JPH11344316A - 膜厚測定方法 - Google Patents
膜厚測定方法Info
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- JPH11344316A JPH11344316A JP18676198A JP18676198A JPH11344316A JP H11344316 A JPH11344316 A JP H11344316A JP 18676198 A JP18676198 A JP 18676198A JP 18676198 A JP18676198 A JP 18676198A JP H11344316 A JPH11344316 A JP H11344316A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 干渉の影響を受けずに、走行するシート状の
被測定材の膜厚を高精度で非接触で赤外光学式に測定す
る方法を得ることにある。 【構成】 波長２、５ミクロン以上の赤外光を透過する
バルブを有するフラッシュランプ２１の赤外光を被測定
材１に照射して、その乱反射光４１を受光して基材１２
の膜１１の厚さを測定する手段を具備した。
被測定材の膜厚を高精度で非接触で赤外光学式に測定す
る方法を得ることにある。 【構成】 波長２、５ミクロン以上の赤外光を透過する
バルブを有するフラッシュランプ２１の赤外光を被測定
材１に照射して、その乱反射光４１を受光して基材１２
の膜１１の厚さを測定する手段を具備した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速で走行するシート
状の基材上にコートされる、膜の厚さを非接触で光学的
に赤外光線を利用して測定する方法に関する。
状の基材上にコートされる、膜の厚さを非接触で光学的
に赤外光線を利用して測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の赤外光式の膜厚測定方法はシリコ
ニット等の定常光源からの赤外光線を非測定材に照射し
て、その正反射光線の二波長の強度の比を測定し、膜厚
を算出測定するものである。
ニット等の定常光源からの赤外光線を非測定材に照射し
て、その正反射光線の二波長の強度の比を測定し、膜厚
を算出測定するものである。
【０００３】図２を引用して従来の技術を説明する。図
２において被測定材１は基材１２と基材上にコートまた
は塗布された膜１１から構成される。被測定材は走行方
向を示す矢印５の方向、あるいはこの図面の紙面の表裏
の方向に走行する。測定の対象はこの膜の厚さである。
定常赤外光源２２で非測定材を照射しその正反射光４２
を二波長につき測定する。正反射光を利用する理由は乱
反射光線が微弱であり、十分なＳＮ精度が得られない為
である。ここで定常光源とはシリコニット光源のように
時間的に常に発光している光源を意味する。
２において被測定材１は基材１２と基材上にコートまた
は塗布された膜１１から構成される。被測定材は走行方
向を示す矢印５の方向、あるいはこの図面の紙面の表裏
の方向に走行する。測定の対象はこの膜の厚さである。
定常赤外光源２２で非測定材を照射しその正反射光４２
を二波長につき測定する。正反射光を利用する理由は乱
反射光線が微弱であり、十分なＳＮ精度が得られない為
である。ここで定常光源とはシリコニット光源のように
時間的に常に発光している光源を意味する。
【０００４】通常、基材は金属が多く、鏡面的であり、
図２に示すように基材１２から反射される定常光源２２
からの光はほとんど正反射光４２であり乱反射光４１は
微弱である。またシリコニットなどの定常光源２２は一
般にその赤外光の強度は微弱である。従って乱反射光は
利用できない。正反射光４２は積分球３３に入射し第一
波長用受光器３１、第二波長用受光器３２で測定され
る。
図２に示すように基材１２から反射される定常光源２２
からの光はほとんど正反射光４２であり乱反射光４１は
微弱である。またシリコニットなどの定常光源２２は一
般にその赤外光の強度は微弱である。従って乱反射光は
利用できない。正反射光４２は積分球３３に入射し第一
波長用受光器３１、第二波長用受光器３２で測定され
る。
【０００５】反射光の波長のうち、膜に特有な吸収を示
す波長と特有な吸収を示さない波長をそれぞれ第一波長
Ｗ１、第二波長Ｗ２とし、その強度をそれぞれＩ１，Ｉ
２とする。反射光の分光分布は図３のようになる。この
グラフにおいて横軸は波長Ｗ、縦軸は反射光の強度Ｉで
ある。膜に特有な吸収を受ける光（波長Ｗ１）の測定出
力（第一波長用受光器の出力）が低ければ、膜厚が厚
く、吸収が多く、従って反射光が弱かったことになり、
波長Ｗ１の測定出力が高ければ、膜厚が薄く、吸収が少
なく、従って反射光が強かったことになる。膜厚はＩ１
とＩ２の比を計算して膜厚に換算する。比率の計算が必
要な理由は光源の光源変動による誤差などを除去する為
である。数式で表せば次のようになる。 Ｉ１＝Ｉ０・ＥＸＰ（−Ａ１・Ｔ）−式１、 Ｉ２＝Ｉ０・ＥＸＰ（−Ａ２・Ｔ）−式２ ここでＩ０は照射光の強度、Ａ１、Ａ２は各々の波長で
の膜の既知の吸収係数である。式１を式２で割ればＩ０
は消去されるので、光源変動は除去される。Ｉ１／Ｉ２
＝｛ＥＸＰ（−Ａ１・Ｔ）／ＥＸＰ（−Ａ２・Ｔ）｝に
なり、Ｉ１とＩ２の比率が測定できれば良いことにな
る。
す波長と特有な吸収を示さない波長をそれぞれ第一波長
Ｗ１、第二波長Ｗ２とし、その強度をそれぞれＩ１，Ｉ
２とする。反射光の分光分布は図３のようになる。この
グラフにおいて横軸は波長Ｗ、縦軸は反射光の強度Ｉで
ある。膜に特有な吸収を受ける光（波長Ｗ１）の測定出
力（第一波長用受光器の出力）が低ければ、膜厚が厚
く、吸収が多く、従って反射光が弱かったことになり、
波長Ｗ１の測定出力が高ければ、膜厚が薄く、吸収が少
なく、従って反射光が強かったことになる。膜厚はＩ１
とＩ２の比を計算して膜厚に換算する。比率の計算が必
要な理由は光源の光源変動による誤差などを除去する為
である。数式で表せば次のようになる。 Ｉ１＝Ｉ０・ＥＸＰ（−Ａ１・Ｔ）−式１、 Ｉ２＝Ｉ０・ＥＸＰ（−Ａ２・Ｔ）−式２ ここでＩ０は照射光の強度、Ａ１、Ａ２は各々の波長で
の膜の既知の吸収係数である。式１を式２で割ればＩ０
は消去されるので、光源変動は除去される。Ｉ１／Ｉ２
＝｛ＥＸＰ（−Ａ１・Ｔ）／ＥＸＰ（−Ａ２・Ｔ）｝に
なり、Ｉ１とＩ２の比率が測定できれば良いことにな
る。
【０００６】一般にコートあるいは塗布される膜は赤外
光線の２．５ミクロン以上の波長領域にその物質特有の
吸収特性を示す。従って、前述したようにその物質特有
の波長の赤外光の吸収の程度を測定し、膜の厚さを換算
測定するものである。
光線の２．５ミクロン以上の波長領域にその物質特有の
吸収特性を示す。従って、前述したようにその物質特有
の波長の赤外光の吸収の程度を測定し、膜の厚さを換算
測定するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する第一課題は干渉誤差であり、第二課題は光源の強度
であり、第三課題は高速走行に起因する誤差の除去であ
る。
する第一課題は干渉誤差であり、第二課題は光源の強度
であり、第三課題は高速走行に起因する誤差の除去であ
る。
【０００８】図４を引用して第一課題を説明する。測定
すべき膜厚は５ないし３０ミクロン程度が多い。一方、
赤外光の波長は２ないし１０ミクロン程度であり膜厚に
近い寸法である。なおかつ基材が鏡面的であるため、反
射光は干渉の影響を受ける。干渉の影響は図４において
破線６２のように現れる。干渉の影響がなければ、図３
にしめしたのと同じく、図４の実線６１になる。干渉が
生じる要因は膜厚寸法と赤外光の波長の両者の寸法が近
いため顕著であり、また実験の結果、乱反射では干渉現
象が生じなかったことから推定して、正反射であるた
め、の二理由である。干渉は膜の吸収とは独立無関係の
現象であり、膜の吸収の程度で膜厚を測定する為には、
干渉は測定誤差の要因になる。
すべき膜厚は５ないし３０ミクロン程度が多い。一方、
赤外光の波長は２ないし１０ミクロン程度であり膜厚に
近い寸法である。なおかつ基材が鏡面的であるため、反
射光は干渉の影響を受ける。干渉の影響は図４において
破線６２のように現れる。干渉の影響がなければ、図３
にしめしたのと同じく、図４の実線６１になる。干渉が
生じる要因は膜厚寸法と赤外光の波長の両者の寸法が近
いため顕著であり、また実験の結果、乱反射では干渉現
象が生じなかったことから推定して、正反射であるた
め、の二理由である。干渉は膜の吸収とは独立無関係の
現象であり、膜の吸収の程度で膜厚を測定する為には、
干渉は測定誤差の要因になる。
【０００９】解決すべき第二課題は光源の強度であり、
良好な測定精度を得るためには、光量が大でＳＮが十分
得られるようにしなければならない。
良好な測定精度を得るためには、光量が大でＳＮが十分
得られるようにしなければならない。
【００１０】本発明が解決しようとする第三課題は、被
測定材がシート状で高速で走行（図２の走行方向を示す
矢印５の方向に走行）していることに起因する誤差の除
去である。通常、被測定材は毎秒３メートル程度の速度
で走行する。たとえば走行方向で３０ミリメートルの範
囲の限定された場所の膜厚の測定が必要とすれば、３０
ミリメートルを毎秒３メートルで割り算すれば、０．０
１秒以内に測定が終了しなければならない。また走行中
の被測定材の振動、上下動（バタツキ）を考慮すると経
験的には０．００１秒以内の測定が望ましい。
測定材がシート状で高速で走行（図２の走行方向を示す
矢印５の方向に走行）していることに起因する誤差の除
去である。通常、被測定材は毎秒３メートル程度の速度
で走行する。たとえば走行方向で３０ミリメートルの範
囲の限定された場所の膜厚の測定が必要とすれば、３０
ミリメートルを毎秒３メートルで割り算すれば、０．０
１秒以内に測定が終了しなければならない。また走行中
の被測定材の振動、上下動（バタツキ）を考慮すると経
験的には０．００１秒以内の測定が望ましい。
【００１１】
【問題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明の膜厚測定方法は、波長２．５ミクロン以
上の赤外光を透過するバルブを有する赤外フラッシュラ
ンプを光源とし、被測定材を照射してその乱反射光のう
ちの赤外域の二波長以上の光を受光し、その二波長以上
の赤外光の強度の比を算出して、被測定材の膜厚を測定
する。
めに、本発明の膜厚測定方法は、波長２．５ミクロン以
上の赤外光を透過するバルブを有する赤外フラッシュラ
ンプを光源とし、被測定材を照射してその乱反射光のう
ちの赤外域の二波長以上の光を受光し、その二波長以上
の赤外光の強度の比を算出して、被測定材の膜厚を測定
する。
【００１２】
【作用】シリコニットなどの定常（常時発光している）
赤外光源はフラッシュ光源にくらべて瞬時の発光量は弱
い。一方、膜厚の測定は、前述したように０．００１秒
程度の瞬時の測定が必要であり、定常光は必要がない。
例えばキセノンフラッシュ光源のバルブは通常２．５ミ
クロン以上の赤外光透過しないガラスであるが、石英ガ
ラス、サファイアなどにすれば、赤外光を取り出せる。
更には、乱反射光が必要なので、正反射方式に比べて１
００倍程度の瞬時光量が必要である。
赤外光源はフラッシュ光源にくらべて瞬時の発光量は弱
い。一方、膜厚の測定は、前述したように０．００１秒
程度の瞬時の測定が必要であり、定常光は必要がない。
例えばキセノンフラッシュ光源のバルブは通常２．５ミ
クロン以上の赤外光透過しないガラスであるが、石英ガ
ラス、サファイアなどにすれば、赤外光を取り出せる。
更には、乱反射光が必要なので、正反射方式に比べて１
００倍程度の瞬時光量が必要である。
【００１３】従って、上記のフラッシュランプを適用す
れば、前述の解決すべき三課題が解決される。即ち、フ
ラッシュランプであるから、光量が大なため乱反射方式
が可能になり、正反射で問題であった、干渉の影響をさ
けれる。また光量が大なため、測定ＳＮが向上し、膜厚
の測定精度が向上する。更にフラッシュランプなので、
定常光ではなく短時間の閃光なので、走行している被測
定材用の測定に適している。
れば、前述の解決すべき三課題が解決される。即ち、フ
ラッシュランプであるから、光量が大なため乱反射方式
が可能になり、正反射で問題であった、干渉の影響をさ
けれる。また光量が大なため、測定ＳＮが向上し、膜厚
の測定精度が向上する。更にフラッシュランプなので、
定常光ではなく短時間の閃光なので、走行している被測
定材用の測定に適している。
【００１４】
【実施例】本発明の一実施例を図１を参照して説明す
る。フラッシュランプを一個あるいは複数個配設し、被
測定材１を照射しその乱反射光４１を積分球３３に導き
第一、第二波長用受光器３１、３２でそれぞれ、乱反射
光の強度を測定する。
る。フラッシュランプを一個あるいは複数個配設し、被
測定材１を照射しその乱反射光４１を積分球３３に導き
第一、第二波長用受光器３１、３２でそれぞれ、乱反射
光の強度を測定する。
【００１５】各々の測定値は前述の数式１，２を元にし
て、基材１２上の膜１１の厚さに換算される。前述のフ
ラッシュランプは一個２１−１、あるいは複数個２１−
１，２１−２、図示されない２１−３…など、いずれで
も本発明の趣旨には反しないのは明らかである。またラ
ンプは寿命があるから、複数のランプを交互に点灯し、
装置全体の長寿命化を図るのも本発明の趣旨に反しな
い。また複数個のランプを同時に点灯して光量を増大さ
せる、あるいは更に、複数個のランプを交互に点灯し、
等価的に点灯間隔時間を短縮（通常フラッシュランプを
点灯するには電源部分のコンデンサーを充電する、いわ
ゆる準備時間−充電時間が必要）させる等も本発明の趣
旨に反しない。
て、基材１２上の膜１１の厚さに換算される。前述のフ
ラッシュランプは一個２１−１、あるいは複数個２１−
１，２１−２、図示されない２１−３…など、いずれで
も本発明の趣旨には反しないのは明らかである。またラ
ンプは寿命があるから、複数のランプを交互に点灯し、
装置全体の長寿命化を図るのも本発明の趣旨に反しな
い。また複数個のランプを同時に点灯して光量を増大さ
せる、あるいは更に、複数個のランプを交互に点灯し、
等価的に点灯間隔時間を短縮（通常フラッシュランプを
点灯するには電源部分のコンデンサーを充電する、いわ
ゆる準備時間−充電時間が必要）させる等も本発明の趣
旨に反しない。
【００１６】フラッシュランプはそのバルブが石英ガラ
ス、サファイアなどであるので、波長が２．５ミクロン
以上の赤外光線を取り出せ、前述のコートあるいは塗布
された物質に特有の波長の吸収測定に適用される。フラ
ッシュランプの種類は、代表的にはキセノンフラッシュ
ランプなどである。
ス、サファイアなどであるので、波長が２．５ミクロン
以上の赤外光線を取り出せ、前述のコートあるいは塗布
された物質に特有の波長の吸収測定に適用される。フラ
ッシュランプの種類は、代表的にはキセノンフラッシュ
ランプなどである。
【００１７】図１において、被測定材１は走行方向を示
す矢印５の方向、あるいは、この図面を書いた用紙の表
裏方向に走行する。走行過程において被測定材１は振動
あるいは上下動する。従って、基材１２、および膜１１
も振動あるいは上下動するのでフラッシュランプによる
瞬間的な測定で走行による測定誤差を抑制している。
す矢印５の方向、あるいは、この図面を書いた用紙の表
裏方向に走行する。走行過程において被測定材１は振動
あるいは上下動する。従って、基材１２、および膜１１
も振動あるいは上下動するのでフラッシュランプによる
瞬間的な測定で走行による測定誤差を抑制している。
【００１８】また、図１の実施例では積分球を使用して
いるが、他の光線分割手段、例えばハーフミラー、分光
器などでも良いのは当然である。また今までの説明は二
波長であったが、三波長以上では、測定の冗長度が増し
測定精度が増すので本発明は二波長以上について適用さ
れる。
いるが、他の光線分割手段、例えばハーフミラー、分光
器などでも良いのは当然である。また今までの説明は二
波長であったが、三波長以上では、測定の冗長度が増し
測定精度が増すので本発明は二波長以上について適用さ
れる。
【００１９】更に、本発明は膜の厚さを測定する方法に
関するものであるが、膜の重量測定にもそのままの適用
できるのは明らかである。即ち、膜の厚さに膜の密度を
乗算すれば膜の重量になる。数式では、（重量）＝（厚
さ）Ｘ（密度）と表現される。密度は膜の物質により既
知の量なので、本発明は、そのまま膜の重量測定方法に
適用できる。
関するものであるが、膜の重量測定にもそのままの適用
できるのは明らかである。即ち、膜の厚さに膜の密度を
乗算すれば膜の重量になる。数式では、（重量）＝（厚
さ）Ｘ（密度）と表現される。密度は膜の物質により既
知の量なので、本発明は、そのまま膜の重量測定方法に
適用できる。
【００２０】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る膜
厚測定方法においては、波長２．５ミクロン以上の赤外
線を放射し得る、バルブを有したフラッシュランプを光
源として、その乱反射光の赤外光を測定する方法である
から、干渉、被測定材の走行振動や、走行バタツキの影
響を受けずに、高精度の膜厚が測定可能になる。
厚測定方法においては、波長２．５ミクロン以上の赤外
線を放射し得る、バルブを有したフラッシュランプを光
源として、その乱反射光の赤外光を測定する方法である
から、干渉、被測定材の走行振動や、走行バタツキの影
響を受けずに、高精度の膜厚が測定可能になる。
【図１】 … 本発明の一実施例を示す図。
【図２】 … 従来の技術を示す図。
【図３】 … 反射光の分光分布を示す図。
【図４】 … 干渉の影響を示す図。
１ … 被測定材 １１ … 膜 １２ … 基材 ２１ … フラッシュ光源 ２２ … 定常光源 ３１ … 第一波長用受光器 ３２ … 第二波長用受光器 ３３ … 積分球 ４１ … 乱反射光線 ４２ … 正反射光線 ５ … 走行方向を示す矢印 ６１ … 破線 ６２ … 実線
Claims (1)
- 【請求項１】波長２．５ミクロン以上の赤外光を透過す
るバルブを有する赤外のフラッシュランプを光源とし、
被測定材を照射してその乱反射光の、少なくとも一波長
は２．５ミクロンより長波長の赤外光を含む、赤外域の
二波長以上の光を受光し、その二波長以上の赤外光の強
度の比を算出して、被測定材の膜厚を測定することを特
徴とする膜厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18676198A JPH11344316A (ja) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | 膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18676198A JPH11344316A (ja) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | 膜厚測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11344316A true JPH11344316A (ja) | 1999-12-14 |
Family
ID=16194186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18676198A Pending JPH11344316A (ja) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | 膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11344316A (ja) |
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- 1998-05-29 JP JP18676198A patent/JPH11344316A/ja active Pending
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