JPH0618229A

JPH0618229A - 赤外線による膜厚むら測定器

Info

Publication number: JPH0618229A
Application number: JP17550592A
Authority: JP
Inventors: Naohiko Moriyama; 直彦森山; Kanji Kurome; 寛治黒目
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1992-07-02
Filing date: 1992-07-02
Publication date: 1994-01-25

Abstract

(57)【要約】【目的】高分子フィルム等の膜体の厚さを走行中に正
確に測定する測定器を開発すること。【構成】物体の赤外線透過特性を利用して、膜体の厚
さ斑を高精度で測定する装置であって、チョッパ機構を
除いて高速応答性を高めると共に低ノイズ化し、多段増
幅により測定精度を高めた測定器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の赤外線透過特性
を利用して高分子フイルム（以下単に膜体という）の厚
さ斑を測定する赤外線による膜厚むら測定器に関する。
更に詳しくは、本発明は高分子フイルム製造工程や加工
工程のような膜体が高速で移動したときにも、温湿度等
の環境変化、即ち長周期的変動要素の影響を受けずに、
膜厚むらを高い精度で測定することのできる赤外線によ
る膜体の厚さ斑測定器に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】膜体の厚さ測定技術として、従来から赤
外線を利用した光の透過吸収方式や赤外二色性を利用す
る技術がある。ベールの法則を応用した前者の膜体測定
法は、一般的であって、膜体へ入射した光の強度が膜厚
に応じた吸収により減衰し透過する性質を利用するもの
である。その測定は入射光の強さと透過光の強さの比が
膜厚をパラメータとする信号で表わすことができる。と
ころが、膜体の厚み計とするには、（イ）入射光の強さが温湿度等の環境で変動することや
光源の経時変化により一定とならない。（ロ）入射光や透過光の信号はセンサやアンプを必要と
するが、この電気信号の処理にノイズやドリフトにより
膜厚の測定に関するＳ／Ｎ比が変動する。（ハ）膜体自体が特異的な赤外線吸収を示すことがある
ので赤外線吸収挙動は入射光やその波長の影響を受け
る。（ニ）上述の（イ）〜（ハ）の補償方法は意外にわずら
わしい。

【０００３】通常は、測定用の膜体と標準となる参照用
の膜体（一定の厚さのもの）とを対照させながら膜厚や
膜厚斑を測定する場合が多い。この技術は特開昭５３―
３１１５６号公報や特開平３―１６２６０５号公報に開
示されている。

【０００４】赤外線二色性を利用した膜厚測定手段は、
赤外フィルタを切換えて、測定する膜体によく吸収され
る波長と、殆んど吸収されない波長（参照波長）とを交
互に、同一光路を通過させるものであり、安定な連続的
測定が可能な筈である。

【０００５】もっともこの場合もフィルタを高速切替
（例えば１０〜１０００Ｈｚ）したときには、サンプリ
ングによるノイズが発生する。また低速切替（例えば
０．００１〜１０Ｈｚ）のときには参照波長を照射して
いる間は信号が得られず測定ができないブランクの時間
が発生してしまう。

【０００６】膜体の厚さの測定において、被測定物の膜
体が走行している状態で、その厚さを正確に測定するこ
とは、前述の場合に較べ更に種々の要件が加わってく
る。工業的には、例えば高分子フイルムの製造では長手
方向や幅方向において、均一な厚みを補償すべく、厚み
調整手段を作用させるが、その基礎となる厚み測定の精
度が重要となる。そして、製造工程での膜体の厚み制御
を伴う場合には時間的に正確に追従できることも要件と
なることから、高速応答の可能な測定法が求められる。
また、このような製造工程では膜体の平均厚みの測定よ
りも、膜厚むらがどの程度の変動値に抑制できているか
が一層重要な測定値となる。従って、微少な変動を観測
できるようなレベルの低い信号を受け得る必要がある。

【０００７】本発明は高分子フイルムの微細な膜厚変動
を正確かつ迅速に測定できる新しい赤外線膜厚むら測定
器である。殊に高分子フイルムの製造工程に組込み、フ
イルムの走行方向での膜厚むらの時間的変化を測定する
ものである。フイルムの製造における膜厚むらは、非常
に小さいことから、低ノイズの測定が可能であること
と、高速応答が可能であることが要求される。

【０００８】ところで、従来の赤外線による膜厚測定で
はチョッパ機構が設けられているため、低ノイズ化は不
可能である。この対応策としてチョッパ機構に代る低ノ
イズの増幅手段が必要となる。

【０００９】また、従来技術には膜厚むらのような微細
な厚みの計測法として、赤外線吸収特性を応用するもの
ではないが、光干渉厚み測定器がある。この測定器は極
めて高い精度を備えているものの、迅速な応答性に欠け
る。従って、膜厚むらの測定手段として光干渉法を適用
することには無理がある。

【００１０】本発明は、高分子フイルム等の膜体の赤外
線透過特性を利用して膜厚及びその変動を測定するもの
であり、殊に膜体が相当速く移動（走行）している条件
で、長期的変動要素（例えば温度・湿度等の変化）の影
響を受けることなく、その厚み斑を高い精度で測定する
ものである。ここで厚み斑とは、膜体が走行している際
０．００１〜１００Ｈｚの範囲で変化する変動部分をい
う。例えばポリエチレンナフタレンジカルボキシレート
やポリエチレンテレフタレートから造られたフイルムを
ビデオやコンピュータ用途の記録メディアのベースフイ
ルムとして採択したとき、その品質に影響を及ぼすよう
な範囲のものである。

【００１１】

【本発明が解決しようとする課題】膜体の厚みむらを測
定しようとする場合、赤外線光源と赤外線センサとの間
にチョッパ機構を配置し、赤外線源からの赤外線をチョ
ッピングし、測定すべき膜体に入射させ、その透過光量
を赤外線センサが受光し、センサからのチョッピング信
号を直流再生して受光量に応じて膜体の厚みを測定しよ
うとしている。

【００１２】この測定では、ノイズが大きいことから、
チョッパ機構を除き、その代りに本発明は新たな増幅手
段を設け、高速応答およびノイズの低減を図った膜厚む
ら測定器を開発したものである。

【００１３】膜体の厚みむらを赤外線の吸収特性を利用
し、高精度で測定しようとするとき（およそ０．１μｍ
以下）、チョッパ機構のモータ系による電磁波誘導ノイ
ズ成分が、厚みむらとしての信号成分と同等、もしくは
より大きな値となり測定が不可能になるという問題や、
さらには、チョッパの回転むら、窓形状のバラつき等に
より、３０、６０Ｈｚ等の特有のノイズが発生する（例
えば、膜体が高速で移動した時、膜体の厚みむらが前記
周波数前後で発生するとノイズにより厚みむらが測定不
可能になる）という問題は本発明によって解消すること
ができる。

【００１４】本発明の目的は、ノイズが小さく、測定精
度の高い膜厚むら測定器を開発することである。また本
発明の第２の目的は、走行（移動）している膜体の膜厚
を正確に、しかも迅速に測定できる測定器を開発するも
のである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、赤外線光源
と、該光源から出射した出射光が膜体を透過した透過光
を集光する赤外線レンズと、膜体の吸収特性に応じた光
学フィルタと、該レンズ及び該光学フィルタを透過した
光量に応じた検出信号を出力する赤外線センサと、該検
出信号を膜体の厚みむら（斑）として出力する増幅手段
とを備えてなる膜体の厚みむらを赤外線により測定する
測定器であって、該測定器にはチョッパ機構を設けてい
ないことに基いて該赤外線センサに入射する赤外線を連
続光となす第１の特徴と、該増幅手段は初段増幅器と、
該初段増幅器の出力信号の直流成分をカットするハイパ
スフィルタと、更に該ハイパスフィルタの出力信号を増
幅する後段増幅器より構成されることを第２の特徴とす
る赤外線による膜厚むら測定器である。

【００１６】

【作用】本発明を図面を参照して説明する。図１は測定
器全体の機器の構成を示す斜視図である。赤外線光源１
は赤外線を充分に発生することが可能なものであり、反
射体２により出射ポート３から膜体（図示せず）に連続
光として連続的に照射されている。この測定器にはチョ
ッパ機構がないことから、当然に連続光が出射されるこ
ととなる。膜体からの透過光は受光ポート４、赤外線レ
ンズ５、光学フィルタ６を通り、赤外線センサ７により
受光される。ここで、光学フィルタ６は膜体を、例えば
ポリエステルフイルムとしたとき、そのフイルムの固有
の吸収特性を呈する波長（ポリエチレンテレフタレート
では５．８μｍ）の光を透過するバンドパスフィル
タである。赤外線センサの受光量は増幅器８により厚み
斑に対応した出力となる。

【００１７】次に図２は、本発明の測定器の要部となる
増幅器の構成を示す回路図である。全体を機能的に分割
すると基準電圧発生回路９、赤外線センサ駆動回路１
０、初段増幅器１１、ハイパスフィルタ１２、及び後段
増幅器１３の５つの部分として示される。

【００１８】図２において、基準電圧Ｖ₁はオペレーシ
ョナブルアンプＯＰ₁及びＯＰ₂に供給される。駆動回
路におけるＡ点及びＢ点の電位はＶ₁と等しくなるよう
に差動する。Ｒ₁，Ｒ₂及びＲ₄は温度係数の小さい金
属皮膜抵抗の抵抗値を示したものである。そこで、いま
Ｒ₁＝Ｒ₃とすることにより、Ｒ₂及びＲ₄は同一の定
電流Ｉ₂，Ｉ₃が流れるようになる。Ｒ₂は赤外線セン
サの検知部の抵抗値であり、Ｒ₄はＲ₂の標準状態（例
えば厚さ３０μｍの標準のポリエチレンテレフタレート
フイルムを透過した赤外線を受光したとき）の値と可能
な限り同一とする。すなわち、Ｖ₂とＶ₃との電位差を
少なくしておくものである。このようにすると、初段ア
ンプ１１の増幅出力は飽和しない範囲で増幅度を大きく
選ぶことができ、全体のＳ／Ｎ比を良い条件となし得
る。

【００１９】また、長期的変動要因により、Ｖ₁がドリ
フトしたとしても、その影響はＯＰ ₁，ＯＰ₂に同様に
作用することから、相殺される利点がある。

【００２０】いま、膜体の厚みが変化した時、その膜体
を通過した透過光を赤外線センサが受光し、検知部抵抗
Ｒ₂は厚み変化に応じた値ΔＲだけ変化したとする。初
期増幅器への入力電圧Ｖ₂，Ｖ₃は下記のようになる。

【００２１】

【数１】

【００２２】となり上記変化ΔＲに比例したものとな
る。ここで初段増幅器の増幅度（１＋２×Ｒ₆／Ｒ₅）
は、およそ２００倍である。また初段アンプは計測アン
プで構成しておりＶ₂，Ｖ₃の長期的変動要素によるノ
イズの除去には有利な構成としている。ハイパスフィル
タ１２は低周波（０．００１Ｈｚ以下）をカットするも
のであり、初段増幅器までの長期的変動要素をさらに除
去するものである。後段増幅器１３は検出信号のレベル
をさらに大きくする、また必要に応じて高周波（１００
Ｈｚ以上）のノイズをカットするフィルタを兼ねる。

【００２３】従って上記変化ΔＲが０．００１〜１００
Ｈｚの周波数範囲で生じた場合には、最終出力Ｖ₅に厚
みむらがΔＶ₅として出力され、赤外線による厚みむら
測定を行ない得る。

【００２４】以上説明したとおり、赤外線電源、赤外線
レンズ、光学フィルタ、赤外線センサ及び通常の増幅器
は従来技術と同等のものである。これに対し、本発明は
チョッパ機構を除いたことにより赤外線センサに入射さ
れる赤外線が連続光となる特徴がある。また、チョッパ
機構を除いたことにより、ノイズを極めて低い状況（セ
ンサ入力換算により１．５μＶ以下）に抑えることが可
能となる。

【００２５】次に本発明は図２に詳述したように５ブロ
ックからなる増幅手段を備えている特徴があり、０．０
０１Ｈｚ以下のドリフトノイズを低減する作用があり、
初段増幅器と出力信号ＤＣ成分をカットするハイパスフ
ィルタを設けたことにより高精度で膜厚が測定できるよ
うにしたものである。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、膜体が高速で移動した
ときにも、長期的変動要因（光源の劣化、微小信号を増
幅するアンプ系の温度ドリフト、光学素子の汚れ等）の
影響を受けずに、その膜厚むらを高精度に測定できる効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外線による膜厚むら測定器の斜視図
である。

【図２】本発明の測定器の増幅機の回路図である。

【符号の説明】

１赤外線光源２反射体３出射ポート４受光ポート５赤外線レンズ６光学フィルタ７赤外線センサ８増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線光源と、該光源から出射した出射
光が膜体を透過した透過光を集光する赤外線レンズと、
膜体の吸収特性に応じた光学フィルタと、該レンズ及び
該光学フィルタを透過した光量に応じた検出信号を出力
する赤外線センサと、該検出信号を膜体の厚みむら
（斑）として出力する増幅手段とを備えてなる膜体の厚
みむらを赤外線により測定する測定器であって、該測定
器にはチョッパ機構を設けていないことに基いて該赤外
線センサに入射する赤外線を連続光となす第１の特徴
と、該増幅手段は初段増幅器と、該初段増幅器の出力信
号の直流成分をカットするハイパスフィルタと、更に該
ハイパスフィルタの出力信号を増幅する後段増幅器より
構成されることを第２の特徴とする赤外線による膜厚む
ら測定器。