JP2012068142A - 紫外線硬化樹脂の状態推定装置、状態推定方法およびプログラム - Google Patents

紫外線硬化樹脂の状態推定装置、状態推定方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】紫外線硬化樹脂の状態を精度よく推定する。
【解決手段】紫外線硬化樹脂の状態推定装置１０は、紫外線硬化樹脂５２に励起光を照射するプローブ１８と、紫外線硬化樹脂５２から発生した蛍光を受光して、該蛍光の分光分布を検出する分光器１６と、紫外線照射前の紫外線硬化樹脂５２に励起光を照射したときに検出される照射前分光分布の形状と、紫外線照射後の紫外線硬化樹脂５２に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布の形状とを比較することで、紫外線硬化樹脂５２の状態を推定するコンピュータ５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線硬化樹脂の状態を推定するための装置、方法およびプログラムに関する。
従来より、光学機器や電子機器の組立工程において、紫外線硬化樹脂を接着剤として用いられている。紫外線硬化樹脂の硬化度の測定は、目視による測定が困難であるため、通常破壊検査により行われる。生産ラインで紫外線硬化樹脂を使用する場合、硬化度の管理は硬化用の紫外線照度と照射時間を管理することで間接的に行い、抜き取りで破壊テストを行う方法が取られる。
近年では、非破壊検査方法として、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射した際に発生する蛍光の強度の時間的変化に基づいて、紫外線硬化樹脂の状態、すなわち硬化度を推定する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００７−２４８２４４号公報
しかしながら、紫外線硬化樹脂には硬化後時間が経過すると蛍光強度が変化するものが存在するため、上述の特許文献１に開示された方法の場合、紫外線照射直後でしか正確に紫外線硬化樹脂の状態を推定できない可能性がある。
また、蛍光強度は紫外線硬化樹脂の塗布量によって変わるため、上述の特許文献１に開示された方法の場合、紫外線硬化樹脂の状態を精度よく推定できないおそれがある。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、紫外線硬化樹脂の状態を精度よく推定することのできる技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の紫外線硬化樹脂の状態推定装置は、紫外線硬化樹脂に励起光を照射する照射部と、紫外線硬化樹脂から発生した蛍光を受光して、該蛍光の波長特性を検出する検出部と、蛍光の波長特性に基づいて、紫外線硬化樹脂の状態を推定する推定部とを備える。
この態様によると、蛍光の波長特性に基づいて紫外線硬化樹脂の状態を推定することで、蛍光強度に基づく場合よりも精度よく紫外線硬化樹脂の状態を推定できる。ここでいう「蛍光の波長特性」とは、少なくとも２つ以上の波長における蛍光強度を意味する。
検出部は、蛍光の分光分布を検出し、推定部は、検出された分光分布の形状に基づいて、紫外線硬化樹脂の状態を推定してもよい。分光分布（スペクトル分布）は、多数の波長における蛍光強度を表すものと考えることができる。
推定部は、紫外線照射前の紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射前分光分布と、紫外線照射後の紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布とを比較することで、紫外線硬化樹脂の状態を推定してもよい。
推定部は、正規化した照射前分光分布および照射後分光分布の形状を比較することで、紫外線硬化樹脂の状態を推定してもよい。
推定部は、照射後分光分布が照射前分光分布と異なる形状になっている場合、紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定してもよい。
推定部は、紫外線照射後の紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布が所定の形状になっている場合、紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定してもよい。
検出部は、蛍光の第１波長における第１強度と、蛍光の第２波長における第２強度とを検出し、推定部は、第１強度に対する第２強度の強度比に基づいて、紫外線硬化樹脂の状態を推定してもよい。
推定部は、紫外線照射前の紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射前強度比と、紫外線照射後の紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射後強度比とを比較することで、紫外線硬化樹脂の状態を推定してもよい。
推定部は、照射後強度比が照射前強度比と異なる値になっている場合、紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定してもよい。
推定部は、紫外線照射後の紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射後強度比が所定の強度比になっている場合、紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定してもよい。
本発明の別の態様は、紫外線硬化樹脂の状態推定方法である。この方法は、紫外線硬化樹脂に励起光を照射する照射ステップと、紫外線硬化樹脂から発生した蛍光を受光して、該蛍光の波長特性を検出する検出ステップと、蛍光の波長特性に基づいて、紫外線硬化樹脂の状態を推定する推定ステップとを備える。
本発明の別の態様は、コンピュータに、紫外線硬化樹脂の状態を推定させるためのプログラムである。このプログラムは、励起光が照射された紫外線硬化樹脂から発生した蛍光の波長特性を受信する受信機能と、蛍光の波長特性に基づいて、紫外線硬化樹脂の状態を推定する推定機能とを実現させるためのプログラムである。
本発明によれば、紫外線硬化樹脂の状態を精度よく推定できる技術を提供できる。
本発明の第１実施形態に係る紫外線硬化樹脂の状態推定装置を示す図である。 分波器の概略構造の一例を示す図である。 第１実施形態に係るコンピュータの機能ブロックを示す図である。 分光分布の一例を示す図である。 図４の分光分布を正規化した一例を示す図である。 分光分布の別の例を示す図である。 図６の分光分布を正規化した一例を示す図である。 分光分布の更に別の例を示す図である。 図８の分光分布を正規化した一例を示す図である。 第１実施形態に係る状態推定装置のフローチャートを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る紫外線硬化樹脂の状態推定装置を示す図である。 第２実施形態に係るコンピュータの機能ブロックを示す図である。 第２実施形態に係る状態推定装置のフローチャートを示す図である。
以下、本発明の実施形態に係る紫外線硬化樹脂の状態推定装置について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る紫外線硬化樹脂の状態推定装置１０を示す図である。状態推定装置１０は、基板５１上に塗布された紫外線硬化樹脂５２の状態、すなわち紫外線硬化樹脂５２の硬化度を検査する装置である。
図１に示すように、状態推定装置１０は、励起用ＬＥＤ１２と、分波器１４と、分光器１６と、プローブ１８と、励起用ＬＥＤ１２と分波器１４とを接続する第１光ファイバ２０と、分波器１４とプローブ１８とを接続する第２光ファイバ２２と、分波器１４と分光器１６とを接続する第３光ファイバ２４と、分光器１６に接続されたコンピュータ５０とを備える。
励起用ＬＥＤ１２は、検査対象物である紫外線硬化樹脂に照射するための励起光を出射するものであり、例えば、主波長λ１＝３７０ｎｍの光を発光するもの等を用いることができる。励起用ＬＥＤ１２の後段に、例えば透過域３５２〜３８８ｎｍのバンドパスフィルタが設けられてもよい。励起用ＬＥＤ１２から出射された励起光は、第１光ファイバ２０を通って分波器１４に伝搬される。第１光ファイバ２０としては、主波長λ１＝３７０ｎｍの励起光を低損失で伝送することができるよう、石英ガラス製の光ファイバが好適に用いられる。
分波器１４に入射した励起光は、分波器１４内において第２光ファイバ２２へ導かれ、第２光ファイバ２２を伝搬して第２光ファイバ２２の先端に取り付けられたプローブ１８から出射される。第２光ファイバ２２としては、第１光ファイバ２０と同様に、石英ガラス製の光ファイバが好適に用いられる。
プローブ１８は、第２光ファイバ２２の先端部を保持するフェルール２６と、第２光ファイバ２２の先端部から出射された励起光を集光して所定の前側焦点に照射するとともに、該前側焦点において発生した光を集光して第２光ファイバ２２へと導くレンズ２８と、フェルール２６とレンズ２８とを固定する筒状の固定部材３０とを備える。レンズ２８としては、例えば、第２光ファイバ２２の端面に等倍像が結像するよう設計されたロッドレンズを用いることができる。レンズ２８は、複数のレンズにより構成されてもよい。レンズ２８の前側焦点に紫外線硬化樹脂５２が位置している場合、レンズ２８から紫外線硬化樹脂５２に励起光が照射されると、紫外線硬化樹脂５２から蛍光が発生する。この蛍光は、レンズ２８により集光され、レンズ２８の後側焦点に配置された第２光ファイバ２２の先端部に入射する。また、第２光ファイバ２２には、励起光の反射光もレンズ２８によって集光されて入射する。
第２光ファイバ２２に入射した蛍光および反射光は、第２光ファイバ２２を伝搬して分波器１４に入射する。この分波器１４においては、蛍光が第３光ファイバ２４に導かれる。第３光ファイバ２４を伝搬した蛍光は、分光器１６によって受光される。
分光器１６は、受光した蛍光の分光分布を測定する。分光分布とは、光の波長による強度の変化を連続的に表したものである。分光分布は、一般的に、横軸を波長とし、縦軸を各波長での強度としたグラフで表される。分光器１６としては、グレーティングとリニアセンサーを用いたものや、位置によって透過波長が変わるリニアバルブフィルタ（ＬＶＦ）とＰＤ又はＡＰＤを用いたものであってもよい。この分光分布の情報は、コンピュータ５０に送信される。コンピュータ５０は、受信した分光分布に基づいて紫外線硬化樹脂の状態を推定する。この推定方法については後述する。
図２は、分波器１４の概略構造の一例を示す図である。分波器１４は、分波フィルタ４０と、分波フィルタ４０を挟んで配置された第１レンズ４１および第２レンズ４２と、第１光ファイバ２０および第２光ファイバ２２を保持し、第１レンズ４１側に配置された第１キャピラリ４３と、第３光ファイバ２４を保持し、第２レンズ４２側に配置された第２キャピラリ４４とが、筒状の保持部材４５に保持された構造を有している。
第１キャピラリ４３および第２キャピラリ４４としては、例えばホウ珪酸ガラス等からなるガラス製のものを用いることができる。
第１レンズ４１および第２レンズ４２は、中心から外部に向かって屈折率が低下するように屈折率勾配が設けられた屈折率分布型円柱状ロッドレンズを用いることができる。屈折率分布型円柱状ロッドレンズを用いることにより、入射面と出射面の２端面が光軸方向に直角方向の平面となり、レンズの結合等の組立を容易にするできる。また、屈折率分布型円柱状ロッドレンズは円柱状であるため、保持部材４５に容易に格納でき、光軸合わせを容易とすることができる。なお、第１レンズ４１および第２レンズ４２は、ドラムレンズを用いてもよい。ドラムレンズは、ボールレンズの中途を円柱状に研磨して俵型にしたものである。
分波フィルタ４０は、励起光を反射し且つ蛍光を透過する波長選択性部材として機能する。一般的に、励起光の主波長λ１と蛍光の主波長λ２との間には、λ１＜λ２という関係が成り立つため、分波フィルタ４０のカットオフ波長λｏｆｆは、λ１より大きくλ２より小さいことが必要である。例えば、主波長λ１＝３７０ｎｍの場合、分波フィルタ４０として、透過域４２０〜５００ｎｍのバンドパスフィルタを用いることができる。
分波フィルタ４０は、具体的には、屈折率の低いＳｉＯ２等から成る層と屈折率の高いＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５等から成る層が多層に積層された誘電体多層膜を用いることができる。分波フィルタ４０の透過特性は、カットオフ波長λｏｆｆより短波長の光の透過率が−３０ｄＢ以下（０．１％）であって、λｏｆｆより長波長の光の透過率が−３ｄＢ以上（９７〜５０％）であることが好ましい。
上記のような分波フィルタ４０を用いることにより、励起用ＬＥＤ１２から出射された主波長がλ１である励起光は、分波フィルタ４０に対する透過率が−３０ｄＢ以下となるため、分波フィルタ４０で反射して第２光ファイバ２２に導光される。これにより、分波器１４内を励起光が透過することを確実に防止することができ、蛍光の測定・検出ノイズレベルを効果的に低下させることができる。
一方、プローブ１８および第２光ファイバ２２を介して分波器１４に導光される光は、上述したように、主波長λ１の励起光の反射光と、主波長λ２の蛍光である。これらの光のうち、反射光は、励起用ＬＥＤ１２からの励起光と同様に分波フィルタ４０で反射されるが、蛍光は、分波フィルタ４０に対する透過率が−３ｄＢ以上となるため、分波フィルタ４０を透過して第２レンズ４２に入射し、第２レンズ４２により第３光ファイバ２４に導光される。これにより、分波器１４内を透過する蛍光の検出信号強度を確保することができる。
図３は、第１実施形態に係るコンピュータ５０の機能ブロックを示す。図３に示すように、コンピュータ５０は、受信部５４と、正規化部５６と、推定部５８とを備える。なお、本明細書において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
受信部５４は、分光器１６からの分光分布情報を受信する。正規化部５６は、該分光分布を正規化する。推定部５８は、正規化した分光分布の形状に基づいて紫外線硬化樹脂５２の状態を推定する。
より具体的には、推定部５８は、紫外線照射前の紫外線硬化樹脂５２に励起光を照射したときに検出される照射前分光分布と、紫外線照射後の紫外線硬化樹脂５２に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布とを比較する。そして、推定部５８は、照射後分光分布が照射前分光分布と異なる形状になっている場合、紫外線硬化樹脂５２が所定の硬化度に達したと推定する。照射前分光分布は、予めコンピュータ５０のメモリに記憶しておいてもよい。
以下、具体的な例に基づいて状態推定装置１０について説明する。
図４は、分光分布の一例を示す。図４は、紫外線硬化樹脂５２として、協立化学産業社製のワールドロック８７７４（以下、試料１）を用いた場合に得られる分光分布を示している。図４において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は蛍光強度（任意単位）である。図４において、曲線６０は硬化用紫外線照射前、すなわち硬化前の分光分布、曲線６１は硬化用紫外線を３０秒間照射した後の分光分布、曲線６２は硬化用紫外線を６０秒間照射した後の分光分布、曲線６３は硬化用紫外線を９０秒間照射した後の分光分布、曲線６４は硬化用紫外線を１２０秒間照射した後の分光分布、曲線６５は硬化用紫外線を１５０秒間照射した後の分光分布、曲線６６は硬化用紫外線を１５０秒間照射し、さらに１５日間放置した後の分光分布を表す。なお、曲線６１〜６６の各条件において、試料１は所定の硬化度に達している。
図４において、各曲線６０〜６６の積分値は、各条件における蛍光強度を表す。図４に示すように、紫外線照射中に関しては硬化によって蛍光強度が増加し、その後略一定になることが分かる（曲線６１〜６５）。しかしながら、硬化した試料１を放置した場合、蛍光強度は大幅に増加する（曲線６６）。従って、蛍光強度のみに基づいて試料１の硬化度を測定しようとした場合、試料１に紫外線を照射してから時間が経過してしまうと、試料１が所定の硬化度に達したのか否かを判定することは困難である。また、蛍光強度は試料１の塗布量によっても変わるため、硬化度を蛍光強度のみに基づいて判定するのは容易ではない。
図５は、図４の分光分布を正規化した一例を示す。図５は、図４の各曲線６０〜６６に対し、最大蛍光強度が１００となるよう正規化を行ったものである。図５において、曲線７０は硬化用紫外線照射前の正規化した分光分布、曲線７１は硬化用紫外線を３０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線７２は硬化用紫外線を６０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線７３は硬化用紫外線を９０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線７４は硬化用紫外線を１２０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線７５は硬化用紫外線を１５０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線７６は硬化用紫外線を１５０秒間照射し、さらに１５日間放置した後の正規化した分光分布を表す。
図５に示すように、硬化後の試料１の分光分布（曲線７１〜７６）は、硬化用紫外線の放射中、放置後に拘わらず、形状が略一定になっている。また、硬化前（曲線７０）と硬化後（曲線７１〜７６）で形状が明確に異なる。従って、蛍光の分光分布の形状が紫外線照射前の分光分布の形状から変化したか否かを判定することで、試料１が硬化したか否かを精度よく判定できる。また、分光分布の形状に基づいて判定しているので、試料１の塗布量には影響されない。
図６は、分光分布の別の例を示す。図６は、紫外線硬化樹脂５２として、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のオプトキャスト３４１５（以下、試料２）を用いた場合に得られる分光分布を示す。図６において、曲線８０は硬化用紫外線照射前の分光分布、曲線８１は硬化用紫外線を３０秒間照射した後の分光分布、曲線８２は硬化用紫外線を６０秒間照射した後の分光分布、曲線８３は硬化用紫外線を９０秒間照射した後の分光分布、曲線８４は硬化用紫外線を１２０秒間照射した後の分光分布、曲線８５は硬化用紫外線を１５０秒間照射した後の分光分布、曲線８６は硬化用紫外線を１５０秒間照射し、さらに１５日間放置した後の分光分布を表す。なお、曲線８１〜８６の各条件において、試料２は所定の硬化度に達している。
図６においても、各曲線８０〜８６の積分値は、各条件における蛍光強度を表す。図６に示すように、試料２の場合、蛍光強度は照射と共に増え続けることが分かる（曲線８１〜８５）。また、硬化後試料２を放置した場合、蛍光強度は大幅に増加することが分かる（曲線８６）。従って、蛍光強度のみに基づいて試料２の硬化度を測定しようとしても、硬化が完了したか否か判定することは難しい。また、蛍光強度は試料２の塗布量によっても変わるため、硬化度を蛍光強度のみに基づいて判定するのは容易ではない。
図７は、図６の分光分布を正規化した一例を示す。図７は、図６の各曲線８０〜８６に対し、最大蛍光強度が１００となるよう正規化を行ったものである。図７において、曲線９０は硬化用紫外線照射前の正規化した分光分布、曲線９１は硬化用紫外線を３０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線９２は硬化用紫外線を６０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線９３は硬化用紫外線を９０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線９４は硬化用紫外線を１２０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線９５は硬化用紫外線を１５０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線９６は硬化用紫外線を１５０秒間照射し、さらに１５日間放置した後の正規化した分光分布を表す。
図７に示すように、試料２においても、硬化後の分光分布（曲線９１〜９６）の形状は、硬化用紫外線の放射中、放置後に拘わらず、略一定となっている。また、硬化前（曲線９０）と硬化後（曲線９１〜９６）で形状が明確に異なる。従って、蛍光の分光分布の形状が紫外線照射前の分光分布の形状から変化したか否かを判定することで、試料２が硬化したか否かを精度よく判定できる。また、分光分布の形状に基づいて判定しているので、試料２の塗布量には影響されない。
図８は、分光分布の更に別の例を示す。図８は、紫外線硬化樹脂５２として、ケミテック社製のケミシール４２６Ｂ（以下、試料３）を用いた場合に得られる分光分布を示す。図８において、曲線１００は硬化用紫外線照射前の分光分布、曲線１０１は硬化用紫外線を３０秒間照射した後の分光分布、曲線１０２は硬化用紫外線を６０秒間照射した後の分光分布、曲線１０３は硬化用紫外線を９０秒間照射した後の分光分布、曲線１０４は硬化用紫外線を１２０秒間照射した後の分光分布、曲線１０５は硬化用紫外線を１５０秒間照射した後の分光分布、曲線１０６は硬化用紫外線を１５０秒間照射し、さらに１５日間放置した後の分光分布を表す。なお、曲線１０１〜１０６の各条件において、試料３は所定の硬化度に達している。
図８においても、各曲線１００〜１０６の積分値は、各条件における蛍光強度を表す。図８に示すように、試料３の場合、紫外線照射中に関しては硬化によって蛍光強度が増加し、その後完全ではないが略一定になることが分かる（曲線１０１〜１０５）。しかしながら、硬化した試料３を放置した場合、蛍光強度は大幅に増加する（曲線１０６）。従って、蛍光強度のみに基づいて試料３の硬化度を測定しようとした場合、試料３に紫外線を照射してから時間が経過してしまうと、試料３が所定の硬化度に達したのか否かを判定することは困難である。また、蛍光強度は試料３の塗布量によっても変わるため、硬化度を蛍光強度のみに基づいて判定するのは容易ではない。
図９は、図８の分光分布を正規化した一例を示す。図９は、図８の各曲線１００〜１０６に対し、最大蛍光強度が１００となるよう正規化を行ったものである。図９において、曲線１１０は硬化用紫外線照射前の正規化した分光分布、曲線１１１は硬化用紫外線を３０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線１１２は硬化用紫外線を６０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線１１３は硬化用紫外線を９０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線１１４は硬化用紫外線を１２０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線１１５は硬化用紫外線を１５０秒間照射した後の正規化した分光分布、曲線１１６は硬化用紫外線を１５０秒間照射し、さらに１５日間放置した後の正規化した分光分布を表す。
図９に示すように、硬化後の試料３の分光分布（曲線１１１〜１１６）は、硬化用紫外線の放射中、放置後に拘わらず、形状が略一定になっている。また、硬化前（曲線１１０）と硬化後（曲線１１１〜１１６）で形状が明確に異なる。従って、蛍光の分光分布の形状が紫外線照射前の分光分布の形状から変化したか否かを判定することで、試料３が硬化したか否かを精度よく判定できる。また、分光分布の形状に基づいて判定しているので、試料３の塗布量には影響されない。
図１０は、第１実施形態に係る状態推定装置１０のフローチャートを示す。状態推定装置１０により紫外線硬化樹脂５２の状態を推定する場合、まず、励起用ＬＥＤ１２を点灯させ、励起光をプローブ１８から紫外線硬化樹脂５２に照射する（Ｓ１０）。紫外線硬化樹脂５２から発生した蛍光は、プローブ１８に入射し、第２光ファイバ２２、分波器１４、第３光ファイバ２４を介して分光器１６に入射する。
分光器１６は、受光した蛍光の分光分布を検出する（Ｓ１２）。検出した分光分布の情報はコンピュータ５０に送られ、コンピュータ５０の受信部５４は、該情報を受信する（Ｓ１４）。受信した分光分布情報は、正規化部５６に送られる。
正規化部５６は、分光分布を正規化する処理を行う（Ｓ１６）。正規化の方法は特に限定されないが、例えば、図５、図７、図９に示したように、最大蛍光強度が１００となるよう正規化を行う。正規化した分光分布の情報は、推定部５８に送られる。
推定部５８は、予め記憶しておいた正規化した照射前分光分布と、正規化部５６から受信した分光分布（照射後分光分布）とを比較して、照射後分光分布の形状が照射前分光分布の形状から変化しているか否か判定する（Ｓ１８）。
照射後分光分布の形状が照射前分光分布の形状から変化し、異なる形状となっている場合（Ｓ１８のＹ）、推定部５８は、紫外線硬化樹脂５２が所定の硬化度に達した、すなわち硬化したと推定する（Ｓ２０）。一方、照射後分光分布の形状が照射前分光分布の形状から変化していない場合（Ｓ１８のＮ）、推定部５８は、紫外線硬化樹脂５２が所定の硬化度に達していない、すなわち未硬化であると推定する（Ｓ２２）。
以上説明したように、本第１実施形態に係る状態推定装置１０によれば、分光分布の形状に基づいて紫外線硬化樹脂５２の状態を推定することにより、硬化後時間が経過した場合であっても、紫外線硬化樹脂５２の硬化度を精度よく判定できる。また、状態推定装置１０によれば、硬化度の測定精度は紫外線硬化樹脂５２の塗布量に影響されない。なお、どの程度分光分布の形状が変化すれば硬化完了と判定できるかについては、用いる紫外線硬化樹脂５２の種類等によって変わるので、実験などによって適宜基準を設定すればよい。
上記第１実施形態では、コンピュータ５０の推定部５８が照射前分光分布と照射後分光分布の比較を行ったが、測定者がコンピュータ５０のディスプレイに表示された照射前分光分布と照射後分光分布を比較して、両者の形状が一致しているか否かを判定してもよい。
また、コンピュータ５０の推定部５８は、照射後分光分布が所定の形状になっている場合に、紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定してもよい。ここで、「所定の形状」は、予めデータとして与えておいてもよいし、試料測定前に硬化済みの試料の分光分布を測定し、該測定結果をコンピュータ５０のメモリに記録して使用してもよい。この場合、硬化判定の精度を向上できる。
上記第１実施形態では、形状の比較を容易とするため分光分布を正規化したが、正規化前の分光分布の形状に基づいて紫外線硬化樹脂５２の状態を推定してもよい。
分光器１６において、グレーディングやＬＶＦで効率良く分波するためには、ビーム径の小さい平行光を作り出す必要がある。その為には、光ファイバのような狭い領域に光を一旦閉じ込めると、ビーム径の小さい平行光を作り出しやすい。本実施形態においては、蛍光の光路として光ファイバを用いているため、上記の点において有利である。
図１１は、本発明の第２実施形態に係る紫外線硬化樹脂の状態推定装置２１０を示す。図１１に示す状態推定装置２１０は、図１に示す状態推定装置１０における分光器１６に代えて、分波器２１２、第１フォトダイオード２１４および第２フォトダイオード２１６を設けたものである。なお、第２実施形態に係る状態推定装置２１０において、第１実施形態に係る状態推定装置１０と同一または対応する構成要素については、同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。
図１１に示すように、分波器１４は、第３光ファイバ２４を介して分波器２１２に接続されている。分波器２１２は、第３光ファイバ２４から入射する蛍光を第１波長と第２波長とに分波し、それぞれを第１フォトダイオード２１４と第２フォトダイオード２１６とに出力する。第１波長と第２波長は異なる波長である。例えば、上述の試料１を紫外線硬化樹脂５２として用いた場合、分波器２１２は、入力された蛍光を、第１波長＝４８５ｎｍを中心波長とする波長４８０〜４９０ｎｍの蛍光と、第２波長＝４４５ｎｍを中心波長とする波長４４０〜４５０ｎｍの蛍光とに分波する。
第１波長の蛍光が入力された第１フォトダイオード２１４は、第１波長の蛍光を電気信号に変換し、第１強度情報としてコンピュータ５０に出力する。また、第２波長の蛍光が入力された第２フォトダイオード２１６は、第２波長の蛍光を電気信号に変換し、第２強度情報としてコンピュータ５０に出力する。
図１２は、第２実施形態に係るコンピュータ５０の機能ブロックを示す。図１２に示すように、コンピュータ５０は、受信部５４と、強度比演算部５７と、推定部５８とを備える。
受信部５４は、第１フォトダイオード２１４および第２フォトダイオード２１６からの第１強度情報および第２強度情報を受信する。強度比演算部５７は、第１強度に対する第２強度の強度比を演算する。推定部５８は、強度比演算部５７により演算された強度比に基づいて紫外線硬化樹脂５２の状態を推定する。
より具体的には、推定部５８は、紫外線照射前の紫外線硬化樹脂５２に励起光を照射したときに検出される照射前強度比と、紫外線照射後の紫外線硬化樹脂５２に励起光を照射したときに検出される照射後強度比とを比較する。そして、推定部５８は、照射後強度比が照射前強度比と異なる値になっている場合、紫外線硬化樹脂５２が所定の硬化度に達したと推定する。照射前強度比は、予めコンピュータ５０に記憶しておいてもよい。
図１３は、第２実施形態に係る状態推定装置２１０のフローチャートを示す。状態推定装置２１０により紫外線硬化樹脂５２の状態を推定する場合、まず、励起用ＬＥＤ１２を点灯させ、励起光をプローブ１８から紫外線硬化樹脂５２に照射する（Ｓ３０）。紫外線硬化樹脂５２から発生した蛍光は、プローブ１８に入射し、第２光ファイバ２２、分波器１４、第３光ファイバ２４を介して分波器２１２に入射する。
分波器２１２は、受光した蛍光を第１波長と第２波長とに分波する（Ｓ３２）。分波された第１波長の蛍光は、第１フォトダイオード２１４により受光され、第１強度が検出される。第２波長の蛍光は、第２フォトダイオード２１６により受光され、第２強度が検出される（Ｓ３４）。第１強度および第２強度は、コンピュータ５０の受信部５４に受信される。
続いて、強度比演算部５７は、第１強度に対する第２強度の強度比を演算する（Ｓ３６）。例えば、上述の試料１の場合、図４に示すように、硬化用紫外線を３０秒間照射した後の第１波長＝４８５ｎｍにおける蛍光強度は１２６５であり、第２波長＝４４５ｎｍにおける蛍光強度は１１３３であるので、強度比は０．８９になる。また、同じく試料１において、硬化用紫外線を１５０秒間照射した後放置した場合の第１波長＝４８５ｎｍにおける蛍光強度は２０２０であり、第２波長＝４４５ｎｍにおける蛍光強度は１７７６であるので、強度比は０．８８になる。演算した強度比情報は、推定部５８に送られる。
推定部５８は、予め記憶しておいた照射前強度比と、強度比演算部５７から受信した強度比（照射後強度比）とを比較して、照射後強度比が照射前強度比から変化しているか否か判定する（Ｓ３８）。例えば、試料１の場合、図４に示すように、硬化用紫外線照射前の第１波長＝４８５ｎｍにおける蛍光強度は１１８であり、第２波長＝４４５ｎｍにおける蛍光強度は８７であるので、照射前強度比は０．７４になる。
照射後強度比が照射前強度比から変化し、異なる値となっている場合（Ｓ３８のＹ）、推定部５８は、紫外線硬化樹脂５２が所定の硬化度に達したと推定する（Ｓ４０）。例えば、試料１の場合、上述のように紫外線を３０秒間照射後の強度比は０．８９であり、照射前強度比＝０．７４と異なる値になっているので、所定の硬化度に達したと推定できる。また、紫外線を１５０秒間照射後、放置した場合の強度比は０．８８であるので、この場合も照射前強度比＝０．７４と異なる値になっており、所定の硬化度に達したと推定できる。一方、照射後強度比が照射前強度比から変化していない場合（Ｓ３８のＮ）、推定部５８は、紫外線硬化樹脂５２が所定の硬化度に達していない、すなわち未硬化であると推定する（Ｓ４２）。
以上説明したように、本第２実施形態に係る状態推定装置２１０は、２つの異なる波長における蛍光強度の強度比に基づいて紫外線硬化樹脂５２の状態を推定する構成とした。硬化後時間が経過した場合であっても、強度比は硬化用紫外線放射中と殆ど変わらないので、紫外線硬化樹脂５２の硬化度を精度よく判定できる。また、状態推定装置２１０によれば、硬化度の測定精度は紫外線硬化樹脂５２の塗布量に影響されない。なお、どの程度強度比が異なれば硬化完了と判定できるかについては、用いる紫外線硬化樹脂５２の種類等によって変わるので、実験などによって適宜基準を設定すればよい。
上記第２実施形態では、コンピュータ５０の推定部５８が照射前強度比と照射後強度比の比較を行ったが、測定者が照射前強度比と照射後強度比の比較を行って、紫外線硬化樹脂５２が所定の硬化度に達したか判定してもよい。
また、コンピュータ５０の推定部５８は、照射後分光分布が所定の強度比になっている場合に、紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定してもよい。ここで、「所定の強度比」は、予めデータとして与えておいてもよいし、試料測定前に硬化済みの試料に関して強度比を測定し、該測定結果をコンピュータ５０のメモリに記録して使用してもよい。この場合、硬化判定の精度を向上できる。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
例えば、励起用ＬＥＤ１２を１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度の周波数で点滅させ、その周波数の成分の蛍光のみを検出するようにしてもよい。例えば、上記の第１実施形態において、分光器１６にロックイン回路を設け、励起用ＬＥＤ１２の点滅と同期を取って蛍光を検出する。若しくは、ＦＦＴで、その周波数の成分の信号強度を取得する。これにより、外乱光に影響されずに、より高感度な測定が可能となる。このような構成をとる場合、ＬＶＦを用いた分光器１６を採用することが望ましい。
また、上述の実施形態では、励起光や蛍光の伝送路として光ファイバを用いたが、光導波路など他の伝送路も利用可能である。さらに、励起光や蛍光を空間光伝送することも可能である。
１０、２１０ 状態推定装置、 １２ 励起用ＬＥＤ、 １４、２１２ 分波器、 １６ 分光器、 １８ プローブ、 ２４ 第３光ファイバ、 ５０ コンピュータ、 ５２ 紫外線硬化樹脂、 ５４ 受信部、 ５６ 正規化部、 ５７ 強度比演算部、 ５８ 推定部、 ２１４ 第１フォトダイオード、 ２１６ 第２フォトダイオード。

Claims (30)

  1. 紫外線硬化樹脂に励起光を照射する照射部と、
    前記紫外線硬化樹脂から発生した蛍光を受光して、該蛍光の波長特性を検出する検出部と、
    前記蛍光の波長特性に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定する推定部と、
    を備えることを特徴とする紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  2. 前記検出部は、前記蛍光の分光分布を検出し、
    前記推定部は、検出された前記分光分布の形状に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項１に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  3. 前記推定部は、紫外線照射前の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射前分光分布の形状と、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布の形状とを比較することで、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項２に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  4. 前記推定部は、正規化した照射前分光分布および照射後分光分布の形状を比較することで、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項３に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  5. 前記推定部は、前記照射後分光分布が前記照射前分光分布と異なる形状になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定することを特徴とする請求項３または４に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  6. 前記推定部は、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布が所定の形状になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定することを特徴とする請求項２に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  7. 前記検出部は、前記蛍光の第１波長における第１強度と、前記蛍光の第２波長における第２強度とを検出し、
    前記推定部は、前記第１強度に対する第２強度の強度比に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項１に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  8. 前記推定部は、紫外線照射前の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射前強度比と、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射後強度比とを比較することで、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項７に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  9. 前記推定部は、前記照射後強度比が前記照射前強度比と異なる値になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定することを特徴とする請求項８に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  10. 前記推定部は、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射後強度比が所定の強度比になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定することを特徴とする請求項７に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定装置。
  11. 紫外線硬化樹脂に励起光を照射する照射ステップと、
    前記紫外線硬化樹脂から発生した蛍光を受光して、該蛍光の波長特性を検出する検出ステップと、
    前記蛍光の波長特性に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定する推定ステップと、
    を備えることを特徴とする紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  12. 前記検出ステップは、前記蛍光の分光分布を検出するステップを含み、
    前記推定ステップは、検出された前記分光分布の形状に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  13. 前記推定ステップは、紫外線照射前の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射前分光分布の形状と、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布の形状とを比較することで、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  14. 前記推定ステップは、正規化した照射前分光分布および照射後分光分布の形状を比較することで、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  15. 前記推定ステップは、前記照射後分光分布が前記照射前分光分布と異なる形状になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定するステップを有することを特徴とする請求項１３または１４に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  16. 前記推定ステップは、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布が所定の形状になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定するステップを有することを特徴とする請求項１２に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  17. 前記検出ステップは、前記蛍光の第１波長における第１強度と、前記蛍光の第２波長における第２強度とを検出するステップを含み、
    前記推定ステップは、前記第１強度に対する第２強度の強度比に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  18. 前記推定ステップは、紫外線照射前の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射前強度比と、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射後強度比とを比較することで、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  19. 前記推定ステップは、前記照射後強度比が前記照射前強度比と異なる値になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定するステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  20. 前記推定ステップは、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射後強度比が所定の強度比になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載の紫外線硬化樹脂の状態推定方法。
  21. コンピュータに、紫外線硬化樹脂の状態を推定させるためのプログラムであって、
    励起光が照射された紫外線硬化樹脂から発生した蛍光の波長特性を受信する受信機能と、
    前記蛍光の波長特性に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定する推定機能と、
    を実現させるためのプログラム。
  22. 前記受信機能は、前記蛍光の分光分布を受信し、
    前記推定機能は、該分光分布の形状に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項２１に記載のプログラム。
  23. 前記推定機能は、紫外線照射前の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射前分光分布の形状と、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布の形状とを比較することで、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項２２に記載のプログラム。
  24. 前記推定機能は、正規化した照射前分光分布および照射後分光分布の形状を比較することで、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項２３に記載のプログラム。
  25. 前記推定機能は、前記照射後分光分布が前記照射前分光分布と異なる形状になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定することを特徴とする請求項２３または２４に記載のプログラム。
  26. 前記推定機能は、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに検出される照射後分光分布が所定の形状になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定することを特徴とする請求項２２に記載のプログラム。
  27. 前記受信機能は、前記蛍光の第１波長における第１強度と、前記蛍光の前記第１波長と異なる第２波長における第２強度とを受信し、
    前記推定機能は、前記第１強度に対する第２強度の強度比に基づいて、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項２１に記載のプログラム。
  28. 前記推定機能は、紫外線照射前の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射前強度比と、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射後強度比とを比較することで、前記紫外線硬化樹脂の状態を推定することを特徴とする請求項２７に記載のプログラム。
  29. 前記推定機能は、前記照射後強度比が前記照射前強度比と異なる場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定することを特徴とする請求項２８に記載のプログラム。
  30. 前記推定機能は、紫外線照射後の前記紫外線硬化樹脂に励起光を照射したときに得られる照射後強度比が所定の強度比になっている場合、前記紫外線硬化樹脂が所定の硬化度に達したと推定することを特徴とする請求項２７に記載のプログラム。
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