JPS63277910A - 赤外線厚さ計の検出信号処理方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、赤外線厚さ針において被測定物のｅｉ類に応
じて予め行なわれる計器の校正方法に係り、殊にこの場
合における検出信号の処理方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、赤外線厚さ計は、光源と光検出器との間に被測
定物を配置し、光源からの光が被測定物を透過す不時に
吸収・散乱によって減衰し、この減衰量が被測定物の厚
さの関数であることを利用して、被測定物の厚さを測定
するものである。

この場合、前述の透過光の減衰量は被測定物の特性によ
って変動するので、測定に先立って計器の校正が行なわ
れる。この校正は、被測定物の特性によって定まる基準
線すなわち検量線を設定することによって行なわれる。

この検量線Ｌ（第３図参照）は、後で詳しく説明するが
、既知の厚さｔａ、ｔｂを有する被測定物のサンプルＴ
ａ、Ｔｂの透過光量）ａ、）ｂを測定することにより設
定され、セミ対数グラフ、すなわち横軸に厚さｔをとり
縦軸に検出信号■の対数値をとったグラフ（第３図に示
すグラフ）上においては直線で表示される。そして、こ
の検量線りが設定されると、被測定物Ｔｉの透過光量１
ｉを測定することにより、被測定物Ｔｉの厚さｔａ゛が
自動的に計測される。この厚さｔａ゛は、通常、厚さ計
に備えられるＣＲＴに表示されるか、プリンタから記録
出力される。

ところで、前述の透過光量の減衰量と被測定物の厚さに
関する関数すなわち物理側としては、従来は下記の（５
）式 ％式％（５） ここで、！−被測定物の透過光量検出信号値■。−光路
がオープンである場合の 光量検出信号値 μ−被測定物の吸光係数 を−被測定物の厚さ が用いられそいた。すなわち、透過光量の減衰量は被測
定物の吸光係数μによってのみ定められていた。

しかるに、前記式（５）に基づ（計測方法では、例えば
プラスチックシートあるいはフィルムのように光を相当
に反射するものに対しては、被測定物の計測厚さに誤差
が発生していた。そこで、本願人らは、前述の物理側と
して前記式（５）に替えて下記の式（２） ＩＩ。（１−ｒ）　ｅ”オ　　　・・・（２）を採用し
〔なお、この式は特許請求の範囲（２）項に示される式
（２）と同一である〕、これに基づいて被測定物の厚さ
を測定する計測方法（以後第１の計測方法と称する）を
開発し、特許出願を行った（特開昭５８−１７６５０８
号公報）。

これによれば、従来誤差を発生させていた反射光の影響
が除去されるので、反射率が大きい被測定物に対しても
正確な計測を行なうことができる。

ここで、この第１の計測方法における計器校正方法に関
連して、前述の検量線りの設定について説明する。検量
線りは、・２つのサンプルＴａ。

Ｔｂを計測すること、すなわち前記物理開式（２）を演
算算定することによりて設定される。すなわち、その計
測値 Ｉａ−１６（１ｒ）　ｅ’ね Ｉｂ−Ｉ。（１−ｒ　）　ｅ−）”ｂ において、検出信号１ａ、Ｉｂ、Ｉ。はそれぞれ計測に
よって得られる値であり、厚さｔａ。

ｔｂは既知の値であり、したがって未知の値は吸光係数
μおよび反射°率ｒの２つであることから、前記２つの
計測値から吸光係数μと反射率ｒが演算算定される。す
なわち、検量線りが設定される。そして、この検量線り
は、前記（２）式を対数変換して得られる下式 ｎ０ｇ６１ｓ＝Ｉｌｏｇ６　Ｉ。（１−ｒ）″において
、吸光係数μおよび反射率ｒが、従来は、一定とされて
いたことから、厚さｔ以外は定数であり、したがって検
出信号Ｉの対数値と厚さｔとは一次式となり、グラフ（
第３図）上において直線で表示される。そして、このよ
うな検量線りを介して測定される被測定物Ｔｉの測定厚
さｔビは、検量線りに反射率ｒのファクタが含まれてい
るので、反射光に基づ〈従来の計測誤差が除去される。

しかるに更に、第１の計測方法においても、殊に被測定
物ｄ計測厚さレンジが大きい場合に、被測定物の計測厚
さに誤差が発生していた。そこで、本出願人らは、鋭意
研究の結果、この誤差は、被測定物の吸光係数が被測定
物の厚さに関して一定でないことによることを突止めた
。

そして、このことに基づく測定誤差を、検量線を複数本
に設定することにより解消できるようにした計測方法（
以後第２の計測方法と称する）を開発し、特許出願を行
った（特願昭６２−６５７６６号）。

次に、この第２の計測方法につき以下簡単に説明する。

なお、本計測方法における物理則は、第１の計測方法と
同様に、式（２）で規定される物理則が用いられる。

本計測方法においては、計器校正時すなわち検量線の設
定時に被測定物の厚さレンジに応じて適当数の厚さ既知
のサンプルＴａ、ＴｂおよびＴ　ｃ　ｗＴ　ｇが選定さ
れる。そして、これらサンプルをそれぞれ犀さ計により
計測、演算算定したうえで、第４図に示すように、厚さ
針に備えられたＣＲＴ上にグラフィック表示する。この
場合、サンプルの厚さレンジが大きいと、一般に、サン
プルＴｃｘＴｇは検量線り上に位置せず、これらは検量
線りに対して下向き凸状の曲線Ｍを画定する。なお、こ
のことは、物理開式（２）において反射率ｒは変動する
ことがないので、吸光係数μが厚さｔに関して変動し、
この変動は厚さｔの増加に従って漸減することを意味し
ているものである。そこで、本計測方法においては、検
量線を線分りに替えてそれぞれサンプルＴａ、Ｔｄ　Ｈ
Ｔｅ、ＴＬ；Ｔｇ、Ｔｂを通る複数本の線分Ｎａ、Ｎｂ
、Ｎｃに設定する。

この検量線Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃの設定に際しては、グラフ
ィック表示を観察して曲線Ｍに近位するように各検量線
Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃを画定するサンプルを選定する。−′ したがって、本計測方法によれば、被測定物Ｔｉの透過
光量Ｉｌを測定することにより検量線Ｍａを介して計測
される被測定物Ｔｉの厚さｔｉ″は、曲線Ｍを介゛して
計測されるべき真の厚さｔｉに対して、誤差を生じても
、その誤差Δｔｔ’は微小に抑制される。この誤差Δｔ
１０は、間じぐ第４図に示す第１の計測方法にょうて発
生される誤差Δｔｉ’に比較して格段に改良される。な
お、反射光に基づく誤差が除去されていることは勿論で
ある。このように、本計測方法によれば、厚さレンジが
大きい被測定物であっても、精度よくその厚さを計測す
ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、前述の第２の計測方法によれば、厚さレン
ジの大きい被測定物でも精度よく計測することができる
。しかしながら、このような計測方法においては、計器
の校正に比較的繁雑な手間と判断を必要とする難点があ
った。

すなわち、検量線Ｎａ　、　Ｎ　ｂ　＊　Ｎ　’の設定
にあたっては、多数のサンプルをそれぞれ計測。

演算算定したうえでグラフィック表示し、このグラフを
観察して所要の本数の検量線を設定し、更にこれら検量
線の各境界値を決定するなどの作業を必要とするもので
ある。更に、各検量線の設定には判断を要し、例えば第
４図に示すように、検量線Ｎａに替えてサンプルＴａ、
’［’ｃで定まる検量線Ｎａ’を設定すれば、測定誤差
がΔ【ｉ″からΔｔｉ９へと増大される。

そこで、本発明の目的は、殊に厚さレンジが大きい被測
定物に対して、その計器校正を簡単容易に且つ精度良く
行なうことができる赤外線厚さ針の検出信号処理方法を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

先の目的を達成するために、本発明に係る赤外線厚さ針
の検出信号処理方法は、被測定物の吸光係数に基づく、
透過光量検出信号の被測定物厚さに関する減少率を透過
光量検出信号の大きさに関する関数として設定し、この
関数を演算処理することにより検量線を設定することを
特徴とする。

この場合、前記関数としては下記（１）式％式％（１） を−被測定物厚さ α−パラメータ ｎ＝ベキ数 を採用し、式＋１１における透過光量検出信号値！は、
下記式（２） ％式％（２） ここで、■。＝被測定物厚さｔが０である場合、すなわ
ち光路がオーブン である場合の光量検出信号値 ｒ−被測定物の反射率 μ虐被測定物の吸光係数 によつて規定する。

また、演算処理に際しては、厚さｔａ、ｔｂ。

・・・既知のサンプルＴａ、Ｔｂ、　　・・・を用いて
、前記式（１）を積分して得られる下記式（３）ｔ　ｗ
ａ−０（（１−ａ）−Ｘｏ（１−？Ｌ月（１−ｎ）α ・　・　・　・（３） ここで、ｘｏ　−被測定物厚さｔが０である場合、すな
わち光路がオープン である場合の光量検出信号の 対数値 但し　ｎｍｌ と、ｎｍｌである場合に適用する下記式（４）％式％） とに基づいて前記各サンプルの計算厚さｔａ’。

ｔｂ’、　　・・・を計測し、逐次最小二乗性演算゛に
よって、計算厚さと真の厚さとの相関係数ｍの値が最大
となるベキ数ｎの値を選定するようにすれば好適である
。

〔作用〕

計器校正における検量線の設定は、所定の関数をコンビ
エータによって逐次演算処理することによって達成され
るので、簡単容易に且つ迅速に行なわれる。しかも、前
記関数には、吸光係数の被測定物厚さに関する変動なら
びに反射率のそれぞれのファクタが含まれているので、
厚さレンジが大きくまた反射率が大きい被測定物に対し
ても、正確な計測が行なわれる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る赤外線厚さ針の検出信号処理方法の
実施例につき添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。

先ず初めに、処理方法の説明に先立ち、本発明に係る赤
外線厚さ針の構成を簡単に説明する。

第２図において、赤外線厚さ計は、測定部ｌＯとオペレ
ータコンソール１２とからなり、測定部１０には赤外線
光源１４と被測定物あるいはその厚さ既知のサンプル１
６を保持するホルダ１８と光電変換素子を有する透過光
検出器２０が備えられ、オペレータコンソール１２には
Ａ／Ｄ変換器２２．ＣＰＵ２４．内部記憶装置２６、操
作キーボード２Ｂ、ＣＲＴ３０．プリンタ３２および外
部記憶装置３４が備えられ、更に測定部１０とオペレー
タコンソール１２とは変換増幅回路３６を介して接続さ
れると共にＣＰＵ２４には遠隔操作器２２が備えられて
いる、そして、被測定物の計測に際しては、赤外線光源
１４から投射光Ｌａが投射され、被測定物′１６を透過
した透過光Ｌｃが、透過光検出器２０で検出されて検出
信号！に変換される０次いで、この検出信号Ｉは、変換
増幅回路３６で検出信号Ｖに対数変換され、得られた検
出信号ＶはＡ／Ｄ変換器２２により被測定物１６の厚さ
を示す信号Ｗに変換されて、適宜ＣＲＴ３０に表示され
あるいはプリンタ３２から記憶出力される。この場合、
厚さ針の操作は、キーボード２８を介して行なうか、操
作器３８を介して遠隔操作される。

次に、本発明に係る赤外線厚さ計の校正方法につき第１
図を参照しながら説明する０校正に際しては、先ず、光
路をオープンにし、ステップＳｌにおいて検出信号ＩＯ
を検出し、これを内部記憶装置２６に入力記憶させる０
次いで、光路にサンプルＴａ、Ｔｂ、　　・・・を順次
セットし、ステップＳ２においてそれぞれ検出信号Ｉｉ
を検出し、これらを内部記憶装置２６に入力記憶させる
０次いで、ステップＳ３においてＣＲＴ３０上に前記記
憶データを用いて第４図に示すような検量線をグラフィ
ック表示する。

この場合、検量線が線分りに近似していれば、破線で示
されているように直ちにステップＳ８に進行し、線分り
から外れていれば、矯正すなわちリニヤライズ工程へ進
行する。

°リニャライズ工程においては、前述の式（３）とｔ　
＝　−ｎ）α］｛ｘ（１−７１３−Ｘｏ（＋−ｆＬ）　
）（１−ｎ）α ・　・　・　・（３） ｎ−１である場合に適用する式（４） ％式％（４） に基づいて演算処理が進行されるが、ベキ数ｎは、この
演算実行過程で厚さの計算値ｔａ’。

ｔｂ’、　　・・・と真の厚さｔａ、ｔｂ、　　・・・
との相関係数ｍが最大となる値に選定される。

そして、このリニヤライズ工程は、ベキ数ｎの逐次計算
をｎ＝ｏ、１，２．　　・・・のように０から順次整数
値を投入して前記ｍが最大となるｎ′の値を選定する第
１の工程と、選定された前記値ｎ′に対して０．１きざ
みで±０．５の範囲の数値を投入して前記ｍが更に最大
値となるｎ′±△ｎ′の値を選定する第２の工程とに分
たれる。すなわち、リニヤライズの第１工程においては
、ステップＳ４において順次ｎの値０，１゜２、・・・
が投入されこれらに対応するｍの値が計算且つ比較され
る。第１表は、あるサンプルについてのこのステップに
おける計算結果を示し、ｎ−ｗ４においてｍが最大値０
．９９９９２となることを示している０次いで、リニヤ
ライズの第２工程におけるステップＳ６において順次ｎ
″の値３．６　、３．７　、　　・・・が投入され、こ
れらに対応するｍの値が計算且つ比較される。第２表は
、その計算結果を示し、ｎ　”　４．２においてｍが最
大値０．９９９９７となることを示している゛、なお、
相関係数ｍの値は、その性質上１を超すことはない、な
おまた、これらリニヤライズ工程は、コンビエータによ
って自動的に行なわれ、通常１０秒程度で完了される。

表１ 表２ このようにして、リニヤライズ工程が完了すると、ステ
ップＳ８において、前記演算結果に基づいて各サンプル
Ｔａ、Ｔｂ、　　・・・の厚さｔａ’、ｔｂ’を改めて
計算し、ステップＳ９においてこれによって設定される
検量線をグラフィック表示して確認し、最後に、これら
のデータをステップ３１０において外部記憶装置３４に
登録する。なお、この登録に際しては、前述の式（１）
は ｔ−Ａｘ””　　＋Ｂ の形に整理されるので、パラメータＡ、Ｂ、ｎとして登
録すると好適である。

これによって、計器の校正が完了し、すなわち検量線の
設定が完了し、被測定物Ｔｉはその透過光量１ｉを測定
することによりその厚さｔｉ’が前記検量線を介して自
動的に計測され、その数値がＣＲＴに表示されるか、プ
リンタから記録出力される。このようにして計測された
被測定物め厚さは、−例として前記リニヤライズ工程で
用いられたサンプルにおいては、そのばらつき（２σ）
°が０．３４％であった。この数値は、同じサンプルに
対する従来の計測方法すなわちリニヤライズを行なわな
い計測方法における場合のばらつき８．４％に対して格
段の改良が示されたことを示している。

このように、本発明に係る校正方法は、簡単容易に且つ
何ら判断作業を要することなく行なうことができ、しか
も、その校正誤差を僅少に抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明はその精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変
更を行なうことができる。

例えば、ステップＳ８およびＳ９におけるグラフィック
表示すなわち検量線の確認操作は省いても良い、また、
本発明は、赤外線厚さ針のみならず、紫外線などを用い
る他の光厚さ計に対　４しても通用できることは勿論で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る赤外線厚さ針の検出
信号処理方法は、被測定物の吸光係数の変動に基づく、
透過光量検出信号の被測定物厚さに関する減少率を透過
光量検出信号の大きさに関する関数として設定し、この
関数を演算処理することにより検量線を設定できるよう
に構成したので、この演算処理をコンピュータによって
行なうことにより、計器の校正を簡単容易に且つ何ら判
断作業を要することなく達成することができる。しかも
、その校正誤差を僅少に抑制することができる。したが
って、厚さレンジが大きく吸光係数が変動する被測定物
に対しても、その厚さを、簡便に且つ正確に計測するこ
とができる。更に、前記関数には、被測定物の反射率に
関するファクタが含まれているので、反射率が比較的大
きい被測定物であってもその厚さを正確に計測すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る赤外線厚さ針の検出信号処理方法
における計器校正方法の一実゛施例を示すフローチャー
ト、第２図は本発明に係る赤外線厚さ針の構成を示すブ
ロック図、第３図は従来の赤外線厚さ計の計器校正の際
に設定される検量線を説明するグラフ、第４図は本発明
の基礎となる赤外線厚さ計の計器校正の際に設定される
検量線を説明するグラフである。 １０、、、測定部　　１２．、、オペレータコンソール
１４、、、赤外線光源 １６、、、被測定物またはそのサンプル１Ｂ、、、ホル
ダ　　　　　２０．、、透過光検出器２２．、、　Ａ／
Ｄ変換器　　２４．、、　ＣＰ　Ｕ２６、、、内部記憶
装置　　２８．、、操作キーボード３０、、、　ＣＲＴ
　　　　　　３２．、、プリンタ３４、、、外部記憶装
置　　３６．、、変換増幅回路３８、、、遠隔操作器 Ｔｏｌ、サンプルまたは被測定物 ■６０．透過光透過光検 出器ｏ、サンプルまたは被測定物の真の厚さΔｔ０１．
計測誤差 ｔ’、ｔ”６０．サンプルまたは被測定物の計算厚さま
たは計測厚さ。 ＦＩＧ、　１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物の吸光係数に基づく、透過光量検出信号
   の被測定物厚さに関する減少率を透過光量検出信号の大
   きさに関する関数として設定し、この関数を演算処理す
   ることにより検量線を設定することを特徴とする赤外線
   厚さ計の検出信号処理方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の検出信号処理方法に
   おいて、前記関数は下記（１）式 ｄｘ／ｄｔ＝−αｘ＾ｎ・・・・（１） ここで、ｘ＝ｌｎＩ Ｉ＝透過光量検出信号値 ｔ＝被測定物厚さ α＝パラメータ ｎ＝ベキ数 であり、式（１）における透過光量検出信号値Ｉは、下
   記式（２） Ｉ＝Ｉ＿ｏ（１−ｒ）ｅ＾−＾μ＾ｔ・・・・（２）こ
   こで、Ｉ＿ｏ＝被測定物厚さｔが０である場合、すなわ
   ち光路がオー プンである場合の光量検出 信号値 ｒ＝被測定物の反射率 μ＝被測定物の吸光係数 で規定する赤外線厚さ計の検出信号処理方法。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載の検出信号処理方法に
   おいて、演算処理は、厚さｔａ、ｔｂ、…既知のサンプ
   ルＴａ、Ｔｂ、…を 用いて、前記式（１）を積分して得られる下記式（３） ｔ＝−［１／（１−ｎ）α］｛ｘ＾（＾１＾−＾ｎ＾）
   −ｘ＿ｏ＾（＾１＾−＾ｎ＾）｝・・・・（３） ここで、ｘ＿ｏ＝被測定物厚さｔが０である場合、すな
   わち光路がオー プンである場合の光量検出 信号の対数値 但しｎ≠１ と、ｎ＝１である場合に通用する下記式（４）ｔ＝−１
   ／α（ｌｎ　ｘ−ｌｎ　ｘ＿ｏ） ・・・・（４） とに基づいて前記各サンプルの計算厚さｔａ′、ｔｂ′
   、…を計測し、逐次最小二乗法演 算によって、計算厚さと真の厚さとの相関係数ｍの値が
   最大となるベキ数ｎの値を選定する赤外線厚さ計の検出
   信号処理方法。