专利名称：一种在线测量薄塑料膜厚度和双折射率的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及一种测量薄膜特性的设备和方法。具体而言，本发明涉及测量塑料膜的厚度和双折射率的共面(in-plane)度的技术。
背景技术：
通常，在从颗粒或球粒聚合物树脂到塑料膜的制备中，该聚合物首先被挤压以便提供熔化的聚合物的流，然后该被挤压的聚合物经过制膜过程。制膜一般涉及若干分立的程序段，包括形成熔化膜、淬火和结束。
制膜过程的可选部分是已知的“定位”程序。聚合物的“定位”是其分子构造的参照，即分子彼此相对定位。同样，“定位”过程是这样的过程通过该过程，方向性(定位)被强加于膜的聚合排列上。应用该定位过程将期望的特性传递给膜，包括使铸造膜更加坚韧(更高的张力特性)。根据该膜是通过作为平面膜铸造还是作为管状膜吹制而制造的，该定位过程需要基本不同的程序。这与由两种传统制膜过程制造的膜所拥有的不同物理特性相关铸造和吹制。通常，吹制膜趋于具有更大的硬度、韧性和屏障特性。相比之下，铸造膜通常具有更好的膜透光性以及厚度和平整度统一的优点，一般允许使用更宽范围的聚合物并产生更高质量的膜。
通过将聚合物加热到其玻璃态转变温度(Tg)或该温度之上但在其结晶熔点(Tm)之下，然后迅速拉伸该膜来实现定位。在冷却中，拉伸所强制的该分子排列与结晶化顺利竞争，并且拉出的聚合物分子浓缩为具有结晶区域(微晶)的以拉力方向排列的结晶网络。作为一般的规则，定位的度与拉伸的量成比例，与执行拉伸时的温度成反比。例如，如果基础材料在较高的温度被拉伸为其原始长度的两倍(2∶1)，那么产生的膜的定位倾向于比另一个在较低温度上2∶1拉伸的膜小。此外，较高的定位还通常和较高的模数相关，即显著更高的硬度和强度。
当膜已经在单个方向(单轴定位)上拉伸，那么产生的膜在拉伸方向上具有很大的强度和硬度，但在其他方向上(例如与拉伸垂直方向上)强度和硬度就弱了，因此被弯曲或被拽时经常分裂或撕破成纤维(形成原纤维的)。为了克服该局限，应用双向或双轴定位来更均匀的分配两个方向上的膜的强度，其中微晶是似片状的而不是纤维状的。这些双轴定位的膜倾向于更坚硬和更结实，并且具有更好的抵抗弯曲或折叠力的能力，使它们更好得用于包装应用中。
从实际的观点来看是可能的，但是技术上和机械上于两个方向上同时拉伸膜来双轴定位膜就非常困难。为此目的的设备是已知的，但采用起来非常昂贵。结果，大多数双轴定位过程使用了依次拉伸膜的设备，首先在一个方向，然后在另一个方向拉伸。再出于实际的原因，典型的定位设备首先在膜的行进方向上拉伸膜，即轴向或“纵向”(MD)上，然后在纵向的垂直方向上，即“横向”(CD)上拉伸膜。
膜可以被定位的程度还依赖于膜是什么样的聚合物制造的。聚丙烯，以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和NYLON，是高度晶体状的聚合物，并且易于热稳定以形成空间上稳定的膜。在塑料工业中，普通的双轴定位的或“双轴(biax)”膜包括MYLAR(双轴定位的聚酯或BOPET)，NYLON(双轴定位的聚酰胺或BOPA)，以及双轴定位的聚丙烯(BOPP)。双轴定位的聚合膜以及它们的制备方法在本领域中是已知的，并描述在例如给与Lin的美国专利No.6,379,605，给与Shirokura等人的专利6,174,655，Kishida等人的5,912,060，给与Lin的5,552,011和给与Sasaki等人的5,268,135中，通过引用将其结合在此。
塑料膜的厚度、基本重量和分子定位的在线测量可以用来控制制备双轴定位塑料的过程。能够通过折射率椭球来描述在膜中的定位，其由沿3个轴向的折射率来定义，即纵向、横向和厚度方向。双折射率是这些折射率中两个之间的差。在薄膜中，特别关注的双折射率是共面双折射率，其定义为沿着纵向(MD)和横向(CD)上的的折射率之间的差。聚合物中的双折射率是分子定位中各向异性的结果。这样的各向异性发生在双轴制备过程中，其中膜的拉伸导致了在纵向和横向上的分子定位。
一种确定厚度的光学技术是测量由样本在红外线(IR)光谱的两个或更多波长频带中吸收的光的量。最简单的例子就是，使用两个频带，测量频带和参考频带。选择该测量频带来与目标材料(要被测量的膜)中的强吸收一致，选择参考频段来与目标材料的弱吸收区域相匹配。
透射率测量是基于Beer定律，其规定了I＝I0e-μw，其中I0是没有样本的信号，I是具有样本的信号，μ是吸收系数，w是样本的重量。同样地，这可以写成w＝)(1/μ)ln(I0/I)。因此对于给定的IR辐射波长，膜的重量或者厚度是与衰减的对数成比例的。
实际上，当在薄膜状况中测量时由于干涉条纹效应，该透射技术的精确度被限制了。被测膜的透射以及反射光谱中的条纹是由于从膜表面反射的光与穿过膜透射的光干涉而发生的。图1示出了一个实例，其显示了当在不同波长处测量16μm的聚酰胺膜的透射时，形成的干涉条纹31。结果，对于这种膜，传感器校准误差显著增大，使得测量不准确。薄膜厚度的下限是约15-30微米，并且依赖于膜的材料。
为了理解条纹效应，假定有厚度为d以及折射率为n2的薄膜，放置在如图2所示的另一种材料上。膜的顶部和底部将反射一部分光。透射光的总量包括来自这些多个反射的成分。由于光的似波本质，来自两个界面的发射可以根据它们的相位关系建设性地或破坏性地加在一起。它们的相位关系由来自这两个界面的反射的光程长度的差来确定，其又由膜厚度d和折射率n来确定。当光程等于整数的多个光波长时，反射是同相的，并且由此建设性地相加。对于垂直地入射在膜上的光，那么当2nd＝iλ时，就发生建设性的相加，其中d是膜的厚度，i是整数，λ是入射辐射的自由空间波长。相反，当光程是波长的一半，不同于同相条件时或者当2nd＝(i+1/2)λ时，反射就不同相，并破坏性地相加。
性质上，这些多个反射导致了具有cos(4πnd/λ)分量的透射振幅，或者由下式给出透射强度I＝B0+A0cos(4πnd/λ)(1)反射强度将具有相似的周期分量。
由此，很显然透射率将周期地随着波数2π/λ变化。此外，在给定波长(折射率n是依赖于波长的)下，振动频率与膜厚度d成比例。透射的光能够被位于膜相对侧的传感器检测。假设n(λ)是已知的，适合方程1的透射光谱将给出厚度d。
因为条纹的谱位置取决于膜厚度，通过测量干涉条纹并从条纹参数中提取膜厚度，已经致力于将当前的透射传感器引入到薄膜状况。
在在线监测应用中，双折射率通常直接通过使用偏振测定技术测量光延迟来获得。该技术描述在给与Ajji等人的美国专利No.5,864,403中。延迟是材料的双折射率和厚度的产物。因此，延迟随着双折射率的减小和厚度的减小而减小。在非常薄的膜的限度内(低于20-30μm)，很难测量延迟。这是由于其变小的事实，并且干涉条纹会影响测量。本发明的目的在于使用干涉条纹来测量薄膜的双折射率。
发明内容
本发明部分地基于测量薄膜的共面双折射率技术的发展，通过使用非偏振的和沿着MD和CD方向线性偏振的光测量透射或反射光谱中的干涉条纹来测量薄膜的共面双折射率可以在薄膜和双折射率传感器中实施本发明，双折射率传感器用于描述透明聚合物膜的特性，该聚合物膜主要由双轴定位的聚合物构成，该定位聚合物膜可在生产线上连续地制造。
在一个实施例中，本发明指向一种分析膜的一个或多个特性的方法，该膜在纵向上运动，所述方法包括以下步骤(a)提供产生探测光束的宽带辐射源；(b)沿着光束路径导引探测光束到膜上或穿过膜，以使该探测光束从膜反射以形成第一输出光束，或者穿过膜透射以形成第二输出光束；(c)提供分析器以确定第一输出光束或第二输出光束在期望的波长或波长频带处的强度；(d)在光束路径中放置中性密度滤光片、第一偏振滤光片、或第二偏振滤光片，以使该中性密度滤光片、第一偏振滤光片、或第二偏振滤光片位于宽带辐射源和分析器之间的光束路径中；以及(e)利用非偏振和线性偏振光的谱条纹的差来计算膜的双折射率特性。
在另一个实施例中，本发明指向一种分析膜的一个或多个特性的系统，该膜在纵向上运动，该系统包括(a)产生探测光束的宽带辐射源；(b)沿着光束路径导引探测光束到膜上或穿过膜的装置，以使该探测光束被反射以形成第一输出光束，或者穿过膜透射以形成第二输出光束；(c)分析器装置，用于确定第一输出光束或第二输出光束在期望的波长或波长频带处的强度；
(d)第一偏振滤光片；(e)第二偏振滤光片，其中第一偏振滤光片具有平行于纵向的线性偏振方向，以及第二偏振滤光片具有垂直于纵向的线性偏振方向，其中第一偏振滤光片和第二偏振滤光片位于宽带辐射源和分析器装置之间；和(f)计算装置，用来利用非偏振和线性偏振光的谱条纹的差来计算膜的双折射率特性。
在薄膜的厚度和双折射率测量的优选技术中，会产生采用非偏振光同时测量的透射或反射光的光谱、沿着MD方向的线性偏振光和沿着CD方向的线性偏振光。从而可以确定沿着塑料膜的运动幅面(web)的具体点处的厚度和双折射率的值。
在另外的技术中，其特别应用于当生产过程处于稳态时，幅面的厚度和双折射率分布图(profile)通过使用以下测量来获得(i)非偏振光；(ii)沿着MD方向的线性偏振光和(iii)沿着CD方向的线性偏振光。当顺序地执行测量时只需要一个分析器。
图1是测得的16μm厚的聚酰胺(NYLON)膜的非偏振辐射的透射率百分比随波长变化的曲线图，其显示了干涉条纹。
图2显示了穿过厚度为d的薄膜的光波的基本概念图。
图3A显示了系统的示意图，该系统具有多通道检测器组件和位于源光束和幅面之间的偏振滤光片，其中(i)滤光片和源光束以及(ii)组件位于幅面的相对侧。
图3B显示了系统的示意图，该系统具有多通道检测器组件和位于源光束和幅面之间的偏振滤光片，其中(i)滤光片和源光束以及(ii)组件位于幅面的同一侧。
图4A显示了系统的示意图，该系统具有在幅面和多通道检测器组件之间的偏振滤光片，其中源光束和组件位于幅面的相对侧。
图4B显示了系统的示意图，该系统具有在幅面和多通道检测器组件之间的偏振滤光片，其中源光束和组件位于幅面的同一侧。
图5A显示了系统的示意图，其中3个分光计用来同时测量，其中源光束和组件位于幅面的相对侧。
图5B显示了系统的示意图，其中3个分光计用来同时测量，其中源光束和组件位于幅面的同一侧。
图6A显示了系统的示意图，其中该系统具有一个分光计用来顺序测量，其中源光束和组件位于幅面的相对侧。
图6B显示了系统的示意图，其中该系统具有一个分光计用来顺序测量，其中源光束和组件位于幅面的同一侧。
图7显示了偏振滤光轮，包括中性密度滤光片、第一线性偏振滤光片和第二线性偏置滤光片。
图8图示了红外膜厚度测量系统的源组件。
图9显示了接收器组件。
图10显示了安装在接收器组件的中心柱状物的通道。
图11显示了从测量5μm和16μm NYLON膜形成的干涉条纹。
图12是透射率百分比随波长变化的图，其显示了使用非偏振和线性偏振光的在5微米厚的MYLAR膜的干涉条纹中的预示的变化，假设双折射率为0.05。
优选实施例详述根据本发明，提供了一种新的红外(IR)膜测量系统。本发明部分基于这样的认识厚度测量的唯一需要是在测量波长范围中方向的平均(沿着MD和CD方向)折射率。能够从文献中获得该折射率值的非常准确的估算。更精确的值可以在利用非偏振光源在线校准期间或者在使用商业产品的实验室中获得。
一旦确定了膜的厚度，那么在MD和CD方向上的折射率nMD和nCD，能够分别通过测量穿过膜透射或者被膜反射的线性偏振光的光谱来获得。为了获得MD和CD折射率，该光分别在MD和CD方向上被线性偏振。该透射光谱具有以下的形式。
IMD＝B1+A1cos(4πnMDd/λ)(3)ICD＝B2+A2cos(4πnCDd/λ)(4)将测量的数据应用于方程3和4，产生了nMD和nCD，假设厚度d是从使用非偏振光的测量中已知的。该共面双折射率被定义为Δ＝nMD-nCD，或者被定义为MD和CD折射率的差。应当注意，nMD和nCD被假设具有与平均折射率相同的波长相关性。因此，该条纹测量技术可以用来测量薄膜状况中的双折射率。
已经假设作为拉伸过程的结果、膜的折射率椭球的轴是沿着MD、CD和常规方向上定位的。因此在CD或MD方向上的线性偏振光的偏振透过膜传输而未改变。因为膜的非常薄的特性，所以非偏振光束的双折射率或延迟效应被认为是可以忽略的。
图3-7图示了本发明的各种实施例，其中采用非偏振和线性偏振光测量来自薄膜的光谱条纹的差，以便确定它们的厚度和共面双折射率。该过程尤其适合于一般1μm到50μm以内厚的透明塑料膜，并优选1μm到20μm以内厚的透明塑料膜。当顺序执行时，该过程只需要一个分析器。当同时执行时，该过程优选使用三个分析器。该分析器一般具有从400nm到5000nm的工作光谱范围。
当越过幅面扫描传感器时，即在CD方向上，那么就获得了膜的厚度和双折射率分布图。使用已知的塑料密度也能计算基本的重量分布图(weightprofile)。
如图3A所示，一种用于分析膜特性的系统包括分析器，该分析器包括位于薄的、接近透明的塑料幅面88一侧例如其上的多通道检测器70，该塑料幅面88例如沿着纵向(MD)运动。横向(CD)是横过MD的方向。该多通道检测器70包含其中设置了3个光束分裂器74的主体。每个光通道包括检测器72、透镜76和相关联的IR频带选择滤光片。该6个滤光片被指定为78A、78B、78C、78D、78E和78F。这些滤光片一般是干涉滤光片，它们具有由两个阻挡频带包围的光谱透射频带，这两个阻挡频带只允许一部分光谱通过。这导致高透射位于所选择的波长中心。在检测器70的末端是反射镜75，在最接近的或入口端是聚焦透镜86。在该图中，为清楚起见，只显示了6个光通道；该检测器可以具有另外的光通道和相应的检测器。合适的检测器72包含光电导的或光电检测器，其具有的元件由PbS、PbSe、InGaAs、Si、碲镉汞(MCT)、InAs、Ge和InSb构成。
还如图3A所示，该系统还包括IR辐射源82和抛物柱面镜84用于将来自源的光聚焦以便产生探测光束。偏振滤光轮80被放置成，以使该探测光束在到达运动的幅面88之前通过该偏振滤光轮。如图7所示，该偏振滤光轮80包括第一和第二线性偏振滤光片80A、80B和中性密度滤光片80C。该偏振滤光轮80包含旋转轮的机构以便滤光片80A、80B或80C能够以预定的间隔被插入在辐射源82和幅面88之间，即在每一次采集之后或在一个CD扫描之后或在多个CD扫描之后。穿过滤光片80A的光优选在与纵向平行的线性偏振的方向上被线性偏振，穿过滤光片80B的光优选在线性偏振方向即CD方向即垂直于纵向的方向上被线性偏振。该中性密度滤光片80C减小或衰减辐射的强度，该辐射穿过但留有未偏振的辐射。正如这里所使用的，术语“中性密度滤光片”还意味着包围一个开孔，其在强度上有零缩减量。使用减小该强度的中性密度滤光片优选地与中性密度滤光片是开放式的情况相反。可以使用后一种情况，例如，如果可以通过合适的软件调整电子增益。
当该辐射源82被放置于运动的幅面88之下，如图3A所示，多通道检测器70测量穿过幅面88的透射率。可替换地，如图3B所示，当辐射源82位于与多通道检测器70相同的一侧时，测量从运动幅面88反射的辐射。
在操作中，来自IR源82的宽带辐射82从抛物柱面镜84反射以形成在入射到幅面88之前穿过偏振滤光轮80的准直探测光束。从幅面88的出射的辐射，或者透射的或者反射的辐射，被透镜86聚焦到多通道检测器70，其中光束被光束分裂器74分为多个平行的光束。每个平行的光束在到达检测器72之前穿过窄带通滤光片例如72A。当该偏振滤光轮80旋转时，线性偏振滤光片80A、80B或中性密度滤光片80C以可以相同的预定的时间间隔被插入到探测光束的路径中。应当注意，滤光片80A、80B和80C被顺序插入的次序是设计选择的问题。换句话说，偏振滤光轮80可以顺时针方向旋转或者逆时针旋转。幅面88的双折射率、厚度和其它特性可以使用非偏振和线性偏振光的光谱条纹的差来计算。
由于在幅面的MD方向上大的厚度可变性，优选采用具有高信噪比的快速检测器，例如InGaAs检测器，并且使用快速斩波频率或调制的超级发光二极管(SLD)用于IR源。
图4A和4B图示了多通道检测器90的另一种配置，其中偏振滤光轮80沿着来自辐射源82的探测光束路径被放置在运动的幅面88和检测器90之间。该系统基本上与图3A和图3B显示的一样，所以其包含位于运动幅面88一侧的多通道检测器90，其具有位于运动幅面任一侧的辐射源82。在该实施例中，偏振滤光轮80沿着探测光束的路径位于透镜86的前面，以使从运动幅面88出射的透射的(图4A)或者反射的(图4B)辐射将在进入多通道检测器90之前穿过偏振滤光轮80。该系统的操作基本上也一样。
图5A、5B、6A和6B图示了本发明的实施例，其中分析器包括一个或多个分光计。优选的是衍射光栅类型的分光计。使用分光计消除了对单独带通滤光片和检测器的需要。分光计测量给定波长范围的全光谱。在分光计中单独波长频带的一般数量例如是256、512或更高。
在图5A和5B所示的系统中，使用3个分光计，这样为在MD方向上的非偏振光和线性偏振光和在CD方向上的线性偏振光同时记录条纹图案。在该方式中，在运动幅面124上同一地点执行所有的测量。具体的是，如图所示，该系统包含检测器组件100，该检测器组件100具有两个沿着中间通道放置的光束分裂器108和109和容纳分光计102、104和106的三个光通道。反射镜114和116将光反射回中间通道。放置在分光计102、104和106之前的分别是线性偏振滤光片112、线性偏振滤光片110和中性密度滤光片或光阑111。该系统100还包含IR辐射源130和抛物柱面反射镜122。该辐射源130放置在与运动膜124的相同的(图5B)或相对的一侧(图5A)。在另一个情况中，穿过幅面透射或从幅面反射的辐射被透镜118聚焦到分光计。光束分裂器108将一部分辐射导引至分光计106，而一部分光穿过光束分裂器109，其又将光导引至分光计102和104。显而易见，分光计106分解非偏振光，而分光计102和104分解分别穿过线性偏振滤光器112和110的光。在该系统中，同时进行所有的三种测量。
在本发明的另一个实施例中，源和接收器位于幅面的相同侧。测量反射强度而不是透射强度。技术上，该测量可以在反射几何学中完成。这具有更高条纹可见性的优点。但是可能要遭受薄片颤动带来的灵敏度损失。
图6A和6B图示了系统130的一个实施例，该系统130包含分光计132和偏振滤光轮80，该偏振滤光轮80过滤进入分光计132的辐射。该系统130还包含IR辐射源140和相关联的抛物柱面镜138。如图所示，相对于运动幅面150的位置，辐射源140可以放置在如分光计132的同一侧(图6B)，或者其可以放置在相对侧(图6A)。在另一个情况中，透射过运动幅面150的辐射或者从运动幅面150反射的辐射被透镜136聚焦到偏振滤光轮80。
在操作中，从运动幅面150出射的辐射由透镜136准直并被导向正在旋转的偏振滤光轮80，以使该线性偏振滤光片80A、80B或中性密度滤光片80C以预定的时间间隔被依次插入辐射光束的路径。幅面150的双折射率、厚度和其它属性可以使用非偏振和线性偏振光的谱条纹的差来计算。
图7显示了偏振滤光轮的实施例，其包含中性密度滤光片80A、第一线性偏振滤光片80B和第二线性偏振滤光片80C。该偏振滤光轮80包含以期望的速度旋转该轮的马达。在该方式下，探测光束以预定的时间间隔穿过这些滤光片中的每一个。
图8图示了适当的IR源组件40。IR源将宽带IR脉冲传输到上下头之间的样本。其包括白炽光41、反射镜42和用于调制IR能量的支持硬件。由于其尺寸小，使用石英钨卤灯，并且在应用中该石英外壳对于在所关心波段的IR能量来说是透明的。灯的小灯丝使其可能将大部分的能量聚焦到窗口。来自石英钨卤灯的辐射被反射镜42聚焦在光管上。所需要的唯一调整是通过在固定器上滑动该灯来对其聚焦，以在分析器或接收器处使该信号强度最大化。
使用斩波器43来调制IR能量，该斩波器是具有优选地为八个均匀间隔的洞的、轻的、旋转的不锈钢盘。其由无刷DC马达44驱动，该马达在620±25Hz处调制辐射。调制IR能量将防止在接收器内由检测器接收的信号被周围的光或者被检测器中产生的低频噪声所模糊。
样本单元位于IR源和接收器窗口之间的空间中，在其中IR能量与要被测量的样本相互作用。该要被测量的样本膜被放置在这里以便与IR能量相互作用。非常重要的是，被传送的IR能量仅仅由样本的特征来确定，而不是由无关的效应确定，诸如灰尘和头部未对准或分离。
一个适当的接收器组件50显示在图9中。接收器的功能是同时读取在所有被选择的频带上所传输的能量。这通过使用光束分裂器(图10中的66)来完成以便将能量分割成一系列平行的光束。然后每个光束穿过设计成用来通过预定波段的滤光片，并且在该波段中的总能量由光导或光电检测器检测。每个检测器具有其自己的传统的电子装置57，其放大接收到的信号，将其转换为DC，并将其传送到接收器。
该接收器组件50具有优选支持多达十二个通道的能力，并能够在需要时加载另外的通道。中心铝51柱状物具有插口55，其可以支持多达十二个通道。该中心柱状物51被安装到顶板中(未示出)的水冷却盘上，以便冷却传感器。
图10显示了安装到中心柱状物65的通道。在图中，为了清楚起见只显示了安装六个通道。其他的通道可以在需要时在插口55处被安装到中心柱状物51。每个通道包括检测器63、IR频带选择滤光片67、透镜68和支持电子装置。根据本发明的实施例，优选地一次使用多达十二个通道。来自电子装置的热量和检测器的珀耳帖冷却被检测器组件通过柱状物55传导到水冷盘。
装载薄膜样本69并固定在样本单元中，操作IR源40传输通过样本的宽波段IR脉冲。该接收器同时读取在所有所选频带中传输的能量，并且每个检测器的输出被传送到信号处理电路45(图8、9)以处理信号。而后该波长和透射率百分比可以用电子仪器绘制在图上。
图11显示了从使用傅立叶变换红外(FTIR)分光计来测量5和16μm NYLON膜而形成的干涉条纹。为了检测干涉条纹的特有的特征，使用适当选择的光学滤光片。在条纹下面的阴影区域表示了推荐的用于十二通道IR传感器的滤光片波长。
图12显示了根据本发明当使用非偏振光和线性偏振光时，5μm薄MYLAR膜的干涉条纹。
本发明的上述优选实施例的描述是为了示例和描述的目的而提供的。其不是为了穷举本发明或者为了限制本发明为所公开的精确形式。选择并描述了许多实施例是为了最好地解释本发明的原理和其实际的应用，由此使得本领域的技术人员能够理解本发明的各种实施例，以及适于期望的特定用途的各种变化。本发明的范围由权利要求和其等价物定义。
权利要求
1.一种分析膜的一个或多个特性的方法，该膜在纵向上运动，所述方法包括以下步骤(a)提供产生探测光束的宽带辐射源(82，130，140)；(b)将所述探测光束沿着光束路径导引到所述膜上或穿过所述膜(88，124，150)，以使所述探测光束从所述膜(88，124，150)反射以形成第一输出光束，或者透过所述膜(88，124，150)以形成第二输出光束；(c)提供分析器(70，90，100，130)以确定所述第一输出光束或所述第二输出光束在期望的波长或波长频带处的强度；(d)在所述光束路径中放置中性密度滤光片(80C，111)、第一偏振滤光片(80A，112)、或第二偏振滤光片(80B，110)，以使所述中性密度滤光片(80C，111)、所述第一偏振滤光片(80A，112)、或所述第二偏振滤光片(80B，110)位于所述宽带辐射源(82，130，140)和所述分析器(70，90，100，130)之间；(e)使用非偏振和线性偏振光的光谱条纹的差来计算所述膜(88，124，150)的双折射率特性。
2.如权利要求1所述的方法还包括，在步骤(e)之前利用曲线拟合算法中预定波长或波长频带处的透射的或反射的能量数据，以恢复光谱条纹的完全曲线并计算所述膜(88，124，150)的一个或多个特性。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述分析器(90)包括多通道检测器，该多通道检测器包含具有相应的单个元件检测器(72)的多个窄带通滤光器(78A，78B，78C，78D，78E，78F)和多个光束分裂器(74)。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述分析器(130)包括分光计(132)。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述分析器(100)包括第一分光计(102)、第二分光计(104)和第三分光计(106)，其中所述方法进一步包括以下步骤将所述输出光束分为(i)通过所述第一偏振滤光片(112)的第一光束，所述第一偏振滤光片(112)在所述第一光束进入所述第一分光计(102)之前在平行于所述纵向的线性偏振方向上线性偏振所述第一光束，(ii)通过所述偏振滤光片(110)的第二光束，所述偏振滤光片(110)在所述第二光束进入所述第二分光计(104)之前在垂直于所述纵向的线性偏振方向上线性偏振所述第二光束；以及(iii)第三光束，其在进入所述第三分光计(106)之前通过所述中性密度滤光器(111)。
6.一种分析膜的一个或多个特性的系统，所述膜在纵向上运动，所述系统包括(a)产生探测光束的宽带辐射源(82，130，140)；(b)用于将所述探测光束沿着光束路径导引到所述膜(88，124，150)上以形成第一输出光束或穿过所述膜(88，124，150)以形成第二输出光束的装置；(c)用于确定所述第一输出光束或所述第二输出光束在期望的波长或波长频带(70，90，100，130)处的强度的分析器装置；(d)第一偏振滤光片(80A，112)；(e)第二偏振滤光片(80B，110)，其中所述第一偏振滤光片(80A，112)具有平行于所述纵向的线性偏振方向，所述第二偏振滤光片(80B，110)具有垂直于所述纵向的线性偏振方向，其中所述第一偏振滤光片(80A，112)和所述第二偏振滤光片(80B，110)位于所述宽带辐射源(82，130，140)和所述分析器装置(70，90，100，130)之间；和(f)用来利用非偏振和线性偏振光的光谱条纹的差来计算所述膜(88，124，150)的双折射率特性(45，57)的计算装置。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述计算装置(45，57)利用曲线拟合算法中预定波长或波长频带处的透射的或反射的能量数据，以恢复光谱条纹的完全曲线并计算所述膜(88，124，150)的一个或多个特性。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述分析器(90)包括多通道检测器，该多通道检测器包含具有相应的单个元件检测器(72)的多个窄带通滤光器(78A，78B，78C，78D，78E，78F)和多个光束分裂器(74)。
9.如权利要求6所述的系统，其中所述分析器(130)包括分光计(132)。
10.如权利要求6所述的系统，其中所述分析器(100)包括第一分光计(102)、第二分光计(104)和第三分光计(106)，并且其中所述系统进一步包括装置，该装置用于将所述输出光束(108，109)分为(i)通过所述第一偏振滤光片(112)的第一光束，所述第一偏振滤光片(112)在所述第一光束进入所述第一分光计(102)之前在平行于所述纵向的线性偏振方向上线性偏振所述第一光束，(ii)通过所述偏振滤光片(110)的第二光束，所述偏振滤光片(110)在所述第二光束进入所述第二分光计(104)之前在垂直于所述纵向的线性偏振方向上线性偏振所述第二光束；以及(iii)在进入所述第三分光计(106)之前通过所述中性密度滤光器(111)的第三光束。
全文摘要
提供一种分析薄膜特性的系统和方法，由此通过采用非偏振光和沿着MD和CD方向的线性偏振的光来测量透射或反射光谱中的干涉条纹以确定薄膜的共面双折射率。三种光谱可同时或顺序测量。当在生产线上连续制备膜时，该共面双折射率数据可用于描述透明聚合物膜的特性，该聚合物膜主要由双轴定位聚合物构成。
文档编号G01J4/00GK1811383SQ200510107399
公开日2006年8月2日 申请日期2005年12月29日 优先权日2004年12月29日
发明者S·蒂克西尔 申请人:霍尼韦尔国际公司