JPH0467889B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電磁放射が透過しうるフイルムまた
はコーテイングの厚さ、含水量、またはその他の
パラメータを測定するための吸収計に関する。

［従来技術とその問題点］ 米国特許第4320967号には、公知の光吸収計装
置の例が記載されており、それらの光吸収計装置
は透過測定によつて、例えばフイルムまたはコー
テイングの厚さまたは組成の決定を行なう。その
際、付加的光学要素を用いて光干渉誤差を抑制す
ることにより、反射光と透過光が測定中に確実に
協働するようにする。

フイルムまたはコーテイングの測定を行なうた
めの光吸収計装置において通常用いられる技術
は、相異なるスペクトル組成を有する２つまたは
それ以上のビームを発生させる段階と、それらの
ビームをして被測定材料を透過せしめる段階と、
透過放射の一部を光学装置によつて集めそれを放
射に応答する検出器または検出器群に入射せしめ
る段階と、該検出器または検出器群からの出力信
号または信号群に復調またはその他の処理を施し
て被測定材料を透過したそれぞれの放射ビームの
強度を別々に表わす第１組の電気信号を発生せし
める段階と、第１組の電気信号の比に関連する第
２組の電気信号を形成することによつて被測定パ
ラメータまたはパラメータ群を算出する段階と、
を含む。ビームのスペクトル組成は、それらが被
測定材料を透過した時、被測定パラメータまたは
パラメータ群により相異なるビーム強度変化を生
じるように選択される。被測定パラメータまたは
パラメータ群により実質的変化を生じるビームは
吸収ビームと呼ばれ、小さい変化しか生じないビ
ームは参照ビームと呼ばれる。

この形式の装置が、薄いフイルムまたはコーテ
イングのパラメータ（例えば、そのフイルムまた
はコーテイングの厚さ、含水量、または組成）の
測定に使用される時、測定精度は光干渉効果によ
つて劣化せしめられる。そのわけは、光干渉効果
によつて、被測定パラメータの変化に直接関係の
ない透過ビーム強度の変化が起こるからである。

この光干渉効果の強さは、いくつかの放射ビー
ムのスペクトル組成の関数となる。公知のよう
に、放射ビームのスペクトル帯域幅が広くなる
と、光干渉効果の発生傾向が低下する。残念なが
ら、光干渉誤差を許容しうる程度の低レベルに減
少せしめるほどにスペクトル帯域幅を広げると、
いくつかの透過ビームの強度変化の相違が低レベ
ル化しすぎるために、測定誤差が測定精度を劣化
させることになる。

従来技術において、フイルムまたはコーテイン
グからの反射ビームにおける光干渉誤差は、同じ
フイルムまたはコーテイングからのスペクトル的
に同種の透過ビームにおける光干渉誤差と逆極性
であるために、反射ビームと透過ビームとを組合
せれば、光干渉誤差の大きさを著しく減少せしめ
うることが知られている。英国特許第1382081号
には、透過ビームと反射ビームとを組合せるか、
またはそれらに応答する検出器の出力を組合せる
かのいずれかにより、光干渉による測定強度信号
の誤差を相殺する技術が開示されている。米国特
許第4320967号には、透過ビームと反射ビームと
を拡散要素において光学的に組合せ、それらの和
を応答検出器へ供給する技術が開示されている。
米国特許第4320967号に開示されている光学装置
は比較的簡単に構成しうるが、この技術は大きい
制約を有する。すなわち、反射ビームが再びフイ
ルムまたはコーテイングを通して送られるので、
その全部が透過することはなく、２次的割合が２
度目の反射をする。たとえ、この２次的反射成分
がさらにもう一度透過せしめられたとしても、そ
の３次的割合は３度目の反射をすることになり、
以下同様なことが起こる。実際には、約３回より
多くの反射をした後の多重反射ビームをフイルム
またはコーテイングに送り返し続けるような、通
常の光学装置を設計することは不可能なので、光
干渉効果の補正が完全に行なわれることはありえ
ない。

［発明の要約］ 本発明は、放射を透過しうるフイルムまたはコ
ーテイングの厚さ、含水量、組成、またはその他
の性質を表わすパラメータまたはパラメータ群を
測定または制御するための装置を提供して、従来
技術における叙上の問題点に由来する、不所望な
制約を克服することを目的とする。本発明の装置
は、上記目的を達成するための技術手段として、
基本的には次の各項記載のものを含んで成ること
を特徴とするものである。

(イ) フイルムまたはコーテイングのサンプルを収
容しうるサンプル域を画定する装置。

(ロ) 相異なるスペクトル組成を有する複数の放射
ビームを発生する装置。

(ハ) 複数の該ビームを前記サンプルへ送ることに
より該ビームの透過部分が該サンプルを透過
し、該ビームの反射部分が該サンプルから反射
されるようにする導光光学装置。

(ニ) 該ビームの該反射部分を反射して該サンプル
を透過せしめる反射装置。

(ホ) 前記透過部分と、該サンプルを透過せしめら
れた該反射部分とを受けて、該透過部分と該反
射部分とのそれぞれを表わす信号を発生する放
射応答検出装置。

(ヘ) 該信号を処理して第１組の電気信号を発生す
る処理装置であつて、それぞれの該電気信号
が、前記サンプルから前記反射装置への反射後
該反射装置により該サンプルを通し前記検出装
置へ反射された実質的に全部の放射をもし該検
出装置が受けたならば理論的に得られるはずの
強度値に比例しており、前記第１組の諸信号が
該検出装置の受けた相異なるスペクトル組成を
有する諸ビームの別々の強度を表わしている、
前記処理装置、 (ト) 該第１組の信号の少なくとも２つのものの比
を表わす、少なくとも１つの第２信号を発生す
る装置。

上述の基本的着想に従う本発明の実施態様にお
いては、第１放射検出器が前記ビームの透過部分
を受け、それに応答して信号「ａ」を発生する。
また、第２放射検出器が前記サンプルを透過せし
められた前記ビームの反射部分を受け、それに応
答して信号「ｂ」を発生する。さらに、信号
「ａ」および「ｂ」を処理する装置が、合成信号
ａ／（１−ｂ／ａ）を発生する。この合成信号は
処理されて、検出装置が受けた相異なるスペクト
ル組成を有する諸ビームの別々の強度を表わす第
１組の信号を与える。この処理に際しては、本技
術分野において公知のように、復調装置が用いら
れる。本発明の装置においては、少なくとも２つ
の放射応答検出器を用いることが必要であるが、
これらの放射応答検出器を、被測定フイルムまた
はコーテイングの同じ側に近接して取付けること
ができる、という利点がある。

移動するサンプル（例えば、連続工程により製
造されたフイルムなど）に対して行なわれる測定
においては特に重要なことであるが、光学的な位
置不整合に起因する誤差の可能性を減少せしめる
ためには、反射装置を好ましくは凹面鏡とする。
この凹面鏡は、球面鏡または楕円面鏡のいずれで
もよく、放射源からの放射をサンプル域内のサン
プルへ送るための開口を有する。この鏡は、フイ
ルムによつて反射された光を、検出装置とサンプ
ル域内のサンプルとの間に配置された拡散装置上
に再結像せしめるのに用いられ、拡散装置とサン
プルとは共役平面内に置かれる。凹面鏡および／
または導光光学装置を、サンプル域内のサンプル
（例えば移動フイルム）に対して傾けることによ
り、放射ビームの反射部分を透過部分の一方の側
へ変位せしめ、双方ともサンプルを透過した反射
部分と透過部分とがそれぞれ別々の放射検出器に
入射するようにする。これらの検出器は好ましく
は同じものとし、同様のトラツキング感度が保証
されるように共通の吸熱板上に取付ける。

また、本発明の別の実施例態様においては、近
接して取付けられた第１および第２放射応答検出
装置と、前記放射源から相異なるスペクトル組成
を有する複数の放射ビームを得るための光フイル
タ装置と、該放射源からの該複数のビームを前記
サンプル域へ送るための第１導光光学装置と、前
記サンプルが存在する時該サンプルを透過した該
複数のビームのそれぞれの一部を前記サンプル域
から前記第１放射応答装置へ送るための第２導光
光学装置と、該サンプルが存在する時該サンプル
によつて反射された該複数のビームのそれぞれの
一部を該サンプル域から該サンプル域へ送り返す
ための（前記反射装置を含むか、または前記反射
装置によつて形成される）第３導光光学装置と、
該第３導光光学装置によつて送り返され該サンプ
ルが存在する時これを透過した該複数のビームの
それぞれの一部を該サンプル域から前記第２放射
応答検出装置へ送るための第４導光光学装置と、
を備えている。

あるいは、導光光学装置は同じものを用いる
が、光フイルタ装置を用いる代わりに放射発生ダ
イオードまたはレーザ装置を用いて相異なるスペ
クトル組成を有する複数の放射ビームを発生させ
ることもできる。

第２信号または信号群は、被測定パラメータま
たはパラメータ群の読取値を与える表示装置へ供
給されるか、または、例えば該パラメータまたは
パラメータ群を与えられた値に保持する動作を行
なう制御装置へ供給される。

上述においては４つの導光光学装置について述
べたが、本技術分野に精通した者ならば、第１お
よび第２導光光学装置の機能を単一の光学要素ま
たは光学要素の組によつて行ない、同様にして、
第３および第４導光光学装置の機能を単一の光学
要素または光学要素の組によつて行なうように、
導光光学装置を選択することが通常可能であるの
がわかるはずである。

第３および第４導光光学装置の機能を行なうた
めには、好ましくは凹面鏡が用いられる。

［実施例］ 以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施例に
ついて説明する。

以下においては、 「光」という用語は「電磁放射」の代わりに用い
られるので、「光」は可視的電磁スペクトル部分
への限定を意味するものではない。

第１図において、光ビーム２５は、フイルムま
たはコーテイングのサンプル２１に入射する。ビ
ーム２５の一部２６はサンプル２１を透過し、光
学装置２３によつて放射応答検出器２４へ送られ
る。また、ビーム２５の一部２７はサンプル２１
によつて反射面２２上へ反射され、この反射面２
２はそれをサンプル２１上へ反射し返す。

部分２７の一部２８はサンプル２１を透過した
後光学装置２３によつて放射応答検出器２７へ送
られ、部分２７の他の一部２９はサンプル２１に
よつて反射面２２へ反射された後、この反射面２
２によつてサンプル２１上へ反射し返される。以
下この過程は、光学装置が多重反射した光を集め
て検出器２４上へ送ることが物理的に不可能にな
るまで繰返される。

光ビーム２５がサンプル表面に対して傾斜角を
もたなければならないこと、また、このような装
置によつては、サンプルにより数回以上反射され
た光の部分を集めることが困難なことは、明らか
である。

サンプルによつて透過される光の割合を「ｔ」
で、また反射される割合を「ｒ」で表わせば、検
出器２４へ入射するビームの系列を集めることに
より光干渉の効果的抑制を行なうことができ、こ
の級数は ｔ＋tr＋tr²＋tr³＋tr⁴＋……等 となる。これはまた ｔ（１＋ｒ＋r²＋r³＋r⁴＋……） と書くことができ、さらにまた ｔ／（１−ｒ） とも書ける。

実際に、ｔおよびｒを直接測定するためには、
サンプルの両端に放射応答検出器を必要とする。
これは可能ではあるが、極めて便宜ではない。

もし、２つの検出器をサンプルの一方の側に近
接して配置すれば、一方の検出器で透過率「ｔ」
を測定することができ、他方の検出器では、サン
プルにより１回反射された後に透過された光が与
える積「tr」を測定することができる。もし、検
出器信号がそれぞれSpおよびSsならばＣを定数
として Ｔ＝CSp／（１−Ss／Sp） となる。

もし、第１検出器からの信号を「ａ」で表わ
し、第２検出器からの信号を「ｂ」で表わせば、
光干渉効果が抑制された信号は、 ａ／（１−ｂ／ａ） によつて与えられる。

この計算は、アナログまたはデイジタル電子装
置のいずれにいよつても容易に行なわれる。

第２図においては、光源１からの光は第１光学
装置２により、光フイルタ６および７を担持した
回転円板５を経てサンプル域３（この内部にフイ
ルムまたはコーテイングのサンプル４が存在す
る）内へ送られる。光フイルタ６および７により
選択され、サンプル４を透過した光は、第２光学
装置８によつて第１放射応答検出器９へ送られ
る。光フイルタ６および７により選択され、サン
プル４によつて反射された光は、第３光学装置１
０によりサンプル域３内へ送り返される。この送
り返された光の一部はサンプル４を透過し、第４
光学装置１１によつて第２放射応答検出器１２へ
送られる。

第１検出器９からの信号「ａ」と、第２検出器
１２からの信号「ｂ」とは、アナログまたはデイ
ジタル電子装置１６へ供給され、この装置１６は
ａ／（１−ｂ／ａ）の値を計算して、この値を表
わす、またはこの値に比例する、合成信号を発生
する。この合成信号は（公知の）装置１７へ供給
され、装置１７は、相異なるスペクトル組成を有
するビームのそれぞれの強度を別々に表わす第１
組の信号と、この第１組の信号のうちの少なくと
も２つの信号の比を表わす第２信号と、を発生す
る。これらの比は、被測定フイルムまたはコーテ
イングの、厚さ、含水量、組成、またはその他の
性質に関連する情報を与える。

光フイルタ６および７の選択のための判定基準
と、第２図に示されているフイルタを２つより多
く使用することとは、従来技術において公知であ
るので、ここではこれ以上説明しない。

第２図において、第１光学装置２はレンズとす
るのが便宜であるが、ビームの方向を定めるため
には簡単な開口を代わりに用いることもできる。
第３光学装置１０は、凹面鏡とするのが便宜であ
る。第２光学装置８および第４光学装置１１は、
レンズおよび／または拡散要素とするのが便宜で
ある。検出器の前に拡散要素を用いると、諸要素
間の位置不整合およびサンプル域３内におけるサ
ンプル４の移動に対する、本装置の公差が改善さ
れる。

第２図における諸光学装置は、第３光学装置１
０によりサンプル４上へ送り返された後、サンプ
ル４により第２回目の反射をされた光が、放射応
答検出器９および１２のいずれへも入射しないよ
うに配置される。

第３図において、放射発生ダイオード１３およ
び１４は、相異なるスペクトル組成を有するビー
ムの発生に用いられ、これらのビームは第１光学
装置２によつて、内部にフイルムまたはコーテイ
ングのサンプル４が存在するサンプル域３内へ送
られる。サンプル４を透過したビーム部分は、第
２光学装置８によつて第１放射応答検出器９へ送
られる。サンプル４によつて反射されたビーム部
分は、第３光学装置１０によつてサンプル域３へ
送り返される。送り返されたビームのサンプル４
を透過した部分は、第４光学装置１１によつて第
２放射応答検出器１２へ送られる。

放射発生ダイオード１３および１４は、公知の
電子技術により高速度のオン・オフ・スイツチン
グが可能であり、放射発生ダイオード１３および
１４の時間的に順次行なわれるスイツチングによ
つて、相異なるスペクトル組成を有するビームが
容易に高速度で相次いで発生せしめられうる。相
異なるスペクトル組成を有するビームの発生手段
以外の点では、第２図および第３図の装置は極め
て類似している。本発明の範囲は、上述の相異な
るスペクトル組成を有するビームの発生手段によ
つて限定されるものではなく、本技術分野におい
て公知の別の手段をも含んでいる。

そのような別の手段の例としては、フイラメン
トランプのような広帯域光源からビームの波長特
性を選択するため、プリズムまたは回折格子の使
用がある。別の手段のその他の例としては、複数
レーザの使用、および出力放射がある範囲の波長
に同調せしめられうる単一レーザの使用がある。

第２図および第３図において、放射応答検出器
９および１２の感度は等しい必要はないが、それ
らの相対感度は変化してはならない。これを達成
するためには、これらの検出器を、温度制御を受
ける共通の吸熱板上に取付ければよい。検出器９
および１２の間の相対感度の差は、これらの検出
器から生じる信号が受ける増幅度を調節すること
によつて補償される。第１検出器からの信号をａ
で表わし、第２検出器からの信号をｂで表わすと
き、両検出器からのこれらの信号を増幅して組合
せ、式 ａ／（１−ｂ／ａ） によつて表わされる信号を発生する電子的手段
と、この組合わされた信号の処理とには、従来の
公知技術が用いられるので、これらについてはこ
こでは詳述しない。

第４図において、光源または光源群１５から発
生した、相異なるスペクトル組成を有する光ビー
ムは、第１光学装置２によつて、内部にフイルム
またはコーテイングのサンプル４が存在するサン
プル域３内へ送られる。サンプル４を透過したそ
れぞれの光ビームの一部は、第１放射応答検出器
９へ入射する。また、サンプル４によつて反射さ
れたそれぞれの光ビームの一部は、凹面鏡１０に
よりサンプル域３内へ送り返される。送り返され
たビームのサンプル４を透過した部分は、第２放
射応答検出器１２へ入射する。

凹面鏡１０は、常態においてサンプル４によつ
て占有されている平面の像を、第２放射応答検出
器１２上に形成する。光学装置２により第１検出
器９へ向けて送られる光は、凹面鏡１０により第
２検出器１２へ向けて送られる光とほぼ平行にな
つている。

第４図に示されている装置においては、サンプ
ル域と放射応答検出器との間に導光光学装置を置
く必要はないが、もし検出器９および１２を拡散
要素の背後に置き、光がそれらを通過して検出器
に達するようにすれば、位置不整合に対する装置
の公差を改善することができる。

第５図において、光源または光源群１５から発
生した。相異なるスペクトル組成を有する光ビー
ムは、第１光源装置２によつて、内部にフイルム
またはコーテイングのサンプル４が存在するサン
プル域３内へ送られる。サンプル４を透過したそ
れぞれの光ビームの一部は、第１放射応答検出器
９へ入射する。サンプル４によつて反射されたそ
れぞれの光ビームの一部は、凹面鏡１０によりサ
ンプル域３内へ送り返される。送り返されたビー
ムの一部はサンプル４を透過して、第２放射応答
検出器１２へ入射する。

凹面鏡１０は、常態においてサンプル４によつ
て占有されている平面の像を、第２放射応答検出
器１２上に形成する。光学装置２により第１検出
器９へ向けて送られる光と、第２検出器１２へ向
けて送られる光とは、サンプルのほぼ同じ領域を
通過する。

光干渉効果を効果的に抑制するためには、サン
プル４の面法線が、検出器９および１２へ向かつ
て進む両ビーム間の角を２等分するように、サン
プル４の面を配置しなくてはならない。

第５図に示されている装置においては、サンプ
ル域と放射応答検出器との間に導光光学装置を置
く必要はないが、もし検出器９および１２を拡散
要素の背後に置き、光がそれらを通過して検出器
に達するようにすれば、位置不整合に対する装置
の公差を改善することができる。

第２図から第５図までを参照して以上に説明し
た実施例においては、回転円板上のフイルタを用
いることにより、あるいは光源の電子的スイツチ
ングにより、相異なるスペクトル組成を有するビ
ームが時間的に順次得られるような構造をもつた
装置が説明された。本技術分野に精通する者にと
つては明らかなように、本発明は、放射応答検出
器が相異なるスペクトル組成を有するビームを時
間的に順次受ける形式の光学的計測装置にのみ適
用されるものではなく、放射応答検出器が相異な
る搬送周波数によつて変調された相異なるスペク
トル組成を有するビームを同時に受ける形式の光
学的計測装置にも適用されうる。本発明はまた、
相異なるスペクトル組成を有するビームのそれぞ
れに対し別々の放射応答検出器が使用される形式
の光学的計測装置に対しても、容易に適用されう
る。

以上においては、本発明の実施例について説明
したが、本発明の範囲から逸脱することなく、こ
れらの実施例に対してさまざまな改変を施すこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光ビームがフイルムまたはコーテイ
ングを透過する時の光干渉効果による誤差を抑制
するための可能な１方法を示す概略図、第２図
は、広帯域放射源と光フイルタとを用いて相異な
るスペクトル組成を有する複数の放射ビームを発
生させる形式の、フイルムまたはコーテイングの
厚さ、含水量、またはその他のパラメータの測定
装置の概略図、第３図は、放射発生ダイオードを
用いて相異なるスペクトル組成を有する複数のビ
ームを発生させる形式の、フイルムまたはコーテ
イングの厚さ、含水量、またはその他のパラメー
タの測定装置の概略図、第４図は、１次および２
次検出器へ向けて送られる光ビームがほぼ平行
で、サンプルの相異なる領域を通過する形式の、
フイルムまたはコーテイングの厚さ、含水量、ま
たはその他のパラメータの測定装置の概略図、第
５図は、１次および２次検出器に向けて送られる
光ビームがサンプルの同一領域を通過する形式
の、フイルムまたはコーテイングの厚さ、含水
量、またはその他のパラメータの測定装置の概略
図である。 符号の説明、１，１５……光源、２……第１光
学装置、３……サンプル域、４……サンプル、５
……回転円板、６，７……光フイルタ、８……第
２光学装置、９……第１放射応答検出器、１０…
…第３光学装置、１１……第４光学装置、１２…
…第２放射応答検出器、１３，１４……放射発生
ダイオード、１６……デイジタル電子装置、１７
……信号処理装置、ａ……第１検出器の出力信
号、ｂ……第２検出器の出力信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 放射透過性のフイルムまたはコーテイングの
   厚さ、含水量、組成、またはその他の性質を表わ
   すパラメータまたはパラメータ群を測定または制
   御するための測定装置であつて、 (イ) フイルムまたはコーテイングのサンプルを収
   容しうるサンプル域を画定する装置、 (ロ) 相異なるスペクトル組成を有する複数の放射
   ビームを発生するビーム発生装置、 (ハ) 複数の該ビームを前記サンプルに導くことに
   より、該サンプルを透過する該ビームの透過部
   分と該サンプルから反射される該ビームの反射
   部分に分割する導光光学装置、 (ニ) 該サンプルを透過した該ビームの該反射部分
   を反射する反射装置、 (ホ) 前記ビームの透過部分を受容してそれに対応
   する信号「ａ」を発生する第１の放射検出器、 (ヘ) 前記サンプルに一度だけ反射した前記ビーム
   の反射部分を受容して、それに対応する信号
   「ｂ」を発生する第２の放射検出器、 (ト) 前記信号「ａ」と「ｂ」を処理して、前記第
   １と第２の放射検出器が受容した異なるスペク
   トル組成を有するビームの各々の強度を表す電
   気信号の第１の組を供給するために処理される
   合成信号ａ／（１−ａ／ｂ）またはこれに比例
   する信号を発生する処理装置、 (チ) 前記第１組の信号の少なくとも２つのものの
   比を表わす、少なくとも１つの第２信号を発生
   する装置 とを備えるフイルムまたはコーテイングの測定装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記反射装
   置が凹面鏡を備え、該凹面鏡および／または前記
   導光光学装置が、前記ビームの反射部分を前記透
   過部分の一方の側へ変位せしめることによりいず
   れもが前記サンプルを透過した該反射部分と該透
   過部分とを前記第１および第２検出器に入射せし
   め得る方向を有するように、前記サンプルを収容
   する平面に対し配置されている、フイルムまたは
   コーテイングの測定装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記検出器
   と前記サンプル収容域との間で、前記サンプル収
   容面に対し前記凹面鏡に関する共役面内に配置さ
   れた拡散装置をさらに備えた、フイルムまたはコ
   ーテイングの測定装置。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記凹面鏡
   が球面鏡または楕円面鏡のいずれかである、フイ
   ルムまたはコーテイングの測定装置。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記の相異
   なるスペクトル組成を有する複数の放射ビームを
   発生する装置が、電磁放射源と、該電磁放射源か
   ら相異なるスペクトル組成を有する複数の放射ビ
   ームを得るための光フイルタ装置と、を含んでい
   る、フイルムまたはコーテイングの測定装置。 ６ 特許請求の範囲第１項において、前記ビーム
   発生装置が、レーザ装置を備えるフイルムまたは
   コーテイングの測定装置。 ７ 特許請求の範囲第１項において、前記ビーム
   発生装置が、発光ダイオードを備えるフイルムま
   たはコーテイングの測定装置。