DE102013106225A1

DE102013106225A1 - Method and device for measuring optical layer properties on flexible substrates

Info

Publication number: DE102013106225A1
Application number: DE102013106225.3A
Authority: DE
Inventors: Holger Pröhl; Udo Ließ
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-12-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung optischer Eigenschaften flexibler Substrate mit mindestens einer Walze, wobei das Substrat in Kontakt mit mindestens einer Walzenoberfläche ist sowie zumindest einer Messeinrichtung und einer Auswerteeinrichtung mit der die Reflexion und Transmission gemessen wird. Die Aufgabe der Erfindung ist es, die erschwerte Auswertung von Messsignalen an hochreflektierenden Walzen zu beheben. Die Aufgabe wird vorrichtungs- und verfahrensseitig dadurch gelöst, dass eine Walzenoberfläche auf ihrem Umfang ein erstes Segment mit einem ersten Reflexionswert und ein zweites Segment mit einem zweiten Reflexionswert aufweist, wobei das erste Segment und das zweite Segment auf dem Umfang der Walzenoberfläche nebeneinander abwechselnd angeordnet sind. Es wird ein erster Reflexionswert in einem ersten Segment der Walzenoberfläche und ein zweiter Reflexionswert in einem zweiten Segment der Walzenoberfläche bestimmt, wobei das erste und das zweite Segment der Walzenoberfläche unterschiedliche Reflexionswerte aufweisen.The invention relates to a method and a device for measuring optical properties of flexible substrates having at least one roller, wherein the substrate is in contact with at least one roller surface and at least one measuring device and an evaluation device with which the reflection and transmission is measured. The object of the invention is to eliminate the difficult evaluation of measurement signals on highly reflective rollers. The object is achieved in terms of apparatus and method in that a roll surface has on its periphery a first segment with a first reflection value and a second segment with a second reflection value, wherein the first segment and the second segment are arranged alternately side by side on the circumference of the roll surface , A first reflection value in a first segment of the roll surface and a second reflection value in a second segment of the roll surface are determined, wherein the first and the second segment of the roll surface have different reflection values.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung optischer Eigenschaften flexibler Substrate mit mindestens einer Walze, wobei das Substrat in Kontakt mit mindestens einer Walzenoberfläche ist sowie zumindest einer Messeinrichtung und einer Auswerteeinrichtung mit der die Reflexion und Transmission gemessen wird. The invention relates to a method for measuring optical properties of flexible substrates having at least one roller, wherein the substrate is in contact with at least one roller surface and at least one measuring device and an evaluation device with which the reflection and transmission is measured.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. The invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention.

Bei der Überwachung der Eigenschaften von Substraten, die auch beschichtet sein können, wobei die Überwachung der Schichtqualität in Beschichtungsprozessen von großer Bedeutung ist, kommen in der Regel Reflexions- und Transmissionsmessungen zur Anwendung. Beispielsweise werden solche Messungen in Beschichtungsanlagen zur Beschichtung von Folien mit optischen Funktionsschichten eingesetzt. When monitoring the properties of substrates, which may also be coated, wherein the monitoring of the coating quality in coating processes is of great importance, usually reflection and transmission measurements are used. For example, such measurements are used in coating systems for coating films with optical functional layers.

Während eine Transmissionsmessung relativ unkompliziert beispielsweise in einer Transportstrecke, in der ein zu untersuchendes und zu beschichtendes Substrat in der Beschichtungsanlage transportiert wird, durch eine Sende- und Empfangseinheit zu realisieren und zu messen ist, sind die Anforderungen an eine Reflexionsmessung wesentlich höher. Die Reflexionsmessung, beispielsweise an einem Foliensubstrat, welches unbeschichtet oder bereits beschichtet sein kann, wird an einer teilumschlungenen Rolle durchgeführt, um die nötige Lagestabilität der reflektierenden Oberfläche für eine akzeptable Messgenauigkeit zu erreichen (1). While a transmission measurement is relatively straightforward to implement and measure by means of a transmitting and receiving unit, for example in a transport path in which a substrate to be examined and coated is transported in the coating installation, the requirements for a reflection measurement are substantially higher. The reflection measurement, for example on a film substrate, which may be uncoated or already coated, is carried out on a partially wrapped roll in order to achieve the necessary positional stability of the reflective surface for an acceptable measurement accuracy ( 1 ).

Hierzu können entweder eine getrennte Empfangs- und Sendeoptik in geeigneter Weise zur Rolle positioniert werden (2). Der Vorteil ist eine hohe Messgenauigkeit, allerdings setzt dies einen hohen Justieraufwand der Messeinrichtung voraus. Oder es kommt eine Optik mit einem zweibeinigen Glasfaserstrang (Y-Lichtwellenleiter), welche für das Sende- und Empfangslicht genutzt wird, zum Einsatz (3). Durch den einzelnen Messkopf ist der Positionieraufwand gering, allerdings geht das zu Lasten der Messgenauigkeit aufgrund von Mehrfachreflexionen zwischen der zu messenden Schicht und der Messoptik. For this purpose, either a separate receiving and transmitting optics can be positioned in a suitable manner to the roll ( 2 ). The advantage is a high measuring accuracy, but this requires a high adjustment of the measuring device. Or an optic with a two-legged glass fiber strand (Y-fiber optic cable), which is used for the transmitting and receiving light, is used ( 3 ). Due to the individual measuring head, the positioning effort is low, but this is at the expense of accuracy due to multiple reflections between the layer to be measured and the measuring optics.

Die Sendeoptik wird von einer zumeist außerhalb der Anlage befindlichen Lichtquelle gespeist. Die Empfangsoptik ist an eine Auswerteeinheit zur Intensitätsmessung angeschlossen. Hier kommen sowohl Systeme mit monochromatischen Lichtquellen, wie LED oder Laser und integrale Photodetektoren, als auch breitbandige Lichtquellen, wie Weißlichtquellen in Verbindung mit Spektrometern zum Einsatz. The transmission optics are powered by a light source, which is usually located outside the system. The receiving optics is connected to an evaluation unit for intensity measurement. Systems with monochromatic light sources, such as LEDs or lasers and integral photodetectors, as well as broadband light sources, such as white light sources in conjunction with spectrometers, are used here.

Um an Walzen, die nicht auf zylindrische Walzen beschränkt sind, bereits sehr zeitnah im Beschichtungsprozess Einblick in die Güte der Beschichtung zu erlangen, bzw. die einzelnen Beschichtungsschritte aufzulösen, werden auch optische Messungen an der Walze durchgeführt, wie beispielsweise die in EP1598660 erläuterte Reflexionsmesseinrichtung. In der EP1598660 werden bei einer Vakuumbeschichtungsanlage in den Kammertrennwänden der um eine Beschichtungswalze angebrachten Beschichtungskammern Sensoren installiert, die direkt nach der Beschichtung ein Reflexionssignal aufnehmen. Die Walzen können dabei als Transport-, Beschichtungs-, Führungswalzen oder ähnlichem und in ihrer Form zylindrisch oder beispielsweise als Streck- oder Stauchwalzen mit konvexem oder konkavem Längsschnitt ausgebildet sein. In order to gain insight into the quality of the coating on rolls, which are not limited to cylindrical rolls, very early on in the coating process, or to dissolve the individual coating steps, optical measurements are also carried out on the roll, such as those in EP1598660 explained reflection measuring device. In the EP1598660 For example, in a vacuum coating system, sensors are installed in the chamber partitions of the coating chambers mounted around a coating roll, which receive a reflection signal immediately after coating. The rollers can be designed as transport, coating, guide rollers or the like and cylindrical in shape or, for example, as stretching or compression rollers with a convex or concave longitudinal section.

In anderen Anlagen wurde z.B. eine Reflexionsmesseinrichtung in einem Freiraum (Spalt) zwischen den Prozesskammern installiert, der zur Gasisolation dient (4b). Dadurch wird verhindert, dass die optischen Messelemente vor einer Beschichtung mit Streupartikeln aus den Prozesskammern weitestgehend geschützt sind. In other systems, for example, a reflection measuring device was installed in a free space (gap) between the process chambers, which serves for gas isolation ( 4b ). This prevents that the optical measuring elements are largely protected before coating with scattering particles from the process chambers.

Üblicherweise werden hartverchromte Beschichtungswalzen verwendet, bei denen eine erhöhte Walzenreflexion R_Walze von ca. (60 bis 70)% auftritt. Diese wirkt sich nachteilig auf das Messsignal aus, da es zu einer Vermischung von Transmissions- und Reflexionseigenschaften des beschichteten Substrates und der Walze im Empfangssignal kommt (wie dies später mit Gleichung 1 ausgedrückt wird). Dies erschwert die spätere Auswertung. Typically, hard chromium plated coating rolls are used in which an increased roll reflection R _roll of about (60 to 70)% occurs. This has an adverse effect on the measurement signal, as it comes to a mixing of transmission and reflection properties of the coated substrate and the roller in the received signal (as will be expressed later with equation 1). This complicates the later evaluation.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass auch eine Art Quasi-Absorption (als A# bezeichnet) aus dem Empfangssignal berechnet werden kann, wenn die Walzenoberfläche eine sehr hohe Reflexion (R_Walze > 65%) besitzt. It is known from the prior art that a kind of quasi-absorption (referred to as A #) can also be calculated from the received signal if the _roll surface has a very high reflection (R _roll > 65%).

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die erschwerte Auswertung von Messsignalen an hochreflektierenden Walzen zu beheben. Zweckmäßigerweise sollen die Transmissions- und Reflexionseigenschaften vor allem an transparenten flexiblen Substraten, insbesondere Foliensubstraten, an einer Walze getrennt ermittelbar sein. The object of the invention is to eliminate the difficult evaluation of measurement signals on highly reflective rollers. Expediently, the transmission and reflection properties, especially on transparent flexible substrates, in particular film substrates, should be able to be determined separately on a roller.

Zur Lösung der Aufgabenstellung geht die Erfindung von folgendem aus: Wird die Reflexionsmessung an einem transparenten Substrat durchgeführt, wird von der Auswerteeinheit ein Empfangssignal detektiert, welches sich aus Lichtanteilen zusammensetzt, die einerseits von der Walze reflektiert wurden, über die das Substrat transportiert wird und das Substrat durchdrangen und andererseits von dem Anteil, der am Substrat selbst reflektiert wurde. Liegt das Substrat nicht vollständig an der Walze an, beeinflusst dies das Empfangssignal zusätzlich. Die Intensität des detektierten Signals kann wie folgt berechnet werden, wobei R die Reflexion entsprechend dem Index des Substrates oder der Walze ist, T die Transmission und Φ_E die Intensität des Empfangssignals und Φ_s die Intensität der Lichtquelle, wobei der Spektralbereich der Lichtquelle im für die Messung der Eigenschaften der Beschichtung relevanten Bereich liegt: Φ_E = Φ_S·(R_Walze·T² _Substrat + R_Substrast). (Gl. 1) To solve the problem, the invention is based on the following: If the reflection measurement is carried out on a transparent substrate, the evaluation unit detects a received signal which is composed of light components which were reflected on the one hand by the roller, over which the substrate is transported and the Penetrated substrate and on the other part of the portion which has been reflected on the substrate itself. If the substrate is not fully attached to the roller, this additionally influences the received signal. The intensity of the detected signal can be calculated as follows, where R is the reflection corresponding to the index of the substrate or the roller, T the transmission and Φ _E the intensity of the received signal and Φ _s the intensity of the light source, the spectral range of the light source in for the measurement of the properties of the coating relevant area is: Φ _E = Φ _S · (R _roll · T ² _substrate + R _substrast ). (Equation 1)

Wird die Mehrfachreflexion zwischen der Substratrückseite und der Walzenoberfläche berücksichtigt, gilt für die Intensität des detektierten Signals:

If the multiple reflection between the back of the substrate and the surface of the roll is taken into account, the intensity of the detected signal is considered to be:

Vorzugsweise werden für die Reflexionsmessungen schwach reflektierende matte Walzen eingesetzt, die beispielsweise aus Gummi oder Elastomeren bestehen oder damit überzogen sind, um das von der Walze herrührende Untergrundsignal zu minimieren. Unter der Voraussetzung, dass die Mehrfachreflexionen vernachlässigbar sind und die Reflexion der Walze R_Walze vernachlässigbar klein ist, d.h. die Reflexion nur einige wenige Prozent beträgt, vereinfacht sich Gleichung 1 und die Intensität des Empfangssignals ist in erster Näherung proportional zur Substratreflexion: Φ_E = Φ_S·(R_Walze·T² _Substrat + R_Substrast) ≈ Φ_S·RSubstrast. (Gl. 3) Preferably, low reflectivity matte rolls are used for the reflectance measurements, for example, made of or coated with rubber or elastomers to minimize the background signal from the roll. Assuming that the multiple reflections are negligible and the reflection of the roller R _{roll is} negligibly small, ie the reflection is only a few percent, equation 1 is simplified and the intensity of the received signal is, to a first approximation, proportional to the substrate reflection: Φ _E = Φ _S · (R _roller · T ² _substrate + R _substrast ) ≈ Φ _S · RSsubstrate. (Equation 3)

Um eine solche Messung zu kalibrieren, werden bisher zwei Verfahren eingesetzt. Zum einen kann ein Substrat „Substrat 1“ mit bekannten Reflexionseigenschaften vermessen werden, wobei sich die Intensität des Empfangssignals wie folgt berechnet:

To calibrate such a measurement, two methods are used so far. On the one hand, a substrate "substrate 1" having known reflection properties can be measured, the intensity of the received signal being calculated as follows:

Zum anderen kann im Fall einer nichtverschwindenden Walzenreflexion R_Walze durch eine initiale Messung des von der Walze reflektierten Lichtanteils, d.h. ohne dass sich ein Substrat in der Beschichtungsanlage befindet die Messung um den Anteil korrigiert werden, aber nur unter der Voraussetzung, dass zuvor eine unabhängige Messung der Transmission vorgenommen wurde. Es gilt: Φ_E(Walze) = Φ_S·(R_Walze), (Gl. 5) sowie für die zu messende Reflexion des Substrates:

On the other hand, in the case of a non-disappearing _roll reflection R _roll , the measurement can be corrected for the proportion by an initial measurement of the light fraction reflected by the roll, ie without a substrate in the coating plant, but only on condition that an independent measurement has previously been performed the transmission was made. The following applies:

Φ _{E (roller)} = Φ _S · (R _roller ), (equation 5)

and for the reflection of the substrate to be measured:

Die Kalibrierung erfolgt dann analog zu Gleichung 4. The calibration then takes place analogously to equation 4.

Liegen die Kalibrierungen zeitlich weit auseinander und kann die Stabilität der Lichtquelle nicht in ausreichendem Maße abgesichert werden, kann eine mögliche Drift im Beleuchtungsspektrum durch eine Referenzmessung der Lichtquelle eliminiert werden. Denn bei dem gleichen Messobjekt, d.h. dem gleichen zu messenden Substrat gilt:

wobei t den Messzeitpunkt angibt. If the calibrations are far apart in time and the stability of the light source can not be sufficiently assured, a possible drift in the illumination spectrum can be eliminated by a reference measurement of the light source. For with the same measurement object, ie the same substrate to be measured, the following applies:

where t indicates the time of measurement.

Mit der Erfindung soll auch die wahre Absorption des zu untersuchenden Substrates bestimmt werden. Bisher wurde aus dem Empfangssignal eine Art Quasi-Absorption (als A# bezeichnet) berechnet, wenn die Walzenoberfläche eine sehr hohe Reflexion (R_Walze > 65%) besitzt. Diese lässt sich nach folgender Gleichung berechnen:

With the invention, the true absorption of the substrate to be examined should also be determined. So far, a kind of quasi-absorption (referred to as A #) was calculated from the received signal when the _roll surface has a very high reflectance (R _roll > 65%). This can be calculated according to the following equation:

Die Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, dass ein erster Reflexionswert in einem ersten Segment der Walzenoberfläche und ein zweiter Reflexionswert in einem zweiten Segment der Walzenoberfläche bestimmt wird, wobei das erste und das zweite Segment der Walzenoberfläche unterschiedliche Reflexionswerte aufweisen. The object is achieved on the method side by determining a first reflection value in a first segment of the roll surface and a second reflection value in a second segment of the roll surface, wherein the first and second segments of the roll surface have different reflection values.

Dabei wird der erste Reflexionswert aus einem ersten Empfangssignal der Auswerteeinheit und einer Intensität einer Lichtquelle der Messeinrichtung berechnet, der zweite Reflexionswert aus einem zweiten Empfangssignal der Auswerteeinheit und der Intensität der Lichtquelle der Messeinrichtung. Zur Veranschaulichung kann der Zusammenhang formelmäßig wie folgt ausgedrückt werden: Φ_{E_1} = Φ_S(R_{Walze_1}·T² _Substrat + R_Substrast) (Gl. 9) bzw. Φ_{E_2} = Φ_S(R_{Walze_2}·T² _Substrat + R_Substrast) (Gl. 10) In this case, the first reflection value is calculated from a first received signal of the evaluation unit and an intensity of a light source of the measuring device, the second reflection value from a second received signal of the evaluation unit and the intensity of the light source of the measuring device. By way of illustration, the context can be expressed in a formula as follows: Φ _{E_1} = Φ _S (R _{roller_1} · T ² _substrate + R _substrast ) (Equation 9) respectively. Φ _{E_2} = Φ _S (R _roller ² · T ² _substrate + R _substrate ) (Eq. 10)

Dabei ist der erste Reflexionswert beispielsweise höher als der zweite Reflexionswert. Aus der Differenz des ersten und des zweiten Empfangssignals, der Intensität der Lichtquelle und der Differenz des ersten und des zweiten Reflexionswertes wird weiter eine Transmission des zu untersuchenden Substrates berechnet:

In this case, the first reflection value is, for example, higher than the second reflection value. From the difference of the first and the second received signal, the intensity of the light source and the difference of the first and the second reflection value, a transmission of the substrate to be examined is further calculated:

Aus dem ersten und/oder dem zweiten Empfangssignals, der Intensität der Lichtquelle der Messeinrichtung, dem ersten und/oder dem zweiten Reflexionswert sowie der Transmission des Substrates wird eine Reflexion des Substrates berechnet. Zur Veranschaulichung gelten hier die Gleichungen 9 bis 11, aufgelöst nach R_Substrat, wobei aus der Reflexion und der Transmission des Substrates eine Absorption des Substrates berechnet und eine Drift der Intensität der Lichtquelle der Messeinrichtung durch eine Referenzmessung der Lichtquelle mit einer separaten Messeinrichtung eliminiert werden kann. From the first and / or the second received signal, the intensity of the light source of the measuring device, the first and / or the second reflection value and the transmission of the substrate, a reflection of the substrate is calculated. For illustration, the equations 9 to 11, resolved according to R _substrate , are calculated, whereby an absorption of the substrate can be calculated from the reflection and the transmission of the substrate and a drift of the intensity of the light source of the measuring device can be eliminated by a reference measurement of the light source with a separate measuring device ,

In einer Ausgestaltung der Erfindung können mit einem Mittel zur Detektion der Position der Segmente auf der Walzenoberfläche, die unterschiedlichen Reflexionswerte der Segmente den zugehörigen, von der Auswerteeinheit detektierten Messwerten zugeordnet werden. Dies kann beispielsweise ein Absolutwertgeber sein, der an die Walze angebracht ist, um den Drehwinkel der Walze zu registrieren und so die Position der Segmente mit dem hohen und dem niedrigen Reflexionswert den registrierten Signalen zuzuordnen, alternativ kann auch ein in der Auswerteeinheit implementierter Algorithmus aus den Flanken im Messsignal sowie aus den darauffolgenden Intensitätswerten die Position der Segmente feststellen. In one embodiment of the invention, with a means for detecting the position of the segments on the roller surface, the different reflection values of the segments can be assigned to the associated measured values detected by the evaluation unit. This may be, for example, an absolute encoder attached to the roller to register the rotation angle of the roller and thus to associate the position of the high and low reflection value segments with the registered signals; alternatively, an algorithm implemented in the evaluation unit may be constructed from the Flanks in the measurement signal and from the subsequent intensity values determine the position of the segments.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Kalibrierung der Messeinrichtung mit einem Substrat mit bekannten Transmissionseigenschaften und bekannten Reflexionseigenschaften erfolgen. Alternativ kann die Kalibrierung der Messeinrichtung auch ohne Substrat direkt an der Walzenoberfläche erfolgen. In one embodiment of the invention, the calibration of the measuring device can be carried out with a substrate having known transmission properties and known reflection properties. Alternatively, the calibration of the measuring device can take place without substrate directly on the roll surface.

Für die Untersuchung der Schichteigenschaften über die gesamte Substratbreite werden entlang der axialen Längserstreckung der Walze die optischen Schichteigenschaften des flexiblen Substrates an üblicherweise drei Messpositionen gemessen. For the investigation of the layer properties over the entire width of the substrate, the optical layer properties of the flexible substrate are measured at usually three measuring positions along the axial longitudinal extent of the roller.

Die Aufgabe wird vorrichtungsseitig dadurch gelöst, dass die Walzenoberfläche auf ihrem Umfang ein erstes Segment mit einem ersten Reflexionswert und ein zweites Segment mit einem zweiten Reflexionswert aufweist, wobei das erste Segment und das zweite Segment auf dem Umfang der Walzenoberfläche nebeneinander abwechselnd angeordnet sind. Die Segmente können sich dabei teilweise oder ganz über die axiale Längserstreckung der Walze erstrecken. Die Walzenoberfläche lässt sich auch als streifenförmig beschreiben, wobei die Streifen parallel zur Walzenachse angeordnet sind und sich die Streifen mit einem hohen und einem niedrigen Reflexionswert abwechseln. Die Walze kann mit einem Antrieb selbständig in Bewegung, d.h. Rotation versetzt werden, wobei dies auch ohne Substrat möglich ist. An der Walze ist ein Mittel zur Detektion der Position der Segmente mit unterschiedlichen Reflexionswerten auf der Walzenoberfläche angeordnet. Dies kann beispielsweise ein Absolutwertgeber sein, der den Drehwinkel der Walze registriert, um die Position der Segmente auf der Walzenoberfläche mit den unterschiedlichen Reflexionswerten in Zusammenhang mit den von der Reflexionsmesseinrichtung registrierten Signalen zu bringen. Die Messeinrichtungen zur Detektion der Reflexionswerte sind entlang des Umfanges der Walze angeordnet, wobei diese so angeordnet sind, dass die Messeinrichtungen keiner direkten Beschichtung ausgesetzt sind. Mit der Walze können flexible Substrate transportiert oder behandelt oder beides werden. Sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung sind in Vakuumbeschichtungsanlagen einsetzbar. The object is achieved on the device side in that the roll surface has on its circumference a first segment with a first reflection value and a second segment with a second reflection value, wherein the first segment and the second segment are arranged alternately side by side on the circumference of the roll surface. The segments may extend partially or completely over the axial longitudinal extent of the roller. The roll surface can also be described as strip-shaped, wherein the strips are arranged parallel to the roll axis and the strips alternate with a high and a low reflection value. The roller can be driven by a drive independently in motion, i. Rotation are offset, and this is possible without a substrate. A means for detecting the position of the segments with different reflection values on the roller surface is arranged on the roller. This may be, for example, an absolute encoder which registers the rotation angle of the roller to bring the position of the segments on the roller surface with the different reflection values in connection with the signals registered by the reflection measuring device. The measuring devices for detecting the reflection values are arranged along the circumference of the roller, wherein these are arranged so that the measuring devices are not exposed to direct coating. With the roller flexible substrates can be transported or treated or both. Both the method and the device can be used in vacuum coating systems.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: The invention will be described below with reference to an embodiment. In the accompanying drawings show:

1 Schematische Darstellung der Messstellen zur Reflexions- und Transmissionsmessung an flexiblen Substraten nach dem Stand der Technik. 1 Schematic representation of the measuring points for reflection and transmission measurement on flexible substrates according to the prior art.

2 Reflexionsmesseinrichtung mit getrennter Empfangs- und Sendeoptik nach dem Stand der Technik. 2 Reflection measuring device with separate receiving and transmitting optics according to the prior art.

3 Reflexionsmesseinrichtung mit Y-Lichtwellenleiter, welcher für das Sende- und Empfangslicht genutzt wird, nach dem Stand der Technik. 3 Reflection measuring device with Y-optical waveguide, which is used for the transmitting and receiving light, according to the prior art.

4a Anordnung des flexiblen Substrates um eine Beschichtungswalze und mit Transportrollen zur Führung. 4a Arrangement of the flexible substrate around a coating roller and with transport rollers for guidance.

4b Anordnung von Reflexionsmesseinrichtungen in einem Freiraum (Spalt) zwischen Prozesssektionen in einer Vakuumbeschichtungsanlage. 4b Arrangement of reflection measuring devices in a free space (gap) between process sections in a vacuum coating plant.

5 Erfindungsgemäße Messeinrichtung an einer Walze mit Segmenten hoher und niedriger Reflexion (hier: vier Segmente) mit Substrat und angebrachter Reflexionsmesseinrichtung. 5 Inventive measuring device on a roller with segments of high and low reflection (here: four segments) with substrate and attached reflection measuring device.

6 An einer Empfangseinheit gemessene, zeitabhängige Empfangssignale der Intensität des reflektierten Messsignals. 6 Measured at a receiving unit, time-dependent received signals of the intensity of the reflected measurement signal.

In einer beispielhaften Ausführung der Erfindung wird ein flexibles Substrat 1 über Walzen 6, 10 durch eine Beschichtungsanlage 8 geführt und beschichtet. Dabei sollen die optischen Schichteigenschaften, wie Transmission T und Reflexion R möglichst zeitnah nach dem Beschichtungsprozess gemessen werden. Die Transmissionsmessung erfolgt in einer Transportstrecke, in der das zu untersuchende Substrat 1 transportiert wird. Durch eine Sende- und Empfangseinheit wird die Transmission bestimmt. Die Reflexionsmessung wird an einer Beschichtungswalze 6 durchgeführt, wobei die Beschichtungswalze 6 Segmente mit unterschiedlichen Reflexionswerten 11, 12 aufweist. Für die Reflexionsmessung werden Empfangseinheiten 4 in Form eines Y-Lichtwellenleiter verwendet, die an Auswerteeinheiten 5 angeschlossen sind (5). Anhand der durch einen Absolutwertgeber registrierten Drehwinkel der Walze 6 bzw. die Detektion der Signalflanken werden die Hoch- und Tiefwerte der Intensitätswerte der Empfangssignale Φ_{E_1} und Φ_{E_2} durch die Auswerteeinheit 5 registriert und gespeichert: (Gleichungen 9 und 10) Φ_{E_1} = Φ_S(R_{Walze_1}·T² _Substrat + R_Substrast) Φ_{E_2} = Φ_S(R_{Walze_2}·T² _Substrat + RSubstrast). In an exemplary embodiment of the invention, a flexible substrate 1 over rollers 6 . 10 through a coating plant 8th guided and coated. The optical layer properties, such as transmittance T and reflection R should be measured as soon as possible after the coating process. The transmission measurement takes place in a transport path in which the substrate to be examined 1 is transported. By a transmitting and receiving unit, the transmission is determined. The reflection measurement is carried out on a coating roller 6 performed, wherein the coating roller 6 Segments with different reflection values 11 . 12 having. For the reflection measurement, receiving units are used 4 used in the form of a Y-fiber optic cable connected to evaluation units 5 are connected ( 5 ). Based on the registered by an absolute encoder rotation angle of the roller 6 or the detection of the signal edges are the high and low values of the intensity values of the received signals Φ _{E_1} and Φ _{E_2} by the evaluation unit 5 registered and saved: (equations 9 and 10) Φ _{E_1} = Φ _S (R _{roller_1} · T ² _substrate + R _substrast ) Φ _{E_2} = Φ _S (R _roller ² · T ² _substrate + RSsububstrate).

Aufgrund der Segmente mit den unterschiedlichen Reflexionswerten 11, 12 (R_{Walze_1} und R_{Walze_2}) auf der Walzenoberfläche (diese ist erfindungsgemäß nicht mehr konstant) schwanken die Intensitäten des Empfangssignals bei einem durchlaufenden flexiblen Substrates 1, beispielsweise einer transparenten Folie, periodisch (6). Die Auswerteeinheit 5 bildet jeweils die Differenz und ggf. die Summe der zuletzt gemessenen und ggf. über eine gewisse Periodenzahl gemittelten hohen und niedrigen Intensitätswerte: Φ_{E_1} – Φ_{E_2} = Φ_S·T² _Substrat·(R_{Walze_1} – R_{Walze_2}) (Gl.12) Φ_{E_1} + Φ_{E_2} = Φ_S·{2·R_Substrat + T² _Substrat·(R_{Walze_1} + R_{Walze_2})}. (Gl.13) Due to the segments with the different reflection values 11 . 12 (R _{roller 1} and R _{roller 2} ) on the roller surface (this is no longer constant _according to the invention) vary the intensities of the received signal in a continuous flexible substrate 1 , for example a transparent foil, periodically ( 6 ). The evaluation unit 5 forms in each case the difference and possibly the sum of the last measured and possibly over a certain period number averaged high and low intensity values: Φ _{E_1} - Φ _{E_2} = Φ _S · T ² _substrate · (R _{roll_1} -R _{roll_2} ) (Eq.12) Φ _{E_1} + Φ _{E_2} = Φ _S · {2 · R _substrate + T ² _substrate · (R _{roller_1} + R _{roller_2} )}. (Gl.13)

Vor einer Messung muss die Messeinrichtung kalibriert werden. In der beispielhaften Ausführung der Erfindung kann die Kalibrierung an einer Folie mit bekannten Reflexions- und Transmissionseigenschaften (R_Folie, T_Folie) erfolgen, wobei sich die Reflexionswerte der Walze aus den Gleichungen 9 und 10 gemäß:

berechnen lassen. Alternativ kann beispielsweise nach einer Wartung der Anlage die Kalibrierung auch ohne ein Substrat erfolgen, wobei die Reflexionswerte des Substrats 1 dann mit 0 und die Transmissionswerte mit 1 angenommen werden und die Gleichungen 9* und 10* sich zu

vereinfachen. In der beispielhaften Ausführung der Erfindung können dann die optischen Eigenschaften nach

und beispielsweise

berechnet werden. Alternativ kann die Reflexion des Substrates auch nach Gleichung 13 berechnet werden. Before measuring, the measuring device must be calibrated. In the exemplary embodiment of the invention, the calibration may be performed on a film having known reflection and transmission properties (R _film , T _film ), the reflectance values of the roller being of

equations

9 and 10 according to:

let calculate. Alternatively, for example, after a maintenance of the system, the calibration can also take place without a substrate, wherein the reflection values of the substrate 1 then with 0 and the transmission values are assumed to be 1 and the equations 9 * and 10 * to

simplify. In the exemplary embodiment of the invention, then the optical properties after

and for example

be calculated. Alternatively, the reflection of the substrate can also be calculated according to equation 13.

Mit diesem Messverfahren lässt sich auch die wahre Absorption des Substrates 1 nach der Gleichung: A_Substrat = 1 – R_Substrast – T_Substrat (Gl. 12) ermitteln. With this measurement method can also be the true absorption of the substrate 1 according to the equation: A _substrate = 1 - R _substrate - T _substrate (equation 12) determine.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Substrat substratum
2 2: Messeinrichtung für die Transmissionsmessung Measuring device for the transmission measurement
3 3: Messeinrichtung für die Reflexionsmessung Measuring device for reflection measurement
4a 4a: Lichtwellenleiter Lichtsender Fiber optic light transmitter
4b 4b: Lichtwellenleiter Empfänger Fiber optic receiver
5 5: Auswerteeinrichtung evaluation
6 6: Walze roller
7 7: Prozesskammer process chamber
8 8th: Beschichtungsanlage coating plant
9 9: Messstelle measuring point
1010: Transportrolle transport roller
11 11: Segment mit niedriger Reflexion Segment with low reflection
1212: Segment mit hoher Reflexion Segment with high reflection
R R: Reflexion reflection
T T: Transmission transmission
A A: Absorption absorption

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1598660 [0007, 0007] EP 1598660 [0007, 0007]

Claims

Verfahren zur Messung optischer Eigenschaften flexibler Substraten (1) mit mindestens einer Walze (6), wobei das Substrat (1) in Kontakt mit mindestens einer Walzenoberfläche ist sowie zumindest einer Messeinrichtung (3) und einer Auswerteeinrichtung (5) mit der die Reflexion (R) und Transmission (T) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Reflexionswert in einem ersten Segment (11) der Walzenoberfläche und ein zweiter Reflexionswert in einem zweiten Segment (12) der Walzenoberfläche bestimmt wird, wobei das erste (11) und das zweite (12) Segment der Walzenoberfläche unterschiedliche Reflexionswerte aufweisen. Method for measuring optical properties of flexible substrates ( 1 ) with at least one roller ( 6 ), the substrate ( 1 ) in contact with at least one roller surface and at least one measuring device ( 3 ) and an evaluation device ( 5 ) with which the reflection (R) and transmission (T) is measured, characterized in that a first reflection value in a first segment ( 11 ) of the roll surface and a second reflection value in a second segment ( 12 ) of the roll surface is determined, the first ( 11 ) and the second ( 12 ) Segment of the roll surface have different reflection values.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der erste Reflexionswert (11) aus einem ersten Empfangssignal der Auswerteeinheit (5) und einer Intensität einer Lichtquelle der Messeinrichtung (3) berechnet wird, – dass der zweite Reflexionswert (12) aus einem zweiten Empfangssignal der Auswerteeinheit (5) und der Intensität der Lichtquelle der Messeinrichtung (3) berechnet wird, – dass aus der Differenz des ersten und des zweiten Empfangssignals, der Intensität der Lichtquelle und der Differenz des ersten (11) und des zweiten (12) Reflexionswertes eine Transmission eines Substrates (1) berechnet wird, – dass aus dem ersten und/oder dem zweiten Empfangssignals, der Intensität der Lichtquelle der Messeinrichtung (3), dem ersten (11) und/oder dem zweiten (12) Reflexionswert sowie der Transmission des Substrates (1) eine Reflexion (R) des Substrates (1) berechnet wird, – dass aus der Reflexion und der Transmission des Substrates (1) eine Absorption (A) des Substrates (1) berechnet wird, – dass eine Drift der Intensität der Lichtquelle der Messeinrichtung (3) durch eine Referenzmessung der Lichtquelle mit einer separaten Messeinrichtung eliminiert wird. Method according to claim 1, characterized in that - the first reflection value ( 11 ) from a first received signal of the evaluation unit ( 5 ) and an intensity of a light source of the measuring device ( 3 ), - that the second reflection value ( 12 ) from a second received signal of the evaluation unit ( 5 ) and the intensity of the light source of the measuring device ( 3 ) is calculated, that from the difference of the first and the second received signal, the intensity of the light source and the difference of the first ( 11 ) and the second ( 12 ) Reflection value a transmission of a substrate ( 1 ) is calculated, that from the first and / or the second received signal, the intensity of the light source of the measuring device ( 3 ), the first ( 11 ) and / or the second ( 12 ) Reflection value and the transmission of the substrate ( 1 ) a reflection (R) of the substrate ( 1 ), that from the reflection and the transmission of the substrate ( 1 ) an absorption (A) of the substrate ( 1 ) - that a drift in the intensity of the light source of the measuring device ( 3 ) is eliminated by a reference measurement of the light source with a separate measuring device.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Mittel zur Detektion der Position der Segmente (11, 12) auf der Walzenoberfläche, die unterschiedlichen Reflexionswerte der Segmente den zugehörigen von der Auswerteeinheit (5) detektierten Messwerten zugeordnet werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a means for detecting the position of the segments ( 11 . 12 ) on the roller surface, the different reflection values of the segments, the associated from the evaluation unit ( 5 ) are assigned to detected measured values.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung der Messeinrichtung (3) mit einem Substrat (1) mit bekannten Transmissionseigenschaften und bekannten Reflexionseigenschaften erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a calibration of the measuring device ( 3 ) with a substrate ( 1 ) with known transmission properties and known reflection properties.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung der Messeinrichtung (3) ohne Substrat erfolgt. Method according to claims 1 to 3, characterized in that a calibration of the measuring device ( 3 ) without substrate.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der axialen Längserstreckung der Walze (6) die optischen Schichteigenschaften des flexiblen Substrates (1) an mindestens drei Messpositionen gemessen werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that along the axial longitudinal extension of the roller ( 6 ) the optical layer properties of the flexible substrate ( 1 ) are measured at at least three measuring positions.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Vakuumbeschichtungsanlage eingesetzt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is used in a vacuum coating system.

Vorrichtung zur Messung optischer Eigenschaften flexibler Substrate (1) mit mindestens einer Walze (6), wobei das Substrat (1) in Kontakt mit mindestens einer Walzenoberfläche ist sowie zumindest eine Messeinrichtung (3) und eine Auswerteeinrichtung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenoberfläche auf ihrem Umfang ein erstes Segment mit einem ersten Reflexionswert (11) und ein zweites Segment mit einem zweiten Reflexionswert (12) aufweist, wobei das erste Segment und das zweite Segment auf dem Umfang der Walzenoberfläche nebeneinander abwechselnd angeordnet sind. Device for measuring optical properties of flexible substrates ( 1 ) with at least one roller ( 6 ), the substrate ( 1 ) in contact with at least one roller surface and at least one measuring device ( 3 ) and an evaluation device ( 5 ), characterized in that the roll surface has on its periphery a first segment with a first reflection value ( 11 ) and a second segment with a second reflection value ( 12 ), wherein the first segment and the second segment are arranged alternately side by side on the circumference of the roll surface.

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste und das zweite Segment in axialer Längserstreckung der Walze (6) erstrecken. Apparatus according to claim 8, characterized in that the first and the second segment in the axial longitudinal extent of the roller ( 6 ).

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (6) einen Antrieb aufweist. Apparatus according to claim 8, characterized in that the roller ( 6 ) has a drive.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Walze (6) ein Mittel zur Detektion der Position der Segmente mit unterschiedlichen Reflexionswerten (11, 12) auf der Walzenoberfläche angeordnet ist. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that on the roller ( 6 ) means for detecting the position of the segments with different reflection values ( 11 . 12 ) is arranged on the roll surface.

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Umfanges der Walze (6) Messeinrichtungen (3) zur Detektion der Reflexionswerte (11, 12) angeordnet sind. Apparatus according to claim 8, characterized in that along the circumference of the roller ( 6 ) Measuring equipment ( 3 ) for the detection of the reflection values ( 11 . 12 ) are arranged.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtungen (3) derart angeordnet sind, dass die Messeinrichtungen (3) keiner direkten Beschichtung ausgesetzt sind. Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the measuring devices ( 3 ) are arranged such that the measuring devices ( 3 ) are not exposed to direct coating.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Walze flexible Substrate transportierbar oder behandelbar oder beides sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that with the roller flexible substrates are transportable or treatable or both.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einer Vakuumbeschichtungsanlage einsetzbar ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device can be used in a vacuum coating system.