JP4967639B2

JP4967639B2 - 赤外線厚さ・配向計及び赤外線厚さ・配向測定方法

Info

Publication number: JP4967639B2
Application number: JP2006337924A
Authority: JP
Inventors: 鉄人仁神
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: JP2008151559A

Description

本発明は、赤外線厚さ・配向計及び赤外線厚さ・配向測定方法に関し、詳しくは、シート状のフィルムの厚さを測定することに加えてフィルムの配向も測定できるようにした赤外線厚さ・配向計及び赤外線厚さ・配向測定方法に関するものである。

従来の技術として、フィルムの吸収感度を測定することでフィルムの厚さを測定する赤外線フィルム厚さ計がある。
又、測定するフィルムに対し、垂直方向に光を照射し、散乱されている光の分布からフィルムの配向角度と配向指数を求めるフィルムシート分子配向計が提案されている。尚、フィルムシート配向計は、測定ポイントの周囲から複数の角度から斜めに光を照射し、垂直方向に反射した光の成分を検出する方式もある。
特開平４−２１２００３号公報（第５頁第３図）

従来技術で説明した赤外線フィルム厚さ計で薄いフィルム（例えば１０μｍ以下）の厚さを測定するとフィルム表裏間で光干渉が発生するため測定誤差となる。フィルム表面と平行な成分に偏光した光をフィルムに対して斜め方向から入射すると光干渉の影響を除去でき、精度よく薄いフィルムの厚さを測定できるが、延伸フィルムにおいてフィルム内部の分子配列の向きが異なる角度に配列されていると配向の影響を受けてしまい、測定誤差となるため、精度の良い測定が行えない。
図３は、ポリエステルフィルム１５μｍを赤外線フィルム厚さ計で測定した結果であり、測定ポイントを中心に測定フィルムを１０°毎に回転させ、角度と吸収指数の関係を記録した結果である。
測定フィルムを測定ポイントを中心に回転させると吸光指数が大きい角度と少ない角度が現れる。延伸したフィルムの厚さをオンラインで測定すると延伸の強さ、延伸の方向により配向の違いが発生し、同じ厚さのフィルムにおいても赤外線の吸光指数が変化するため、フィルム厚さの測定誤差が発生し、正確な厚さ測定が行えない。

赤外線フィルム厚さ計と異なるセンサで、フィルムの分子配向を測定するフィルムシート分子配向計がある。測定原理は、フィルム表面に垂直に光を照射し、散乱光の分布を測定することでフィルムの分子配向を測定する。フィルム表面とフィルム表面の浅い部分の配向具合は測定できるが、フィルム全体の配向を測定することは難しい。入射した光のエネルギーのほとんどは散乱されてしまうため、検出器で検出される光は、一部であり検出される信号レベルが弱くなってしまう。

又、フィルムは、熱で柔らかくした状態から延伸する製法により製作されるが、このときフィルムは強い力で延伸され、薄く引き延ばされ、配向の向き、配向の指数が決定される。
フィルムを幅方向に延伸する二軸延伸フィルムにおいては、フィルムに強いストレスが加わるため、フィルム幅方向で配向角度や配向の傾向が異なる場合がある。
光学的に重要なフィルムにおいて、配向の度合いが重要なファクタとなる場合があり、フィルムの品質管理上、配向を測定する手法が求められる。

従って、フィルムの厚さを測定する手法に加えて、同時にフィルムの配向を表面のみに限定することなくフィルム全体の配向特性が測定できる手法及び厚さ計に解決しなければならない課題を有する。

上記課題を解決するために、本願発明の赤外線厚さ・配向計及び赤外線厚さ。配向測定方法は、次に示す構成にしたことである。

（１）赤外線厚さ・配向計は、単一の光源から発生する赤外光線を分光用ミラーで分光させて４つの異なる等間隔の角度からなる赤外光線をシート状のフィルムに透過させる透過手段と、前記透過手段により透過した透過光を前記フィルムの相対する側に設けた反射用ミラーで反射させる反射手段と、前記反射手段で反射した透過光を再び前記フィルムを透過させる再透過手段と、前記再透過手段で透過した光を前記赤外光線に対応するそれぞれの検出手段で受光すると共に、それぞれの検出手段で受光した減衰量から吸光指数を算出する算出手段と、を有し、前記算出手段で算出されたそれぞれの吸光指数の平均値が前記フィルムの厚さであると共に、前記算出手段で算出されたそれぞれの吸光指数の最大値と最小値の比が配向の度合いを示す配向指数であることである。

（２）赤外線厚さ・配向測定方法は、単一の光源から発生する赤外光線を分光用ミラーで分光させて４つの異なる等間隔の角度からなる赤外光線をシート状のフィルムに透過させると共に、該透過した透過光を前記フィルムの相対する側に設けられた反射用ミラーで反射し、該反射した透過光を再び前記フィルムを透過させ、該透過した光を前記赤外光線に対応するそれぞれの検出手段で受光した減衰量から吸光指数を算出し、前記それぞれの検出手段で算出された吸光指数の平均値が前記フィルムの厚さであると共に、前記算出されたそれぞれの吸光指数の最大値と最小値の比が配向の度合いを示す配向指数であることである。

本発明においては、厚さを測定したいフィルムの測定ポイントに対し、角度を変化させた方向から複数の組み合わせで厚さを測定することで、フィルム配向の影響を除去し、薄いフィルムの厚さを正確に測定することができる。
又、フィルムに照射する赤外光線は、フィルム表面と平行な方向の成分の光に偏光してフィルム表面に対して斜め方向の角度から入射させてフィルムの厚さを測定するようにしたことで、測定するフィルムの光干渉を除去することができる。

次に、本願発明に係る赤外線厚さ・配向測定方法を具現化できる赤外線厚さ・配向計の実施例について図面を参照して説明する。

図１は、測定するフィルムを横からみた図であり、１組の測定基本構成を示す。図２は、図１で示した基本構成を４組の組み合わせとし、測定ポイントを中心にそれぞれ、４５°の角度で回転させて配置し、上部からみた機器構成を示す。
斜め横方向から赤外光線を発射する光源１１と、赤外光線をフィルム１２の吸収帯波長Ｍ光（測定光）と、このＭ光を挟んで吸収の少ない波長帯（参照光）Ｒ１光、Ｒ２光に分光するバンドパスフィルタＢと、フィルム１２表面と平行な方向の成分の光に偏光する偏光フィルタＦと、被測定対象物であるフィルム１２と、フィルム１２の相対する側に設けた反射用ミラーＭ５と、反射用ミラーＭ５で反射された光を受光する検出器Ｄ、検出器Ｄで受光した減衰量から吸光指数を算出する算出部１３と、から構成されている。

このような基本構成について、本願発明においては図２に示すように、一つの光源１１からの赤外光線を分光用ミラー（Ｍ１〜Ｍ４）で分配して２つ以上の異なる角度から赤外光線を照射するようにし、それぞれの赤外光線に対応するそれぞれの検出器（Ｄ１〜Ｄ４）で受光する構成になっている。

光源１１から照射された赤外光線は、バンドパスフィルタ（Ｂ１〜Ｂ４）でフィルムに吸収感度があるＭ光（測定光）と吸収感度が少ないＲ１光、Ｒ２光に分光される。分光された光は、分光用ミラー（Ｍ１〜Ｍ４）で反射した後、偏光フィルタ（Ｆ１〜Ｆ４）でフィルム表面と平行な方向の成分の光に偏光され、測定フィルムを透過する（透過手段）。
フィルムを透過した光は、フィルムの反対方向に置いた反射用ミラー（Ｍ５）で反射し（反射手段）、再度、フィルムを透過し（再透過手段）、検出器（Ｄ１〜Ｄ４）で検出される（検出手段）。検出した光成分を電気信号に変換し、それぞれの検出器で検出した減衰量から吸光指数（Ｋ１〜Ｋ４）を求める（算出手段）。
ここで述べる吸光指数とは、赤外線吸収のある測定波長の光（Ｍ光）と吸収の少ない波長である参照光（Ｒ１光、Ｒ２光）の比率（Ｍ光／（Ｒ１光＋Ｒ２光））を示す。
フィルムの厚さが厚くなると吸光指数は大きくなるが、吸光指数は、フィルム分子の繊維方向（配向）によっても異なる。
検出器の組み合わせをｎ個（実施例では４個）とした場合、吸光指数（Ｋ１〜Ｋｎ）の平均値をＫａｖｅ、最大値をＫｍａｘ、最小値をＫｍｉｎとする。
フィルムの厚さは、吸光指数（Ｋ１〜Ｋｎ）を平均した吸光指数；Ｋａｖｅより演算で求める。
配向の度合いを示す配向指数は、Ｋｍａｘ／Ｋｍｉｎとして演算で求める。

このように、厚さを測定したいフィルムの測定ポイントに対し、角度を変化させた方向から複数の組み合わせで得られた吸光指数で厚さを測定することで、フィルム配向の影響を除去し、薄いフィルムの厚さを正確に測定することができるのである。

又、フィルムに照射する赤外光線は、フィルム表面と平行な方向の成分の光に偏光してフィルム表面に対して斜め方向の角度から入射させてフィルムの厚さを測定するようにしたことで、測定するフィルムの光干渉を除去することができる。

更に、実施例においては赤外光線の照射光と検出器の組み合わせは４つであるが、この組み合わせをより多くすることで、配向指数の他に、配向角度を得ることができる。

測定する光は、赤外線吸収のある測定波長の光（Ｍ光）と吸収の少ない波長である参照光（Ｒ１光、Ｒ２光）を使うことで、従来の乱反射により得られた光分布よりも精度が良く分子配向の測定を行うことができる。従来方式におけるフィルムに対して反射させる光を測定する手法に対して、フィルムを透過させることで、フィルム内部の配向情報を得ることができる。

又、実施例においては測定系を４個用意してフィルムの測定ポイントに対してそれぞれの角度から赤外光線を照射して透過させる構成となっているが、これに限定されることなく図１に示す１組の測定系を用意し、測定するフィルムを回転台で回転させながら、吸光指数を測定するようにしてもよい。このようにすると、回転角度と吸光指数を図３に示すように記録することで、正確な配向角度と配向指数を求めることができるオフライン配向計が実現できる。

厚さを測定したいフィルムの測定ポイントに対し、角度を変化させた方向から複数の組み合わせで厚さを測定することで、フィルム配向の影響を除去し、薄いフィルムの厚さを正確に測定することができる赤外線厚さ・配向計を提供する。

本願発明の測定系の基本構成を示す説明図である。本願発明の機器の構成を示す説明図である。フィルムの配向特性を示す説明図である。

符号の説明

１１光源
１２フィルム
１３算出部
Ｂバンドパスフィルタ
Ｂ１バンドパスフィルタ
Ｂ２バンドパスフィルタ
Ｂ３バンドパスフィルタ
Ｂ４バンドパスフィルタ
Ｆ偏光フィルタ
Ｆ１偏光フィルタ
Ｆ２偏光フィルタ
Ｆ３偏光フィルタ
Ｆ４偏光フィルタ
Ｄ検出器
Ｄ１検出器
Ｄ２検出器
Ｄ３検出器
Ｍ１分光用ミラー
Ｍ２分光用ミラー
Ｍ３分光用ミラー
Ｍ４分光用ミラー
Ｍ５反射用ミラー。

Claims

単一の光源から発生する赤外光線を分光用ミラーで分光させて４つの異なる等間隔の角度からなる赤外光線をシート状のフィルムに透過させる透過手段と、
前記透過手段により透過した透過光を前記フィルムの相対する側に設けた反射用ミラーで反射させる反射手段と、
前記反射手段で反射した透過光を再び前記フィルムを透過させる再透過手段と、
前記再透過手段で透過した光を前記赤外光線に対応するそれぞれの検出手段で受光すると共に、それぞれの検出手段で受光した減衰量から吸光指数を算出する算出手段と、
を有し、
前記算出手段で算出されたそれぞれの吸光指数の平均値が前記フィルムの厚さであると共に、前記算出手段で算出されたそれぞれの吸光指数の最大値と最小値の比が配向の度合いを示す配向指数であることを特徴とする赤外線厚さ・配向計。
単一の光源から発生する赤外光線を分光用ミラーで分光させて４つの異なる等間隔の角度からなる赤外光線をシート状のフィルムに透過させると共に、該透過した透過光を前記フィルムの相対する側に設けられた反射用ミラーで反射し、
該反射した透過光を再び前記フィルムを透過させ、
該透過した光を前記赤外光線に対応するそれぞれの検出手段で受光した減衰量から吸光指数を算出し、
前記それぞれの検出手段で算出された吸光指数の平均値が前記フィルムの厚さであると共に、前記算出されたそれぞれの吸光指数の最大値と最小値の比が配向の度合いを示す配向指数であることを特徴とする赤外線厚さ・配向測定方法。