WO2014141910A1 - フィルム製造方法、フィルム製造プロセスモニタ装置及びフィルム検査方法 - Google Patents

フィルム製造方法、フィルム製造プロセスモニタ装置及びフィルム検査方法 Download PDF

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彰紀 木村
哲 森島
真澄 伊藤
菅沼　寛
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Definitions

  • the present invention relates to a film manufacturing method, a film manufacturing process monitoring device, and a film inspection method.
  • a method of grasping the characteristics of a film As a method of grasping the characteristics of a film, a method of measuring a reflected light or transmitted light from a film with respect to light from a light source and calculating a physical quantity for grasping a desired property based on the intensity information is known. Yes.
  • the resin sheet material is cured from the intensity of transmitted light or reflected light obtained by sequentially irradiating infrared rays in the wavelength regions of the respective absorption wavelengths of the plurality of functional groups in the resin sheet material. A method for deriving degrees is shown.
  • the infrared irradiation means and the infrared light reception means are moved, and a plurality of measurements at a specific location are performed while switching a plurality of filters having different transmission wavelength ranges. Need to repeat. In the case of having such a configuration, the work relating to physical quantity acquisition for grasping the characteristics of the film becomes complicated, and for example, it is difficult to check the film manufacturing process in real time.
  • An object of the present invention is to provide a film manufacturing method, a film manufacturing process monitoring device, and a film inspection method capable of grasping the characteristics of a film with a simpler method and with higher accuracy.
  • a spectrum acquisition step of irradiating a broadband film, which is near-infrared light, to a moving film and acquiring a spectrum of reflected light or transmitted light emitted from the film, and acquisition in the spectrum acquisition step There is provided a film manufacturing method including a physical quantity calculating step of calculating a physical quantity related to the film from the spectrum thus obtained.
  • feedback control of film manufacturing conditions may be performed based on the physical quantity calculated in the physical quantity calculating step so that the physical quantity falls within a predetermined range.
  • a plurality of spectra may be acquired as time passes, and in the physical quantity calculation step, the time change of the physical quantity related to the film may be calculated based on the time change of the plurality of spectra.
  • light having a bandwidth of 25 nm or more may be used as broadband light. In the present application, the bandwidth is defined as “full width at half maximum”.
  • a light source unit that irradiates a moving film with near-infrared broadband light, reflected light emitted from the film by irradiation of broadband light from the light source unit, or A light receiving unit configured to split the transmitted light; a light receiving unit configured to receive light of each wavelength split by the spectroscopic unit and output a signal corresponding to the intensity of the received light; and
  • a film manufacturing process monitor apparatus including a spectrum acquisition unit that acquires a spectrum of a film based on a signal output from, and a physical quantity calculation unit that calculates a physical quantity related to the film from the spectrum acquired by the spectrum acquisition unit.
  • the spectroscopic unit may be a transmission type spectroscopic element that performs spectroscopic analysis by transmitting reflected light or transmitted light emitted from the film.
  • the plurality of light receiving elements may each include InGaAs and have a quantum well structure. Further, the light receiving unit may have a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally.
  • the spectroscopic unit and the light receiving unit may be an imaging spectroscope that takes in and splits the measurement light on a straight line extending in a direction intersecting the moving direction of the film and detects the spectrum.
  • a film manufacturing method, a film manufacturing process monitor device, and a film inspection method capable of grasping the characteristics of the film with a simpler method and with higher accuracy are provided.
  • FIG. 4 is a graph obtained by enlarging the wavelength range of 2100 nm to 2200 nm in the graph of FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the extreme value of the second derivative of the reflectance spectrum near the wavelength of 2160 nm in the spectrum shown in FIGS. 3 and 4 and the Young's modulus of the UV curable resin.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a film manufacturing process monitor apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the monitor device 100 irradiates broadband light, which is near infrared light, on the film 1 moved in the A direction, detects the diffuse reflected light by the detection unit 30, and calculates a physical quantity indicating the characteristics of the film 1.
  • a light source 10, a diffuse reflector 20, a detection unit 30, and an analysis unit 40 are examples of the light source 10.
  • a UV light source unit 50 connected to the analysis unit 40 is provided on the upstream side of the film production process monitoring device 100 along the moving direction A of the film 1. .
  • the degree of cure of the UV curable resin applied to the main surface of the film is evaluated by the monitor device 100, and feedback control of an ultraviolet light source for curing the UV curable resin is performed based on the result.
  • the film 1 is a UV curable resin coated film, and examples of the physical quantity used for evaluating the degree of curing of the UV curable resin include Young's modulus.
  • the light source 10 irradiates the film transported in the A direction with broadband light of near infrared light having a certain wavelength band.
  • the broadband light emitted by the light source 10 is light having a wavelength range of 800 to 2500 nm.
  • the measurement is preferably performed in a band including 2160 nm, but the wavelength range can be appropriately changed according to the physical quantity indicating the characteristics of the film 1.
  • a halogen lamp can be suitably used as the light source 10.
  • the broadband light emitted from the light source 10 refers to light having a bandwidth of at least 25 nm or more. Since the bandwidth of the broadband light emitted from the light source 10 is 25 nm or more, a spectrum for accurately calculating one or more physical quantities indicating the characteristics of the film 1 can be acquired.
  • the bandwidth of the broadband light is preferably at least 50 nm or more.
  • the diffuse reflection plate 20 is provided on the opposite side (back side) from the light source 10 with the film 1 interposed therebetween.
  • the broadband light L1 emitted from the light source 10 is transmitted through the film 1 and then diffusely reflected by the diffuse reflector 20 to enter the detection unit 30 as diffusely reflected light L2.
  • the peak becomes a first-order differential form due to the anomalous dispersion phenomenon of the refractive index in which the refractive index changes largely before and after the peak in the absorption band. Since it becomes a distorted state, later spectrum analysis becomes difficult. Therefore, a configuration for detecting diffuse reflection light from the diffuse reflection plate 20 is preferable.
  • the detection unit 30 includes a slit 30a, a spectroscopic unit 30b, and a light receiving element unit 30c (light receiving unit).
  • the diffusely reflected light L2 that has passed through the slit 30a enters the spectroscopic unit 30b.
  • the spectroscopic unit 30b splits the diffuse reflected light L2 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the slit 30a. The split light is received by the light receiving element unit 30c.
  • the spectroscopic element used in the spectroscopic unit 30b is not particularly limited, but is preferably a transmission spectroscopic element. Since the transmission spectroscopic element has a higher throughput than the reflective spectroscopic element, it can be suitably used for real-time measurement to be applied to the film 1 manufacturing apparatus.
  • the light receiving element unit 30c includes a plurality of light receiving elements arranged two-dimensionally, and each light receiving element receives light. Thereby, each light receiving element receives light of each wavelength of the diffusely reflected light L2 reflected on the film 1. Each light receiving element outputs a signal corresponding to the intensity of received light as two-dimensional information including position information and wavelength information. As described above, since the plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged, a physical quantity corresponding to the position of the film can be acquired, and the characteristics of the film can be grasped with higher accuracy.
  • the light receiving element it is preferable to use an element including InGaAs and having a quantum well structure as the light receiving element when evaluating the degree of curing of the UV curable resin. Since such a light receiving element has high sensitivity in a wide wavelength band in the near infrared region, measurement with higher accuracy is possible.
  • the signal output from the detection unit 30 is output to the analysis unit 40.
  • the analysis part 40 analyzes the signal output from the detection part 30, calculates the physical quantity which shows the characteristic of the film 1, and evaluates the state (for example, UV hardening state) of the film 1.
  • the analysis unit 40 includes a spectrum acquisition unit 40a and a physical quantity calculation unit 40b.
  • the spectrum acquisition unit 40a the spectrum of the diffuse reflected light L2 is obtained from the signal input from the detection unit 30.
  • the physical quantity calculation unit 40b stores in advance a relationship between the peak value of a spectrum at a specific wavelength and a physical quantity (for example, Young's modulus), and specifies the specific value obtained by analyzing the spectrum obtained by the spectrum acquisition unit 40a.
  • a corresponding physical quantity is derived based on the peak value of the spectrum at the wavelength.
  • the method for analyzing the spectrum is not particularly limited, and for example, second-order spectrum differentiation, multivariate analysis, standard normal variable transformation, or the like can be used.
  • multivariate analysis features of a plurality of physical quantities can be extracted with higher accuracy.
  • standard normal variable transformation is particularly effective in removing the effects of baseline fluctuations in the spectrum, so even if the baseline is fluctuating, the standard normal variable transformation can be used with higher accuracy. Analysis is possible.
  • the physical quantity calculation unit 40b determines whether or not the calculated physical quantity is included in a predetermined range.
  • feedback control is performed on the UV light source unit 50 so that the physical quantity falls within the predetermined range.
  • the film is manufactured while adjusting the manufacturing conditions with the physical quantity as a guideline, so that it is possible to manufacture a film having more uniform characteristics. .
  • the UV light source unit 50 changes the irradiation condition of the UV light source unit 50 based on feedback control from the analysis unit 40 and irradiates the film 1 with the UV light L.
  • the physical quantity is also calculated for the film 1 manufactured after the irradiation condition of the UV light source unit 50 is changed, and it is evaluated whether the physical quantity is within a predetermined range. If the calculated physical quantity is within a predetermined range, the manufacturing conditions at that stage are continuously used. In addition, when the calculated physical quantity is out of the predetermined range, feedback control is performed again to change the irradiation condition of the UV light source unit 50.
  • the spectrum acquisition unit 40a acquires a plurality of spectrum acquisitions of the film 1 as time elapses, and the physical quantity calculation unit 40b performs physical quantity calculation in the physical quantity calculation process from the time variation of the plurality of spectra. It is also possible to calculate the fluctuation of the physical quantity related to the above and perform feedback control based on this. Thereby, the time change of the physical quantity along the moving direction of the film can be confirmed. For example, even when the manufacturing state changes with time, the state can be grasped.
  • the film 1 manufacturing method using the film manufacturing process monitoring apparatus 100 irradiates the film 1 to be moved with the broadband light L ⁇ b> 1 that is near infrared light, and the diffusion emitted from the film 1.
  • the characteristics of the film can be easily grasped.
  • a plurality of information can be acquired from the spectrum, for example, the characteristics of the film can be grasped with higher accuracy, and the film can be manufactured based on the obtained information.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a film manufacturing process monitor apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the film manufacturing process monitor device 200 is different from the manufacturing process monitor device 100 in that the film 1 moved in the direction A is irradiated with broadband light that is near infrared light, and then the transmitted light L3 is detected by the detection unit. 30 is a point to detect. For this reason, in the film manufacturing process monitor apparatus 200, the diffuse reflector 20 is unnecessary.
  • the detection unit 30 is provided at a position facing the light source 10 with the film 1 interposed therebetween.
  • the broadband light which is near-infrared light emitted from the light source 10
  • the light transmitted through the film 1 passes through the slit 30a of the detection unit 30 and is dispersed by the spectroscope 30b and then received by the light receiving element unit 30c.
  • spectrum acquisition, physical quantity calculation, and evaluation thereof are performed.
  • the film production process monitor device 100 As will be described, an example in which the degree of cure of the UV curable resin coated film is measured using the film production process monitor device 100 will be described, and the film production process monitor device according to the present invention is suitably used for a process monitor in a film production method. This will be explained.
  • FIG. 3 is a graph showing the second derivative value of the reflectance spectrum in the near-infrared wavelength band. It is a PET film in which a UV curable resin is uniformly applied on one side, and UV light having an irradiation amount of 10 mJ / cm 2 , 50 mJ / cm 2 , 100 mJ / cm 2 , 500 mJ / cm 2 , and 1000 mJ / cm 2
  • a spectrum of diffuse reflected light (wavelength range: 1000 nm to 2400 nm) was obtained by the film manufacturing process monitor apparatus 100.
  • FIG. 3 shows the second-order reflectance spectrum obtained by calculating the reflectance spectrum from the result and then performing the second-order differentiation.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the wavelength range 2100 nm to 2200 nm in FIG.
  • FIG. 5 shows the extreme value of the second derivative of the reflectance spectrum near the wavelength of 2160 nm in the spectrum shown in FIGS. 3 and 4 with respect to the measurement result of the Young's modulus of the UV curable resin.
  • a plurality of UV curable resin coated films with different UV light irradiation amounts are used. Since the results of preparation and measurement are also displayed, the number of samples is increased.
  • the peak near the wavelength of 2160 nm is a peak that changes due to the curing reaction of the UV curable resin. Therefore, the degree of cure of the UV curable resin is measured using the spectrum obtained by the film manufacturing process monitor device 100 by utilizing the correspondence between the second-order differential value in this wavelength band and the Young's modulus. Is possible.
  • the second-order differential value near a wavelength of 2160 nm is reduced in a specific region of the film 1 during manufacturing, the actual irradiation light quantity is reduced with respect to the set value due to the deterioration of the UV lamp, or the light is extinguished due to the lifetime It can be considered that it has been.
  • feedback control can be performed to an operation unit (not shown) that operates the output of the UV lamp so as to compensate for the amount of decrease.
  • the lifetime of the UV lamp it is considered that UV curing hardly occurs because the UV lamp is not turned on, so that the second-order differential value is considered to decrease rapidly. Therefore, it can be configured to issue a warning for replacing the lamp when a change in the physical quantity over time is detected, and it is possible to greatly reduce the occurrence of defective UV curing due to troubles in the UV light source unit 50.
  • the film manufacturing process includes a step of mixing and stirring the raw materials, then injecting them with an extruder, and further performing stretching and coating treatment. At this time, whether or not a uniform state is maintained in the longitudinal direction of the film (that is, the A direction in FIG. 1) is important in terms of quality control.
  • FIG. 6 shows, as an example, a UV light source unit 50 in which three UV light sources 51 to 53 are arranged in the width direction (direction orthogonal to the A direction).
  • the degree of cure of the UV resin depends on the irradiation amount of the UV resin
  • the output intensities of the plurality of UV lamps 51 to 53 are constant. Need to be managed. Specifically, it is desirable that the output intensities of the plurality of UV lamps 51 to 53 are equal to each other and are constant on the time axis along which the film 1 is moved.
  • the UV light intensity at one point in the region irradiated by the UV lamps 51 to 53 is measured to control the irradiation conditions of the UV lamps 51 to 53. It may not be enough.
  • a plurality of film production process monitor devices are installed in the width direction as shown in FIG. Then, the degree of curing of the film irradiated with UV is evaluated in real time, and feedback control is applied based on the result, whereby the degree of curing in the plane of the film can be kept more uniform.
  • the incident light is split by the light splitting units 30b provided in the three light receiving units 30, and the split light enters each light receiving element unit 30c.
  • the irradiation intensity of the UV lamp and the movement of the line are referred with reference to the film thickness and the mixing ratio in addition to the degree of curing. It is also possible to perform feedback control for parameters such as speed. With such a configuration, a production line with fewer defects can be realized. In this case, a physical quantity such as a film thickness and a mixing ratio can be calculated from the spectrum obtained in the above embodiment, and feedback control can be performed based on the calculation result. (Application example for managing poor aggregation of specific components in film production)
  • additives such as plasticizers and crosslinking agents are often added to impart various functions.
  • these additives should be uniformly distributed in the produced film after being sufficiently stirred and mixed with other raw materials.
  • there may be a partial aggregation in the manufacturing process due to factors such as in-process temperature and humidity in terms of melting point and hygroscopicity.
  • partial aggregation of the additive occurs, a concentration difference of the specific component may occur spotwise at random positions of the film to be produced. When this difference in density appears, the final product characteristics become poor, and the generation of such agglomerated sites is undesirable from the viewpoint of efficient production.
  • a multilayer film refers to optical properties such as polarization properties by laminating a plurality of types of films or forming a protective coating film on a first layer film as a base material. It is a film imparting protective performance such as gas barrier properties.
  • protective performance such as gas barrier properties.
  • a spectrum measurement at a predetermined thickness of each layer constituting the multilayer film is required in advance. Based on these spectral data, a wavelength having a characteristic spectral component is obtained for each layer, and a change in value for each film thickness at that wavelength is recorded. Using these values, the spectrum obtained from the multilayer film in the manufacturing process is analyzed to monitor the fluctuation of the value at the corresponding wavelength of each layer, and when an abnormal value occurs, feedback control is performed for the process of that layer By applying the above, it becomes possible to produce a multilayer film having a uniform thickness in each layer with a high yield. (Application example for inspection of manufactured film)
  • Film products after production may be deteriorated or deteriorated due to various factors such as environmental temperature, humidity, and ambient light during storage. Also in this case, the film can be inspected using the film manufacturing process monitor device 100 of the above embodiment.
  • the above-described inspection method is effective for detecting a foreign substance that provides a spectrum having characteristics different from the spectrum of a film corresponding to a non-defective product.
  • the characteristics of foreign matter mixed in or attached to the film product are significantly different from those of the film, the difference between the non-defective product spectrum and the spectrum of the film product to be inspected will appear significantly. It is considered that a physical quantity indicating the characteristics of the foreign matter can be obtained by calculating.
  • a physical quantity derived from a foreign substance is calculated by using multivariate analysis.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
  • a halogen lamp is used as the light source 10
  • a super continuum (SC) light source or the like can be used instead.
  • a laser light source that outputs near-infrared light in a specific wavelength band can also be used.
  • FIG. 6 illustrates a configuration in which three light receiving units 30 are arranged in the width direction of the film (a direction orthogonal to the A direction which is the moving direction).
  • the light receiving units 30 are not necessarily provided in the width direction. There is no need, and any configuration may be used as long as it is arranged in a direction intersecting the A direction.
  • spectra can be acquired at a plurality of positions different from each other in the width direction of the film in the direction intersecting the moving direction, and the manufacturing process can be suitably monitored.
  • the spectroscopic unit 30b and the light receiving unit 30c are an imaging spectroscope for detecting and spectroscopically capturing a measurement light on a straight line extending in a direction intersecting the moving direction of the film.

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Abstract

　フィルムの特性をより簡易な方法且つ高精度に把握する。フィルム製造プロセスモニタ装置１００を用いたフィルム１の製造方法においては、Ａ方向に移動されるフィルム１に対して、光源１０から近赤外光である広帯域光Ｌ１を照射することでフィルム１から出射される拡散反射光Ｌ２を受光部３０で受光することで、分析部４０のスペクトル取得部４０ａにおいて拡散反射光Ｌ２のスペクトルを取得するスペクトル取得工程と、取得された拡散反射光Ｌ２のスペクトルからフィルム１に係る物理量を算出する物理量算出工程と、が含まれる。フィルム１の特性を示す物理量をスペクトルの取得によって得ることができるため、フィルムの特性を簡便に把握することができ、スペクトルから例えば複数の情報を取得することもできるため、フィルムの特性をより高精度で把握することができる。

Description

フィルム製造方法、フィルム製造プロセスモニタ装置及びフィルム検査方法
　本発明は、フィルム製造方法、フィルム製造プロセスモニタ装置及びフィルム検査方法に関する。
　フィルムの特性を把握する方法として、光源からの光に対するフィルムからの反射光又は透過光を測定し、その強度情報に基づいて所望の特性を把握するための物理量を算出するという方法が知られている。例えば、特開２００８－１５７６３４号公報では、樹脂シート材における複数の官能基の各吸収波長の波長域の赤外線を順次照射することで得られた透過光又は反射光の強度から樹脂シート材の硬化度を導出する方法が示されている。この方法では、樹脂シート材における特定の箇所の物理量を取得するために、赤外線照射手段や赤外線受光手段を移動させ、透過波長域が異なる複数のフィルタを切り替えながら、特定の箇所における測定を複数回繰り返す必要がある。このような構成を有する場合には、フィルムの特性を把握するための物理量取得に係る作業が煩雑となり、例えばフィルムの製造プロセスをリアルタイムに確認することは困難である。
　本発明は、フィルムの特性をより簡易な方法且つ高精度に把握することが可能なフィルム製造方法、フィルム製造プロセスモニタ装置、及びフィルム検査方法の提供を目的とする。
　目的を達成するため、移動されるフィルムに対して近赤外光である広帯域光を照射し該フィルムから出射される反射光又は透過光のスペクトルを取得するスペクトル取得工程と、スペクトル取得工程において取得されたスペクトルからフィルムに係る物理量を算出する物理量算出工程とを含むフィルム製造方法が提供される。
　本発明のフィルム製造方法において、物理量算出工程において算出された物理量に基づいて当該物理量が所定の範囲内となるようにフィルムの製造条件のフィードバック制御を行ってもよい。また、スペクトル取得工程において、スペクトルを時間の経過に伴って複数取得し、物理量算出工程において、複数のスペクトルの時間変化に基づいてフィルムに係る物理量の時間変化を算出してもよい。さらに、広帯域光として２５ｎｍ以上の帯域幅を有する光を用いてもよい。なお、本出願において帯域幅は「半値全幅」で定義する。
　目的を達成するための他の態様として、移動されるフィルムに対して近赤外光の広帯域光を照射する光源部と、光源部からの広帯域光の照射によって該フィルムから出射される反射光又は透過光を分光する分光部と、分光部により分光された各波長の光を受光して当該受光した光の強度に応じた信号を出力する複数の受光素子により構成される受光部と、受光部から出力される信号に基づいてフィルムのスペクトルを取得するスペクトル取得部と、スペクトル取得部において取得されたスペクトルからフィルムに係る物理量を算出する物理量算出部を備えるフィルム製造プロセスモニタ装置が提供される。
　本発明のフィルム製造プロセスモニタ装置において、分光部はフィルムから出射される反射光又は透過光を透過させることで分光する透過型分光素子であってもよい。また、複数の受光素子はそれぞれＩｎＧａＡｓを含んで構成され、量子井戸構造を有していてもよい。さらに、受光部は、複数の受光素子が２次元に配置されていてもよい。分光部及び受光部は、フィルムの移動方向に対して交差する方向に延びる直線上の測定光を取り込み分光してスペクトルを検出するイメージング分光器であってもよい。
　目的を達成するためのさらに他の態様として、フィルムに対して近赤外光の広帯域光を照射し該フィルムから出射される反射光又は透過光のスペクトルを取得するスペクトル取得工程と、スペクトル取得工程において取得されたスペクトルからフィルムに係る物理量を算出する物理量算出工程とを含むフィルム検査方法が提供される。
　本発明によれば、フィルムの特性をより簡易な方法且つ高精度に把握することが可能なフィルム製造方法、フィルム製造プロセスモニタ装置、及びフィルム検査方法が提供される。
本発明の実施形態に係るフィルム製造プロセスモニタ装置の構成を説明する図である。
本発明の他の実施形態に係るフィルム製造プロセスモニタ装置の構成を説明する図である。
図１のフィルム製造プロセスモニタ装置により測定した近赤外波長帯域における反射率スペクトルの２階微分値を示すグラフである。
図３のグラフの波長範囲２１００ｎｍ～２２００ｎｍを拡大したグラフである。
図３，図４で示したスペクトルにおける波長２１６０ｎｍ付近における反射率スペクトルの２階微分の極値と、ＵＶ硬化樹脂のヤング率との関係を示したグラフである。
ＵＶ光源が幅方向に複数配置された場合のフィルム製造プロセスモニタ装置の配置例を示す概念図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
（フィルム製造プロセスモニタ装置）
　図１は、本発明の実施形態に係るフィルム製造プロセスモニタ装置１００の構成を説明する図である。モニタ装置１００は、Ａ方向に移動されるフィルム１に対して近赤外光である広帯域光を照射し、その拡散反射光を検出部３０にて検出してフィルム１の特性を示す物理量を算出する装置であり、光源１０と、拡散反射板２０と、検出部３０と、分析部４０と、を備える。
　紫外線（ＵＶ）硬化樹脂塗布フィルムの製造ラインにおいて、フィルム１の移動方向Ａに沿って、フィルム製造プロセスモニタ装置１００の上流側に、分析部４０と接続されたＵＶ光源部５０が設けられている。フィルムの主面に塗布されたＵＶ硬化樹脂の硬化度をモニタ装置１００により評価し、その結果に基づいて、ＵＶ硬化樹脂を硬化させるための紫外光源をフィードバック制御する。フィルム１がＵＶ硬化樹脂塗布フィルムであって、ＵＶ硬化樹脂の硬化度を評価するために用いられる物理量としては、例えばヤング率が挙げられる。
　光源１０は、一定の波長帯域を有する近赤外光の広帯域光をＡ方向に搬送されるフィルムに対して照射する。光源１０が照射する広帯域光は、波長範囲が８００～２５００ｎｍに含まれる光である。本実施形態では、２１６０ｎｍを含む帯域で測定を行うことが好ましいが、波長範囲は、フィルム１の特性を示す物理量に応じて適宜変更することができる。光源１０としては、例えば、ハロゲンランプ等を好適に用いることができる。
　また、光源１０が出射する広帯域光とは、帯域幅が少なくとも２５ｎｍ以上である光を指す。光源１０から出射される広帯域光の帯域幅が２５ｎｍ以上であることにより、フィルム１の特性を示す１つ以上の物理量を精度よく算出するためのスペクトルを取得可能となる。広帯域光の帯域幅は、少なくとも５０ｎｍ以上であることが好ましい。
　拡散反射板２０は、フィルム１を挟んで光源１０とは逆側（裏面側）に設けられる。光源１０から出射された広帯域光Ｌ１は、フィルム１を透過した後、拡散反射板２０により拡散反射されることで拡散反射光Ｌ２として検出部３０に入射する。フィルム１の表面での正反射光を検出部３０において直接検出した場合、吸収のある帯域においては屈折率がピークの前後で大きく変化する屈折率の異常分散現象によって、ピークが１次微分形に歪んだ状態になるため後のスペクトル解析が困難になる。そのため拡散反射板２０からの拡散反射光を検出する構成が好ましい。
　検出部３０は、スリット３０ａ、分光部３０ｂ、及び受光素子ユニット３０ｃ（受光部）を備える。スリット３０ａを通過した拡散反射光Ｌ２は、分光部３０ｂへ入射する。分光部３０ｂは、スリット３０ａの長手方向と垂直な方向に拡散反射光Ｌ２を分光する。分光された光は、受光素子ユニット３０ｃによって受光される。
　分光部３０ｂに用いられる分光素子は特に制限されないが、透過型分光素子であることが好ましい。透過型分光素子は反射型分光素子と比較してスループットが高いことから、フィルム１の製造装置に適用するためのリアルタイム計測に好適に用いることができる。
　受光素子ユニット３０ｃは、２次元に配列した複数の受光素子を備え、各受光素子が光を受光する。これにより、各受光素子が、フィルム１において反射した拡散反射光Ｌ２の各波長の光をそれぞれ受光することとなる。各受光素子は、受光した光の強度に応じた信号を位置情報と波長情報とからなる２次元情報として出力する。このように複数の受光素子が２次元に配置されていることで、フィルムの位置に対応した物理量を取得することも可能となり、フィルムの特性をより高い精度で把握することができる。
　なお、受光素子に特に制限はないが、ＵＶ硬化樹脂の硬化度を評価する場合には、ＩｎＧａＡｓを含んで構成され、且つ量子井戸構造を有する素子を受光素子として用いることが好ましい。このような受光素子は、近赤外領域の広い波長帯域において高い感度を有していることから、より高精度での測定が可能となる。
　検出部３０から出力される信号は、分析部４０へ出力される。そして、分析部４０は、検出部３０から出力された信号を解析して、フィルム１の特性を示す物理量を算出し、フィルム１の状態（例えばＵＶ硬化状態）を評価する。
　分析部４０は、スペクトル取得部４０ａ、及び物理量算出部４０ｂを備える。スペクトル取得部４０ａでは、検出部３０から入力された信号により拡散反射光Ｌ２のスペクトルを得る。物理量算出部４０ｂは、例えば、特定波長におけるスペクトルのピーク値と物理量（例えば、ヤング率）との関係を予め格納しておき、スペクトル取得部４０ａにより得られたスペクトルを解析して得られた特定波長におけるスペクトルのピーク値に基づいて対応する物理量を導出する。
　スペクトルの解析方法は特に限定されないが、例えば、スペクトルの２階微分、多変量解析、標準正規変量変換等を用いることができる。多変量解析を用いる場合には、複数の物理量の特徴をより高い精度で抽出することができる。また、標準正規変量変換は、スペクトルにおけるベースライン変動の影響の除去に特に有効であるので、ベースラインが変動をしている場合であっても標準正規変量変換を用いることでより高精度での解析が可能となる。
　さらに物理量算出部４０ｂでは、算出された物理量が所定の範囲に含まれているか否かを判断する。ここで、算出された物理量が所定の範囲から外れている場合には物理量が所定の範囲に入るように、ＵＶ光源部５０に対してフィードバック制御を行う。物理量が所定の範囲内となるように製造条件のフィードバック制御を行うことで、物理量を目安として製造条件を調整しながらフィルムが製造されるため、より均質な特性を有するフィルムの製造が可能となる。
　ＵＶ光源部５０は、分析部４０からのフィードバック制御に基づき、ＵＶ光源部５０の照射条件を変更し、フィルム１に対してＵＶ光Ｌの照射を行う。そして、ＵＶ光源部５０の照射条件が変更された後に製造されたフィルム１についても物理量の算出を行い、当該物理量が所定の範囲に収まっているかの評価を行う。算出された物理量が所定の範囲に収まっている場合には、その段階での製造条件を継続して使用する。また、算出された物理量が所定の範囲から外れている場合には、再度フィードバック制御を行って、ＵＶ光源部５０の照射条件を変更する。
　また、フィードバック制御を行うために、スペクトル取得部４０ａにおいてフィルム１のスペクトルの取得を時間の経過に伴って複数取得し、物理量算出部４０ｂでの物理量算出工程において、複数のスペクトルの時間変化からフィルムに係る物理量の変動を算出して、これに基づいてフィードバック制御を行ってもよい。これにより、フィルムの移動方向に沿った物理量の時間変化を確認することができ、例えば時間が経つにつれて製造状況が変化した場合にもその状況を把握することができる。
　上記のように、フィルム製造プロセスモニタ装置１００を用いたフィルム１の製造方法は、移動されるフィルム１に対して、近赤外光である広帯域光Ｌ１を照射し、フィルム１から出射される拡散反射光Ｌ２のスペクトルを取得するスペクトル取得工程と、取得された拡散反射光Ｌ２のスペクトルからフィルム１に係る物理量を算出する物理量算出工程とを含む。この方法によれば、フィルム１の特性を示す物理量をスペクトルの取得によって得ることができるため、フィルムの特性を簡便に把握することができる。また、スペクトルから例えば複数の情報を取得することもできるため、フィルムの特性をより高精度で把握することができ、得られた情報に基づいてフィルムの製造を行うことができる。
　図２は、本発明の他の実施形態に係るフィルム製造プロセスモニタ装置２００の概略構成を説明する図である。フィルム製造プロセスモニタ装置２００が、製造プロセスモニタ装置１００と相違する点は、Ａ方向に移動されるフィルム１に対して近赤外光である広帯域光を照射した後、その透過光Ｌ３を検出部３０が検出する点である。このため、フィルム製造プロセスモニタ装置２００では、拡散反射板２０は不要である。
　検出部３０は、フィルム１を挟んで光源１０と対向する位置に設けられる。光源１０から出射された近赤外光である広帯域光のうち、フィルム１を透過した光が検出部３０のスリット３０ａを経て、分光器３０ｂにより分光された後に受光素子ユニット３０ｃにより受光される。その後は、フィルム製造プロセスモニタ装置１００と同様にスペクトルの取得と、物理量の算出及びその評価と、が行われる。このように、透過光Ｌ３を用いてフィルム１の特性を示す物理量を算出する構成としてもよい。
（フィルム製造における製造条件を制御するための適用例）
　ここで、フィルム製造プロセスモニタ装置１００を用いて、ＵＶ硬化樹脂塗布フィルムの硬化度を測定した例を説明し、本発明に係るフィルム製造プロセスモニタ装置がフィルム製造方法におけるプロセスモニタに好適に用いられることについて説明する。
　図３は、近赤外波長帯域における反射率スペクトルの２階微分値を示すグラフである。片面にＵＶ硬化樹脂を一様に塗布したＰＥＴフィルムであって、照射量が１０ｍＪ／ｃｍ２、５０ｍＪ／ｃｍ２、１００ｍＪ／ｃｍ２、５００ｍＪ／ｃｍ２、及び１０００ｍＪ／ｃｍ２であるＵＶ光を照射したフィルム各々について、フィルム製造プロセスモニタ装置１００により拡散反射光のスペクトル（波長範囲１０００ｎｍ～２４００ｎｍ）を取得した。この結果から反射率スペクトルを算出した後に、その２階微分を行った反射率２階微分スペクトルを図３に示している。
　図４は、図３のうちの波長範囲２１００ｎｍ～２２００ｎｍについて拡大したものである。また、図５は、図３，図４で示したスペクトルにおける波長２１６０ｎｍ付近における反射率スペクトルの２階微分の極値を、ＵＶ硬化樹脂のヤング率の測定結果に対して示したものである。なお、図５では、図３，４で示した反射率２階微分スペクトルの測定に用いられたＵＶ硬化樹脂塗布フィルムの他に、ＵＶ光の照射量を変化させたＵＶ硬化樹脂塗布フィルムを複数準備して測定した結果も併せて表示をしているため、試料の点数が増えている。
　図３、図４によれば、ＵＶ光の照射に伴って硬化度が高くなると推測される樹脂の物性値に対して相関のあるピーク（２次微分極値）が波長２１６０ｎｍ付近にあることが確認できた。そして、図５に示すように、この波長２１６０ｎｍ付近のピークは、ＵＶ硬化樹脂の硬化度の指標となるヤング率と相関関係があることが示された。
　上記の波長２１６０ｎｍ付近のピークは、ＵＶ硬化樹脂の硬化反応に由来して変化するピークである。したがって、この波長帯域での２階微分値と、ヤング率との対応関係を利用することで、ＵＶ硬化樹脂の硬化度を、フィルム製造プロセスモニタ装置１００により得られたスペクトルを用いて測定することが可能になる。
　例えば、製造中に波長２１６０ｎｍ付近における２階微分値がフィルム１の特定の領域で減少した場合には、ＵＶランプの劣化により設定値に対して実際の照射光量が低下した、あるいは寿命により消灯してしまったといった場合が考えられる。ここで、照射光量の低下が原因であるのであれば、低下分の光量を補うようにＵＶランプの出力を操作する操作部（図示せず）へフィードバック制御を行うことができる。また、ＵＶランプの寿命の場合は、ＵＶランプが点灯しないためにＵＶ硬化がほとんど起きないと考えられるから、２階微分値が急激に減少すると考えられる。したがって、この物理量の時間変化を検知した場合にはランプ交換の警告を発するという構成をすることもでき、ＵＶ光源部５０のトラブルによるＵＶ硬化不良部位の発生を大きく削減することが可能となる。
　さらに、フィルムの製造プロセスにおいては、その原料を混合・撹拌した後、押し出し機で射出し、さらに引き延ばしや塗膜処理などを行う工程が含まれる。この際、フィルムの長手方向（すなわち、図１のＡ方向）に均一な状態が維持されているか否かが品質管理の面から重要になる。
　一般的に、ＵＶ硬化樹脂塗布フィルムを製造するラインでは、幅が数ｍのフィルムに対して複数のＵＶランプが幅方向に配置している。図６では、一例として、幅方向（Ａ方向に対して直交する方向）に、３つのＵＶ光源５１～５３が配置されたＵＶ光源部５０を示す。
　ここで、ＵＶ樹脂の硬化度はＵＶ樹脂の照射量に依存するため、フィルム１の全面にわたって均一な硬化度を実現したい場合には、これら複数のＵＶランプ５１～５３の出力強度が一定となるように管理する必要がある。具体的には、複数のＵＶランプ５１～５３の間で出力強度が互いに等しく、且つ、フィルム１が移動される時間軸上においても一定であることが望まれる。
　しかし、実工程上では、ＵＶランプ５１～５３によって照射領域内で照射強度のムラが発生し、さらにランプごとの個体差やその時間変動等が発生することが考えられる。したがって、ＵＶ硬化度を適切に評価し管理するためには、ＵＶランプ５１～５３が照射する領域のうちの１点でのＵＶ光強度を測定してＵＶランプ５１～５３の照射条件を制御するだけでは十分ではない可能性がある。
　そこで、ＵＶランプの個数に対応して、図６に示すように、フィルム製造プロセスモニタ装置を幅方向に複数台設置する。そして、ＵＶ照射がなされたフィルムの硬化度をリアルタイムで評価し、その結果に基づいてフィードバック制御をかけることで、フィルムの面内の硬化度をより均一に保つことが可能となる。この場合、３つの受光部３０のそれぞれに設けられた分光部３０ｂによって入射した光が分光され、分光された光が各々の受光素子ユニット３０ｃに入射する。
　なお、本実施形態に係るフィルム製造プロセスモニタ装置をＵＶ硬化樹脂塗布フィルム製造プロセスに適用する場合、硬化度に加えて膜厚や混合比等を参考にして、ＵＶランプの照射強度やラインの移動速度といったパラメータについてフィードバック制御することもできる。このような構成とした場合には、より不良の少ない製造ラインを実現可能である。この場合、膜厚や混合比等の物理量を上記実施形態で得られたスペクトルから算出し、算出結果に基づいてフィードバック制御する構成とすることができる。
（フィルム製造における特定成分の凝集不良を管理するための適用例）
　フィルムの製造プロセスにおいては、様々な機能性の付与のために可塑剤、架橋剤といった添加剤が添加されることが多い。これらの添加剤は、他の原料と共に十分に撹拌・混合された後、製造されるフィルム中には均一に分布している状態が理想である。しかし、添加剤の種類によっては、融点や吸湿性の点から工程内温度及び湿度等の要因により製造プロセス中で部分的に凝集する場合がある。添加剤の部分的な凝集が発生した場合には、製造されるフィルムのランダムな位置においてスポット的に特定成分の濃度差が発生することがある。この濃度差が現れた場合、最終的な製品の特性において不良となるため、このような凝集部位の発生は効率的な生産の面から望ましくない。
　特定成分の凝集が発生した場合、凝集が発生している領域ではその成分の含量が多くなるため、その成分に由来して特定の波長帯域のスペクトル強度に差異が生じる。そこで、特定成分に対応した波長帯域のフィルムのスペクトルをフィルム製造プロセスモニタ装置１００にて取得し、得られたスペクトルから特定成分の量（凝集度合い）を物理量として算出する。これにより、特定成分の凝集度合いを把握し、これに基づいて工程内温度や湿度を管理する手段に対してフィードバック制御を行う構成とすることができる。このような構成とした場合、特定成分の凝集に伴う不良を低減することが可能となり、生産性の向上に寄与することが可能となる。
（フィルム製造における多層フィルムの膜厚を管理するための適用例）
　一般的に、多層フィルムとは、基材となる第１層のフィルムに対して、複数種類のフィルムを貼り合わせたり、保護塗膜を形成したりすることによって、偏光性などの光学的特性や、ガスバリア性などの保護性能などを付与しているフィルムである。このとき、所定の性能を実現するために製造プロセス内では貼り合わせる各層が規定の厚みの範囲内に収まっているかどうかを常時監視する必要がある。従来の膜厚系では、フィルム短尺方向のある１点、もしくは複数点での計測であったが、本手法を用いることでフィルム短尺方向の全領域に対して各層の膜厚を管理することが可能となる。
　このとき、事前に多層フィルムを構成する各層の所定の厚さでのスペクトル測定が必要になる。これらのスペクトルデータを元に、各層に対し特徴的なスペクトル成分を有する波長を求め、その波長での膜厚ごとの値の変動を記録する。これらの値を用い、製造プロセス内の多層フィルムから得られたスペクトルを分析して各層の対応波長での値の変動を監視し、異常値が発生した場合はその層の工程に対してフィードバック制御をかけることで、各層の厚さが均一である多層フィルムを歩留まり良く生産することが可能となる。
（製造済みのフィルムの検査での適用例）
　製造後のフィルム製品は、保管時の環境温度、湿度、環境光など、様々な要因によって品質劣化や変質が生じる可能性がある。この場合にも、上記実施形態のフィルム製造プロセスモニタ装置１００を用いて、フィルムの検査を行うことができる。
　製造ライン外でフィルム製造プロセスモニタ装置１００を使用する場合には、フィルム製品に係る物理量とフィルムに対して近赤外光の広帯域光を照射することによって得られるスペクトルから取得することのできる情報との対応関係を予め取得しておく。そして、検査対象である製造後のフィルム製品のスペクトルを取得し、このスペクトルから求められる物理量が所定の範囲に含まれるか否かに基づいて良品であるか否かを判断することができる。
　この方法によれば、非接触且つ非侵襲に不良品を検出することが可能となる。なお、上記実施形態で説明した製造ライン内においてフィルム製造プロセスをモニタする場合と同様に、フィルム製品を移動しながら検査を行う場合、簡便かつ迅速に全数検査を実施し不良部位のみを除去することが可能となる。
　また、製造プロセス内外で混入する異物についても上記実施形態で説明したフィルム製造プロセスモニタ装置１００を用いた検査方法により検出が可能である。具体的には良品に相当するフィルムのスペクトルとは異なる特徴を有するスペクトルが得られる異物を検出する際に対して上記の検査方法は有効である。
　フィルム製品に対して混入又は付着した異物の特性がフィルムと大きく異なる場合には、良品のスペクトルと検査対象のフィルム製品のスペクトルとの差異が顕著に表れると考えられるので、例えば差分や比率等を算出することで、異物の特徴を示す物理量を得ることができると考えられる。一方、例えば、製品に用いられる樹脂とは異なる樹脂のように、異物の特性がフィルム製品と類似している場合には、良品のスペクトルと検査対象のフィルム製品のスペクトルが類似している可能性がある。この場合は、例えば、多変量解析を用いることで異物由来の物理量を算出する。
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、光源１０としてハロゲンランプを用いる場合について説明したが、これに代えて例えばスーパーコンティニウム（ＳＣ）光源等を用いることができる。また、特定の波長帯域の近赤外光を出力するレーザ光源を使用することもできる。
　また、図６では、フィルムの幅方向（移動方向であるＡ方向に対して直交する方向）に受光部３０が３つ配置されている構成について説明したが、受光部３０は必ずしも幅方向に設ける必要はなく、Ａ方向に対して交差する方向に複数配列している構成であればよい。このような構成を有することで、移動方向に対して交差する方向において、フィルムの幅方向に互いに異なる複数の位置においてスペクトルを取得することができ、製造プロセスのモニタを好適に行うことができる。
　また、１台のフィルム製造プロセスモニタ装置において、分光部３０ｂ及び受光部３０ｃは、フィルムの移動方向に対して交差する方向に延びる直線上の測定光を取り込み分光してスペクトルを検出するイメージング分光器を用いることもできる。この場合、移動されるフィルムにおいて、フィルムの移動方向に対して交差する方向に延びる直線上の各位置のスペクトルの取得が可能となり、フィルムについての測定をより精密に行い、特性をより高い精度で把握することができる。

Claims (10)

  1. 　移動されるフィルムに対して、近赤外光である広帯域光を照射し該フィルムから出射される反射光又は透過光のスペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
    　前記スペクトルから前記フィルムに係る物理量を算出する物理量算出工程と
    を含むフィルム製造方法。
  2. 　前記物理量に基づいて、当該物理量が所定の範囲内となるように前記フィルムの製造条件のフィードバック制御を行う
    請求項１記載のフィルム製造方法。
  3. 　前記スペクトル取得工程において、前記スペクトルを時間の経過に伴って複数取得し、
    　前記物理量算出工程において、複数の前記スペクトルの時間変化に基づいて前記フィルムに係る物理量の時間変化を算出する
    請求項１又は２記載のフィルム製造方法。
  4. 　前記広帯域光として２５ｎｍ以上の帯域幅を有する光を用いる
    請求項１～３のいずれか一項に記載のフィルム製造方法。
  5. 　移動されるフィルムに対して、近赤外光の広帯域光を照射する光源部と、
    　前記光源部からの前記広帯域光の照射によって該フィルムから出射される反射光又は透過光を分光する分光部と、
    　前記分光部により分光された各波長の光を受光して当該受光した光の強度に応じた信号を出力する複数の受光素子により構成される受光部と、
    　前記受光部から出力される前記信号に基づいて前記フィルムのスペクトルを取得するスペクトル取得部と、
    　前記スペクトル取得部において取得された前記スペクトルから前記フィルムに係る物理量を算出する物理量算出部と、
    　を備えるフィルム製造プロセスモニタ装置。
  6. 　前記分光部は、前記フィルムから出射される反射光又は透過光を透過させることで分光する透過型分光素子である
    請求項５記載のフィルム製造プロセスモニタ装置。
  7. 　前記複数の受光素子はそれぞれＩｎＧａＡｓを含んで構成され、量子井戸構造を有する
    請求項５又は請求項６に記載のフィルム製造プロセスモニタ装置。
  8. 　前記受光部は、前記複数の受光素子が２次元に配置されている
    請求項５～７のいずれか一項に記載のフィルム製造プロセスモニタ装置。
  9. 　前記分光部及び前記受光部は、前記フィルムの移動方向に対して交差する方向に延びる直線上の測定光を取り込み分光してスペクトルを検出するイメージング分光器である
    請求項８記載のフィルム製造プロセスモニタ装置。
  10. 　フィルムに対して、近赤外光の広帯域光を照射することで該フィルムから出射される反射光又は透過光のスペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
    　前記スペクトル取得工程において取得された前記スペクトルから前記フィルムに係る物理量を算出する物理量算出工程と、
    　を含むフィルム検査方法。
     
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