JPS5887445A - 透明フイルムの複屈折度測定方法およびその装置 - 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】 本発明は透明フィルムの複屈折度測定方法及びその装置
に関するものである。

一般に光学的異方性を示す物質を光が透過するとＳ−に
はいわゆる複屈折の現象を起こす。複屈折が生じるのは
、光学的異方性を示す物質では、屈折率が光の振動方向
によって異なっている為である。物質中の屈折率が最大
値を示す方向と最小値を示す方向は直交しており、さら
にこれらの２方向と９０＠の角をなす方向つまり互いに
直交する３方向の屈折率がわかれば物質の光学的異方性
を表現することができる。これら３つの方向の屈折率を
主屈折率と呼び、５方向を主屈折率の方向あるいは電気
的主軸と呼ぶ。

高分子フィルムはその内部における分子配向の反映とし
て光学的異方性を示す、この光学的異方性の程度を知る
ことは高分子フィルムの構造、物性、さらＣ１ｌ造工程
中における砥伸の均−性等を知る上で重要である。光学
的異方性の指標とじて従来より複屈折度が多（用いられ
ている。複屈折度を測定する一般的な方法としては偏光
顕微鏡を用いる方法が知られている。偏光顕微鏡を用い
る方法は複屈折度Δｎ゛と試料の厚みＤの積であるレタ
ーデーレシンｒを測定して複屈折度Δｎを求めるもので
ある。この方法によると顕微鏡を用いる為に測定しよう
とするフィルムを顕微鏡観察に適した大ぎさに切断しな
ければならないなど操作が煩雑であり、熟練者でなけれ
ば精度よく測定することができないものであった。

本発明はこのような従来の欠点を解消するものであって
、その目的とするところは透明フィルムの複屈折度を非
接触、非破壊で簡便に精度よく測定することができる方
法及び装置を提供するにあるＯ すなわち９本発明は白色平行偏光光線を偏光−をフィル
ムの主屈折率の方向の１つと平行にして透明ライ５ｔＡ
ｃ＠直に照射した時の該フィルムを透過した光の波長強
度分布を検出し、さらに偏光面を該フィルム他の主屈折
率の方向と平行にして該フィルムに垂直に照射した時の
該フィルムを透過した光の波長強度分布を検出し１両波
長強度分布より複屈折度を求めることを特徴とする透明
フィルムの複屈折度測定方法を特定発明とし、平行白色
偏光光線の光源部と波長強度分布の検出部を対設し、該
光源部と該検出部の間に透明フィルムの照射部を形成し
、該光源の偏光面を該フィルムの２つの主屈折率の方向
とそれぞれ平行に保つことが可能な様に形成にしたこと
を特徴とする透明フィルムの複屈折測定装置を併合発明
とするものである。

以下９本発明の詳細な説明する。

第１図において、平行６色光線をフィルムに垂直に照射
すると、透過光としては直接透過していく光（Ｉ）の他
にフィルムの両表面の間を何回か反射した後出ていく光
＜ＩＦ）、（１）・・・が存在する。この２１１類の光
は干渉してその結果特定の波長の光が強く特定の波長の
光が弱くなる。つまりフィルムに入る前の光の放射エネ
ルギーの波長強度分布（以下光のスペクトルという。）
がフィルムを透過することによって変化する。この変化
はフィルムの履折率ｎと厚みＤに依存する。フィルムに
入射する光に直線偏光を用い、その偏光面をフィルムの
主屈折率の方向の１つと一致させておいた時の透過光の
スペクトルと偏光面をフィルムのもう１つの主屈折率の
方向と一致させた時の透過光のスペクトルの差は従って
各々の主屈折率の差っまり複屈折度に依存する。つまり
、フィルムの１つの主屈折率の方向に平行な偏光面をも
つ党の透過光のスペクトルとフィルムのもう１つの主屈
折率の方−に平行な偏光面をもつ光の透過光のスペクト
ルを比較することによってフィルムの複屈折度を求メる
ことができる。

以下、数式な用いて本発明の詳細な説明する。

第１図で直線白色偏光を偏光面がフィルムの１つの主屈
折率の方向と一致するようにしてフィルムに垂直に入射
させると、フィルムに入射した後フィルム外４出る光（
Ｉ）とアイＡ／４ｊｅ：入射しフィルムと空気の界面で
９反射をくり返し外へ出る光釦（６）・・・が存在する
。尚９本来は垂直入射であれば光（１１，（Ｉｆ）、（
４）は同じ所を通るのであるが、第１園では説明の為に
ずらして表現した。今９反射することなく透過した光α
）と２回反射した後フィルム外へ出る光、すなわちフィ
ルムの片面で反射しｌｌｉ他面で反射した光＠）を考え
ると、その光学的距離の差（光路差）へは次式で示され
る。

Δ　＝　　２　ｎ＋＋　Ｄ　　・・−・・・・・・・申
・・・・・・・・・・・・・・（す但し、ｎｌ、はフィ
ルムの１つの光軸方向の屈折率、Ｄはフィルムの厚みを
示す。従って、Δが次式（２）で示される条件を満たす
ような波長の光について透過光は極大となり、又次式（
３）で示されるような条件を満たす波長については透過
光は極小となるＯ Δ＝、　ｑ＋λ−（２）　　　　　　！１１　＝　　１
．　２．　５−Δ＝Ｉ！Ｉλ”−（３’　　　　　ｍ＝
　　２１　２１　１　”’但し、ｍは干渉の次数、λは
波長である。

第２図において、に番目の極大を示す波長ｌλＫｒとし
、ｆＩＬ長が短い方向へ順に極大にはに、に＋１１に＋
２・・・９Ｍ小にはに＋÷、に＋＋、に＋ｙ・・・とい
う番号をつけ、その波長をそれぞれλにλに＋’！　！ λに＋１．へに＋−＞−・・とすれば光強度工が極さ、
又は極小を示す波長２・）λｊ、λ１（ｊ＜１１　ｊ＝
÷、１）。

２・・・ｓ　　１”２＋　１＋÷、２・・・）についで
χｊの干渉次１ｋｍは次の（４）式のようになる。

従って、フィルムの光学厚みｔｌ＋＋Ｄは次式（５）で
表わすことができる。

ｆｌｕＤ＝十ｍ）ｕ−・−・−・・−＝　（５）従って
、偏光面をフィルムの１つの主屈折率の方向に一致させ
た白色直線偏光をフィルムに垂直に照射し、透過光スペ
クト〃の極太又は極小波長を観測すれば、フィルムの１
つの主屈折に財する光学厚みｎ、Ｄが計算できる。

さらに、偏光面をフィルムの他の光量と一致する様に相
対的Ｃ９０６回転させ、同様の測定、計算を行なえば次
式（６）に示す様に、フィルムのもう一方の主屈折率に
対する光学厚み”ＬＤが計算できる。

ｎｌＤ　＝　’、　ｆｉｌλｊ・・−・−・・・−・・
−・（１１）このようにして得られた各々の主属折率＃
ｃ宵する折度Δｎが得られる。フィルムの厚みＤを求め
るには、予め別の方塊で測っておいてもよいが、前述の
方珠で得られた光学厚さｎＤに適当な屈折率の値を代入
して求めてもよい。この場合、用いた屈折率の値の精度
が複屈折度の精度に影響するが屈折率の値は物質が決ま
ればそれほど大きく変化しないので、予め他の試料で測
定した値や９文献など＃Ｃ紀載された値を用いても充分
な精度が得られる。偏光面をフィルムの主屈折率の方向
と一致させるには光源の偏光面を回転可能に設けるが。

又はフィルムをフィルム面の法線を軸として回転可能に
設ければよい。

又、測定するフィルムの主屈折率の方向が予め判ってい
ない場合はフィルムと受光部の間にさらに偏光子を設け
、この偏光子の偏光面を光源の偏光面と直交するように
しておいて、フィルムをフィルム面の法線な軸として回
転させるか、又は光源の偏光面と偏光子の偏光面を互い
に直交させたまま回転させて受光部に入る光量が最小に
なる位置をさがせば光源の偏光面の方向がフィルムの２
つの主屈折率の方向と一致する。

このフィルムと受光部の閏の偏光子は複屈折度測定の際
には光源の偏光面に一致させておけば複屈折度測定には
全く影響しない。又２Ｍｉ過光のスペクト〜を測定する
には例えばプリズム、又は回折格子等を用いた分光器を
用いればよい。

又、光源として用いる光の波長範囲は試料による特定波
長の光の吸収がない様な波長範囲、つまり可視光領域が
最も適しており、波長としては４０００〜８０００　Ａ
’程度がよい。

直線偏光光源を得る方法は、光源に非直線偏光光源を用
い、＃光源部とフィルムの闇に偏光子を殴ける方法が最
も一般的である。

本発明の方法を用いれば従来の偏光順徽鏡を用いる方法
のように試料を切断することなく、＊＊触で複屈折度が
測定でき、又、フィルム厚みに関する情報も同時に得ら
れる為予め試料の厚みを測定しておく必要が存＜測定に
要する時間がａｍされる。

本発明を実施するためには、直線偏光光源部。

照射部および透過率波長分布の検出部を備えた装置が用
いられる。光源部は白色光を発する光源と偏光子、光線
を一定の巾をもった平行光線にする為の光学系たとえば
レンズ等から成る。白色光光源としては一般に白色光源
として用いられているもの１例えばキセノンランプ、！
１つ索−ハロゲンランプ、タングステンランプ等が挙げ
られる。偏光子としては、偏光板、偏光プリズム等を用
いる。

照射部は直線偏光光源部からの光をフィルムに照射する
部分であって９通常直線偏光光源部と透過率波長分布検
出部の間の空間が照射部となる。この照射部においてフ
ィルムを光に対して垂直に保持しておく。検出部はフィ
ルふの透過率波長分布を測定する為のもので、受光素子
と分光器から成る。分光器としてはプリズム、回折格子
等が挙げられる。受光素子は透過光のスペクトルつまり
各波長におけるフィルム透過光屏強度を測定できる、も
のであればよいが、前述の様に受光素子として線状受光
素子（リニアイメージセンサ−）を用いると、可動部分
が少なく、かつ、測定に要する時間を短かくすることが
できるので、最も好ましい。

光源の偏光面をフィルムの光軸と一致させる為の機構と
しては、偏光子を回転可能に設けるか。

又はフィルムをフィルム面内で回転可能に設ければよい
が、一般に工業的に生産されるフィルムはかなり面積が
広いので９本発明の特徴である非破壊、非接触という点
を生かすには偏光子を回転可能に設ける方が望ましいゝ
。

本発明において複屈折度を測定するフィルムとしては通
常透明なフィルムが用いられるが、透過率スペクトμの
干渉による極大及び極小波長が確認できれば、若干着色
していてもよい。

以下９図示した本発明の具体的な装置により本発明を芝
に詳しく説明する。

第３図において白色光源（１）より出た光はレンズ系に
より平行光線になった後、偏光子（２）を通りフィルム
の一方の主屈折嘩の方向と平行な偏光面を有する直線偏
光となってフィルム（３）を通過する。

さら＃Ｃ回折格子（４）を通り分光され、レンズ（５）
ｃよ光素子（６）の上にスペクトルを写し出す・なお回
折格子（４）　Ｃ代えてプリズムを用いてもよい、線状
受光素子（６１Ｃより得られる電気信号は各波長に対応
した集光位置における光強度であるので、これを波長−
光強度に変換すれば相対的な透過率スペクトルが得られ
る。光源が充分に一様なスペクトμをもっていれば相対
的な透過率スペクトルでも充分であるが通常は光源だけ
のスペクトルを予め測定しておいて絶対的な透過率スペ
ク）４に補正した方がより望ましい。このようにして偏
光面をフィルムの主屈折中の方向の１つと一致させた偏
光の透過率スペクトルが得られる。さらに偏光子を９０
″回転させれば同様に偏光面をフィルムの別の主屈折中
の方向と一致させた偏光の透過率スペクトルが得られる
。このようにして得られた２つのスペクト〜より各々極
大、極小を示す波長を見出し、前述の計算式に従ってフ
ィルムの複屈折度△１曳を計算する。

本発明を実施する装置としては上記のものが最も好まし
いが９例えばスペク）Ａ／測測定ついていえば線状受光
素子の代りに′点状受光素子を移動させて各線長の透過
光強度をＳ宛してもよいし、又点状受光素子を固定して
おいて、プリズム又は回折格子を回転させて特定の波長
の光だけを点状受光素子に入射させてもよい、さらに偏
光面の回転についてはフィルムを回転させて偏光面とフ
ィルムの主屈折中の方向とを一致させてもよい。

特別な場合として、予めフィルムの主屈折中の方向が不
明の場合には、フィルムと遁遥率スベタトρ検出゛部の
間に偏光子を設けておけば前述の方法で主屈折率の方向
も決定することができる。

本発明にあっては叙上のような構成を採用するので、簡
単にしかも精度よくフィルムの複屈折測定が行なえると
いう利点がある。

以下、５Ｉ！施例にて本発明を具体的に説明する。

実施例 第５図に示した装置を用いてダリエステルフイルムの複
屈折度を測定した。その際光源として習つ素ハロゲンフ
ンプ５０Ｗを用い、光源の光なレンズにより平行光線に
した後、偏光板（ボッロイド板）を通して直線偏光にし
てフィルムに垂直に照射するようにした。またフィルム
を透過した光を回折格子分光器に入れ、スペクトμを受
光素子上に写し出すようにした。受光素子は５１２ビツ
トのリニアイメージ七ンサーを用い、受光波長範囲を５
０００〜５ｏｏｏＸとした。

まず、偏光板の偏光面を予め測定しておいたフィルムの
主屈折率の方向のうちの一つと一致させておいて直線偏
光の平行光線をフィルムに照射し透過光のスペクト〃か
らｎｕＤを算出した。次に偏光板の偏光面を９０″回転
させて同様に透過光のスペクト〃からｎムＤを算出し、
複屈折度△ｎを計算した。フィルムの厚み計算にはｎ　
＝　１．６を用いた。

また比較のために従来より行われている偏光顯轍鋺によ
る測定も行った。偏光顕微鏡法ではフィルム厚みの値が
必要であるが、フィルム厚みは本発明法で複屈折度を測
定した際に得られた値を利用した。

表１に測定結果を示す、測定結果によると本発閣法によ
る測定値と従来法による測定値・よよく一致しているこ
とが判る。

表　　１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用を示すための模式図、第２図は本
発明において得られるスペク）μ図、第３図は本発明を
実施する装置の一例の模式図である。 特許出願人　ユニチカ株式会社 １１１ ジｒＬ　　　　＆

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）白色直線偏光の平行光線をその偏光面をフィルム
   の主屈折率の方向の１つと平行にして透明フィルムに垂
   直に照射し、該フィルムを透過した光の波長強度分１を
   検出し、さらに偏光面を該フィルムの他の主屈折率の方
   向と平行にして皺フィ〃ムに垂直Ｃ１１Ｉ射し、該７４
   ｐムを透過した光の波長強度分布を検出し。 両波長強度分布より複屈折度を求めることを特徴とする
   透明フィルムの複屈折度測定方法。
2. （２）白色直線偏光平行光線の光源部と波長強度分布の
   検出部を対設し、該光源部と該検出部の間に透明フィル
   ムの照射部を形成し９ｗ４光源の偏光面を該フィルムの
   ２つの主屈折率の方向とそれぞれ平行＃Ｃ保つことが可
   能な橡Ｅｉｌ成したことを特徴とする透明フィルムの複
   屈折度測定方法。