JPH04157348A - 光学式測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ、産業上の利用分野 本発明は光学式測定方法及びその装置に関し、例えばレ
ントゲンフィルム用のブルーベース等の着色濃度を測定
するための濃度測定方法及び濃度計に関するものである
。

口、従来技術 従来、例えばレントゲンフィルム用のブルーベースは、
医師、Ｘ線技師らから見やすさの要求が高い安定した青
色を呈していなければ、レントゲン写真に濃淡によるム
ラが生じ、像が見ずらくなる。

こうした問題に対しては、ブルーベースの製造段階で濃
度計によって濃度管理、制御を行っている。

第１６図には、ブルーベースの製造工程を示すが、まず
原料溶融機１において、ポリエステルからなるクリアチ
ップとブルー染料との混合物を溶融する。この混合物は
グイ（吐出ヘッド）７へ送り、そして、このダイアから
所定ブルー濃度のポリエステル液をキャスティングドラ
ム８上に吐出させ、幅広のフィルムＦに成形した後、加
熱下に延伸機９で縦方向（長さ方向）に延伸し、更に延
伸機１０で横方向（幅方向）に延伸する。こうして延伸
されたフィルムは引続いてロール１４として巻取る。な
お、図中の１５は膜厚計である。

上記の製造工程において、得られたブルーベースの濃度
は工程中通じて一定ではな（、染料の配合ムラ、計量誤
差、フィルム製膜時の塗布厚の誤差（吐出量の変動）等
によって濃度ムラが生じ易い、こうした濃度ムラは一般
に、ブルー染料濃度とフィルムの膜厚とによって生じる
ので、それらの双方を検出して制御する必要がある。そ
こで従来では、濃度測定を下記に示すようにオフライン
で行い、膜厚測定は上記した膜厚計１５で行う（膜厚測
定によりダイアの吐出量の制御等を行う。）ようにして
いる。

即ち、従来から行われているベース濃度測定は、第１７
図に示すように、オフラインで個々のロール１４の巻終
端（斜線領域）ＦＳを切取り、この部分に対し例えばそ
の３箇所を接触式の濃度計で濃度測定するものである。

この測定はオフラインでしかも手動で行われるものであ
るため、まず第１に、フィルムをロール状に巻き取った
後に各ロール毎に測定を行うために、測定間隔が長時間
髪することになる。従って、常時の濃度測定が不可能で
あると共に、上記の測定濃度に基いて濃度コントロール
を行うまでに相当の時間が必要となり、それまでに成形
されたベースフィルムが無駄となってしまうことがある
。そして、１本のロールについては、巻取られたフィル
ムはその長さ方向で場所的に濃度が異なることがあるた
め、第１７図のように巻終端のみの測定濃度だけでは不
正確となるおそれがある。

第１８図には、従来の濃度測定を概略的に示したが、ロ
ール１４の各本毎にその巻取り毎に濃度測定を行うが、
そのプロットされた測定値が規格範囲から外れないよう
に、既測定値の傾向をみてそれ以降の濃度制御を行うよ
うにしている。例えば、前回までの測定濃度が低下傾向
にあるときには次回の濃度設定を比較的高めにする、と
いった経験則に鯨っている。これでは濃度制御が一層不
正確となり易い。また、各サンプリングの間のインター
バルでは濃度測定をしていないことになるので、その間
の濃度変化は検出できないことになる。

ハ１発明の目的 本発明の目的は、上記した濃度測定の如き測定を連続的
にかつ正確に行え、かつ、測定自体も高精度で安定に行
える方法及びその装置を提供することにある。

二１発明の構成 即ち、本発明は、光源からの光を被測定物に入射させ、
この被測定物の透過光又は反射光を受光素子に集光させ
ることによって前記被測定物についての測定を行い、こ
の際、前記被測定物の分光吸収の大きい波長域に測定波
長域を合わせると共に、前記光源の分光光度変化を検出
して前記光源の管理を行う光学式測定方法に係るもので
ある。

また、本発明は、光源と受光素子とを有し、前記光源か
らの光を被測定物を透過又はそこで反射させて前記受光
素子に集光させるように構成され、前記被測定物の分光
吸収の大きい波長域に合わせた測定波長域を有し、かつ
、前記光源の分光光度変化を検出する検出手段が設けら
れている光学式測定装置も提供するものである。

ホ、実施例 以下、本発明の詳細な説明する。

第１図〜第１５図は、本発明の第１の実施例を示すもの
である。

本実施例の濃度測定方法及びその装置によれば、非接触
式の光学式濃度計２０をオンライン中に配設し、例えば
横方向延伸機１０の下流側の少なくとも１箇所に設けて
いる。

この濃度計２０は、第１３図に概略図示するように、投
光部Ａと受光部日とを共通の光軸上に有し、これらの間
に被測定物（測定対象）のブルーベースＦが介在するよ
うにして測定を行うものである。投光部Ａは、光源ラン
プ（例えばハロゲンランプ）２１と、このランプからの
光２２ａを一定径のビームに絞るための絞り２３と、ブ
ルーベースＦの分光特性に対応した波長光２２ｂを得る
ためのフィルタ２４と、ブルーベースＦに対して集光光
２２ｃを入射させるための凸レンズ■及び■とによって
構成されている。また、受光部臼は、ブルーベースＦか
らの透過光２２ｄを集光させるための凸レンズ■と、こ
の凸レンズで集光された光２２ｅを受光するフォトダイ
オードＰＤとによって構成されている。

この濃度計２０において注目されるべき構成は次の通り
である。

（Ａ）、ランプ２１のフィラメント像はレンズ■上に結
像し、また絞り２３による像（スリット像）はフォトダ
イオードＰＤ上に結像されるように配置している。これ
は、ランプ２１が形成するフィラメント像によるムラの
ない均一な光２２ｃ、２２ｅをブルーベースＦ、フォト
ダイオードＰＤに対して照射するためである。

（Ｂ）、レンズ■、■によって集光光２２ｃ（これには
平行光と共にフォトダイオードＰＤ上に集光可能な光を
含む。）をブルーベースＦに入射させ、透過させ、更に
レンズ■に入射させる。これによって、全光量をフォト
ダイオードＰＤ上に集光させることができる。この場合
、破線で示す拡散光２２ｄ′がブルーベースＦによって
生じるが、その拡散光２２ｄ′も測定の高精度化に必要
な光量として集光させる。こうして、フォトダイオード
ＰＤには、正透過光２２ｄのスポット２５と拡散光２２
ｄ′によるスポット２５′とが同心状に形成される。

（Ｃ）、上記のランプ２１、絞り２３、フィルタ２４、
レンズ■、■、■、フォトダイオードＰＤは同一の光軸
上に配置する（光軸を共通にする）。

（Ｄ）、ブルーベースＦの分光吸収の大きい波長域に合
せた測定波長域（例えば６２０ｎｍ付近）を有するよう
に、ランプ２１とフィルタ２４と受光素子ＰＤとを組み
合せている。

（Ｅ）、ランプ２１の分光光度変化を検出するための色
彩色度計５０をランプ２１の近傍位置に設けている。

上記のように濃度計２０を構成することによって、下記
に示す如き特長が生じる。

（ａ）、ランプ２１のフィラメント像は本来その像中に
明るさのムラを有しているが、そのフィラメント像はレ
ンズ■に結像させる一方、フィラメント像による上記ム
ラのない均一な光をブルーベースＦ及びフォトダイオー
ドＦＤに照射させ、絞り２３によって絞られた任意の径
の一定径光を導いている。即ち、ベースＦに対する照射
光にフィラメント像があると、それ自体に光量分布を持
つために透過光自体が光量分布を持つことになり、搬送
中のベースをサンプリングしながら測定する時にその光
量分布が誤差となって現れる。また、フォトダイオード
ＰＤに対する照射光にフィラメント像があると、上記し
たと同様の理由から光量分布が誤差となり、かつフォト
ダイオードＰＤの感度ムラもあって測定精度が悪くなり
易い。しかしながら、上記したように、フィラメント像
によるムラのない均一な光（従って、フィラメント像の
ない照射光）をベースＦ及びフォトダイオードＰＤに照
射しているので、これらにはフィラメント像の光量分布
の影響がなくなる。この結果、常に均一な安定した光を
ブルーベースＦのみならずフォトダイオードＰＤに照射
できるので、フォトダイオードＰＤの出力は常に安定し
て得られ、高精度の測定を行え、また、ブルーベースＦ
上にも均一光が一定位置に照射されるため、ベース面の
粗さによる影響も実質的に無視できるものとなる。

これは、投光部Ａ及び受光部臼を単一の共通した光軸上
に配設した単一光源−光路方式に構成したことによって
保証される。

第１４図は、上記した光学系の一例を示すものである。

これによれば、レンズ■−受光素子ＰＤ間の距離を所定
値にしたときには均一光のスポット２５が得られるが、
レンズ■−受光素子ＰＤ間の距離を大きくして受光素子
ＰＤを非結像位置に配したときにはムラのあるスポット
光となる。即ち、受光素子ＰＤが非結像位置にあるとき
には、ムラのあるスポット光によって受光素子ＰＤの受
光面の感度ムラの影響で出力が変化し易い。

なお、測定対象に均一光を照射する技術については例え
ば特開昭５９−２６０２３号公報に開示されているが、
受光素子に対しては均一光を照射しないために、受光素
子の受光面の場所的な感度ムラによって照射位置ずれが
生じたときに出力に影響を及ぼし、高精度な測定ができ
ない。

しかも、１光源２光路方式による測定であるため、測定
光と参照光の各光軸を夫々設定しなければならず、光軸
のばらつきが生じないように配置する必要があり、また
出力ドリフトの補正も必要となる。

（ｂ）、ブルーベースＦに対し集光光２２ｃを照射し、
全光量（拡散光２２ｄ′も含めて）をフォトダイオード
ＰＤ上に集光させることができるので、フォトダイオー
ドＰＤ上に集光される光の光量差は生じず、測定精度に
影響がない。

しかも、全光量を集光させているために集光される光の
光量差が生じないことによって、ブルーベースＦが光軸
に沿う方向に偏位（平行移動）しても測定に影響はない
。

（Ｃ）、測定精度にとって必要な光量を安定して集光さ
せることができ、集光のためにビームコレクタ等の特定
の集光手段は不要であり、高精度で安定した測定が可能
となる。

これに反し、例えば特開昭６１−６５１２３号公報のよ
うに溶液中で光ファイバーからなる投光部と受光部を近
接させたり、或いは特開昭６１−２２２２０号公報のよ
うにビームコレクタで集光させる技術があるが、光ファ
イバーの端面状態によって集光量が変化したり不十分と
なり、またビームコレクタの場合はその表面に付着した
ホコリ等の汚れによってやはり集光量が変化してしまう
。

（ｄ）、第８図に示すように、ブルーベースＦの分光吸
収スペクトルが最も良く光吸収を示す吸収帯５１に、ラ
ンプ２１、フィルタ２４及び受光素子ＰＯの各分光感度
の合成による分光感度５２を一致させている（即ち、測
定波長域を６２Ｏｎｍ付近に合せている）ので、分解能
が向上し、高精度な測定が可能となる。即ち、吸収帯５
１の波長域では、第８図に示すようにブルーベース濃度
の変動を最も大きくとらえる（従って最も分解能　が向
上する）ことができるので、その吸収帯に測定波長を合
せると、ベース濃度変化を正確に測定することができる
。

（ｅ）、Ｌかしながら、連続使用によるランプ２１の劣
化で受光素子ＰＤの出力が変動する場合があるが、こう
した変動はランプ２１の分光光度変化によって生じるも
のであり、単にランプ２１の光量を検出してキャリブレ
ーションを行うだけでは正確に検出できないことが分っ
た。

上記したように測定対象Ｆが分光特性を有するので、ラ
ンプ２１の劣化によって特に分光感度５２が変化すれば
、測定精度に大きく影響を与えてしまう。これに対し、
本発明に基いてランプ２１０分光光度変化を邑温度変化
として色彩色度計５０によって測定し、ランプ２１を色
温度で管理すれば、ランプ２１の交換時期を正しく検知
し、劣化したランプを早期に交換する等して受光素子の
出力が常に所定値を示すように高精度の濃度測定を行う
ことができるのである。

なお、特開昭５９−１３２３２０号、同５１−４８３７
９号公報のように、光源を参照光（０点）として監視す
る技術があるが、光量だけでは、ランプの分光特性の変
化は分らない。

第９図には、ランプの分光特性と色温度の関係を示した
が、測定波長付近で色温度に応じてランプの放射強度が
かなり変化することが分る。

また、第４図はハロゲンランプの分光分布、第５図は受
光素子の分光感度、第６図は短波長域をカントするシャ
ープカットフィルタの分光特性、第７図は長波長域をカ
ットする熱線吸収フィルタの分光特性を夫々示す。第４
図〜第７図に例示した各光学部品の組み合せによって、
第８図に示した如き測定波長を設定することができる。

なお、上述のフィルタ２４は上記のシャープカットフィ
ルタと熱線吸収フィルタとの組み合せからなっていてよ
い。

以上の如き特長を有する濃度計２０は、測定対象に対し
て非接触で高精度の濃度（透過濃度）測定が可能であり
、第１５図に示す如くにオンライン中に設けることがで
きる。従って、ブルーベースＦの濃度を連続的にしかも
高精度に検出し、これに基いて早期に調整、制御し、濃
淡ムラのない（或いはムラの少ない）ベースを作製する
ことができる。

即ち、第１３図において、ブルーベースＦの濃度変化は
フォトダイオードＰＤ上への光量変化となって検出でき
る（入射光量が多いときはベース濃度率、入射光量が少
ないときはベース濃度大）。

フォトダイオードＰＤから得られる出力電流は、図示省
略したログアンプでリニアな出力電圧に変換され、更に
これが増幅されて制御回路に入力される。

第１０図〜第１２図は、上記した濃度計２０のライン中
での具体的な配置例を示す（但し、光学系の配列は第１
３図に示したものとは左右逆になっている）。

第１０図によれば、濃度計２０の各構成部品は夫々ｘ、
ｙ、ｚ方向の調整機構付きのホルダー３０．３１．３２
．３３．３４．３５．３６に固定され、投光部Ａ及び受
光部臼では各共通の固定板３７．３８上にセットされて
全体がカバー３９で覆われている。ランプ２１の後方に
は色彩色度計５０が配されている。ブルーベースＦは投
光部Ａと受光部臼との間を矢印４９方向へ搬送されるが
、第１２図ではフレーム４３に夫々取付けられた各搬送
ロール４０を示す。濃度計２０は、フレーム４３に固定
した取付は台４４に設けられたスライダ４５に対し、ラ
ンナー４６を介して移動可能に配設されている。なお、
図中の４７はケーブルであって、上記のフォトダイオー
ドＰＤの出力が取出されている。

上記において、本発明に基いて、ランプ２１の後方（Ａ
）には、ランプ２１の色温度を測定するための色彩色度
計５０が、光軸合せ用スペーサ５１を介して固定板３７
の端部に位置合せされて固定されている。色温度測定に
際しては、■ベース濃度測定位置（第１１図参照）にお
いてベースＦが存在しないときに測定を行う。■ベース
濃度測定位置からリニアスライダ４５でランナー４６を
介し濃度計２０を矢印５２方向へ移動させ、適切な箇所
で停止させて測定を行う（この場合、ベースＦの製造中
でも測定回）。上記の■又は■の要領で色温度測定を行
ってよいが、第１０図の位置に色度計５０を外部から取
付けてもよいし、或いは色度計５０を予め同位置に内蔵
させておいてもよい（この場合は、ベースＦを搬送しな
がらでも常にランプ２１の色温度を監視できる）。

次に、上記したランプ２１の色温度の測定例を第１図〜
第３図について詳述する。

第３図には、ランプ２１と色彩色度計５０とを距離ｄ離
して配置した状態を示したが、色彩色度計５０としては
市販品を用い、完全な暗黒（暗室）下で測定し、ランプ
光軸と色彩色度針の受光面の中心が一致するようにした
。また、この濃度計のキャリブレーションは経時変化の
小さいＮＤフィルタ（ガラスフィルタ）を用いたが、他
の種類のキャリブレーション板を用いてもよい。

第１図は、測定されたランプの色温度（及び光量）に対
応して、キャリブレーション後、基準サンプルの測定で
生じる誤差をプロットしたものである。ここでは、基準
と比べ、精度、視感濃度＝０．００１内で測定できるか
否がを調べた。このテストは次のようにして行った。

■ランプの色温度２７７２”　Ｋの時に、ＮＤフィルタ
でキャリブレーションし、ベースサンプルを測定する。

ランプ劣化は、色温度小の方向なので、この時の測定値
を基準にする。ベースサンプルには、濃度の異なるＤ（
視感濃度）＝０．１７０付近３種、Ｄ（視感濃度）　＝
０．１５０付近３種、Ｄ（視感濃度）　＝０．１１０付
近３種の計９種使用。

■次に、ランプ劣化する方向（色温度を小の方向）へ値
を変えて、ＮＤフィルタで■のキャリブレーション値と
同じ値でキャリブレーションする。■に使用したベース
サンプル９種を測定する。グラフには、（今回の測定値
−基準時の測定値）をプロットした。

この結果から、基準値に比べ、色温度が約９％低下（約
２５０°に低下）、光量が約６４％低下する範囲までは
、精度（±０．００１　）内で測定可能であることが分
る。ここで、光量が著しく減少しても、これによって直
ちに測定不能となるのではなく、約６４％以内であれば
、色温度測定に基いて十分に測定可能になること、即ち
ランプの分光光度が所定範囲にあって測定誤差が±０．
００１内であれば使用可能であることが分る。また、ベ
ース濃度に差があっても、これによる色温度変化の影響
の受は方にはあまり差はないと言える。

また、ランプ２１の強制劣化テストについて述べる。テ
スト条件は次の通りであった。

・ランプ荷電圧１（１，ｏＯＶ±０．０５Ｖで、その時
の電流２．１Ａ。

・ランプ周辺の温度は、測定開始後、ａｈｒ以内では３
０．４〜３３．５℃、その後は３３．５℃＋〇、５°Ｃ
０・室温は２６℃前後、距離ｄ（第３図）は２０Ｃ１１
゜・ランプ寿命３１　ｈ　ｒ　＊ 二の強制劣化テストの結果、ランプ寿命時に色温度は２
００°に変化し、照度は８００ｊ！ｘ変化した。

但し、実使用時は、ランプ定格より低いレベルで使用す
るため、もっとゆっくり変化することになる（変化幅は
、同じと考える）。ＮＤフィルタでキャリブレーション
後、ベース濃度測定するが、色温度変化幅２００″には
、第１図から測定に影響を受けない幅である。なお、照
度変化で濃度は全体にシフトするが、濃度針の特性に変
化はない（これは、第１図から０点／キャリプレーシッ
ン調整で対応可）。

上記したように、ランプの色温度測定によって分光光度
変化を検出するに際し、条件を予め出しておき、色温度
の変化を常に管理することで、測定精度以内であれば使
用可能とし、かつ、測定精度外となる傾向の強いランプ
の交換の時期を早期に判断することができ、測定を常に
精度よく行うことができる。

第１６図は、本発明の他の実施例を示すものである。

この例では、投光部Ａからの集光光２２Ｃを被測定物Ｆ
′で反射させ、その反射光２２ｄ＃の全量をレンズ■を
通して２２ｅ′としてフォトダイオードＰＤ上に結像さ
せている。その他の構成は第１３図のものと同様である
。

このように、ベースＦ′からの反射光を全量フォトダイ
オードＰＤ上に集光して結像させても、上述した実施例
と同様にフィラメント像の影響なしに高精度に濃度（反
射濃度）測定が可能となる。

また、反射光を利用しているので、光学系の配置スペー
スを縮小できることがある。

なお、上記のベースＦ′に代えてミラー或いはこれに類
する手段を配しても、反射光を利用して同様に測定を行
うこともできる。

以上、本発明を例示したが、上述の例は本発明の技術的
思想に基いて更に変形可能である。

例えば、使用する光源やフィルタの種類、レンズの種類
や配置、更には受光素子の種類等は種々変更してよい。

被測定物に照射する光は完全な平行光をはじめ、集光傾
向にあるものであればよい。

また、上述した濃度計の配置位置も変更してよく、上述
の例に限定されることはない、上述した色彩色度計を用
いる場合、これは必ずしも濃度針に組み込まれていなく
てもよく、他の箇所に取付けてもよい。上述したブルー
ベースの製造工程も変更可能であり、例えば延伸後にス
リッティングを行うときはスリッタの下流側に濃度計を
配置してよい。上述の例はブルーベースの濃度測定に本
発明を適用したものであるが、他のフィルムの濃度測定
、更には他の被測定物の濃度以外の光量変化、膜厚等の
分析にも応用可能である。

へ１発明の作用効果 本発明は上述したように、被測定物の分光吸収の大きい
波長域に測定波長域を合せているので、測定時の分解能
が向上し、測定精度が向上する。

また、光源の分光光度変化を検出して光源の管理を行っ
ているので、分光光度変化による測定精度の影響が示す
光源の劣化、即ちその交換の時期を早期に判断すること
ができ、測定を常に精度よく行うことができる。

更に、被測定物に対し光源からの光を入射し、その透過
又は反射光を受光素子に集光させているので、測定を高
精度かつ安定に、しかも非接触で行えることから、被測
定物を搬送しながらでも連続的かつ正確に測定を行うこ
とができ、特にオンライン用として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１６図は本発明の実施例を示すものであって
、 第１図はランプの色温度及び光量による濃度測定誤差を
示すグラフ、 第２図はランプの強制劣化テストによる色温度及び光量
変化を示すグラフ、 第３図はランプの色温度測定状態を示す図、第４図はラ
ンプの分光分布図、 第５図は受光素子の分光感度特性図、 第６図、第７図はフィルタの分光特性図、第８図はブル
ーベース皮び本光学系の分光特性図、 第９図は色温度側のランプの分光特性図、第１０図は濃
度計の光学系の具体的な構造を示す正面図、 第１１図は製造ライン中に配設される濃度計の平面図、 第１２図は同様の正面図、 第１３図は濃度計の光学系の概略図、 第１４図は同光学系の位置関係を示す図、第１５図はブ
ルーベース製造ラインのフロー図、第１６図は他の例に
よる濃度計の光学系の概略図 である。 第１７図は従来の濃度測定時の巻取りロールの斜視図、
第１８図は同測定状況を概略的に示すグラフである。 なお、図面に示す符号において、 １・・・・・・・・・原料溶融機 ７・・・・・・・・・グイ ８・・・・・・・・・キャスティングドラム９．１０・
・・・・・・・・延伸機 １４・・・・・・・・・巻取りロール １５・・・・・・・・・膜厚計 ２０・・・・・・・・・濃度計 ２１・・・・・・・・・ランプ ２２ｃ・・・・・・・・・集光光 ２３・・・・・・・・・絞り ２４・・・・・・・・・フィルタ ３０〜３６・・・・・・・・・ホルダー５０・・・・・
・・・・色彩色度計 ５１・・・・・・・・・吸収帯 ５２・・・・・・・・・分光感度 Ａ・・・・・・・・・投光部 Ｂ・・・・・・・・・受光部 Ｆ・・・・・・・・・ブルーベース ■、■、■・・・・・・・・・凸レンズＰＤ・・・・・
・・・・フォトダイオードである。 代理人　　　弁理士　　連環　　末 弟３図 第４図 液′憂　［ｎｍｌ 第１７図 第１８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの光を被測定物に入射させ、この被測定物
   の透過光又は反射光を受光素子に集光させることによっ
   て前記被測定物についての測定を行い、この際、前記被
   測定物の分光吸収の大きい波長域に測定波長域を合わせ
   ると共に、前記光源の分光光度変化を検出して前記光源
   の管理を行う光学式測定方法。 ２、光源と受光素子とを有し、前記光源からの光を被測
   定物を透過又はそこで反射させて前記受光素子に集光さ
   せるように構成され、前記被測定物の分光吸収の大きい
   波長域に合わせた測定波長域を有し、かつ、前記光源の
   分光光度変化を検出する検出手段が設けられている光学
   式測定装置。