(57)【要約】  光源（１０４）により放射される光放射の異なる波長の焦点が、測定される表面（１１６）の法線（１１８）の方向において、異なる高さに合うように、光放射処理ユニット（１１２）が、測定される表面（１１６）の法線（１１８）とは異なる方向から、異なる波長を測定される対象（１１４）に向ける。可能性のある偏光子（１２０、１２２）が、表面（１１６）の法線（１１８）に垂直な方向に、反射された光を偏光させる。光放射処理ユニット（１１２）は、測定される対象（１１４）から受けた偏光された光放射を検出器（１０８）に向ける。信号処理ユニット（１２４）が、検出器（１１２）により提供された信号に基づいて、検出された放射から、放射の強度が最も高い波長を決定し、決定された波長により表面（１１６）の位置を決定する。両側から対象（１１４）を測定するとき、測定される対象（１１４）の厚みが、表面の位置を使用して決定可能である。
2010507089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光放射を使用して、測定される対象の表面を決定する測定デバイスにおいて、
前記測定デバイスは、
光源（１０４）と、
前記光源（１０４）の光放射の異なる波長の焦点が、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）の方向において、異なる高さに合うように、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）とは異なる方向から、前記異なる波長を前記測定される対象（１１４）に向けるように構成されている光放射処理ユニット（１１２）と、
前記光放射処理ユニット（１１２）がこの検出器（１０８）に光放射を向けるように構成され、前記光放射処理ユニット（１１２）が、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）の方向とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも、前記測定される対象（１１４）からのものを受けるように構成されている検出器（１０８）と、
前記検出器（１１２）により提供される信号に基づいて、検出された光放射から、前記光放射の強度が最も高い波長を決定し、前記決定された波長を使用して、前記測定される表面（１１６）の位置を決定するように構成されている信号処理ユニット（１２４）とを具備することを特徴とする測定デバイス。
【請求項２】
前記測定デバイスは、少なくとも１つの偏光子（１２０、１２２、３０２）を具備し、前記少なくとも１つの偏光子（１２０、１２２、３０２）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）に垂直な方向に偏光させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定デバイス。
【請求項３】
前記光放射処理ユニット（１１２）は、前記測定される対象（１１４）に光放射を向ける第１の光放射処理部（１０６）と、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を前記検出器（１０８）に向ける第２の光放射処理部（１１０）とを備えていることを特徴とする請求項１記載の測定デバイス。
【請求項４】
前記光放射処理ユニット（１１２）は、第１の光放射処理部（１０６）と、第２の光放射処理部（１１０）と、反射器（３００）と、方向ビームスプリッター（３０２）とを備えており、
前記第１の光放射処理部（１０６）は、前記測定される対象（１１４）に光放射を向けるように構成されており、
前記第２の光放射処理部（１１０）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を前記反射器（３００）に向けるように構成されており、前記反射器（３００）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を、前記第２の光放射処理部（１１０）を通して、前記測定される対象（１１４）に再度反射するように構成されており、前記第２の光放射処理部（１１０）は、光放射の異なる波長の焦点が、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）の方向において、異なる高さに合う一方で、１つの波長の焦点が前記測定される表面（１１６）に合うように、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）とは異なる方向から、前記光放射の異なる波長を前記測定される対象（１１４）に向けるように構成されており、
前記第１の光放射処理部（１０６）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を前記光源（１０４）の方に向けるように構成されており、
前記方向ビームスプリッター（３０２）は、前記光源（１０４）の方に向けられた光放射の少なくとも一部を前記検出器（１０８）に向けるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定デバイス。
【請求項５】
ビームスプリッター（３０２）は、偏光子として作動するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の測定デバイス。
【請求項６】
前記第１の光放射処理部（１０６）は、前記測定される対象（１１４）に向けられた光放射を軸でない方向に色彩的に分散させるように構成されている分散コンポーネント（４００）を備えており、
前記第１の光放射処理部（１０６）は、軸でない方向に分散された光放射の異なる波長の焦点を、前記測定される対象（１１４）の表面（１１６）の法線（１１８）の方向における異なる高さに合わせるように構成されている第１の集束コンポーネント（４０８）を備えており、
前記第２の光放射処理部（１１０）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射から分散を除去するように構成されている第２の分散コンポーネント（５００）を備えており、
前記第２の光放射処理部（１１０）は、分散していない形態の光放射の焦点を前記検出器（１０８）に合わせるように構成されている第２の集束コンポーネント（５０８）を備えていることを特徴とする請求項３記載の測定デバイス。
【請求項７】
前記第１の光放射処理部（１０６）は、前記測定される対象に向けられた光放射を軸でない方向に色彩的に分散させるように構成されている分散コンポーネント（４００）を備えており、
前記第１の光放射処理部（１０６）は、軸でない方向に分散された光放射の異なる波長の焦点を、前記測定される対象（１１４）の表面（１１６）の法線（１１８）の方向における異なる高さに合わせるように構成されている第１の集束コンポーネント（４０８）を備えており、
前記第２の光放射処理部（１１０）は、分散した形態の光放射の焦点を前記検出器（１０８）に合わせるように構成されている第２の集束コンポーネント（５０８）を備えていることを特徴とする請求項３記載の測定デバイス。
【請求項８】
前記第１の光放射処理部（１０６）は、前記測定される対象に向けられた光放射を軸でない方向に色彩的に分散させるように構成されている分散コンポーネント（４００）を備えており、
前記第１の光放射処理部（１０６）は、軸でない方向に分散された光放射の波長の焦点を、前記測定される対象（１１４）の表面（１１６）の法線（１１８）の方向における異なる高さに合わせるように構成されている第１の集束コンポーネント（４０８）を備えており、
前記第２の光放射処理部（１１０）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射から分散を除去し、前記反射器（３００）から反射された放射を軸でない方向に色彩的に分散させるように構成されている第２の分散コンポーネント（５００）を備えており、
前記第２の光放射処理部（１１０）は、前記反射器（３００）から反射された、軸でない方向に分散された光放射の焦点を、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）の方向における異なる高さに合わせるように構成されている第２の集束コンポーネント（５０８）を備えており、
前記第１の光放射処理部（１０６）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射から分散を除去するように構成されており、
前記方向ビームスプリッター（３０２）は、分散していない光放射を前記検出器（１０８）に向けるように構成されている請求項４記載の測定デバイス。
【請求項９】
前記検出器（１０８）は、線検出器であり、分散していない光放射の異なる波長がそのエレメントのそれぞれに向けられることを特徴とする請求項４記載の測定デバイス。
【請求項１０】
前記測定デバイスは、基準ビームスプリッター（３０２、６００）と基準検出器（６０２）とを具備し、
前記基準ビームスプリッター（３０２、６００）は、受けた光放射に対応する電気信号を前記信号処理ユニット１２４に供給するように構成されている前記基準検出器（６０２）に対して、前記光源（１０４）により前記測定される対象（１１４）に放射された光放射の一部を向けるように構成されており、
前記信号処理ユニット（１２４）は、前記基準検出器（６０２）により検出された波長の強度により、前記検出器（１０８）により検出された波長の強度を正規化するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定デバイス。
【請求項１１】
前記方向ビームスプリッター（３０２）は、基準ビームスプリッターとして作動するように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の測定デバイス。
【請求項１２】
前記信号処理ユニット（１２４）は、前記光源（１０４）を変調し、検出された光放射に対応する、前記検出器（１０８）から到来する信号を復調するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定デバイス。
【請求項１３】
前記検出器（１０８）は、第１の検出器部（８０２）と、第２の検出器部（８０４）と、検出器ビームスプリッター（８００）と、第１のフィルタ（８０６）と、第２のフィルタ（８０８）とを備えており、
前記第１のフィルタ（８０６）の応答は、測定帯域上で前記第２のフィルタ（８０８）の応答と異なるように構成されており、
前記検出器ビームスプリッター（８００）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射の一部を、前記第１のフィルタ（８０６）を通して前記第１の検出器部（８０２）に向け、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射の一部を、前記第２のフィルタ（８０８）を通して前記第２の検出器部（８０４）に向けるように、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を分配するように構成されており、
前記信号処理ユニット（１２４）は、前記第１の検出器部（８０２）と前記第２の検出器部（８０４）とにより検出された光放射の比率から、最も高い強度を有する波長を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定デバイス。
【請求項１４】
測定される対象の厚みを測定する測定デバイスにおいて、
前記測定デバイスは、第１の表面を測定するために、
光源（１０４）と、
前記光源（１０４）の光放射の異なる波長の焦点が、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）の方向において、異なる高さに合うように、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）とは異なる方向から、前記異なる波長を前記測定される対象（１１４）に向けるように構成されている光放射処理ユニット（１１２）と、
前記光放射処理ユニット（１１２）がこの検出器（１０８）に光放射を向けるように構成され、前記光放射処理ユニット（１１２）が、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）の方向とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも、前記測定される対象（１１４）からのものを受けるように構成されている検出器（１０８）と、
前記検出器（１１２）により提供される信号に基づいて、検出された光放射から、前記光放射の強度が最も高い波長を決定し、前記決定された波長を使用して、前記測定される表面（１１６）の位置を決定するように構成されている信号処理ユニット（１２４）とを具備しており、
前記測定デバイスは、前記測定される対象（１１４）の第２の側を測定するために、
第２の側の光源（１０４Ｂ）と、
前記光源（１０４Ｂ）の光放射の異なる波長の焦点が、測定される第２の表面（１１６Ｂ）の法線（１１８Ｂ）の方向において、異なる高さに合うように、前記測定される第２の表面（１１６Ｂ）の法線とは異なる方向から、前記異なる波長を前記測定される対象（１１４）に向けるように構成されている第２の側の光放射処理ユニットと、
前記光放射処理ユニット（１１２Ｂ）がこの第２の側の検出器（１０８Ｂ）に光放射を向けるように構成され、前記光放射処理ユニット（１１２Ｂ）が、前記測定される表面（１１６Ｂ）の法線（１１８Ｂ）の方向とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも、前記測定される対象（１１４）からのものを受けるように構成されている第２の側の検出器（１０８Ｂ）とを具備しており、
前記信号処理ユニット（１２４）は、前記第２の側の検出器（１１６Ｂ）により提供される信号に基づいて、検出された光放射から、前記光放射の強度が最も高い波長を決定し、前記決定された波長を使用して、測定される第２の表面（１１６Ｂ）の位置を決定するように構成されており、
前記信号処理（１２４）は、前記決定される表面（１１６、１１６Ｂ）の位置により、前記測定される対象（１１４）の厚みを測定するように構成されていることを特徴とする測定デバイス。
【請求項１５】
前記測定デバイスは、少なくとも１つの偏光子（１２０、１２２、３０２）を具備し、前記少なくとも１つの偏光子（１２０、１２２、３０２）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）に垂直な方向に偏光させるように構成されており、前記測定デバイスは、少なくとも１つの第２の側の偏光子（１２０Ｂ、１２２Ｂ、３０２Ｂ）を具備し、前記少なくとも１つの第２の側の偏光子（１２０、１２２、３０２）は、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を、前記測定される第２の表面（１１６）の法線（１１８）に垂直な方向に偏光させるように構成されていることを特徴とする請求項１４記載の測定デバイス。
【請求項１６】
光放射により、測定される対象の表面を決定する方法において、
光放射の異なる波長の焦点が、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）の方向において、異なる高さに合うように、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）とは異なる方向から、前記異なる波長を前記測定される対象（１１４）に向ける（１３００）ことと、
前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも光放射を受ける（１３０４）ことと、
前記受けた光放射から、前記受けた光放射の強度が最も高い波長を決定する（１３０６）ことと、
前記決定された波長により、前記測定される対象（１１４）の表面（１１６）の位置を決定することとにより特徴付けられる方法。
【請求項１７】
前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）に垂直な方向に偏光させる（１３０２）ことにより特徴付けられる請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記測定される対象（１１４）に向けられる光放射を、軸でない方向に色彩的に分散させることと、
前記軸でない方向に分散された光放射の異なる波長の焦点を、前記測定される対象（１１４）の表面（１１６）の法線（１１８）の方向における異なる高さに合わせる一方で、１つの波長の焦点が前記測定される表面（１１６）に合うこととにより特徴付けられる請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記受けた光放射から分散を除去することと、
分散していない光放射から、前記受けた光放射の強度が最も高い波長を決定することとにより特徴付けられる請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記受けた分散された光放射から、前記受けた光放射の強度が最も高い波長を決定することにより特徴付けられる請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
光放射が、前記測定される対象（１１４）から前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）とは異なる方向に反射され、向けるのに使用されるように、前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を、前記測定される対象（１１４）に再度反射することと、
前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を受けるために向けることとにより特徴付けられる請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
前記測定される対象（１１４）に対して光源（１０４）により放射された光放射の一部を基準検出器（６０２）に向けることと、
前記基準検出器（６０２）により受けられた光放射に対応する電気信号を信号処理ユニット（１２４）に供給することと、
前記信号処理ユニット（１２４）において、前記基準検出器（６０２）により検出された波長の強度により、検出器（１０８）により検出された波長の強度を正規化することとにより特徴付けられる請求項１６記載の方法。
【請求項２３】
光源（１０４）により放射された光放射を変調し、それに応じて、検出された信号を復調することにより特徴付けられる請求項１６記載の方法。
【請求項２４】
光放射により、測定される対象の厚みを測定する方法において、
光放射の異なる波長が、前記測定される第１の表面（１１６）の法線（１１８）の方向において、異なる高さに向けられるように、前記測定される表面（１１６）の法線（１１８）とは異なる方向から、前記異なる波長を前記測定される対象（１１４）に向ける（１４００）ことと、
前記測定される第１の表面（１１６）の法線（１１８）とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも光放射を受ける（１４０４）ことと、
前記受けた光放射から、前記受けた光放射の強度が最も高い波長を決定する（１４０６）ことと、
前記決定された波長により、前記測定される第１の表面（１１６）の位置を決定する（１４０８）ことと、
光放射の異なる波長が、測定される第２の表面（１１６Ｂ）の法線（１１８Ｂ）の方向において、異なる高さに向けられるように、前記測定される第２の表面（１１６Ｂ）の法線（１１８Ｂ）とは異なる方向から、前記異なる波長を前記測定される対象（１１４）に向ける（１４１０）ことと、
前記測定される第２の表面（１１６Ｂ）の法線（１１８Ｂ）とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも光放射を受ける（１４１４）ことと、
前記受けた光放射から、前記受けた光放射の強度が最も高い波長を決定する（１４１６）ことと、
前記決定された波長により、前記測定される第２の表面（１１６Ｂ）の位置を決定する（１４１８）ことと、
前記決定された表面（１１６、１１６Ｂ）の位置を使用して、前記測定される対象（１１４）の厚みを決定する（１４２０）こととにより特徴付けられる方法。
【請求項２５】
前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を、前記測定される第２の表面（１１６Ｂ）の法線（１１８Ｂ）に垂直な方向に偏光させる（１４１２）ことと、
前記測定される対象（１１４）から反射された光放射を、前記測定される第１の表面（１１６）の法線（１１８）に垂直な方向に偏光させることとにより特徴付けられる請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【分野】
【０００１】
本発明は、測定される対象の表面を決定する方法と、測定される対象の厚さを決定する方法とに関する。さらに、本発明は、測定される対象の表面を決定する測定デバイスと、測定される対象の厚みを決定する測定デバイスとに関する。
【背景】
【０００２】
例えば製紙において、紙の厚さは、移動する巻き取り紙から測定される。この測定において、測定デバイスのセンサが紙の表面に触れる解決方法を使用でき、または、センサが表面に触れない解決方法を使用できる。表面に触れない解決方法は、容量測定と光学測定とを含む。測定される表面に対するセンサの接触は、表面誤差をもたらすかもしれず、それゆえに、センサが、測定される対象の表面に触れる解決方法は回避されている。
【０００３】
光学測定は、測定される表面を決定する際に色収差を利用する。この解決方法においては、焦点距離が光の波長に依存する既知のものである光学素子を通して、光の焦点は表面上に合わされる。表面から反射された光は、同じ光学素子により検出器に対して同軸上に集められる。スペクトル分析器であってもよい検出器は、反射された光のスペクトルを分析する。表面上で最も焦点があっている波長はまた、最も効率的に反射され、それは、スペクトルにおいて最も高い強度を表す。測定デバイスの寸法に基づいて、この波長の焦点の位置が知られることから、それは、表面の位置を規定するのに役立つ。表面が紙の両側で決定される場合、対象の厚みを測定することも可能である。
【０００４】
しかしながら、色収差を利用する既知の解決方法に関連した問題がある。測定される対象が拡散材料でできているとき、光は表面からだけでなく対象の内側からも反射される。これは測定誤差をもたらす。例えば光があまり通らない測定対象においては、光がより多く通る同じ厚みの測定対象におけるよりも、測定はより大きい厚みを系統的に与える。測定対象の品質にしたがって測定結果を変更することにより、計算的に測定誤差を補正する試みが実施されている。しかしながら、測定結果の広範囲にわたる補正は、測定の精度および信頼性を低減させ、あらかじめ決定されていない対象は、正確に測定できない。
【簡単な説明】
【０００５】
本発明の目的は、測定される対象の表面を決定する方法と、測定される対象の厚みを決定する方法と、方法を実現する測定デバイスとを実現することである。
【０００６】
これは、光放射を使用して、測定される対象の表面を決定する測定デバイスにより達成される。測定デバイスは、光源と、光源の光放射の異なる波長の焦点が、測定される表面の法線の方向において、異なる高さに合うように、測定される表面の法線とは異なる方向から、異なる波長を測定される対象に向けるように構成されている光放射処理ユニットと、光放射処理ユニットがこの検出器に光放射を向けるように構成され、光放射処理ユニットが、測定される表面の法線の方向とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも、測定される対象からのものを受けるように構成されている検出器と、検出器により提供される信号に基づいて、検出された光放射から、光放射の強度が最も高い波長を決定し、決定された波長を使用して、測定される表面の位置を決定するように構成されている信号処理ユニットとを備えている。
【０００７】
本発明はまた、測定される対象の厚みを測定する測定デバイスに関する。第１の表面を測定するために、測定デバイスは、光源と、光源の光放射の異なる波長の焦点が、測定される表面の法線の方向において、異なる高さに合うように、測定される表面の法線とは異なる方向から、異なる波長を測定される対象に向けるように構成されている光放射処理ユニットと、光放射処理ユニットがこの検出器に光放射を向けるように構成され、光放射処理ユニットが、測定される表面の法線とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも、測定される対象からのものを受けるように構成されている検出器と、検出器により提供される信号に基づいて、検出された光放射から、光放射の強度が最も高い波長を決定し、決定された波長を使用して、測定される表面の位置を決定するように構成されている信号処理ユニットとを備えている。測定される対象の第２の側を測定するために、測定デバイスは、第２の側の光源と、光源の光放射の異なる波長の焦点が、測定される表面の法線の方向において、異なる高さに合うように、測定される表面の法線とは異なる方向から、異なる波長を測定される対象に向けるように構成されている第２の側の光放射処理ユニットと、光放射処理ユニットがこの第２の側の検出器に光放射を向けるように構成され、光放射処理ユニットが、測定される表面の法線とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも、測定される対象からのものを受けるように構成されている第２の側の検出器とを備えている。信号処理ユニットは、第２の側の検出器により提供される信号に基づいて、検出された光放射から、光放射の強度が最も高い波長を決定し、決定された波長を使用して、測定される第２の表面の位置を決定するように構成されており、信号処理は、決定される表面の位置により、測定される対象の厚みを測定するように構成されている。
【０００８】
本発明はさらに、光放射により、測定される対象の表面を決定する方法に関する。方法は、光放射の異なる波長の焦点が、測定される表面の法線の方向において、異なる高さに合うように、測定される表面の法線とは異なる方向から、異なる波長を測定される対象に向けることと、測定される表面の法線とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも光放射を受けることと、受けた光放射から、受けた光放射の強度が最も高い波長を決定することと、決定された波長により、測定される対象の表面の位置を決定することとを含む。
【０００９】
本発明はまた、光放射を使用することにより、測定される対象の厚みを測定する方法に関する。方法は、光放射の異なる波長の焦点が、測定される第１の表面の法線の方向において、異なる高さに合うように、測定される第１の表面の法線とは異なる方向から、異なる波長を測定される対象に向けることと、測定される第１の表面の法線とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも光放射を受けることと、受けた光放射から、受けた光放射の強度が最も高い波長を決定することと、決定された波長により、測定される第１の表面の位置を決定することと、光放射の異なる波長の焦点が、測定される第２の表面の法線の方向において、異なる高さに合うように、測定される第２の表面の法線とは異なる方向から、異なる波長を測定される対象に向けることと、測定される第２の表面の法線とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも光放射を受けることと、受けた光放射から、光放射の強度が最も高い波長を決定することと、決定された波長により、測定される第２の表面の位置を決定することと、決定された表面の位置を使用することにより、測定される対象の厚みを決定することとを含む。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態は、従属する請求項において開示されている。
【００１１】
本発明の方法および測定デバイスは、いくつかの利点を提供する。測定を妨害する、測定される対象の内側から到来する拡散反射を低減させることが可能である。したがって、測定される対象の表面および厚みは、拡散反射にかかわらず正確に決定できる。好ましい実施形態および添付図面に対する参照により、これから本発明をより詳細に記述する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、検出器が分散された光放射を受ける測定デバイスを示す。
【図２】図２は、検出器が分散していない光放射を受ける測定デバイスを示す。
【図３】図３は、反射器を有する測定デバイスを示す。
【図４】図４は、光放射処理部を示す。
【図５】図５は、光放射処理部を示す。
【図６】図６は、測定の正規化を示す。
【図７】図７は、対象の厚みの測定を示す。
【図８】図８は、１つのビームスプリッターと、２つの異なるフィルタと、２つの検出器とによるスペクトルの検出を示す。
【図９】図９は、フィルタの透過率を示す。
【図１０】図１０は、検出されるスペクトルを示す。
【図１１】図１１は、光放射の変調の一例である。
【図１２】図１２は、焦点線システムを使用する測定を示す。
【図１３】図１３は、表面決定方法のフローチャートである。
【図１４】図１４は、厚み測定方法のフローチャートである。
【実施形態の説明】
【００１３】
本発明は、特に拡散材料を測定することに適用できるが、測定は、非拡散材料にも機能する。拡散材料は、表面（または厚み）を決定する必要がある、紙と、織物と、拡散材料により表面が覆われた金属と、皮と、さまざまな粉とを含む。
【００１４】
これから、図１により、本解決方法を考察する。図１において、測定デバイスは、互いから分離した送信部１００と受信部１０２とを備えている。送信部１００は、光源１０４と、第１の光放射処理部１０６とを備えている。このアプリケーションにおいて、光放射は、波長帯域が紫外線放射（波長が約５０ｎｍ）と赤外線放射（波長が約１ｍｍ）との間にある電磁放射を指す。受信部１０２は、検出器１０８と、第２の光放射処理部１１０とを備えている。光放射処理部１０６および１１０は、光放射処理ユニット１１２を形成し、光放射処理ユニット１１２において、光放射処理部１０６は、光源から到来する光放射の異なる波長が、測定される表面１１６の法線１１８の方向において、異なる高さに向けられる（焦点が合わされる）ように、測定される表面１１６の法線１１８とは異なる方向から、異なる波長を測定される対象１１４に向ける。よくあることであるが、表面が粗い場合、法線は、例えば、非常に多数の代表的な法線の平均をとることにより取得される平均の法線方向を指す。いくつかの波長の焦点は、測定される対象１１４よりも上に合うかもしれず、いくつかの波長の焦点は、対象１１４の内部に合うかもしれない。光放射処理部１０６中のプリズムまたはグリッドにより、光放射を別々の波長に分散させることができる。次に、異なる波長の焦点を異なる焦点１２６に合わせるために、１つ以上のレンズまたは鏡を使用して方向付けを実施できる。
【００１５】
測定デバイスは、少なくとも１つの偏光子１２０、１２２を備えている。ただ１つの偏光子により機能することが可能であることから、送信部１００の偏光子１２２は必ずしも必要とされず、偏光子１２０を使用して、測定される対象１１４から反射された光放射を、測定される表面１１６の法線１１８に対して垂直に偏光させることができる。光放射の電界の振動は、表面１１６の法線１１８に関して垂直な成分を有する。いくつかの偏光子が使用されるとき、すべての偏光子の偏光方向は同じである。測定される対象１１４の内部において、偏光は弱まり、または消滅することから、１つ以上の偏光子は、測定される対象１１４の内部から到来する光放射を減衰させる。表面から反射された光放射は偏光されるか、またはその偏光を維持する。
【００１６】
このアプリケーションにおいて、反射は鏡面反射および拡散反射を指し、反射は、滑らかなまたは粗い表面から起こってもよい。さらに、ここでは、反射は、測定される対象の内部から放射を散乱させることと、屈折させることと、反射することとも指す。１つの実施形態において、光放射は、表面に向け、ブルースター角で受けることができ、それにより、光放射は表面から反射されるので、光放射は最も効果的に偏光される。
【００１７】
光放射処理ユニット１１２の光放射処理部１１０は、１つ以上のレンズまたは鏡により、受けた偏光された光放射の焦点を検出器１１８に合わせることができる。偏光された光放射を、測定される対象１１４からの鏡面反射の方向から少なくとも受けることができるように、光放射処理部１１０および検出器１０８は、向けられ、光放射処理部１１０および検出器１０８の開口数が必要な大きさにされる。図１のケースにおいて、分散された光放射の異なる波長の焦点は、検出器１０８上で並列であり、この理由から、図１の解決方法において、異なる波長は、例えば、線検出器により検出できる。したがって、各波長は、線検出器の１つの検出エレメントに向けられる。
【００１８】
検出器１０８により光放射から発生された電気信号は、信号処理ユニット１２４に供給でき、信号処理ユニット１２４は、受けた光放射の強度が最も高い波長を、受けた光放射から規定できる。同様に、信号処理ユニット１２４は、決定された波長を使用して、測定される対象１１４の表面１１６の位置を決定できる。測定される表面１１６の定義は、各波長の焦点がどの距離で合わされているかを予め知ることと、焦点から反射される波長が最も強力であることを仮定することとに基づいている。
【００１９】
図２は、第２の光放射処理部１１０がプリズムまたはグリッドのような分散性コンポーネントも備えている解決方法を示し、プリズムまたはグリッドのような分散性コンポーネントにより、異なるルートに沿って伝搬する光放射の波長を集めることができる。異なる波長は、検出器１０８における同一の焦点に到来し、検出器１０８は、ただ１つのエレメントとすることができる。
【００２０】
図３は、測定デバイスが、共通の送信部１００と受信部１０２とを有する光放射処理ユニット１１２を備える解決方法を示す。この解決方法において、光源１０４から、測定される対象１１４および光放射処理部１１０への光放射の伝搬は、図２のケースと同じ方法で起こる。測定される対象１１４から１度反射された光放射は、検出器１０８に直接伝搬しないが、測定デバイスは反射器３００を備え、第２の光放射処理部１１０を介して、測定される対象１１４から、第１の光放射処理部１０６および光源１０４に向かって反射するために、反射器３００は、測定される対象１１４から反射された光放射を測定される対象１１４に対して再度反射する。図３の解決方法において、測定デバイスはビームスプリッター３０２を備え、ビームスプリッター３０２は、光源１０４に向けられた光放射の少なくとも一部を検出器１０８に向ける。ビームスプリッター３０２は、偏光ビームスプリッターとすることができ、このケースにおいて、ビームスプリッター３０２はまた、測定される対象１１４に向けられる光放射を偏光させ、別々の偏光子１２０、１２２を必要としない。ビームスプリッター３０２はまた、偏光されたすべての光放射を、受ける方向から検出器１０８に向けることができる。
【００２１】
代わりに、ビームスプリッター３０２は、所望の比率で光パワーを単に分散させることに基づいていてもよく、それにより、別々の光ビームは通常、同じ力を取得する。このようなケースにおいて、別々の偏光子１２０、１２２のうちのいずれかが必要とされる。
【００２２】
図４は、光放射処理部１０６を示す。光源１０４から到来する光放射の異なる波長を、測定される対象１１４に対して異なる道筋で向けるために、第１の光放射処理部１０６は、光分散コンポーネント４００を備えていてもよく、光分散コンポーネント４００は、測定される対象１１４に向けられた光放射を軸でない方向に分散させるように構成されている。したがって、光放射は、第１の光放射処理部１０６の光軸４０２とは異なる方向に、分散コンポーネント４００により分散され、それにより、分散すなわち波長の分配は、測定される表面１１６の法線１１８の方向に少なくとも部分的に向けられる。焦点の方向は、表面１１６の法線１１８に平行である必要はないが、方向は共通のベクトル成分を有する（すなわち、焦点は、水平ではなく、光軸上にもない）。図４の解決方法において、分散コンポーネント４００は、２つの集束レンズ４０４と４０６との間に位置している。レンズ４０４および４０６は、集束コンポーネント４０８を形成する。光源１０４から到来する放射は、レンズの間で平行化できる。集束コンポーネント４０８を伴う分散コンポーネント４００は、光源１０４の光放射の異なる波長の焦点を、測定される表面１１６の法線１１８の方向における異なる高さに合わせる。分散コンポーネント４００は、プリズムまたはグリッドであってもよく、レンズの代わりに、またはレンズに加えて、集束鏡を使用できる。レンズ４０４および４０６の両方は、レンズの組み合わせ、鏡、鏡の組み合わせ、またはこれらのすべての組み合わせに取って代わることができる。
【００２３】
図５は、光放射処理部１１０を示す。測定される対象１１４から反射された光放射は、レンズ５０４、５０６を備える集束コンポーネント５０８により検出器１０８に焦点を合わせることができる。第２の光放射処理部１１０の焦点は、測定される表面１１６上か、またはその近くに存在し得る。分散コンポーネント５００がなければ、フィールドの深さは、焦点の周りで十分良好なはずである。
【００２４】
光放射処理部１１０はまた、分散コンポーネント５００を備えていてもよく、分散コンポーネント５００は、分散を除去し、異なる光パスに沿って伝搬された波長の組み合わせが、同一の焦点になることを可能にする。第２の光放射処理部１１０の前にある焦点は、第１の光放射処理部１０６が異なる波長を集束させる点と同一の点であり得る（例えば、図１参照）。測定される表面１１６からの反射は効果的である。分散コンポーネント５００を使用するとき、分散された波長は、第２の光放射処理部１１０の後ろにある、同一の焦点に、例えば検出器１０８に集束し、検出は１つの検出エレメントにより実施できる。反射器３００を使用するとき、反射器３００は第２の光放射処理部１１０の焦点にあるとすることができ、または光放射は、第２の光放射処理部１１０の後部（レンズ５０６）から、測定される対象１１４に向かって再度直接反射できる。第１の光放射処理部１０６および第２の光放射処理部１１０は、同じようなものでもよいが、レンズ４０４、４０６の強度および分散コンポーネント４００は、互いに異なっていてもよい。
【００２５】
第２の光放射処理部１１０は、第２の分散コンポーネント５００を備えていてもよく、第２の分散コンポーネント５００は、測定される対象１１４から反射された光放射から分散を除去する。第２の光放射処理部１１０は、分散していない形態の光放射の焦点を検出器１０８に合わせることができる。
【００２６】
光放射処理部１０６だけが分散コンポーネント４００を有し、反射器３００が使用されない実施形態（図２を参照）において、検出器１０８は線検出器であってもよく、分散していない光放射の異なる波長が、そのエレメントのそれぞれに向けられる。このケースにおいて、一般的であるように、単一の波長は、測定帯域の一部にすぎない狭い波長帯域を指す。狭帯域は、例えば、全測定帯域の５分の１より小さい帯域であり得る。狭帯域は、ナノメートルまたは数十ナノメートルの幅にすぎないことが多い。狭帯域は所望の測定精度に基づいて規定してもよく、または、測定デバイスおよびコンポーネントの測定精度により決定してもよい。
【００２７】
反射器３００を使用する実施形態（図３を参照）において、反射器は、光放射処理部１１０を通して、測定される対象１１４に対して光放射を再度反射してもよい。第２の光放射処理部１１０は、測定される表面１１６の法線１１８の方向における異なる高さに、光放射の異なる波長の焦点を合わせてもよい。光放射処理部１０６および１１０の両方が分散コンポーネント４００および５００を備えているとき、分散していない光放射が検出器１０８に向けられる。
【００２８】
図６は、１つの基準の測定を示す。源１０４の異なる波長の強度は等しく分配されず、異なる波長は異なる強度を有するかもしれないことから、源１０４の強度分配は、波長の関数として測定されてもよい。このようなケースにおいて、ソース１０４と光放射処理部１０６との間に、基準ビームスプリッター６００があってもよく、基準ビームスプリッター６００は、源１０４により放射された光放射の一部を、基準検出器６０２に向ける。基準検出器６０２は、受けた光放射を電気信号に変換する。ビームスプリッター６００はまた、光放射処理部１０６の一部であってもよい。信号処理ユニット１２４は、電気信号を受け取る。信号処理ユニット１２４はまた、検出器１０８により発生された、対象１１４の測定信号を受け取ることから、信号処理ユニット１２４は、基準検出器６０２により作成された測定値により、検出器１０８により作成された測定値を正規化してもよい。正規化は、例えば、基準検出器６０２により測定された強度による、検出器１０８により取得された強度の除算を意味していてもよい。基準ビームスプリッター６００は、図３中の方向ビームスプリッター３０２と同一のものとすることができる。方向ビームスプリッター３０２はまた、基準ビームスプリッター６００として動作してもよい。
【００２９】
図６はまた、測定される対象１１４の色を、または一般に、測定される対象１１４の反射応答を補償することが可能である実施形態を示す。光ユニット６０４は、源１０４により生成された、分散していない形態の光放射を、測定される対象１１４に向けてもよく、そこから反射された光放射は、検出器を備える別の光ユニット６０６により受けることができる。光ユニット６０６は、信号処理ユニット１２４が測定してもよい、反射された放射のスペクトルを形成してもよい。光ユニット６０６は、測定値の電気信号を信号処理ユニット１２４に供給してもよく、ユニット１２４は、基準検出器１２４の測定結果および光ユニット６０６の測定結果のうちの少なくとも１つにより、検出器１０８により取得された測定結果を正規化してもよい。
【００３０】
図７は、測定される対象の表面１１６、１１６Ｂの両方が、上述の方法で測定される実施形態を示す。異なる波長の焦点が、測定される表面１１６の法線１１８の方向における異なる距離で合うように、光源は、光放射処理部１０６を通して、光放射を測定される対象１１４に向ける。光放射は、例えば、偏光子１２０を通して、測定される対象１１４から光放射処理部１１０に反射される。偏光子１２０、１２２の両方を使用することも可能である。光放射処理部１１０は、反射された光放射を検出器１０８に向ける。表面決定のために、検出器１０８は、測定信号を信号処理ユニット１２４に供給する。波長に関連する、光源１０４の強度分配は、ビームスプリッター６００と、基準検出器６０２と、信号処理ユニット１２４とを使用して測定できる。１つ以上の偏光子１２０、１２２の代わりに、またはそれらに加えて、ビームスプリッター６００は、偏光子とすることができる。
【００３１】
同様に、光源１０４Ｂおよび光放射処理ユニット１０６Ｂにより発生された異なる波長の焦点を、測定される第２の表面１１６Ｂの法線１１８Ｂの方向における異なる距離に合わせることにより、測定される対象１１４の第２の表面１１６Ｂが決定できる。光放射は、例えば、測定される対象１１４から、偏光子１２０Ｂを通して光放射処理部１１０Ｂに反射される。偏光子１２０Ｂ、１２２Ｂの両方を使用することも可能である。光放射処理部１１０Ｂは、反射された光放射を検出器１０８Ｂに向ける。表面決定のために、検出器１０８Ｂは、測定信号を信号処理ユニット１２４に供給する。波長に関連する、光源１０４Ｂの強度分配は、ビームスプリッター６００Ｂと、基準検出器６０２Ｂと、信号処理ユニット１２４とを使用して測定できる。１つ以上の偏光子１２０Ｂ、１２２Ｂの代わりに、またはそれらに加えて、ビームスプリッター６００Ｂは偏光子とすることができる。測定される対象よりも下にある、各ブロック１０４Ｂないし１１０Ｂ、１２０Ｂ、１２２Ｂ、６００Ｂ、および６０２Ｂは、図１ないし図６中の参照数字１０４ないし１１０、１２０、１２２、６００、および６０２により描写されるブロックと同一である。当然、図７中のブロック１０４ないし１１０、１２０、１２２、６００、および６０２も、先の図中のそれらのものと同様であるが、図７中の上部の測定部は、下部の測定部と同一である必要はない。例えば、測定される対象よりも上の両方の偏光子を使用することが可能であるが、測定される対象よりも下において、１つの偏光子１２０Ｂだけを使用してもよい。図７は、測定される対象の上および下の両方において、図２に対応する測定原理があることを示す。当然、測定される対象の上または下のいずれか、あるいはその両方の場所において、反射器３００が利用される、図３に対応する測定原理を使用することも可能である。
【００３２】
上部の表面の位置ｈ１が、上部の測定部に関連して決定され、下部の表面の位置ｈ2が、下部の測定部に関連して決定されているとき、かつ、上部および下部の測定部の間の予め定められた距離Ｈが既知であるとき、例えば、表面の位置ｈ１およびｈ2の値を距離Ｈから引くこと、すなわち、Ｔ＝Ｈ−（ｈ１＋ｈ2）により、測定される対象１１４の厚みＴを決定することが可能である。
【００３３】
図８は、２つの検出部による検出を示す。検出器１０８は、検出器ビームスプリッター８００を備えていてもよく、検出器ビームスプリッター８００は、測定される対象１１４から受けた光放射を、既知の比率で２つの検出部８０２および８０４に分配する。フィルタ８０６、８０８が、検出部８００、８０２の前に位置して、図９中で示すように検出器に到来する放射をフィルタリングする。解決方法はまた、基準検出器６０２に適用できる。
【００３４】
図９は、波長に対するフィルタの透過曲線を示す。縦軸は強度Ｉを示し、横軸は波長λを示す。曲線９００は、波長に対するフィルタ８０６の応答を示し、曲線９０２は、波長に対するフィルタ８０８の応答を示す。フィルタ８０６は、長い波長よりも短い波長を少なく通過させてもよく、逆に、フィルタ８０８は、短い波長よりも長い波長を少なく通過させてもよく、曲線は直線であってもよい。フィルタ８０６の応答は、一般に、測定に使用される帯域上で、フィルタ８０８の応答と異なっている。各波長に対して両方の検出器により検出された光パワー（すなわち強度）が合計され、検出された光パワーにおける差により除算されるとき、測定される対象１１４の表面１１６から反射される波長は、このように形成される相対強度の中で最も大きい相対強度におけるものである。例えば、数学的に式Ｐrel＝ＰdetA−ＰdetB：ＰdetA＋ＰdetBを作成できる。ここで、Ｐrelは相対強度（すなわちパワー）を指し、ＰdetAは、検出器８００により検出されたパワーを指し、ＰdetBは、検出器８０２により検出されたパワーを指す。より簡単な方法において、相対強度は、各検出器により検出されたパワーを除算することにより形成できる。すなわち、Ｐrel＝ＰdetA：ＰdetBである。
【００３５】
図１０は、波長λの関数として強度Ｉを示す測定されたスペクトルを示す。信号処理ユニット１２４が、最も高い強度を有する波長λmaxを見つけるとき、例えば、線形計算ｈ１＝ｋ・λmaxを使用することにより、予め規定された点から、測定される表面１１６（または１１６Ｂ）の距離を決定することが可能である。ここでｋは、予め規定された定数である。最も高い強度の波長λmaxへの従属は、非線形とすることもできるが、表面の位置を決定するためには、従属が既知であることで十分である。
【００３６】
図１１は、光放射の変調の例を示す。源１０４により放射された光放射は変調できる。変調は、機械式の、電気光学の、光磁気の、または音響光学のチョッパー／変調器により実行でき、または、変調は、電気的に（例えば、ダイオードにおいて）実施できる。変調は、時分割されていてもよく、それにより、光源１０４は、定期的に、擬似ランダムに、またはランダムに、光パルスを放射する。定期的なパルシングは、予め規定されたパルスパターン１１００の、繰り返しの定期的な伝送を意味してもよく、または、最も簡単に、所望の周波数でのパルスの伝送を意味してもよい。予め規定されたパルスパターンのパルスの間の間隔は、規則的であってもよく、または不規則的であってもよい。パルス間において、光源１０４は、全く光放射を放射しないか、または、光パルス間の光パワーは、パルス中の光パワーよりも低い。信号処理ユニット１２４は、変調を制御してもよく、それに応じて、同期化された方法で、検出器１０８から到来する信号を復調してもよい。変調を使用するとき、測定に対する干渉の影響が低減される。対象１１４の両側で対象１１４を測定するとき、変調を使用することは有益であるかもしれない。測定される対象１１４の異なる側に対して異なる時間で光放射を向けること、または、異なる変調を使用することが可能である。このように、反対側からの光放射は、測定を妨害しない。
【００３７】
図１２は、集束光コンポーネント４０４、４０６、および分散コンポーネント４００を伴う光放射処理部１０６が、焦点の代わりに、焦点線システム１２００を形成できる実施形態を示し、焦点線システム１２００において、各波長はそれ自身の線に焦点が合わされる。源は、点線源または線線源である。集束コンポーネント４０４、４０６として、球形の表面を有するレンズを、またはいくつかのケースにおいて円柱レンズでさえを使用することが可能である。それに応じて、光放射処理部１１０は、測定される表面１１６の法線の方向に焦点線システム１２００を分割する光コンポーネント５０４、５０６、および分散コンポーネント５００を備えていてもよい。
【００３８】
測定で使用される各波長は、測定される対象１１４に対して、同時にまたは異なる時間に向けられる。波長は、一度に、小さいグループ（すなわち帯域）で、または１つの波長で、測定される対象１１４に向けることができる。各波長または波長帯域は、適切な、交換可能な、または調整可能なフィルタを使用して形成でき、あるいは、光源の帯域は、測定帯域にわたって掃引できる。例えば、発光ダイオードの帯域は、２０ｎｍであってもよく、それは、５００ｎｍないし６５０ｎｍである測定帯域にわたって掃引できる。レーザの単色光の波長は、例えば、数十または数百ナノメートルにわたって掃引できる。
【００３９】
光源１０４は、白熱灯、ガス放電ランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオード、または調整可能な波長を有するレーザなどを備えていてもよい。光源１０４はまた、光ファイバを備えていてもよく、そのケースにおいて、光放射を発生させる実際のユニットは、光放射処理ユニット１０６および測定される対象１１４から遠くにあってもよい。
【００４０】
次に、検出器１０８は、例えば、分光器のようなスペクトルを形成する任意のデバイスを備えていてもよい。図８の解決方法において、検出器はまた、ＰＩＮダイオード、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）、ＬＤＲ（光依存性抵抗）、光電子増倍管、ＣＣＤ（電荷結合素子）セル、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）セル、焦電検出器、またはこれらに類似するものを含んでいてもよい。検出器１０８は、光放射を実際の検出ユニットに転送できるファイバを備えていてもよい。
【００４１】
図１３は、測定される対象の表面を決定する方法のフローチャートを示す。ステップ１３００において、光放射の異なる波長の焦点が、測定される表面１１６の法線１１８の方向において、異なる高さに合うように、測定される表面１１６の法線１１８とは異なる方向から、異なる波長が測定される対象１１４に向けられる。ステップ１３０２において、測定される対象１１４から反射された光放射を、測定される表面１１６の法線１１８に垂直な方向に偏光させることができる。ステップ１３０４において、偏光された光放射は、測定される表面１１６の法線１１８とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも受けられる。ステップ１３０６において、受けた光放射の強度が最も高い波長が、受けた光放射から決定される。ステップ１３０８において、測定される対象１１４の表面１１６の位置が、決定された波長により決定される。
【００４２】
図１４は、測定される対象の厚みを決定する方法のフローチャートを示す。ステップ１４００において、光放射の異なる波長の焦点が、測定される第１の表面１１６の法線１１８の方向において、異なる高さに合うように、測定される第１の表面１１６の法線１１８とは異なる方向から、異なる波長が測定される対象１１４に向けられる。ステップ１４０２において、測定される対象１１４から反射された光放射を、測定される第１の表面１１６の法線１１８に垂直な方向に偏光させることができる。ステップ１４０４において、偏光された光放射は、測定される第１の表面１１６の法線１１８とは異なる鏡面反射の方向から少なくとも受けられる。ステップ１４０６において、受けた光放射の強度が最も高い波長が、受けた光放射から決定される。ステップ１４０８において、測定される表面１１６の位置が、決定された波長により決定される。ステップ１４１０において、光放射の異なる波長が、測定される第２の表面１１６Ｂの法線１１８Ｂの方向において、異なる高さに向けられるように、測定される第２の表面１１６Ｂの法線１１８Ｂとは異なる方向から、異なる波長が測定される対象１１４に向けられる。ステップ１４１２において、測定される対象１１４から反射された光放射を、測定される第２の表面１１６Ｂの法線１１８Ｂに垂直な方向に偏光させることができる。ステップ１４１４において、偏光された光放射は、測定される第２の表面１１６Ｂの法線１１８Ｂとは異なる鏡面反射の方向から少なくとも受けられる。ステップ１４１６において、受けた光放射の強度が最も高い波長が、受けた光放射から決定される。ステップ１４１８において、測定される第２の表面１１６Ｂの位置が、決定された波長により決定される。ステップ１４２０において、測定される対象１１４の厚みが、決定された表面１１６、１１６Ｂの位置により決定される。
【００４３】
添付図面にしたがう例を参照して本発明を上述しているが、本発明がそれらに限定されないことは明らかであり、本発明は、特許請求の範囲内で、多くの方法で修正してもよい。
【図１】
2010507089.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2010507089.tif 000018
2010507089.tif 000019
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