(57)【要約】【課題】透明な管状物体の寸法、特に内径を測定する。【解決手段】透明な管状物体の特性を測定するための方法及び装置において、レーザビームが物体を走査し、レーザビーム方向と平行な第１の検出方向で、又は第１の検出方向及びこれに対してある角度、特に９０度である第２の検出方向で、物体から発したレーザ光を検出する。屈折率、走査速度、第１の検出方向及び第２の検出方向で検出された外径、物体の外面で反射されたレーザ光と物体内に屈折されてその内面で反射されたレーザ光との時間差から、物体の内半径を計算することができる。物体内に屈折されてその内面で反射されたレーザ光を第１の検出方向で検出する時点が分かれば、屈折率は必要ない。【選択図】図１
2019152664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率ｎ及び長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための装置であって、
前記物体の前記長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、前記レーザビームは、前記走査方向に直交し、かつ前記物体の前記長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向に前記物体へ誘導される、レーザビームスキャナと、
前記物体から前記第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度、及び、前記物体から前記第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
前記検出アセンブリによって前記第１の検出方向で検出された前記レーザ光の強度から、前記物体の第１のポイントにおいて前記物体の外面に接する前記レーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、前記第１のポイントと直径方向に対向する前記物体の第２のポイントにおいて前記物体の前記外面に接する前記レーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
前記検出アセンブリによって前記第２の検出方向で検出された前記レーザ光の強度から、前記物体の第３のポイントにおいて前記物体の前記外面で反射された前記レーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、前記物体の前記外面で屈折されて前記物体の第４のポイントにおいて前記物体の内面で反射された前記レーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、及び、
ｎ、ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、及びτ（ｘd2）に基づいて前記物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える装置。
【請求項２】
屈折率ｎ及び長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための装置であって、
前記物体の前記長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、前記レーザビームは、前記物体の前記長手方向軸に直交して誘導され、前記レーザビームは、前記走査経路の第１の部分では前記走査方向に直交する第１のレーザビーム方向で前記物体へ誘導され、前記走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して前記第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で前記物体へ方向転換される、レーザビームスキャナと、
前記物体から前記第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度、及び、前記物体から前記第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
前記第１の検出方向で検出された前記レーザ光の強度から、前記物体の第１のポイントにおいて前記物体の外面に接する前記レーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、前記第１のポイントと直径方向に対向する前記物体の第２のポイントにおいて前記物体の前記外面に接する前記レーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
前記第２の検出方向で検出された前記レーザ光の強度から、前記物体の第３のポイントにおいて前記物体の前記外面で反射された前記レーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、前記物体の前記外面で屈折されて前記物体の第４のポイントにおいて前記物体の内面で反射された前記レーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、及び、
ｎ、ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、及びτ（ｘd2）に基づいて前記物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える装置。
【請求項３】
長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための装置であって、
前記物体の前記長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、前記レーザビームは、前記走査方向に直交し、かつ前記物体の前記長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向に前記物体へ誘導される、レーザビームスキャナと、
前記物体から前記第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度、及び、前記物体から前記第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
前記第１の検出方向で検出された前記レーザ光の強度から、前記物体の第１のポイントにおいて前記物体の外面に接する前記レーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、前記第１のポイントと直径方向に対向する前記物体の第２のポイントにおいて前記物体の前記外面に接する前記レーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
前記第２の検出方向で検出された前記レーザ光の強度から、前記物体の第３のポイントにおいて前記物体の前記外面で反射された前記レーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、前記物体の前記外面で屈折されて前記物体の第４のポイントにおいて前記物体の内面で反射された前記レーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、
前記第１の検出方向で検出された前記レーザ光の前記強度から、前記物体の前記外面で屈折されて前記物体の第５のポイントにおいて前記物体の前記内面で反射された前記レーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定すること、及び、
ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて前記物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える装置。
【請求項４】
長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための装置であって、
前記物体の前記長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、前記レーザビームは、前記物体の前記長手方向軸に直交して誘導され、前記レーザビームは、前記走査経路の第１の部分では前記走査方向に直交する第１のレーザビーム方向で前記物体へ誘導され、前記走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して前記第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で前記物体へ方向転換される、レーザビームスキャナと、
前記物体から前記レーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度、及び、前記物体から前記第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
前記第１の検出方向で検出された前記レーザ光の強度から、前記物体の第１のポイントにおいて前記物体の外面に接する前記レーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、前記第１のポイントと直径方向に対向する前記物体の第２のポイントにおいて前記物体の前記外面に接する前記レーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
前記第２の検出方向で検出された前記レーザ光の強度から、前記物体の第３のポイントにおいて前記物体の前記外面で反射された前記レーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、前記物体の前記外面で屈折されて前記物体の第４のポイントにおいて前記物体の内面で反射された前記レーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、
前記第１の検出方向で検出された前記レーザ光の前記強度から、前記物体の前記外面で屈折されて前記物体の第５のポイントにおいて前記物体の前記内面で反射された前記レーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定すること、及び、
ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて前記物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える装置。
【請求項５】
前記処理システムは、以下の式、
【数１】
2019152664.tif 000041
に基づいてＲdを計算するように構成され、かつ、
【数２】
2019152664.tif 000042
が成り立つ、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記処理システムは、以下の式、
【数３】
2019152664.tif 000043
に基づいてＲdを計算するように構成され、かつ、
【数４】
2019152664.tif 000044
が成り立つ、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記処理システムは、以下の式、
【数５】
2019152664.tif 000045
に基づいてＲdを計算するように構成され、かつ、
【数６】
2019152664.tif 000046
が成り立つ、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記処理システムは、以下の式、
【数７】
2019152664.tif 000047
に基づいてＲdを計算するように構成され、かつ、
【数８】
2019152664.tif 000048
が成り立つ、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
αは、４５度から１３５度である、請求項１、３、５、７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
α＋βは、４５度から１３５度である、請求項２、４、６、８、９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記検出アセンブリは、
前記物体から前記第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する第１の検出器と、
前記第１の検出器とは異なり、前記物体から前記第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する第２の検出器と、
を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記検出アセンブリは、
前記物体と前記第２の検出器との間に配置され、前記物体から前記第２の検出方向に発したレーザ光を前記第２の検出器の方へ反射させるリフレクタを更に備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記リフレクタは、前記物体から前記第２の検出方向に発したレーザ光を前記第１の検出方向に反射させ、
前記装置は、
前記レーザビームスキャナと前記物体との間に配置され、前記レーザビームを偏光させるレーザビーム偏光子と、
前記物体と前記リフレクタとの間に配置され、前記物体から発した前記レーザ光の偏光方向を回転させる、波長板と、
前記第１の検出方向の前記物体及び前記リフレクタからの前記レーザ光を、前記レーザ光の偏光状態に基づいて、前記第１の検出器及び前記第２の検出器へ分割するために配置された偏光ビームスプリッタと、
を更に備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記検出アセンブリは、
前記物体から前記第２の検出方向に発したレーザ光を前記第１の検出方向に反射させるリフレクタと、
前記物体から前記第１の検出方向に発したレーザ光の前記強度を検出し、かつ、前記物体から前記第２の検出方向に発し、前記リフレクタによって前記第１の検出方向に反射されたレーザ光の前記強度を検出する、第１の検出器と、
を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記リフレクタは、五角プリズム又はミラーを含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
４５度の偏光方向を有し、前記レーザビームの経路に配置された第１の偏光子、
（−４５＋δ）度の偏光方向を有し、前記物体から前記第１の検出方向に発した前記レーザ光の経路に配置された第２の偏光子であって、｜δ｜＞０である、第２の偏光子、及び／又は、
（４５＋ε）度の偏光方向を有し、前記物体から前記第２の検出方向に発した前記レーザ光の経路に配置された第３の偏光子であって、｜ε｜＞０である、第３の偏光子、
を更に備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明な管状物体の寸法、特に内径を測定する分野に関する。特に、本発明は、レーザ走査を用いて透明な管状物体の内径を測定するための方法及び装置に関する。本明細書において、直径は半径の２倍と見なされるので、内半径が測定された場合、内半径の２倍である内径が測定されたことになる。
【０００２】
本明細書において、管状物体は、寸法が測定される少なくとも一部分において管状の形状、特に円筒形状を有する物体として理解される。
【背景技術】
【０００３】
以下に例示されるように、細長い円筒形又は管状の物体の直径を測定するための様々な装置及び方法が知られている。
【０００４】
ＵＳ４，６９２，６２９Ａ号は、この引例で検討されている従来技術の一部として、光学タイプの測定デバイスを開示している。このデバイスでは、多角形回転ミラーにより発生させた回転走査光ビーム（レーザビーム）が、コリメータレンズによって平行走査光ビームに変換され、このコリメータレンズ及び集光レンズを通過する。コリメータレンズと集光レンズとの間に測定対象のワークピースが介在し、この測定対象のワークピースが平行走査光ビームを妨げることにより発生した暗い部分又は明るい部分の時間長から、測定対象のワークピースの寸法が測定される。同様のデバイスが、ＪＰ２０１１−１０６８１７Ａ号に開示されている。
【０００５】
引例ＵＳ４，６９２，６２９Ａ号、又は引例ＪＰ２０１１−１０６８１７Ａ号における光学タイプの測定デバイスは、円筒形ワークピースの外径を測定するために用いられており、管状透明ワークピースの内径の測定については何も示されていない。
【０００６】
ＵＳ２０１７／０１６７８５４Ａ１号は、光プロジェクタから発して受光器に到達する平行レーザ光ビーム中に透明なチューブを配置することを開示している。受光器は、平行レーザ光ビームの幅方向位置に対応した受信光量を示す検出信号を与える。透明チューブの内周面により反射されて受光器に入射するビームによって検出信号に形成されたピークが検出される。これらのピークが所定の閾値と交差する、２つの交差点の幅方向位置が検出される。２つの交差点の平均値から、透明チューブの内周面によって反射された光ビームの幅方向位置が計算される。これらの幅方向位置から、透明チューブの内径が測定される。
【０００７】
引例ＵＳ２０１７／０１６７８５４Ａ１号に従った方法は、チューブの接線方向に伝送され、チューブの長手方向に直交してチューブを通るレーザビームによって、透明チューブの外径だけでなく内径の測定も可能とする。この引例は、透明チューブの内径の測定を改善するが、特に透明チューブが薄い場合、内径の測定の精度には更に改善の余地がある。問題点として、ＵＳ２０１７／０１６７８５４Ａ１号に記載されている方法は、薄い管状物体の内面での屈折によって管状物体の内面及び外面でのレーザビーム反射間の時間差が極めて小さくなるので、薄い管状物体に対して感度が低くなる。
【０００８】
Jablonski, R.等の「Laser measurement of form and dimensions of transparent tubular elements」（Measurement 13, 1994, 13-22）では、透明な管状物体の全体的な幾何学的形状の測定を可能とする非接触レーザ走査−反射方法が開示されている。物体に対して直交して一定の速度で合焦レーザビームを走査する。以下の３つの主光線が得られる。第１及び第２の光線は、それぞれ外面及び内面からの２つの反射波を表し、第３の光線は、外面の接線方向の波を表す。これらの光線は、２つの検出器の検出レンズによって集光され、対応する検出器の面内の焦点に収束される。主光線間の時間を測定し、一定の走査速度を仮定することによって、測定された物体の外側及び内側の曲率半径を決定することができる。
【０００９】
Jablonski, R.等の引例による方法は、透明な管状物体の内周に沿った特定の位置で局所的に物体の内径を測定することを可能とする。外径は、物体の外周に沿った特定の位置での反射から決定される。従って、この測定は、局所曲率の影響を受ける。外径測定の精度の限界は、内径の精度に悪影響を及ぼす。
【００１０】
従って、透明な管状物体の内径の測定において、特に、管状物体が薄い場合、すなわち管状物体の壁厚が管状物体の半径の約１０％未満である場合に、測定の精度を向上することが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
透明な管状物体の内径を測定する精度を向上させる方法及び装置を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この問題により良く対処するため、本発明の第１の態様において、透明な管状物体の内径を測定するための方法の第１、第２、第３、及び第４の実施形態が提供される。管状物体は屈折率ｎを有する材料から作製されている。管状物体は、少なくとも測定が行われる領域において、円筒形のチャネルを形成し、このチャネルの中心に延出する中心軸を有する。方法の第１の実施形態は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するステップであって、レーザビームは、走査方向に直交し、かつ物体の長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向で物体へ誘導される、ステップと、
物体からレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出するステップと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定するステップと、
物体から第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出するステップと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定するステップと、
ｎ、ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、及びτ（ｘd2）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算するステップであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算するステップと、
を含む。
【００１３】
レーザ光強度を検出することは、レーザ光の強度の１以上の別個の遷移を検出することを含み、１以上の別個の遷移は、具体的には、
高強度（第１の高い強度閾値よりも高い）から低強度（第１の高い強度閾値よりも低いか、又は第１の低い強度閾値よりも低い）への強度遷移、又は
低強度（第２の低い強度閾値よりも低い）から高強度（第２の低い強度閾値よりも高いか、又は第２の高い強度閾値よりも高い）への強度遷移、又は
低強度（第３の低い強度閾値よりも低い）から高強度（第３の低い強度閾値よりも高いか、又は第３の高い強度閾値よりも高い）へ、その後の低強度（第３の高い強度閾値よりも低いか、又は第３の低い強度閾値よりも低い）への強度遷移の組み合わせ、
である。
【００１４】
第１、第２、及び第３の低い強度閾値のいずれか１つは、第１、第２、及び第３の低い強度閾値の他のいずれか１つ、又は第１、第２、及び第３の高い強度閾値のいずれか１つと同一であるか又は異なる可能性がある。第１、第２、及び第３の高い強度閾値のいずれか１つは、第１、第２、及び第３の高い強度閾値の他のいずれか１つ、又は第１、第２、及び第３の低い強度閾値のいずれか１つと同一であるか又は異なる可能性がある。
【００１５】
本発明の方法の第１の実施形態によれば、レーザ光が管状物体を通過した後で観察される２つの別個の検出方向、すなわち第１の検出方向及び第２の検出方向において、レーザ光強度が検出される。第１の検出方向におけるレーザ光強度の検出は第１の時点及び第２の時点を与え、第２の検出方向におけるレーザ光強度の検出は第３の時点及び第４の時点を与える。
【００１６】
特に、第１の方向におけるレーザ光強度の検出は、処理システムによって第２の時点と第１の時点との時間差を計算するため用いられる。この時間差から管状物体の外半径ＲDを導出することができる。この時間差は比較的長いので、第１の時点及び第２の時点を決定する際の不正確さが時間差値の正確さに及ぼす影響は比較的小さい。
【００１７】
また、特に、第２の方向におけるレーザ光強度の検出は、処理システムによって第４の時点と第３の時点との時間差を計算するため用いられる。ＲDとＲdとの差が小さくなると、この時間差は小さくなる。しかしながら、この時間差は、第４の時点と第３の時点との時間差の決定において許容可能な正確さを与えるのに充分である。
【００１８】
結果として、この方法では、特に管状物体が薄い場合、この管状物体をレーザビームで走査した場合の検出時点に基づいて物体のＲd（又は、同じことであるが内径）を計算する際に、精度の向上が得られる。
【００１９】
管状物体の透明材料の屈折率は、既知であるか又は未知である可能性がある。双方の状況において、本明細書に開示されるように、方法の適切な実施形態を適用して管状物体の測定を実行し、その内半径を計算することができる。
【００２０】
計算の結果は、表示ユニット等のユーザインタフェースにおいてＲdの値を提供するため使用される信号とすることができる。この信号は、生産ラインを監視もしくは制御するため、又は管状物体を生成するデバイスを制御するためにも使用できる。
【００２１】
ここで、Jablonski, R.等の方法は、第３の時点と第１の時点との時間差、及び第４の時点と第１の時点との時間差を使用することを提案していることに留意すべきである。Jablonski, R.等の方法では、第１の検出方向における第２の時点、及び第４の時点と第３の時点との時間差は使用されない。
【００２２】
本発明の方法の第２の実施形態では、屈折率ｎ及び長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための方法が提供される。方法の第２の実施形態は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査することであって、レーザビームは物体の長手方向軸に直交して誘導され、レーザビームは、走査経路の第１の部分では走査方向に直交して第１のレーザビーム方向で物体へ誘導され、走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で物体へ方向転換される、ことと、
物体から第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定することと、
物体から第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定することと、
ｎ、ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、及びτ（ｘd2）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算することと、
を含む。
【００２３】
本発明の方法の第３の実施形態では、長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための方法が提供される。方法の第３の実施形態は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査することであって、レーザビームは、走査方向に直交して、かつ物体の長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向で物体へ誘導される、ことと、
物体から第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定することと、
物体から第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定することと、
ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算することと、
を含む。
【００２４】
本発明の方法の第４の実施形態では、長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための方法が提供される。方法の第４の実施形態は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査することであって、レーザビームは物体の長手方向軸に直交して誘導され、レーザビームは、走査経路の第１の部分では走査方向に直交する第１のレーザビーム方向で物体へ誘導され、走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で物体へ方向転換される、ことと、
物体からレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定することと、
物体から第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定することと、
ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算することと、
を含む。
【００２５】
方法の第３及び第４の実施形態では、第１、第２、第３、及び第４の時点に加えて第５の時点を更に測定して、Ｒdの計算から屈折率ｎを除外することができる。管状物体の材料のｎを事前に知る必要がなくなるので、これは有利である。
【００２６】
方法の第１の実施形態では、第１、第２、第３、及び第４の時点が決定され、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは９０度であり、管状物体の屈折率ｎは既知であり、管状物体の内半径Ｒdは以下の式に基づいて計算される。
【数１】
2019152664.tif 000003
ここで、
【数２】
2019152664.tif 000004
が成り立つ。
【００２７】
方法の第１の実施形態では、第１、第２、第３、及び第４の時点が決定され、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは９０度とは異なる可能性があり、４５度から１３５度とすることができる。管状物体の屈折率ｎは既知であり、管状物体の内半径Ｒdは以下の式に基づいて計算される。
【数３】
2019152664.tif 000005
ここで、
【数４】
2019152664.tif 000006
が成り立つ。
【００２８】
方法の第２の実施形態では、第１、第２、第３、及び第４の時点が決定され、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは９０度とは異なる可能性があり、４５度から１３５度とすることができる。第１のレーザビーム方向と第２のレーザビーム方向との間の検出角α及び走査角βの和は４５度から１３５度とすることができ、特に９０度とすればよい。管状物体の屈折率ｎは既知であり、管状物体の内半径Ｒdは以下の式に基づいて計算される。
【数５】
2019152664.tif 000007
ここで、
【数６】
2019152664.tif 000008
が成り立つ。
【００２９】
方法の第３の実施形態では、第１、第２、第３、第４、及び第５の時点が決定され、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは９０度であり、管状物体の屈折率ｎは既知でなく、管状物体の内半径Ｒdは以下の式に基づいて計算される。
【数７】
2019152664.tif 000009
ここで、
【数８】
2019152664.tif 000010
が成り立つ。
【００３０】
方法の第３の実施形態では、第１、第２、第３、第４、及び第５の時点が決定され、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは９０度とは異なる可能性があり、４５度から１３５度とすることができる。管状物体の屈折率ｎは既知でなく、管状物体の内半径Ｒdは以下の式に基づいて計算される。
【数９】
2019152664.tif 000011
ここで、
【数１０】
2019152664.tif 000012
が成り立つ。
【００３１】
方法の第４の実施形態では、第１、第２、第３、第４、及びの時点が決定され、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは９０度とは異なる可能性があり、４５度から１３５度とすることができる。第１のレーザビーム方向と第２のレーザビーム方向との間の検出角α及び走査角βの和は４５度から１３５度とすることができ、特に９０度とすればよい。管状物体の屈折率ｎは既知でなく、管状物体の内半径Ｒdは以下の式に基づいて計算される。
【数１１】
2019152664.tif 000013
ここで、
【数１２】
2019152664.tif 000014
が成り立つ。
【００３２】
本発明の方法の第１、第２、第３、及び第４の実施形態のうち一実施形態において、この方法は、
レーザビームを４５度の偏光方向に偏光させること、
物体から第１の検出方向に発したレーザ光を（−４５＋δ）度の偏光方向に偏光させることであって、｜δ｜＞０である、こと、及び／又は、
物体から第２の検出方向に発したレーザ光を（４５＋ε）度の偏光方向に偏光させることであって、｜ε｜＞０である、こと、
を更に含む。
【００３３】
レーザ光を上記のように偏光させることの利点は、第１の検出方向において、角度δを調整することにより、管状物体の外側を完全に透過したレーザ光と管状物体の内側を透過したレーザ光との強度のバランスを取れることである。また、第２の検出方向において、角度εを調整することにより、管状物体の外面で直接反射したレーザ光と管状物体の内面で反射したレーザ光との光強度のバランスを取ることができる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、物体から第１の検出方向に発したレーザ光を（−４５＋δ）度の偏光方向に偏光させるステップは省略され、物体から第２の検出方向に発したレーザ光を（４５＋ε）度の偏光方向に偏光させるステップは実行される。他の実施形態では、物体から第１の検出方向に発したレーザ光を（−４５＋δ）度の偏光方向に偏光させるステップは実行され、物体から第２の検出方向に発したレーザ光を（４５＋ε）度の偏光方向に偏光させるステップは省略される。更に別の実施形態では、物体から第１の検出方向に発したレーザ光を（−４５＋δ）度の偏光方向に偏光させるステップ、及び、物体から第２の検出方向に発したレーザ光を（４５＋ε）度の偏光方向に偏光させるステップの双方が実行される。
【００３５】
本発明の第２の態様において、屈折率ｎ及び長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための第１、第２、第３、及び第４の装置が提供される。本装置の第１の実施形態は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、レーザビームは、走査方向に直交し、かつ物体の長手方向軸に直交し、第１のレーザビーム方向で物体へ誘導される、レーザビームスキャナと、
物体から第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出するため、及び、物体から第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
検出アセンブリによって第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
検出アセンブリによって第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、及び、
ｎ、ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、及びτ（ｘd2）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える。
【００３６】
本発明の装置の第１の実施形態によれば、レーザ光が管状物体を通過した後で観察される２つの別個の検出方向、すなわち第１の検出方向及び第２の検出方向において、レーザ光強度が検出される。検出アセンブリによる第１の検出方向のレーザ光強度の検出は第１の時点及び第２の時点を与え、検出アセンブリによる第２の検出方向のレーザ光強度の検出は第３の時点及び第４の時点を与える。
【００３７】
特に、検出アセンブリによる第１の方向のレーザ光強度の検出は、処理システムによるＲDの計算のため、処理システムによって第２の時点と第１の時点との時間差を計算するため用いられる。この時間差は比較的長いので、第１の時点及び第２の時点を決定する際のいかなる不正確さも、時間差値において果たす役割は比較的小さい。
【００３８】
また、特に、検出アセンブリによる第２の方向のレーザ光強度の検出は、処理システムによって第４の時点と第３の時点との時間差を計算するため用いられる。ＲDとＲdとの差が小さくなると、この時間差は小さくなる。従ってここでも、薄い管状物体を測定する場合は特に、第３の時点及び第４の時点を決定する際の不正確さが時間差値に及ぼす影響は小さくなる。
【００３９】
結果として、この装置では、特に管状物体が薄い場合、この管状物体をレーザビームで走査した場合の検出時点に基づいてＲｄを計算する際に、精度の改善が得られる。
【００４０】
本発明に係る装置の第２の実施形態では、屈折率ｎ及び長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための装置が提供される。本発明の第２の実施形態は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、レーザビームは物体の長手方向軸に直交して誘導され、レーザビームは、走査経路の第１の部分では走査方向に直交して第１のレーザビーム方向で物体へ誘導され、走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で物体へ方向転換される、レーザビームスキャナと、
物体から第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出し、かつ、物体から第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接する前記レーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、及び、
ｎ、ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、及びτ（ｘd2）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える。
【００４１】
本発明に係る装置の第３の実施形態では、長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための装置が提供される。本発明の第３の実施形態は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、レーザビームは、走査方向に直交し、かつ物体の長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向で物体へ誘導される、レーザビームスキャナと、
物体から第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出するため、及び、物体から第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の前記強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接する前記レーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定すること、及び、
ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える。
【００４２】
本発明に係る装置の第４の実施形態では、長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための装置が提供される。本発明の第４の実施形態は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、レーザビームは物体の長手方向軸に直交して誘導され、レーザビームは、走査経路の第１の部分では走査方向に直交する第１のレーザビーム方向で物体へ誘導され、走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で物体へ方向転換される、レーザビームスキャナと、
物体からレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出するため、及び、物体から第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定すること、及び、
ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える。
【００４３】
管状物体のＲｄ（又は、同じことであるが内径）を表す値は、処理システムによって適切な形態で、例えば信号として出力することができる。
【００４４】
方法の第３及び第４の実施形態では、検出アセンブリによって第１、第２、第３、及び第４の時点に加えて第５の時点を更に測定して、Ｒdの計算の基礎となる式から屈折率ｎを除外することができ、Ｒdを処理システムによって計算することができる。管状物体の材料のｎを事前に知る必要がなくなるので、これは有利である。
【００４５】
本発明の第１及び第３の実施形態では、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは４５度から１３５度である。
【００４６】
好ましくは、検出アセンブリにおいて検出角は９０度である。これは、そのような構成によって、検出アセンブリの比較的簡単な構成と、処理システムによるＲdの高速の計算が可能となるからである。しかしながら、４５度から１３５度の角度のような他の角度も可能であり、Ｒdの感度の向上を与えることができる。
【００４７】
本発明の第２及び第４の実施形態では、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは０度とすることができる。第１のレーザビーム方向と第２のレーザビーム方向との間の走査角βは４５度から１３５度とすることができ、好ましくは、αとβの和は４５度から１３５度である。
【００４８】
本発明の装置の第１、第２、第３、及び第４の実施形態のうち一実施形態において、検出アセンブリは、
物体から第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する第１の検出器と、
第１の検出器とは異なり、物体から第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する第２の検出器と、を含む。
【００４９】
別々の検出器を有することの利点は、１以上の特定の管状物体の最適な測定を得るように、それらを相互に配置可能であり得ることである。また、第２の検出器の角度位置は、最適な測定感度を与える所定の第２の検出方向に設定することができる。
【００５０】
別々の検出器を有する装置の一実施形態において、検出アセンブリは、
物体と第２の検出器との間に配置され、物体から第２の検出方向に発したレーザ光を第２の検出器の方へ反射させるリフレクタを更に含む。
【００５１】
リフレクタを、物体に対する位置並びにレーザ光の入射角及び反射角の双方に関して適切に配置することにより、最適な測定感度を簡単に達成できる。
【００５２】
別々の検出器及びリフレクタを有する装置の一実施形態において、リフレクタは、物体から第２の検出方向に発したレーザ光を第１の検出方向に反射させる。この実施形態において、装置は、
レーザビームスキャナと物体との間に配置され、レーザビームを偏光させるレーザビーム偏光子と、
物体とリフレクタとの間に配置され、物体から発したレーザ光の偏光方向を回転させ、特に半波長板である波長板と、
第１の検出方向の物体及びリフレクタからのレーザ光を、レーザ光の偏光状態に基づいて、第１の検出器及び第２の検出器へ分割するために配置された偏光ビームスプリッタと、を更に備えることができる。
【００５３】
実際には、検出アセンブリにおいて、第１の検出器及び第２の検出器の各々をコンデンサレンズと組み合わせて、第１の検出方向及び第２の検出方向のレーザ光をそれぞれ合焦させる。レーザビーム偏光子、波長板、及び偏光ビームスプリッタにより、第１及び第２の検出器の双方で１つのコンデンサレンズを使用することが可能となる。
【００５４】
本発明の装置の第１、第２、第３、及び第４の実施形態のうち別の実施形態において、検出アセンブリは、
物体から第２の検出方向に発したレーザ光を第１の検出方向に反射させるためのリフレクタと、
物体から第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出し、かつ、物体から第２の検出方向に発し、リフレクタによって第１の検出方向に反射されたレーザ光の強度を検出する、第１の検出器と、を含む。
【００５５】
１つのみの第１のレーザ光検出器を有することの利点は、構成が簡素化することと、第２の検出器が省略されることである。光検出器は比較的高価であるので、これにより装置は低コスト化する。一方、リフレクタは比較的低コストのコンポーネントである。第１の光検出器において、管状物体からの直接の第１の検出方向のレーザ光及びリフレクタからの第１の検出方向のレーザ光という双方の管状物体からのレーザ光を合焦するために、使用する必要があるコンデンサレンズは１つのみである。
【００５６】
リフレクタを備える装置の一実施形態において、リフレクタは五角プリズム又はミラーを含む。
【００５７】
五角プリズム及びミラーは、第２の検出方向で五角プリズム及びミラーに入射した光線を、第１の検出方向と第２の検出方向との間の所望の角度に応じて異なる角度で反射するのに適したリフレクタを提供する。五角プリズムは、第２の検出方向の光が第１の検出方向の光に対して９０度であることを保証し得るが、９０度以外の角度で光を反射するように構成することも可能である。
【００５８】
本発明の装置の第１の実施形態において、処理システムは以下の式に基づいて内半径Ｒdを計算するように構成されており、第１、第２、第３、及び第４の時点は処理システムによって決定される。第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは、測定されるか又はすでに測定されている、すなわち既知であり、４５度から１３５度とすることができ、好ましくは９０度である。管状物体の屈折率ｎは既知である。
【数１３】
2019152664.tif 000015
ここで、
【数１４】
2019152664.tif 000016
が成り立つ。
【００５９】
本発明の装置の第２の実施形態において、処理システムは以下の式に基づいて内半径Ｒdを計算するように構成されており、第１、第２、第３、及び第４の時点は処理システムによって決定される。第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは、測定されるか又はすでに測定されている、すなわち既知であり、０度とするか又は０度とは異なる角度にすることができる。第１のレーザビーム方向と第２のレーザビーム方向との間の走査角βは、測定されるか又はすでに測定されている、すなわち既知であり、４５度から１３５度とすることができ、好ましくは９０度である。αとβの和は好ましくは４５度から１３５度である。管状物体の屈折率ｎは既知である。
【数１５】
2019152664.tif 000017
ここで、
【数１６】
2019152664.tif 000018
が成り立つ。
【００６０】
本発明の装置の第３の実施形態において、処理システムは以下の式に基づいて内半径Ｒdを計算するように構成されており、第１、第２、第３、第４、及び第５の時点は処理システムによって決定される、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは、測定されるか又はすでに測定されている、すなわち既知であり、４５度から１３５度とすることができ、好ましくは９０度である。管状物体の屈折率ｎは既知でない。
【数１７】
2019152664.tif 000019
ここで、
【数１８】
2019152664.tif 000020
が成り立つ。
【００６１】
本発明の装置の第４の実施形態において、処理システムは以下の式に基づいて内半径Ｒdを計算するように構成されており、第１、第２、第３、第４、及び第５の時点は処理システムによって決定される。第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは、測定されるか又はすでに測定されている、すなわち既知であり、０度とするか又は０度とは異なる角度にすることができる。第１のレーザビーム方向と第２のレーザビーム方向との間の走査角βは、測定されるか又はすでに測定されている、すなわち既知であり、４５度から１３５度とすることができ、好ましくは９０度である。αとβの和は好ましくは４５度から１３５度である。管状物体の屈折率ｎは既知でない。
【数１９】
2019152664.tif 000021
ここで、
【数２０】
2019152664.tif 000022
が成り立つ。
【００６２】
一実施形態において、装置は、
４５度の偏光方向を有し、レーザビームの経路に配置された第１の偏光子と、
（−４５＋δ）度の偏光方向を有し、物体から第１の検出方向に発したレーザ光の経路に配置された第２の偏光子であって、｜δ｜＞０である、第２の偏光子と、
（４５＋ε）度の偏光方向を有し、物体から第２の検出方向に発したレーザ光の経路に配置された第３の偏光子であって、｜ε｜＞０である、第３の偏光子と、
を更に備える。
【００６３】
本発明のこれら及び他の態様は、以下の詳細な説明を参照して更に理解され、同様の参照符号が同様の部分を示す添付図面に関連付けて検討されることで、いっそう容易に認められよう。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第１の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図２】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第２の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図３】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第３の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図４】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第４の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図５】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第５の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図６】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第６の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図７】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第７の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図８】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第８の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図９】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第９の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図１０】透明な管状物体の特性を測定するための本発明に係る装置の第１０の実施形態を概略的かつ図式的に示す。
【図１１Ａ】透明な管状物体の、いくつかの特定の走査位置の走査を概略的に示す。
【図１１Ｂ】透明な管状物体の、いくつかの特定の走査位置の走査を概略的に示す。
【図１２Ａ】透明な管状物体の、いくつかの特定の走査位置の代替的な走査を概略的に示す。
【図１２Ｂ】透明な管状物体の、いくつかの特定の走査位置の代替的な走査を概略的に示す。
【図１３】管状物体の材料の２つの屈折率について、相対的な信号タイミングと相対的なチューブ内径との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
図１は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ａの第１の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD又は外径２ＲD、及び内半径Ｒd又は内径２Ｒdによって規定される。管状物体１０２は、図１の図の面に直交して延出する長手方向軸１０４を有する。管状物体１０２は、その特性を測定するための装置の一部を形成しないこと、及び、装置内での位置を規定する際に管状物体１０２に言及する場合は、管状物体１０２の想定位置と見なされることに留意すべきである。
【００６６】
装置１００ａは、フレーム構造を備えている。フレーム構造は、図１に示されている装置のいくつかの主要コンポーネントの配置を曖昧にしないように、図１には示されていない。それらの主要コンポーネントは、様々な測定対象の管状物体に対して調整できるようにフレーム構造に支持されている。装置１００ａは、駆動デバイス１１０によって矢印１０８で示すように回転可能なミラーアセンブリ１０６を備えている。ミラーアセンブリ１０６は、複数の（この実施形態では８個が示されている）反射面１１２を備えている。装置１００ａは更に、破線で示すようにレーザビーム１１６を生成するため構成されたレーザビーム発生器１１４を備えている。レーザビーム１１６をミラーアセンブリ１０６へ反射させるためにミラー１１８が配置されている。ここで、ミラー１１８を省略してもよいこと、及び、レーザビーム１１６をミラーアセンブリ１０６へ直接誘導できることに留意すべきである。走査レーザビームを生成するように構成された要素の組み合わせをレーザビームスキャナと呼ぶことも可能である。レーザビームスキャナの他の実施形態も想定される。
【００６７】
ミラーアセンブリ１０６が所定の一定の回転速度で回転すると、ミラーアセンブリ１０６の反射面１１２のうちいずれか１つで反射されたレーザビーム１１６は、走査レーザビームとなり、コリメータレンズ１２４に沿った走査経路に沿って走査方向に走査されて、コリメータレンズ１２４から第１のコンデンサレンズ１２６までレーザビーム位置ＡとＦとの間に延出する光ストリップ（ｌｉｇｈｔ  ｓｔｒｉｐ）を発生する。走査経路及び走査方向は、管状物体１０２の長手方向軸に直交する。走査レーザビームは、走査方向に直交し、かつ管状物体１０２の長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向で物体へ誘導される。第１のコンデンサレンズ１２６は、走査光ビームを第１の光検出器１２０上に合焦させる。
【００６８】
第１の光検出器１２０は、管状物体の長手方向軸及びレーザビームの走査方向の双方に直交する第１の検出方向で第１のコンデンサレンズ１２６に到達したレーザビームの光強度を測定するように、かつ、第１の光検出器によって測定された光強度を時間の関数として表す第１の出力信号１２２を生成するように構成されている。
【００６９】
管状物体１０２は、コリメータレンズ１２４と第１のコンデンサレンズ１２６との間の光ストリップ内に配置されている（配置されることになっている）。管状物体１０２の長手方向軸１０４は、コリメータレンズ１２４から発するレーザビーム方向に直交すると共に、管状物体１０２の長手方向軸１０４は、レーザビームの走査方向に直交する。管状物体１０２は、支持構造（図示せず）によって支持するか又は保持することができる。支持構造は、様々なサイズの管状物体１０２に対して適合可能又は調整可能であり得る。
【００７０】
レーザビーム位置Ａからレーザビーム位置Ｂまでのレーザビームは、管状物体１０２によって中断、屈折、反射、又は透過されず、第１の光検出器１２０に到達する。レーザビーム位置Ｂにおいて、レーザビームは、管状物体１０２の外面の第１のポイントＰ１（図１１Ａを参照のこと）において管状物体１０２の外面を接線方向に通過する。
【００７１】
また、レーザビーム位置Ｅからレーザビーム位置Ｆまでのレーザビームは、管状物体１０２によって中断、屈折、反射、又は透過されず、第１の光検出器１２０に到達する。レーザビーム位置Ｅにおいて、レーザビームは、第１のポイントと直径方向に対向する管状物体１０２の外面の第２のポイントＰ２（図１１Ａを参照のこと）において、管状物体１０２の外面を接線方向に通過する。
【００７２】
レーザビーム位置Ｂとレーザビーム位置Ｅとの間のレーザビームは、管状物体１０２によって中断、屈折、反射、及び／又は透過される。中断は、第１のコンデンサレンズ１２６の開口数の外側へレーザビームを導く反射によって引き起こされる。屈折は、管状物体１０２の外面及び内面で生じる。反射は、管状物体１０２の外面及び内面で生じる。管状物体１０２の長手方向軸１０４を横切るレーザビームは、管状物体１０２を透過する。
【００７３】
レーザビーム位置Ｃにおけるレーザビームは、第３のポイントＰ３（図１１Ａを参照のこと）において管状物体１０２の外面で反射し、管状物体１０２から、第１の検出方向に直交する（すなわち９０度の検出角αの）第２の検出方向に発する。
【００７４】
レーザビーム位置Ｄにおけるレーザビームは、管状物体１０２の外面で屈折し、管状物体１０２内で第４のポイントＰ４（図１１Ａを参照のこと）において管状物体１０２の内面で反射し、再び管状物体１０２の外面で、第１の検出方向に直交する（すなわち９０度の検出角αの）第２の検出方向に屈折する。第２のコンデンサレンズ１２８は、レーザビーム位置Ｃ及びＤのレーザビームを第２の光検出器１３０上に合焦させる。
【００７５】
レーザビーム位置Ｇにおけるレーザビームは、管状物体１０２の外面で屈折し、管状物体１０２内で第５のポイントＰ５（図１１Ａを参照のこと）において管状物体１０２の内面で反射し、再び管状物体１０２の外面で第１の検出方向に屈折する。第１のコンデンサレンズ１２６は、レーザビーム位置Ｇのレーザビームを第１の光検出器１２０上に合焦させる。
【００７６】
第２の光検出器１３０は、光強度を測定するように、かつ、第２の光検出器１３０によって測定された光強度を時間の関数として表す第２の出力信号１３２を生成するように構成されている。
【００７７】
第１の光検出器１２０及び第２の光検出器１３０は共に、第１のコンデンサレンズ１２６及び第２のコンデンサレンズ１２８を含み、更には１つ以上のミラー又はプリズム等の光学系も含み得る検出アセンブリの一部である。
【００７８】
第１の光検出器１２０からの第１の出力信号１２２及び第２の光検出器１３０からの第２の出力信号１３２は、処理システム１３４に入力される。
【００７９】
更に、回転ミラーアセンブリ１０６によって生成された走査レーザビームの走査速度ｖsを表す信号も、図示のように処理システムに入力することができる。他の実施形態では、回転ミラーアセンブリ１０６によって生成された走査速度ｖsは所定のものであり、処理システム１３４のメモリＭに記憶することができる。更に別の実施形態では、ミラーアセンブリ１０６の回転速度は所定のものであり、処理システム１３４のメモリに記憶することができると共に、処理システム１３４は、走査レーザビームが走査速度ｖsを有するように駆動デバイス１１０を制御する。
【００８０】
更に、検出角αを表す信号も処理システムに入力することができる。他の実施形態では、検出角αは所定のものであり、処理システム１３４のメモリＭに記憶することができる。
【００８１】
更に、管状物体１０２を構成する材料の屈折率ｎを表す信号も処理システムに入力することができる。他の実施形態では、管状物体１０２を構成する材料の屈折率ｎは所定のものであり、処理システム１３４のメモリＭに記憶することができる。更に別の実施形態では、以下で説明するように、管状物体１０２を構成する材料の屈折率ｎは、第１の出力信号１２２及び第２の出力信号１３２に表されている光強度から計算することができる。
【００８２】
処理システム１３４の動作については、図１１Ａを参照して以下で説明する。
【００８３】
図２は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ｂの第２の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD及び内半径Ｒdによって規定される。図２において、図１と同一の参照符号は、同一又は同様の機能を有する同一のコンポーネントを示す。
【００８４】
図２に示される装置１００ｂが、図１に示される装置１００ａと異なる点は、レーザ光の第２の検出方向が第１の検出方向に直交せず、９０度とは異なる検出角α、具体的には４５度から１３５度（図２では約１０５度）の間である点である。このような構成は、実質的に同じ外半径ＲD及び実質的に同じ内半径Ｒdを有する管状物体１０２を測定することが多い場合、特に有用である。その場合、第１の検出方向と第２の検出方向との間の検出角αは、内半径Ｒdに対して最適な感度を有するように選択できる。従って、第２のコンデンサレンズ１２８ａ及び第２の光検出器１３０は、管状物体１０２に対して異なる位置をとる。装置１００ｂのフレーム構造において、第２のコンデンサレンズ１２８ａ及び第２の光検出器１３０の位置は、検出角αを調整するため調整可能とすることができる。
【００８５】
図３は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ｃの第３の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD及び内半径Ｒdによって規定される。図３において、図１と同一の参照符号は、同一又は同様の機能を有する同一のコンポーネントを示す。
【００８６】
図３に示される装置１００ｃが、図１に示される装置１００ａと異なる点は、管状物体１０２から第１の検出方向に直交する（すなわち９０度の検出角αの）第２の検出方向に発するレーザ光が、ミラー１３６によって第１の検出方向に反射されることである。
【００８７】
ここで、第２の検出方向は、第１の検出方向に直交せず、９０度とは異なる検出角αに、具体的には図２に示されているように４５度から１３５の間であるように選択でき、その場合も同じ用途及び利点を有することに留意すべきである。このような場合、ミラー１３６の位置及び反射角は、ミラー１３６で反射した後のレーザ光が第１の検出方向と平行になるように、又は、適切に配置された第２のコンデンサレンズ１２７を通過して適切に配置された第２の光検出器１３０に到達するため別の有用な方向もしくは適切な方向になるように、適合され得る。
【００８８】
図４は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ｄの第４の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD及び内半径Ｒdによって規定される。図４において、図３と同一の参照符号は、同一又は同様の機能を有する同一のコンポーネントを示す。
【００８９】
図４に示される装置１００ｄが、図３に示される装置１００ｃと異なる点は、管状物体１０２から第１の検出方向に直交する（すなわち９０度の検出角αの）第２の検出方向に発するレーザ光が、五角プリズム１３８によって第１の検出方向に反射されることである。
【００９０】
ここで、第２の検出方向は、第１の検出方向に直交せず、９０度とは異なる検出角αに、具体的には図２に示されているように４５度から１３５の間であるように選択でき、その場合も同じ用途及び利点を有することに留意すべきである。五角プリズムは、従来は９０度に反射することが知られているが、そのような場合、五角プリズム１３８の位置及び反射角は、五角プリズム１３８の反射面及び屈折面の方位を適合させることによって、五角プリズム１３８で反射した後のレーザ光が第１の検出方向と平行になるように、又は、適切に配置された第２のコンデンサレンズ１２７を通過して適切に配置された第２の光検出器１３０に到達するため別の有用な方向もしくは適切な方向になるように、適合され得る。
【００９１】
図５は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ｅの第５の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD及び内半径Ｒdによって規定される。図５において、図１と同一の参照符号は、同一又は同様の機能を有する同一のコンポーネントを示す。
【００９２】
図５に示される装置１００ｅが、図１に示される装置１００ａと異なる点は、管状物体１０２から第１の検出方向に直交する（すなわち９０度の検出角αの）第２の検出方向に発するレーザ光が、ミラー１３６によって第１の検出方向に反射されること、及び、第１のコンデンサレンズ１２６ａが、管状物体１０２から第１の検出方向に及び第２の検出方向に発してミラー１３６によって反射されたレーザ光を一緒に第１の光検出器１２０上に合焦させることである。
【００９３】
装置１００ｅでは、第２の光検出器１３０は省略することができ、第１の光検出器１２０は、レーザビーム位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、及びＧによるレーザ光を検出するように構成されている。第１の光検出器１２０からの第１の出力信号１２２は処理システム１３４に入力される。
【００９４】
装置１００ｅの検出アセンブリは、１つの光検出器を含む。
【００９５】
ここで、第２の検出方向は、第１の検出方向に直交せず、９０度とは異なる検出角αに、具体的には図２に示されているように４５度から１３５の間であるように選択でき、その場合も同じ用途及び利点を有することに留意すべきである。このような場合、ミラー１３６の位置及び反射角は、ミラー１３６で反射した後のレーザ光が第１の検出方向と平行になるように適合可能又は調整可能であり得る。
【００９６】
図６は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ｆの第６の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD及び内半径Ｒdによって規定される。図６において、図５と同一の参照符号は、同一又は同様の機能を有する同一のコンポーネントを示す。
【００９７】
図６に示される装置１００ｆが、図５に示される装置１００ｅと異なる点は、管状物体１０２から第１の検出方向に直交する（すなわち９０度の検出角αの）第２の検出方向に発するレーザ光が、五角プリズム１３８によって第１の検出方向に反射されることである。
【００９８】
装置１００ｆでは、第２の光検出器１３０は省略することができ、第１の光検出器１２０は、レーザビーム位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、及びＧによるレーザ光を検出するように構成されている。第１の光検出器１２０からの第１の出力信号１２２は処理システム１３４に入力される。
【００９９】
装置１００ｆの検出アセンブリは、１つの光検出器を含む。
【０１００】
ここで、第２の検出方向は第１の検出方向に直交せず、９０度とは異なる検出角αに、具体的には図２に示されているように４５度から１３５の間であるように選択でき、その場合も同じ用途及び利点を有することに留意すべきである。五角プリズムは、従来は９０度に反射することが知られているが、そのような場合、五角プリズム１３８の位置及び反射角は、五角プリズム１３８の反射面及び屈折面の方位を適合させることによって、五角プリズム１３８で反射した後のレーザ光が第１の検出方向と平行になるように、又は、適切に配置された第２のコンデンサレンズ１２８を通過して適切に配置された第２の光検出器１３０に到達するため別の有用な方向もしくは適切な方向になるように、適合され得る。
【０１０１】
図７は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ｇの第７の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD及び内半径Ｒdによって規定される。図７において、図５と同一の参照符号は、同一又は同様の機能を有する同一のコンポーネントを示す。
【０１０２】
図７に示される装置１００ｇが、図５に示される装置１００ｅと異なる点は、コリメータレンズ１２４から発した走査レーザビームが、走査経路の第１の部分では第１のレーザビーム方向で管状物体１０２へ誘導され、走査経路の第２の部分ではミラー１３６ａによって第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で管状物体へ方向転換されることである。図７において、走査経路の第１の部分は少なくともレーザビームＢ、Ｇ、及びＥを含み、走査経路の第２の部分は少なくともレーザビームＣ及びＤを含む。図１２Ａも参照のこと。図７において、走査角βは９０度である。
【０１０３】
管状物体１０２から第１の検出方向に発したレーザ光は、第１のコンデンサレンズ１２６ａによって第１の光検出器１２０上に合焦される。
【０１０４】
装置１００ｇでは、第２の光検出器１３０は省略することができ、第１の光検出器１２０は、図１２Ａで見られるように、レーザビーム位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、及びＧによるレーザ光を検出するように構成されている。第１の光検出器１２０からの第１の出力信号１２２は処理システム１３４に入力される。
【０１０５】
装置１００ｇの検出アセンブリは、１つの光検出器を含む。
【０１０６】
ここで、走査角βは、９０度とは異なるように、具体的には４５度から１３５の間であるように選択でき、その場合も同じ用途及び利点を有することに留意すべきである。このような場合、ミラー１３６ａの位置及び反射角は、管状物体１０２で反射及び屈折した後のレーザ光が第１の検出方向と平行になるように適合可能又は調整可能であり得る。
【０１０７】
ここで、装置１００ｇは、ミラー１３６ａの代わりに又はミラー１３６ａに加えて五角プリズムも含み得ることに留意すべきである。
【０１０８】
図８は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ｈの第８の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD及び内半径Ｒdによって規定される。図８において、図７と同一の参照符号は、同一又は同様の機能を有する同一のコンポーネントを示す。
【０１０９】
図８に示される装置１００ｈが、図７に示される装置１００ｇと類似している点は、コリメータレンズ１２４から発した走査レーザビームが、走査経路の第１の部分では第１のレーザビーム方向に管状物体１０２へ誘導され、走査経路の第２の部分ではミラー１３６ａによって第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で管状物体へ方向転換されることである。図８の装置１００ｈでは、図７の装置１００ｇと同様に、走査経路の第１の部分は少なくともレーザビームＢ、Ｇ、及びＥを含み、走査経路の第２の部分は少なくともレーザビームＣ及びＤを含む（図１２Ａも参照のこと）。しかしながら、図８の装置１００ｈでは、走査角βは９０度よりも小さく、例えば４５度である。
【０１１０】
管状物体１０２から第１の検出方向に発したレーザ光は、第１のコンデンサレンズ１２６によって第１の光検出器１２０上に合焦される。
【０１１１】
管状物体１０２から検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光は、第２のコンデンサレンズ１２８によって第２の光検出器１３０上に合焦される。そのような構成は、実質的に同じ外半径ＲＤ及び実質的に同じ内半径Ｒｄを有する管状物体１０２を測定することが多い場合、特に有用である。検出角と走査角との和（α＋β）は、内半径Ｒｄに対して最適な感度を有するように、特に４５度から１３５の間で選択できる。従って、第２のコンデンサレンズ１２８及び第２の光検出器１３０は、管状物体１０２に対して適切に調整された位置をとる。
【０１１２】
ここで、装置１００ｈは、ミラー１３６ａの代わりに又はミラー１３６ａに加えて五角プリズムも含み得ることに留意すべきである。
【０１１３】
図９は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ｉの第９の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD及び内半径Ｒdによって規定される。図９において、図６と同一の参照符号は、同一又は同様の機能を有する同一のコンポーネントを示す。
【０１１４】
図９に示される装置１００ｉは、図６に示される装置１００ｆと以下の態様で異なっている。レーザビーム１１６の経路において、レーザビーム発生器１１４、回転可能ミラーアセンブリ１０６、及びコリメータレンズ１２４を含むレーザビームスキャナと、管状物体１０２（の想定位置）との間に、レーザビーム偏光子１４７が配置されている。管状物体１０２から第２の検出方向に発したレーザ光の経路において、管状物体１０２（の想定位置）と五角プリズム１３８との間に、半波長板のような波長板１４８が配置されている。第１のコンデンサレンズ１２６ａから発したレーザ光の経路において、第１のコンデンサレンズ１２６ａと第１の光検出器１２０との間に偏光ビームスプリッタ１４９が配置されている。
【０１１５】
ここで、装置１００ｉは、五角プリズム１３８の代わりに又は五角プリズム１３８に加えてミラー１３６も含み得ることに留意すべきである。
【０１１６】
レーザビーム偏光子１４７及び波長板１４８は、管状物体１０２から第１の検出方向に発した第１のレーザ光が、管状物体１０２から第２の検出方向に発した第２のレーザ光の偏光とは異なる偏光を有するという効果を与える。偏光ビームスプリッタ１４９において、第１のレーザ光は第２のレーザ光から分割されて第１の光検出器１２０へ誘導される。第２のレーザ光は第１のレーザ光から分割されて第２の光検出器１３０へ誘導される。
【０１１７】
図１０は、透明な管状物体１０２又はチューブの内半径又は屈折率のような特性を測定するための装置１００ｊの第１０の実施形態を示す。管状物体１０２又はチューブの寸法は、外半径ＲD及び内半径Ｒdによって規定される。図１０において、図１から図９と同一の参照符号は、同一又は同様の機能を有する同一のコンポーネントを示す。
【０１１８】
図１０に示される装置１００ｊは、図１に示される装置１００ａと以下の態様で異なっている。レーザビーム１１６の経路において、レーザビーム発生器１１４、回転可能ミラーアセンブリ１０６、及びコリメータレンズ１２４を含むレーザビームスキャナと、管状物体１０２（の想定位置）との間に、４５度の偏光方向を有する第１の偏光子１４２が配置されている。管状物体１０２から第１の検出方向に発したレーザ光の経路において、管状物体１０２（の想定位置）と第１のコンデンサレンズ１２６との間に、（−４５＋δ）度（ここで｜δ｜＞０）の偏光方向を有する第２の偏光子１４４が配置されている。管状物体１０２から第２の検出方向に発したレーザ光の経路において、管状物体１０２（の想定位置）と第２のコンデンサレンズ１２８との間に、（４５＋ε）度（ここで｜ε｜＞０）の偏光方向を有する第３の偏光子１４６が配置されている。
【０１１９】
レーザビームの反射及び屈折は偏光に依存するので、レーザビームにおいて及び／又は第１及び第２の光検出器１２０、１３０において偏光子を用いて、相互信号強度を最適化することができる。
【０１２０】
第１の偏光子１４２は、コリメータレンズ１２４を通過した後のレーザビーム内に配置されている。第１の偏光子１４２の偏光方向は、管状物体１０２の長手方向軸１０４に対して４５度である。第２の偏光子１４４は、コンデンサレンズ１２６、１２６ａの前に配置され、管状物体１０２の長手方向軸１０４に対して−４５＋δ度の偏光方向を有する。この角度がちょうど−４５度である場合、すなわちδ＝０である場合、管状物体の外側のレーザ光は基本的に消滅する、すなわち第１の光検出器１２０に到達しない。しかしながら、チューブを通過したレーザ光は主にｐ偏光であり、第２の偏光子１４４を通過する。第２の偏光子１４４を角度δだけ回転させることによって、チューブの外側を完全に透過したレーザビームとチューブの内側を透過したレーザ光との強度のバランスを取ることができる。第２の検出方向のレーザ光については、第３の偏光子１４６を名目上４５度の偏光方向に置くことができる。この角度を角度εだけ変動させることにより、直接反射したビーム（レーザ光ビームＣ）と管状物体１０２の内半径で反射したレーザ光（レーザ光ビームＤ）との光強度のバランスを取ることができる。
【０１２１】
装置１００ｂ（図２）、装置１００ｃ（図３）、装置１００ｄ（図４）、装置１００ｅ（図５）、装置１００ｆ（図６）、装置１００ｇ（図７）、装置１００ｈ（図８）の実施形態、及びその他の実施形態の各々に、第１、第２、及び第３の偏光子１４２、１４４、１４６を搭載できることに留意すべきである。装置１００ｂの実施形態では、管状物体１０２から第２の検出方向に発するレーザ光の経路において、管状物体１０２（の想定位置）と第２のコンデンサレンズ１２８ａとの間に第３の偏光子１４６を配置することができる。装置１００ｃ及び装置１００ｅの実施形態では、管状物体１０２から第２の検出方向に発するレーザ光の経路において、管状物体１０２（の想定位置）とミラー１３６との間に第３の偏光子１４６を配置することができる。装置１００ｄ及び装置１００ｆの実施形態では、管状物体１０２から第２の検出方向に発するレーザ光の経路において、管状物体１０２（の想定位置）と五角プリズム１３８との間に第３の偏光子１４６を配置することができる。装置１００ｇ及び装置１００ｈの実施形態では、ミラー１３６ａから発するレーザ光の経路において、ミラー１３６ａと管状物体１０２（の想定位置）との間に第３の偏光子１４６を配置することができる。あるいは、装置１００ｈの実施形態では、管状物体１０２から発するレーザ光の経路において、管状物体１０２（の想定位置）と第２のコンデンサレンズ１２８との間に第３の偏光子１４６を配置してもよい。
【０１２２】
図１から図１０に示されている実施形態では、レーザビーム発生器１１４が回転ミラーアセンブリ１０６及びコリメータレンズ１２４と（反射ミラー１１８を介して又は直接に）相互作用することによって、走査レーザビームを発生させる。しかしながら、走査レーザビームを生成する他のデバイスも適用できる。従って、レーザビーム発生器１１４、回転ミラーアセンブリ１０６、及びコリメータレンズ１２４の組み合わせは、本発明に必須ではない。
【０１２３】
図１１Ａは、管状物体１０２の長手方向軸１０４に直交すると共にレーザビーム方向に直交する走査方向で走査経路に沿って一定の速度ｖsで移動させたレーザビームによる管状物体１０２の走査を示す。説明を明確にするため、管状物体１０２は大きな厚さを有するものとして示すが、実際には、管状物体１０２の外半径ＲDと内半径Ｒdとの差は極めて小さい可能性がある。
【０１２４】
第１の光検出器１２０を用いて、更に、前述のように特定の実施形態によっては第２の光検出器１３０も用いて、装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｉ、もしくは１００ｊ、又は同一の原理を用いたそれらの変形に従って、レーザ光の強度が測定される。図１１Ｂは、第１の光検出器１２０を用いて、場合によっては第２の光検出器１３０も用いて検出されたレーザ光の強度Ｉを、様々な時点ｔで示す。ここで、レーザ光強度Ｉの指示は、絶対値を示すことが意図されない場合、及び、強度の遷移が時間的により漸進的であり得る場合、それぞれハイ及びローとして理解するべきであることに留意すべきである。
【０１２５】
光検出器１２０及び（存在する場合）光検出器１３０の出力信号に影響を与える以下のイベントが発生する。
【０１２６】
１．  レーザビーム位置Ｂにおいて、第１のレーザビーム方向のレーザビームは、管状物体１０２の外縁に当たる。ここで、レーザビームは、第１の時点τ（０）で、管状物体１０２の第１のポイントＰ１において管状物体１０２の外面に接する。これは、矢印１５０で示されているような第１の検出方向のレーザ光の強度において検出可能である。第１の検出方向は、最初のレーザビーム方向に対して平行な向きである。
【０１２７】
２．  レーザビーム位置Ｃにおいて、レーザビームは、第３の時点τ（ｘD2）で、管状物体１０２の第３のポイントＰ３において管状物体１０２の外面で反射される。これは、矢印１５２で示されているような、第１の検出方向に対して９０度の検出角α（図９に示されている）、又は４５度から１３５度の検出角αの第２の検出方向のレーザ光の強度において検出可能である。
【０１２８】
３．  レーザビーム位置Ｄにおいて、レーザビームは、第４の時点τ（ｘd2）で、管状物体１０２の外面で屈折され、管状物体１０２の第４のポイントＰ４において管状物体１０２の内面で反射され、再び管状物体１０２の外面で屈折される。これは、第２の検出方向のレーザ光の強度において検出可能である。
【０１２９】
４．  レーザビーム位置Ｅにおいて、レーザビームは管状物体１０２の外縁に当たる。ここで、レーザビームは、第２の時点τ（２ＲD）で、管状物体１０２の第２のポイントＰ２において管状物体１０２の外面に接する。これは、第１の検出方向のレーザ光の強度において検出可能である。
【０１３０】
５．  レーザビーム位置Ｇにおいて、レーザビームは、第５の時点τ（ｘd1）で、管状物体１０２の外面で屈折され、管状物体１０２の第５のポイントＰ５において管状物体１０２の内面で反射され、再び管状物体１０２の外面で屈折される。これは、第１の検出方向のレーザ光の強度において検出可能である。
【０１３１】
図１２Ａは、管状物体１０２の長手方向軸１０４に直交すると共にレーザビーム方向に直交する走査方向で走査経路に沿って一定の速度ｖsで移動させたレーザビームによる管状物体１０２の走査を示す。説明を明確にするため、管状物体１０２は大きな厚さを有するものとして示すが、実際には、管状物体１０２の外半径ＲDと内半径Ｒdとの差は極めて小さい可能性がある。
【０１３２】
第１の光検出器１２０を用いて、更に、前述のように特定の実施形態によっては第２の光検出器１３０も用いて、装置１００ｇもしくは１００ｈ、又は同一の原理を用いたそれらの変形により、レーザ光の強度が測定される。図１２Ｂは、第１の光検出器１２０を用いて、場合によっては第２の光検出器１３０も用いて検出されたレーザ光の強度Ｉを、様々な時点ｔで示す。ここで、レーザ光強度Ｉの指示は、絶対値を示すことが意図されない場合、及び、強度の遷移が時間的により漸進的であり得る場合、それぞれハイ及びローとして理解するべきであることに留意すべきである。
【０１３３】
光検出器１２０及び光検出器１３０（存在する場合）の出力信号に影響を与える以下のイベントが発生する。
【０１３４】
１．  レーザビーム位置Ｂにおいて、第１のレーザビーム方向１５１のレーザビームは、管状物体１０２の外縁に当たる。ここで、レーザビームは、第１の時点τ（０）で、管状物体１０２の第１のポイントＰ１において管状物体１０２の外面に接する。これは、矢印１５０で示されているような第１の検出方向のレーザ光の強度において検出可能である。第１の検出方向は、最初のレーザビーム方向に対して平行な向きである。
【０１３５】
２．  レーザビーム位置Ｇにおいて、レーザビームは、第５の時点τ（ｘd1）で、管状物体１０２の外面で屈折され、管状物体１０２の第５のポイントＰ５において管状物体１０２の内面で反射され、再び管状物体１０２の外面で屈折される。これは、矢印１５０で示されているような第１の検出方向のレーザ光の強度において検出可能である。
【０１３６】
３．  レーザビーム位置Ｅにおいて、レーザビームは管状物体１０２の外縁に当たる。ここで、レーザビームは、第２の時点τ（２ＲD）で、管状物体１０２の第２のポイントＰ２において管状物体１０２の外面に接する。これは、矢印１５０で示されているような第１の検出方向のレーザ光の強度において検出可能である。
【０１３７】
４．  レーザビーム位置Ｃにおいて、レーザビームは、第３の時点τ（ｘD2）で、ミラー１３６によって管状物体１０２へ反射されて、第１のレーザビーム方向に対して走査角β（図１２Ａでは９０度）の第２のレーザビーム方向１５３に誘導され、管状物体１０２の第３のポイントＰ３において管状物体１０２の外面で反射される。これは、矢印１５０で示されているような、０度の検出角α（図７に示されている）、又は和（α＋β）が４５度から１３５度の間であるような検出角α（図８に示されている）の第１の検出方向のレーザ光の強度において検出可能である。
【０１３８】
５．  レーザビーム位置Ｄにおいて、レーザビームは、第４の時点τ（ｘd2）で、管状物体１０２の外面で屈折され、管状物体１０２の第４のポイントＰ４において管状物体１０２の内面で反射され、再び管状物体１０２の外面で屈折される。これはレーザ光の強度において検出可能である。
【０１３９】
図１１Ｂにおいて、時点τ（ｘd1）は、τ（ｘD2）とτ（ｘd2）との間にあるか又は少なくともこれらの近くにあることがわかる。このため、特定の寸法を有する管状物体１０２を測定する場合、時点τ（ｘD2）、τ（ｘd1）、及びτ（ｘd2）の光強度ピークが時間的に近接して生じ得るので、これらのピークのいずれかの検出が困難になる可能性がある。図１２Ｂでは、時点τ（ｘD2）及びτ（ｘd2）は時間的に時点τ（ｘd1）から離れており、従ってこれら３つの時点の各々はより明確に検出可能であるので、上記の困難は軽減することがわかる。
【０１４０】
チューブの外径Ｄは、以下によって走査速度ｖsに関連付けられる。
Ｄ＝２ＲD＝ｖs・（τ（２ＲD）−τ（０））
【０１４１】
この走査速度ｖsは一定であると想定される。例示として、既知の（較正済みの）直径を有する基準管状物体１０２から第１の時点τ（０）及び第２の時点τ（２ＲD）を測定することで、装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ、１００ｈ、１００ｉ、及び１００ｊを較正することによって、走査速度ｖsを決定できる。
【０１４２】
Jablonski, R.等の引例において開発された理論を用いると共に、そこに提示された誤差を補正して、装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｉ、及び１００ｊの処理システム１３４、又は同様の装置により、第１、第２、第３、及び第４の時点の決定、並びに以下の式に基づいて、チューブの内半径Ｒdを計算することができる。
【数２１】
2019152664.tif 000023
ここで、
【数２２】
2019152664.tif 000024
が成り立つ。
【０１４３】
後者の関係において、ｘd2は、第２の検出方向で検出されるレーザビーム位置Ｄを示し、レーザビーム位置Ｄは、ゼロ位置であるレーザビーム位置Ｂに対して測定される。
【０１４４】
Jablonski, R.等の引例において開発された理論を用いると共に、そこに提示された誤差を補正して、装置１００ｇ又は１００ｈの処理システム１３４により、第１、第２、第３、及び第４の時点の決定、並びに以下の式に基づいて、チューブの内半径Ｒdを計算することができる。
【数２３】
2019152664.tif 000025
ここで、
【数２４】
2019152664.tif 000026
が成り立つ。
【０１４５】
後者の関係において、ｘd2は、第１又は第２の検出方向で検出されるレーザビーム位置Ｄを示し、レーザビーム位置Ｄは、ゼロ位置であるレーザビーム位置Ｂに対して測定される。
【０１４６】
図１３は、２つの屈折率について、相対的な信号タイミングと相対的なチューブ内径との関係を示す。この関係は、ほとんどのエリアにおいて、またより薄いチューブについても、線形のままである。これは、薄いチューブもこのようにして妥当な不確定性で測定できることを意味している。
【０１４７】
第１のレーザビーム方向、第１の検出方向、及び第２の検出方向において、チューブ内面が充分に測定可能である場合は、第５の時点τ（ｘd1）の測定に基づいて屈折率ｎを式から除去することができ、事前にｎを知らなくても、第１、第２、第３、第４、及び第５の時点の測定、並びに以下の式に基づいて、装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｉ、又は１００ｊ、又は同様の装置において、Ｒdの絶対測定値を取得することができる。
【数２５】
2019152664.tif 000027
ここで、
【数２６】
2019152664.tif 000028
が成り立つ。
【０１４８】
追加の結果として、図１から図６、図９、及び図１０に示されているように、処理システム１３４は、以下の式のうちどちらかに基づいて屈折率ｎを生じることができる。
【数２７】
2019152664.tif 000029
【０１４９】
第１のレーザビーム方向、第２のレーザビーム方向、第１の検出方向、及び第２の検出方向において、チューブ内面が充分に測定可能である場合は、第５の時点τ（ｘd1）の測定に基づいて屈折率ｎを式から除去することができ、事前にｎを知らなくても、第１、第２、第３、第４、及び第５の時点の測定、並びに以下の式に基づいて、装置１００ｇ又は１００ｈ、又は同様の装置において、Ｒｄの絶対測定値を取得することができる。
【数２８】
2019152664.tif 000030
ここで、
【数２９】
2019152664.tif 000031
が成り立つ。
【０１５０】
追加の結果として、図７及び図８に示されているように、処理システム１３４は、以下の式のうちどちらかに基づいて屈折率ｎを生じることができる。
【数３０】
2019152664.tif 000032
【０１５１】
従って、本開示は、長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための方法に関する。この方法は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査することであって、走査レーザビームは、走査方向に直交し、かつ物体の長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向で物体へ誘導される、ことと、
物体からレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定することと、
物体から第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定することと、
ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて物体の屈折率ｎを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、屈折率ｎを計算することと、
を含む。
【０１５２】
また、本開示は、長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための方法に関する。この方法は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査することであって、レーザビームは物体の長手方向軸に直交して誘導され、走査レーザビームは、走査経路の第１の部分では走査方向に直交する第１のレーザビーム方向で物体へ誘導され、走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で物体へ方向転換される、ことと、
物体からレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定することと、
物体から第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定することと、
ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて物体の屈折率ｎを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、屈折率ｎを計算することと、
を含む。
【０１５３】
また、本開示は、長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための装置に関する。この装置は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、走査レーザビームは、走査方向に直交し、かつ物体の長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向で物体へ誘導される、レーザビームスキャナと、
物体から第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出するため、及び、物体から第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定すること、及び、
ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて前記物体の屈折率ｎを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、屈折率ｎを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える。
【０１５４】
また、本開示は、長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための装置に関する。この装置は、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査するレーザビームスキャナであって、レーザビームは物体の長手方向軸に直交して誘導され、走査レーザビームは、走査経路の第１の部分では走査方向に直交する第１のレーザビーム方向で物体へ誘導され、走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で物体へ方向転換される、レーザビームスキャナと、
物体から第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出するため、及び、物体から第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出する検出アセンブリと、
処理システムであって、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定すること、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定すること、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定すること、及び、
ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて物体の屈折率ｎを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、屈折率ｎを計算すること、
を実行するために構成された処理システムと、を備える。
【０１５５】
本発明の実施形態は、以下の条項１から１１に従った方法を含むことができる。
【０１５６】
条項１．屈折率ｎ及び長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための方法であって、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査することであって、走査レーザビームは、走査方向に直交し、かつ物体の長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向で物体へ誘導される、ことと、
物体からレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定することと、
物体から第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定することと、
ｎ、ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、及びτ（ｘd2）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算することと、
を含む方法。
【０１５７】
条項２．屈折率ｎ及び長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための方法であって、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査することであって、レーザビームは物体の長手方向軸に直交して誘導され、走査レーザビームは、走査経路の第１の部分では走査方向に直交する第１のレーザビーム方向で物体へ誘導され、走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で物体へ方向転換される、ことと、
物体から第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定することと、
物体から第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定することと、
ｎ、ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、及びτ（ｘd2）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算することと、
を含む方法。
【０１５８】
条項３．長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための方法であって、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査することであって、走査レーザビームは、走査方向に直交し、かつ物体の長手方向軸に直交して、第１のレーザビーム方向で物体へ誘導される、ことと、
物体から第１のレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定することと、
物体から第１の検出方向に対してゼロよりも大きい検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定することと、
ｖs、α、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算することと、
を含む方法。
【０１５９】
条項４．長手方向軸を有する透明な管状物体の特性を測定するための方法であって、
物体の長手方向軸に直交する走査経路に沿って一定の走査速度ｖsで走査方向にレーザビームを走査することであって、レーザビームは物体の長手方向軸に直交して誘導され、走査レーザビームは、走査経路の第１の部分では走査方向に直交する第１のレーザビーム方向で物体へ誘導され、走査経路の第２の部分ではリフレクタを介して第１のレーザビーム方向に対してゼロよりも大きい走査角βの第２のレーザビーム方向で物体へ方向転換される、ことと、
物体からレーザビーム方向と平行な第１の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第１のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第１の時点τ（０）、及び、第１のポイントと直径方向に対向する物体の第２のポイントにおいて物体の外面に接するレーザビームを表す第２の時点τ（２ＲD）を決定することと、
物体から第１の検出方向に対して検出角αの第２の検出方向に発したレーザ光の強度を検出することと、
第２の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の第３のポイントにおいて物体の外面で反射されたレーザビームを表す第３の時点τ（ｘD2）、及び、物体の外面で屈折されて物体の第４のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第４の時点τ（ｘd2）を決定することと、
第１の検出方向で検出されたレーザ光の強度から、物体の外面で屈折されて物体の第５のポイントにおいて物体の内面で反射されたレーザビームを表す第５の時点τ（ｘd1）を決定することと、
ｖs、α、β、τ（０）、τ（２ＲD）、τ（ｘD2）、τ（ｘd2）、及びτ（ｘd1）に基づいて物体の内半径Ｒdを計算することであって、τ（２ＲD）とτ（０）との差、及びτ（ｘd2）とτ（ｘD2）との差を計算することを含む、内半径Ｒdを計算することと、
を含む方法。
【０１６０】
条項５．Ｒdは以下の式に基づいて計算され、
【数３１】
2019152664.tif 000033
ここで、
【数３２】
2019152664.tif 000034
が成り立つ、条項１に記載の方法。
【０１６１】
条項６．Ｒdは以下の式に基づいて計算され、
【数３３】
2019152664.tif 000035
ここで、
【数３４】
2019152664.tif 000036
が成り立つ、条項２に記載の方法。
【０１６２】
条項７．Ｒdは以下の式に基づいて計算され、
【数３５】
2019152664.tif 000037
ここで、
【数３６】
2019152664.tif 000038
が成り立つ、条項３に記載の方法。
【０１６３】
条項８．Ｒdは以下の式に基づいて計算され、
【数３７】
2019152664.tif 000039
ここで、
【数３８】
2019152664.tif 000040
が成り立つ、条項４に記載の方法。
【０１６４】
条項９．αは４５度から１３５度であり、特に９０度である、条項１、３、５、７のいずれか１項に記載の方法。
【０１６５】
条項１０．α＋βは４５度から１３５度であり、特に９０度である、条項２、４、６、８、９のいずれか１項に記載の方法。
【０１６６】
条項１１．走査レーザビームを４５度の偏光方向に偏光させることと、
物体から第１の検出方向に発したレーザ光を（−４５＋δ）度の偏光方向に偏光させることであって、｜δ｜＞０である、ことと、
物体から第２の検出方向に発したレーザ光を（４５＋ε）度の偏光方向に偏光させることであって、｜ε｜＞０である、ことと、
を更に含む、条項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【０１６７】
以上、詳しく説明したように、透明な管状物体の特性を測定するための方法及び装置において、レーザビームが物体を走査し、レーザビーム方向と平行な第１の検出方向で、又は第１の検出方向及びこれに対してある角度、特に９０度である第２の検出方向で、物体から発したレーザ光を検出する。屈折率、走査速度、第１の検出方向及び第２の検出方向で検出された外径、物体の外面で反射されたレーザ光と物体内に屈折されてその内面で反射されたレーザ光との時間差から、物体の内半径を計算することができる。物体内に屈折されてその内面で反射されたレーザ光を第１の検出方向で検出する時点がわかれば、屈折率は必要ない。
【０１６８】
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されている。しかしながら、開示された実施形態は、様々な形態で具現化できる本発明を単に例示しているに過ぎないことは理解されよう。更に、本明細書で使用される用語及び語句は、限定でなく、本発明の理解可能な記載を与えることを意図している。
【０１６９】
本明細書で用いる場合、「１つの（ａ／ａｎ）」という用語は、１又は２以上として定義される。本明細書で用いる場合、複数（ｐｌｕｒａｉｔｙ）という用語は、２又は３以上として定義される。本明細書で用いる場合、別の（ａｎｏｔｈｅｒ）という用語は、少なくとも第２の又はそれ以上のものとして定義される。本明細書で用いる場合、含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）及び／又は有する（ｈａｖｉｎｇ）という用語は、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）（すなわちオープンランゲージであり、他の要素又は他のステップを排除しない）として定義される。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、特許請求の範囲又は本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【０１７０】
単に特定の手段（ｍｅａｓｕｒｅｓ）が相互に異なる従属請求項に列挙されているからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないというわけではない。
【０１７１】
本明細書で用いる場合、結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）という用語は接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）として定義されるが、必ずしも直接にではなく、必ずしも機械的にではない。
【０１７２】
プロセッサシステムは、特許請求の範囲で述べられるいくつかのアイテムの機能を達成するために１つ以上のプロセッサを含み得る。この目的のため、１つ以上のプロセッサに機能を達成させるため１つ以上のプロセッサにロードすることができるコンピュータ命令を含むコンピュータプログラム又はコンピュータソフトウェアが提供される。
【０１７３】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体に記憶及び／又は分配することができるが、インターネット又は他の有線もしくは無線の電気通信システムを介して等の他の形態で分配することも可能である。
【符号の説明】
【０１７４】
１００ａ  装置
１００ｂ  装置
１００ｃ  装置
１００ｄ  装置
１００ｅ  装置
１０２    管状物体
１０４    長手方向軸
１０６    ミラーアセンブリ
１０８    矢印
１１０    駆動デバイス
１１２    反射面
１１４    レーザビーム発生器
１１６    レーザビーム
１１８    ミラー
１２０    第１の光検出器
１２２    第１の出力信号
１２４    コリメータレンズ
１２６    第１の検出方向の第１のコンデンサレンズ
１２６ａ  第１の検出方向及び反射された第２検出方向のレーザ光を結合する第１のコンデンサレンズ
１２７    反射された第２の検出方向の第２のコンデンサレンズ
１２８    第１の検出方向に直交する第２検出方向の第２のコンデンサレンズ
１２８ａ  第１の検出方向に直交しない第２検出方向の第２のコンデンサレンズ
１３０    第２の光検出器
１３２    第２の出力信号
１３４    処理システム
１３６    ミラー
１３６ａ  ミラー
１３８    五角プリズム
１４２    第１の偏光子
１４４    第２の偏光子
１４６    第３の偏光子
１４７    レーザビーム偏光子
１４８    波長板、半波長板
１４９    偏光ビームスプリッタ
１５０    第１の検出方向
１５１    第１の走査方向
１５２    第２の検出方向
１５３    第２の走査方向
Ａ    ｔ＝τ（０）前のレーザビーム位置
Ｂ    ｔ＝τ（０）におけるレーザビーム位置
Ｃ    ｔ＝τ（ｘD2）におけるレーザビーム位置
Ｄ    ｔ＝τ（ｘd2）におけるレーザビーム位置
Ｅ    ｔ＝τ（２ＲD）におけるレーザビーム位置
Ｆ    ｔ＝τ（２ＲD）後のレーザビーム位置
Ｇ    ｔ＝τ（ｘd1）におけるレーザビーム位置
Ｍ    メモリ
Ｐ１  第１のポイント
Ｐ２  第２のポイント
Ｐ３  第３のポイント
Ｐ４  第４のポイント
Ｐ５  第５のポイント
α    検出角
β    走査角
ｔ    時間
ｖs  走査速度
ｎ    屈折率
Ｒd  内半径
ＲD  外半径
【図１】
2019152664.tif 000049
【図２】
2019152664.tif 000050
【図３】
2019152664.tif 000051
【図４】
2019152664.tif 000052
【図５】
2019152664.tif 000053
【図６】
2019152664.tif 000054
【図７】
2019152664.tif 000055
【図８】
2019152664.tif 000056
【図９】
2019152664.tif 000057
【図１０】
2019152664.tif 000058
【図１１Ａ】
2019152664.tif 000059
【図１１Ｂ】
2019152664.tif 000060
【図１２Ａ】
2019152664.tif 000061
【図１２Ｂ】
2019152664.tif 000062
【図１３】
2019152664.tif 000063