JPS589362B2 - 赤外線多層フイルム膜厚測定方法及びその測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複合多層プラスチックフイルム及びシートの
各構成ポリマ一層の膜厚を非接触にオフライン及びオン
ラインで測定する方法及び装置に関するものである。

従来、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニール、
塩化ビニリデン等のポリマーによって作られる、単層プ
ラスチックフイルムの膜厚を測定する装置として、β線
又は赤外線を使った膜厚計があり、工業的に多く使用さ
れていた。

しかしながら、種々の異なるポリマーを積層した複合多
層プラステックフイルムの各構成ポリマーフィルム層の
膜厚をそれぞれ計測する有効な方法及び装置はなかった
。

それ故、従来は、複合多層プラスチックフイルム（以下
、多層フイルムと呼ぶ）の切断面を、顕微鏡又はプロジ
ェクターによって拡大し、各構成フイルム層の膜厚を人
間の目によって測定するのが現状であり、時間と人手の
かかる計測方法であり、個人差による計測誤差があり、
又オンラインで非接触的に測定できないため、有効なプ
ロセスコントロールの情報とはなりえなかった。

多層フイルムの各フィルム層の膜厚を独立に計測するの
でなく、ただ単に、多層フィルムの全膜厚を測定するて
際しても、従来の方法には問題があった。

単層フイルムの膜厚測定によく使われている、β線膜厚
計によって、多層フイルムの全膜厚を測定する場合に、
多層フイルムの各層のポリマーの組み合わせによっては
、ダイヤルゲージによって測定した全膜厚の値とくいち
がうことがしばしばあった。

なぜならば、β線は被験物の密度による散乱の度合でも
って膜厚計測するものでポリエチレン（密度０．９）と
塩化ビニリデン（密度１．５）のように、密度の違う多
層フイルムにおいては、たとえ全膜厚が変化しなくても
、ポリエテレンと塩化ビニリデンの間で膜厚が相互に増
減し、両者の膜厚の比が、変化すれば、それぞれの膜厚
に密度をかけた重量によってβ線の散乱が決定されるた
め、全散乱量は変化し、あたかも全膜厚が変化したよう
な誤った計測値が得られるためである。

又、多層フイルムの測定用に、単層フィルム用の赤外線
膜厚計をその成分ごとに成分の数だけ設置したり、それ
らを一まとめに組み込むような方法が考えられるが、実
際の測定の場合に、他の構成フイルム層の影響をうけず
にその成分層だけ測定することは、非常に難しいことで
ある。

例えば、Ａ，Ｂ，２つの異なるボリマーによって構成さ
れている多層フイルムを測定する場合を考えると、従来
の赤外線単層フィルム膜厚計を組み合わせた装置におい
ては、使用する赤外線の３つの異なる波長の選択を次の
ように行う。

（１）波長λＲ；参照用波長として、Ａ及びＢのどちら
のフイルムによってもほとんど吸収されない赤外線の波
長。

（２）波長λＡ：フィルム入用試料波長として、Ａのフ
イルムによって強く吸収され、Ｂのフイルムによってほ
とんど吸収されない赤外光の波長。

（３）波長λＢ；フィルムＢ用試料波長として、Ｂのフ
イルムによって強く吸収され、Ａのフィルムによっては
ほとんど吸収されない赤外光の波長。

という風に、上記３つの波長を選択し、それぞれの波長
における赤外光の透過光量から膜厚を計測する方法で、
わかりやすくするために、その関係を数式で示すと下記
のようになる。

Ｉ（λＡ）＝Ｉｏ（λＡ）ｅ−α（λＡ）ｄＡ■（λＢ
）＝Ｉｏ（λＢ）ｅ−α（λＢ）ｄＢ （１）■（
λＲ）＝Ｉｏ（λＲ）ｅ−α（λＲ）（ｄＡ＋ｄＢ）こ
こで■ｏ（λＡ），Ｉｏ（λＢ），■ｏ（λＲ）は、被
測定物であるフイルムに入射する前の各波長における赤
外光の光強度。

Ｉ（λＡ），■（λＢ），■（λＲ）は被測定物である
フイルムを透過し、フイルムによって吸収を受けた後の
各板長における赤外光の光強度。

α（λＡ），α（λＢ），α（λＲ）は、各波長におけ
る各フイルムの、赤外光吸収係数。

ｄＡ，ｄＢはそれぞれのフイルムの膜厚である。

波長λＲにおいてはフイルムＡ，Ｂ共、ほとんど吸収が
ないこと、及び、波長λＡ、波長λＢ、波長λＲの近接
している場合には、■ｏ（λＡ）＝■ｏ（λＢ）＝Ｉｏ
（λＲ）と近似してもよいことから、（λＡとλＢの波
長かはなれている場合には、参照用波長としては、フイ
ルムＡ用にλＡに近接した波長、フイルムＢ用にλＢに
近接した波長をそれぞれ別に選ぶ必要がある）、次の式
のようになるすなわち、波長λＡにおけるフイルム透過
光量と波長λＲにおけるフィルム透過光量の比が、吸収
係数を介して膜厚ｄＡに対応し、又波長λＢにおけるフ
イルム透過光量と波長λＲにおけるフィルム透過光量の
比が吸収係数を介してｄＢと対応するわけである。

それ故、その２つの比の変化を計測すれば、ｄＡ，ｄＢ
のそれぞれの膜厚が計測されるわけである。

これが単層フイルム膜厚計を組み合わせた多層フイルム
膜厚計の基本的考え方である。

しかしながら上記のように一方のフイルムで強く吸収さ
れ、他方ではほとんど吸収されないような、赤外光の波
長λＡ，λＢを実際の多層フイルムにおいて選定するこ
とは、実際上、難しく、また、たとえ選定できたにして
も、非常に限られたポリマーの組み合わせによる多層フ
イルムに限られることになる。

又適当な組み合わせがあっても、すべての波長が一つの
検出器の検出波長範囲ではなくなり、別の違った検出器
をつけ加えるようなことが起り、検出器相互間の光量に
対する感度のリニアリティーの問題、温度による検出器
感度の変化等のため、実用の使用にたえる装置としては
非常に実現の困難なものであった。

更に、それぞれのフイルム特有の吸収波長においても、
他のフイルムの吸収が少なからずあり、他のフイルムの
膜厚の変動が注目している吸収波長の赤外線透過光量に
影響を与えるため、フイルム相互間の影響を、除去する
ことはできなかった。

本発明は、今までのべてきたような従来の諸問題点を解
決した赤外線多層フイルム膜厚測定方法及びその測定装
置を提供するものである。

すなわち、本発明は被測定物である２種以上の異なるボ
リマーからなる複合多層フイルム及びシートの各ポリマ
一層の膜厚を赤外線により測定するに際し、赤外線領域
における各ポリマーの特性吸収波長を試料波長とし、各
ポリマーの特性吸収とは無関係な一つ以上の波長を参照
波長とする赤外線を被測定物に投光し、これを透過した
各ボリマーの該試料波長の赤外線透過光量と、参照波長
の赤外線透過光量との比をとり、これらの比と、各ポリ
マーの試料波長及び参照波長における吸収係数とから各
ポリマ一層の膜厚を演算する赤外線多層フイルム膜厚測
定方法。

及び被測定物である２種以上の異なるボリマーからなる
複合多層フィルム及びシートの各ポリマ一層の膜厚を赤
外線により測定するに際し、赤外線を投光する赤外線投
光部と、被測定物を透過して来た赤外線光強度を検出す
る受光部と、その検出された光強度信号を処理する信号
処理部と、嘆厚を演算するための演算処理部を備えた赤
外線多層フイルム膜厚測定装置である。

種々のプラスチックフイルムは一般に赤外線領域におい
てその構成要素である高分子鎖の特性を反映した種々の
赤外線吸収スペクトルを示す。

本発明においても、このプラスチックフイルムにおける
赤外線の吸収による透過光量の変化が模厚の変化に対応
するという原理から膜厚の計測を行うものであり、単層
フイルム用赤外線プラスチックフイルム膜厚計の既知の
原理から出発していることにはかわりないが、その膜厚
なもとめるための透過光量を計測する波長の選定、およ
び、それぞれの波長におけるフイルム透過光量から、膜
厚値を得る処理の方法、及び、それを具体化する装置に
新規性を有するものである。

今、簡単のために被験物である多層フィルムが２種類の
異なるボリマーからなり、その構成成分がフイルムＡ、
及びフイルムＢからなるものとして説明する。

フイルムＡ及びフイルムＢ共に、赤外線領域において、
そのポリマーフィルム特有の、それぞれの吸収ピークを
持つ、赤外吸収スペクトルを示す。

今、その吸収ピークの内、任意の２つの吸収ピークを選
び、その吸収ピーク波長を仮にλ１，λ２とする。

この選定に当っては、λ１，λ２の波長において、フイ
ルムＡ及びフイルムＢ共に吸収のある赤外光の波長を選
択して、何ら、さしつかえない。

この波長を試料用波長λ１、試料用波長λ２と呼ぶ。

上にのべた吸収ピークの波長ではない、フイルムＡ１及
びフイルムＢでほとんど吸収されない赤外光の波長をλ
Ｒとし、これを参照用波長λＲと呼ぶ。

一般に光の透過の式から、 Ｉ（λ１）＝Ｉｏ（λ１）ｅ−（α（λ１）ｄＡ＋β（
λ１）ｄＢ）■（λ２）＝Ｉｏ（λ２）ｅ−（α（λ２
）ｄＡ＋β（λ２）ｄＢ）（３）■（λＲ）＝Ｉｏ（λ
Ｒ）ｅ−（α（λＲ）ｄＡ＋β（λＲ）ｄＢ）ここでＩ
ｏ（λ１），■ｏ（λ２），■ｏ（λＲ）は、それぞれ
波長λ１，λ２，λ１におけるフイルムに入射する赤外
光の入射光強度。

■（λ１），Ｉ（λ２），Ｉ（λＲ）は，それぞれ波長
λ１，λ２，λＲにおけるフイルムによって吸収を受け
て透過した後の、赤外光の透過光強度。

α（λ１），α（λ２），α（λＲ）はフイルムＡの波
長λ１，λ２，λＲにおけるそれぞれに固有な吸収係数
。

β（λ１），β（λ２），β（λＲ）はフイルムＢの波
長λ１，λ２，λＲにおけるそれぞれに固有な吸収係数
。

ｄＡはフイルムＡの膜厚。ｄＢはフイルムＢの膜厚であ
る。

■（λＲ）とＩ（λ１），■（λＲ）とＩ（λ２）の比
をとって標準化すると、（５）式からもわかるようにＩ
ｏ（λ１）／Ｉｏ（λＲ）及びＩｏ（λ２）／Ｉｏ（λ
Ｒ）の比は入射赤外光量のそれぞれの波長における比で
あるため、光源の光量変動に対しても一定である定まっ
た定数となる。

それ故（α（λ１）−α（λＲ））、（β（λ１）−β
（λＲ））、（α（λ２）−α（λ１））、（β（λ２
）−β（λＲ））の４つの吸収係数の値があらかじめ既
知であれば、それぞれの波長における赤外光のフィルム
透過光量を計測し、Ｉ（λ１）／Ｉ（λＲ）、及びＩ（
λ２）／Ｉ（λＲ）の比をとり、（５）式を利用して、
膜厚ｄＡ，ｄＢを未知数とする連立二元方程式をとげば
、それぞれのポリマ一層の膜厚ｄＡ，ｄＢ，そして全膜
厚ｄＡ＋ｄＢを計測することができる。

即ち本発明においては、フイルムＡ１及びフイルムＢの
それぞれの波長における吸収を無視することなく、連立
．方程式にすることによって、膜厚を演算する時に正当
に評価し、計測精度を増大させているわけである。

膜厚を計測するために必要な赤外線の波長の選択に際し
、従来の単層フィルム膜厚計の単なる組み合わせにより
、フイルムＡ、フイルムＢの膜厚が測定できるのは．第
１図のような赤外線スペクトルをそれぞれのフイルムが
もつ場合である。

即ち、一方のフイルムが強く吸収する赤外線波長におい
て、他方のフイルムはほとんど吸収をもたない場合であ
る。

しかしながら現実の多層フイルムにおいては、このよう
な波長の組み合わせを選択することはかなり難しく、そ
れ故このような形の多層フイルム膜厚計は、実用化に遠
かったし、例え、可能でも限られたポリマーの組合わせ
よりなる多層フイルムに限定されていた。

本発明は従来のような非常に限定された波長の組み合わ
せの選定を緩和するものであり、一方のフイルムで強く
吸収される赤外線の波長において、他方のフイルムも吸
収があっても何等問題なしに、上記に示したような連立
方程式を演算することにより、それぞれの膜厚が求めら
れるものである。

即ち、本発明においては、第２図、第３図、第４図のよ
うな波長の組み合わせの場合においても、それぞれの膜
厚が計測できるわけである。

第２図は、一つの波長λ１においては、両フイルム共、
吸収をもち、別の波長λ２においては、一方のフイルム
のみ吸収をもつ場合である。

第３図は、二つの波長、λ１及びλ２においてどちらの
フイルムによっても吸収が存在し、一方の波長で一方の
フイルムの吸収が相対的に強く他方の波長では、もう一
方のフイルムの吸収が相対的に強い場合である。

第４図は、どちらのフイルム共、一方の波長λ１で吸収
を強く持ち、他方の波長λ２でそれと同程度ないしは、
小さな吸収をもつ場合である。

参照波長λＲの選定に関しては、その波長において、両
フイルムのどちらによってもほとんど吸収されない赤外
光の波長を選ぶのが最も好ましいが、やむを得ぬ場合は
、試料波長λ１，λ２における両フイルムの吸収係数よ
りも小さな吸収係数を持つ波長を選択すればよい。

参照波長としては，共通の参照波長λＲを一つだけ選択
してもよいし、λ１，λ２、別々に、その波長の近傍に
、それぞれ別の参照波長を設けてもよい。

今までの説明は、二つの異なるポリマーからなる多層フ
イルムの場合な一例として説明のために挙げているが、
三つ以上の異なるポリマーからなる場合も、試料波長を
３つ以上選択し、参照波長を一つ以上選択して、未知数
の数だけの連立方程式を作り、膜厚を演算処理して求め
ればよい。

但し、連立方程式の解が不定ないし、不能となるような
形になる波長の組み合わせの選定をさけなければならな
いのは、いうまでもない。

次に実際には、どのようにして膜厚の計測、演算処理を
行うかを説明する。

膜厚の演算処理を行うのは（５）式に基ずいて行うわけ
であるが、あらかじめ、（５）式を解くに必要なパラメ
ーターの設定が必要である。

まず第１に、多層フイルムがない状態での、■（λ１）
，Ｉ（λ２），■（λＲ）を測定することにより−Ｉ！
ｎ（ＩＯ（λ１）／Ｉｏ（λＲ））及び−１ｎ（Ｉｏ（
λ２）／Ｉｏ（λＲ））の値を決定する。

この値は光源の光量変動があっても常に一定であるため
、測定の最初に設定し、測定中、適当な時に、時々設定
しなおせばよい。

又、（α（λ１）−α（λＲ）），（β（λ１）−β（
λＲ）），（α）λ２）−α（λＲ）），（β（λ２）
−β（λＲ））のそれぞれの吸収係数は、被測定物であ
る多層フイルムと同一のもので、あらかじめ求めておく
必要がある。

これらのパラメーターを設定すれば、被測定物である多
層フィルムを透過してくる、Ｉ（λ１），Ｉ（λ２），
Ｉ（λＲ）を測定することにより（５）式に従がって、
膜厚値ｄＡ，ｄＢ、ないしはｄＡ＋ｄＢを演算によって
求めることができるわけである。

次にこのような膜厚演算計測方法を装置として、いかに
具体化するかを、最初に概略的にのべ、その後、具体的
な一例を示し、説明する。

本発明の装置として必要な構成要件は、それぞれの波長
におけるフイルム透過光量を測定する装置と、その計測
値から膜厚値を演算処理して、求める演算処理装置との
基本的には２つである。

先ず、フィルム透過光量を測定する装置については、そ
れぞれの波長の赤外単色光を得る分光部と、その赤外光
な検出する検出部よりなる。

分光部はフイルムに赤外光が透過する前に単色光化すべ
く、フイルムに透過する前の位置に設定してもよいし、
単色光化されていない赤外線をそのままフイルムに入射
させ、フイルム透過後の赤外光を単色光化するように設
置してもよい。

赤外光を単色光化する分光部としては、ある特定の波長
だけを透過させる赤外線狭帯域バンドパス干渉フィルタ
ーを必要な波長の数だけ、別々に設置してもよいし、分
散素子である回折格子、プリズム等を使って、連続的に
赤外単色光の波長な変化させてもよい。

父、連続的に中心透過波長の変わる、可変中心透過波長
赤外線狭帯域バンドパス干渉フィルターを使用して、赤
外単色光の波長を変化させてもよい。

連続的に波長可変な分光部は、様々な構成のポリマーか
らなる多層フイルムを色々と測定する汎用膜厚計の場合
に、必要となる。

検出部は、測定する必要のある波長範囲において検出感
度を持つ検出器であればよく、一つでも、２つ以上でも
良い。

一つのタイプの一つの検出器によって複数の波長の赤外
光を時分割的に検出するのが好ましい。

演算処理装置は、既知のアナログコンピュータ−、マイ
クロコンピューター、ミニコンピューター等を使用し、
膜厚計算、透過光量のデーター記憶、分光装置の単色光
の波長設定制御等を行うものである。

赤外線の投光部と赤外線の検出部の位置関係はフイルム
を挾むような形で、その両側に設置してもよいし、紙お
よびアルミニウム等の上に多層フイルムをコーティング
するような場合には、投光部と検出部はフイルムに対し
同一側に設置し多層フイルムコーティング表面から入射
し、フィルム中を透過、その裏面の紙およびアルミニウ
ム等で反射、散乱され再びフィルムを透過してくる赤外
光を検出できるような配置に設定してもよい。

次に本発明の具体的な例を第５図を参照しながら説明す
る。

直流定電圧または、直流定電流により点灯される赤外線
放射用光源１は、光強度が時間的に安定化されたもので
ある。

この光源１は使用する赤外線の波長に応じて、タングス
テンランフ、ハロゲンランプ、ニクロム線ヒーター、グ
ローバー等から適宜、選択したものが使用される。

即ちタングステンランプ、ハロゲンランプ共に、ランプ
のガラスによる赤外線吸収のため、２．５μｍよりも波
長の長い、赤外線領域では、有効な赤外線光源ではなく
なり、ニクロム線ヒーター、グロ−バーが望ましい光源
となるわけである。

２は光源１からの赤外線を集束するレンズ系であり、こ
のレンズ系２は、石英、ゲルマニウム、シリコン等から
使用する赤外線の波長に応じて、適宜、選択されたもの
である。

３はシンクロナスモーター４で回転せしめられる光チヨ
ツパーであり、この光チヨツパー３は赤外線を通さない
材質よりなり第６図に示すごとく、円盤上をなしていて
、同一円周上に中心が位置する如く、等間隔に狭帯域赤
外線バントパス干渉フィルターが取り付けられる孔が設
けられ、狭帯域赤外線バンドパスフィルターがとりつげ
られている。

レンズ系２を透過した赤外線は、光テヨッパー３の回転
により、狭帯域赤外線バンドパス干渉フィルターを時系
列的に透過するようになっており、また光テヨツパー３
にンは発光ダイオード又はランプからの光を通過させる
小孔３′が穿孔されている。

第６図はＡ，Ｂ２種類より成る多層プラスチックフィル
ムの膜厚な測定する例であり、それぞれのフィルムの膜
厚を求めるために、必要な赤外線の単色光を作りだすだ
めの狭帯域赤外線バンドパス干渉フィルターが３つ取り
付けられている。

そのうちの２つは、フイルムＡ，Ｂによって吸収のある
赤外光の波長を中心透過波長にもつ、試料用波長λ１
フィルター及び試料用波長λ２フィルターであり、他の
１つはフイルムＡ，Ｂではほとんど吸収のない赤外光の
波長を中心透過波長にもつ参照用波長λＲフィルターで
ある。

この３つの波長の選定は、前述したように、多層フイル
ムのそれぞれの膜厚が精度よく測定されるように、フイ
ルムＡ、フイルムＢの赤外吸収スペクトル，赤外光源，
検出器等を考慮して決定されたものである。

第６図では、Ａ，Ｂ２種類より成る多層フイルムの膜厚
を測定する場合を示してあるが、３種類以上の多層フイ
ルムの膜厚を測定する場合には、計測に適合した波長を
選択して、フイルムの積層数に応じて、光テヨツパー３
の取付孔に、試料用狭帯域赤外線バンドパス干渉フィル
ター、及び参照用狭帯域赤外線バンドパス干渉フィルタ
ーな増設すればよい。

５は、それぞれの狭帯域フィルタ一によって時系列的に
分離された、それぞれの単色光赤外線が透過する広帯域
赤外線干渉フィルターであり、周囲光の影響を無くすた
めに設けられている。

ここでは赤外線干渉フィルターを回転する光テヨツパー
に取り付けて、単色光を得ているが，これは一つの例で
あり、何等この特許を限定するものではない。

連続的に中心透過波長の変化する連続可変中心波長型赤
外線干渉フィルターを使用し、光源の前で、それを回転
することにより、赤外線のある領域を連続的に走査する
赤外線単色光を得るような形でもよい。

又、回折格子、プリズム等を使用して、連続的に波長可
変な赤外線単色光を得てもよい。

特に構成フイルムの種類が違う、様々な多層フイルムの
膜厚な、一つの汎用的な計測器で測定したい場合には、
そのすべての必要な赤外線単色光をとりだすために、そ
のそれぞれに、単一中心透過波長しかもたない狭帯域赤
外線バンドパス干渉フィルターを、使うよりは、赤外分
光器的に連続して単色光の波長を変化させることができ
るような、赤外線照射部の方が好ましい。

６は、静止または、連続的に走行している被測定物であ
る多層プラステックフイルムであり。

この一例の場合は、二つの異なったポリマーによつて作
られるフイルムＡ、及びフイルムＢよりなる。

この場合、フイルムＡ、フイルムＢの２層の場合だけで
なく、フイルムＡ，フイルムＢ、フイルムＡと積層され
た３層の場合、そして、もつと多く積層された場合にお
いても、同様にフイルムＡのそれぞれの層の膜厚の和、
およびフイルムＢのそれぞれの層の膜厚の和が測定され
る。

この多層フイルム６に、それぞれの単色光赤外線が時系
列的に、広帯域赤外線干渉フィルター５を通って同一光
路で、投光されるわけである。

即ち、第７図の■のような形で投光されるわけである。

７は多層フイルム６に投光され、該フイルム６を構成す
る、異なるポリマーによって形成されたフイルムによっ
て吸収された、各透過赤外線が通る広帯域赤外線干渉フ
ィルター、８は広帯域赤外線干渉フィルター７を透過し
た、各透過赤外線を集束するレンズ系であり、このレン
ズ系８はレンズ系２と同様に、材質は適宜、選択された
ものである。

９はレンズ系８で集束された、赤外線の光強度を検出す
るための検出器であり、この検出器９は、ＰｂＳ（硫化
鉛）検出器、ＰｂＳｅ（硫化セレン）検出器、焦電検出
器、あるいは液体空気で、冷却された種種の半導体検出
器等から成り、検出する赤外線の波長領域を考えて、ふ
さわしいものを使用する。

１０は検出器９で受光する赤外線の強度変化に応じてリ
ニアな電圧を出力する定電流方式の検出回路で第７図の
■のような出力信号が得られる、１１は暗電流キャンセ
ル回路であり、検出器９で、光源からの単色光赤外線が
受光されない時の検出器１０の暗抵抗によって生ずる、
非信号成分を取り除き、信号成分の光強度変化に比例し
た電圧成分を自動的に出力するようになっているもので
、温度、周囲光、外来雑音等による、暗電流の変化を自
動的にキャンセルする。

そしてゲート信号作成回路１５からの信号によってコン
トロールされる。

その時の信号波形は第７図の■である。

１５のゲート信号は、１３の発光ダイオードと１４のフ
ォトトランジスターによって光テヨツバーの小孔３′の
位置を検出して作成される。

１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｒは、それぞれ、波長λ１におけ
る試料信号用、波長λ２における試料信号用、波長λＲ
における参照信号用のそれぞれの信号を、後続する１６
Ａ，１６Ｂ，１６Ｒのピークホールド回路のそれぞれに
、時間的に、アナログ的に、スイッチ切替えを行うアナ
ログスイツチ回路で、ゲート信号作成回路１５によって
コントロールされる。

このアナログスイッチ回路により、１１によって出力さ
れた、時系列的にならんだ、それぞれの波長の赤外線単
色光の光量に相当する信号電圧が、定められたそれぞれ
のピークホールド回路１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｒに接続さ
れるわけである。

第７図の■にその信号波形を示す。

これはλＲ １チャンネル分だけしか表記されていない
。

すなわち、このアナログスイツチ回路により、波長λ１
における試料信号、波長λ２における試料信号、波長
八における参照信号の３つに分離されるわけである。

１６Ａ，１６Ｂ、１６Ｒはそれぞれ，波長λ１におげる
試料信号用、波長λ２における試料信号用、波長λ８に
おける参照信号用ピーク値ホールド回路である。

ピーク値ホールド回路は、それぞれの信号のピーク値を
次の信号がくるまでの間保持するものであり、新しい信
号がくれば、更新されて、そのピーク値をホールドする
ものである。

第７図の■に信号波形な示す。

これはλＲ波長１チャンネル分だけ表記している。

これによって、波長ハ波長λ２、波長λＲ、のそれぞれ
の信号のピーク値が，光チヨツパーの１回転ごとに、毎
回更新され、新しくホールドしなおされるわけである。

１７Ａ，１７Ｂ．１７Ｒは、それぞれ、波長λ１ にお
ける試料信号用、波長λ２における試料信号用、波長λ
Ｒにおける試料信号用、サンプル・アンド・ホールド回
路である。

これらは、それぞれ、１６Ａ、１６Ｂ，１６Ｒで保持さ
れているピーク値電圧を、３信号とも時間的に同時にサ
ンプリングして、その時の値をホールドし、後続する１
８Ａ，１８Ｂのｌｏｇ比回路の入力信号とする。

第７図の■に信号波形を示す。

これはλＲ波長１チヤンネル分だけ表記している。

この１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｒで保持されている信号電圧
は、多層フイルムによって吸収された、それぞれの単色
光赤外線の検出器に入る光量に比例しているわけである
。

１８Ａ，１８Ｂは、それぞれ、波長λ１におげる試料信
号用、波長λ２における試料信号用常用対数比回路であ
る。

第７図の■にその信号波形を示す。１８Ａは波長λ１に
おけるフィルム透過光量に対応する１７Ａの信号電圧Ａ
と、波長λＲにおげるフイルム透過光量に対応する１７
Ｒの信号電圧との比をとり、更にそれを常用対数（ｌｏ
ｇ）変換するものである。

１８Ｂは同様に、波長λ２におけるフイルム透過光量に
対応する１７Ｂの信号電圧と、波長λＲにおけるフイル
ム透過光量に対応する１７Ｒの信号電圧との比をとり、
更にそれを常用対数（ｌｏｇ）に変換するものである。

ここにおいて、それぞれ、参照用波長λＲにおける信号
電圧との間に比をとる理由は、参照用信号によって、波
長λ１、波長λ２における試料用信号を標準化させ、光
源の光量変化、フイルム表面における散乱、反射の影響
を、キャンセルすることにより補正し、そのような影響
を無くすことにより、膜厚計測精度の向上と、長期安定
性を計るものである。

また更に、ｌｏｇ変換を行うことは、上記によって得ら
れた、波長λ１及び波長λ２における透過率の値、その
ままでは、膜厚とリニアな比例関係にはならないため、
前述の（５）式で見られるように常用対数変換な行って
透過率の常用対数をとったものか、膜厚リニアに対応す
るようにしたものである。

（５）式においては自然対数をとっているが、実際の装
置化においては、常用対数変換を行っている。

自然対数変換と常用対数変換の違いは前にかかる係数の
違いだけで比例関係にあるので問題はない。

１９Ａ，１９Ｂはそれぞれ波長λ１用レベルシフト付増
巾回路、波長λ２用レベルシフト付増巾回路である。

ここでレベルシフトが必要な理由は、フイルムがない状
態では（５）式に見られるように、■ｏ（λ１）とＩｏ
（λＲ）及びＩｏ（λＢ）とＩ。

（λＲ）の光量、即ち、それぞれの波長における赤外光
の強度が同一であれば、（５）式の右辺の第１項は零と
なり、又第２項はフイルムが投光部と受光部の間に入っ
ていないので当然零となり、計測している量、即ち（５
）式の左辺は当然ながら零となり、回路における常用対
数比回路の出力は０になるのであるが、実際の装置にお
いては、一般的に、光源の放射強度の波長依存性、及び
それぞれの使用しているフィルターの赤外光透過率のバ
ラツキにより、必ずしも３つの波長の入射光としての単
色光赤外線光強度は同一でない。

それ故、フイルムがない状態の場合でも、即ち１００％
透過時において（５）式の右辺の第１項が定数項として
残ってしまい、実際の計測量であるフイルム透過後の光
強度、即ち、（５）式の左辺は、常に定数部分だけ、げ
たをはいた形で、フイルムの膜厚、即ち（５）式の右辺
第２項目と対応する。

それ故、実際の装置においては、多層フイルムの膜厚測
定に先立ち、まずフイルムのない状態で、生ずる、この
定数項に相当する電圧をレベルシフト回路によりキャン
セルし、フイルムのない状態では、１９Ａ，１９Ｂの出
力は常に０となるように設定するわけである。

これを終えてから、多層フイルムを設置し、膜厚測定を
行う時には、多層フイルムで吸収をうけた透過光量の透
過率の常用対数比をとったもの、すなわち、（５）式の
左辺は、フイルムの膜摩とリニアに対応するわけである
。

このように定数項をレベルシフト回路によって除かれ、
膜厚にリニアに対応する信号は、必要な増巾をへて、次
に演算処理部の信号として入力されるわけである。

２０Ａ，２０Ｂは、２つの入力信号を、一つの共通な可
変増巾回路２ｔ及びアナログデジタル変換器２２によっ
て共用して処理するための切替え用の、アナログ・マル
チプレクサーであり、コンピューターによってコントロ
ールされる。

２つの入力信号それぞれに独立の専用の可変増巾回路２
１、及びアナログデジタル変換器２２を設置する場合は
、このような切り替え動作をする回路は不要である。

２１は可変増巾回路で、コンピューターのコントロール
によりコンピューター入力に必要な電圧に増巾される。

２２は、アナログ・デジタル変換器で、アナログ量をコ
ンピューターの入力に可能なデジタル量に変換する。

この変換器としては、計測精度を向上させるために、ビ
ット数の多いＡ／Ｄ変換器、好ましくは１２ビット以上
のＡ／Ｄ変換器が良い。

父、この部分を電圧一周波数変換器として、カウンター
ヲ通して、コンピューターに入力する形でもよい。

２３は、マイクロコンピューター、又はミニコンピュー
ターで、２層フイルムの場合は、（５）式二組の式の左
辺を既知の計測データーとして，連立２元方程式を演算
処理することによってそれぞれのフイルムの膜厚を算出
するわけである。

２４は膜厚表示器で、プリンター、メーター、Ｘ−Ｙレ
コーダー等の既知の適当な表示装置である。

ここでは演算処理部としてこのような形を一例として示
したが、これのみに限定されない。

２５は、投光部、２６は受光部で、フイルムをはさむよ
うな透過型の設置でも、フイルムの同じ側に設置する反
射型の設置でもよい。

２７は、信号処理部、２８は演算処理部である。

以上が本発明を実施する一つの例であり、本発明は、こ
の装置のみに限定されるものではなく、これを包含する
ものである。

次に実施例を示す。実症例 被験物である多層フイルムとしてポリエチレンと塩化ビ
ニリデンよりなる二層フイルムを使用した。

装置の構成は第５図に示す通りであり、光源としてはタ
ングステンランプを定電圧で点灯した。

レンズとしては石英レンズを使用し、５０Ｈｚにおいて
２５ｒＰＳのシンクロナスモーターによって光テヨツパ
ーを１駆動した。

参照用波長λＲの単色光は、中心透過波長２．１０μ、
半値巾８０ｍμの狭帯域赤外線バンドパス干渉フィルタ
ーを利用した。

同じく、試料用波長λ１としては、中心透過波長２．３
２μ，半値巾８０ｍμの狭帯域赤外線バンドパス干渉フ
ィルターを、又試料用波長λ２としては、中心透渦波長
２．４０μ、半値巾８０ｍμの狭帯域赤外線バンドパス
フィルターを使用した。

検出器としてはＰｂＳ検出器を使用した。

第５図の２７信号処理部の構成の信号処理回路、及びモ
トローラー社製Ｍ６８００マイクロコンピューターから
なる演算処理部により、膜厚計測値を算出した。

設定膜厚としてポリエチレンが９４μ、塩化ビニリデン
が８μである多層フイルムの、実際の膜厚変動を本装置
によって測定し、顕微鏡による目視による計測値と比較
した結果、±１μの精度で計測された。

以上、述べたように、この発明は多層フイルム、又はシ
ートの各層の膜厚を測定する方法及び装置において、赤
外線を利用して、それぞれのフィルムの吸収による赤外
透過光量の変化を、それぞれの波長で測定し、それぞれ
のフイルムの、各波長における吸収係数の値とから演算
処理によって各層の膜厚を測定する方法及び装置を提供
するものである。

従来、出来なかった、多層フイルムの非接触、非破壊、
オンライン測定が可能となり、かつ計測精度の極めて高
く、多層フイルム製造プロセスの、膜厚制御、管理に貢
献できるなどの効果を有し、その工業的価値は大きいも
のがある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図は多層フイルムのポリ
マー構成が異なる場合の各層の赤外線スペクトルと、計
測のために必要な波長λ１、波長λ２、波長λＲの選定
を模式的に表わした図である。 第５図は本発明の方法の一つの実施装置の構成図である
。 第６図は本発明の方法の一つの実施装置のうち、単色光
を作る光チョツパーの一例である。 第７図は、本発明の方法の一つの実施装置のうちの、各
部分の信号波形を模式的に表わした信号波形図である。 １・・・光源、２・・・レンズ系、３・・・光チョッパ
ー、３Ａ・・・試料用波長λ１狭帯域赤外線バンドパス
干渉フィルター、３Ｂ・・・試料用波長λ２狭帯域赤外
線バンドパス干渉フィルター，３Ｒ・・・参照用波長λ
、狭帯域赤外線バンドパス干渉フィルター、３′・・・
小孔、４・・・シンクロナスモーター、５・・・広帯域
赤外線干渉フィルター、６・・・多層プラステックフイ
ルム，７・・・広帯域赤外線干渉フィルター，８・・・
レンズ系、９・・・検出器、１０・・・検出回路、１１
・・・暗電流キャンセル回路、１２Ａ・・・波長λ１に
おける試料信号用アナログスウイツチ、１２Ｂ・・・波
長λ２における試料信号用アナログスウィッテ、１２Ｒ
・・・波長λＲにおける参照信号用アナログスウィツテ
、１３・・・発光ダイオード、１４・・・フォトトラン
ジスター、１５・・・ゲート信号作成回路、１６Ａ・・
・波長λ１における試料信号用ピーク値ホールド回路，
１６Ｂ・・・波長λ２における試料信号用ピーク値ホー
ルド回路、１６Ｒ・・・波長λＲにおける参照信号用ピ
ーク値ホールド回路、１７Ａ・・・波長λ１にオケる試
料信号用サンプル・アンド・ホールド回路、１７Ｂ・・
・波長λ２における試料信号用サンプル゜アンド・ホー
ルド回路、１７Ｒ・・・波長λ８にオける参照信号用サ
ンプル・アンド・ホールド回路、１８Ａ・・・波長λ１
における試料信号用ｌｏｇ比回路、１８Ｂ・・・波長
λ２における試料信号用ｌｏｇ比回路、１９Ａ・・・波
長λ１ における試料信号用レベルシフト付増巾回路、
１９Ｂ・・・波長λ２における試料信号用レベルシフト
付増巾回路、２０Ａ・・・波長λ１における試料信号用
アナログマルチ・プレクサー、２０Ｂ・・・波長λ２に
おける試料信号用アナログマルテプレクサー、２１・・
・可変増巾回路、２２・・・アナログ・デジタル変換器
、２３・・・マイクロコンピュータ又はミニコンピュー
ター，２４・・・膜厚表示器、２５・・・投光部、２６
・・・受光部、２７；・・・信号処理部、２８・・・演
算処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定物である２種以上の異なるポリマーからなる
   複合多層フイルム及びシートの各ポリマ一層の膜厚を赤
   外線により測定するに際し、赤外線．領域における各ポ
   リマーの特性吸収波長を試料波形とし、各ポリマーの特
   性吸収とは無関係な一つ以上の波長を参照波長とする赤
   外線を被測定物に投光し、これを透過した各ポリマーの
   試料波長の赤外線透過光量と、参照波長の赤外線透過光
   量との比をとり、これらの比と、各ポリマーの試料波長
   及び参照波長における吸収係数とから各ポリマ一層の膜
   厚を演算することを特徴とする赤外線多層フイルム膜厚
   測定方法。 ２ 被測定物である２種以上の異なるポリマーからなる
   複合多層フイルム及びシートの各ポリマ一層の膜厚を赤
   外線により測定するに際し、赤外線を投光する赤外線投
   光部と、被測定物を透過して来た赤外線光強度を検出す
   る受光部と、その検出された光強度信号を処理する信号
   処理部と、膜厚を演算するための演算処理部を備えたこ
   とを特徴とする赤外線多層フイルム膜厚測定装置。 ３ 受光部に各波長の赤外線を時分割的に、単一の検出
   器によって検出する特許請求の範囲第２項記載の測定装
   置。 ４ 赤外線投光部と、赤外線受光部が被測定物をはさむ
   ような形で、被測定物の両側に配置された特許請求の範
   囲第２項記載の測定装置。 ５ 赤外線投光部と、赤外線受光部が、被測定物に対し
   、同一側に配置された特許請求の範囲第２項記載の測定
   装置。 ６ 各試料波長及び参照波長の赤外線単色光を得るため
   に、各波長ごとに、狭帯域赤外線バンドパス干渉フィル
   ターを使用した赤外線投光部を持つ特許請求の範囲第２
   項記載の測定装置。 ７ 可変中心波長狭帯域赤外線バンドバス干渉フィルタ
   ー、又は回折格子、又はプリズムを使用して、各波長の
   赤外線単色光をその範囲に含む、一定の赤外線波長範囲
   の赤外線単色光を連続的に得ることのできる赤外線投光
   部を持つ、特許請求の範囲第２項記載の測定装置。 ８ 受光部に暗電流キャンセル回路が組み込まれている
   特許請求の範囲第２項記載の測定装置。 ９ 信号処理部に常用対数比回路が組み込まれている。 特許請求の範囲第２項記載の測定装置。