(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を液体に照射して得た測定データより、液体の光学特性を測定する方法において、透明な平面部が略平行に対向配置された第１および第２部材間に液体薄膜を形成し、該液体薄膜に対して光を照射し、得られた透過光及び／又は反射光を分光測定し、分光測定して得られた液体薄膜による吸収のない波長の測定データから液体薄膜の膜厚を算出し、該液体薄膜の膜厚が所望の膜厚となるまで液体薄膜の形成から膜厚算出までを繰り返し行い、該液体薄膜の膜厚が所望の膜厚となった時に、分光測定して得られた可視領域の波長の測定データから液体薄膜の光学特性を算出することを特徴とする液体光学特性測定方法。
【請求項２】
前記液体薄膜の算出された膜厚と所望の膜厚との誤差が±２５％以内の時に、膜厚値に応じて透過率及び／又は反射率に対し補正を施し、該補正された透過率及び／又は反射率を用いて液体薄膜の光学特性を算出することを特徴とする請求項１記載の液体光学特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷インキや塗料などに用いられる液体の光学特性を測定する方法に関し、特に液体において薄膜を形成し、その膜厚と光学特性の同時測定を行ない、所望の膜厚における光学特性の測定を可能とする液体光学特性測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、液体の光学特性の測定には、液体を十分に希釈して厚みがミリ単位のセルに注入し、その透過率／反射率を求める方法や、展色機などを用いて紙やフィルムに展色し、測定機器を用いて、その紙やフィルムの透過率又は反射率を求める方法を用いている。またその他にも、特開平１１−３０４６９２号公報、特開平１１−３３９６８１号公報においては、液体薄膜を形成するセルを用いた液体光学特性測定装置又はその方法が開示されており、特開２０００−２４１３２０号公報においては、所望の膜厚を形成する装置を用いた液体光学特性測定装置又はその測定方法が開示されている。
【０００３】
光学特性を利用した実施例としては、特色の色合わせ（コンピューターカラーマッチング）が良く知られている。この色合わせには膜厚が十分厚い場合を仮定したクベルカムンクの理論式を基にした方法と、膜厚が十分に薄いと仮定したランバートベールの法則を基にした方法があるが、クベルカムンクの理論式は、完全なる理想状態下で成り立つものであって、実際に適用すると、様々な誤差が生じてくるため、クベルカムンクの理論式を基にした色合わせでは、多くのノウハウを必要とする。一方でランバートベールの法則は液体の散乱性が十分に低い状態、つまり液体の薄膜化を図り散乱性を低下させることで、非常に精度良く成り立つことが知られている。特開平２０００−２４６８７１号公報ではセルを用いて液体の薄膜化を図り、液体の散乱性を抑えることにより、精度向上を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の技術では、測定用セルの洗浄を行なったとしても、繰返し測定を行なうことで測定用セルに汚れが付着し、実際に形成される液体薄膜の膜厚が設定した膜厚値とは異なる膜厚で形成されてしまい、正確な光学特性を求めることが困難である。さらに、液体薄膜の光学特性を測定している同じ場所の膜厚を同時に測ることは出来ないため、絶対的な膜厚の測定が困難であり、より精度の良い光学特性を測定することは難しいことが問題として挙げられている。
【０００５】
また、オフセットインキ等に代表される高粘度の液体を薄膜にするには、液体を短に圧迫するだけでは実現できず、液体を練ってチキソトロピーを低下させなくては薄膜化することができないため、従来の薄膜形成セルや膜厚形成装置を用いた測定法を、高粘度な液体に適用することは困難である。
【０００６】
従って、本発明は上記の課題に鑑みて為されたものであって、本発明の目的は、液体薄膜の膜厚が測定毎に設定または設計した膜厚と異なる値を示しても、より正確な光学特性を求めることができ、さらに、より粘度の高い液体も測定できる液体光学特性測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の第１の発明は、光源からの光を液体に照射して得た測定データより、液体の光学特性を測定する方法において、透明な平面部が略平行に対向配置された第１および第２部材間に液体薄膜を形成し、該液体薄膜に対して光を照射し、得られた透過光及び／又は反射光を分光測定し、分光測定して得られた液体薄膜による吸収のない波長の測定データから液体薄膜の膜厚を算出し、該液体薄膜の膜厚が所望の膜厚となるまで液体薄膜の形成から膜厚算出までを繰り返し行い、該液体薄膜の膜厚が所望の膜厚となった時に、分光測定して得られた可視領域の波長の測定データから液体薄膜の光学特性を算出することを特徴とする液体光学特性測定方法である。
【００１１】
また、本発明の第２の発明は、前記液体薄膜の算出された膜厚と所望の膜厚との誤差が±２５％以内の時に、膜厚値に応じて透過率及び／又は反射率に対し補正を施し、該補正された透過率及び／又は反射率を用いて液体薄膜の光学特性を算出することを特徴とする請求項１記載の液体光学特性測定方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る液体光学特性測定装置の構成を示し、透過光を測定する場合のものである。液体光学特性測定装置は、可視領域から液体薄膜に吸収のない近赤外領域までの波長帯域（４００ｎｍ〜２０００ｎｍ付近）を連続的に有する光源1を備え、光源１より放射された光は、光ファイバー１５、及び光学素子３を経て、液体薄膜が形成されているサンプル７にほぼ垂直に照射される。サンプル７を透過した光は光学素子４および光ファイバー１４を経て、分光器２へ取り込まれる。分光器２によって波長毎の強度が求められ、その液体薄膜の測定データが得られる。得られた測定データを測定データ演算手段である計算機１３に取り込み、膜厚及び光学特性を算出する。
【００１３】
この時、膜厚測定については、液体薄膜による吸収のない波長の測定データを用いて算出を行い、光学特性については、可視領域の波長の測定データを用いて算出を行う。求められた膜厚が所望の膜厚に達していなかった場合、所望の膜厚にするため液体薄膜形成手段を用いて所望の膜厚となるまでこれを繰り返す。所望の膜厚が形成されると同時にその光学特性も得ることが出来る。
【００１４】
光源１は、光学特性の測定波長としての可視領域の他に、膜厚測定用として液体薄膜による光吸収がない波長を有している必要があり、比較的安価なハロゲン光源の他に、キセノンや水銀ランプ等を用いても良い。また、光源は安定した光を供給できるのであれば、複数用いても構わないが、その場合は、液体薄膜のほぼ同一場所を照射するように、光を導くことが望ましい。
【００１５】
光学素子３は照射する光を液体の薄膜サンプル７のほぼ同一点に照射されるように配置されており、そのサンプル７を透過した測定光は光学素子４、光ファイバー１４によって分光器２へ取り込まれるよう設計されている。光学素子４は積分球のような光学的捕捉が可能であるものであっても良い。また、ここでは分光器２は波長可視領域から近赤外領域の光を分光することのできる１つの分光器を用いているが、より広範囲な波長域を使用する場合やより高分解能な分光が必要である場合には、複数の分光器を用いても構わない。
【００１６】
次に、液体薄膜形成手段において、略平行に対向配置された第１及び／又は第２部材としての平面基板５、６には石英ガラスやサファイアガラス等からなる透明ガラス基板を用いており、ガラス表面は面精度が高いものが好ましい。平面基板５、６は固定ロット１１及び可動ロット１０に固定されていて、可動ロット９、１０はそれぞれ駆動部１２に連動するようになっている。また、可動ロット１０は駆動部８にも連動するようになっている。
【００１７】
ここでの垂直駆動機構は、可動ロット９、１０及び駆動部１２からなり、駆動部１２によって可動ロット９、１０を液体薄膜に対して垂直方向に駆動する。また、回動機構は、駆動部８と可動ロット１０からなり、駆動部８によって可動ロット１０が回動されるようになっている。平面基板５、６間は常に平行が保たれる構成となっており、ほぼ均一な膜厚の液体薄膜が形成できる構成となっている。また、この時、垂直駆動機構と回動機構を同時に制御する制御機構を設けることで、より迅速かつ正確な液体薄膜形成が可能となる。
【００１８】
ここで、図１では固定ロット１１および平面基板６は固定されており、可動ロット９、可動ロット１０および平面基板５が可動であると示されているが、逆の構成をしていても良いし、両部が可動であっても良い。また、可動ロット９、１０及び固定ロット１１に用いる材質は、剛性が高く、熱膨張率の低いインバー材等を用いるのが好ましい。
【００１９】
以上、透過光を測定するタイプの装置構成について説明してきたが、反射光を測定するタイプや透過／反射両光を測定するタイプの構成も取ることができる。反射光を測定する場合は、ビームスプリッターなどを用いて入射光と区別して反射光を取り出す必要がある。図７、８は、それぞれ反射光を測定するタイプ、透過／反射両光を測定するタイプの装置構成の一例を示している。
【００２０】
本実施例の具体的な測定方法を、図２のフローチャートを元に説明する。はじめに、平面ガラス基板がきれいに清掃された状態で、液体を平面基板間に導入し、駆動部１２及び駆動部８を用いて可動ロット９、１０を操作し、液体に様々な方向から力を加えながら、液体を徐々に薄膜化して行く。次に、適当な液体薄膜を形成したところで、光源１からの光を液体薄膜へ照射し、ここでは近赤外領域波長の光の測定データから膜厚を測定して所望の膜厚との比較を行う。ここで、所望の膜厚は光学特性を特定するために、予め設定してあるものである。
【００２１】
求められた膜厚と、所望の膜厚が一致していなければ、再び駆動部１２及び駆動部８を用いて可動ロット９、１０を操作して膜厚を変化させた後、再び膜厚を測定する。この作業を、液体薄膜の膜厚が所望の膜厚になるまで繰返し、膜厚が一致したところで透過光及び／又は反射光から光学特性を測定する。もしくは、所望の膜厚付近の薄膜が形成された場合には、所望の膜厚と比較し、その差から光学定数を補正する測定方法を用いても良い。この時の膜厚の誤差としては、±２５％以内にすることが望ましい。
【００２２】
また、透過率や透過率を必要とする光学定数を求めたい場合には、測定のはじめに、無色透明で平面基板５、６と屈折率が近い液体を平面基板５、６の間に導入し、駆動部１２及び駆動部８を用いて可動ロット９及び可動ロット１０を操作し、液体を薄膜化して行き、透過光を測定し、その値を記憶しておく必要がある。
【００２３】
膜厚を測定する手法は、分光干渉法を用いている。以下に、具体的な膜厚の測定方法を説明する。未知の膜厚の液体薄膜が形成された後、光源１からの光は、光ファイバー１５及び光学素子３を介し液体薄膜へ照射され、その透過光は光学素子４および光ファイバー１４を経て分光器で波長毎に分解される。波長毎に分解された光の強度は計算機１３へ送られ、液体薄膜特有の分光波形を得る。この時、可視領域ではその液体の色味に応じた分光波形が得られるが、液体薄膜は近赤外領域では色味には影響されず、その膜厚に応じた分光波形が得られる。この近赤外領域の分光波形と液体の膜厚との間には次式の関係が成り立つ。また、本発明の液体光学特性測定装置から得られた測定データにおける近赤外領域を図３に示し、可視領域を図４に示す。
【００２４】
【数１】
0003979157.tif 000002
【００２５】
ｄ：薄膜の絶対的な膜厚値
λ：波長
ｎ0（λ）：入射側の層の屈折率分布
ｎ1（λ）：液体の屈折率分布
ｎ2（λ）：出射側の層の屈折率分布
ｒ0（λ）：入射側の層の振幅透過率分布
ｒ1（λ）：出射側の層の振幅透過率分布
Δ  ：光が薄膜中を進行する際の位相ずれ分布
【００２６】
実際には入射側の層と出射側の層とは同じ材質を用いているため、ｎ0(λ）とｎ2（λ）、ｒ0（λ）とｒ1（λ）は等しい値である。ここで、計算機１３を用いて、数１式と実際に得られた分光波形と一致する波形の膜厚を求めることが出来るので、液体の薄膜を形成するのと同時にその膜厚測定を行なうことが可能となる。ただし、実際の測定ではノイズや誤差が生じるため理論式とは異なる波形となることがあるため、次に示すような、分光波形のピーク値を求め（図３を参照）、膜厚を算出する手法を用いても良い。ここで、分光波形のピーク波長をλpとすると膜厚値は次式で表すことができる。
【００２７】
【数２】
0003979157.tif 000003
【００２８】
λpi：１つのピーク位置の波長
λpj：λpiとは異なるピーク位置の波長
Ｘ：λpiからλpj間でのピークの個数
ｎ1（λ）：液体の屈折率分布
【００２９】
以上の数１式、数２式より、膜厚を求める際に重要となってくるのが、液体の屈折率分布ｎ1（λ）であって、平面基板の屈折率分布ｎ0（λ）又はｎ2（λ）と液体の屈折率分布ｎ1（λ）の屈折率差が小さいと、膜厚に応じた分光波形が得られなくなってしまい、膜厚を求めることが困難となってしまうため、液体の屈折率と屈折率差のある平面基板を用いる必要がある。
【００３０】
また実際には、液体薄膜を作成する過程で、所望の膜厚と同一の膜厚をもつ液体薄膜を形成するには時間がかかってしまうため、所望の膜厚に近い膜厚が形成された際の、補正の方法について示す。所望の膜厚Ｄと液体薄膜の膜厚ｄであった場合、はじめに液体薄膜の膜厚がｄである時の透過率をＴd（λ）とすると、所望の膜厚Ｄの液体薄膜の透過率はランバートベールの法則を用いると、容易に求めることができる。ただし、Ｄとｄは近い膜厚であることが好ましい。ここで、数３式にランバートベールの法則の式を、数４式に補正の式を示す。
【００３１】
【数３】
0003979157.tif 000004
【００３２】
Ｉ：液体薄膜の透過光
Ｉ0：液体薄膜への入射光
ｋ：液体特有の定数
ｃ：液体濃度
ｄ：液体薄膜の膜厚
Ｔ：液体の透過率
−ｌｏｇ（Ｔ）：光学濃度
【００３３】
【数４】
0003979157.tif 000005
【００３４】
ｄ：液体薄膜の膜厚
Ｔd（λ）：膜厚ｄにおける、液体の透過率（実測値）
ＴD（λ）：膜厚Ｄにおける、液体の透過率（補正値）
【００３５】
＜実施例＞
以上に説明した装置及び方法を用いて、オフセットインキを用いて光学濃度の測定を行なった。先述したように光源にはハロゲン光源、平面基板にはサファイア製の基板を使用し、可視領域（４００ｎｍ−７００ｎｍ）で光学濃度をもとめ、近赤外領域（９００ｎｍ−１６００ｎｍ）で膜厚を算出し、所望の膜厚を１０μｍとして、測定を行なった。測定には同じ１０μｍの膜厚での再現性と、補正方法を用いた測定を行なった。
【００３６】
先ず、図５に膜厚を１０μｍとした時の繰返し測定の結果を示す。図５はｘ−ｙ色度図で表されている。尚、ｘ−ｙ色度図とは分光分布より求められる値で、点のばらつきが無ければ良好な再現性があることを意味している。ここでは１０回ほどの繰り返し測定を行ったが、ほとんどが同一点を示しており非常に再現性が高いことが確認できた。
【００３７】
次に様々な膜厚の液体薄膜を形成し、数４式による膜厚補正を施した実験結果を図６に示す。ここで、各膜厚は７．６２、１２．６１、８．１７、１１．０２、１１．１５、１２．５９、７．４０、１２．２３μｍである。各膜厚で得られた透過率から所望の膜厚１０μｍに補正した結果が図６であり、図５と同様に非常に精度の良い結果が得られた。以上の結果より装置の再現性やその補正方法の有効性が確認できた。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の第１の発明によれば、形成された液体の薄膜の光学特性及びその膜厚をリアルタイムで把握し、且つその膜厚値をフィードバックして、薄膜の膜厚を制御する手法が可能となり、より正確な液体の光学特性をもとめることができる。また、所望の膜厚の薄膜を作成することが可能で、装置の再現性や精度も、非常に高めることができる。
【００４１】
本発明の第２の発明によれば、所望の膜厚値が得られなくても、測定した膜厚値と所望の膜厚値との誤差が±２５％以内であれば、その分光透過率及び／又は分光反射率に補正を施した値から所望の膜厚値の光学特性を算出することが可能となったため、測定時間を大幅に短縮することができる。
【００４２】
さらに、本発明を用いると、光学特性を求めるだけではなく、液中コンピューターカラーマッチング等が可能となる。特に従来は困難であった、オフセットインキのような高粘度な液体の液中コンピューターカラーマッチングをも実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体光学特性測定装置の一実施例の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の液体光学特性測定方法の一実施例の流れを示すフォローチャートである。
【図３】近赤外領域の分光波長と透過率の一例を示す図である。
【図４】可視領域の分光波長と透過率の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施例（単なる繰り返し測定）に係わるｘ−ｙ色度図である。
【図６】本発明の実施例（透過率に補正を入れた場合）に係わるｘ−ｙ色度図である。
【図７】本発明の液体光学特性測定装置の他の例の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の液体光学特性測定装置の他の例の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１・・・光源部
２・・・分光器
３・・・光学素子（照射光用）
４・・・光学素子（測定光用）
５・・・第１平面基板
６・・・第２平面基板
７・・・サンプル（液体薄膜）
８・・・駆動部（回動）
９・・・可動ロット（上下）
１０・・・可動ロット（回動、上下）
１１・・・固定ロット
１２・・・駆動部（上下）
１３・・・計算機
１４・・・光ファイバー（測定光、導光手段）
１５・・・光ファイバー（照射光、導光手段）
【図１】
0003979157.tif 000006
【図２】
0003979157.tif 000007
【図３】
0003979157.tif 000008
【図４】
0003979157.tif 000009
【図５】
0003979157.tif 000010
【図６】
0003979157.tif 000011
【図７】
0003979157.tif 000012
【図８】
0003979157.tif 000013