏。另外，使太赫兹波向金属涂装反射，測量半反射太赫兹波的偏光成分，由此不进行统计性的处理，就能够检查薄片取向的状态。因此，能够正确且短时间地进行金属涂装的检查。另外，太赫兹波具有透过树脂的性质，从而即使是可见光不能透过的树脂也能够进行检查。而且，由于金属涂装能够进行非接触式的检查，所以不仅在干状态下，在刚涂装之后的湿状态下也能够进行正确的检查。在本实施方式中，使太赫兹波检测器22、电光晶体35旋转45度，但只要能够检测太赫兹波的偏光的散乱，也可以旋转任意的角度。另外，应测量的偏光成分不限于2种，也可以测量3种以上的偏光成分。而且，也可以不使太赫兹波检测器22、电光晶体35旋转，而使用相对于太赫兹波的半波长板，使太赫兹波的偏光旋转。另外，只要能够检测被金属涂装试料反射的太赫兹波的偏光成分，不论检测器的种类。根据本实施方式的涂装膜的检查装置，通过光圈阻断试料中被反射的太赫兹光的周边光，能够除去具有时间延迟的太赫兹波的成分。由此，能够改善由曲面、岛状物质等引起的检测分辨率的降低。另外，本实施方式的涂装膜的检查装置作为检测机构使用电光晶体，从而不需要进行使电光晶体旋转之后的对准，能够进行效率好的測量。本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主g的范围内能够变更实施。例如，本发明不限于金属涂装膜的膜厚測量，还能够适用于形成在基底上的涂装膜、保护膜、导电膜、绝缘膜等所有膜的測量。本申请主张2010年2月26日提出的日本国专利申请第2010-042492号及2010年12月17日提出的日本国专利申请第2010-281408号的优先权，将其内容援引于此作为本申请的一部分。附图标记的说明I、la、Ib 检查装置2、2a、2b 光学装置3 试料4锁定放大器 5控制装置(控制部)10飞秒光纤激光器15DAST (太赫兹波发生器)16、17离轴抛物面反射镜(照射光学系统)19A、19B 光圈22太赫兹波检测器24执行机构35电光晶体(太赫兹波检测器)
权利要求
1.一种涂装膜的检查装置，其特征在于，具有 发生太赫兹波的太赫兹波发生器； 将所述太赫兹波向形成有膜的试料照射的照射光学系统； 对在所述试料被反射的太赫兹波进行检测的太赫兹波检测器；以及控制部，其将检测出的太赫兹波的电场强度表示成时间轴的波形数据，从波形数据检测多个波峰，并基于波峰间的时间差算出膜厚。
2.如权利要求I所述的涂装膜的检查装置，其特征在于，所述控制部按照预先输入的波峰图案，从所述波形数据检测多个波峰。
3.如权利要求I或2所述的涂装膜的检查装置，其特征在于，所述控制部从所述波形数据按振幅大的顺序检测波峰。
4.如权利要求广3中任一项所述的涂装膜的检查装置，其特征在于，所述控制部检测处于与预先输入的膜厚范围对应的时间范围内的多个波峰。
5.如权利要求广4中任一项所述的涂装膜的检查装置，其特征在于，所述控制部检测处于预先输入的强度比范围内的多个波峰。
6.一种涂装膜的检查装置，其特征在于，具有 发生太赫兹波的太赫兹波发生器； 将所述太赫兹波向金属涂装试料照射的照射光学系统； 对在所述试料被反射的太赫兹波的多个偏光成分进行检测的太赫兹波检测器；以及 基于检测出的多个偏光成分算出金属涂装试料的指标值的控制部。
7.如权利要求6所述的涂装膜的检查装置，其特征在于，还具有旋转机构，该旋转机构使所述太赫兹波检测器相对于反射后的太赫兹波的光轴旋转规定角度，由此检测多个偏光成分。
8.如权利要求7所述的涂装膜的检查装置，其特征在于，所述规定角度为大致45度，所述太赫兹波检测器检测旋转前后的2个偏光成分。
9.如权利要求61中任一项所述的涂装膜的检查装置，其特征在于，所述太赫兹波检测器具有偶极子天线式的检测器。
10.如权利要求61中任一项所述的涂装膜的检查装置，其特征在于，所述太赫兹波检测器具有电光晶体。
11.一种涂装膜的检查方法，其特征在于，具有 发生太赫兹波的エ序； 将所述太赫兹波向形成有膜的试料照射的エ序； 对在所述试料被反射的太赫兹波进行检测的エ序； 将检测出的太赫兹波的电场强度表示成时间轴的波形数据，从波形数据检测多个波峰，并基于波峰间的时间差算出膜厚的エ序。
12.如权利要求11所述的涂装膜的检查方法，其特征在于，所述算出エ序根据预先输入的波峰图案，从所述波形数据检测多个波峰。
13.如权利要求11或12所述的涂装膜的检查方法，其特征在于，所述算出エ序从所述波形数据按振幅大的顺序检测波峰。
全文摘要
本发明涉及涂装膜的检查装置及检查方法。涂装膜的检查装置具有发生太赫兹波的太赫兹波发生器；将所述太赫兹波向形成有膜的试料照射的照射光学系统；对在所述试料被反射的太赫兹波进行检测的太赫兹波检测器；控制部，其将检测出的太赫兹波的电场强度表示成时间轴的波形数据，从波形数据检测多个波峰，并基于波峰间的时间差算出膜厚。
文档编号G01N21/35GK102770750SQ201180010990
公开日2012年11月7日 申请日期2011年2月21日 优先权日2010年2月26日
发明者上原让, 大竹秀幸, 高柳顺 申请人:爱信精机株式会社