JPS6073406A - 赤外線厚み計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はプラスチックによる赤外線の特定吸収を利用
して、フィルム、特に極薄でゆれを伴いながら走行する
透明もしくは半透明のフィルムの厚みを連続的に測定す
るのに好適な赤外線厚み＃１に関する。

［従来技術１ プラスチックフィルムに赤外線を照射した場合、その物
質固有の吸収と厚みに関係した赤外線スペクトルが得ら
れる。赤外線フィルム厚み計は、原理的には赤外線の特
定波長の吸収量がフィルムの厚みに比例することから、
逆に透過光量を測定することによってフィルム厚みをめ
ようとするもので、従来より、例えば特開昭５３−３１
１５５号公報などでこの原理を用いた各種装置が知られ
ている。しかしながら、従来装置における測定対象は、
膜厚が１０μ伯程度までのフィルムであり、これに対し
、現在の発展したフィルム製造技術により製造されるフ
ィルムには膜厚が０．５〜５．０μＩｌ＋の極薄フィル
ムがあり、この極薄フィルムに対しては従来装置をその
まま適用し得ないか若しくは仮に適用するにしても精度
よく測定できないといった問題がある。

それは、赤外線の平行光束を被測定フィルムに照射した
場合にフィルムの上面と下面とにおいて内部多重反射に
よる相互干渉が顕著に生じ、測定誤差が拡大し、遂には
膜厚測定不能となってしまうこと、およびフィルムの厚
みが極薄化するにつれ、照射する赤外線の特定吸収量も
者滅することから検出信号のＳ／Ｎ比が悪くなり、厚み
をめるほどの分解能が得られないという二つの理由から
であるわ ［発明の目的］ 本発明の主たる目的は、光干渉を除去すること、換言す
ればフィルムの内部多重反射を生じないようにしてフィ
ルムの厚みの測定精度を向上させることである。

本発明のいま一つの目的は、極薄フィルムであってもフ
ィルム透過光の検出系の感度限界に無関係に所望の分解
能を得られるようにすることである。

極薄フィルムには静置されるもののほか、連続的に走行
するフィルムを含む。

本発明の他の目的は、連続的に走行するフィルムのゆら
ぎに対しても充分な対策を施すことである。

また、本発明の他の目的は、同一場所の同時測光として
高速で走行するフィルムの厚みを連続的かつ高精度で測
定できるようにすることである。

これは、厚み測定において光学系、電気系、サンプル系
に依存する誤差要因が存することから頻繁に検量線のチ
ェックの必要性があるが、これを克服するためいわゆる
三波長（または多波長）測光法が採用されるが、従来の
ように干渉フィルタが装着された回転板を用いた二液長
時分割測光では高速走行フィルムの場合に必然的に測定
誤差を内包するからである。

本発明のさらに他の目的は、較正手段、好ましくは自動
的な較正手段を設けて、光源を含む光学系および光検出
系の波長特性に依存する経時変化等の誤差を防止できる
ようにすることである。

［発明の概要］ フィルム固有の吸収特性を示す波長成分と非吸収特性を
示す波長成分の少なくとも二つの波長成分を含む帯域の
赤外線を断続的に発生するとともに、この赤外線をＰ偏
光させる偏光子を含む光源部と、上記光源部から出力さ
れる赤外線を上記フィルムのフィルム面に対し所定の角
度すなわちフィルムの材質によって決まるブリュースタ
ー角をもって斜め方向から投光するとともに、該投光角
度を中心にして所定の、角度範囲内において連続的に変
動させて該赤外線がフィルム上を走査するようにした光
走査部と、上記フィルムに投光された赤外線の反射光を
受光し受光強度に応じた反射光信号を出力する反射光受
光部と、上記フィルムに投光された赤外線の透過光を受
光し少なくとも上記二つの波長成分に分光するとともに
、それぞれの分光光の受光強度に応じた透過光信号を出
力する透過光分光部と、上記反射光信号と上記透過光信
号とを受信し、該反射光信号および該透過光信号のバッ
クグランドノイズをそれぞれ除去するとともに、該反射
光信号を識別して最小反射光強度における透過光信号を
有効化し、該有効化した少なくとも上記三波長成分の透
過光信号に基づいてフィルムの厚みを定量する基礎とな
る厚みデータを演算する信号処理部とを備えたことを基
本的な特徴とするもので、入射面に平行なＰ偏光かブリ
ュースター角でフィルムに入射されるときフィルム上面
、下面での反射光成分は存在しなくなり光干渉が除去で
柊、入射光はすべて透過光となってフィルムでの特性吸
収を除きエネルギーの損失をなくすることができる。フ
ィルムには、所定箇所に静置されるものもあるが、連続
的に走行し、ゆらぎを伴ったフィルムもあり、このため
、ブリよ一スター角で入射したと外のみの透過光信号を
有効化すべくブリュースター角以外で入射されたと軽に
はフィルムからの反射光が存在するという事実を利用し
て、光走査部と反射光受光部、および反射光を検知して
入射光がブリュースター角で入射されたかどうかを識別
する信号処理部の一部とを構成し、ブリュースター角で
入射されたとぎのみの透過光信号に基づいてフィルムの
厚みデータを演算するものである。そして、従来のよう
に異なる箇所に照射する時分割測光でなく、同一場所の
同時測光（波長分割測光）であることか呟高速で走行す
るフィルムの厚みを連続的かつ高精度で測定でｂる。な
お、上記波長分割測光では二波長のみを用いるものに限
らず、場合によっては多波長の波長分割測光が有効であ
る。

第２の発明は、上記特定発明の全部を主要部に含むもの
で、フィルムに投光されｔこ赤外線が該フィルムを複数
回透過するように透過光の光路を変換する光路変換部を
備え、フィルムを透過する赤外線のうちフィルム固有の
吸収特性を示す波長成分の吸収能を高めるようにしたこ
とを特徴とし、ブリュースター角入射の場合にフィルム
内部多重反射光が存在せず無効となるエネルギー損失が
なく、さらに従来法のようにフィルムへの垂直入射でな
くブリュースター角に関係する斜め入射のマルチパスの
光学系で実質光路長をかせぐので、極薄フィルムであっ
てもフィルム透過光の検出系の感度限界に関係なく所望
の分解能を得ることがでトる。

第３の発明は上記特定発明の全部を主要部に含み、被検
体フィルムは連続的に走行するとともに反射光受光部か
ら出力される反射光信号に基づいて上記フィルムの走行
に伴うゆらぎに応じて上記−ブリュースター角に係る設
定投光角度を自動的に修正する光走査制御部を備えたこ
とを特徴とし、好ましくは、光走査部に振動ミラーを含
み上記光走査制御部における上記設定投光角度の修正を
サーボ制御によって行なう。

そして、第４の発明は上記特定発明の全部を主要部に含
み、第３の発明と同様に被検体フィルムは連続的に走行
し、フィルムの厚みを定量する基礎となる厚みデータを
演算する信号処理部から出力される厚みデータと、予め
設定される厚み変換関数とに基づいてフィルムの真の厚
みを演算するデータ処理部をさらに備えたことを特徴と
する。

好ましくは、光源部、光走査部、反射光受光部及び透過
光分光部を一体的に構成し、この−棒構成体をフィルム
の幅方向に移動自在に装置する。

そして、走行するフィルムの幅方向の外側で該フィルム
の走行面と同一平面上に同種のサンプルフィルムを固定
し、上記−棒構成体をこのサンプルフィルム位置まで移
動させ、サンプルフィルムのデータを採取し、被検体フ
ィルムのデータをこのサンプルフィルムのデータで自動
的に較正処理させるとともに、上記データ処理部に較正
された厚みデータを出力するように構成する。

以下、本発明をその他の特徴とともに添付図面に示す実
施例によって具体的に説明する。

［実施例］ 第１図は実施例の基本構成図である。

１は矢印方向に高速で走行する極薄フィルム（以下、フ
ィルムという）、２はフィルム１に固有の吸収特性を示
す波長成分（以下、測定波長といい人Ｓであられす）と
非吸収特性を示す波長成分（以下、参照波長といいλＲ
であられす）の少なくとも二つの波長成分を含む赤外線
２０を断続的に生成する赤外線生成部２１と、赤外線２
０をフィルム１の入射面に平行な振動成分をもった偏光
すなわちＰ偏光に偏光させる偏光子２２とを備えた光源
部である。３は、フィルム１の材質（特に屈折率）によ
って決まるブリュースター角θＢを中心に所定の角度範
囲±Δθで斜め方向から上記光源部２のＰ偏光光２３を
フィルム１上で走査する光走査部で、振動ミラー３０と
この振動ミラー３０を駆動する駆動部３１とからなる。

４は、−上記フィルム１に投光されたＰ偏光光２３の反
射光４（）を受光し、受光強度に応じた電気信号すなわ
ち反射光信号ａを出力する反射光受光部で、集光ミラー
４１、コーンミラー４２１反射光検出器４３を備える。

５は、フィルム１に投光されたＰ偏光光２３が該フィル
ム１を複数回透過するように透過光５０の光路を変換す
る光路変換部、６は、フィルム１を複数回透過してきた
透過光５１を受光するとともに、この受光光を少なくと
も上記二つの波長成分λＳとλＲに分光しそれぞれの分
光光強度に応した電気信号（以下、透過光信号といい、
波長λＳのものを測定波長信号ｂ、波長λにのものを参
照波長信号Ｃとする）を出力する透過光・分光部で、６
０は平面の反射ミラーである。

７は、上記反射光信号ａと測定波長信号す、参照波長信
号Ｃとを受信するとともに上記光源部２から出力される
断続信号ｄと上記光走査部３から出力される周期信号ｅ
とを受信し、受信した反射光信号ａを識別してフィルム
１に投光された光のうち、ブリュースター角θＢで入射
されたときのみの入射光２３の透過光信号す、ｃを有効
化するとともに、この有効化した透過光信号す、ｃに基
づいてフィルムの厚みを定量する基礎となる厚みデータ
ｇを演算する信号処理部であり、透過光信号を有効化す
るため振動ミラー駆動部３１に制御信号ｆを与える制御
回路部７０と、厚みデータを演算し図示しない外部機器
に厚みデータｇを与える信号演算回路部７１とからなる
。

赤外線生成部２１で生成された断続光は、振動ミラー３
０によって設定された入射角すなわちブリュースター角
θＢを中心に±Δθだけ角度偏向を受ける。角度偏向を
受けた断続光は偏光子２２に入射し、Ｐ偏光成分のみ射
出される。偏光子２２には、例えばワイヤグリッド型の
ものを用いる。７．。

この偏光子２２を透過したＰ偏光光２３が測杏対象のフ
ィルム１に入射されると、一部は反射光４０として反射
し、残りは透過光５０として透過して反射ミラー５２に
達する。この時、フィルム１に入射する角度がブリュー
スター角であれば反射光４０は存在せず透過光５０のみ
となり光干渉は発生しない。

反射ミラー５２によ１）反射された光は、再度フィルム
１に入射され、そのうち透過光５１のみが反射ミラー６
０を介して透過光・分光部に導びかれる。反射ミラー５
２には、フィルム１に対し１パス目の入射角がブリュー
スター角θＢの時、常に他方もθＢとなるように凹面鏡
を用いている。

また、第１図の例では２パスのマルチパス系であるが、
第２図に示されるように、フィルム１を挾んで相対向し
て一対の反射ミラー５３．５４を設けると４パスのマル
チパス系が構成でトる。透過光の検出系の分解能に応じ
て一般にｎバスのマルチパス系を容易に構成することが
可能である。

透過光・分光部６に入射された光は、測定波長成分λＳ
と参照波長成分λＲとに分光され、それぞれの光強度を
それぞれの検出器を用いて同時に検出し、測定波長信号
すと参照波長信号Ｃとして信号処理部７に入力される。

他方、フィルム１に入射された光２３のうち反射光４０
は、集光ミラー４１によって集められ、反射光検出器４
３に導光される。このとき、測定対象物の変動（フィル
ムの波うちゃゆらぎ）によって光軸も変動するので、コ
ーンミラー４２によって光軸ずれによる検出誤差を防ぐ
ようにしている。反射光検出器４３に導光された反射光
４０は電気信号すなわち反射光信号ａに変換され、信号
処理部７に入力される。

次に、上記各部の具体的な構成を説明する。

光源部２は、第３図に示すように、赤外線生成部２１と
Ｐ偏光の偏光子２２とから構成され、赤外線生成部２１
では、ハロゲンランプ井の光源２４からの光を集光ミラ
ー２５で集光し、スリット２６によって絞る。スリット
２６の通過光はチョッパ２７によって周期的に遮光され
、断続光となる。

断続光はコリメートレンズ２８で平行光となり、広帯域
カットフィルタ２９に入射される。広帯域カットフィル
タ２９は、測定波長λＳと参照波長λＲ及び反射光とし
て利用する波長成分を含む帯域の赤外線を通過させそれ
以外の波長成分をカットする。射出された赤外線２０は
偏光子２２に入射する。ワイヤグリッド型の偏光子２２
はこの赤外線２０をＰ偏光光に偏光する。なお、偏光子
２２を赤外線生成部２１に含ませるように構成すること
もできる。

上記チョッパ２７と相関してチョッピング検出器２７Ｄ
が設けられている。チョッピング検出器２７Ｄは、例え
ばフォトインクラブタなとで構成され、光源光の断続に
同期した断続信号としてのチョッピング同期信号ｄを出
力する。

第４図は透過光・分光部６の概略構成を示す。

図において、フィルムを透過してきた透過光５１はバン
ドパスフィルタ６１によって、測定波長λＳ及び参照波
長λＲ近傍の赤外線のみがフィルタされ、入射スリット
６２で絞られた後、コリメートミラー６３に導光される
。コリメートミラー６３によって反射された平行光は回
折格子６４に導光され、分光される。分光光は再度フリ
メートミラー６３で反射され、出射スリット面に分光ス
ペクトルの帯を形成する。分光スペクトルの測定波長λ
Ｓに対応する箇所に形成したスリット６７を通って測定
波長λＳの分光光６５が射出すると同時に、参照波長λ
Ｒに対応する箇所に形成したスリン）６８を通って参照
波長λＲの分光光６６が射出する。

射出光６５，６６はそれぞれの光検出器６５Ｄ。

６６Ｄで受光される。光検出器６５Ｄ、６６Ｄからは、
分光光の強度に応じた測定波長信号す、参照波長信号Ｃ
が出力される。なお、測定波長λＳと参照波長λＲに分
光する手段は、回折格子６４に替えてプリズムとするこ
ともできる。

また、測定波長、参照波長の検出器６５Ｄ、６６Ｄに関
し、測定対象フィルムの特性吸収波長領域において感度
の良好なものを使用する。フィルム１にポリエチレンテ
レフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）を使用する実
施例では、測定波長が２４４０曲で、参照波長は２４０
０＋ｏｎを使用するのが好ましく、この場合１〜２．５
μｍ１帯に良好な感度をもつＰｂＳを使用する。２．５
〜３．５μｍ帯に特性吸収波長を有する対象物の場合に
はＰｂ５ｅを使用する。

さらに、反射光の検出器４３（第１図）に関しては、一
般に反射光４０は透過光５０より弱いことから上記検出
器６５Ｄ、６’６Ｄよりも高感度で、しかも干渉の影響
を無視できる波長（測定波長より短波長はど良好）と検
出波長幅を有することが必要である。このため、実施例
においてはＳｉ７オトダイオードを使用し、７００〜１
０００ｒ＋ｍの波長領域の反射光を利用するようにした
。

次に、第５図で光走査部３を図解する。同図（Ａ）、（
Ｂ）にミラー３０の走査機構を、同図（Ｃ）に走査中心
の制御機構を示す。

ミラー３０の下端中央には、筒状の軸部材３２が固着さ
れ、固定の軸３３に支承されてミラー３０が軸３３の軸
線まわりに揺動自在となっている。

上記軸部材３２には、ミラー３０を揺動させるミラー駆
動アーム３４が連設され、このアーム３４の先端部の長
孔３５にピン３６が摺動自在に嵌挿され、ピン３６の下
端は、半円部を周方向に切り欠いた回転セクタ３７に偏
心して固定されている。

回転セクタ３７はシンクロチ３モータ３８によって図中
矢印方向に回転される。シンクロナスモータ３８が回転
すると、同図（Ａ＞に一点鎖線で示すように、ミラー駆
動アーム３４が軸３３の軸線を中心に揺動し、ミラー３
０もその揺動中心を中心に周期的に揺動（振動）する。

回転セクタ３７には、これと相関して、同図（Ｂ）によ
く示されるように、フォトインタラプタで構成された振
動ミラー同期検出器３７Ｄが設けられ、この検出器３７
Ｄは回転セクタ３７のエツジによって切替わる振動ミラ
ー同期信号ｅを出力する。

第５図（Ａ）、（Ｂ）で示されたミラー振動部は、同図
（Ｃ）で示される移動テーブル３９に固定される。移動
テーブル３９は支持台３９１に摺動自在に設けられ、回
転軸３９２にネジ切りを施したパルスモータ３９３に制
御信号ｆが入力されると、図中矢印で示すように左右に
移動制御される。移動テーブル３９が移動すると、ミラ
ー振動部全体が絶対固定軸３３に対し変位し、振動ミラ
ー３０の振動中心が制御される。なお、移動テーブル３
９には、その反駆動側にバックラッシュ防止用のバネ３
９４を設けている。また、ミラー３０の振動およびその
移動機構に関しては第５図に図示するものに限らず、ピ
エゾ素子など歪素子等による電気機械的構成または超音
波等を利用した音響光学的な構成としてもよい。制御精
度に加えてコンパクト化の利点がある。

第６図に実施例のフィルム厚み測定装置の外観構成図を
示す。同図（Ａ）はフィルム１の幅方向の正面図、同図
（Ｂ）は＜Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。　フィ
ルム１は図示しないローラないしガイド部材で案内され
、ある程度上下に自由な状態で連続して走行するので、
上下方向に波うちの揺れを生じる。

１０１は、フィルム１上方の上部フレーム１０２とフィ
ルム１下方の下部フレーム１０３とを一体に連設したス
キャナフレームである。下部フレーム１０３には、フィ
ルム１の幅以上にわたる案内台１０４が設置され、移動
台１０５はこの案内台１０４に沿って滑動できるように
ラック・ピニオン１０６及びレール・車輪１０７を介し
て結合されている。

測光部１０８は、この移動台１０５上に載置され、前述
した光源部２と光走査部３とが構築された投光部１０９
と、同じく前述した反射光受光部４と透過光・分光部６
とが構築された受光部１１０とを備え、前述の信号処理
部７もこの測光部１０８に内蔵されている。一方、上部
フレーム１０２の下部には、反射ミラー保持フレーム１
１１が連設され、フィルム１の幅以上の長さの反射ミラ
ー（凹面鏡）５２が保持されている。

本例のフィルム厚み測定装置には、自動較正機能も具備
しており、移動台１０５の下部に付設されたフォトイン
クラブタ１１２は、自動較正用のタイミング信号を発生
する検出器である。７オトインタラプタ１１２はスキャ
ナフレーム１０１の一方側で下部フレーム１０３に突設
されたしや元板１１３で光を遮断されたと外に信号を発
生する。

このしゃ元板１１３の上方には、スキャナフレーム１０
１からフィルム１の一方の幅縁に向って張り出すように
標準サンプルホルダ１１４が設置され、標準サンプルホ
ルダ１１４にはフィルム１と同材質の標準サンプルフィ
ルムが保持されている。

図示しない標準サンプルフィルムは、フィルム１の規定
の走行面と同一平面をなすように固定される。また、図
かられかるように、標準サンプルホルダ１１４とフィル
ム１の幅方向端縁との開には空隙１１５が形成されてい
る。この空隙１１５は、後述するように測定波長信号（
Ｖ（λＳ））と参照波長信号（Ｖ（λＲ））とから信号
の補正係数をめるときに利用される。

上記移動台１０５は、スキャナフレーム１０１に付設さ
れたスキャナ制御部１１６でその移動がコントロールさ
れ仝。また、測光部１０８はスキャナフレーム１０１に
付設されたデータ処理部１１７と図示しない伸縮自在な
ケーブルで連結され、測光部１０８に内蔵する信号処理
部からの信号を受ける。データ処理部１１７には操作パ
ネル１１８が形成され、内部にはマイクロコンピュータ
若しくはマイクロプロセッサ等の演算制御手段を含む。

なお、このデータ処理部１１７に上記信号処理部を内蔵
させるようにしてもよい。信号処理部については以下で
詳述する。

また、第６図の構成では、反射ミラー５２がフィルム１
の幅以上の長さを有する固定された凹面鏡としたが、長
大な凹面鏡が得難いときには、フィルム１を挾んで測光
部１０８と相対向して設置され、測光部１０８と同期し
て移動するものに構成してもよい。この場合、長い凹面
鏡は不要で短いもので済む。機能的にも、本例は同一場
所の同時測光法を採用しているので少しぐらいの光路の
ずれがあっても問題はない。

次に、振動ミラーの制御回路７０と厚みデータの演算回
路７１とを備える信号処理部７の具体的な詳細を第７図
に示す。

振動ミラーの制御回路７０は、反射光検出器４３の反射
光信号ａが入力される差動増幅器７０１゜チョッパ同期
検出器２７Ｄのチョッパ同期信号ｄが入力されるタイミ
ング生成回路７０２、サンプルホールド回路７０３と７
０４、振動ミラー同期検出器３７Ｄの振動ミラー同期信
号ｅが入力される信号分離回路７０５、平滑回路７０６
と７０７、差動増幅器７０８及びパルスモータ３９３の
駆動回路７０９とから構成され、測定対象のフィルム１
が角度変動しても、振動ミラー３０の振動中心が常時ブ
リュースター角θＢの入射角を保持するように振動中心
を追従制御するものである。

その追従制御の原理を第８図に図解する。同図（Ａ）に
示すように、測定対象のフィルム１が規定の走行面上を
走行しているときにはブリュースター角θＢで入射され
る。入射光２３をθＢを中心に±Δθの範囲で走査（偏
向）させて反射光４０の強度を検出し、ゆらぐフィルム
１の変動角±αを検出し、変動を打ち消すように逆に　
αだけ振動ミラーの振動中心を移動制御するものである
。同図（Ｂ）にフィルム１が規定の走行面上にあるとと
（変動角０）、上へゆらいだとき（十ａ）、下へゆらい
だとき（−α）の各場合の反射光強度を入射角θを横軸
にとったグラフを示す。このグラフの下にブリュースタ
ー角θＢを中心にサンプリングする正弦波を示し、同図
（ＣＩ）、（Ｃ２）、（０３）にそのときの反射光強度
の変化をそれぞれ示す。これを振動ミラー同期信号ｅの
正負の矩形波で分離し、それぞれの半周期の直流成分を
＋Δθ側のものから一Δθ側のものを差引くと、測定対
象物が基準位置から幾ら変動しているかの変動角±ａが
判り、差し引いた値（電位差）をもって変動角土ａを打
ち消す方向（千〇の角度制御を行うように）振動ミラー
３０の振動中心を移動する。

第９図に振動ミラー制御回路７０の具体的な波形の一例
を示し、その動作を説明する。なお、第９図の括弧中の
英数字ａ、ａｌ−ａ７．ｆｌ、ｆ２は第７図の信号名と
対応し、第９図（ａｌ）〜（ａｌ）及び（ｆｌ）、（ｆ
２）のグラフの縦軸は（ａ）と同様、縦軸に電圧、横軸
に時間をとっている。

第７図において、反射光検出器４３から入力された反射
光信号ａは、差動増幅器７０１とサンプルホールド回路
７０３によって、検出器等の暗電流や外乱光の影響によ
るバック・グランド・ノイズ（ＢＧＭ）を除去された信
号ａ１を得る（第９図（ａｌ））。上記サンプルホール
ド回路７０３のホールドタイミングは、チョッパ同期検
出器２７Ｄから入力された信号ｄをタイミング生成回路
７０２によってしゃ光期間中の適当な時期に出力される
タイミング信号による。

差動増幅器７０１の出力ａ１　は、サンプルホールド回
路７０４によって信号ａ１のうち投光期間中の信号のみ
が取り出され、信号ａ２　を得る（第９図（ａ２）、以
下同様）。上記サンプルホールド回路７０４のホールド
タイミングは、タイミング生成回路７０２によって投光
期間中の適当な時期に出力されるタイミング信号による
。

信号ａ２は、信号分離回路７０５によって、振動ミラー
の振動周期の半周期、即ち＋Δθ側のもの（信号ａ３）
と−Δθ側のもの（信号ａ４）とに分離される。分離の
タイミングは、振動ミラー同期検出器３７．Ｄからの信
号ｅである６分離された信号ａ３．ａ４はそれぞれ平滑
回路７０６，７０７で平滑され、第９図（ａｓ）、（ａ
６）に示されるような平坦な直流信号に変換される。

信号ａ５と信号ａ６は差動増幅器７０８の＋、−人力に
入力され、差動増幅器７０８がら両信号の差信号ａ７が
出力される（第９図（ａ７））。この差信号ａ７は、入
射角（測定対象のフィルムと測光ビームとなす角）と目
標のブリュースター角θＢとのズレに比例した信号であ
る。即ち正信号であればθＢより大きく、負信号である
とθＢより小さい入射角に振動ミラーの振動中心がある
ことを意味している。なお、振動中心がθＢである時、
精密には差信号ａ７はＯｖとならないが、パルス駆動回
路７０９中の方向弁別回路（符号検出回路）部の比較電
圧を適切に調整することでＯｖとする補正がで終る。

パルス駆動回路７０９は、入力信号ａ７がＯｖ（精密に
は振動ミラーの振動中心がθＢの時の電圧）に近づくよ
うにパルスモータ３９３に対し駆動信号ｆを出力する。

即ち、正信号であれば負方向に移動させる信号ｒ１　を
、負信号であれば正方向に移動させる信号ｆ２　を出力
する（第９図の信号例では負方向への移動であるので、
（ｆｌ）に示すパルス信号を正信号に比例した所定筒数
出力する）。上記動作を連続的に行なわせることにより
、測定対象のフィルム１が角度変動しても常に振動ミラ
ー３０の振動中心はブリュースター角θＢの入射角を保
つことがで終る。

なお、本例では振動ミラー３０の振動中心をブリュース
ター角θＢの入射角を保つようにサーボ制御を行ってい
るが、これに替えて振動ミラー等で走査して得た反射光
信号ａの最小値を検出する最小値検出回路を設け、この
最小値検出のタイミングで透過光信号す、ｃを有効化す
るような回路構成とすることもできる。

次に、厚みデータの演算回路７１を説明する。

回路７１は、測定波長検出器６５Ｄの測定波長信号すが
入力されるバックグランドノイズ除去回路７１１と、参
照波長検出器６６Ｄの参照波長信号Ｃが入力されるバッ
クグランドノイズ除去回路７１２と、それぞれのサンプ
ルホールド回路７１３゜７１４と、上記バックグランド
ノイズ除去回路７１．１，７１２及びサンプルホールド
回路７１３゜７１４にタイミング信号を与えるタイミン
グ生成回路７０２と、振動ミラー同期検出器３７Ｄの信
号ｅが入力されるとともに自動較正用の検出器（フォト
インタラプタ）１１２がら出力される自動較正起動信号
１１が入力されるタイミング生成回路７１５と、それぞ
れのサンプルホールド回路７１３゜７１４の出力が入力
され上記タイミング生成回路７１５のタイミング信号が
入力されるとフィルムのないときの両人力信号の比をと
る信号補正係数演算回路７１６と、サンプルホールド回
路７１３．７１４のそれぞれの出力が入力されるととも
に上記信号補正係数演算回路７１６の出力が入力され、
タイミング生成回路７１５の他のタイミング信号が入力
されてフィルムがあると外の両信号の対数比をとるｌｏ
ｇ比回路７１７　と、タイミング生成回路７１５で生成
されたステータス信号１が入力されｌｏｇ比回路７１７
の出力を外部のデータ処理部１１７に出力する外部出力
回路７１８とから構成される。タイミング生成回路７１
５のステータス信号ｉは測定対象のフィルムと標準サン
プルのデータとを区別するためにデータ処理部１１７に
も入力される。なお、測定波長検出器６ＳＤと参照波長
検出器６６Ｄには、常時安定した検出信号を得るために
電子冷却制御回路７１９が接続されている。

厚みデータ演算回路７１の動作は、まず、測定対象のフ
ィルム１を透過した透過光を測定波長λＳと参照波長λ
Ｒに分光してそれぞれの検出器６５Ｄ、６６Ｄで得た信
号す、ｃがそれぞれのバックグランドノイズ除去回路７
１１．７１２に入力され、この回路７１１，７１２によ
って検出器６５Ｄ、６６Ｄの暗電流や外乱光等のノイズ
成分が除去される。そして、それぞれのサンプルホール
ド回路７１３，７１４によって投光期間中にフィルム１
を透過した信号のみが取り出される。双方のサンプルホ
ールド回路７１３，７１４の出力は、常にタイミング生
成回路７０２で生成された同一タイミングでサンプリン
グされた信号である。換言すれば、常に同一条件下にお
ける（測定対象のフィルムの同一部位、同一光路におけ
る）測定波長信号Ｖ（λＳ）と参照波長信号■（λＲ）
である。

タイミング生成回路７１５は、振動ミラー同期信号ｅと
自動較正タイミング検出器１１．：２からの自動較正タ
イミング信号１１を用いて、信号補正係数演算回路７１
６とｌｏｇ比回路７１７及び外部出力回路７１８の制御
タイミング信号を生成するとともに、データ処理部１１
７に対してステータス信号ｉを出力する。このステータ
ス信号ｉによってデータ処理部１１７は、厚みデータ信
号ｇが測定対象のフィルムのデータであるか標準サンプ
ルのデータであるかを識別する。ステータス信号は、第
１０図のタイミングチャートで示されるように、測光部
１０８（第６図参照）が標準サンプル位置にあるときに
ハイレベルを保持し、その位置から図中左方向に移動す
ると、ハイレベルから立下る。

立下がりに応じてタイミング信号生成回路７１５で信号
補正係数演算タイミングの信号が生成され、回路７１６
を能動化する。このと外回路７１６に入力されるのは、
測定光路中に測定対象のフィルムが存在しない箇所（第
６図の間隙１１５）の測定波長信号■。（λＳ）と参照
波長信号■。（λＲ）である。信号補正係数演算回路７
１６はタイミング信号に基づいてこの両信号の比に１を
第（１）式のように演算する。

■。（λＲ） このめられた比の値は、回路７１６中の記憶手段中に記
憶され、適時のタイミングで読出されｌｏｇ比回路７１
７　に出力される。また、別の構成ではデータ処理部１
１７に出力するようにしてもよい。

ｌｏｇ比回路７１７はタイミング生成回路７１５からの
制御タイミング信号、即ち測定光路中に測定対象のフィ
ルへまたは標準サンプルがあり、しかも測定光の入射角
かブリュースター角θＢの時の測定波長信号■θＢ（λ
Ｓ）と参照波長信号■θＢ（λＲ）を受信し、この信号
の比に上記回路７１６から読み出された補正係数に１を
掛は合わせ、その結果に対数演算を施し、厚みデータＡ
をめる。

式で示せば第（２）式となる。

この回路７１７により、光の強度変化が厚み変化にリニ
アライズされる。そして、回路７１７によってめられた
アナログの厚みデータは、タイミング生成回路７１５の
制御タイミングに同期して外部出力回路７１８でディジ
タル信号に変換され、ディジタルの厚みデータｇとして
データ処理部１１７へ出力される。特に、標準サンプル
の場合のタイミングを第１０図に示す。振動ミラー同期
信号の立下りに応じてｌｏｇ比演算のタイミングがとら
れ、このタイミングの立下りに応じて外部出力タイミン
グがとられて標準サンプルの厚みデータ信号が出力され
る。標準サンプル期間を示すハイレベルのステータス信
号ｉによりデータ処理部１１７では、標準サンプルデー
タとして識別し記憶する。標準サンプルデータは、測光
部１０８（第６図）を少なくとも２回往復させて得る。

データ処理部１１７では、測定対象のフィルムの真の厚
みが演算される。測定前に、標準サンプリング１１７（
第６図（Ａ））にセットされるフィルムの標準厚みｄｏ
が操作パネル１１８よりデータ処理部１１７に入力され
る。標準厚みｄ。と、測光部１０８からの実測データ信
号ｇをステータス信号ｉが標準サンプル位置にあること
を示したタイミンクで読み込み（値をＡ。とする）、第
（３）式のように比をめ、以降のフィルム厚み実測の場
合の厚み変換係数として用いる。

ｄ。

Ｋ２＝−・・・・・・（３） Ａ。

この係数に２を用いて以降の１往復もしくは複数回の往
復に際し、厚み演算が連続的に実施される。実測の厚み
データをＡとすると次の第（４）式の演算である。

ｄ＝に２ＸＡ　・・・・・・（４） 上記第（４）式の演算によって得たフィルム厚み値ｄは
、所望の出力装置、例えばチャートレコーグやプリンタ
、ＣＲＴ等に出力させることができる。また、その出力
内容も測定対象物の流れ方向および幅方向のプロフィル
の表示とか、操作パネルより設定された厚みｄ。の範囲
を逸脱した場合（例えば２μｍの厚みで±０．５μ「１
の範囲から逸脱したような場合）、アラームを鳴動させ
て警告するとか、あるいはフィルム製造装置の厚みの制
御信号として利用することがで終る。

なお、上記実施例に係るデータ処理部１１７では、標準
厚みｄ。を入力し標準サンプルの実測データＡ０により
厚み変換係数に２により以降の実測による厚みを演算す
るようにしているが、標準サンプルによる実測データＡ
。をめないで（標準サンプルに係る装置系をすべて排除
して）も真の厚みを定量することがで終る。即ち、フィ
ルムを何パスさせるかはマルチパス系の構成で決まり、
フィルムの吸光度も予め知られているので、測定し出力
される厚みデータＡに対し真のフィルム厚みｄ。

とは一義的に対応する。したがって、厚みデータＡを変
数としてフィルムの真の厚みを定量する関数（連続量で
もプロットされるような離数量でもよい）を設定し、こ
の関数を記憶させた記憶手段（ＲＯＭが好ましい）をデ
ータ処理部１１７に備えるようにする。フィルムの種類
が異なるときは、例えばＲＯＭをフィルムの種類に応じ
て適宜差し替えればよい。簡単な手段で装置に汎用性を
具備させることかで各る。

［効果］ 以上、詳細に説明したように、本発明に係る赤外線厚み
計によれば、フィルムの極薄化に伴う光干渉をＰ偏光光
をブリュースター角で入射させることにより、極薄のフ
ィルムでもその膜厚を精度よく計測することがでｂｌま
た極薄フィルムの透過光の検出系の分解能不足をマルチ
パス光学系で解消できるとともに測定対象物の変動によ
る測定誤差を生じるのを反射光の最小を検出することで
制御して有効に防止することができる。さらに、同一場
所の同時測光としたので、測光部走査時の光軸変動によ
る誤差と高速で走行する対象物に対し、従来のごとき三
波長時分割測光における測光部位の差による誤差の双方
を生ゼしぬることがない。そして自動較正手段を併用す
ると、光源を含む光学系および検出器の波長特性に依存
する経時変化の誤差を有効に防止し得る効果がある。

ちなみに、測定対象物を４．０μｍ（７）ＰＥＴフィル
ム、測定波長をλ５＝２４４０＋＋ｍ、λＲ＝２４００
ｎｍ、反射光検出波長領域を７００〜１１０００ｎ、ミ
ラー振動周波数を２５Ｈｚ、ミラー振動角度を±３゛、
チョッピング周波数ＩＫＨｚ、透過光を２パスとした上
記赤外線厚み計において、振動中心設定角度は５８°に
なり測定精度は±０．１μ拍であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の基本構成図、第２図はマ
ルチパス光学系の他の例を示す光路図、第３図は光源部
の詳細図、第４図は透過光・分光部の詳細図、第５図は
光走査部の詳細図で同図（八）は平面図、同図（Ｂ）は
側面図、同図（Ｃ）は移動テーブルの斜視図である。第
６図は実施例の外観構成図を示し同図（Ａ＞は正面図、
同図（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。第７図は
信号処理部の７０ツク回路図、第８図（Ａ）、（Ｂ）、
（ＣＩ）、（Ｃ２）、（Ｃ３）はそれぞれ光走査部のサ
ーボ制御の原理説明図、第９図（ａ）、（ａｌ）、（ａ
２）、、（ａ３）。 （ａ４）、（ａ５）、（ａ６）、（ａ７）、（ｆｌ）及
び（ｒ２）は振動ミラー制御回路各部の波形の一例を示
す波形図、第１０図は厚みデータ演算回路の一例として
のタイミング図である。 １・・・フィルム、２・・・光源部、３・・・光走査部
、４・・・反射光受光部、５・・・光路変換部、６・・
・透過光・分光部、７・・・信号処理部、２０・・・赤
外線、２２・・・Ｐ偏光させる偏光子、θＢ・・・ブリ
ュースター角、４０・・・反射光、５１・・・透過光。 特許出願人　倉敷紡績株式会社 代　理　人　弁理士　青白　葆ばか２名第１図　。 第２図 ２１　！ ！ 第４図 ６

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィルム固有の吸収特性を示す波長成分と非吸収
   特性を示す波長成分の少なくとも二つの波長成分を含む
   帯域の赤外線を断続的に発生するとともに、この赤外線
   をＰ偏光させる偏光子を含む光源部と、 上記光源部から出力される赤外線を上記フィルムのフィ
   ルム面に対し所定の角度をもって斜め方向から投光する
   とともに、該投光角度を中心にして所定の角度範囲内に
   おいて連続的に変動させて該赤外線がフィルム上を走査
   するようにした光走査部と、 上記フィルムに投光された赤外線の反射光を受光し受光
   強度に応じた反射光信号を出力する反射光受光部と、 上記フィルムに投光された赤外線の透過光を受光し少な
   くとも上記二つの波長成分に分光するとともに、それぞ
   れの分光光の受光強度に応じた透過光信号を出力する透
   過光分光部と、 上記反射光信号と上記透過光信号とを受信し、該反射光
   信号および該透過光信号のバックグランドノイズをそれ
   ぞれ除去するとともに、該反射光信号を識別して最小反
   射光強度における透過光信号を有効化し、該有効化した
   少なくとも上記三波長成分の透過光信号に基づいてフィ
   ルムの厚みを定量する基礎となる厚みデータを演算する
   信号処理部とを備えたことを特徴とする赤外線厚み計。
2. （２）上記偏光子が上記光走査部と上記フィルム面との
   間の光路中に配置された特許請求の範囲第（１）項記載
   の赤外線厚み計。
3. （３）フィルム固有の吸収特性を示す波長成分と非吸収
   特性を示す波長成分の少なくとも二つの波長成分を含む
   帯域の赤外線を断続的に発生するとともに、この赤外線
   をＰ偏光させる偏光子を含む光源部と、 上記光源部から出力される赤外線を上記フィルムのフィ
   ルム面に対し所定の角度をもって斜め方向から投光する
   とともに、該投光角度を中心にして所定の角度範囲内に
   おいて連続的に変動させて該赤外線がフィルム上を走査
   するようにした光走査部と、 上記フィルムに投光された赤外線の反射光を受光し受光
   強度に応じた反射光信号を出力する反射光受光部と、 上記フィルムに投光された赤外線が該フィルムを複数回
   透過するように透過光の光路を変換して、該フィルムを
   透過する赤外線のうち上記フィルム固有の吸収特性を示
   す彼氏成分の吸収能を高めるようにした光路変換部と、 上記フィルムに投光された赤外線の透過光を受光し少な
   くとも上記二つの波長成分に分光するとともに、それぞ
   れの分光光の受光強度に応じた透過光信号を出力する透
   過光分光部と、 上記反射光信号と上記透過光信号とを受信し、該反射光
   信号および該透過光信号のバックグランドノイズをそれ
   ぞれ除去するとともに、該反射光信号を識別して最小反
   射光強度における透過光信号を有効化し、該有効化した
   少なくとも上記三波長成分の透過光信号に基づいてフィ
   ルムの厚みを定量する基礎となる厚みデータを演算する
   信号処理部とを備えたことを特徴とする赤外線厚み計。
4. （４）フィルム固有の吸収特性を示す波長成分と非吸収
   特性を示す波長成分の少なくとも二つの波長成分を含む
   帯域の赤外線を断続的に発生するとともに、この赤外線
   をＰ偏光させる偏光子を含む光源部と、 上記光源部から出力される赤外線を走行するフィルムの
   フィルム走行面に対し所定の角度をもって斜め方向から
   投光するとともに、該投光角度を中心にして所定の角度
   範囲内において連続的に変動させて該赤外線がフィルム
   上を走査するようにした光走査部と、 上記フィルムに投光された赤外線の反射光を受光し受光
   強度に応じた反射光信号を出力する反射光受光部と、 上記反射光信号に基づいて上記フィルムの走行に伴う揺
   れに応じて上記設定投光角度を自動的に修正する光走査
   制御部と、 上記フィルムに投光された赤外線の透過光を受光し少な
   くとも上記二つの波長成分に分光するとともに、それぞ
   れの分光光の受光強度に応じた透過光信号を出力する透
   過光分光部と、 上記反射光信号と上記透過光信号とを受信し、該反射光
   信号および該透過光信号のバックグランドノイズをそれ
   ぞれ除去するとともに、該反射光信号を識別して最小反
   射光強度における透過光信号を有効化し、該有効化した
   少なくとも上記三波長成分の透過光信号に基づいてフィ
   ルムの厚みを定量する基礎となる厚みデータを演算する
   信号処理部とを備えたことを特徴とする赤外線厚み計。
5. （５）上記光走査部に振動ミラーを含み、上記光走査制
   御部における上記設定投光角度の修正がサーボ制御によ
   って行なわれる特許請求の範囲第（４）項記載の赤外線
   厚み計。
6. （６）フィルム固有の吸収特性を示す波長成分と非吸収
   特性を示す波長成分の少なくとも二つの波長成分を含む
   帯域の赤外線を断続的に発生するとともに、この赤外線
   をＰ偏光させる偏光子を含む光源部と、 上記光源部から出力される赤外線を走行するフィルムの
   フィルム走行面に対し所定の角度をもって斜め方向から
   投光するとともに、該投光角度を中心にして所定の角度
   範囲内において連続的に変動させて該赤外線がフィルム
   上を走査するようにした光走査部と、 上記フィルムに投光された赤外線の反射光を受光し受光
   強度に応じた反射光信号を出力する反射光受光部と、 上記フィルムに投光された赤外線の透過光を受光し少な
   くとも上記二つの波長成分に分光するとともに、それぞ
   れの分光光の受光強度に応じた透過光信号を出力する透
   過光分光部と、 上記反射光信号と上記透過光信号とを受信し、該反射光
   信号および該透過光信号のバックグランドノイズをそれ
   ぞれ除去するとともに、該反射光信号を識別して最小反
   射光強度における透過光信号を有効化し、該有効化した
   少なくとも上記二波長成分の透過光信号に基づいてフィ
   ルムの厚みを定量する基礎となる厚みデータを演算する
   信号処理部と、 上記信号処理部から出力される厚みデータと、フィルム
   の真の厚みを定量するための所定の厚み変換関数とに基
   づいてフィルムの厚みを演算するデータ処理部とを備え
   たことを特徴とする赤外線厚み計。
7. （７）上記光源部、光走査部、反射光受光部および透過
   光分光部が一体的に構成され、この一体の構成体が上記
   フィルムの幅方向に移動自在である特許請求の範囲第（
   ６）項記載の赤外線厚み計。
8. （８）上記走行するフィルムの幅方向の外側で上記フィ
   ルム走行面と同一平面上に上記フィルムと同種のサンプ
   ルフィルムを固定し、上記一体の構成体が該固定のサン
   プルフィルム位置まで移動可能である特許請求の範囲第
   （７）項記載の赤外線厚み計。
9. （９）上記厚みデータは、上記固定のサンプルフィルム
   からの透過光信号に基づいて自動較正されたものである
   特許請求の範囲第（８）項記載の赤外線厚み計。
10. （１０）上記データ処理部には、上記信号処理部から出
    力される厚みデータを変数としてフィルムの真の厚みを
    一義的に定量可能な厚み変換関数を記憶させた記憶手段
    を備える特許請求の範囲第（６）項記載の赤外線厚み計
    。