JPH0478137B2 - - Google Patents
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- JPH0478137B2 JPH0478137B2 JP60297490A JP29749085A JPH0478137B2 JP H0478137 B2 JPH0478137 B2 JP H0478137B2 JP 60297490 A JP60297490 A JP 60297490A JP 29749085 A JP29749085 A JP 29749085A JP H0478137 B2 JPH0478137 B2 JP H0478137B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
- G01N21/23—Bi-refringence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/86—Investigating moving sheets
- G01N2021/869—Plastics or polymeric material, e.g. polymers orientation in plastic, adhesive imprinted band
Landscapes
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
イ 産業上の利用分野
本発明は光学的に透明或は半透明なフイルムの
光学的異方性を測定する方法に関する。
光学的異方性を測定する方法に関する。
ロ 従来の技術
各種製造工場において、透光性の誘電体シート
が製造されるが、例えばプラスチツクシートはフ
イルム成型時の延伸によつて異方性が発現し、こ
の延伸度合によつてフイルムの引張強度が異ると
か、熱膨脹係数が方向によつて異ることにより、
加温時の熱変形に異方性が現れ、寸法安定性の面
から、フイルムを構成するプラスチツク分子の配
向性の管理が重要となつている。
が製造されるが、例えばプラスチツクシートはフ
イルム成型時の延伸によつて異方性が発現し、こ
の延伸度合によつてフイルムの引張強度が異ると
か、熱膨脹係数が方向によつて異ることにより、
加温時の熱変形に異方性が現れ、寸法安定性の面
から、フイルムを構成するプラスチツク分子の配
向性の管理が重要となつている。
従来プラスチツクフイルム等の分子配向性は、
Ｘ線回折パターン、赤外線二色性、力学的強度の
縦横比等の測定によつて調べられてきたがこれら
の方法による配向性の測定にはかなりの時間を要
する。そのため、例えばフイルム成型時に目標と
する配向性が達成されているか否かを短時間で検
知して、その結果を製造工程にフイードバツク
し、配向性を制御することは現状では困難であ
る。このようなことから、誘電体シートの配向性
を簡単かつ短時間で調査できる方法が望まれてい
る。
Ｘ線回折パターン、赤外線二色性、力学的強度の
縦横比等の測定によつて調べられてきたがこれら
の方法による配向性の測定にはかなりの時間を要
する。そのため、例えばフイルム成型時に目標と
する配向性が達成されているか否かを短時間で検
知して、その結果を製造工程にフイードバツク
し、配向性を制御することは現状では困難であ
る。このようなことから、誘電体シートの配向性
を簡単かつ短時間で調査できる方法が望まれてい
る。
ハ 発明が解決しようとする問題点
本発明は誘電体シートの配向性を簡単迅速に測
定できる光学的な手段を提供しようとするもので
ある。
定できる光学的な手段を提供しようとするもので
ある。
ニ 問題点解決のための手段
試料の誘電体シート或はフイルムに偏光を入射
させ、試料透過光を検光子を通して測光し、入射
光の偏光と検光子の角度関係を平行に固定して、
入射光及び検光子と試料とを相対的に回転させ、
この回転角と測光出力との関係によつて試料の光
学的異方性を測定するものである。
させ、試料透過光を検光子を通して測光し、入射
光の偏光と検光子の角度関係を平行に固定して、
入射光及び検光子と試料とを相対的に回転させ、
この回転角と測光出力との関係によつて試料の光
学的異方性を測定するものである。
ホ 作用
誘電体シートの異方性は光学的には複屈折性及
び偏光の方向による吸収係数の違いとして観測さ
れる。第１図において、xy平面を試料面と平行
とし、試料面内の二つの主屈折率の一つの方向を
ｘ、他の一つの方向をｙとする。このような試料
面に垂直に入射する直線偏光の偏光方向（電界方
向）がｙ方向となす角をθとし、入射光の振幅を
Ａとすると、試料透過光はｘ方向及びｙ方向の偏
光に分解させる。この透過光でｘ方向の偏光の振
幅をAx、ｙ方向の偏光の振幅をAyとすると、 Ax＝αAsinθ Ay＝βAcosθ ………(1) こゝでαは試料におけるｙ方向偏光の振幅透過
率、βは同じくｙ方向偏光の振幅透過率である。
上式で示される試料透過光を入射光と同じ方向の
検光子を通して観測する場合を考えると、検光子
透過光はｘ方向偏光Ax、ｙ方向偏光Ayの夫々の
検光子方向の成分を合成したものとなり、それら
各成分は Axp＝Axsinθ＝αAsin2θ Ayp＝Aycosθ＝βAcos2θ ………(2) 試料内におけるｘ方向、ｙ方向の偏光の速度即ち
屈折率は異つているので、AxpとAypとの間には
δなる位相差がある。このような位相差を有する
二つの波の合成振幅Apは Ap2＝A2xp＋A2yp＋2AxpAypcosδ ………(3) で与えられる。上式を(2)式によつて書換えると、 Ap2＝A2（α2sin4θ＋β2cos4θ ＋１／２αβsin22θcosδ） ………(4) 光の振幅の２乗は光の強さであるから、上式にお
いてθを変えながら即ち試料への入射光の偏光方
向と検光子の方向とを平行に保つて回転させたと
きの検光子透過光の強さを図示すると(4)式により
一般に第２図のような形になる。(4)式にθ＝０、
π／４、π／２の値を入れてApを求めると、 θ＝0A2p＝β2A2 ………(5) θ＝π／2A2p＝α2A2 ………(6) θ＝π／4A2p＝｛１／４（α2＋β2） ＋１／２αβcosδ｝A2 ………(7) 上式で左辺は測光値に対応するから、θ＝０、
π／４、π／２における測光値からα、β、cosδ
を求めることができる。α、βは夫々試料の光透
過率であり、調査の結果殆どのプラスチツクでα2
＝β2であり、特に一軸延伸ポリエステルでは
（β／α）2≒0.7である。cosδは試料の厚さにより
−１から＋１の範囲で変化する値である。
び偏光の方向による吸収係数の違いとして観測さ
れる。第１図において、xy平面を試料面と平行
とし、試料面内の二つの主屈折率の一つの方向を
ｘ、他の一つの方向をｙとする。このような試料
面に垂直に入射する直線偏光の偏光方向（電界方
向）がｙ方向となす角をθとし、入射光の振幅を
Ａとすると、試料透過光はｘ方向及びｙ方向の偏
光に分解させる。この透過光でｘ方向の偏光の振
幅をAx、ｙ方向の偏光の振幅をAyとすると、 Ax＝αAsinθ Ay＝βAcosθ ………(1) こゝでαは試料におけるｙ方向偏光の振幅透過
率、βは同じくｙ方向偏光の振幅透過率である。
上式で示される試料透過光を入射光と同じ方向の
検光子を通して観測する場合を考えると、検光子
透過光はｘ方向偏光Ax、ｙ方向偏光Ayの夫々の
検光子方向の成分を合成したものとなり、それら
各成分は Axp＝Axsinθ＝αAsin2θ Ayp＝Aycosθ＝βAcos2θ ………(2) 試料内におけるｘ方向、ｙ方向の偏光の速度即ち
屈折率は異つているので、AxpとAypとの間には
δなる位相差がある。このような位相差を有する
二つの波の合成振幅Apは Ap2＝A2xp＋A2yp＋2AxpAypcosδ ………(3) で与えられる。上式を(2)式によつて書換えると、 Ap2＝A2（α2sin4θ＋β2cos4θ ＋１／２αβsin22θcosδ） ………(4) 光の振幅の２乗は光の強さであるから、上式にお
いてθを変えながら即ち試料への入射光の偏光方
向と検光子の方向とを平行に保つて回転させたと
きの検光子透過光の強さを図示すると(4)式により
一般に第２図のような形になる。(4)式にθ＝０、
π／４、π／２の値を入れてApを求めると、 θ＝0A2p＝β2A2 ………(5) θ＝π／2A2p＝α2A2 ………(6) θ＝π／4A2p＝｛１／４（α2＋β2） ＋１／２αβcosδ｝A2 ………(7) 上式で左辺は測光値に対応するから、θ＝０、
π／４、π／２における測光値からα、β、cosδ
を求めることができる。α、βは夫々試料の光透
過率であり、調査の結果殆どのプラスチツクでα2
＝β2であり、特に一軸延伸ポリエステルでは
（β／α）2≒0.7である。cosδは試料の厚さにより
−１から＋１の範囲で変化する値である。
次に第１図で試料透過光を入射光と直交する検
光子を通して観測する場合を考える。この場合の
検光子透過光の振幅をAvとすると A2v＝A2sin22θ｛１／４（α2＋β2） −１／２αβcosδ｝ ………(8) 上式を第２図と同じ図式で表すと第３図に示すよ
うな四葉状の形になる。但しこの場合は(8)式から
明らかなように透過率とcosδを分離して算出する
ことはできないので、実際上の価値は少い。
光子を通して観測する場合を考える。この場合の
検光子透過光の振幅をAvとすると A2v＝A2sin22θ｛１／４（α2＋β2） −１／２αβcosδ｝ ………(8) 上式を第２図と同じ図式で表すと第３図に示すよ
うな四葉状の形になる。但しこの場合は(8)式から
明らかなように透過率とcosδを分離して算出する
ことはできないので、実際上の価値は少い。
試料の異方性に関してα、βは多くの場合等し
いので、測定上重要な因子はcosδである。試料の
ｘ方向偏光に対する屈折率をn1、ｙ方向偏光に
対する屈折率をn2とし、試料の厚さをｄ、波長
をλとすると、 δ＝2π／λｄ（n1−n2） ………(9) で与えられる。従つて試料の厚さｄを測定してお
けば、cosδの値から（n1−n2）を算出すること
ができ、この（n1−n2）が試料の配向度を表す
データとなる。
いので、測定上重要な因子はcosδである。試料の
ｘ方向偏光に対する屈折率をn1、ｙ方向偏光に
対する屈折率をn2とし、試料の厚さをｄ、波長
をλとすると、 δ＝2π／λｄ（n1−n2） ………(9) で与えられる。従つて試料の厚さｄを測定してお
けば、cosδの値から（n1−n2）を算出すること
ができ、この（n1−n2）が試料の配向度を表す
データとなる。
ヘ 実施例
第４図は本発明を偏光子と検出子を固定させた
ままで試料を回転させながら測定する形で実施す
る装置の一例を示す。１は門形枠でベース２に固
定されており、門形枠１には光源３及び偏光子４
が取付けられている。ベース２には検光子５が取
付けられている。検光子５の下に受光素子６が配
置される。偏光子４及び検光子５は夫々保持筒
７，８に保持され、保持筒７，８が門形枠１或は
ベース２に固定される構成である。９は保持筒８
の外測に嵌挿され、門形枠１の垂下筒部及び保持
筒８を軸にして回転可能な試料保持筒で、１０は
試料保持筒９と門形枠の垂下筒部および検光子の
保持筒８との間に介在させたベアリングである。
試料保持筒９には偏光子４と検光子５との間に相
当する高さの所に回転軸に垂直にスリツト１１が
設けてあり、試料Ｓにはこのスリツトから試料保
持筒内に挿入され、偏光子４と検光子５との間に
これらと平行に保持される。１２はパルスモータ
で、ベルト１３によつて試料保持筒９を回転させ
る。門形枠１には光電スイツチ１４に取付けてあ
り、試料保持筒９の側面の一個所に付した光反射
性のマークを検出して信号を出す。１５はデータ
処理及び装置の駆動制御を行うマイクロコンピユ
ータ（CPU）である。試料のフイルムを試料保
持筒のスリツト１１に挿入して同保持筒に固定
し、測定スタートの操作を行うと、CPUはモー
タ１２にパルスを送り、或る各範囲で試料保持筒
９を正負各方向に回転させ、光電スイツチ１４が
試料保持筒のマークを検出した所でモータ１２を
停止させ、その後モータ１２に正方向回転のパル
スを送り、そのパルスを計数して試料保持筒９の
方位角を検知し、例えば1゜毎に受光素子６の出力
をサンプリングし、メモリに格納する。このよう
にして試料保持筒が１回転すると、光電スイツチ
１４が再びマーク検出信号を出力するから、
CPUはこの信号を受取つた時点でモータ１２を
停止させる。偏光子４、検光子５は夫々の偏光方
向が平行であるように設定してあり、CPUは試
料保持筒を一回転させ終えたら、モメリに格納し
た試料保持筒の角位置と各位置における受光素子
６の出力のデータから前記(5)(6)(7)の各式によつて
α、β、cosδを算出する。更に前記(9)式によつて
cosδの値から（n1−n2）の値を算出する。この
計算に必要な試料の厚さｄ及び使用する光の波長
のデータは予めCPUに入力しておく。CPUは上
記演算結果のα、βの比及び（n1−n2）をプリ
ンタ１６によつて印字させると共に、第２図に示
すような測光出力と試料回転角の関係曲線を画か
せる。こゝでα／β及び（n1−n2）の値が試料
の異方性の程度を示す。以上の測定動作は１分弱
で完了させることができる。測定は偏光子４と検
光子５が互いに偏光方向が平行である場合につい
て行えば充分である。もつとも装置そのものは偏
光子保持筒７は方位角0゜から90゜まで任意の角に
設定できるようになつている。またプラスチツク
材料では光の分散が比較的少いので、光源には白
熱電球を用い、特に単色フイルタを用いる必要は
なく、受光素子６の分光感度特製が視感度に近似
させてある場合、0.5μｍを平均波長として（n1−
n2）の算出を行えばよい。
ままで試料を回転させながら測定する形で実施す
る装置の一例を示す。１は門形枠でベース２に固
定されており、門形枠１には光源３及び偏光子４
が取付けられている。ベース２には検光子５が取
付けられている。検光子５の下に受光素子６が配
置される。偏光子４及び検光子５は夫々保持筒
７，８に保持され、保持筒７，８が門形枠１或は
ベース２に固定される構成である。９は保持筒８
の外測に嵌挿され、門形枠１の垂下筒部及び保持
筒８を軸にして回転可能な試料保持筒で、１０は
試料保持筒９と門形枠の垂下筒部および検光子の
保持筒８との間に介在させたベアリングである。
試料保持筒９には偏光子４と検光子５との間に相
当する高さの所に回転軸に垂直にスリツト１１が
設けてあり、試料Ｓにはこのスリツトから試料保
持筒内に挿入され、偏光子４と検光子５との間に
これらと平行に保持される。１２はパルスモータ
で、ベルト１３によつて試料保持筒９を回転させ
る。門形枠１には光電スイツチ１４に取付けてあ
り、試料保持筒９の側面の一個所に付した光反射
性のマークを検出して信号を出す。１５はデータ
処理及び装置の駆動制御を行うマイクロコンピユ
ータ（CPU）である。試料のフイルムを試料保
持筒のスリツト１１に挿入して同保持筒に固定
し、測定スタートの操作を行うと、CPUはモー
タ１２にパルスを送り、或る各範囲で試料保持筒
９を正負各方向に回転させ、光電スイツチ１４が
試料保持筒のマークを検出した所でモータ１２を
停止させ、その後モータ１２に正方向回転のパル
スを送り、そのパルスを計数して試料保持筒９の
方位角を検知し、例えば1゜毎に受光素子６の出力
をサンプリングし、メモリに格納する。このよう
にして試料保持筒が１回転すると、光電スイツチ
１４が再びマーク検出信号を出力するから、
CPUはこの信号を受取つた時点でモータ１２を
停止させる。偏光子４、検光子５は夫々の偏光方
向が平行であるように設定してあり、CPUは試
料保持筒を一回転させ終えたら、モメリに格納し
た試料保持筒の角位置と各位置における受光素子
６の出力のデータから前記(5)(6)(7)の各式によつて
α、β、cosδを算出する。更に前記(9)式によつて
cosδの値から（n1−n2）の値を算出する。この
計算に必要な試料の厚さｄ及び使用する光の波長
のデータは予めCPUに入力しておく。CPUは上
記演算結果のα、βの比及び（n1−n2）をプリ
ンタ１６によつて印字させると共に、第２図に示
すような測光出力と試料回転角の関係曲線を画か
せる。こゝでα／β及び（n1−n2）の値が試料
の異方性の程度を示す。以上の測定動作は１分弱
で完了させることができる。測定は偏光子４と検
光子５が互いに偏光方向が平行である場合につい
て行えば充分である。もつとも装置そのものは偏
光子保持筒７は方位角0゜から90゜まで任意の角に
設定できるようになつている。またプラスチツク
材料では光の分散が比較的少いので、光源には白
熱電球を用い、特に単色フイルタを用いる必要は
なく、受光素子６の分光感度特製が視感度に近似
させてある場合、0.5μｍを平均波長として（n1−
n2）の算出を行えばよい。
第５図は、試料を回転させずに固定のままで、
偏光子及び検光子を同期回転させながら測定する
場合の一実施例を示す。試料Ｓを偏光子４、検光
子５との間隙に保持するために、例えば試料固定
部１７が設置される。偏光子と検光子の同期回転
は、第５図に示す如く、外周にベルト溝を有する
回転リング１８に偏光子と検光子を設置し、回転
用モータ１２で回転軸１９とベルト１３を介して
回転リングを同期回転させることにより達成され
る。
偏光子及び検光子を同期回転させながら測定する
場合の一実施例を示す。試料Ｓを偏光子４、検光
子５との間隙に保持するために、例えば試料固定
部１７が設置される。偏光子と検光子の同期回転
は、第５図に示す如く、外周にベルト溝を有する
回転リング１８に偏光子と検光子を設置し、回転
用モータ１２で回転軸１９とベルト１３を介して
回転リングを同期回転させることにより達成され
る。
なお、本発明の方法の適用可能な誘電体シート
としては、上述の如くプラスチツクシート類に限
定されるものでははく、他に上質紙、アート紙、
コート紙類の繊維シート類、生体膜シート、イオ
ンバランス複合膜シート、プラズマ光重合膜シー
ト、液晶、高分子液晶、高分子溶液、コロイド溶
液、ゲル状物質、短繊維充填流体などの液状物が
セル内に封入されたセルシートなどにも適用でき
る。上述実施例では偏光でない普通の光を出す光
源を用いているので偏光子４が必要であつたが、
光源にレーザを用いるときはレーザ光は偏光であ
るから偏光子は不要で検光子のみを用いればよ
い。
としては、上述の如くプラスチツクシート類に限
定されるものでははく、他に上質紙、アート紙、
コート紙類の繊維シート類、生体膜シート、イオ
ンバランス複合膜シート、プラズマ光重合膜シー
ト、液晶、高分子液晶、高分子溶液、コロイド溶
液、ゲル状物質、短繊維充填流体などの液状物が
セル内に封入されたセルシートなどにも適用でき
る。上述実施例では偏光でない普通の光を出す光
源を用いているので偏光子４が必要であつたが、
光源にレーザを用いるときはレーザ光は偏光であ
るから偏光子は不要で検光子のみを用いればよ
い。
また試料の厚さが一定していて配向度の相対値
だけ知れば充分な場合（フイルム延伸工程の管理
等）には（n1−n2）等を算出しなくとも、第２
図のパターンを画き出させVmaxとVminの比だ
けを求めれば充分である。
だけ知れば充分な場合（フイルム延伸工程の管理
等）には（n1−n2）等を算出しなくとも、第２
図のパターンを画き出させVmaxとVminの比だ
けを求めれば充分である。
ト 効果
本発明方法は上述したように試料における光の
吸収の異方性及び複屈折性を測定するもので、迅
速性があり、試料を装置にセツトするだけで測定
可能であるので測定操作が大変簡単である。
吸収の異方性及び複屈折性を測定するもので、迅
速性があり、試料を装置にセツトするだけで測定
可能であるので測定操作が大変簡単である。
第１図は本発明方法の原理を説明する図、第２
図は偏光紙、検光子を平行にしたときの試料透過
光の試料方向による変化を示すパターン、第３図
は同じく偏光子、検光子が直交の場合の試料方向
による試料透過光の変化を示すパターン、第４図
は試料を回転させるよう本発明方法を実施する場
合の装置の一例の一部断面側面図、第５図は、試
料を固定のままで本発明方法を実施する場合の装
置の一例を示す図である。
図は偏光紙、検光子を平行にしたときの試料透過
光の試料方向による変化を示すパターン、第３図
は同じく偏光子、検光子が直交の場合の試料方向
による試料透過光の変化を示すパターン、第４図
は試料を回転させるよう本発明方法を実施する場
合の装置の一例の一部断面側面図、第５図は、試
料を固定のままで本発明方法を実施する場合の装
置の一例を示す図である。
Claims (1)
- １ 試料面に垂直に偏光を入射させ、試料透過光
を検光子を通して受光素子に入射させ測光し、試
料に入射させる偏光の偏光方向と検光子の偏光方
向との関係を平行関係に固定して検光子と試料と
を相対的に回転させ、そのときの測光データと上
記回転角との関係から試料の光吸収の異方性及び
複屈折の二方向屈折率の差を算出することを特徴
とするシート状透光性試料の異方性測定方法。
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| JP60297490A JPS62157549A (ja) | 1985-12-30 | 1985-12-30 | シート状透光性試料の異方性測定方法 |
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| JP60297490A JPS62157549A (ja) | 1985-12-30 | 1985-12-30 | シート状透光性試料の異方性測定方法 |
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Family
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