JPH08145878A - 複屈折測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複屈折フィルムの一点の複屈折値を測定する
ことができ、しかも照明装置の照度変化の影響を受けず
に安定して複屈折値を測定すること。 【構成】 単一波長の光を発生する照明手段１からの光
を２以上の複数の光束に分割する光束分割手段５と、光
束分割手段５により分割された一つの光束を直接受光す
る第一の受光手段７と、被検物Ｆを挟んで偏光方向を平
行もしくは直交ニコル状態に対向配置された第一の偏光
子１０ａ〜１０ｃおよび第二の偏光子１１ａ〜１１ｃ
と、光束分割手段５により分割された他の光束を第一の
偏光子１０ａ〜１０ｃと被検物Ｆと第二の偏光子１１ａ
〜１１とを透過した光束として受光する第二の受光手段
１４ａ〜１４ｃと、第一の受光手段７で受光した透過光
量と第二の受光手段１４ａ〜１４ｃで受光した透過光量
との光量比を算出し、複屈折値が既知の試材の光量比計
測によって予め設定された光量比と複屈折値との相関関
係より前記光量比をパラメータとして被検物Ｆの複屈折
値を導出する演算手段９とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複屈折フィルムなどの
被検物の複屈折値を測定する複屈折測定装置に関し、特
に高速測定が要求されるオンライン測定にて使用される
複屈折測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高分子フィルムは、延伸加工を施される
ことにより複屈折性を有することは良く知られており、
延伸率を変化することによって目的の複屈折値を得るこ
とができる。上述の高分子フィルムによる複屈折フィル
ムなどの複屈折値を測定する装置としては、例えば特開
平４−２１８７５１号公報に示されているように、互い
に平行に対向する偏光子と検光子とを、その対向面上で
回転可能に設け、偏光子と検光子との間に複屈折値の被
検物、例えば複屈折フィムルを配置し、偏光子と検光子
とを回転変位させて被検物とこれら偏光子、検光子の組
との相対角位置を変えたときの透過光強度の最大値と最
小値の比を測定し、複屈折値を求めるものが知られてい
る。

【０００３】また特開平５−２０９８２３号公報に示さ
れているように、偏光子と検光子とを回転させて相対角
位置を変える代わりに偏光方向の異なる偏光子と検光子
の組を複数組、集約して配置し、その各組の透過光強度
の測定データから複屈折値を計算するものが知られてい
る。また特開平５−３４６３９７号公報に示されている
ように、生産ラインにて走行している複屈折フィルムの
複屈折値をオンライン計測する場合において、偏光子と
検光子の組を複数組、複屈折フィルムの走行方向に配置
し、その偏光子と検光子の各組のサンプリングタイミン
グを複屈折フィルムの走行移動に同期して設定し、更に
複数組の偏光子と検光子を集約してなるセンサユニット
を被検物に対して走査移動可能に設けたものが知られて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平４
−２１８７５１号公報に示されている複屈折測定装置で
は、偏光子と検光子とをモータにより徐々に回転変位さ
せることにより被検物と偏光子、検光子との相対角位置
を変化させているため、１回の複屈折測定に時間を要す
る。このため、この複屈折測定装置を複屈折フィルムの
連続生産ラインで使用した場合には、偏光子と検光子と
の回転変位中における複屈折フィルムの走行移動によっ
て測定点が変化し、正確な複屈折測測定ができない。

【０００５】特開平５−２０９８２３号公報に示されて
いる複屈折測定装置では、上述のような不具合を発生す
ることがなく、生産ラインにて走行している複屈折フィ
ルムの複屈折値をオンライン計測することが可能であ
る。しかしこの複屈折測定装置では、偏光方向の異なる
偏光子と検光子の各組による透過光強度測定点は、それ
ら各組の偏光子と検光子の相互の配置位置により同一点
にはならないから、各組の測定点を含む領域の平均的な
複屈折値を求めることになり、被検物の一点の複屈折値
を測定することはできない。またこの複屈折測定装置で
は、３組以上の偏光子、検光子および受光部素子を必要
するため、装置の構成部品点数が多く、経済的に不利で
ある。

【０００６】また特開平５−２０９８２３号公報に示さ
れている複屈折測定装置では、偏光子と検光子の各組の
サンプリングタイミングを複屈折フィルムの走行移動に
同期させることにより、複屈折フィルムの一点の複屈折
値を測定することが理論上は可能であるが、しかし、実
際には、生産ラインにおける複屈折フィルムの走行移動
速度はたえが微妙に変動しているから、完全に複屈折フ
ィルムの一点の複屈折値を測定することができない。ま
たこの複屈折測定装置でも、３組以上の偏光子、検光子
および受光部素子を必要するため、装置の構成部品点数
が多く、経済的に不利である。

【０００７】また、いずれの複屈折測定においても、照
明手段で照度変化が生じると、透過光強度の最大値と最
小値の比の測定に誤差が含まれるようになり、正確な複
屈折測定ができない。本発明は上述の問題点に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは、複屈折フィル
ムの一点の複屈折値を極めて高速に測定することがで
き、複屈折フィルムの生産ラインにてのオンライン計測
にも対応でき、しかも照明装置の照度変化の影響を受け
ずに安定して複屈折フィルムの複屈折値を測定できる複
屈折測定装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による複屈折測定装置は、単一波長の光を
発生する照明手段と、前記照明手段からの光を２以上の
複数の光束に分割する光束分割手段と、前記光束分割手
段により分割された一つの光束を直接受光する第一の受
光手段と、被検物を挟んで偏光方向を平行もしくは直交
ニコル状態に対向配置された第一の偏光子および第二の
偏光子と、前記光束分割手段により分割された他の光束
を前記第一の偏光子と前記被検物と前記第二の偏光子と
を透過した光束として受光する第二の受光手段と、前記
第一の受光手段で受光した透過光量と前記第二の受光手
段で受光した透過光量との光量比を算出し、複屈折値が
既知の試材の光量比計測によって予め設定された光量比
と複屈折値との相関関係より前記光量比をパラメータと
して前記被検物の複屈折値を導出する演算手段とを有し
ていることを特徴としている。

【０００９】また本発明による複屈折測定装置において
は、前記第一の偏光子と前記第二の偏光子と前記第二の
受光手段とが相対位置関係を変化することなく前記被検
物に対して走査移動可能に設けられていることを詳細な
特徴としている。

【００１０】

【作 用】照明手段が放つ光は光束分割手段によって２
以上の複数の光束に分割され、その光束の一つを第一の
受光手段が参照光として直接受光して受光量を計測し、
第二の受光手段が第一の偏光子と被検物と第二の偏光子
とを透過した他の光束を被検光（測定光）として受光し
て受光量（透過光量）を計測する。

【００１１】第一の受光手段による受光量の計測値と第
二の受光手段による透過光量の計測値は演算手段に入力
され、演算装置は、第一の受光手段で受光した光量と前
記第二の受光手段で受光した透過光量との光量比を算出
し、複屈折値が既知の試材の透過光量計測によって予め
設定された透過光量比と複屈折値との相関関係より前記
透過光量比をパラメータとして前記被検物の複屈折値を
導出する。第一の偏光子と第二の偏光子と第二の受光手
段とが被検物に対して走査移動可能に設けられていれ
ば、数少ない検出器をもって複屈折フィルムの広域に亙
って複屈折値の測定することができる。

【００１２】

【実施例】以下に添付の図を参照して本発明を実施例に
ついて詳細に説明する。図１は本発明による複屈折測定
装置の一実施例を示している。図１において、符号１は
ハロゲン照明装置を示している。ハロゲン照明装置１は
可視全域に亙る波長の光を発生し、その光束は光ファイ
バ２を通って光ファイバ２の先端に備えられた中継レン
ズ３に照射される。

【００１３】中継レンズ３の前方には光透過帯域が極め
て狭い波長フィルタ４が配置されており、ハロゲン照明
装置１よりの光は、この波長フィルタ４を透過すること
によら、複屈折測定に適した所望の単一波長の光に変換
される。ここで光ファイバ２を用いたのは、ハロゲン照
明装置１から発生する赤外線を遮断して波長フィルタ４
などを熱ストレスから防御するためであり、ハロゲン照
明装置１において波長フィルタ４に熱を与えない工夫が
なされている場合には、光ファイバ２は不要である。

【００１４】波長フィルタ４の前方には多分岐光ファイ
バ５が設けられている。多分岐光ファイバ５は、単一波
長光による光束を測定ポイント数より一つ多い個数に分
割する。本実施例では測定ポイント数が３であることか
ら、光束分割数は４となっている。分岐された光束は各
々互いに並列に設けられている枝部５ａ〜５ｄを通って
各枝部５ａ〜５ｄの出射面６ａ〜６ｄに至る。この測定
ポイントは被検物である複屈折フィルムＦの幅方向の３
箇所となっている。

【００１５】枝部５ｄの出射面６ｄにはフォトダイオー
ドなどによる受光素子７が直接接続されている。これに
より受光素子７は多分岐光ファイバ５の枝部５ｄを通っ
てそれの出射面６ａ〜６ｄに至った単一波長光による光
束を参照光として直接受光する。受光素子７は受光量に
応じた計測値信号を出力し、計測値信号は増幅器８を通
して演算装置９に取り込まれる。

【００１６】複屈折フィルムＦのパスラインの上下には
３組の下部偏光子１０ａ〜１０ｃと上部偏光子１１ａ〜
１１ｃが各々偏光方向を平行ニコル状態にして垂直軸が
平行となるよう対向配置されている。下部偏光子１０ａ
〜１０ｃの各々には集光レンズ１３ａ〜１３ｃを介して
多分岐光ファイバ５の枝部５ａ〜５ｃの出射面６ａ〜６
ｄが光学的に接続されており、下部偏光子１０ａ〜１０
ｃは各々枝部５ａ〜５ｃの出射面６ａ〜６ｄより単一波
長光による光束を被検光として面直に与えられる。

【００１７】上部偏光子１１ａ〜１１ｃの上部には各々
フォトダイオードなどの受光素子１４ａ〜１４ｃが配置
されており、受光素子１４ａ〜１４ｃは各々下部偏光子
１０ａ〜１０ｃと複屈折フィルムＦと上部偏光子１１ａ
〜１１ｃとを透過した光束（被検光）を受光する。受光
素子１４ａ〜１４ｃは各々受光量に応じた計測値信号を
出力し、計測値信号は各々増幅器１５ａ〜１５ｃを通し
て演算装置９に取り込まれる。

【００１８】なお、本実施例では測定ポイント数が３で
あることから、下部偏光子１０ａ〜１０ｃ、上部偏光子
１１ａ〜１１ｃ、受光素子１４ａ〜１４ｃは３組設けら
れており、測定ポイント数が１である場合には、これら
は１組だけ設けられればよい。演算装置９は、受光素子
７で受光した光量と受光素子１４ａ〜１４ｃで受光した
透過光量との光量比を算出し、複屈折値が既知の試材の
光量比計測によって予め設定された光量比と複屈折値と
の相関関係より前記光量比をパラメータとして複屈折フ
ィルムＦの各測定ポイントにおける複屈折値を導出す
る。

【００１９】つぎに光量比と複屈折値との相関関係を取
得する手順を説明する。測定する複屈折値の範囲をカバ
ーするような、複屈折値が既知の試料を数種類用意す
る。ある特定波長の光における複屈折値と上述の光学系
を透過する透過光強度との関係は図２に示されているよ
うに波動特性を示すから、ここでの測定範囲とは図２に
おいて複屈折値に対して透過光強度の変化が大きい部分
とする。またこのとき用意する試料は範囲全域に亙って
万遍なく分布していることが望ましい。実際に複屈折フ
ィルムＦをオンライン測定するときと軸方向が同一とな
るようにこれら試料を下部偏光子１０ａ〜１０ｃと上部
偏光子１１ａ〜１１ｃとの間に配置し、受光素子７と受
光素子１４ａ〜１４ｃによって参照光と被検光を同時に
測定し、演算装置９にて両者の比を算出する。

【００２０】図３は波長フィルタ４により中心波長５０
０ｎｍを選んだときの測定結果の一例を示している。こ
のような光量比／複屈折値特性より、既知の複屈折値に
対する光量比が求まり、この光量比と複屈折値との相関
関係から光量比に対する複屈折値を高次関数で近似して
実際の測定時の基準式とする。本実施例ではこの基準式
は下式のように設定する。 Ｒ＝３８５．１＋０．３５９Ｌｒ＋０．０００８Ｌｒ² （１）

【００２１】ここで、Ｒは複屈折値、Ｌｒは被検光／参
照光の光量比を示す。複屈折フィルムＦの複屈折測定に
際しては、下部偏光子１０ａ〜１０ｃと上部偏光子１１
ａ〜１１ｃとの間に、複屈折フィルムＦを矢印方向に走
行移動させながら、受光素子７と受光素子１４ａ〜１４
ｃによって参照光と被検光を同時に測定し、演算装置９
にて各測定ポイントにおける両者の光量比Ｌｒを算出す
る。

【００２２】光量比Ｌｒを算出すると、（１）式によっ
て目的とする複屈折値Ｒを各測定ポイントごとに得るこ
とができる。これらの演算は、コンピュータなどによる
演算装置９に高速に行われるから、複屈折フィルムＦが
走行移動している状態にて複屈折値を連続的にオンライ
ン測定することが可能である。

【００２３】この複屈折測定においては、常に参照光と
被検光との光量比を計算としているから、照明装置１が
長期使用によって劣化して光量が低下した場合でも、ま
た外乱などにより短期的に光量が変動した場合でも、測
定結果には影響を与えることがなく、安定して高精度の
測定が行われる。なお、ここで規定しなかった範囲の複
屈折値を測定したいときには、複屈折値と透過光強度は
図４に示されているように変化するから、波長フィルタ
４を交換するだけで、同様に複屈折値を測定することが
できることは明らかである。

【００２４】図５は本発明による複屈折測定装置の他の
実施例を示している。なお、図５に於いて、図１に対応
する部分は図１に付した符号と同一の符号を付けてその
説明を省略する。下部偏光子１０ａと集光レンズ１３ａ
とは投光側単軸ロボット１６に搭載され、複屈折フィル
ムＦの走行方向に対して直交する方向に、即ち複屈折フ
ィルムＦの幅方向に走査移動される。

【００２５】上部偏光子１１ａと受光素子１４ａとは投
光側単軸ロボット１６と平行に配置された受光側単軸ロ
ボット１７に搭載され、複屈折フィルムＦの走行方向に
対して直交する方向に、即ち複屈折フィルムＦの幅方向
に走査移動される。投光側単軸ロボット１６と受光側単
軸ロボット１７にはコントローラ１８が接続されてお
り、投光側単軸ロボット１６と受光側単軸ロボット１７
はコントローラ１８によって走査移動位置を管理されて
同期運転される。

【００２６】複屈折フィルムＦに接触してこれの走行移
動により回転する移動量検出用ロール１９が複屈折フィ
ルムＦのパスランイ部に設けられている。移動量検出用
ロール１９にはロータリエンコーダ２０が接続されてお
り、ロータリエンコーダ２０が出力するパルス信号は演
算装置９に入力される。演算装置９はロータリエンコー
ダ２０よりのパルス信号をカウントして複屈折フィルム
Ｆの走行移動量を管理し、またコントローラ１８より投
光側単軸ロボット１６と受光側単軸ロボット１７の走査
位置情報を取り込む。

【００２７】なお、投光側単軸ロボット１６と受光側単
軸ロボット１７の走査位置管理はロボット駆動部分にリ
ニアスケールを設けても実現可能である。複屈折フィル
ムＦの複屈折測定に際しては、下部偏光子１０ａと上部
偏光子１１ａとの間に、複屈折フィルムＦを矢印方向に
走行移動させながら、コントローラ１８によって投光側
単軸ロボット１６と受光側単軸ロボット１７とを同期運
転し、下部偏光子１０ａ、上部偏光子１１ａ、受光素子
１４ａを複屈折フィルムＦの幅方向に走査移動させる。

【００２８】図６はこの単軸ロボットの駆動例を示して
おり、この駆動状態で、上述の実施例と同様に複屈折値
を連続的にオンライン測定することにより、図７に示さ
れているように、複屈折フィルムＦの幅方向全域に亙っ
て複屈折値を測定することができる。この測定時には演
算装置９は、ロータリエンコーダ２０から複屈折フィル
ムＦの走行方向の位置を取得し、コントローラ１８との
通信により幅方向の位置と取得することにより、複屈折
フィルムＦの測定位置を特定する。

【００２９】なお、この実施例でも、多分岐光ファイバ
５の枝部の分岐数と下部偏光子、上部偏光子、受光素子
の組数、即ち投光・受光ユニットの個数を増やすことが
でき、単軸ロボットの駆動も任意に変えることが可能で
ある。例えば、これらの個数を３とすれば、単軸ロボッ
トは図８に示されているように駆動すればよい。この実
施例では、投光部と受光部の走査移動を２台の単軸ロボ
ットの同期運転により行っているが、これは、図９に示
されているように、コの字形フレーム２１を有する１台
の単軸ロボットにより行ってもよい。

【００３０】また複屈折フィルムＦの複屈折値は複屈折
フィルムＦに作用している張力によって図１０に示され
ているように、変動するから、図５に、符号２２により
示されている張力検出器を設け、張力検出器２２により
ライン移動中の複屈折フィルムＦの張力を検出し、この
情報を演算装置９に入力し、張力変動による複屈折値の
変動を補償演算することができる。

【００３１】これにより張力に影響されずに複屈折フィ
ルムＦの複屈折値をオンライン測定することができる。
何れの実施例においても、下部偏光子と上部偏光子とは
直交ニコル状態で対向配置されてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による複屈折測定装置によれば、参照光と被検光との光
量比と相関関係を複屈折値が既知の試料の光量比測定に
より予め取得し、高次関数で近似して基準式として設定
しておき、未知の複屈折フィルムにおける参照光と被検
光との光量比から複屈折値を算出するようにしたので、
最低２組の投光・受光ユニットによって複屈折フィルム
の一点の複屈折値を局部的に測定でき、また光量変化の
影響による誤差を排除でき、しかも極めて高速に測定が
行われ得るようになり、オンライン測定が可能になる。
また投光・受光ユニットが被検物に対して走査移動可能
に設けられていることにより、数少ない検出器をもって
複屈折フィルムの広域に亙って複屈折値の測定すること
ができ、複屈折値の分布マップが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複屈折測定装置の一実施例を示す
斜視図。

【図２】複屈折値と透過光強度との関係を示すグラフ。

【図３】被検光／参照光の光量比との複屈折値との関係
を示すグラフ。

【図４】測定波長と複屈折値との関係を示すグラフ。

【図５】本発明による複屈折測定装置の他の実施例を示
す斜視図。

【図６】単軸ロボットの駆動例を示す説明図。

【図７】複屈折測定結果の一例を示すグラフ。

【図８】投光・受光ユニットの個数を３とした場合の単
軸ロボットの駆動例を示す説明図。

【図９】投光・受光ユニットの走査移動用のロボットの
他の実施例を示す正面図。

【図１０】張力と複屈折値との関係の一例。

【符号の説明】

１…ハロゲン照明装置 ４…波長フィルタ ５…多分岐光ファイバ ７…受光素子 ９…演算装置 １０ａ〜１０ｃ…下部偏光子 １１ａ〜１１ｃ…上部偏光子 １４ａ〜１４ｃ…受光素子 １６…投光側単軸ロボット １７…受光側単軸ロボット ２２…張力検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一波長の光を発生する照明手段と、 前記照明手段からの光を２以上の複数の光束に分割する
   光束分割手段と、 前記光束分割手段により分割された一つの光束を直接受
   光する第一の受光手段と、 被検物を挟んで偏光方向を平行もしくは直交ニコル状態
   に対向配置された第一の偏光子および第二の偏光子と、 前記光束分割手段により分割された他の光束を前記第一
   の偏光子と前記被検物と前記第二の偏光子とを透過した
   光束として受光する第二の受光手段と、 前記第一の受光手段で受光した光量と前記第二の受光手
   段で受光した透過光量との光量比を算出し、複屈折値が
   既知の試材の光量比計測によって予め設定された光量比
   と複屈折値との相関関係より前記光量比をパラメータと
   して前記被検物の複屈折値を導出する演算手段と、 を有していることを特徴とする複屈折測定装置。
2. 【請求項２】 前記第一の偏光子と前記第二の偏光子と
   前記第二の受光手段とが相対位置関係を変化することな
   く前記被検物に対して走査移動可能に設けられているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の複屈折測定装置