JPH0611442A - 赤外線光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 防爆を必要とする環境においても、またどの
ような測定対象の測定も容易に行える測定の柔軟性が高
い赤外線光学装置を提供する。 【構成】 赤外線光源１と、この赤外線光源１から出た
赤外線を測定対象２の特定の吸収波長に分光する分光手
段７と、この分光手段７から上記測定対象２を透過した
赤外線を検出する赤外線検出手段１９とを備え、上記測
定波長の赤外線の測定対象２による吸収量を検出して測
定対象２の厚みや濃度を検出する赤外線光学装置であ
る。上記赤外線光源１から出た赤外線を上記測定対象２
に導く投光用光ファイバ３１と、この投光用光ファイバ
３１で導かれた赤外線を測定対象２に投光する投光光学
系３２と、上記測定対象２を透過した赤外線を集光する
受光光学系４５と、この受光光学系４５により集光され
た赤外線を上記赤外線検出手段１９に導く受光用光ファ
イバ５１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線光学装置に関
し、より詳しくは、金属板のような材料の上に形成され
た樹脂コートや樹脂フィルムあるいは液体等に赤外線を
投射し、その赤外波長領域における特性吸収量を検出し
て樹脂コートや樹脂フィルムの厚みや成分濃度あるいは
液体中の成分濃度等を測定する赤外線光学装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、食品工業、薬品工業、化学工業
あるいは半導体工業等の種々の工業分野において、液体
に含まれる成分の濃度あるいは樹脂コートや樹脂フィル
ム等の厚みを非接触で簡便に測定する要求がある。

【０００３】従来より、この種の測定を行なう測定装置
としては、赤外線光源から出射する光（赤外線）を測定
対象に投射し、この測定対象を透過する光を検出し、赤
外波長領域における測定対象が有している特有の特性吸
収量を測定することにより、測定対象の含有量や濃度あ
るいは厚みを測定する赤外線光学装置が知られている
（たとえば特開昭４９−１０７８２号公報、特開昭６０
−２２４００２号公報、特開平０４−５８１３９号公報
参照）。従来のこの種の赤外線光学装置の一例を図１８
および図１９に示す。

【０００４】図１８に示す赤外線光学装置は樹脂フィル
ム２の厚みを測定する赤外線厚み計で、タングステンラ
ンプよりなる赤外線光源１を備え、この赤外線光源１か
らは樹脂フィルム２の測定光Ｒａおよび参照光Ｒｒを含
む広い帯域の赤外線を発生する。赤外線光源１から出た
赤外線は、凸レンズ３，スリット４を通り、回転円板５
上に投射される。この回転円板５は、遮光材料からな
り、電動モータ６により、たとえば３０Ｈｚ程度の回転
数で回転駆動される。

【０００５】この回転円板５には、測定光Ｒａのみを通
過させる第１バンドパスフィルタ７と参照光Ｒｒのみを
通過させる第２バンドパスフィルタ８とが、１８０度位
相を違えて組み付けられている。これら赤外線光源１、
電動モータ６および第１，第２バンドパスフィルタ７，
８は、上記赤外線に対するチョッパ手段を構成し、上記
２種の赤外線をＲａ、Ｒｒを交互に通過させる。なお、
上記回転円板５の周縁部には、これら２種の赤外線Ｒ
ａ、Ｒｒの通過のタイミングを検出するため、タイミン
グ検出センサ（図示せず。）が配置される。

【０００６】上記回転円板５の赤外線光源１と反対側に
は、凸レンズ１１およびその光軸９に対して４５度傾斜
して反射ミラー１２が配置される。この反射ミラー１２
は、赤外線光源１から入射する赤外線を凸レンズ３の上
記光軸９に対して９０度方向を変えて、ケーシング１３
に取り付けられた凸レンズ１４を通して、樹脂フィルム
２に投射する。

【０００７】上記凸レンズ１４を出た光を、樹脂フィル
ム２の屈折率によって決まる偏光角に等しいか、偏光角
近傍の傾斜角で上記樹脂フィルム２に入射させるため、
上記赤外線光学装置のケーシング１３は、図示しない支
持部材により、樹脂フィルム２に対して傾斜支持され
る。

【０００８】このように、上記ケーシング１３を傾斜支
持するのは次の理由による。すなわち、樹脂フィルム２
の厚みが厚い場合には、樹脂フィルム２内で光束の位相
がランダム化し、干渉が減少するとともに、測定光に対
する吸光度が充分に大きく、多重反射に基づく干渉の影
響を実質的に無視できる。これに対して、樹脂フィルム
２の厚みが薄くなると、干渉の影響が無視し得なくなっ
てＳ／Ｎ比が低下し、検出精度が低下する。

【０００９】ところで、光学上、Ｐ偏光をその物質の偏
光角で入射させると、反射が起こらない（逆にいえば、
これが偏光角の定義を与える。）という事実が知られて
いる。この事実を利用し、上記ケーシング１３を上記の
ように傾斜させて支持し、Ｐ偏光を樹脂フィルム２の偏
光角で入射させることにより、Ｓ／Ｎ比の低下を防止す
ることができる。この原理については、特開昭６０−２
２４００２号公報に詳細に説明されている。

【００１０】上記樹脂フィルム２を透過した赤外線は、
上記樹脂フィルム２に関して赤外線光学装置と反対側に
固定された反射鏡１５により反射されて、再び上記樹脂
フィルム２を透過した後、上記ケーシング１３内に配置
された集光ミラー１６に集光される。この集光ミラー１
６の光軸は、上記凸レンズ１４の光軸１７と一致するよ
うに、上記ケーシング１３内に配置される。

【００１１】上記集光ミラー１６のほぼ焦点位置には、
赤外線検出センサ１９が配置される。そして、この赤外
線検出センサ１９と上記集光ミラー１６との間には、偏
光子１８が配置される。この偏光子１８は、入射する赤
外線（Ｒａ，Ｒｒ）をＰ偏光させる、つまり、入射面に
平行な偏光成分のみを通過させる。

【００１２】上記赤外線検出センサ１９は、２種の赤外
線Ｒａ、Ｒｒの受光強度に比例した検出信号を処理回路
２１に出力する。

【００１３】上記赤外線検出センサ１９の出力は、処理
回路２１にて処理される。すなわち上記赤外線検出セン
サ１９の出力は、測定光Ｒａの受光強度に比例する信号
Ｖａ（以下では、単に測定光透過信号という。）と、参
照光Ｒｒの受光強度に比例する信号Ｖｒ（以下では、単
に参照光透過信号という。）とが、暗電流成分ｖａに重
畳された信号となっている。暗電流成分ｖａは、上記赤
外線光学装置内外の熱輻射等によって発生される雑音で
ある。

【００１４】上記処理回路２１は、図示しない上記タイ
ミング検出センサからの第１タイミング信号Ｔ₁によっ
て赤外線Ｒａ、Ｒｒのいずれもが投射されていないタイ
ミングで、赤外線検出センサ１９の出力信号を読み取
り、つまり暗電流成分ｖａを読み取り、読み取った暗電
流成分ｖａを赤外線検出センサ１９の出力から差引い
て、測定光透過信号Ｖａと参照光透過信号Ｖｒのみを抽
出分離する。

【００１５】上記処理回路２１は、測定光透過信号Ｖａ
と参照光透過信号Ｖｒとを、上記タイミング検出センサ
から出力される第２，第３タイミング信号Ｔ₂，Ｔ₃のタ
イミングでそれぞれ個別にサンプルホールドし、サンプ
ルホールドされた測定光透過信号Ｖａと参照光透過信号
Ｖｒとのｌｏｇ比、すなわちｌｏｇ（Ｖｒ／Ｖａ）を演
算し、このｌｏｇ比、ｌｏｇ（Ｖｒ／Ｖａ）の値から、
検量線により樹脂フィルム２の厚みを演算する。

【００１６】一方、図１９に示した赤外線光学装置は、
実質的な構成は図１８において説明したものと同じであ
るが、回転円板５を通過した後、凸レンズ１１を出た光
は、樹脂フィルム２の屈折率によって決まる偏光角に等
しいか、偏光角近傍の傾斜角で、直接、上記樹脂フィル
ム２に入射される。

【００１７】上記樹脂フィルム２を透過した赤外線は、
上記樹脂フィルム２に関して赤外線光学装置と反対側に
て上記樹脂フィルム２に平行に固定された反射鏡１５に
より反射され、入射光の光軸９とは異なる集光レンズ２
２の光軸２３に沿い、再び上記樹脂フィルム２を透過し
た後、集光レンズ２２によって集光される。

【００１８】上記集光レンズ２２の焦点位置には、赤外
線検出センサ１９が配置される。そして、この赤外線検
出センサ１９と上記集光レンズ２２との間には、偏光子
１８が配置される。上記赤外線検出センサ１９の出力
は、処理回路２１において、図１８において説明したの
と同様に処理される。

【００１９】なお、図１９において、図１８に対応する
部分には対応する符号を付して示し、重複した説明は省
略する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
赤外線光学装置のように、多重反射に基づく干渉の影響
によるＳ／Ｎ比の低下を防止するため、測定対象にＰ偏
光をブリュースタ角で入射させる場合、その入射角は測
定対象の屈折率によって決定されるが、おおよそ５５〜
６０度という大きい角度となる。このため赤外線光学装
置の赤外線の導出部位と測定対象との間隔が小さく、赤
外線光学装置の赤外線の導出部位（投光ヘッド）や測定
対象透過後の赤外線の受光部位（受光ヘッド）を測定対
象に充分に近付けることが困難であり、このことがしば
しば測定に制約を加えたり測定の妨げになっていた。

【００２１】また、引火性の溶剤を用いるコート剤の塗
工工程に上記赤外線光学装置を濃度計や膜厚計として用
いる場合、塗工工程中に設置される上記赤外線光学装置
全体を防爆構造とし、濃度計や膜厚計で発生する熱やス
イッチ部分等で発生する電気火花を引火性の溶剤の環境
外に排出するための付帯設備が必要となる。このような
場合には、防爆構造とする必要のないものよりも、濃度
計や膜厚計がおおがかりになって測定の柔軟性がさらに
小さくなるという問題があった。

【００２２】本願の請求項１にかかる発明の目的は、防
爆を必要とする環境においても、またどのような測定対
象の測定も容易に測定が行える測定の柔軟性が高い赤外
線光学装置を提供することである。

【００２３】本願の請求項２にかかる発明の目的は、測
定対象での干渉の影響を受けずに精度よく測定対象の濃
度や厚みを測定する赤外線光学装置を提供することであ
る。

【００２４】本願の請求項３にかかる発明の目的は、測
定対象に応じて投光光学系および集光光学系を交換する
ことができる赤外線光学装置を提供することである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】このため、本願の請求項
１にかかる発明は、赤外線を発生する赤外線光源と、こ
の赤外線光源から出た赤外線を測定対象が有している特
有の測定波長および参照波長に分光する分光手段と、こ
の分光手段から上記測定対象に投射されて上記測定対象
を透過した赤外線を検出する赤外線検出手段とを備え、
上記測定光および参照光の測定対象による吸収量を検出
して測定対象の厚みや濃度を検出する赤外線光学装置に
おいて、上記赤外線光源から出た赤外線を上記測定対象
に導く投光用光ファイバと、この投光用光ファイバで導
かれた赤外線を測定対象に投光する投光光学系と、上記
測定対象を透過した赤外線を受光する受光光学系と、こ
の受光光学系により受光された赤外線を上記赤外線検出
手段に導く受光用光ファイバとを備えたことを特徴とし
ている。なお、ここで用いられる分光手段の配置は赤外
線が測定対象に投射される前に限定されず、検出器に赤
外線が投射される前に配置されればよい。

【００２６】本願の請求項２にかかる発明は、本願の請
求項１にかかる発明において、上記投光光学系の光軸
が、上記測定対象の法線となす角度が上記測定対象の屈
折率で定まる偏光角近傍に設定されるとともに、上記投
光用光ファイバと受光用光ファイバとの間に偏光子が配
置されていることを特徴としている。

【００２７】本願の請求項３にかかる発明は、本願の請
求項１または２にかかる発明において、上記投光光学系
が投光用光ファイバに対して交換可能であり、上記集光
光学系が受光用光ファイバに対して交換可能であること
を特徴としている。

【００２８】

【作用】上記赤外線光源から出射した光は分光手段で分
光され、投光用光ファイバから投光光学系に導かれ、こ
の投光光学系から出射した光は、測定対象に入射する。
そして、測定対象を透過した光は、受光光学系で受光さ
れ、受光用光ファイバに導かれて赤外線検出手段により
検出される。

【００２９】

【発明の効果】本願の請求項１にかかる発明によれば、
投光用光ファイバおよび受光用光ファイバをいずれも自
由に屈曲させて、投光光学系および受光光学系を測定対
象の必要な位置に自由に配置することができるので、測
定対象により測定が制約されることがなく、測定の柔軟
性が高くなる一方、投光光学系および受光光学系は熱お
よび電気的に測定装置本体から絶縁され、発火や引火の
要因となるものを有していないので、引火性の溶剤を使
用する塗工工程等においても、赤外線光学装置の本体部
分を防爆の必要のない場所に設置することにより、防爆
仕様にする必要もなく、またその付帯設備も不要とな
る。

【００３０】また、本願の請求項２にかかる発明によれ
ば、投光光学系の光軸が、測定対象の法線となす角度が
測定対象の屈折率で定まる偏光角近傍に設定されるとと
もに、上記投光用光ファイバと受光用光ファイバとの間
に偏光子が配置されているので、測定対象の干渉の影響
なく精度よく測定をすることができる。

【００３１】さらに、本願の請求項３にかかる発明によ
れば、投光光学系が投光用光ファイバに対して交換可能
であり、集光光学系が受光用光ファイバに対して交換可
能であるので、測定対象が有している測定条件に応じて
最適な投光光学系および集光光学系を選択して使用する
ことができ、測定精度および信頼性の高い測定を行なう
ことができる。

【００３２】

【実施例】以下に、添付の図面を参照して本発明の実施
例を説明する。本発明にかかる赤外線光学装置の４つの
実施例を図１から図４にそれぞれ示す。

【００３３】実施例１ 図１に示す赤外線光学装置は、図１９において説明した
赤外線光学装置に本発明を適用したもので、測定対象
は、液体やプラスチックフィルム等の透明で層状のも
の、鋼板やアルミシート等の鏡面材質上あるいはプラス
チックフィルム等の透明シート上の接着剤、プラスチッ
クコート、水膜、油膜等の透明なコートである。なお、
図１において、図１９に対応する部分には対応する符号
を付して示し、重複した説明は省略する。

【００３４】回転円板５を通過した後、凸レンズ１１を
出た光（赤外線）は、投光用光ファイバ３１の一端３１
ａに入射する。この投光用光ファイバ３１の他端３１ｂ
には、投光光学系３２が取り付けられている。したがっ
て、上記投光用光ファイバ３１の一端３１ａに入射した
光は、上記投光用光ファイバ３１により投光光学系３２
に導かれる。

【００３５】上記回転円板５および凸レンズ１１は、図
５に示すように、赤外線光源１、凸レンズ３、マスク
４、上記回転円板５を回転駆動する駆動モータ６ととも
に、赤外線光学装置本体のケース３３内に収容される。

【００３６】図１に示す上記投光光学系３２は投光用光
ファイバ３１の他端３１ｂに対して交換可能であり、そ
の構成を図６に示す。図６の投光光学系３２（以下、投
光ヘッド３２と記す。）は、上記投光用光ファイバ３１
の他端３１ｂから出て広がった光を収束させて所望の集
光ビームを得る集光ビームタイプのものである。測定対
象には、集光ビームが投射されるので、上記投光ヘッド
３２は、測定領域が狭い場合に利用される。

【００３７】図６の投光ヘッド３２は、上記投光用光フ
ァイバ３１の他端３１ｂに取り付けられた光ファイバ口
金３５のねじ部に後端部が螺合するねじ穴３６ａを有す
るレンズホルダ外筒３６を備える。このレンズホルダ外
筒３６内には、偏光子１８、第１レンズ３７および第２
レンズ３８が固定される。

【００３８】上記偏光子１８、第１レンズ３７および第
２レンズ３８の各直径は、上記レンズホルダ外筒３６の
内径に等しい。上記偏光子１８は、レンズホルダ外筒３
６に嵌入された２つのレンズホルダ内筒４１，４２によ
り、投光用光ファイバ３１の他端から所望の位置（たと
えば５ｍｍ）に固定され、また、上記第１レンズ３７
（焦点距離ｆがたとえば３５ｍｍ）および第２レンズ３
８は、レンズホルダ内筒４２と上記レンズホルダ外筒３
６の先端側の内面に形成されたねじ溝３６ｂに螺合する
固定用リング４３との間に固定される。この固定は次の
ように行われる。

【００３９】すなわち、上記レンズホルダ外筒３６内
に、その先端の開口からレンズホルダ内筒４１を嵌入
し、次いで偏光子１８をこのレンズホルダ内筒４１に当
接するまで挿入する。次いで、上記いまひとつのレンズ
ホルダ内筒４２を上記レンズホルダ外筒３６に嵌入し、
第１レンズ３７および第２レンズ３８を上記レンズホル
ダ外筒３６に嵌入する。この状態で、上記固定用リング
４３を上記レンズホルダ外筒３６の先端開口内にねじ込
む。これにより、偏光子１８、第１レンズ３７および第
２レンズ３８が、上記のように、レンズホルダ外筒３６
内に固定される。

【００４０】上記投光用光ファイバ３１の他端３１ｂか
ら出て広がった光は、第１レンズ３７で平行ビームに変
換されたのち、第２レンズ３８で収束されて所望の集光
ビームを得る。

【００４１】上記投光ヘッド３２は、図１に示すように
傾斜して保持され、それから出射する光が、樹脂フィル
ム２の屈折率によって決まる偏光角に等しいか、偏光角
近傍の傾斜角で上記樹脂フィルム２に入射される。

【００４２】上記樹脂フィルム２を透過した赤外線は、
上記樹脂フィルム２に関して赤外線光学装置と反対側に
て上記樹脂フィルム２に平行に固定された反射鏡１５に
より反射され、入射光の光軸４４とは異なる集光光学系
４５（以下、受光ヘッド４５と記す。）の光軸４６に沿
い、再び上記樹脂フィルム２を透過した後、受光用ヘッ
ド４５に入射し、この受光用ヘッド４５の第１集光レン
ズ４７，第２集光レンズ４８により集光される。

【００４３】上記集光ヘッド４５は、投光ヘッド３２と
同様に、受光用光ファイバ５１の一端５１ａにレンズホ
ルダ外筒５２を備える。このレンズホルダ外筒５２内に
は、投光ヘッド３２と同様の手法で、第１集光レンズ４
７，第２集光レンズ４８が固定される。

【００４４】受光用光ファイバ５１の他端５１ｂには、
その端面に対向して、集光レンズが配置される。この集
光レンズ２２の焦点位置には、赤外線検出センサ１９が
配置される。受光用光ファイバ５１の他端５１ｂを出た
光は、集光レンズ２２の光軸２３に沿い、集光レンズ２
２で集光されて、赤外線センサ１９に入射する。そし
て、この赤外線検出センサ１９の出力は、処理回路２１
において、図１８において説明したのと同様に処理され
る。

【００４５】上記集光レンズ２２、赤外線検出センサ１
９等は、図５に示すように、赤外線光源１、回転円板５
およびその駆動モータ６等とともに、赤外線光学装置本
体を構成するケース３３内に収容される。

【００４６】このような構成であれば、投光ヘッド３２
および受光ヘッド４５は、投光用光ファイバ３１および
受光用光ファイバ５１により、熱や電気火花を発生する
赤外線光源１やスイッチ等を備えた赤外線光学装置本体
から分離される。したがって、赤外線光学装置本体を防
爆の必要のない場所に設置し、投光ヘッド３２および受
光ヘッド４５のみを測定箇所に取り付ければ、赤外線光
学装置を防爆仕様にする必要もなく、防爆仕様に伴う付
帯設備も不要になる。

【００４７】また、上記投光ヘッド３２は、単に、第１
レンズ３７、第２レンズ３８および偏光子１８を含むに
すぎず、また、受光ヘッド４５は、単に、第１レンズ４
７，第２レンズ４８を含むにすぎない。したがって、投
光ヘッド３２および受光ヘッド４５の形状を非常に小さ
くすることができ、狭い測定箇所にも固定することがで
き、その測定位置への取り付けもしくは固定の自由度が
非常に高くなる。

【００４８】このため、投光ヘッド３２の光軸４４と測
定対象の法線がなす角を、測定対象の屈折率で決まる偏
光角に一致するように、投光ヘッド３２および受光ヘッ
ド４５を設置することも容易である。投光ヘッド３２お
よび受光ヘッド４５をこのように設置することにより、
干渉を生じていない測定対象からのＰ偏光光のみを受光
ヘッド４５に入射し、精度の高い測定を行なうことがで
きる。

【００４９】上記実施例の投光ヘッド３２と受光ヘッド
４５の具体的な配置例を図１１，図１２および図１３に
示す。

【００５０】図１１に示すものでは、投光ヘッド３２と
受光ヘッド４５とは、その光軸を一致させて間隔をおい
て対向して支持部材６１により支持している。測定対象
の樹脂フィルム２は、投光ヘッド３２の光軸と樹脂フィ
ルム２の法線がなす角が、樹脂フィルム２の屈折率で決
まる偏光角に一致するように、上記間隔を通過する。

【００５１】図１１による測定例 図１１のように、投光ヘッド３２と受光ヘッド４５を配
置し、図１の赤外線光学装置を用いて、偏光子１８を挿
入しないで樹脂フィルム２の厚みを測定したときの厚み
測定結果を図１６に示す。同様に、図１１のように、投
光ヘッド３２と受光ヘッド４５を配置し、図１の赤外線
光学装置を用い、偏光子１８を挿入して樹脂フィルム２
の厚みを測定したときの厚み測定結果を、図１７に示
す。

【００５２】図１６と、図１７を比較すれば明らかなよ
うに、偏光子１８を挿入して樹脂フィルム２の厚みを測
定した場合には、偏光子１８を挿入しないで樹脂フィル
ム２の厚みを測定した場合に比較して、樹脂フィルム２
の厚みが薄いときの測定値のばらつきが非常に小さくな
っていることがわかる。

【００５３】なお、一般に光ファイバ中を伝搬する光は
入射光の偏波面を保持することができないので、測定光
の干渉を除去することを目的として挿入される上記偏光
子は、投光用ファイバの光出射端から受光用ファイバの
光受光端までの間に配置される必要があり、実際には投
光用ファイバ出射端または受光用ファイバ入射端のいず
れかに設置される。また、その両方に偏光子を設置する
ことで偏光度を上げることができる。

【００５４】図１２に示すものでは、図１の実施例の赤
外線光学装置を用いて、樹脂フィルム中の水分を測定し
たり、鋼板の表面の油膜やコートの厚み等を測定するた
めに、ロール６２で巻き取られる測定対象６３の一方側
で投光ヘッド３２および受光ヘッド４５を、投光ヘッド
３２の光軸と測定対象６３の法線がなす角が、測定対象
６３の屈折率で決まる偏光角に一致するように支持部材
６４で支持している。

【００５５】図１３では、樹脂フィルム２に関して同じ
側に、投光ヘッド３２と受光ヘッド４５を平行に支持す
る一方、上記樹脂フィルム２に関して投光ヘッド３２と
受光ヘッド４５と反対側に、図１の反射鏡１５に代え
て、投光ヘッド３２および受光ヘッド４５の各光軸と４
５度の角度をなすように、反射ミラー１５ａ，１５ｂを
支持部材６５で支持している。

【００５６】実施例２ 図２に示す赤外線光学装置は、図１において説明した赤
外線光学装置において、投光ヘッド３２を、図７に示す
ものに交換したものである。

【００５７】図７の投光ヘッド６６は、図６の投光ヘッ
ド３２の第２レンズ３８を除去したものである。この第
２レンズ３８の除去は、固定用リング４３をレンズホル
ダ外筒３６の先端開口から外し、第２レンズ３８を取り
出し、再び、上記固定用リング４３を上記レンズホルダ
外筒３６の先端開口内にねじ込むことにより行なうこと
ができる。受光ヘッド６７もレンズホルダ外筒５２から
第１レンズ４７が取り外されている（図２参照）。

【００５８】上記第１レンズ３７は、上記投光用光ファ
イバ３１の他端３１ｂから出て広がった光を平行光とし
て樹脂フィルム２に投射する。上記投光ヘッド６６は、
平行光を樹脂フィルム２に投射するので、測定対象の広
い領域の測定を行なう場合に使用される。

【００５９】図２の赤外線光学装置も、図１の赤外線測
定測定と同様の作用および効果を奏することができる。
なお、図２および図７において、図１および図６にそれ
ぞれ対応する部分には対応する符号を付して示し、重複
した説明は省略する。

【００６０】図２の赤外線光学装置の投光ヘッド６６お
よび受光ヘッド６７も、測定対象の測定の特質や測定目
的等に応じて、図１１および図１２と同様に配置して支
持することができる。図１４に、図１１で説明した支持
部材６１により、投光ヘッド６６および受光ヘッド６７
を支持した状態を示す。

【００６１】実施例３ 図３に示す赤外線光学装置は、図１８において説明した
赤外線光学装置に本発明を適用したものである。図３に
おいても、図１８に対応する部分には対応する符号を付
して示し、重複した説明は省略する。

【００６２】この赤外線光学装置では、投光用光ファイ
バ３１および受光用光ファイバ５１として、２本の光フ
ァイバの束をその各一方側の端部で一体化した、２分岐
光ファイバ７１が使用される。この２分岐光ファイバ７
１としては、２本の光ファイバの束の各一方側の上記端
部が２本の光ファイバの各々についてランダムに配置さ
れたランダム２分岐ファイバと、一方の光ファイバの束
を構成する光ファイバの端部と他方の光ファイバの束を
構成する光ファイバの端部とが同心状に配置された同心
２分岐ファイバ等があるが、いずれのものも使用するこ
とができる。

【００６３】回転円板５から出た光は、凸レンズ１１で
集光されて２分岐光ファイバ７１の一方側の投光用光フ
ァイバ３１の一端３１ａに入射し、この投光用光ファイ
バ３１により、投光および受光の２つの機能を備えた投
受光ヘッド７２に導かれる。この投受光ヘッド７２の構
成を図８に示す。

【００６４】図８の上記投受光ヘッド７２は、ランダム
２分岐光ファイバを用いたものである。上記投受光ヘッ
ド７２は、投光用光ファイバ３１と受光用光ファイバ５
１の一体化部分に取り付けられた光ファイバ口金７３の
ねじ部７３ａに後端部が螺合するねじ穴７４ａを有する
偏光子ホルダ外筒７４を備える。この偏光子ホルダ外筒
７４内には、レンズホルダ内筒７５と固定用リング７６
との間に、偏光子１８が固定される。

【００６５】上記投受光用ヘッド７８は、図１５に示す
ように、支持部材７９により保持され、それから出射す
る光が、樹脂フィルム２の屈折率によって決まる偏光角
に等しいか、偏光角近傍の傾斜角で上記樹脂フィルム２
に入射される。

【００６６】上記樹脂フィルム２を透過した赤外線は、
上記樹脂フィルム２に関して投受光ヘッド７２と反対側
に配置されたミラーホルダ外筒７８に固定された集光レ
ンズ７７に入射する。そして、この集光レンズ７７は、
ミラーホルダ外筒７８に嵌合された内筒８１とミラーホ
ルダ外筒７８の開口部にねじ込まれた固定リング８２と
により、ミラーホルダ外筒７８の開口部に固定される。

【００６７】上記集光レンズ７７で集光された光は、ミ
ラーホルダ外筒７８内に上記集光レンズ７７と対向して
固定された反射ミラー８３に入射して反射される。この
反射ミラー８３で反射した光は、上記集光レンズ７７を
出て、再び、上記樹脂フィルム２を透過した後、上記投
受光ヘッド７２に入射する。

【００６８】上記投受光ヘッド７２に入射した光は、偏
光子１８を透過し、２分岐光ファイバ７１に導かれ、受
光用光ファイバ５１の他端５１ｂの端面から出射され
る。この受光用光ファイバ５１に対向して配置された集
光レンズ２２の焦点位置には、赤外線検出センサ１９が
配置される。そして、この赤外線検出センサ１９の出力
は、処理回路２１において、図１８において説明したの
と同様に処理される。

【００６９】図３の実施例においても、図１および図２
において説明した実施例と同様の作用および効果を奏す
ることができるが、本実施例では、投光用ヘッドと受光
用ヘッドとが一体化されるので、測定ヘッド部分がコン
パクトになり、より一層測定の自由度が高くなる。

【００７０】なお、本実施例のように、投光用光ファイ
バ３１および受光用光ファイバ５１として、２分岐光フ
ァイバ７１を使用した場合、具体的には図示しないが、
投受光用ヘッド７２に集光レンズを使用すると、２分岐
光ファイバ７１には、上記集光レンズを透過した測定対
象に到達した後に戻ってきた光と、上記集光レンズ表面
で正反射されて測定対象に投光されずに戻ってきた光と
が入射して重畳し、特に、測定対象に到達して戻ってき
た光中に含まれる情報量が少ない場合には、大きな測定
誤差が生じる。

【００７１】そこで、本実施例では、上記偏光子１８
は、投光用光ファイバ３１と受光用光ファイバ５１の上
記一体化部分にて、これら投光用光ファイバ３１と受光
用光ファイバ５１と接して配置する。また、樹脂フィル
ム２（測定対象）に関して、集光レンズ７７を上記投受
光ヘッド７２と反対側に配置されるミラー８３のミラー
ホルダ外筒７８に取り付けている。

【００７２】このようにすれば、投光用光ファイバ３１
を構成する各光ファイバから出た光が、偏光子１８の表
面で反射して、他の光ファイバに入射することがない。
また、上記集光レンズ７７の表面から反射した光は、樹
脂フィルム２に関して、集光レンズ７７が上記投受光ヘ
ッド７２と反対側に配置されているので、必ず樹脂フィ
ルム２を透過した後、２分岐光ファイバ７１に戻って
も、樹脂フィルム２を透過しているので情報を含んでお
り、外乱とはならない。

【００７３】実施例４ 図４に示す赤外線光学装置は、実施例３で説明した図３
の赤外線光学装置において、ランダム２分岐光ファイバ
７１に代えて、同心２分岐光ファイバ７１ａを使用した
ものである。図４においても、図３に対応する部分には
対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。

【００７４】図３の赤外線光学装置と同様に、回転円板
５から出た赤外線は、凸レンズ１１で集光されて同芯２
分岐光ファイバ７１ａの一方側の投光用光ファイバ３１
の一端３１ａに入射し、この投光用光ファイバ３１によ
り、投光および受光の２つの機能を備えた投受光ヘッド
９１に導かれる。この投受光ヘッド９１の構成を図９お
よび図１０に示す。

【００７５】上記投受光ヘッド９１は、投光用光ファイ
バ３１と受光用光ファイバ５１の一体化部分に取り付け
られた光ファイバ口金９２を有する。この光ファイバ口
金９２には、その先端部の外周に形成されたねじ部９２
ａに、レンズホルダ外筒９３が螺合して固定される。

【００７６】このレンズホルダ外筒９３の内部には、上
記光ファイバ口金９２側に、投光用光ファイバ３１の光
ファイバ束９４と受光用光ファイバ５１の光ファイバ束
９５とを仕切る第１のレンズホルダ内筒９６が嵌合す
る。この第１のレンズホルダ内筒９６には、その中央部
に偏光子１８を嵌合させるとともに、この偏光子１８の
外側にリングレンズ９７を配している。上記第１のレン
ズホルダ内筒９６、リングレンズ９７および偏光子１８
は、上記レンズホルダ外筒９３の先端開口の内周部に螺
合する固定リング９８および第２のレンズホルダ内筒９
９により、上記レンズホルダ外筒９３内の一定位置に固
定される。上記第１のレンズホルダ内筒９６は、投光用
光ファイバ３１の先端とリングレンズ９７との間隔を規
定するスペーサとしての機能をも有している。

【００７７】このような構造を有する投受光ヘッド９１
では、上記の説明からも分かるように、投光部と受光部
とが構造的に分離されているので、投光用光ファイバ３
１の先端に位置するリングレンズ９７の反射光が受光用
光ファイバ５１に入射することはない。なお、リングレ
ンズ９７の代わりに、図１０に点線で示すように、球レ
ンズを配置してもほぼ同様の効果を得ることができる。

【００７８】上記投受光用ヘッド９１は、図９に示すよ
うに、支持部材１０１により図４の樹脂フィルム２に対
して傾斜して保持され、それから出射する光が、樹脂フ
ィルム２の屈折率によって決まる偏光角に等しいか、偏
光角近傍の傾斜角で上記樹脂フィルム２に入射される。

【００７９】上記フィルム２を透過した赤外線は、上記
樹脂フィルム２に関して投受光ヘッド９１と反対側にて
支持部材１０１により支持された凹面鏡１０２に入射し
て集光され、再び、上記樹脂フィルム２を透過したの
ち、投受光ヘッド９１の偏光子１８を透過して、受光用
光ファイバ５１に入射する。受光用光ファイバ５１に入
射した光は、この受光用光ファイバ５１に導かれ、以
下、図３において説明したのと同様の処理が行われる。

【００８０】図４の実施例においても、図３において説
明した実施例と同様の作用および効果を奏することがで
きる。

【００８１】本発明では、測定対象が有している光学的
条件にかかわる測定上の制約、投光ヘッド３２および受
光ヘッド４５等の取付けのための空間的な条件にかかわ
る測定上の制約に応じて、次の表１に従って、図６から
図１０に示した測定光学系を自在に選択し、図１１から
図１５に示したように組み合わせることにより、精度の
高い測定を行なうことができる。

【００８２】

【表１】

【００８３】本発明は、上記実施例に限定されることな
く、特許請求の範囲に記載された内容の範囲内で種々の
変形が可能であり、それらは本発明に包含される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる赤外線光学装置の実施例１の
構成を示す説明図である。

【図２】 本発明にかかる赤外線光学装置の実施例２の
構成を示す説明図である。

【図３】 本発明にかかる赤外線光学装置の実施例３の
構成を示す説明図である。

【図４】 本発明にかかる赤外線光学装置の実施例４の
構成を示す説明図である。

【図５】 図１から図４の赤外線光学装置の赤外線光学
装置本体の説明図である。

【図６】 集光型の投光用ヘッドの構成の一例の説明図
である。

【図７】 平行光型の投光用ヘッドの構成の一例の説明
図である。

【図８】 ランダム２分岐光ファイバを用いた投受光ヘ
ッドと反射ミラーとの関係を示す説明図である。

【図９】 同心２分岐光ファイバを用いた投受光ヘッド
と凹面鏡との関係を示す説明図である。

【図１０】 同心２分岐光ファイバの一例の断面図であ
る。

【図１１】 測定対象に対する投光用ヘッドと受光用ヘ
ッドの支持部材による支持の説明図である。

【図１２】 測定対象に対する投光用ヘッドと受光用ヘ
ッドの支持部材による支持の説明図である。

【図１３】 測定対象に対する投光用ヘッドと受光用ヘ
ッドおよび反射ミラーの支持部材による支持の説明図で
ある。

【図１４】 測定対象に対する投光用ヘッドと受光用ヘ
ッドの支持部材による支持の説明図である。

【図１５】 ランダム２分岐光ファイバを用いた投受光
ヘッドと反射ミラーの支持部材による支持の説明図であ
る。

【図１６】 偏光子を挿入せずに樹脂フィルムの膜厚を
測定したときの測定データを示す説明図である。

【図１７】 偏光子を挿入して樹脂フィルムの膜厚を測
定したときの測定データを示す説明図である。

【図１８】 従来の赤外線光学装置の説明図である。

【図１９】 従来のいま一つの赤外線光学装置の断面図
である。

【符号の説明】

１ 赤外線光源 ２ 樹脂フィルム ５ 回転円板 ７ 第１バンドパスフィルタ ８ 第２バンドパスフィルタ １２ 反射ミラー １３ ケーシング １８ 偏光子 １９ 赤外線検出センサ ２１ 処理回路 ３１ 投光用光ファイバ ３２ 投光光学系（投光ヘッド） ３３ ケース ３５ 光ファイバ口金 ３６ レンズホルダ外筒 ３７ 第１レンズ ３８ 第２レンズ ４１ レンズホルダ内筒 ４２ レンズホルダ内筒 ４３ 固定用リング ４５ 受光光学系（受光ヘッド） ４７ 第１集光レンズ ４８ 第２集光レンズ ５１ 受光用光ファイバ ５２ レンズホルダ外筒 ６３ 測定対象 ６６ 投光ヘッド ６７ 受光ヘッド ７１ ランダム２分岐光ファイバ ７１ａ 同芯２分岐光ファイバ ７２ 投受光ヘッド ７３ 光ファイバ口金 ７７ 集光レンズ ８３ 反射ミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線を発生する赤外線光源と、この赤
   外線光源から出た赤外線を測定対象が有している特有の
   測定波長および参照波長に分光する分光手段と、この分
   光手段から上記測定対象に投射されて上記測定対象を透
   過した赤外線を検出する赤外線検出手段とを備え、上記
   測定光および参照光の測定対象による吸収量を検出して
   測定対象の厚みや濃度を検出する赤外線光学装置におい
   て、 上記赤外線光源から出た赤外線を上記測定対象に導く投
   光用光ファイバと、この投光用光ファイバで導かれた赤
   外線を測定対象に投光する投光光学系と、上記測定対象
   を透過した赤外線を受光する受光光学系と、この受光光
   学系により受光された赤外線を上記赤外線検出手段に導
   く受光用光ファイバとを備えたことを特徴とする赤外線
   光学装置。
2. 【請求項２】 上記投光光学系の光軸が、上記測定対象
   の法線となす角度が上記測定対象の屈折率で定まる偏光
   角近傍に設定されるとともに、上記投光用光ファイバと
   受光用光ファイバとの間に偏光子が配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の赤外線光学装置。
3. 【請求項３】 上記投光光学系が投光用光ファイバに対
   して交換可能であり、上記集光光学系が受光用光ファイ
   バに対して交換可能であることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の赤外線光学装置。