JP2006242822A

JP2006242822A - 光学的測定装置

Info

Publication number: JP2006242822A
Application number: JP2005060502A
Authority: JP
Inventors: Takao Shimizu; 孝雄清水; Akihito Kimura; 彰人木村
Original assignee: Chino Corp
Current assignee: Chino Corp
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】簡易な構成で、種々の測定対象に対応して、高精度の測定が可能で、かつ工数と時間ロスを低減できる光学的測定装置を提供することである。
【解決手段】光源の光を測定対象に投光して測定対象の材質、厚さ、成分、水分などの性状を測定する光学的測定装置において、前記測定対象の形状に対応した開口形状の複数のスリットを有する投光スポット制御手段を前記光源からの光の結像位置に配置した。測定対象の形状に相当するスポットとすることで、測定対象の必要部分からの無駄のない大きな測定光量が得られ、測定精度の向上が図れる。
【選択図】図１

Description

この発明は、測定対象の材質、厚さ、成分、水分等の性状を測定する光学的測定装置に関するものである。

測定対象に光源からの所定の波長の光を投光し、その反射光や、透過光から材質、厚さ、成分、水分等の性状を測定する光学的測定装置が知られている。例えば、水が近赤外線領域における１．２μｍ、１．４３μｍ、１．９４μｍなどに吸収波長を持っていることを利用した赤外線成分計がある。この波長の赤外線を測定対象に投光する。薄いシート状の物体なら透過光を測定するが、粉粒体などでは反射光を測定する。物体にあたった光は、物体内に部分的に侵入し、物体内部で吸収・反射を繰返して拡散反射光として外部に出てくる。従ってこの拡散反射光は物体内部の水分により減衰しているので、この強度を測定して物体の水分量を測定することができる。しかし、水の吸収波長のみの計測では、物質までの測定距離、表面状態、粒子の大きさ、色などの影響を受け、安定した水分測定が困難となる。そこで、水の吸収波長の近くに比較波長を設け、吸収波長と比較波長の比率から水分値に演算する。

図３にミラー式の赤外線成分計の構成例を示す。光源１から出た光Ｌはレンズ１Ａで集光された後、モータＭで回転している回転セクタ２を通過する。回転セクタ２には複数枚の光学フィルタ３１〜３Ｎが取付けられており、所定の波長の近赤外線を通過させる。これらの光はミラー６を介し、投光窓ないし投光レンズよりなる光学体７１より、測定対象８に投光される。測定対象８からの反射ないし透過した光は、受光窓ないし受光レンズよりなる光学体７２を介して、凹面鏡９１で集光され、凸面鏡９２を反射し検出素子１０に入射する。

検出素子１０で検出されたアナログ出力信号は、図示しない同期検出器で波長毎に分離されＡＤ変換器などを内蔵したμＣＰＵ等の処理手段１１に入力される。また、周囲温度Ｔを検出する温度検出器２０の出力、およびＬＣＤ表示器等の表示手段１３を参照してキースイッチ等の設定手段１２その他で設定された検量線データなどの設定信号データ等の必要な他の信号が処理手段１１に入力される。水分計で求められた値は、試料を加熱乾燥させて水分の減少量を測定する乾燥重量法や、カールフィッシャー試薬を滴定して試料の水分量を測定するカールフィッシャー法などの他の水分測定方法と一定の関係がある。この関係式が検量線であり、測定対象毎に異なった特性を示す。

処理手段１１は、内蔵したＡＤ変換器でアナログ信号をデジタル信号に変換し、設定データ等を用いて所定の演算処理を行い、測定対象の所望の水分率、厚み等の性状信号を得ることができる。例えば、水分吸収波長帯の光の信号と非吸収波長帯の光の信号との比を取ることで水分率等が測定できる。

測定対象である塗布糊と塗布糊が塗布されたシートの成分の吸収波長域が重複している場合に、塗布糊が塗布されていないシート部分を含んだ領域の測定を行なうと、シート部分の性状信号が影響して測定精度が低下する。

このような光学的測定装置の測定精度の向上を目的として、図３に示すように光源からの光の結像位置に測定対象である、例えば塗布糊の塗布形状に応じた任意形状の開口を有する固定スリット５を設けた本件出願人による特開２００１−２９６２４２号公報がある。固定スリットは、帯状の移動する測定対象の場合は移動方向に沿って長い長方形や、測定対象の形状に対応した凹形状又は二重丸形状などの開口である。このことにより、測定対象の各点につき流れ方向に関してより多くの光量が得て、流れ方向に沿った測定分布精度を向上させたり、静止している測定対象としての塗布糊などのパターンが凹形状あるいは二重丸形状などのとき、これに合わせた形状のスリットを用いて、測定対象の形状に相当する投光スポットとすることで、測定対象の必要部分からの無駄のない大きな測定光量を得て、測定精度の向上を図っている。
特開２００１‐２９６２４２号公報

しかしながら、特許文献１において、測定対象に投光される固定スポットでは、測定対象の形状が一つの条件しか対応できず、測定対象の形状が変化するとそれに応じて固定スリットの交換が必要となり、工数がかかり、時間のロスがあるという問題点があった。

この発明の目的は、以上の点に鑑み、簡易な構成で、種々の測定対象に対応して、高精度の測定が可能な光学的測定装置を提供することである。

この発明は、光源の光を測定対象に投光して測定対象の性状を測定する光学的測定装置において、測定対象の形状に対応した開口形状の複数のスリットを有する投光スポット制御手段を、光源からの光の結像位置に配置したことを特徴とする光学的測定装置である。

この発明は、光源の光を測定対象に投光して測定対象の性状を測定する光学的測定装置において、測定対象の形状に対応した開口形状の複数のスリットを有する投光スポット制御手段を、光源からの光の結像位置に配置したことを特徴とする光学的測定装置で、このことにより、簡易な構成で、種々の測定対象に対応して、高精度の測定が可能で、工数と時間ロスを低減できる。

図１は、この発明の一実施例を示すミラー形の光学的測定装置の構成説明図である。図３と同じ構成部品には同一符号を付している。図１において、投光ランプのような光源１から放射される光Ｌは、レンズ１Ａを介しモータＭで回転する回転セクタ２に投光される。この回転セクタ２は、円盤の上に配置された複数の光学フィルタ３１〜３Ｎを有しこれが分光手段を構成し、光源１からの光Ｌは、測定時に各光学フィルタ３１〜３Ｎのいずれかを順次透過して集光される。

光源１の集光・結像位置に測定対象8の形状に対応した開口形状のスリット４１〜４Ｎを有する投光スポット制御手段４０が設けられ、ミラー６を介し、投光窓ないし投光レンズよりなる光学体７１より、スリット４１〜４Ｎの任意形状の開口に対応したスポットの光として、スリット形状で測定対象８に投光される。

測定対象８からの反射ないし透過した光は、受光窓ないし受光レンズよりなる光学体７２を介して、凹面鏡９１で集光され、凸面鏡９２を反射し検出素子１０に入射する。

検出素子１０で検出されたアナログ出力信号は、図３に示した赤外線成分計と同様に、図示しない同期検出器で波長毎に分離されＡＤ変換器などを内蔵したμＣＰＵ等の処理手段１１に入力される。また、周囲温度Ｔを検出する温度検出器２０の出力、およびＬＣＤ表示器等の表示手段１３を参照してキースイッチ等の設定手段１２その他で設定された検量線データなどの設定信号データ等の必要な他の信号が処理手段１１に入力される。処理手段１１は、内蔵したＡＤ変換器でアナログ信号をデジタル信号に変換し、設定データ等を用いて所定の演算処理を行い、測定対象の所望の水分率、厚み等の性状信号を得ることができる。

図２（ａ）は、スリット４１〜４Ｎの一例で、測定対象８が帯状のフィルム等で長手方向に流れて移動するような場合において、この流れる測定対象８の幅方向に光学的測定装置を往復スキャン走査させて測定するときなど、この帯状の移動する測定対象８の流れ方向に沿って長い長方形の開口４ａを有するスリットとし、これに対応した流れ方向に長い長方形状のスポットの光を測定対象８に投光する。このことにより、流れ方向に関してより多くの光量が得られ、流れ方向に沿った測定精度を向上させることができる。

また、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、スリット４１〜４Ｎの他の例で、測定対象８が紙の上に塗布される糊などで、その塗布パターンが二重丸や凹形状、あるいは十字形のとき、これに合わせた二重丸の開口４ｂや凹形状の開口４ｃ、あるいは十字形の開口４ｄを有するスリット４１〜４Ｎを用いて、測定対象８の形状に相当するスポットとすることで、測定対象８の必要部分からの無駄のない大きな測定光量が得られ、測定精度の向上が図れる。

なお、スリット４１〜４Ｎの開口の形状は、どのようなものでもよく、測定対象に合わせた最適なスポット形状となるようにすればよく、また、光学系の余分な変更も不要である。

測定対象の形状に対応した開口形状の複数のスリットを有する投光スポット制御手段としては、図１に示すようにモータM２に接続され回転可能な回転板に複数のスリットを設けたり、縦方向や横方向に並べられたスリットをスライドさせても良いし、複数のスリットを収納したカセットから適宜１つのスリットを取り出して、光の結像位置に配置するようにしても良い。

この発明の光学的測定装置の一実施形態を示す構成説明図である。スリットの開口形状の例を示す図である。従来の光学的測定装置の一例を示す構成説明図である。

符号の説明

１光源
２回転板
３１〜３Ｎ光学フィルタ（分光手段）
４０投光スポット制御手段
４１〜４Ｎスリット
４ａ〜４ｃ開口
５固定スリット
７１、７２光学体
８測定対象
９１凹面鏡
９２凸面鏡
１０検出素子
１１処理手段
１２設定手段
１３表示手段
２０温度検出器

Claims

光源の光を測定対象に投光して測定対象の性状を測定する光学的測定装置において、前記測定対象の形状に対応した開口形状の複数のスリットを有する投光スポット制御手段を前記光源からの光の結像位置に配置したことを特徴とする光学的測定装置。