專利名稱：取向分析儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用光學的非接觸方式測量薄膜或紙類的纖維取向的取向分析儀，并涉及一種能達到高速、高精度化、小型化、低成本的取向分析儀。
背景技術：
取向分析儀是一測量紙類的纖維取向、以塑料薄膜為代表的分子取向、包含摻和于強化塑料內(nèi)的纖維狀填充物或其它填充物的不同摻合程度的取向性、液晶薄膜制程中的摩擦處理所產(chǎn)生的取向特性等的儀器。測量取向的方式有超聲波、微波、透射光、反射光、顯微鏡等。
與針對紙類的纖維取向以光學方式進行非接觸測量的纖維取向分析儀有關的先前技術中有如下的內(nèi)容。
(專利文獻1)日本特開平11-269790號公報圖1(a)和圖1(b)分別是顯示上述專利文獻1所記載的纖維取向分析儀的剖面圖和俯視圖。圖1(a)中，光源10為與被測量對象的紙張成約略垂直的LED或激光等，利用集光透鏡14將光源10發(fā)出的光集中至紙張30。
受光組件20利用以光源10為中心所設置的例如8～12個受光二極管接收紙張的反射光，將其轉(zhuǎn)換為電氣信號，之后將與光軸間的反射角度θ設定為55度等，并測量取向方向。
受光組件固定部50具有環(huán)形的凸邊部52、設置于各個受光組件20的受光組件安裝孔54、固定集光透鏡14的透鏡安裝孔56。光源固定部60以與透鏡安裝孔56呈同心圓的型態(tài)被固定于受光組件固定部50，光源10以特定的型態(tài)被固定。
圖1(b)是受光組件固定部50的俯視圖；圖中將凸邊部52的一部分切除、形成定位部51，決定受光組件固定部50與外框(圖示未顯示)間的安裝角度。受光組件安裝孔54設置有12處，并與受光組件固定孔55呈一對一的方式配置。上方外圍部57是與透鏡安裝孔56呈同心圓狀的圓筒部，光源固定部60被固定于該處。
上述構(gòu)成中，光由光源10照射至紙張面30，利用相對于由光源10發(fā)出的照射光軸沿面配置的受光組件，測量紙張面的反射光的分布。
圖2顯示信號的流程，利用受光組件20轉(zhuǎn)換成電氣信號的信號被當做組件信號21輸入至A/D轉(zhuǎn)換器22，利用分布測量機構(gòu)23測出光的分布后，再通過取向運算機構(gòu)24運算取向方向，最后輸出測量值25。
但上述構(gòu)成的取向分析儀中，為確保測量精度，需有多個受光組件20，根據(jù)需要與受光組件相同數(shù)量的A/D轉(zhuǎn)換器。
由于A/D轉(zhuǎn)換器的成本高，且零件體積龐大，有無法小型化的難題。
另外，也有利用誘電率或超音波的傳播速度或微波等調(diào)查取向的方式，但仍有不適用于聯(lián)機(Online)的高速測量，且不易確保精度等問題。
因此本發(fā)明所要解決的課題為實現(xiàn)一可以達到下列目的的取向分析儀(1)迅速測量以紙類的纖維取向、薄膜的分子取向或塑料類中填充物的取向、摩擦處理的取向等為代表的平面樣品的取向特性；(2)降低包括A/D轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的零件成本；(3)削減零件體積以達到小型化。

發(fā)明內(nèi)容
為達到上述目的，本發(fā)明提供一取向分析儀，和一根據(jù)將光線照射至被測量對象的發(fā)光組件、接受照射至該被測量對象物上的反射光的受光組件以及來自受光組件的信號等測量被測量對象物的取向的取向分析儀，其中該受光組件周邊配置有多個發(fā)光組件。
本發(fā)明的取向分析儀，優(yōu)選的是具備以下組件針對被測量對象的平面樣品以既定的照射角度配置于圓周上的多個發(fā)光組件；接受由該發(fā)光組件以既定的時序、依次照射至該平面樣品而反射的光的受光組件；依據(jù)來自該受光組件的信號以運算該平面樣品的取向方向的運算機構(gòu)。
在本發(fā)明的取向分析儀中，優(yōu)選的是，該發(fā)光組件等間隔地配置于圓周上，而該受光組件則配置于該發(fā)光組件的中心的附近。
在本發(fā)明的取向分析儀中，優(yōu)選的是，，具有記錄各發(fā)光組件的個體差別的記錄機構(gòu)，在運算平面樣品的取向方向時，根據(jù)被記錄在該記錄機構(gòu)中的個體差別進行校正。
在本發(fā)明的取向分析儀中，優(yōu)選的是，利用使該多個發(fā)光組件依序發(fā)光的時序(Timing)信號、捕捉將依序發(fā)光的光當做時序信號的電路所發(fā)出的信號與基準位置信號等，以獲取該受光組件發(fā)出的信號。
在本發(fā)明的取向分析儀中，優(yōu)選的是，發(fā)光組件的發(fā)光順序的原則為使其于沿面約略為均等分布地發(fā)光。
在本發(fā)明的取向分析儀中，優(yōu)選的是，照射平面樣品的發(fā)光組件發(fā)出的光為P偏振光或S偏振光。
在本發(fā)明的取向分析儀中，優(yōu)選的是，該受光組件為半導體檢測器，發(fā)光組件為LED或激光二極管。
在本發(fā)明的取向分析儀中，優(yōu)選的是，使多個發(fā)光組件依序發(fā)光的時序信號或?qū)⒁佬虬l(fā)光的光當做時序信號進行捕捉的電路所發(fā)出的信號中，使其中的1信號或多個信號的工作循環(huán)(Duty)與其它信號進行變化、作為基準位置信號，獲取來自該受光組件的信號。
在本發(fā)明的取向分析儀中，優(yōu)選的是，該發(fā)光組件發(fā)出的光的頻率隨著該被測量對象物的特性而改變。
通過本發(fā)明可達到以下效果。本發(fā)明的取向分析儀，由于其具備針對被測量對象物的平面樣品以既定的角度、等間隔配置于圓周上的多個發(fā)光組件；配置于該等發(fā)光組件中心的附近，接收該發(fā)光組件以既定的時序所依序發(fā)出、并于該平面樣品反射的光的受光組件；依據(jù)來自該受光組件的信號以運算該平面樣品的取向方向的運算機構(gòu)。因此可迅速測量紙類的纖維取向、薄膜的分子取向或塑料類中填充物的取向，且僅需要1個A/D轉(zhuǎn)換器，可降低零件成本、達到小型化。
本發(fā)明的取向分析儀，在運算平面樣品的取向方向時，依據(jù)發(fā)光組件的個體差別進行校正，因此可進行正確的取向測量。
本發(fā)明的取向分析儀，由于其利用使該多個發(fā)光組件依序發(fā)光的時序信號、捕捉將依序發(fā)光的光當做時序信號的電路所發(fā)出的信號與基準位置信號等以獲取該受光組件發(fā)出的信號，因此可確保測量位置的正確性。
本發(fā)明的取向分析儀，由于其發(fā)光組件的發(fā)光順序為使表面約略呈均等分布為原則進行發(fā)光，因此可利用測量面隨時間變化的聯(lián)機方式進行正確測量。
本發(fā)明的取向分析儀，由于其照射平面樣品的發(fā)光組件發(fā)出的光為P偏振光或S偏振光，因此可提高S/N。
本發(fā)明的取向分析儀，由于其該受光組件為半導體檢測器，發(fā)光組件為LED或激光二極管，因此可達到小型化。
本發(fā)明的取向分析儀，由于其使多個發(fā)光組件依序發(fā)光的時序信號或?qū)⒁佬虬l(fā)光的光當做時序信號進行捕捉的電路所發(fā)出的信號中，將其中的1信號或多個信號的工作循環(huán)與其它信號進行變化、作為基準位置信號，因此可將發(fā)光時序與基準位置號整合為一，達到成本降低及小型化。
本發(fā)明的取向分析儀，由于該發(fā)光組件發(fā)出的光的頻率隨著該被測量對象物的特性而改變，因此可因應被測量對象物的特性進行高精度的測量。


圖1(a)和圖1(b)分別是以往的纖維取向分析儀的剖面圖及俯視圖。
圖2是顯示以往的纖維取向分析儀的信號的流程的說明圖。
圖3是顯示本發(fā)明的取向分析儀的實施例的重要部分構(gòu)成圖。
圖4是顯示基準位置信號、發(fā)光信號及A/D轉(zhuǎn)換器的獲取時序的說明圖。
圖5是以本發(fā)明進行取向分析儀的測量的流程的說明圖。
圖6是顯示分子取向或填充物的反射光的概念的圖。
圖7是纖維取向的反射光的概念的圖。
圖8是顯示本發(fā)明的取向方向測量系統(tǒng)的構(gòu)成的說明圖。
附圖符號說明1-1～1-8 發(fā)光組件2 受光組件3 發(fā)光電路4 受光電路5 數(shù)字輸入6 A/D轉(zhuǎn)換器7 CPU10 光源14 集光透鏡20 受光組件21 組件信號
22 A/D轉(zhuǎn)換23 分布測量機構(gòu)24 取向運算機構(gòu)25 測量值輸出30 紙張面30a 平面樣品50 受光組件固定部50a 發(fā)光組件固定板51 定位部52 凸邊53 固定孔54 受光組件安裝孔55 受光組件固定孔56 透鏡安裝孔57 上方外圍部60 光源固定部具體實施方式
以下以結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明。圖3是與本發(fā)明有關的取向分析儀的重要部分的構(gòu)成圖。
圖3中，1-1～1-8是LED或激光等的發(fā)光組件、50a是圓板狀的發(fā)光組件固定板。2是受光二極管等所構(gòu)成的受光組件，發(fā)光組件1-1～1-8等間隔地配置于圓板狀發(fā)光組件固定板50a的周圍附近。為使該些發(fā)光組件所射出的光能大致照射在平面樣品30a的相同處，而將發(fā)光組件以其與平面樣品間呈既定的角度配置，平面樣品30a所反射的散亂光的一部分會由配置于發(fā)光組件固定板50a的中央附近的受光組件2所接收。
發(fā)光組件1-1～1-8是以例如圖4所示的時序發(fā)光、照射平面樣品30a，受光組件2配合各個發(fā)光組件的發(fā)光時序以測量、記錄平面樣品30a的反射光。圖4中，基準位置信號與發(fā)光組件1-1一起產(chǎn)生，發(fā)光組件1-2～1-8依照既定的時序發(fā)光，這些發(fā)光信號由A/D轉(zhuǎn)換器獲取。
以下針對本發(fā)明的「發(fā)光順序以沿面呈約略均等分布為原則進行發(fā)光」的部分進行說明。
被均等地配置于圓周上的發(fā)光組件的發(fā)光順序可以是順時針或逆時針方向，但以能均等分布為原則決定發(fā)光順序時，在聯(lián)機測量時測量面會隨時間變化，效果能顯現(xiàn)。
也即如圖3所示，配置于1-1的發(fā)光組件發(fā)光的后，其次由相對位置的1-5的上方看時呈逆時針、偏移45度的1-2發(fā)光。
其次，由與1-2的發(fā)光組件為相對位置的1-6上方看時，呈逆時針、偏移45度的1-3的位置的發(fā)光組件會發(fā)光。同樣地，由與1-3的發(fā)光組件為相對位置的1-7上方看時，呈逆時針、偏移45度的1-4的位置的發(fā)光組件會發(fā)光。以上動作持續(xù)至1-8后，會回至最初的位置。
其次，實施例中說明的是由上方看時，成逆時針、偏移45度處的組件會發(fā)光，但使由上方看時呈順時針方向偏離處的組件發(fā)光也有相同效果。另外，發(fā)光組件數(shù)量增加時，配置于元周上的發(fā)光組件最好盡量由離的較遠的位置的組件依序發(fā)光。
另外，配合樣品平面的吸光程度的特性，發(fā)光組件發(fā)出的照射光可使用P偏振光或S偏振光。例如S偏振光于反射面的吸光度大，對提高S/N有幫助；P偏振光或S偏振光的制作方法可以是在發(fā)光組件上附加偏向板，也可利用激光等相干光源。
圖5是利用本發(fā)明進行取向分析儀測量的流程。此時預先測量各個受光組件的個體差別、記錄至記錄機構(gòu)；至于以消除個體差別為目的的測量則準備無取向的基準面為反射面。
圖5中，校正時(1)依序使各發(fā)光組件進行發(fā)光、(2)測量各組件的反射光、(3)記錄各組件的個體差別。
測量時，(4)依序使各發(fā)光組件進行發(fā)光、(5)測量各組件的反射光、(6)利用將測量值收納至記錄機構(gòu)的校正值進行標準化。
其次，(7)計算反射的分布、(8)由反射光的強度分布計算強度較強的方向以及縱橫(Aspect)比。
以標準化的測量值為基準，進行如以下公式所示的近似橢圓的運算，求出反射光的強度分布的方向以及縱橫比。
--取向角
T=ab]]>--取向指數(shù)(a長俓、b短俓)X=1γn2cos2dn]]>Y=Σ1γn2sin2dn]]>m＝0或±1(|θ|＜45°時，m＝0)dn發(fā)光組件的配置角度γn對應各發(fā)光組件的反射光的標準化后的信號輸出n對應發(fā)光組件的各配置處的號碼另外，取向強度及角度的計算是由反射光的強度分布所獲得，但方法除了上述的近似橢圓的外，近似三角函數(shù)或其它方法也可。
當為薄膜的分子取向或塑料中的填充物的情形時，反射光強度較強方向為被求出的取向方向，紙類的纖維取向則是以反射光強度較弱的方向作為被求出的纖維取向方向。
前項現(xiàn)象的原因為，當為分子取向或高分子性填充物的情形時，因為光波導效果，光波會被導引至分子的取向方向、反射光會變強；當為纖維時，反射光容易被分散至纖維的橫斷面方向，反射強度會增加，縱方向則容易產(chǎn)生全反射，反射強度會變小。
圖6是分子取向或高分子性填充物的反射光的概念，圖7是纖維取向的反射光的概念。
圖8是本發(fā)明的取向分析儀測量系統(tǒng)的構(gòu)成例。透過發(fā)光電路3，發(fā)光組件1會以250ns進行發(fā)光，每個組件依續(xù)發(fā)光。此時透過受光組件2，利用受光電路4捕捉反射光，并將的當做模擬信號傳送至A/D轉(zhuǎn)換器6。
例如，將每500ns/一點的發(fā)光利用A/D轉(zhuǎn)換器將6進行A/D轉(zhuǎn)換時，當組件數(shù)為8點時，可以4ms的時間取得進行取向運算時所需的各組件的信號。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值以發(fā)光電路3的時序信號為基準，將的當做各組件的位置數(shù)據(jù)進行記錄。
發(fā)光組件的輸出控制可以利用具備發(fā)光電路的基板進行，也可利用CPU控制。發(fā)光組件的輸出時序沒有必要限定為2點的I/O，將1點序列地輸出至I/O，或個別地輸入至分配各組件的多個I/O頻道也可。因此，圖8所示的數(shù)字輸入5是將CPU當做數(shù)字輸出，再將時序信號送至發(fā)光電路側(cè)。
另外，發(fā)光時序的信號與基準位置信號的2點數(shù)字信號的信號工作循環(huán)(ON/OFF的時間比率)改變、整合為1個數(shù)字信號時，可將數(shù)字信號線由2條減為1條。
另外，將受光組件2發(fā)出的模擬信號與基準位置信號并用時，即使重復測量，也可固定正確的位置對應。
一連串的各組件信號均有了后，以CPU 7運算反射光的分布，以數(shù)字數(shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)或畫面輸出等方法將將取向角/取向指數(shù)等輸出至需要的機器。
CPU將各組件的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的記錄進行分配，并利用優(yōu)先度高的常駐程序(TASK)等進行200ns左右的高速處理，以主程序(main routin)進行2-4ms的取向運算時，可進行高速的測量，檢測頭(sensor head)的掃描或平面樣品30a的流程對位置變化的影響很小，因此實現(xiàn)高精度的測量。
以往的薄膜取向是以離線(off line)方式測量較多，使用本發(fā)明取向分析儀時，也可進行聯(lián)機的測量。藉此，平面樣品制作所需的工時或良率可獲得可善。
A/D轉(zhuǎn)換電路整合為一，抑制I/O點數(shù)時，可制造成本低廉的產(chǎn)品。此方式對平面樣品的薄膜、紙類或取向膜板等均有效果。另外，當平面樣品的測量對象物為略平面，即使最終型態(tài)或途中過程為球面或波狀面或其它特性的面時，也可進行測量，可同樣達到前述的效果。
液晶薄膜的情況，分子取向直接左右其特性，雖然必須進行取向測量，但本發(fā)明也可運用于此類取向測量。
另外，于近年常用于電池電極素材的炭素負極中插入鋰產(chǎn)生的反應等，解釋了不活性皮膜或高取向性熱分解石墨等取向特性，被認為對負極的改善有效。本發(fā)明也可以運用在此類取向特性的測量。
另外，利用分子束制作多層膜等，調(diào)查基板面發(fā)生的分子的取向的特性與薄膜的特性調(diào)查有相通的處，本發(fā)明也可使用于此類取向特性的測量。
再者，為提高塑料的強度，有在塑料中混入纖維質(zhì)等各種填充物的方法，此時纖維質(zhì)的填充物的接合程度或方向以及混合程度對強度特性有很大影響。接合程度或方向以及混合程度可當做取向進行測量，本發(fā)明也可運用于該類的特性值的測量。
另外，配合測量對象物體的特性，變化發(fā)光組件發(fā)出的光的頻率時，可達到配合被測量對象物的特性的高精度的測量。
再者，配置于發(fā)光組件的略為中心的受光組件不限1個，也可設置2個以上，增加接收信號，因應發(fā)信頻率或受光面的特性，選擇受光組件。
另外，以上內(nèi)容僅為以本發(fā)明的說明或舉例為目的的特定的實施例，例如發(fā)光組件的數(shù)量等即可不限定實施例的數(shù)量而進行適當?shù)淖兏?br> 例如，圖4所示的發(fā)光信號的工作循環(huán)并不一定是50％，可適當?shù)貙⒉话l(fā)光時間減短。
發(fā)光組件與受光組件所面對的方向不一定要很嚴密地一致，因應樣品的光波導特性，需要增加波導路徑時，可于被照射的光的中心距離與受光組件朝向的中心位置間取一光波會被導引的距離也可。因此，本發(fā)明并不限定于以上實施例，只要是不脫離其本質(zhì)的范圍內(nèi)，更多變更、變形的部分也包含在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種取向分析儀，根據(jù)將光線照射至被測量對象的發(fā)光組件、接受由該被測量對象物所反射的反射光的受光組件、以及來自該受光組件的信號等，而測量被測量對象物的取向，其中在該受光組件周邊配置有多個發(fā)光組件。
2.如權(quán)利要求1的取向分析儀，其特征在于，還具備多個發(fā)光組件，該發(fā)光組件相對于被測量對象的平面樣品成既定的照射角度配置于圓周上；受光組件，該受光組件接受由該發(fā)光組件以既定的時序依次照射至該平面樣品而反射的光；及運算機構(gòu)，該運算機構(gòu)依據(jù)來自該受光組件的信號以運算該平面樣品的取向方向。
3.如權(quán)利要求1或2的取向分析儀，其特征在于該發(fā)光組件以等間隔配置于圓周上，而該受光組件配置于該發(fā)光組件的中心的附近。
4.如權(quán)利要求3的取向分析儀，其特征在于具有用以記錄各發(fā)光組件的個體差別的記錄機構(gòu)，在運算平面樣品的取向方向時，根據(jù)被記錄在該記錄機構(gòu)中的個體差別進行校正。
5.如權(quán)利要求3的取向分析儀，其特征在于是利用使該多個發(fā)光組件依序發(fā)光的時序信號、或自捕捉依序發(fā)光的光以作為時序信號的電路所發(fā)出的信號與基準位置信號，以獲取自該受光組件發(fā)出的信號。
6.如權(quán)利要求3的取向分析儀，其特征在于該發(fā)光組件的發(fā)光順序是使沿面的發(fā)光約略成均等分布。
7.如權(quán)利要求6的取向分析儀，其特征在于由照射平面樣品的發(fā)光組件所發(fā)出的光為P偏振光或S偏振光的光。
8.如權(quán)利要求3的取向分析儀，其特征在于該受光組件為半導體檢測器，發(fā)光組件為LED或激光二極管。
9.如權(quán)利要求5的取向分析儀，其特征在于在使所述多個發(fā)光組件依序發(fā)光的時序信號、或自捕捉依序發(fā)光的光以作為時序信號的電路所發(fā)出的信號中，使其中一個信號或多個信號的工作循環(huán)與其它信號進行變化，作為基準位置信號，以獲取來自該受光組件的信號。
10.如權(quán)利要求3的取向分析儀，其特征在于該發(fā)光組件發(fā)出的光的頻率隨著該被測量對象物的特性而改變。
全文摘要
一種取向分析儀，其可實現(xiàn)迅速測量紙類的纖維取向、薄膜的分子取向或塑料類中填充物取向，降低零件成本、削減零件體積。本發(fā)明的取向分析儀，是根據(jù)將光線照射至被測量對象的發(fā)光組件、接受由該被測量對象物所反射的反射光的受光組件、以及來自該受光組件的信號等，而測量被測量對象物的取向，其中在該受光組件周邊配置有多個發(fā)光組件。
文檔編號G01N21/47GK1673671SQ20051000813
公開日2005年9月28日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月22日
發(fā)明者仁神鐵人, 土屋彰彥, 大日方佑彥 申請人:橫河電機株式會社