(57)【要約】【課題】基底材の上に形成されたフィルムの厚さを測定することが可能な透明フィルムの厚さ測定装置を提供する。【解決手段】光源１３から放出される可視光域の連続スペクトルを有する光は、第１の偏光フィルタ１５を通して被測定物１１に照射され、被測定物１１を透過した光が第２の偏光フィルタ１６を通して分光器１４により分光される。演算装置１８は、分光器１４の出力である分光スペクトルを入力し、予め分かっている光源１３の発光スペクトルで正規化して、被測定物１１の分光透過率を計算する。そして、包絡線法を使用して、被測定物１１の基底材の上に形成された透明フィルムの厚さを演算して出力する。第１の偏光フィルタ１５、第２の偏光フィルタ１６のＰ波主軸と、被測定物１１の走行方向とのなす角は、分光スペクトルに振動が現れるような角度に予め設定されている。【選択図】  図１
2007205913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続スペクトルを有する光源と、前記光源からの光を透過する第１の偏光フィルタと、前記第１の偏光フィルタを通して被測定物に照射された光のうち、前記被測定物を透過した光を受けて透過させる第２の偏光フィルタと、前記第２の偏光フィルタを透過した光を分光する分光器と、前記分光器の出力から、分光透過率を演算し、さらに、分光透過率から前記被測定物の厚さを計算する演算装置とを有しており、前記第１の偏光フィルタのＰ波を最大透過させる方向と前記第２の偏光フィルタのＰ波を最大透過させる方向が同一とされていることを特徴とする透明フィルムの厚さ測定装置。
【請求項２】
前記光源が、可視光域全域に波長成分を有するＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の透明フィルムの厚さ測定装置。
【請求項３】
前記分光器が、透過波長可変フィルタと、金属積層膜を熱圧着して作製された金属コリメータと、一次元リニアセンサを組み合わせて構成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の透明フィルムの厚さ測定装置。
【請求項４】
前記演算装置が、分光透過率の、極大値、極小値の包絡線を求め、包絡線法により前記被測定物の厚さを演算するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の透明フィルムの厚さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基底材の上に形成された透明フィルムの厚さ測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＯＨＰ（Over Head Projector）フィルム等は、透明な基底材の上に、透明なごく薄いフィルムを形成して構成されている。このように、基底材の上に形成されたフィルムの厚さを測定するニーズが存在する。
【０００３】
基底材の上に形成されたフィルムの厚さを測定する方法は、たとえば、「李  正中著、株式会社アルバック訳、「光学薄膜と成膜技術」、アグネ技術センター、2002年9月25日  第1版、第13章  薄膜の光学特性の測定」（非特許文献１）、「小檜山  光信著、光学薄膜の基礎理論、株式会社オプトロニクス、2003年3月18日  第1版発行、光学定数の測定  5.3  分光器による光学定数の測定、若干の吸収がある不均質薄膜  P131〜137」（非特許文献２）に記載されている。
【０００４】
特に、非特許文献１においては、分光計を使用した透過率スペクトル分布を測定し、その包絡線を描き、その包絡線の形状に基づいて基底材の上に形成されたフィルムの厚さを求める方法が詳しく記載されている。そして、この方法は、1976年にManifacierが提案した包絡線法と呼ばれるもので、弱吸収膜に対しては非常に便利な方法であることが述べられている。
【特許文献１】特許掲載公報第３６１８０９０号
【非特許文献１】李  正中著、株式会社アルバック訳、「光学薄膜と成膜技術」、アグネ技術センター、2002年9月25日  第1版、第13章  薄膜の光学特性の測定
【非特許文献２】小檜山  光信著、光学薄膜の基礎理論、株式会社オプトロニクス、2003年3月18日  第1版発行、光学定数の測定  5.3  分光器による光学定数の測定、若干の吸収がある不均質薄膜  P131〜137
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者らが、自然光を使用して実際のＯＨＰフィルムの分光透過率の測定を行った結果、特許文献１に記載されるような、波長変化に対する分光透過率の周期的な変動が観測されないことがわかった。よって、非特許文献１に記載される包絡線法を用いて、基底材に形成されたフィルムの厚さを測定することは不可能である。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、基底材の上に形成されたフィルムの厚さを測定することが可能な透明フィルムの厚さ測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための第１の手段は、連続スペクトルを有する光源と、前記光源からの光を透過する第１の偏光フィルタと、前記第１の偏光フィルタを通して被測定物に照射された光のうち、前記被測定物を透過した光を受けて透過させる第２の偏光フィルタと、前記第２の偏光フィルタを透過した光を分光する分光器と、前記分光器の出力から、分光透過率を演算し、さらに、分光透過率から前記被測定物の厚さを計算する演算装置とを有しており、前記第１の偏光フィルタのＰ波を最大透過させる方向と前記第２の偏光フィルタのＰ波を最大透過させる方向が同一とされていることを特徴とする透明フィルムの厚さ測定装置である。
【０００８】
本装置においては、前記第１の偏光フィルタのＰ波を最大透過させる方向と前記第２の偏光フィルタのＰ波を最大透過させる方向が同一とされているので、被測定物が無い状態においては、第１の偏光フィルタを透過した光は、ほぼ１００％第２の偏光フィルタを透過する。
【０００９】
発明者らの実験によると、ＯＨＰフィルム等の被測定物が第１の偏光フィルタと第２の偏光フィルタの間に入ると、これら被測定物の方向に応じて、第２の偏光フィルタを透過する光の透過率が波長に応じて周期的に変化するようになることが分かった。そして、この周期的な変化の振幅が最大になるときの、第１の偏光フィルタ、第２の偏光フィルタのＰ波を最大透過させる方向と被測定物の方向とのなす角は、被測定物の種類が異なれば異なるが、同一の被測定物については同一であることが判明した。
【００１０】
よって、第２の偏光フィルタを透過する光の透過率が波長に応じて周期的に変化するようになる角度、好ましくは、その振幅が最大となる角度で、測定を行えば、たとえば、非特許文献１に記載される包絡線法により、非測定物に形成された透明フィルムの厚さを測定することができる。
【００１１】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記光源が、可視光域全域に波長成分を有するＬＥＤであることを特徴とするものである。
【００１２】
ＬＥＤ光源は、発熱もなくその出力が安定しており、かつ発光効率が高いので消費電力も少ない。また、発光部が著しく小さく、駆動回路も簡単であることから、本装置の光源として好ましい。測色のためには、４００〜７００ｎｍの波長域をカバーできることが好ましいが、このような光源は、青色ＬＥＤと白色ＬＥＤ（ウォームホワイト）とを組み合わせることにより実現できる。
【００１３】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記分光器が、透過波長可変フィルタと、金属積層膜を熱圧着して作製した金属コリメータと、一次元リニアセンサを組み合わせて構成されたものであることを特徴とするものである。
【００１４】
このような分光器は、特許掲載公報第３６１８０９０号に記載されており、小型で可動部が無く、かつ、精密な分光測定を可能とするので、本装置に用いるのに都合がよい。
【００１５】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記演算装置が、分光透過率の、極大値、極小値の包絡線を求め、包絡線法により前記被測定物の厚さを演算するものであることを特徴とするものである。
【００１６】
本装置は、前述の包絡線法を用いて厚さの測定を行うものであり、精密な厚さ測定ができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、基底材の上に形成されたフィルムの厚さを測定することが可能な透明フィルムの厚さ測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態の例を説明するが、それに先立ち、本発明の原理となる実験結果について説明する。図１は、本発明の原理となる実験の様子を示す図である。連続スペクトルを有する光源から、第１の偏光フィルタ１を通して、ＯＨＰフィルム３に光を照射し、ＯＨＰフィルム３を透過した光を、さらに第２の偏光フィルタ２に通し、第２の偏光フィルタ２を透過した光を分光器により分光して、透過スペクトル分布を測定し、透過スペクトルを光源の分光スペクトルで正規化して、ＯＨＰフィルム３の分光透過率を測定する。その際、第１の偏光フィルタ１と第２の偏光フィルタ２のＰ波主軸（Ｐ波の透過率が最大になる方向）５は同一とし、それと、ＯＨＰフィルム３の長さ方向４のなす角をθとする。
【００１９】
図２に、Ａ社製ＯＨＰフィルムについて、上記のようにして測定した分光透過率を、θをパラメータとして示す。θが４５°のときは、波長による分光透過率の変化はほとんど無い（自然光を使用した場合とほぼ同じ）が、θが０°又は９０°に近づくに従って、周期的な変化が現れ、θ＝０°と９０°で最大振幅を示す。この分光透過率の振動は、特許文献１に記載される振動と同じであり、よって、特許文献１に記載される包絡線法を用いれば、ＯＨＰフィルムに形成されている薄膜フィルムの厚さを測定することができる。包絡線法では、分光透過率の周期的な変化が現れれば良いので、例えばこの場合、θ＝３０°、６０°でも厚さを測定することができるが、Ｓ／Ｎ比の点からは、θ＝４５°、９０°とすることが好ましい。
【００２０】
図３は、異なるＯＨＰフィルムについて、分光透過率の振動の振幅が最大となる角度と、最小となる角度を求めた結果を示す図である。Ａ社製、Ｂ社製のＯＨＰフィルムでは、０°で振幅が最大となり、４５°で振幅が最小となった。これに対し、Ｃ社製のＯＨＰフィルムでは、４５°で振幅が最大となり、０°で最小となった。このように、分光透過率の振幅が最大となるθは、フィルムの種類によって異なるが、フィルムの種類が決定されれば一定の値をとるので、あらかじめ振幅が最大となるθを求めておき、このθが得られるように、第１の偏光フィルタ１と第２の偏光フィルタ２のＰ波主軸（Ｐ波の透過率が最大になる方向）５の方向を決定してやればよい。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態の１例である透明フィルムの厚さ測定装置の構成を示す概要図である。被測定物１１を挟むようにして設けられたＣ型フレーム１２には、光源１３と分光器１４、第１の偏光フィルタ１５、第２の偏光フィルタ１６が設けられている。光源１３から放出される可視光域の連続スペクトルを有する光は、第１の偏光フィルタ１５を通して被測定物１１に照射され、被測定物１１を透過した光が第２の偏光フィルタ１６を通して分光器１４により分光される。
【００２２】
演算装置１８は、被測定物が光路中に無い状態で、分光器１４の出力である分光スペクトルを測定して基準値として記憶する。そして、次に被測定物１１を光路中に挿入し、分光器１４の出力である分光スペクトルを測定する。そして、この測定値を先に記憶した基準値で割り算することにより、被測定物１１の分光透過率を測定する。そして、非特許文献１に記載される包絡線法を使用して、被測定物１１の基底材の上に形成された透明フィルムの厚さを演算して出力する。第１の偏光フィルタ１５、第２の偏光フィルタ１６のＰ波主軸と、被測定物１１の走行方向とのなす角は、分光スペクトルに振動が現れるような角度に予め設定されている。
【００２３】
この実施の形態においては、光源１３として、青色ＬＥＤの出力光と白色ＬＥＤの出力光を合成して使用している。この光源の構成の概要を図５に示す。青色ＬＥＤ２１からの光は、無偏光ビームスプリッタ２３を透過する。白色ＬＥＤ２２からの光は、無偏光ビームスプリッタ２３で反射されて、青色ＬＥＤ２１からの光と光路を同一とされ合成される。無偏光ビームスプリッタ２３として、可視光域でのＰ偏光、Ｓ偏光の各々について、透過／反射特性の差の小さいものを使用することが重要である。
【００２４】
このように２種類のＬＥＤの出力光を合成して使用している理由は、現在のところ一つのＬＥＤで可視光域全体をカバーするＬＥＤが無いからである。将来、可視光域全体をカバーするＬＥＤが開発されれば、このような必要はなくなる。
【００２５】
この実施の形態で用いている分光器の概要を図６に示す。これは、特許文献１に詳しく記載されているものである。第２の偏光フィルタ１６を透過した光は、透過波長可変フィルタ３１に入射して分光され、金属積層膜を熱圧着して作成した金属コリメータ３２によって、一次元リニアセンサ３３に導かれる。この構成により、一次元リニアセンサ３３の出力が分光出力となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の原理となる実験の様子を示す図である。
【図２】Ａ社製ＯＨＰフィルムについて、測定された分光透過率を示す図である。
【図３】異なるＯＨＰフィルムについて、分光透過率の振動の振幅が最大となる角度と、最小となる角度を求めた結果を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の１例である透明フィルムの厚さ測定装置の構成を示す概要図である。
【図５】本発明の実施の形態で用いている光源の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態で用いている分光器の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…第１の偏光フィルタ、２…第２の偏光フィルタ、３…ＯＨＰフィルム、４…ＯＨＰフィルム３の長さ方向、５…第１の偏光フィルタ１と第２の偏光フィルタ２のＰ波主軸、１１…被測定物、１２…Ｃ型フレーム、１３…光源、１４…分光器、１５…第１の偏光フィルタ、１６…第２の偏光フィルタ、２１…青色ＬＥＤ、２２…白色ＬＥＤ、２３…無偏光ビームスプリッタ、３１…透過波長可変フィルタ、３２…金属コリメータ、３３…１次元リニアセンサ
【図１】
2007205913.tif 000003
【図２】
2007205913.tif 000004
【図３】
2007205913.tif 000005
【図４】
2007205913.tif 000006
【図５】
2007205913.tif 000007
【図６】
2007205913.tif 000008