JPH0519081B2

JPH0519081B2 -

Info

Publication number: JPH0519081B2
Application number: JP58102842A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Imose
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1983-06-10
Filing date: 1983-06-10
Publication date: 1993-03-15
Also published as: JPS59228105A

Description

【発明の詳細な説明】〔利用分野〕本発明は、赤外線等の光ビームのフイルムによ
る吸収量に基いてフイルム厚さを測定するフイル
ムの厚さ測定装置に関し、特に製造工程のように
連続走行しているフイルムの厚さ測定に好適なフ
イルムの厚さ測定装置に関する。

〔従来技術〕

近年、フイルム−特にポリエステルフイルム等
の高分子フイルム−では、その適用分野が拡大し
ており、それにつれてその品質に対する要求も厳
しくなつている。フイルムの厚さに対しても品質
の一つとしてその均一化の要求は強く、従つてオ
ンライン測定による厚さ管理が必要となつてきて
いる。

ところで、上述のオンライン測定ができる厚さ
測定法としては、既に特開昭53−31155号公報等
の提案がある。特開昭53−31155号公報に開示さ
れたものは、フイルターを切換えて測定するフイ
ルムの吸収ピークの波長（吸収波長）の赤外線と
該フイルムに殆んど吸収されない波長（参照波
長）の赤外線と交互に同一光路を通すようにした
二色赤外線厚さ計であり安定な連続測定が期待さ
れる優れたものであるが、以下の問題がある。す
なわち、膜厚が大きく変化した場合あるいは温度
が変化した場合吸収波長と参照波長の透過率が同
じように変化せず膜厚の測定誤差が生ずる問題、
厚さが薄くなるとフイルムによる吸収量が小さく
なり測定感度、精度が低下する問題、さらにこの
為に厚み変化を監視するに十分ではない問題があ
る。

〔発明の目的〕

かかる状況に対し、本発明者は、先に特願昭56
−201506号において、10μｍ以下の薄いフイルム
から数100μｍの厚いフイルムまで精度よく且つ
オンラインで測定できるフイルムの厚さ測定方法
として第１図に示す以下の方法を提案した。図に
おいて、Ｐは測定対象の対象フイルムで、例えば
生産中の走行しているポリエチレンテレフタレー
ト（PET）フイルムである。Ｓは基準フイルム
で、生産条件の設定厚さと同じ厚さt₀の対象フイ
ルムと同じ組成のフイルムである。

１は光源で、対象フイルムに適した波長の光ビ
ームI₀（例えばPETフイルムの場合はその吸収率
が略１となる波長5.8μｍの赤外線ビーム）を投光
するようになつている。２は光ビームI₀を測定ビ
ームIpと参照ビームIsとに分割して対象フイルム
Ｐと基準フイルムＳへに導く投光系で、レンズ２
ａ、ハーフミラー２ｂ、及び反射ミラー２ｃとか
らなる公知の光学系である。

３は、基準フイルムＳを透過した参照ビーム
I′sと対象フイルムＰを透過した測定ビームI′pと
を後述の光電変換部４に導く受光系で、レンズ３
ａ，３ｂで構成されている。

前述の光電変換部４は、InSb半導体等の応答
性の良い光検出器４ａ，４ｂよりなり、受光した
両ビームI′p，I′sを夫々受光量に比例した電気信
号の測定信号Epと参照信号Esに変換する。

５は両信号Ep，Esを処理して対象フイルムＰ
の厚さｔに関係する厚さ信号Etを得る信号処理
部で、両信号Ep，Esの比Ep／Esを求めると共に
その比Ep／Esの対数Elを求め出力する対数比演
算回路５ａと、出力Elに基準フイルムＳの厚さt₀
に対応する所定値を加算して厚さ信号Etを得る
演算回路５ｂとから構成されている。

すなわち、光ビームI₀で測定対象である対象フ
イルムＰと基準フイルムＳとを照射すると共に
夫々の透過率I′p，I′sを光検出器４ａ，４ｂで検
出してその光量比I′／I′sに対応する比Ep／Esを
測定し、この比に基いて対象フイルムＰの厚さを
測定するものである。従つて、対象フイルムのＰ
の厚さは基準フイルムＳからの変動として検出さ
れるので高感度で速応性のある測定ができると共
に光源１の変動等の環境変動に対しても強い測定
ができる。

また本発明では、基準フイルムとして対象フイ
ルムと同一の組成でありしかも略同じ厚さのフイ
ルムを採用するため、対象フイルム側の透過光
Ip′と基準フイルム側の透過光Is′についてみると、
夫々のフイルム表面反射による光ロスが同程度に
作用することから、Ip′とIs′は略等しくなる。こ
の結果、光電変換素子の動作条件、アンプ系のゲ
イン等を略同一にすることができ、安定した高感
度な測定が可能である。

本発明は、上述の方法を実施する装置を目的と
するもので、特に製造工程でのオンライン測定に
適した耐環境性に優れたフイルムの厚さ測定装置
を目的としたものである。

〔発明の構成及び作用〕

本発明は上述の目的を達成するもので、以下の
構成を特徴とするものである。

すなわち、本発明は、同一光源からの光ビーム
を投光系により測定対象の対象フイルムと基準フ
イルムとに導くと共に、両フイルムからの透過光
を光電変換部で電気信号に変換してその比を求
め、この比に基いて対象フイルムの厚さを測定す
るようになしたフイルムの厚さ測定装置におい
て、基準フイルムとして対象フイルムと同一の組
成でありしかもほぼ同じ厚さのフイルムを用いる
こと、対象フイルムが通るための間隙を隔てて一
組のヘツドを対向配置すると共に、一方のヘツド
には前記光源、前記投光系及び基準フイルムから
の透過光を受光して光電変換する参照変換系を収
納し、他方のヘツドには対象フイルムからの透過
光を受光して光電変換する測定変換系を収納した
こと、及び前記各ヘツドが前記光源、光電変換部
の各熱源毎に隔壁で小室に区画され、一定温湿度
の空気でエアパージされていることを特徴とする
フイルムの厚さ測定装置である。

なお、上述の所定の基準フイルムとは、前述の
原理から明らかの如く、対象フイルムの厚さ以外
の因子の測定への影響を補償する参照信号を生ず
るフイルムを云い、具体的に対象フイルムと光学
特性特に使用する光ビームに対する光透過特性が
同じフイルムとなる。従つて、対象フイルムと組
成が同じフイルムが適用できる。また平面性等表
面特性の同じフイルムは反射特性も同じとなり好
ましい。これらの点から同じ製造条件で製造され
た同じ組成でかつほぼ同じ厚さのフイルムが好ま
しい。

以上の本発明の詳細をPETフイルムの製造工
程での連続測定に適した実施例に基いて説明す
る。

第２図は上記実施例の正面図、第３図はその側
面図である。

図示の通り、本実施例は、測定対象フイルムＰ
の上側に上部ヘツド２００を、その下側に下部ヘ
ツド３００を配し、共通の架台１００の上部アー
ム１０１と下部アーム１０２により保持してあ
る。従つて、上部ヘツド２００と下部ヘツド３０
０は床面等からの振動に対して一体的に振動し、
光軸外れ等の発生がない。

上部ヘツド２００及び下部ヘツド３００の内部
は、第４図、第５図に示す通りに構成されてい
る。第４図は上部ヘツド２００と下部ヘツド３０
０の光軸面での正面断面図、第５図は第４図のＡ
−Ａ線からの矢視図である。

まず、上部ヘツド２００の構成を説明する。図
の１は光源で、図示の通り上部ケース２０１の上
側面の所定位置に取着され、鉛直下方に赤外線ビ
ームI₀を放射する。光源１は、下側が小径の放射
口１１となつた所定長で所定頂角の円錐台形状で
周面が鏡面となつた集光路１２を形成したジヤケ
ツト構成の集光カバー１３と、集光路１２に接続
した周面が回転放物面、球面等の鏡面である反射
空間１４を形成したジヤケツト構造の反射カバー
１５と、反射空間１４の焦点を通るように横方向
から配置した棒状の発熱体１６とからなる。発熱
体１６は、セラミツクコーテイングしたシーズ型
電熱ヒータで、ヒータ素線と共に熱電対を埋め込
み、一定温度に制御できるようにしてある。ま
た、ジヤケツトには一定温度の空気を供給し、集
光路１２及び反射空間１４の温度の安定化を計つ
ている。従つて、低温で目的の赤外線ビームI₀を
効果的に安定して発生できる。本実施例で発熱体
１６の温度を290℃にした時、ビーム径8φでタン
グステンランプ1500℃相当の強度の波長5.8μｍの
赤外線ビームが得られた。また、ビーム径の設定
が自由で、細いビームでも上例の通り強度の大と
なる利点もある。その上、他の光源に比較して安
価となる実用上の利点もある。

放射口１１から放射された赤外線ビームI₀はチ
ヨツパー装置６０により所定周期（本例では
500Hz）のパルス光に変換される。チヨツパー装
置６０は、所定の透孔６１を適当間隔で同一円周
上に配設した回転円板６２をモータ６３で一定速
度で回転させる公知の構成となつている。なお、
モータ６３は遮光カバー６４と共に上部ケース２
０１の後壁２０１ａに設けた定盤２０２に取着部
材６５により取着され位置決めされている。

チヨツパー装置６０を出た赤外線ビームI₀は、
投光系２に入り、測定ビームI_Pと参照ビームIsに
分割される。すなわち、投光系２は、垂直方向に
貫通した円柱状の周面を鏡面とした垂直光路と該
垂直光路に直交する同じく円柱状で周面が鏡面の
水平光路とを形成した鏡胴ブロツク２１と、垂直
光路の入口に着脱自在に螺着されたフイルターユ
ニツト２２と、水平光路の左側から着脱可能に嵌
着された保持ユニツト２３により垂直光路と45度
の角度で交差するように配置されたハーフミラー
２ｂとからなり、ハーフミラー２ｂにより垂直方
向の測定ビームIpと水平方向の参照ビームIsに分
割する。なお、フイルターユニツト２２のフイル
ターは本例では5.8μｍを透過中心波長としたバン
ドパスフイルターとなつている。又図の２４は、
適当の径のリングからなる測定ビームIsの径を設
定するビーム径設定ユニツトで垂直光路の出口に
螺着されている。鏡胴ブロツク２１の位置決めは
上部ケース２０１の後壁２０１ａの定盤２０３に
定寸ブロツク２０４を介してノツクピン合せによ
り固定することによりなされている。従つて、組
み立ては非常に簡単であると共に、主要光路を鏡
胴でカバーし外来光等の環境条件の影響を排除す
るようにしてある。

鏡胴ブロツク２１の水平光路には前述の参照信
号Esを生成する参照系が接続されている。すな
わち、水平光路の出口には、所定の基準フイルム
ＳをセツトしたホルダーS₁が螺着されている。な
お、基準フイルムＳとしては対象フイルムと同じ
組成で厚さもその製造条件に同じ厚さのフイル
ム、具体的にはPETフイルムを用いることがで
きる。

基準フイルムＳを透過した参照ビームI′sは以
下の参照変換系により参照信号Esに変換される。
すなわち、鏡胴ブロツク２１の水平光路の出口
に、ノツクピン合せにより内面が鏡面の所定長の
円筒体からなるレンズホルダー３１が着脱可能に
セツトされ、ゲルマニウムの凸レンズからなる集
光用のレンズ３ｂが固定リング３２の螺着により
レンズホルダー３１に固定されて、前述の受光系
を構成している。

そして、レンズ３ｂで集光された参照ビーム
I′sは、レンズ３ｂの焦点位置に配置した赤外線
用の光検出器４ｂに入り、参照信号Esに変換さ
れる。レンズ３ｂから光検出器４ｂまでの光路は
内面が鏡面である円筒カバー４１ｂで囲い、外来
光等の環境条件の影響を受けないようにしてあ
る。なお、光検出器４ｂとしては富士通(株)製IRS
−311Sを用いた。図の４２ｂは、光検出器４ｂ
の放熱器であり、４３ｂは光検出器４ｂに用いた
IRS−311Sの温度コントロール回路と前置増巾器
を収納した回路ユニツトである。光検出器４ｂの
位置決めは、鏡胴ブロツク２１と全く同様であり
説明を省略する。

図の２０５は、上部ヘツド２００を発熱源毎の
小室に区画する隔壁の仕切板で、光源装置１と光
検出器４ｂ関連とを分離するように設けてある。
既述したとおり、光源装置に組込まれたジヤケツ
トには集光路及び反射空間が所定の温度となるよ
うにエアパージされ、これに加えて、光電変換部
の各熱源に設けた隔壁によつてそれぞれ区画され
た各室を一定温湿度に制御した空気で個々にエア
パージすると共に、同じ空気で鏡胴ブロツク２１
の下部口部及び基準フイルムＳの前後の光路をエ
アパージし、測定条件特に温湿度の安定化を計つ
ている。なお、図の２０６は、上部ヘツド２００
の前部カバー板である。

次に下部ヘツド３００を説明する。下部ヘツド
３００には測定対象フイルムＰを透過した測定ビ
ームI′pを受光し、電気信号Epに変換する測定変
換系が収納されている。その受光系は、円筒体か
らなるブロツク本体３３と、ブロツク本体３３の
光路を拡大した受部へ組み込まれたゲルマニウム
の凸レンズからなる集光用のレンズ３ａと、ブロ
ツク本体３３の光路上端部に螺着された周面が鏡
面の円錐状の集光路を有する集光ユニツト３４
と、集光ユニツト３４の入口側に取着された測定
ビームI′pの大きさを調整するマスクユニツト３
５とからなり、下部ケース３０１の後壁３０１ａ
に設けた定盤３０２に定寸ブロツク３０３を介し
て取着され、上部ヘツド２００からの測定ビーム
Ipの光軸に受光系の光軸が一致するように配置さ
れている。

集光ユニツト３４の受光口は、測定ビームIpの
投射口径すなわちビーム系設定ユニツト２４の口
径の1.5〜３倍となつている。そして受光口には
第６図に示すマスクユニツト３５が取着されてい
る。マスクユニツト３５は図示の通り対象フイル
ムＰの走行方向と直交する所定巾のスリツト３５
ａと、その両側に設けた所定巾の所定の透過率の
マスク板３５ｂと、光を遮断する遮蔽板３５ｃと
からなる。そしてマスク板３５ｂは所定厚さ具体
的には対象フイルムと略同じ厚さのPTEフイル
ムを用いた。

なお、ブロツク本体３３の測定ビームI′pが直
接当たる光路は全て鏡面となつている。

上述の受光系からの測定ビームI′pを電気信号
Epに変換する光電変換部は、前述の参照用ビー
ムI′sの光電変換部と全く同じ構成となつている。
すなわち、レンズ３ａの焦点位置に配置された
IRS−311Sを用いた光電検出器４ａと、円筒カバ
ー４１ａと、放熱器４２ａと、回路ユニツト４３
ａとからなり、定盤３０２に定寸ブロツク３０４
により取着され位置決めされている。

なお、図の３０５は、前述した仕切板で、仕切
板３０５で区画した各室は、上部ヘツド２００の
エアパージに用いた空気と同条件のものでエアパ
ージしてある。また、前述の測定用ビームI′pの
受光系の光路も同様にエアパージされている。図
の３０６は、前面のカバー板である。

ところで、上部ヘツド２００と下部ヘツド３０
０の測定用ビームIpの前方すなわちフイルムの走
行方向で上流側には、測定対象フイルムＰの巾方
向に測定用ビームIpの径より充分長い空気吹出し
口１１１を２連に設けたエアカーテンブロツク１
１０が設けられ、前述したエアパージと同条件の
空気を測定対象フイルムＰの両面に吹き付け、随
伴気流を遮断するようになつている。

以上の構成から、本実施例は以下の作用効果を
奏する。

上部ヘツド２００と下部ヘツド３００とに２分
割し、上部ヘツド２００は光源１、投光系２、及
び参照系を収納し、下部ヘツド３００には測定変
換系を収納するようにしたので、両ヘツドがコン
パクトになると共に、光学系の光軸合せ等の調整
が非常に容易である。そして、両ヘツドを同一架
台で保持するようにしたので、耐振性に優れてい
る。

又、上部ヘツド２００、下部ヘツド３００共
に、発熱源毎に小室に区画して、温湿度を一定に
制御した空気によりエアパージしたので、測定雰
囲気の影響を大巾に排除することができた。更
に、測定部の上流側にエアカーテンユニツト１１
０を配し、測定対象フイルムＰに随伴する気流を
遮断し一定条件の空気がフイルムに随伴されるよ
うにしたので、測定条件が安定した。雰囲気に敏
感な赤外線を用いる本例では、測定雰囲気の安定
は非常に重要である。

上部ヘツド２００、下部ヘツド３００共密閉構
造とすると共内部は全て黒色塗装等により黒化処
理してあるので、外来光等の外乱光の影響は殆ん
ど除去される。

又、光路の主要部は全て鏡胴で構成してあるの
で、光路による光損失が少ない上前述の外乱光の
影響が少ない。

光源１が回転放物面からなる反射面と円錐面か
らなる集光面を組合せた空胴内の反射面の焦点位
置を横方向に通るよう棒状発熱体１７を設けた構
成であるので、黒体の空胴放射と同様、前述の通
り効果的に赤外線を発生させることができる。そ
して、得られる赤外線は方向及び位相がランダム
な混合光であるので、走行する対象フイルムＰの
波打つ現象に対して対象フイルムＰの測定ビーム
Ipに対する角度が変化しても散乱光が平均化さ
れ、影響が小さいという利点がある。なお、発熱
体１７に熱電対等を埋め込み温度制御するように
したので、得られる赤外線が安定化する。

更に、対象フイルムＰを透過した測定ビーム
I′pをそのビーム径の1.5〜３倍の口径の逆円錐状
の集光ユニツト３４で受光するようになしたの
で、前述の対象フイルムＰの波打ち現象の影響を
低減でき、測定が安定化した。

また、集光ユニツト３４前面に適当な光透過率
のマスク板３５ｂとスリツト３５ａを有するマス
クユニツト３５を設けたので、光検出器４ａの受
光量レベルをＳ／Ｎ比が大きく低下しないレベル
に保持しつつ、スリツト効果により検出の分解能
を向上させることができた。又、動的特性におい
ても、オンライン測定に要求される数10Hz以上
の厚み変化に対して、マスクユニツト３５は空間
フイルターとして作用しＳ／Ｎ比の良い検出がで
きた。具体的には、スリツト３５ａの巾が２mm、
スリツト３５ａを含むマスク板３５ｂの両側での
巾が５mmで、その長さ15mmのマスクユニツト３５
により数10Hzの厚み変化が効果的に検出できた。
なお、この際のマスク板３５ｂは、前述の通り対
象フイルムと同じ厚さであり、従つてマスク板３
５ｂの透過光量はスリツト３５ａの約半分とな
る。

以上、本発明を実施例に基いて説明したが、本
発明はかかる実施例に限定されるものではない。

フイルムの巾方向の厚みも検出する必要がある
場合には、上部ヘツドと下部ヘツドとを同期して
巾方向に移送するようにすれば良く、Ｘ線厚み計
で公知の構成により簡単に実現できる。この場
合、上述の構成のため、移動に際し測定系の光軸
ずれのみに注意すれば良く、且つ前述の対象フイ
ルムの波打ち現象と光軸のずれとは測定誤差に対
する影響が等価であるので光軸ずれの影響も小さ
いという利点がある。

また、製造工程で測定個所近くに高温ヒータ等
があり測定雰囲気が大きく変動する場合の如く、
実施例のエアパージのみでは温度条件の安定化が
難しい場合には、隔壁及び側壁等をジヤケツト構
造として水等の冷媒による温度安定化を計ると良
い。

以上の通り、本発明は製造工程でのフイルムの
厚みのオンライン測定に適したもので、種々の態
様で実施できる非常に有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す説明図、第２図は
実施例の概略を正面全体図、第３図はその側面全
体図、第４図はその要部の正面断面図、第５図は
第４図のＡ−Ａ断面矢視図、第６図はマスクユニ
ツトの説明図である。１…光源、２…投光系、３…受光系、４…光電
変換部、５…信号処理部、１００…架台、２００
…上部ヘツド、３００…下部ヘツド。

Claims

【特許請求の範囲】１同一光源からの光ビームを投光系により測定
対象の対象フイルムと基準フイルムとに導くと共
に、両フイルムからの透過光を光電交換部で電気
信号に変換してその比を求め、この比に基いて対
象フイルムの厚さを測定するようになしたフイル
ムの厚さ測定装置において、基準フイルムとして
対象フイルムと同一の組成でありしかもほぼ同じ
厚さのフイルムを用いること、対象フイルムが通
るための間隔を隔てて一組のヘツドを対向配置す
ると共に、一方のヘツドには前記光源、前記投光
系及び基準フイルムからの透過光を受光して光電
変換する参照変換系を収納し、他方のヘツドには
対象フイルムからの透過光を受光して光電変換す
る測定変換系を収納したこと、更に前記光源及び
前記光電変換部の各熱源はジヤケツト及び隔壁に
よつてそれぞれ区画され、一定温度の空気でエア
パージされていることを特徴とするフイルムの厚
さ測定装置。２前記一組のヘツドが共通架台に対向配置され
た特許請求の範囲第１項記載のフイルムの厚さ測
定装置。３前記測定変換系の受光口径が投光系の対象フ
イルムへの投射口径の1.5〜３倍である特許請求
の範囲第１項または第２項記載のフイルムの厚さ
測定装置。４前記測定変換系の受光口及び前記投光系の対
象フイルムへの投射口の対象フイルムの走行方向
の上流側に、対象フイルムの随伴気流を遮断する
エアカーテンブロツクを有する特許請求の範囲第
１項、第２項または第３項記載のフイルムの厚さ
測定装置。