JPH022081B2

JPH022081B2 -

Info

Publication number: JPH022081B2
Application number: JP18363683A
Authority: JP
Inventors: Katsue Kotari; Shusaku Shigeta; Hiroshi Yokota
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1990-01-16
Also published as: JPS6073406A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明はプラスチツクによる赤外線の特定吸
収を利用して、フイルム、特に極薄でゆれを伴い
ながら走行も透明もしくは半透明のフイルムの厚
みを連続的に測定するのに好適な赤外線厚み計に
関する。

［従来技術］プラスチツクフイルムに赤外線を照射した場
合、その物質固有の吸収と厚みに関係した赤外線
スペクトルが得られる。赤外線フイルム厚み計
は、原理的には赤外線の特定波長の吸収量がフイ
ルムの厚みに比例することから、逆に透過光量を
測定することによつてフイルム厚みを求めようと
するもので、従来より、例えば特開昭53−31155
号公報などでこの原理を用いた各種装置が知られ
ている。しかしながら、従来装置における測定対
象は、膜厚が10μｍ程度までのフイルムであり、
これに対し、現在の発展したフイルム製造技術に
より製造されるフイルムには膜厚が0.5〜5.0μｍ
の極薄フイルムがあり、この極薄フイルムに対し
ては従来装置をそのまま適用し得ないか若しくは
仮に適用するにしても精度よく測定できないとい
つた問題がある。

それは、赤外線の平行光束を被測定フイルムに
照射した場合にフイルムの上面と下面とにおいて
内部多重反射による相互干渉が顕著に生じ、測定
誤差が拡大し、遂には膜厚測定不能となつてしま
うこと、およびフイルムの厚みが極薄化するにつ
れ、照射する赤外線の特定吸収量も著減すること
から検出信号のＳ／Ｎ比が悪くなり、厚みを求め
るほどの分解能が得られないという二つの理由か
らである。

［発明の目的］本発明の主たる目的は、光干渉を除去するこ
と、換言すればフイルムの内部多重反射を生じな
いようにしてフイルムの厚みの測定精度を向上さ
せることである。

本発明のいま一つの目的は、極薄フイルムであ
つてもフイルム透過光の検出系の感度限界に無関
係に所望の分解能を得られるようにすることであ
る。極薄フイルムには静置されるもののほか、連
続的に走行するフイルムを含む。

本発明の他の目的は、連続的に走行するフイル
ムのゆらぎに対しても充分な対策を施すことであ
る。

また、本発明の他の目的は、同一場所の同時測
光として高速で走行するフイルムの厚みを連続的
かつ高精度で測定できるようにすることである。
これは、厚み測定において光学系、電気系、サン
プル系に依存する誤差要因が存することから頻繁
に検量線のチエツクの必要性があるが、これを克
服するためにいわゆる二波長（または多波長）測
光法が採用されるが、従来のように干渉フイルタ
が装着された回転板を用いた二波長時分割測光で
は高速走行フイルムの場合に必然的に測定誤差を
内包するからである。

本発明のさらに他の目的は、較正手段、好まし
くは自動的な較正手段を設けて、光源を含む光学
系および光検出系の波長特性に依存する経時変化
等の誤差を防止できるようにすることである。

［発明の概要］フイルム固有の吸収特性を示す波長成分と非吸
収特性を示す波長成分の少なくとも二つの波長成
分を含む帯域の赤外線を断続的に発生するととも
に、この赤外線をＰ偏光させる偏光子をを含む光
源部と、上記光源部から出力される赤外線を上記
フイルムのフイルム面に対し所定の角度すなわち
フイルムの材質によつて決まるブリユースター角
をもつて斜め方向から投光するとともに、該投光
角度を中心にして所定の角度範囲内において連続
的に変動させて該赤外線がフイルム上を走査する
ようにした光走査部と、上記フイルムに投光され
た赤外線の反射光を受光し受光強度に応じた反射
光信号を出力する反射光受光部と、上記フイルム
に投光された赤外線の透過光を受光し少なくとも
上記二つの波長成分に分光するとともに、それぞ
れの分光部の受光強度に応じた透過光信号を出力
する透過光分光部と、上記反射光信号と上記透過
光信号とを受信し、該反射光信号および該透過光
信号のバツクグランドノイズをそれぞれ除去する
とともに、該反射光信号を識別して最小反射光強
度における透過光信号を有効化し、該有効化した
少なくとも上記二波長成分の透過光信号に基づい
てフイルムの厚みを定量する基礎となる厚みデー
タを演算する信号処理部とを備えたことを基本的
な特徴とするもので、入射面に平行なＰ偏光がブ
リユースター角でフイルムに入射されるときフイ
ルム上面、下面での反射光成分は存在しなくなり
光干渉が除去でき、入射光はすべて透過光となつ
てフイルムでの特性吸収を除きエネルギーの損失
をなくすることができる。フイルムには、所定箇
所に静置されるものがあるが、連続的に走行し、
ゆらぎを伴つたフイルムもあり、このため、ブリ
ユースター角で入射したときのみの透過光信号を
有効化すべくブリユースター角以外で入射された
ときにはフイルムからの反射光が存在するという
事実を利用して、光走査部と反射光受光部、およ
び反射光を検知して入射光がブリユースター角で
入射されたかどうかを識別する信号処理部の一部
とを構成し、ブリユースター角で入射されたとき
のみの透過光信号に基づいてフイルムの厚みデー
タを演算するものである。そして、従来のように
異なる箇所に照射する時分割測光でなく、同一場
所の同時測光（波長分割測光）であることから、
高速で走行するフイルムの厚みを連続的かつ高精
度で測定できる。なお、上記波長分割測光では二
波長のみを用いるものに限らず、場合によつては
多波長の波長分割測光が有効である。

第２の発明は、上記特定発明の全部を主要部に
含むもので、フイルムに投光された赤外線が該フ
イルムを複数回透過するように透過光の光路を変
換する光路変換部を備え、フイルムを透過する赤
外線のうちフイルム固有の吸収特性を示す波長成
分の吸収能を高めるようにしたことを特徴とし、
ブリユースター角入射の場合にフイルム内部多重
反射光が存在せず無効となるエネルギー損失がな
く、さらに従来法のようにフイルムへの垂直入射
でなくブリユースター角に関係する斜め入射のマ
ルチパスの光学系で実質光路長をかせぐので、極
薄フイルムであつてもフイルム透過光の検出系の
感度限界に関係なく所望の分解能を得ることがで
きる。

第３の発明は上記特定発明の全部を主要部に含
み、被検体フイルムは連続的に走行するとともに
反射光受光部から出力される反射光信号に基づい
て、上記フイルムの走行に伴うゆらぎに応じて上
記ブリユースター角に係る設定投光角度を自動的
に修正する光走査制御部を備えたことを特徴と
し、好ましくは、光走査部に振動ミラーを含み上
記光走査制御部における上記設定投光角度の修正
をサーボ制御によつて行なう。

そして、第４の発明は上記特定発明の全部を主
要部に含み、第３の発明と同様に被検体フイルム
は連続的に走行し、フイルムの厚みを定量する基
礎となる厚みデータを演算する信号処理部から出
力される厚みデータと、予め設定される厚み変換
関数とに基づいてフイルムの真の厚みを演算する
データ処理部をさらに備えたことを特徴とする。

好ましくは、光源部、光走査部、反射光受光部
及び透過光分光部を一体的に構成し、この一体構
成体をフイルムの幅方向に移動自在に装置する。
そして、走行するフイルムの幅方向の外側で該フ
イルムの走行面と同一平面上に同種のサンプルフ
イルムを固定し、上記一体構成体をこのサンプル
フイルム位置まで移動させ、サンプルフイルムの
データ採取し、被検体フイルムのデータをこのサ
ンプルフイルムのデータで自動的に較正処理させ
るとともに、上記データ処理部に較正された厚み
データを出力するように構成する。

以下、本発明をその他の特徴とともに添付図面
に示す実施例によつて具体的に説明する。

［実施例］第１図は実施例の基本構成図である。

１は矢印方向に高速で走行する極薄フイルム
（以下、フイルムという）、２はフイルム１に固有
の吸収特性を示す波長成分（以下、測定波長とい
いλ_Sであらわす）と非吸収特性を示す波長成分
（以下、参照波長といいλ_Rであらわす）の少なく
とも二つの波長成分を含む赤外線２０を断続的に
生成する赤外線生成部２１と、赤外線２０をフイ
ルム１の入射面に平行な振動成分をもつた偏光す
なわちＰ偏光に偏光させる偏光子２２とを備えた
光源部である。３は、フイルム１の材質（特に屈
折率）によつて決まるブリユースター角θ_Bを中心
に所定の角度範囲±Δθで斜め方向から上記光源
部２のＰ偏光光２２をフイルム１上で走行する光
走査部で、振動ミラー３０とこの振動ミラー３０
を駆動する駆動部３１とからなる。４は、上記フ
イルム１に投光されたＰ偏光光２３の反射光４０
を受光し、受光強度に応じた電気信号すなわち反
射光信号ａを出力する反射光受光部で、集光ミラ
ー４１、コーンミラー４２、反射光検出器４３を
備える。５はフイルム１に投光されたＰ偏光光２
３が該フイルム１を複数回透過するように透過光
５０の光路を変換する光路変換部、６は、フイル
ム１を複数回透過してきた透過光５１を受光する
ととともに、この受光光を少なくとも上記二つの
波長成分λ_Sとλ_Rに分光しそれぞれの分光光強度に
応じた電気信号（以下、透過光信号といい、波長
λ_Sのものを測定波長信号ｂ、波長λ_Rのものを参照
波長信号ｃとする）を出力する透過光・分光部
で、６０は平面の反射ミラーである。

７は、上記反射光信号ａと測定波長信号ｂ、参
照波長信号ｃとを受信するとともに上記光源部２
から出力される断続信号ｄと上記光走査部３から
出力される周期信号ｅとを受信し、受信した反射
光信号ａを識別してフイルム１に投光された光の
うち、ブリユースター角θ_Bで入射されたときのみ
の入射光２３の透過光信号ｂ，ｃを有効化すると
ともに、この有効化した透過光信号ｂ，ｃに基づ
いてフイルムの厚みを定量する基礎となる厚みデ
ータｇを演算する信号処理部であり、透過光信号
を有効化するため振動ミラー駆動部３１に制御信
号ｆを与える制御回路部７０と、厚みデータを演
算し図示しない外部機器に厚みデータｇを与える
信号演算回路部７１とからなる。

赤外線生成部２１で生成された断続光は、振動
ミラー３０によつて設定された入射光すなわちブ
リユースター角θ_Bを中心に±Δθだけ角度偏向を
受ける。角度偏向を受けた断続光は偏光子２２に
入射し、Ｐ偏光成分のみ射出される。偏光子２２
には、例えばワイヤグリツド型のものを用いる。
この偏光子２２を透過したＰ偏光光２３が測定対
象のフイルム１に入射されると、一部は反射光４
０として反射し、残りは透過光５０として透過し
て反射ミラー５２に達する。この時、フイルム１
に入射するブリユースター角があれば反射光４０
存在せず透過光５０のみとなり光干渉は発生しな
い。

反射ミラー５２により反射された光は、再度フ
イルム１に入射され、そのうち透過光５１のみが
反射ミラー６０を介して透過光・分光部に導びか
れる。反射ミラー５２には、フイルム１に対し１
パス目の入射角がブリユースター角θ_Bの時、常に
他方もθ_Bとなるように凹面鏡を用いている。ま
た、第１図の例では２パスのマルルチパス系であ
るが、第２図に示されるように、フイルム１を挾
んで相対向して一対の反射ミラー５３，５４を設
けると４パスのマルチパス系が構成できる。透過
光の検出系の分解能に応じて一般にｎパスのマル
チパス系を容易に構成することが可能である。

透過光・分光部６に入射された光は、測定波長
成分λ_Sと参照波長成分λ_Rとに分光され、それぞれ
の光強度をそれぞれの検出器を用いて同時に検出
し、測定波長信号ｂと参照波長信号ｃとして信号
処理部７に入力される。他方、フイルム１に入射
された光２３のうち反射光４０は、集光ミラー４
１によつて集められ、反射光検出器４３に導光さ
れる。このとき、測定対象物の変動（フイルムの
波うちゆらぎ）によつて光軸も変動するので、コ
ーンミラー４２によつて光軸ずれによる検出誤差
を防ぐようにしている。反射光検出器４３に導光
された反射光４０は電気信号すなわち反射光信号
ａに変換され、信号処理部７に入力される。

次に、上記各部の具体的な構成を説明する。

光源部２は、第３図に示すように、赤外線生成
部２１とＰ偏光の偏光子２２とから構成され、赤
外線生成部２１では、ハロゲンランプ等の光源２
４からの光を集光ミラー２５で集光し、スリツト
２６によつて絞る。スリツト２６の通過光はチヨ
ツパ２７によつて周期的に遮光され、断続光とな
る。断続光はコリメートレンズ２８で平行光とな
り、広帯域カツトフイルタ２９に入射される。広
帯域カツトフイルタ２９は、測定波長λ_Sと参照波
長λ_R及び反射光として利用する波長成分を含む帯
域の赤外線を通過させそれ以外の波長成分をカツ
トする。射出された赤外線２０は偏光子２２に入
射する。ワイヤグリツド型の偏光子２２はこの赤
外線２０をＰ偏光光に偏光する。なお、偏光子２
２を赤外線生成部２１に含ませるように構成する
こともできる。

上記チヨツパ２７と相関してチヨツピング検出
器２７Ｄが設けられている。チヨツピング検出器
２７Ｄは、例えばフオトインタラプタなどで構成
され、光源光の断続に同期した断続信号としての
チヨツピング同期信号ｄを出力する。

第４図は透過光・分光部６の概略構成を示す。
図において、フイルムを透過してきた透過光５１
はバンドパスフイルム６１によつて、測定波長λ_S
及び参照波長λ_R近傍の赤外線のみがフイルタさ
れ、入射スリツト６２で絞られた後、コリメート
レンズ６３に導光される。コリメートミラー６３
によつて反射された平行光は回折格子６４に導光
され、分光される。分光光は再度コリメートミラ
ー６３で反射され、出射スリツト面に分光スペク
トルの帯を形成する。分光スペクトルの測定波長
λ_Sに対応する箇所に形成したスリツト６７を通つ
て測定波長λ_Sの分光光６５が射出すると同時に、
参照波長λ_Rに対応する箇所に形成したスリツト６
８を通つて参照波長λ_Rの分光部６６が射出する。

射出光６５，６６はそれぞれの光検出器６５
Ｄ，６６Ｄで受光される。光検出器６５Ｄ，６６
Ｄからは、分光光の強度に応じた測定波長信号
ｂ、参照波長信号ｃが出力される。なお、測定波
長λ_Sと参照波長λ_Rに分光する手段は、回折格子６
４に替えてプリズムとすることもできる。

また、測定波長、参照波長の検出器６５Ｄ，６
６Ｄに関し、測定対象フイルムの特性吸収波長領
域において感度の良好なものを使用する。フイル
ム１にポリエチレンテレフタレートフイルム
（PETフイルム）を使用する実施例では、測定波
長が2440nｍで、参照波長は2400nｍを使用する
のが好ましく、この場合１〜2.5μｍ帯に良好な感
度をもつPbSを使用する。2.5〜3.5μｍに特性吸収
波長を有する対象物の場合にはPbSeを使用する。

さらに、反射光の検出器４３（第１図）に関し
ては、一般に反射光４０は透過光５０より弱いこ
とから上記検出器６５Ｄ，６６Ｄよりも高感度
で、しかも干渉の影響を無視できる波長（測定波
長より短波長ほど良好）と検出波長幅を有するこ
とが必要である。このため、実施例においてはSi
フオトダイオードを使用し、700〜1000nｍの波
長領域の反射光を利用するようにした。

次に、第５図で光走査部３を図解する。同図
Ａ，Ｂにミラー３０の走査機構を、同図Ｃに走査
中心の制御機構を示す。

ミラー３０の下端中央には、筒状の軸部材３２
が固着され、固定の軸３３に支承されてミラー３
０が軸３３の軸線まわりに揺動自在となつてい
る。上記軸部材３２には、ミラー３０を揺動させ
るミラー駆動アーム３４が連設され、このアーム
３４の先端部の長孔３５にピン３６が摺動自在に
嵌挿され、ピン３６の下端は、半円部を周方向に
切り欠いた回転セクタ３７に偏心して固定されて
いる。回転セクタ３７はシンクロナスモータ３８
によつて図中矢印方向に回転される。シンクロナ
スモータ３８が回転すると、同図Ａに一点鎖線で
示すように、ミラー駆動アーム３４が軸３３の軸
線を中心に揺動し、ミラー３０もその揺動中心を
中心に周期的に揺動（振動）する。回転セクタ３
７には、これと相関して、同図Ｂによく示される
ように、フオトインタラプタで構成された振動ミ
ラー同期検出器３７Ｄが設けられ、この検出器３
７Ｄは回転セクタ３７のエツジによつて切替わる
振動ミラー同期信号ｅを出力する。

第５図Ａ，Ｂで示されたミラー振動部は、同図
Ｃで示される移動テーブル３９に固定される。移
動テーブル３９は支持台３９１に摺動自在に設け
られ、回転軸３９２にネジ切りを施したパルスモ
ータ３９３に制御信号ｆが入力されると、図中矢
印で示すように左右に移動制御される。移動テー
ブル３９が移動すると、ミラー振動部全体が絶対
固定軸３３に対し変位し、振動ミラー３０の振動
中心が制御される。なお、移動テーブル３９に
は、その反駆動側にバツクラツシユ防止用のバネ
３９４を設けている。また、ミラー３０の振動お
よびその移動機構に関しては第５図に図示するも
のに限らず、ピエゾ素子など歪素子等による電気
機械的構成または超音波等を利用した音響光学的
な構成としてもよい。制御精度に加えてコンパク
ト化の利点がある。

第６図に実施例のフイルム厚み測定測置の外観
構成図を示す。同図Ａはフイルム１の幅方向の正
面図、同図ＢはＡのＢ−Ｂ線に沿う断面図であ
る。フイルム１は図示しないローラないしガイド
部材で案内され、ある程度上下に自由な状態で連
続して走行するので、上下方向に波うちの揺れを
生じる。

１０１は、フイルム１の上方の上部フレーム１
０２とフイルム１下方の下部フレーム１０３とを
一体に連設したスキヤナフレームである。下部フ
レーム１０３には、フイルム１の幅以上にわたる
案内台１０４が設置され、移動台１０５はこの案
内台１０４に沿つて滑動できるようにラツク・ピ
ニオン１０６及びレール・車輪１０７を介して結
合されている。

測光部１０８は、この移動台１０５上に載置さ
れ、前述した光源部２と光走査部３とが構築され
た投光部１０９と、同じく前述した反射光受光部
４と透過光・分光部６とが構築された受光部１１
０とを備え、前述の信号処理部７もこの測定部１
０８に内蔵されている。一方、上部フレーム１０
２の下部には、反射ミラー保持フレーム１１１が
連設され、フイルム１の幅以上の長さの反射ミラ
ー（凹面鏡）５２が保持されている。

本例のフイルム厚み測定装置には、自動較正機
能も具備しており、移動１０５の下部に付設され
たフオトインタラプタ１１２は、自動較正用のタ
イミング信号を発生する検出器である。フオトイ
ンタラプタ１１２はスキヤナフレーム１０１の一
方側で下部フレーム１０３にに突設されたしや光
板１１３で光を遮断されたときに信号を発生す
る。このしや光板１１３の上方には、スキヤナフ
レーム１０１からフイルム１の一方の幅縁に向つ
て張り出すように標準サンプルホルダ１１４が設
置され、標準サンプルホルダ１１４にはフイルム
１と同材質の標準サンプルフイルムが保持されて
いる。図示しない標準サンプルフイルムは、フイ
ルム１の規定の走行面と同一平面をなすように固
定される。また、図からわからように、標準サン
プルホルダ１１４とフイルム１の幅方向端縁との
間には空隙１１５が形成されている。この空隙１
１５は、後述するように測定波長信号（Ｖ（λ_S））
と参照波長信号（Ｖ（λ_R））とから信号の補正係数
を求めるときに利用される。

上記移動台１０５は、スキヤナフレーム１０１
に付設れされたスキヤナ制御部１１６でその移動
がコントロールされる。また、測定部１０８はス
キヤナフレーム１０１に付設されたデータ処理部
１１７と図示しない伸縮自在なケーブルで連結さ
れ、測光部１０８に内蔵する信号処理部からの信
号を受ける。データ処理部１１７には操作パネル
１１８が形成され、内部にはマイクロコンピユー
タ若しくはマイクロプロセツサ等の演算制御手段
を含む。

なお、このデータ処理部１１７に上記信号処理
部を内蔵させるようにしてもよい。信号処理部に
ついては以下で詳述する。

また、第６図の構成では、反射ミラー５２がフ
イルム１の幅以上の長さを有する固定された凹面
鏡としたが、長大な凹面鏡が得難いときには、フ
イルム１を挾んで測光部１０８と相対向して設置
され、測光部１０８と同期して移動するものに構
成してもよい。この場合、長い凹面鏡は不要で短
いもので済む。機能的にも、本例は同一場所の同
時測光法を採用しているので少しぐらいの光路の
ずれがあつても問題はない。

次に、振動ミラーの制御回路７０と厚みデータ
の演算回路７１とを備える信号処理部７の具体的
な詳細を第７図に示す。

振動ミラーの制御回路７０は、反射光検出器４
３の反射光信号ａが入力される差動増幅器７０
１，チヨツパ同期検出器２７Ｄのチヨツパ同期信
号ｄが入力されるタイミング生成回路７０２、サ
ンプルホールド回路７０３と７０４、振動ミラー
同期検出器３７Ｄの振動ミラー同期信号ｅが入力
される信号分離回路７０５、平滑回路７０６と７
０７、差動増幅器７０８及びパルスモータタ３９
３の駆動回路７０９とから構成され、測定対象の
フイルム１が角度変動しても、振動ミラー３０の
振動中心が常時ブリユースター角θ_Bの入射角を保
持するように振動中心を追従制御するものであ
る。

その追従制御の原理を第８図に図解する。同図
Ａに示すように、測定対象フイルム１が規定の走
行面上を走行しているときにはブリユースター角
θ_Bで入射される。入射光２３をθ_Bを中心に±Δθ
の範囲で走査（偏向）させて反射光４０の強度を
検出し、ゆらぐフイルム１の変動角±αを検出
し、変動を打ち消すように逆にαだけ振動ミラー
の振動中心を移動制御するものである。同図Ｂに
フイルム１が規定の走行面上にあるとき（変動角
０）、上へゆらいだとき（＋α）、下へゆらいだと
き（−α）の各場合の反射光強度を入射角θを横
軸にとつたグラフを示す。このグラフの下にブリ
ユースター角θ_Bを中心にサンプリングする正弦波
を示し、同図Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３にそのとき反射光
強度の変化をそれぞれ示す。これを振動ミラー同
期信号ｅの正負の矩形波で分離し、それぞれの半
周期の直流成分を＋Δθ側のものから−Δθ側のも
のを差引くと、測定対象物が基準位置から幾ら変
動しているかの変動角±αが判り、差し引いた値
（電位差）をもつて変動角±αを打ち消す方法
（±αの角度制御を行うように）振動ミラー３０
の振動中心を移動する。

第９図に振動ミラー制御回路７０の具体的な波
形の一例を示し、その制作を説明する。なお、第
９図の括弧中の英数字ａ，ａ１〜ａ７，ｆ１，ｆ
２は第７図の信号名と対応し、第９図ａ１〜ａ７
及びｆ１，ｆ２のグラフの縦軸はａと同様、縦軸
に電圧、横軸に時間をとつている。

第７図において、反射光検出器４３から入力さ
れた反射光信号ａは、差動増幅器７０１とサンプ
ルホールド回路７０３によつて、検出器等の暗電
流や外乱光の影響によるバツク・グランド・ノイ
ズ（BGN）を除去された信号ａ１を得る（第９
図ａ１）。サンプルホールド回路７０３のホール
ドタイミングは、チヨツパ同期検出器２７Ｄから
入力された信号ｄをタイミンググ生成回路７０２
によつてしや光期間中の適当な時期に出力される
タイミング信号による。

差動増幅器７０１の出力ａ１は、サンプルホー
ルド回路７０４によつて信号ａ１のうち投光期間
中の信号のみが取り出され、信号ａ２を得る（第
９図ａ２）、以下同様）。上記サンプルホールド回
路７０４のホールドタイミングは、タイミング生
成回路７０２によつて投光期間中の適当な時期に
出力されるタイミング信号による。

信号ａ２は、信号分離回路７０５によつて、振
動ミラーの振動周期の半周期、即ち＋Δθ先のも
の（信号ａ３）と−Δθ側のもの（信号ａ４）と
に分離される。分離のタイミングは、振動ミラー
同期検出器３７Ｄからの信号ｅである。分離され
た信号ａ３，ａ４はそれぞれ平滑回路７０６，７
０７で平滑され、第９図ａ５，ａ６に示されるよ
うな平坦な直流信号に変換される。

信号ａ５と信号ａ６は差動増幅器７０８の＋、
−入力に入力され、差動増幅器７０８から両信号
の差信号ａ７が出力される（第９図ａ７）。この
差信号ａ７は、入射角（測定対象のフイルムと測
定ビームとなす角）と目標のブリユースター角θ_B
とのズレに比例した信号である。即ち正信号であ
ればθ_Bより大きく、負信号であるとθ_Bより小さい
入射角に振動ミラーの振動中心があることを意味
している。なお、振動中心がθ_Bである時、精密に
は差信号ａ７はOVとならないが、パルス駆動回
路７０９中の方向弁別回路（符号検出回路）部の
比較電圧を適切に調整することでOVとする補正
ができる。

パルス駆動回路７０９は、入力信号ａ７がOV
（精密には振動ミラーの振動中心がθ_Bの時の電圧）
に近づくようにパルスモータ３９３に対し駆動信
号ｆを出力する。即ち、正信号であれば負方向に
移動させる信号ｆ１を、負信号であれば正方向に
移動させる信号ｆ２を出力する（第９図の信号例
では負方向への移動であるので、ｆ１に示すパル
ス信号を正信号に比例した所定箇数出力する）。
上記動作を連続的に行なわせるとにより、測定対
象のフイルム１が角度変動しても常に振動ミラー
３０の振動中心はブリユースター角θ_Bの入射角を
保つことができる。

なお、本例では振動ミラー３０の振動中心をブ
リユースター角θ_Bの入射角を保つようにサーボ制
御を行つているが、これに替えて振動ミラー等で
走査して得た反射光信号ａの最小値を検出する最
小検出回路を設け、この最小値検出のタイミング
で透過光信号ｂ，ｃを有効化するような回路構成
することもできる。

次に、厚みデータの演算回路７１を説明する。
回路７１は、測定波長検出器６５Ｄの測定波長信
号ｂが入力されるバツクグランドノイズ除去回路
７１１と、参照波長検出器６６Ｄの参照波長信号
ｃが入力されるバツクグランドノイズ除去回路７
１２と、それぞれのサンプルホールド回路７１
３，７１４と、上記バツクグランドノイズ除去回
路７１１，７１２及びサンプルホールド回路７１
３，７１４にタイミング信号を与えるタイミング
生成回路７０２と、振動ミラー同期検出器３７Ｄ
の信号ｅが入力されるとともに自動較正用の検出
器（フオトインタラプタ）１１２から出力される
自動較正起動信ｈが入力されるタイミング生成回
路７１５と、それぞれのサンプルホールド回路７
１３，７１４の出力が入力された上記タイミング
生成回路７１５のタイミング信号が入力されると
フイルムのないときの両入力信号の比をとる信号
補正係数演算回路７１６と、サンプルホールド回
路７１３，７１４のそれぞれの出力が入力される
とともに上記信号補正係数演算回路７１６の出力
が入力され、タイミング生成回路７１５の他のタ
イミング信号が入力されてフイルムがあるときの
両信号の対数比をとるlog比回路７１７と、タイ
ミング生成回路７１５で生成されたステータス信
号ｉが入力されlog比回路７１７の出力を外部の
データ処理部１１７に出力する外部出力回路７１
８とから構成される。タイミング生成回路７１５
のステータス信号ｉの測定対象のフイルムと標準
サンプルのデータとを区別するためデータ処理部
１１７にも入力される。なお、測定波長検出器６
５Ｄと参照波長検出器６６Ｄには、常時安定した
検出信号を得るために電子冷却制御回路７１９が
接続されている。

厚みデータ演算回路７１の動作は、まず、測定
対象のフイルム１を透過した透過光を測定波長λ_S
と参照波長λ_Rにしてそれぞれの検出器６５Ｄ，６
６Ｄ得たた信号ｂ，ｃがそれぞれのバツクグラン
ドノイズ除去回路７１１，７１２に入力され、こ
の回路７１１，７１２によつて検出器６５Ｄ，６
６Ｄの暗電流や外乱光等のノイズ成分が除去され
る。そして、それぞれのサンプルホールド回路７
１３，７１４によつて投光期間中にフイルム１を
透過した信号のみが取り出される。双方のサンプ
ルホールド回路７１３，７１４の出力は、常にタ
イミング生成回路７０２で生成された同一タイミ
ングでサンプリングされた信号である。換言すれ
ば、常に同一条件下における（測定対象のフイル
ムの同一部位、同一光路における）測定波長信号
Ｖ（λ_S）と測定波長信号Ｖ（λ_R）である。

タイミング生成回路７１５は、振動ミラー同期
信号ｅと自動較正タイミング検出器１１２からの
自動較正タイミング信号ｈを用いて、信号補正係
数演算回路７１６とlog比回路７１７及び外部出
力回路７１８の制御タイミング信号を生成すると
ともに、データ処理部１１７に対してステータス
信号ｉを出力する。このステータス信号ｉによつ
ててデータ処理部１１７は、厚みデータ信号ｇが
測定対象のフイルムのデータであるか標準サンプ
ルのデータであるかを識別する。ステータス信号
は、第１０図のタイミングチヤートで示されるよ
うに、測定部１０８（第６図参照）が標準サンプ
ル位置にあるときにハイレベルを保持し、その位
置から図中左方向に移動すると、ハイレベルから
立下る。立下がりに応じてタイミング信号生成回
路７１５で信号補正係数演算タイミングの信号が
生成され、回路７１６を能動化する。このとき回
路７１６に入力されるのは、測定光路中に測定対
象のフイルムが存在しない箇所（第６図の間隙１
１５）の測定波長信号V₀λ_Sと参照波長信号V₀
（λ_R）である。信号補正係数演算回路７１６はタ
イミング信号に基づいてこの両信号比Ｋ１を第(1)
式のように演算する。

K1＝V₀（λ_S）／V₀（λ_R） …(1) この求められた比の値は、回路７１６中の記憶
手段中に記憶され、適時のタイミングで読出され
log比回路７１７に出力される。また、別の構成
ではデータ処理部１１７に出力するようにしても
よい。

log比回路７１７はタイミング生成回路７１５
からの制御タイミング信号、即ち測定光路中に測
定対象のフイルムまたは標準サンプルがあり、し
かも測定光の入射角がブリユースター角θ_Bの時の
測定波長信号Vθ_B（λ_S）と参照波長信号Vθ_B（λ_S）
を受信し、この信号の比に上記回路７１６から読
み出された補正係数Ｋ１を掛け合わせ、その結果
に対数演算を施し、厚みデータＡを求める。式で
示せば第(2)式となる。

Ａ＝log｛K1×Vθ_B（λ_R）／Vθ_B（λ_S）｝…(2) この回路７１７により、光の強度変化が厚み変
化にリニアライズされる。そして、回路７１７に
よつて求められたアナログの厚みデータは、タイ
ミングの生成回路７１５の制御タイミングに同期
して外部出力回路７１８でデイジタル信号に変換
され、デイジタルの厚みデータｇとしてデータ処
理部１１７へ出力される。特に、標準サンプルの
場合のタイミングを第１０図に示す。振動ミラー
同期信号の立下りに応じてlog比演算のタイミン
グがとられ、このタイミングの立下りに応じて外
部出力タイミングがとられて標準サンプルの厚み
データ信号が出力される。標準サンプル期間を示
すハイレベルのステータス信号ｉによりデータ処
理部１１７では、標準サンプルデータとして識別
し記憶する。標準サンプルデータは、測光部１０
８（第６図）を少なくとも２回往復させて得る。

データ処理部１１７では、測定対象のフイルム
の真の厚みが演算される。測定前に、標準サンプ
ルホルダ１１７（第６図Ａ）にセツトされるフイ
ルムの標準厚みd₀が操作パネル１１８よりデータ
処理部１１７に入力される。標準厚みd₀と、測光
部１０８からの実測データ信号ｇをステータス信
号ｉが標準サンプル位置にあることを示したタイ
ミングで続み込み（値をA₀とする）、第(3)式のよ
ううに比を求め、以降のフイルム厚み実測の場合
の厚み変換係数として用いる。

K2＝d₀／A₀ …(3) この係数K2を用いて以降の１復複もしくは複
数回の往複に際し、厚み演算が連続的に実施され
る。実測の厚みデータをＡとすると次の第(4)式の
演算である。

ｄ＝K2×Ａ …(4) 上記第(4)式の演算によつて得たフイルム厚み値
ｄは、所望の出力装置、例えばチヤートレコーダ
やプリンタ、CRT等に出力させることができる。
また、その出力内容も測定対象物の流れれ方向お
よび幅方向のプロフイルの表示とか、操作パネル
より設定された厚みdoの範囲を逸脱した場合
（例えば2μｍの厚みで±0.5μｍの範囲から逸脱し
たような場合）アラームを鳴動させて警告すると
か、あるいはフイルム製造装置の厚みの制御信号
として利用することができる。

なお、上記実施例に係るデータ処理部１１７で
は、標準厚みd₀を入力し標準サンプルの実測デー
タA₀により厚み変換係数K2により以降の実測に
よる厚みを演算するようにしているが、標準サン
プルによる実測データA₀を求めてないで（標準
サンプルに係る装置系をすべて排除して）も真の
厚みを定量することができる。即ち、フイルムを
何パスさせるかはマルチパス系の構成で決まり、
フイルムの吸光度も予め知られているので、測定
し出力される厚みデータＡに対し真のフイルム厚
みd₀とは一義的に対応する。したがつて、厚みデ
ータＡを変換としてフイルムの真の厚みを定量す
る関数（連続量でもプロツトされるような離数量
でもよい）を設定し、この関数を記憶させた記憶
手段（ROMが好ましい）をデータ処理部１１７
に備えるようにする。フイルムの種類が異なると
きは、例えばROMをフイルムの種類に応じて適
宜差し替えればい。簡単な手段で装置に汎用性を
具備させることができる。

［効果］以上、詳細に説明したように、本発明に係る赤
外線厚み計によれば、フイルムの極薄化に伴う光
干渉をＰ偏光光をブリユースター角で入射させる
ことにより、極薄のフイルムでもその膜厚を精度
よく計測することができ、また極薄フイルムの透
過光の検出係の分解能不足をマルチパス光学系で
解消できるとともにに測定対象物の変動による測
定誤差を生じるのを反射光の最小を検出すること
で制御して有効に防止することができる。さら
に、同一場所の同時測光としたので、測定部走査
時の光軸変動による誤差と高速で走行する対象物
に対し、従来のごとき二波長時分割測光おける測
光部位の差による誤差の双方を生ぜしめることが
ない。そして自動較正手段を併用すると、光源を
含む光学系および検出器の波長特性に依存する経
時変化の誤差を有効に防止し得る効果がある。

ちなみに、測定対象物を4.0μｍのPETフイル
ム、測定波長をλ_S＝2440nｍ、λ_R＝2400nｍ、反
射光検出波長領域を700〜1000nｍ、ミラー振動
周波数を25Hz、ミラー振動角度を±3°、チヨツピ
ング周波数1KHz、透過光を２パスとした上記赤
外線厚み計において、振動中心設定角度は58゜に
なり測定対象は±0.1μｍであつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の基本構成図、第
２図はマルチパス光学系の他の例を示す光路図、
第３図は光源部の詳細図、第４図は透過光・分光
部の詳細図、第５図は光走査部の詳細図で同図Ａ
は平面図、大図Ｂは側面図、同図Ｃは移動テーブ
ルの斜視図である。第６図は実施例の外確構成図
を示し同図Ａは正面図、同図ＢはＡのＢ−Ｂ線断
面図である。第７図は信号処理部のブロツク回路
図、第８図Ａ，Ｂ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３はそれぞれ
光走査部のサーボ制御の原理説明図、第９図ａ，
ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７，ｆ
１及びｆ２は振動ミラー制御回路各部の波形の一
例を示す波形図、第１０図は厚みデータ演算回路
の一例としてのタイミング図である。１……フイルム、２……光源部、３……光走査
部、４……反射光受光部、５……光路変換部、６
……透過光・分光部、７……信号処理部、２０…
…赤外線、２２……Ｐ偏光させる偏光子、θ_B……
ブリユースター角、４０……反射光、５１……透
過光。

【特許請求の範囲】

１被測定物体の表面に照射した光の反射光を受
光することによつて非接触で物体形状を測定する
装置において、一定の方向に照射した光の前記被
測定物体の表面からの反射光を受光し、該反射光
の前記受光器上の入射位置の違いから前記被測定
物体までの距離を検出する変位計と、該変位計を
３次元的に駆動する３次元駆動機構と、前記変位
計の取り付け角度を変化させる１つの角度変化機
構と、前記変位計による距離の測定値、前記３次
元駆動機構の駆動量および前記変位計の取り付け
角度を入力して必要な演算を行うとともに前記３
次元駆動機構と前記角度変化機構とを駆動制御す
る演算制御機構とよりなり、前記角度変化機構の
回転中心軸と前記変位計からの照射光の光軸の延
長線とは交差するように構成してあることを特徴
とする物体形状の非接触測定装置。２前記角度変化機構の回転中心軸と照射光の光
軸の延長線とは、照射光線の太さの範囲内で交差
するように構成してある特許請求の範囲第１項記
載の物体形状の非接触測定装置。３被測定物体の表面に照射した光の反射光を受
光することによつて非接触で物体形状を測定する
装置において、一定の方向に照射した光の前記被
測定物体の表面からの反射光を受光し、該反射光
の前記受光器上の入射位置の違いから前記被測定

Claims

【特許請求の範囲】１フイルム固有の吸収特性を示す波長成分と非
吸収特性を示す波長成分の少なくとも二つの波長
成分を含む帯域の赤外線を断続的に発生するとと
もに、この赤外線をＰ偏光させる偏光子を含む光
源部と、上記光源部から出力される赤外線を上記フイル
ムのフイルム面に対し所定の角度をもつて斜め方
向から投光するとともに、該投光角度を中心にし
て所定の角度範囲内において連続的に変動させて
該赤外線がフイルム上を走査するようにした光走
査部と、上記フイルムに投光された赤外線の反射光を受
光し受光強度に応じた反射光信号を出力する反射
光受光部と、上記フイルムに投光された赤外線の透過光を受
光し少なくとも上記二つの波長成分に分光すると
ともに、それぞれの分光光の受光強度に応じた透
過光信号を出力する透過光分光部と、上記反射光信号と上記透過光信号とを受信し、
該反射光信号および該透過光信号のバツクグラン
ドノイズをそれぞれ除去するとともに、該反射光
信号を識別して最小反射光強度における透過光信
号を有効化し、該有効化した少なくとも上記二波
長成分の透過光信号に基づいてフイルムの厚みを
定量する基礎となる厚みデータを演算する信号処
理部とを備えたことを特徴とする赤外線厚み計。２上記偏光子が上記光走査部と上記フイルム面
との間の光路中に配置された特許請求の範囲第１
項記載の赤外線厚み計。３フイルム固有の吸収特性を示す波長成分と非
吸収特性を示す波長成分の少なくとも二つの波長
成分を含む帯域の赤外線を断続的に発生するとと
もに、この赤外線をＰ偏光させる偏光子を含む光
源部と、上記光源部から出力される赤外線を上記フイル
ムのフイルム面に対し所定の角度をもつて斜め方
向から投光するとともに、該投光角度を中心にし
て所定の角度範囲内において連続的に変動させて
該赤外線がフイルム上を走査するようにした光走
査部と、上記フイルムに投光された赤外線の反射光を受
光し受光強度に応じた反射光信号を出力する反射
光受光部と、上記フイルムに投光された赤外線が該フイルム
を複数回透過するように透過光の光路を変換し
て、該フイルムを透過する赤外線のうち上記フイ
ルム固有の吸収特性を示す波長成分の吸収能を高
めるようにした光路変換部と、上記フイルムに投光された赤外線の透過光を受
光し少なくとも上記二つの波長成分に分光すると
ともに、それぞれの分光光の受光強度に応じた透
過光信号を出力する透過光分光部と、上記反射光信号と上記透過光信号とを受信し、
該反射光信号および該透過光信号のバツクグラン
ドノイズをそれぞれ除去するとともに、該反射光
信号を識別して最小反射光強度における透過光信
号を有効化し、該有効化した少なくとも上記二波
長成分の透過光信号に基づいてフイルムの厚みを
定量する基礎となる厚みデータを演算する信号処
理部とを備えたことを特徴とする赤外線厚み計。４フイルム固有の吸収特性を示す波長成分と非
吸収特性を示す波長成分の少なくとも二つの波長
成分を含む帯域の赤外線を断続的に発生するとと
もに、この赤外線をＰ偏光させる偏光子を含む光
源部と、上記光源部から出力される赤外線を走行するフ
イルムのフイルム走行面に対し所定の角度をもつ
て斜め方向から投光するとともに、該投光角度を
中心にして所定の角度範囲内において連続的に変
動させて該赤外線がフイルム上を走査するように
した光走査部と、上記フイルムに投光された赤外線の反射光を受
光し受光強度に応じた反射光信号を出力する反射
光受光部と、上記反射光信号に基づいて上記フイルムの走行
に伴う揺れに応じて上記設定投光角度を自動的に
修正する光走査制御部と、上記フイルムに投光された赤外線の透過光を受
光し少なくとも上記二つの波長成分に分光すると
ともに、それぞれの分光光の受光強度に応じた透
過光信号を出力する透過光分光部と、上記反射光信号と上記透過光信号とを受信し、
該反射光信号および該透過光信号のバツクグラン
ドノイズをそれぞれ除去するとともに、該反射光
信号を識別して最小反射光強度における透過光信
号を有効化し、該有効化した少なくとも上記二波
長成分の透過光信号に基づいてフイルムの厚みを
定量する基礎となる厚みデータを演算する信号処
理部とを備えたことを特徴とする赤外線厚み計。５上記光走査部に振動ミラーを含み、上記光走
査制御部における上記設定投光角度の修正がサー
ボ制御によつて行なわれる特許請求の範囲第４項
記載の赤外線厚み計。６フイルム固有の吸収特性を示す波長成分と非
吸収特性を示す波長成分の少なくとも二つの波長
成分を含む帯域の赤外線を断続的に発生するとと
もに、この赤外線をＰ偏光させる偏光子を含む光
源部と、上記光源部から出力される赤外線を走行するフ
イルムのフイルム走行面に対し所定の角度をもつ
て斜め方向から投光するとともに、該投光角度を
中心にして所定の角度範囲内において連続的に変
動させて該赤外線がフイルム上を走査するように
した光走査部と、上記フイルムに投光された赤外線の反射光を受
光し受光強度に応じた反射光信号を出力する反射
光受光部と、上記フイルムに投光された赤外線の透過光を受
光し少なくとも上記二つの波長成分に分光すると
ともに、それぞれの分光光の受光強度に応じた透
過光信号を出力する透過光分光部と、上記反射光信号と上記透過光信号とを受信し、
該反射光信号および該透過光信号のバツクグラン
ドノイズをそれぞれ除去するとともに、該反射光
信号を識別して最小反射光強度における透過光信
号を有効化し、該有効化した少なくとも上記二波
長成分の透過光信号に基づいてフイルムの厚みを
定量する基礎となる厚みデータを演算する信号処
理部と、上記信号処理部から出力される厚みデータと、フイルムの真の厚みを定量するための所定の厚
み変換関数とに基づいてフイルムの厚みを演算す
るデータ処理部とを備えたことを特徴とする赤外
線厚み計。７上記光源部、光走査部、反射光受光部および
透過光分光部が一体的に構成され、この一体の構
成体が上記フイルムの幅方向に移動自在である特
許請求の範囲第６項記載の赤外線厚み計。８上記設走行するフイルムの幅方向の外側で上
記フイルム走行面と同一平面上に上記フイルムと
同種のサンプルフイルムを固定し、上記一体の構
成体が該固定のサンプルフイルム位置まで移動可
能である特許請求の範囲第７項記載の赤外線厚み
計。９上記厚みデータは、上記固定のサンプルフイ
ルムからの透過光信号に基づいて自動較正された
ものである特許請求の範囲第８項記載の赤外線厚
み計。１０上記データ処理部には、上記信号処理部か
ら出力される厚みデータを変数としてフイルムの
真の厚みを一義的に定量可能な厚み変換関数を記
憶させた記憶手段を備える特許請求の範囲第６項
記載の赤外線厚み計。