(57)【要約】本発明は対象物の層厚を測定するための方法及び装置に関するものである。先ず、層厚を有する対象物が準備される。それに続き、少なくとも２つの測定ステップ（Ｍｉ）が実行され、その際、その都度の電磁放射が、それぞれの測定ステップ（Ｍｉ）に割り当てられた周波数帯（Ｆｉ）内の周波数（ｆ）で、対象物へ入射される。複数の周波数帯（Ｆｉ）は１つのバンド幅（Ｂ）の異なる複数の部分領域である。対象物の境界面から発生する２次放射が検知され、また、測定ステップ（Ｍｉ）に属する測定信号が算出される。複数の測定信号は、それぞれの測定ステップ（Ｍｉ）に属する周波数帯（Ｆｉ）に従い、１つの評価信号へ統合され、更に基本周波数が特定され、層厚が算出される。本方法によって、狭帯域の複数の測定ステップ（Ｍｉ）を用いて大きなバンド幅（Ｂ）を実現することが出来る。これにより既知の方法の物理的な限界は克服され、また、測定精度は向上される。
2020518838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（１）の層厚（ｄ）を測定するための方法において、
当該方法が以下のステップを有していること、すなわち、
−層厚（ｄ）分だけ離れた２つの境界面（２、３）を有する対象物（１）を準備するステップ、
−少なくとも２つの測定ステップ（Ｍｉ）を実行するステップであって、その際それぞれに、
−−電磁放射（４）が、それぞれの前記測定ステップ（Ｍｉ）に割り当てられた周波数帯（Ｆｉ）内の周波数（ｆ）で、前記対象物（１）へ入射され、その場合複数の個別の前記測定ステップ（Ｍｉ）の複数の前記周波数帯（Ｆｉ）が、１つのバンド幅（Ｂ）の異なる複数の部分領域であり、また、
−−前記対象物（１）の前記境界面（２、３）から発生する２次放射（７、８）が検知され、また、測定信号（Ａｉ；｜Ａｉ｜）が検出される
ステップ、
−それぞれの前記周波数帯（Ｆｉ）に従う複数の前記測定ステップ（Ｍｉ）の複数の前記測定信号（Ａｉ；｜Ａｉ｜）を１つの評価信号（Ａ０；｜Ａ０｜）へ統合するステップ、及び、
−前記層厚（ｄ）を算出するための評価信号（Ａ０；｜Ａ０｜）の基本周波数（ω０）を特定するステップ、
を有していること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記電磁放射（４）が、前記ステップ（Ｍｉ）のうちの少なくとも１つにおいて、パルス状に前記対象物（１）へ入射されること、
を特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記電磁放射（４）の前記周波数（ｆ）が、前記ステップ（Ｍｉ）のうちの少なくとも１つにおいて、時間（ｔ）についての関数（ｆｉ（ｔ））に従って変調され、その際、前記関数（ｆｉ（ｔ））がそれぞれの前記測定ステップ（Ｍｉ）の前記周波数帯（Ｆｉ）を１つの時間窓（Ｔｉ）へ写していること、
を特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記ステップ（Ｍｉ）のうちの少なくとも１つにおいて、入射される前記電磁放射（４）の位相（φ）が、時間（ｔ）についての関数（φｉ（ｔ））に従って変調されること、
を特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法において、
複数の個々の前記測定ステップ（Ｍｉ）の複数の前記周波数帯（Ｆｉ）が重ね合わせなしであること、
を特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法において、
前記バンド幅（Ｂ）が、５０ＧＨｚから１５００ＧＨｚの範囲のバンド幅中心周波数（ＦＭ）について、特には１０００ＧＨｚのバンド幅中心周波数（ＦＭ）について、定義されていること、
を特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法において、
バンド幅（Ｂ）に対して、
【数１】
2020518838.tif 000016
が成り立ち、
その際、ｃは光速度、ｎは前記対象物（１）の屈折率、ｅは前記電磁放射（４）が前記対象物（１）内で伝搬する際の伝搬角度、及び、ｄｍｉｎは測定されるべき最小の前記層厚（ｄ）であること、
を特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法において、
前記バンド幅（Ｂ）内で１つの測定ステップ（Ｍｉ）のどの周波数帯（Ｆｉ）にも属していないそれぞれの周波数領域Δｆに対して、
【数２】
2020518838.tif 000017
が成り立ち、
その際、ｃは光速度、ｎは前記対象物（１）の屈折率、ｅは前記電磁放射（４）が前記対象物（１）内で伝搬する際の伝搬角度、及び、ｄｍａｘは測定される最大の前記層厚（ｄ）であること、
を特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の方法において、
それぞれの測定ステップ（Ｍｉ）を実行するため、それぞれの前記周波数帯（Ｆｉ）における前記電磁放射（４）を放射するための１つずつの発振器（Ｓｉ）、２次放射（７、８）のために１つずつの受信器（Ｅｉ）が設けられていること、
を特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において
複数の前記送信器（Ｓｉ）が測定前に較正されること、
を特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
複数の前記送信器（Ｓｉ）が同期して作動制御されること、
を特徴とする方法。
【請求項１２】
対象物（１）の層厚（ｄ）を測定するため装置において、当該装置が、
−定められた周波数帯（Ｆｉ）ごとに周波数（ｆ）を有する電磁放射（４）を放射するための少なくとも２つの送信器（Ｓｉ）であって、個々の送信器（Ｓｉ）の複数の前記周波数帯（Ｆｉ）が１つのバンド幅（Ｂ）の複数の異なる部分領域である、送信器（Ｓｉ）、
−前記バンド幅（Ｂ）内の周波数（ｆ）を有する電磁放射（４）のための少なくとも１つの受信器（Ｅｉ）、及び、
−評価電子機器（１３）
を有しており、
その際、前記評価電子機器（１３）が、以下のステップを有する測定方法を実行するために構成されていること、すなわち、
−前記送信器（Ｓｉ）ごとに１つの測定ステップ（Ｍｉ）を実行するステップであって、その際それぞれに
−−それぞれの前記送信器（Ｓｉ）を用いて、それぞれの周波数帯（Ｆｉ）に関する電磁放射（４）が前記対象物（１）へ入射され、
−−前記対象物（１）の層厚（ｄ）分だけ離れた２つの境界面（２）から出る２次放射（７、８）が前記受信器（Ｅｉ）を用いて測定信号（Ａｉ；｜Ａｉ｜）として検知される
ステップ、及び、
−それぞれの前記周波数帯（Ｆｉ）に従う複数の前記測定ステップ（Ｍｉ）の複数の前記測定信号（Ａｉ；｜Ａｉ｜）を１つの評価信号（Ａ０；｜Ａ０｜）へ統合するステップ、及び、
−前記層厚（ｄ）を算出するための前記評価信号（Ａ０；｜Ａ０｜）の基本周波数（ω０）を特定するステップ、
を有する測定方法を実行するために構成されていること、
を特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、
複数の前記送信器（Ｓｉ）が１つの同期ユニット（２４）を介して連結されていること、
を特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の装置において、
前記評価電子機器（１３）が、特には屈折率（ｎ）、最大層厚（ｄｍａｘ）、及び／又は最小層厚（ｄｍｉｎ）といった、前記対象物（１）の特性を入力するためのインターフェース（１４）を含んでいること
を特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の装置において、
特には前記送信器（Ｓｉ）及び前記受信器（Ｅｉ）の総数を前記バンド幅（Ｂ）に適合させるための、モジュール設計を特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、ドイツ連邦共和国における特許出願である引用文献１の優先権を請求するものであり、参照によってその内容は本願に含まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、特には合成物質（プラスチック）製の対象物といった、対象物の層の厚さを測定するための方法及び装置に関するものである。
【０００３】
工業的な製造に関しては、特には品質保証に関しては、往々にして対象物の正確な層厚を測定することが必要である。層厚とは、対象物の２つの境界面の間での対象物の拡がりである。この場合の例は、特には合成物質から製造されているパイプの壁厚である。
【０００４】
厚さを測定するためには、例えば電磁放射（以下「電磁波」、「電磁光線」とも称する）を用いるテラヘルツ測定技術が用いられる。可能なアプローチはパルス状の測定信号を用いることであり、その際、測定された飛行時間から対象物の層の厚さ（以下「層厚」とも称する）を推定することが出来る。代替的に、連続的な電磁波（ＣＷ）を用いることが出来る、特には周波数又は位相が変調された電磁波を用いることが出来る。この場合、対象物を通過する電磁波は位相偏移をこうむる。この結果現れる位相差は、層厚を特定することを可能にする。
【０００５】
その種の測定の分解能は、時間的にずれた２つの信号が電磁波の伝搬方向に関してもなお分けられていなければならないことの影響で、制限されている。この時間分解能は電磁放射のスペクトルバンド幅に依存している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＤＥ  １０  ２０１７  ２０７  ６４８．８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、対象物の層厚を測定するための、簡潔で正確な方法を創出することである。特にその方法は安価に実行可能であることが見込まれる。
【０００８】
本発明の第２の課題は、対象物の層厚を測定するための装置を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の複数のステップを有する方法によって解決される。最初に、層厚分だけ間隔をおかれた２つの境界面を有する対象物が用意される。対象物は例えば、プラスチックパイプといったパイプである。これに続き、少なくとも２つの測定ステップが実行され、その際、その都度電磁放射が対象物に対して入射され、対象物の境界面によって反射される２次放射が検知される。検知された２次放射からは、それぞれの測定ステップにおいて、１つの測定信号が検出される。複数の測定ステップの複数の測定信号は、１つの評価信号へと結合され、そこから基本周波数が特定される。基本周波数からは層の厚さを算出することが出来る。
【００１０】
個々の複数の測定ステップにおいて入射される電磁波は、それぞれの測定ステップに割り当てられた周波数帯（周波数帯域）内の周波数によって特徴づけられる。複数の測定ステップに割り当てられた複数の周波数帯は、１つのバンド幅の異なる複数の部分領域である。特には、周波数帯は異なる中心周波数を有している。個別の複数の測定ステップの複数の測定信号の結合は、複数の測定ステップのそれぞれの周波数帯に応じて行われる。これは、バンド幅の異なる複数の部分領域であって個々の複数の測定ステップのために選択される部分領域に従う複数の測定信号の結合が行われること、を意味している。これは、全バンド幅に渡る１つ測定が、当該バンド幅の複数の部分領域での個別の複数の測定ステップによって近似され得る、という長所を有している。特には、異なる周波数領域を用いることによって、広帯域（ブロードバンド）の電磁放射を用いる測定を使用することが可能であり、その際、本方法の分解能は、広帯域の電磁波を用いる測定と比べて悪化しない。従って、電磁放射用の送信器及び受信器のような狭帯域（ナローバンド）の安価な複数のシステムの使用下で、正確な測定がもたらされている。高価な広帯域のシステムは不要である。これは本発明に従う方法を実行するための構成コストを減少させる。
【００１１】
更に、分解能また従って測定精度は、往々にして物理的に限定されている個々の測定システムのバンド幅によっては、制限されていない。従って寧ろ測定精度を向上させることさえ可能である。
【００１２】
本発明の意味での２次放射としては、対象物の複数の境界面における入射される放射の反射及び透過によって発生する電磁的な放射が理解される。対象物を少なくとも１度通り抜ける２次放射は、位相のずれを被る。そこから測定信号を検知（算出）することが出来る。そのために例えば、対象物の層厚分だけ離れた異なる境界面で反射される複数の２次放射成分を重ね合わせてもよい。
【００１３】
入射される放射を二次放射と重ね合わせることによって、測定信号を発生させることも出来る。
【００１４】
個別の複数の測定ステップの複数の測定信号を結合させる場合、これらは、それぞれの測定ステップにおいて使用される周波数帯に依存して計算して結合される。それに関しては、個別の周波数領域の間の周波数間隔及び／又は重なり（オーバーラップ）が考慮され得る。例えば、それぞれの周波数領域に応じた測定信号を１つの共通の周波数軸にプロットすることが企図され得る。基本周波数を特定するためには、その後周波数軸上にプロットされた測定信号はフィッティングされ得る。基本周波数は、特には周波数空間内で発生する測定信号のファブリ・ペロー振動であり得る。
【００１５】
本方法は、少なくとも２つの方法ステップを必要とする。２つよりも多くの方法ステップが実行されてもよい。測定ステップの総数の増加に伴い、すなわち、異なる周波数領域の総数の増加に伴い、バンド幅はより良好にカバーされ得る。これについて追加的に又は代替的に、測定ステップの総数の増加に伴い、それぞれの測定ステップにおいて、より狭い周波数領域が選択されてもよい。それにより、狭帯域のみのために設計されたシステムを使用することが可能であり、これは構成コストを更に減少させる。しかしながら、複数の測定ステップを実行することによって、カバーされるバンド幅を広げることも可能であるが、その目的は測定精度を更に向上させることである。測定ステップの総数の増加に伴い、基本周波数をより正確に特定することも出来る。それにより、測定の不正確さは減少される。測定ステップの総数及びその都度割り当てられる複数の周波数帯は、特に好ましくはナイキスト＝シャノンの標本化定理に従って、期待される評価信号に適合され得る。
【００１６】
複数の個別の測定ステップは、互いに独立して実行される。従って、複数の測定ステップは、時間的に連続して又は同時に、実行され得る。複数の個別の測定ステップを同時に実行することは、迅速な測定の利点を有している。反対に、時間的に連続した測定は、個々の測定ステップにおける電磁波が対象物の同一の領域へ入射され得ることを可能とする。これにより例えば、局所的な層厚の差異を正確に分解することが可能である。特には、層厚のスライド追跡（スライディングトラッキング）を行うことが可能である。
【００１７】
複数の個別の測定ステップでは、放射は連続的に、準連続的に、又は、放射パルスの様態で、入射される。入射される電磁放射の種類に応じて、検知された二次放射からの測定信号を異なる方法で算出することも企図され得る。それに反し、複数の測定信号の結合は、それぞれの測定ステップにおいて用いられる周波数帯のみに依存している。従って、異なる測定ステップでは、検知された二次放射からの測定信号を特定するために複数の異なる方法を使用することが出来る。例えば、ある測定ステップではパルス状の電磁放射を用いて、反対に別の測定ステップでは準連続的な放射を用いて処理を行うこと、が企図され得る。
【００１８】
一般に、電磁光線は入射角ｂで対象物へと入射される。入射角ｂは、電磁光線の伝搬方向と、電磁光線用の送信器に向かい合わされている対象物の境界面の面法線の間の角度、として定義されている。入射角ｂ＝０°は、対象物の境界面へ光線が垂直に入射することを意味している。入射角ｂ≠０°は傾いた入射と称される。
【００１９】
送信器に向かい合わされている境界面では、対象物へ入射される電磁光線は屈折される。従って電磁放射は対象物内では伝搬角度ｅで伝搬し、当該伝搬角度ｅは屈折の法則（スネルの法則）に従って対象物の屈折率及び入射角ｂから算出されている。
【００２０】
傾斜して入射する場合、入射される光線は対象物の両方の境界面の間でより長い経路を進まなければならない。これは測定信号を検知する際及び層厚を算出する際に考慮されなければならない。好ましくは、測定は垂直な入射を用いて実行される。
【００２１】
パルス状の電磁放射を用いる測定の際には、層厚の特定は、放射パルス（光線パルス）の飛行時間を測定することによって行われる。放射パルスは、中心周波数について時間空間内並びに周波数空間内の波束によって説明される。放射パルスが短いほど、層厚をより正確に分解することが可能である。短い放射パルスは広帯域信号に対応する。極端に短い放射パルスの発生は高価な送信器（トランスミッタ）を必要とする。
【００２２】
請求項２に従う方法は、より長いパルス期間の放射パルスを用いた層厚の測定を可能とする。入射がパルス状に行われる場合には、複数の単独パルス、又は、連続して入射される複数のパルスを使用することが出来る。全てのケースにおいて、１つの測定ステップにおいて入射される光線に、１つの周波数領域を割り当てることが出来る。
【００２３】
個別の複数の測定ステップの複数の測定信号の結合は、好ましくは、複数の周波数帯がそれぞれの中心周波数に従って共通の周波数軸にプロットされるように、行われる。層厚を算出するために特定される基本周波数は、その場合、周波数空間内のファブリ・ペロー振動に対応する。
【００２４】
境界条件では、固定的な中心周波数の準連続的な放射が入射される長さでパルス持続時間を選ぶことが出来る。この場合、１つの測定ステップに割り当てられた周波数帯は、実質的に準連続的な放射の中心周波数に対応している。測定信号の特定は、飛行時間測定に代えて、干渉測定によって行うことが可能である。
【００２５】
請求項３に従う方法は、僅かな周波数偏差を有する周波数変調された連続的な放射を用いた測定を可能にする。周波数偏差は、この場合、関数を用いた時間窓（時間窓関数）への周波数帯のマッピングによって定義される。関数は、バンド幅全体に渡る１つの個別の大きな周波数偏差の代わりに、個々の測定ステップにおいて、狭い周波数帯のみをマッピングしなければならない。関数は好ましくは時間窓に渡って単調に増加する、格別に好ましくは直線的に増加する。
【００２６】
周波数帯及び関連する時間窓の関数的な関連に基づいて、個別の複数の測定ステップの複数の測定信号の結合は、共通の時間軸上での複数の測定信号のプロットに対応する。
【００２７】
請求項４に従う方法は、位相変調された測定用のシステムを用いる方法の実行を可能とする。位相変調された測定の際には、電磁放射は、それぞれの測定ステップに割り当てられた中心周波数の分だけ位相変調される。関数は、すなわち放射がそれに従って位相変調される関数は、変調符号（モジュレーションコード）とも称される。測定ステップに割り当てられた周波数帯は、フーリエ変換を介して、中心周波数及び変調符号の時間的な継続から特定される。電磁放射が複数の測定ステップにおいて位相変調されて入射されるケースでは、その都度、同一の変調符号を異なる中心周波数において用いることが出来る。
【００２８】
請求項５に従う方法は、バンド幅が効率的にカバーされるという長所を有している。個々の測定ステップの冗長性及びそれに関連する測定信号を結合する際の困難性は避けられている。本方法は、効果的にそして時間節約的に実行可能である。
【００２９】
請求項６に従うバンド幅・中心周波数は広い周波数領域をカバーすることを可能にする、特には０．０１ＴＨｚから３ＴＨｚの周波数領域、特には０．２ＴＨｚから２ＴＨｚの周波数領域といった、広い周波数領域をカバーすることを可能にする。この周波数領域での電磁放射は、特にはプラスチック製の対象物といった、測定されるべき対象物を、良好に通過する。吸収損失は低減されているか又は回避されている。更に、この周波数領域には、特には完全に電子的な、有効な送信器が存在する。本方法は有効且つ正確である。
【００３０】
請求項７に従って選択されるバンド幅は、特には屈折率がｎである測定されるべき対象物の特性への、及び、測定されるべき最小の層厚ｄｍｉｎへの、本発明に従う方法の適合を可能とする。代替的に、既知のバンド幅を用いて測定装置のために測定されるべき最小の層厚ｄｍｉｎ、すなわち最大分解能、を単純に指定してもよい。本方法は、簡潔且つ精確である。
【００３１】
光線が測定されるべき対象物の層厚を２度通過する反射測定に対しては、ハンド幅Ｂについて、
【数１】
2020518838.tif 000003
が成り立ち、その際、ｃは真空中での光速度である。透過測定に対しては、透過測定に適したバンド幅Ｂが選択されなければならない。
【００３２】
バンド幅は、例えば５０ＧＨｚから５００ＧＨｚの間の値、特には１００ＧＨｚから２５０ＧＨｚの間の値、特には１５０ＧＨｚから２００ＧＨｚの間の値、を取ることが出来る。例えば電磁放射が垂直に入射する反射測定を用いて、測定される最小の層厚ｄｍｉｎ＝０．６６が測定され、その際測定されるべき対象物がｎ＝１．５の屈折率を有することが見込まれる場合、必要とされる最小のバンド幅Ｂは約１６０ＧＨｚである（Ｂ≒１６０ＧＨｚ）。
【００３３】
請求項８に従う方法は、ナイキスト＝シャノンの標本化定理を満足する。複数の個別の測定ステップの複数の周波数領域が、バンド幅全体をカバーする必要はない。これは、測定精度を低下させることなく、実施される測定ステップの最少化を可能とする。本方法は測定されるべき対象物に適合可能である、特にはその測定されるべき最大の層厚ｄｍａｘに適合可能である。
【００３４】
反射測定に対しては、周波数領域Δｆ、測定される最大層厚ｄｍａｘ、及び、対象物の屈折率ｎの間の関係には、
【数２】
2020518838.tif 000004
が成り立つ。電磁放射が対象物を一度しか通過しない透過測定に対しては、周波数領域Δｆに対する数式は適宜適合されなければならない。
【００３５】
反射測定によって測定される最大層厚ｄｍａｘが６．６６ｍｍの値を取る場合（ｄｍａｘ＝６．６６ｍｍ）、垂直入射の際の周波数間隔Δｆは、１０ＧＨｚ未満で選ばれなければならない。
【００３６】
請求項９に従う方法は、格別に良好に複数の測定ステップを同時に実行するために適している。本方法は迅速かつ効果的である。加えて、それぞれに設定された周波数バンドに関する電磁放射用の送信器のみが必要とされる。これらは安価でありまた信頼性が高い。本方法のための構成コストは僅かである。好ましくは、それぞれの測定ステップを実行するために、２次放射用にそれぞれ１つの受信器が設けられている。本方法は、その都度の送信器及び受信器を換えることによって、簡潔に適合可能及び組み換え可能である。較正ステップは、好ましくは最初の測定前に一度だけ行われる。
【００３７】
請求項１０に従う方法は、複数の個別の測定ステップを実行するための複数の送信器を完全に互いに独立して選択しそして駆動させることが出来るという利点を有している。異なる周波数の電磁放射用の送信器は、固定の振幅関係又は固定の位相関係を有している必要はない。較正（カリブレーション）は好ましくは、特には金属鏡体といった既知の較正用物体における測定により行われ、その際、較正用物体から発せられる二次放射は送信器の振幅及び位相を正規化（規格化）するために利用される。較正は、測定精度を損なうことなしに、送信器の自由な選択を可能とする。
【００３８】
請求項１１に従う作動制御は特に、異なる複数の送信器が固定的な位相関係で作動制御されまた同一の振幅において働くように、行われる。送信器の同期された作動制御は、例えば基準発振器を介して行うことが出来る。同期された作動制御の場合には、較正を行わなくてもよい。
【００３９】
本発明の第２の課題は、請求項１２で挙げられている特徴を有する装置によって解決される。本装置は、少なくとも２つの、それぞれ１つの定められた周波数帯内の周波数を有する電磁放射を放出するための送信器を含んでいる。個別の複数の送信器の複数の周波数帯は、１つのバンド幅の異なる複数の部分領域である。更に、そのバンド幅内の周波数を有する電磁放射用の少なくとも１つの受信器、及び、評価電子機器が備えられている。評価電子機器は上述の方法を実行するために設計されている。
【００４０】
本装置は、広域信号を放出するために高価な送信器及び／又は受信器を設けることなしに、広いバンド幅をカバーすることが出来るという長所を有している。本装置は正確な測定を可能とする。
【００４１】
本装置は、少なくとも２つの測定ステップを有する方法を実行するために設計されている。それぞれの測定ステップ用に専用の送信器が設けられていてもよい。しかしながら、個々の複数の送信器がそれぞれ、複数の測定ステップを実行するために設計されていてもよい。これに関しては特に、調整可能な送信器も考えられ得る。
【００４２】
特に好ましくは、送信器ごとに、それぞれの周波数帯内の周波数を有する電磁波用の受信器が設けられている。これは複数の測定ステップを同時に実行することを可能にする。複数の送信器及びそれぞれの複数の受信器は、送信器受信器ユニットへと組み合わされていてよく、特には、例えばレーダーアンテナといった複数の同一の構成要素を含んでいる。
【００４３】
本装置の更なる長所は、上述した方法の長所に対応している。評価電子機器は更に、測定前に更正工程を実行するために設計されていてもよい。
【００４４】
請求項１３に従う装置においては、送信器の更正を取りやめることが出来る。本装置の測定精度は向上されている。
【００４５】
請求項１４に従う装置は、本装置を用いて実行可能な方法を測定されるべき対象物の特性へ適合させることを可能とする。この場合特に、屈折率、対象物の最大の層厚、及び／又は、対象物の最小の層厚が考慮され得る。対象物の特性の入力は、データインターフェースを介して手動又は自動で行われる。例えば、特には基準値（参照値）といった対象物の特性を上流に位置する製品ユニットから層厚を測定するための装置に転送すること、が企図され得る。
【００４６】
インターフェースを介して評価電子機器へ伝達されるデータからは、特には周波数領域を特定することが可能であり、当該周波数領域はバンド幅内では測定ステップのどの周波数帯にも属してはいない。特には、その種の周波数領域がある特定の最大値を超過しないことが企図され得る。更に、送信器によってカバーされるバンド幅は測定される最小の厚さに適合され得る。
【００４７】
請求項１５に従う装置は、簡潔な変換及び変更（改良）を可能にする。従って、本装置及び測定方法は、大きく異なる被測定対象物に適合可能である。測定条件が変更された場合に新たな装置を調達することが避けられる。これは構成費用を最小化する。
【００４８】
本発明の更なる特徴、利点、及び詳細は、以下の実施例及び関連する図面からもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】対象物の層厚の測定の概略図を示す。
【図２】電磁照射の周波数を示しており、当該周波数は既知の方法で大きなバンド幅に渡って直線的に周波数変調されている。
【図３】電磁照射の周波数を示しており、当該周波数は本発明に従い複数の測定ステップにおいて直線的に、離散的な境域帯の周波数帯に渡って変調されている。
【図４】図２に従って周波数変調された照射を用いた測定によって得られる評価信号を示す。
【図５】図３に従って周波数変調された測定ステップを実行することによって得られる評価信号を示す。
【図６】対象物の層厚を測定するための装置を示す。
【図７】対象物の層厚を測定するための方法経過を概略的に示す。
【図８】対象物の層厚を測定するための別の装置を示す。
【図９】複数の異なる測定ステップから再構成される周波数領域における評価信号を示す。
【図１０】位相変調された電磁放射を用いる測定ステップの実行を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１には対象物１の層厚ｄの測定が概略的に示されている。対象物１は、層厚ｄ分だけ間隔を置かれている境界面２、３を有している。対象物１の層厚ｄは、最小の層厚ｄｍｉｎ及び最大の層厚ｄｍａｘの間の範囲内で変動する。最小層厚ｄｍｉｎ及び最大層厚ｄｍａｘは、測定に関して、測定される最小の或いは最大の層厚である。対象物１は屈折率ｎを有しており、当該屈折率ｎは対象物１の周囲環境の屈折率とは異なっている。通常、測定は空気中又は真空中で行われるので、周囲環境の屈折率は１である。
【００５１】
対象物１の層厚ｄを測定するために、電磁放射（電磁波、電磁光線）４が入射角ｂで対象物１の境界面２へ入射される。入射角ｂは電磁放射４の伝搬方向５と境界面２の面法線６の間の角度として定義されている。入射した電磁放射４は境界面２にて部分的に反射放射（反射波）７として反射される。電磁波４の反射されなかった成分は対象物１内へ侵入し、そこで面法線６に対する伝搬角度ｅで境界面３の方向へ進む。伝搬角度ｅは境界面２での電磁放射４の屈折に基づき入射角ｂとは異なっている。伝搬角度ｅは屈折の法則（スネルの法則）に従って算出することが出来る。その際、
【数３】
2020518838.tif 000005
が成り立つ。
【００５２】
境界面３では対象物１内へ侵入した光線が少なくとも部分的に、反射し、そして、放出放射（放出波）８として境界面２にて対象物１から出る。反射放射７及び放出放射８は、対象物１の境界面２、３から外へ出る２次放射である。２次放射７、８からは、対象物１の層厚ｄの算出が可能な測定信号を特定することが出来る。それに関しては、反射波７は放出波８に重ねられ得てまた評価され得る。
【００５３】
達成可能な分解能は、入射される電磁波４のスペクトルバンド幅Ｂから決定され得る。
【００５４】
対象物１は、例えばプラスチックパイプといった、合成物質製部材である。バンド幅Ｂは約１０００ＧＨｚのバンド幅中心周波数（帯域幅中心周波数）ｆＭを有している。複数の合成物質製部材がギガヘルツ領域の電磁波によって良好に通過される。それらの合成物質製部材は透明である。複数の別の実施例においては、対象物１は別の材料から製造されている。バンド幅Ｂのバンド幅中心周波数ｆＭは対象物１の材料に適合されていてもよい。例えば、バンド幅中心周波数ｆＭは５０ＧＨｚから１５００ＧＨｚの間で選択され得る。
【００５５】
層厚ｄｍｉｎの対象物１を分解することが出来るためには、電磁放射４は、
【数４】
2020518838.tif 000006
が成り立つバンド領域Ｂをカバーしていなければならず、その際、ｃは真空中の光速度である。この場合光学的な経路長（パスの長さ）ｎ・ｄｍｉｎ＝１ｍｍが分解されるべきである場合、これは垂直入射の際には最小で１５０ＧＨｚのバンド幅を必要とする。層厚ｄを測定するための既知の方法及び装置のバンド幅が物理的に制限されているだけではなく、更には対応する送信器及び受信器が非常に高価でもある。以下においては、広いバンド幅Ｂを用いる測定を、複数の測定ステップＭｉで置き換える方法が説明される。添字ｉ、ｉ＝１、２，．．．、は個々の測定ステップＭｉに番号付けしている。
【００５６】
図２から図５に関連して、対象物１の層厚ｄを測定するための方法の第一の実施例が説明される。本方法は周波数変調された電磁放射４を用いる。
【００５７】
図２には、周波数変調されたレーダー測定において用いられるような電磁放射４のための既知の変調が図示されている。これに関して、電磁放射４の周波数ｆは、時間ｔ上にプロットされている。周波数ｆが測定期間Ｔ内で直線的な関数ｆ（ｆ）に沿って時間ｔに渡り増加することによって、測定期間Ｔに渡って、周波数ｆは最小周波数ｆ０から最大周波数ｆ１まで変化される。関数ｆ（ｔ）は測定期間に渡る周波数偏移を表している。測定期間Ｔの経過後、周波数ｆは再度最小周波数ｆ０へ飛び戻る。スペクトル的なバンド幅Ｂは、最小周波数ｆ０と最大周波数ｆ１の間で定義されている。バンド幅Ｂは、バンド幅中心周波数ｆＭに関して定義されている。
【００５８】
対象物１の第１の境界面２から発せられる反射光線７は、第２の境界面３から発せられる放出光線８と重ねられる。それぞれの２次放射７、８の異なる飛行時間に基づいて振幅の測定信号Ａ：
【数５】
2020518838.tif 000007
がもたらされ、その際、Δω１及びΔω２はそれぞれの境界面２、３に割り当てられた周波数である。入射された光線４の周波数の直線的な変化に基づき、図４に示されいるような、振幅のうなりが生じる。これに関して図４には測定信号Ａの振幅が測定期間Ｔに渡る時間ｔの関数として示されている。うなりの基本周波数ω０：
【数６】
2020518838.tif 000008
は、反射放射７と放出放射８の周波数差に比例するので、そこから、対象物１の層厚ｄ：
【数７】
2020518838.tif 000009
を特定することが出来る。その際、ｋは１次関数ｆ（ｔ）の傾きである。
【００５９】
測定信号Ａは、層厚ｄを直接算出するために用いられ得て、従ってそれは評価信号である。層厚ｄの分解能を保証するために、バンド幅Ｂについての周波数偏移は従って、少なくともうなりの基本周波数の周期の長さの半分をカバーしなければならない。
【００６０】
図３には、４つの測定ステップＭｉ，ｉ＝１，２，３，４、の測定信号が図示されている。それぞれの測定ステップＭｉにおいて、電磁放射４は時間ｔについての関数ｆｉ（ｔ）に従って変調される。その際、関数ｆｉ（ｔ）は、それぞれの測定ステップＭｉに割り当てられた周波数帯Ｆｉを時間窓Ｔｉ上に描写する。周波数帯Ｆｉはバンド幅Ｂの部分領域である。関数ｆｉ（ｔ）は直線的に単調増加する。関数ｆｉ（ｔ）によって、図２に示されている周波数偏移ｆ（ｔ）の複数の部分領域はバンド幅Ｂに渡ってカバーされる。複数の周波数帯Ｆｉは重なり（オーバーラップ）がなく、そしてバンド領域Ｂを完全にはカバーしていない。
【００６１】
個々の測定ステップＭｉで検知された二次放射７、８からは、その都度、測定信号Ａｉの振幅を算出することが出来る。時間窓Ｔｉの僅かな長さに基づいて、それぞれの測定信号Ａｉはうなりの一部のみ（図３参照）をカバーする。しかしながら、図５に示されているように、個々の複数の測定ステップＭｉの複数の測定信号Ａｉの複数の振幅を組み合わせることは可能である。これに関して、それぞれの周波数帯Ｆｉに従う個々の複数の測定ステップＭｉの複数の測定信号Ａｉは、１つの評価信号Ａ０に組み合わせられる。周波数変調された測定の場合には、それぞれの周波数帯Ｆｉの位置から、時間軸ｔに沿う測定期間Ｔについて複数の測定信号Ａｉを組み合わせることが出来る。複数の測定ステップＭｉの統合された複数の測定信号Ａｉからは、うなり関数（ビート関数）の近似或いはフィッティングによって、評価信号Ａ０の基本周波数ω０が特定され得て、またそこから層厚ｄを算出することが出来る。
【００６２】
図３に示されているように、複数の周波数幅Ｆｉは、全てのバンド幅Ｂをカバーしているわけではない。基本周波数ω０は層厚ｄに比例しているので、層厚ｄの増加に伴いうなり周波数は増加する。ナイキスト＝シャノンの標本化定理に従い、基本周波数ω０を明確に特定するためには、基本周波数ω０の周期ごとに少なくとも２つのサンプリングポイントが必要である。従って、測定されるべき最も厚い層厚ｄｍａｘを特定することが出来るように、バンド幅Ｂ内で測定ステップＭｉのどの周波数帯Ｆｉにも属していない周波数領域Δｆを十分に小さく選ぶことが必要であり、その目的は、基本周波数ω０の一義的な再構成を可能とすることである。このために周波数領域Δｆは、以下の条件：
【数８】
2020518838.tif 000010
を満たさなければならない。
【００６３】
個々の複数の測定ステップＭｉは、互いに独立して実行される。複数の測定ステップＭｉは、同時に又は連続して実行され得る。同時に実行することには、迅速で効果的な測定という利点がある。連続的な測定は、それぞれの測定ステップＭｉにおける電磁線４を対象物１の境界面２の同じ位置へ入射させることを可能にする。それにより、空間的に大きく解像された層厚ｄの測定が可能である。特には、層厚ｄの空間的な変化が追跡可能である。
【００６４】
不図示の別の実施例では、多少に関わらず複数の測定ステップＭｉを実行することが可能である。特に２つの測定ステップのみを実行することが企図され得る。個々の複数の測定ステップＭｉの周波数帯Ｆｉは重なり合っていてもよい。別の実施例においては、周波数帯Ｆｉはバンド幅Ｂの全体をカバーしている。
【００６５】
評価信号Ａ０は周波数空間に関しても同様に分析され得る。そこでは評価信号Ａ０は２つのパルスから構成される。第１のパルスは基本周波数ω０に対応し、第２のパルスはうなりの高調波に対応する。パルスの幅は、そのスペクトルバンド幅に反比例するので、その結果、複数のパルスは、バンド幅Ｂが対応的に大きい場合のみ、時間的に分離され得る。従って、基本周波数ω０のパルスの位置を直接層厚ｄに換算することが出来る。
【００６６】
図６には上述の測定方法を実行するために測定構造が示されている。測定構造は境界面２、３を有する対象物１及び測定装置１０を含んでいる。測定装置１０は、周波数帯Ｆ１或いはＦ２における電磁放射４のための２つの送信器Ｓ１及びＳ２を含んでいる。更に２つの受信器Ｅ１及びＥ２が、それぞれの周波数帯Ｆ１或いはＦ２における２次放射７、８のために、設けられている。送信器Ｓｉ及び受信器Ｅｉは測定装置１０内で、１つずつ送信器受信器ユニット１１に統合されている。それぞれに送信器Ｓｉ及び受信器Ｅｉを有する送信器受信器ユニット１１は、周波数変調された連続的な電磁放射４を放射し、また、対象物１によって反射される対応的な２次放射７、８を受信することが出来るレーダーアンテナである。送信器受信器ユニット１１ごとに、制御及びデータ処理ユニット１２が設けられている。制御及びデータ処理ユニット１２は送信器Ｓｉを起動制御しまた受信器Ｅｉによって受信された２次放射７、８を１つの測定信号Ａｉへと加工処理する。複数の制御及びデータ処理ユニット１２が、データ及び信号伝達的な様態で、１つの評価電子機器１３に接続されている。評価電子機器１３はインターフェース１４を含んでいる。
【００６７】
評価電子機器１３は、上述の測定方法を実行するのに適している。個々の方法ステップは測定方法１５として図７に概略的に示されている。
【００６８】
送信器Ｓｉ及び受信器Ｅｉは先ず、較正ステップ（カリブレーションステップ）において較正されなければならない。較正の際には、送信器Ｓｉによって生じた電磁放射４の位相と振幅は正規化（規格化）される。それにより、複数の送信器Ｓｉは互いに独立して実行される測定ステップＭｉにおいて用いることが可能であり、その際、基準信号又は同期化信号は必要ない。このため、較正ステップ１６では、例えば金属鏡体といった既知の較正対象物が測定され得る。
【００６９】
較正ステップ１６には、準備ステップ１７が続いている。準備ステップ１７では、対象物１が準備される。更に、インターフェース１４を介して、対象物１の関連する特性が評価電子機器１３に伝達される。対象物１のこれらの特性には、屈折率ｎ、最大層厚ｄｍａｘ及び最小層厚ｄｍｉｎが含まれる。これらの特性を入力するため、インターフェース１４は入力モジュールとして設計されており、それを介して使用者は対象物１の特性を直接入力することが出来る。複数の別の実施例においては、インターフェース１４はデータインターフェースとして設計されている。これらの実施例においては、対象物１の複数の特性は自動的に、対象物１が製造される上流の生産拠点から、直接測定装置１０へ転送され得る。準備工程１７において伝達されるデータを用いて、評価電子機器１３は、測定にとって必要なバンド幅Ｂ及び最大の周波数領域Δｆを算出する。更に、実行される測定ステップＭｉの総数は、対象物１に最適に適応され得る。
【００７０】
準備ステップ１７の後には、少なくとも２つの測定ステップＭｉが実行される。それぞれの測定ステップＭｉでは、１つの送信検知ステップ１８において、測定ステップＭｉに割り当てられている周波数帯Ｆｉ内の電磁放射４が対象物１へ入射され、また結果的に生じる２次放射７、８が検知（検出）される。これに関して、評価電子機器１３は、測定ステップＭｉにとって必要な周波数帯Ｆｉを、送信器Ｓｉを備えその周波数帯Ｆｉに適した送信器受信器ユニット１１の制御及びデータ加工ユニット１２へ、更に送る。電磁放射４はその後、送信器Ｓｉから対象物１へと入射され、２次放射７、８は受信器Ｅｉによって検知される。送信検知ステップ１８には、データ加工ステップ１９が続いており、当該データ加工ステップ１９では検知された２次放射７、８から測定ステップＭｉの測定信号Ａｉが制御及びデータ加工ユニット１２によって算出される。
【００７１】
全ての測定ステップＭｉを実行した後、データ加工ステップ１９において検出される複数の測定信号Ａｉは、統合ステップ（結合ステップ）２０において評価電子機器１３へ送られる。較正ステップ１６において検出される複数の送信器Ｓｉの既知の振幅及び位相の関係に基づいて、また、既知の周波数帯Ｆｉに基づいて、統合ステップ２０においては、複数の個々の測定ステップＭｉの複数の測定信号Ａｉは、評価信号Ａ０へと統合される。これに関して、複数の個々の測定ステップＭｉの複数の測定信号Ａｉは、１つの共通の時間軸又は周波数軸にプロットされる。
【００７２】
それに続き、評価信号Ａ０のフィッティングによって評価ステップ２１にて基本周波数ω０が特定され、そしてそこから層厚ｄが算出される。
【００７３】
測定ステップＭｉのそれぞれが、異なる送信器Ｓｉによって実行されることが企図されている。それぞれの送信器Ｓｉによって発生され得る電磁放射４は、それぞれの測定ステップＭｉに割り当てられた１つの周波数帯Ｆｉごとに１つずつ周波数ｆを有している。従って図６に示されている測定構成は、送信器Ｓｉ及びそれぞれの受信器Ｅｉを用いる２つの測定ステップＭｉを実行するために適している。測定装置１０はしかしながらモジュール状に構成されている。これにより、別の送信器Ｓｉ及び受信器Ｅｉが、特には送信器受信器ユニットの形態で、測定装置１０に追加され得る。これが可能であるのは、測定装置１０の送信器受信器ユニット１１が互いに独立して機能するからである。測定装置１０のモジュール状の構成によって、この装置は測定されるべき対象物１の特性に最適に適合され得る。測定精度を向上させるため送信器受信器ユニットの総数を増加させることも可能である。
【００７４】
図８には、対象物１にて層厚ｄを測定するための別の測定構造が示されている。同一の構成要素、パラメータ、及び、方法ステップは、図１から図７との関連で説明した実施例と同一の符号を付されており、この場合それらについて参照される。
【００７５】
図８に示されている測定装置２２は、送信器受信器ユニット１１のための独立した制御及びデータ処理ユニット１２の代わりに共通の基準発振器（リファレンスオシレータ）２３が設けられていることによってのみ、測定装置１０と異なっている。基準発振器２３は、複数の送信器受信器ユニット１１の複数の送信器Ｓｉから放射される電磁放射４の位相を同期させる。基準発振器２３は同期ユニットである。従って、較正ステップ１６における送信器Ｓｉの位相関係の較正を取りやめることが出来る。
【００７６】
測定装置２２も、モジュール的に設計されている。従って、別の又は代替的な複数の送信器−受信器−ユニット１１が基準発振器２３に接続され得て又それにより作動され得る。
【００７７】
不図示の別の実施例においては、送信器Ｓｉ及び受信器Ｅｉは、送信器−受信器−ユニット１１として設計されているのではなく、別々の構成要素として評価電子機器１３或いは基準発振器２３に接続されている。
【００７８】
以下においては図９に関連して、パルス状の電磁放射４を用いる対象物１の層厚ｄの測定について説明する。同一の変数（パラメータ）、構成要素、及び、方法ステップについては、先に図１から図５に関連して既に説明した実施例と同じ符号が付されており、この場合それらについて参照される。
【００７９】
パルス状の測定のケースでは、電磁放射４はパルス状のレーザーシステムを用いて対象物１へ入射される。この場合、電磁放射４の伝搬方向５での測定の解像度は、パルスの時間範囲（時間的な拡がり）に依存している。パルスの時間範囲は、他方でパルスのスペクトル的なバンド幅Ｂと関連している。電磁的なパルスはこの場合以下の数式（７）で記載され得る：
【数９】
2020518838.tif 000011
その際、ａ（ｔ）はパルス振幅及びパルス幅であり、またｃｏｓ（ωＭｔ）はパルスの中心周波数ωＭでの振動を記載している。測定のためには、この場合、２次放射７、８が検出される。第１の境界面２によって反射される反射光線７と第２の境界面２によって反射される放出光線８の間の飛行時間の差異に基づいて、
【数１０】
2020518838.tif 000012
である時間間隔τ内で、反射された２つのパルスがもたらされる。
【００８０】
従って、検知された２次放射７、８は時間範囲に関して以下の数式（９）によって記載される：
【数１１】
2020518838.tif 000013
【００８１】
周波数空間内では、乗算は畳み込み（コンボリューション）となり、また、時間オフセットは位相シフトとなる。結果として、検知された２次放射７、８に対して、周波数空間内で以下の測定信号Ａ
【数１２】
2020518838.tif 000014
がもたらされる。
【００８２】
これはスペクトルａ（ｆ）δ（ｆ−ｆｍ）に対応しており、因数（１＋ｅ−ｉｆτ）を掛けられている。周波数領域に渡る振幅スペクトル｜Ａ｜を算出する場合、後者は周波数領域内でのファブリ・ペロー振動に対応する：
【数１３】
2020518838.tif 000015
【００８３】
ファブリ・ペロー振動の周期期間からは、基本周波数ω０＝２／τが特定され得て、またそこから数式（８）に従って、層厚ｄを算出することが出来る。
【００８４】
振幅スペクトル｜Ａ｜の様態の測定信号は、図９において周波数ｆに関連して図示されている。全てのバンド幅に渡って測定される場合、ファブリ・ペロー振動を読み出すことが可能であり（図９の曲線９参照）、また、層厚ｄを特定するための基本周波数ω０を算出することが可能である。測定される最小の層厚ｄｍｉｎを解像するために十分なバンド幅Ｂを利用可能とするためには、周知のように、極端に短い放射パルスの発生が必要である。ファブリ・ペロー振動はこの場合複数の測定ステップＭｉを実行することによって、再構成される。このために、電磁放射４は複数の測定ステップＭｉにおいてパルス状に入射される。放射パルスの継続期間はこの場合、それぞれの測定ステップＭｉに割り当てられる周波数帯Ｆｉがバンド幅Ｂの分数部分（一部分）のみをカバーする長さで選ばれる。それぞれの測定ステップＭｉに対して、すなわちそれぞれの周波数バンドＦｉに対して、反射されたパルス、すなわち２次放射７、８が検知され、またそこから測定信号｜Ａｉ｜が算出される。複数の測定信号｜Ａｉ｜が、共通の１つの周波数軸ｆ上の周波数バンドＦｉに従って、評価信号｜Ａ０｜へと統合される。ファブリ・ペロー振動のフィッティングによってその後、曲線９を再構成することが可能であり、またそこから層厚ｄを演算するための基本周波数ω０を特定することが可能である。
【００８５】
ファブリ・ペロー振動の周期継続時間は間接的に層厚ｄに対して比例しているので、ファブリ・ペロー振動の最大の周波数間隔、すなわち基本周波数ω０は減少する。測定される最大の層厚ｄｍａｘにためにも解像を保証するために、周波数領域Δｆは上述の方程数式（６）のように選択されなければならない。
【００８６】
別の実施例においては、個別の測定ステップＭｉの電磁的な放射４は略連続的に入射される。この場合、電磁放射４のパルス状の入射の境界条件が重要であり、その際、放射パルスの時間的な長さは（無限に）長い。このケースでは、個別の測定ステップＭｉの周波数バンドＦｉは、１つのシャープな周波数へと減少し、それは、個々の測定ステップＭｉにおいて入射される放射パルスの中心周波数ωＭに対応する（数式（７）を参照）。
【００８７】
電磁波４が略連続的に入射される場合では、個々の測定ステップＭｉにおける測定信号｜Ａ｜の特定は、飛行時間測定によっては行われない。このケースでは、反射放射（反射波）７及び放出放射（放出波）８の干渉から測定信号を獲得することが企図されている。
【００８８】
図９に関連して説明される測定方法も、測定手順１５の複数の方法ステップに分かれている。この方法は特には、測定装置１０、２２に対して同等である複数の測定装置を用いて、実行可能である。これに関しては、パルス状の或いは略連続的な放射４、７、８を送信或いは受信するための送信器Ｓｉ或いは受信器Ｅｉが設計されていなければならない。
【００８９】
別の実施例では、電磁光線４はそれぞれの測定ステップＭｉにて位相調整されて対象物１へと入射される。測定原理は図１０に示されている。同一の構成要素、パラメータ、及び、方法ステップは、図１から図９との関連で説明した実施例と同一の符号を付されており、この場合それらについて参照される。
【００９０】
送信器Ｓｉはオシレータ（発振器、振動子）２４を含んでおり、当該オシレータ２４を用いて、固定的な中心周波数ωＭを有する連続的な放射が発生される。位相変調器（フェーズモジュレータ）２５では変調符号（モジュレーションコード）２６が連続的な放射２８に変調される。変調符号２６は、送信器Ｓiに割り当てられている制御及びデータ加工ユニット２５によって、位相変調器２５へ送られる。位相変調器２５は入射される電磁放射４の位相φを時間ｔについての関数φｉ（ｔ）に従って変調する。図示されている実施例においては、０から１へ又は１から０へ変化する際にその都度、πの位相跳躍が引き起こされることによって、位相φは二進変調符号（バイナリーモジュレーションコード）に従って変調される。結果的に生じる電磁的な放射４は、図１０に例示されている。位相変調された電磁放射４は対象物１へと入射され、対象物１の境界面２、３から発せられる２次放射７、８は受信器Ｅｉによって検知される。検知される２次放射７、８は、位相復調器（フェーズデモジュレータ）２７によって時間ｔに関する測定信号Ａに復調（デコード）される。これに関して、位相復調器２７にも同様に変調符号２６が供される。復調された測定信号Ａｉ（ｔ）は、上記のパルス状の測定の際に獲得されるようなパルス図に対応する。時間領域におけるパルス図は、フーリエ変換によって周波数空間における測定信号Ａｉへ変換される。測定ステップＭｉにおいてカバーされている周波数帯Ｆｉは、変調符号２６の時間的な長さｔｃｏｄｅに対して反比例しており、それは変調符号２６の周期期間を表している。
【００９１】
更なる手順は、上記の図９の説明に基づいて記載したパルス状の電磁波４を用いる方法と同様である。異なる複数の測定ステップＭｉでは複数の測定信号Ａｉが、複数の振動器（オシレータ）によってもたらされる複数の異なる中心周波数ωＭで発生され、そして、全ての測定ステップＭｉの実行後に統合される。これは、測定信号Ａｉが周波数ｆに渡ってプロットされ、評価信号｜Ａ０｜がフィッティングされ、そして基本周波数ω０が検出されることによって行われる。
【００９２】
先に検討した全ての測定方法は、広いバンド幅Ｂの電磁放射４を用いて検知される測定結果が、狭い周波数帯Ｆｉをカバーする少なくとも２つの測定ステップＭｉによって再構成され得ること、を特徴としている。従って、別の明示されてはいない実施例においては、上述のいくつかの実施例も組み合わせられる。従って例えば、電磁放射４を１つの測定ステップＭ１において周波数変調させ、また、別の測定ステップＭｉにおいて位相変調させ対象物１へ入射させることが企図され得る。種々の実施例を異なる測定ステップＭｉに対して任意に組み合わせることが出来る。
【００９３】
測定方法１５及び測定装置１０、２２は、反射測定を用いた層厚ｄの測定のために設計されている。代替的に透過測定を行うことも可能である。これに関しては、２次放射は対象物１を一度だけ通過する。２次放射は、対象物１を通り抜けない参照放射（参照光線）と重ね合わされるが、その目的はそれに従いそれぞれの測定ステップＭｉの測定信号Ａｉを特定することである。このケースでは、数式（２）及び数式（６）は、バンド幅Ｂ或いは周波数領域Δｆのために適切に適合されなければならない。
【符号の説明】
【００９４】
１                  対象物
２、３              境界面
４                  電磁放射（電磁波、電磁光線）
７、８              ２次放射
１３                評価電子機器
１４                インターフェース
ｄ                  層厚
Ａｉ；｜Ａｉ｜        測定信号
Ａ０；｜Ａ０｜        評価信号
Ｂ                  バンド幅
Ｆｉ                周波数帯
Ｍｉ                測定ステップ
ω０                  基本周波数
【図１】
2020518838.tif 000018
【図２】
2020518838.tif 000019
【図３】
2020518838.tif 000020
【図４】
2020518838.tif 000021
【図５】
2020518838.tif 000022
【図６】
2020518838.tif 000023
【図７】
2020518838.tif 000024
【図８】
2020518838.tif 000025
【図９】
2020518838.tif 000026
【図１０】
2020518838.tif 000027
【国際調査報告】
2020518838.tif 000028
2020518838.tif 000029
2020518838.tif 000030
2020518838.tif 000031
2020518838.tif 000032
2020518838.tif 000033