DE2714397A1

DE2714397A1 - Verfahren und vorrichtung fuer messungen an duennen filmen mit spiegelnden oberflaechen unter verwendung von infrarotstrahlung

Info

Publication number: DE2714397A1
Application number: DE19772714397
Authority: DE
Inventors: Jon Francis Pugh; Paul Williams
Original assignee: Industrial Nucleonics Corp
Current assignee: Industrial Nucleonics Corp
Priority date: 1976-04-05
Filing date: 1977-03-31
Publication date: 1977-10-13
Also published as: SE8104527L; SE439376B; CA1080504A; GB1573263A; SE447164B; FR2347677B1; IT1076132B; SE7703750L; US4027161A; FR2347677A1

Description

Licht Schmidt Hansmann & Herrmann Patentanwälte

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Licht. Schmidt. Hansmann. Herrmann- Postfach 701205 -8000 München 70 ' Dipl. -Ing. Martin Licht

Or. Reinhold Schmidt Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Albert-Roßhaupter-Str. 8000 München 70

Telefon: (089)7603091 Telex: 5 212 284 pats d Telegramme: Lipatli München

31. März 1977 Bü/Ba

INDUSTRIAL NUCLEONICS CORPORATION
Ackerman Road
Columbus, Ohio 43202
USA

Verfahren und Vorrichtung für Messungen an dünnen Filmen mit spiegelnden Oberflächen unter Verwendung von Infrarotstrahlung

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Deutsche Bank München. Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ 70070010) Postscheck München Nr. 163397-802

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fallenden Strahlungstypen von der gegenüberliegenden Filmseite austritt und daß der größte Teil der austretenden Strahlung auf die gegenüberliegende Filmoberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln zurückgestrahlt wi rd.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Strahlungstyp als ein schmales Band von Wellenlängen erzeugt werden, die in beträchtlichem Maß von Filmmaterial absorbiert werden, und daß einer der beiden Strahlungstypen als ein Paar schmaler Wellenlängenbänder erzeugt wird, die Spektralbereiche zu beiden Seiten dicht neben dem schmalen Band von Wellenlängen des ersten Strahlungstyps einnehmen, wobei die den beiden benachbarten Wellenlängen zugeordneten Strahlen in geringerem Maße vom Filmmaterial absorbiert werden als die Strahlen des ersten Strahlungstyps.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kleine, Infrarotstrahlung reflektierende Elemente an den zur Ausrichtung der Strahlen dienenden Punkten angebracht werden und daß diese Elemente von einer den ersten und den zweiten Strahlungstyp erzeugenden Infrarot-Strahlungsquelle beleuchtet werden, wobei die auf der Filmoberfläche auffallenden und den Film auf verschiedenen Wegen durchlaufenden Strahlen die von den Elementen reflektierte Infrarotstrahlung umfassen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente in einer Umhüllung angebracht sind, die ein Oberflächengebiet des Films umschließt.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Primärstrahl von der Quelle auf einen in der Umhüllung angebrachten Primärreflektor gelenkt wird, so daß die an den zur Strahl umlenkung vorgesehenen Punkten angebrachten, reflektierenden Elemente von der vom Primärreflektor reflektierten Infrarotstrahlung beleuchtet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der von der Quelle ausgehende Primärstrahl der Strahlungstypen auf den Primärreflektor gebündelt wird, so daß praktisch alle von der Umhüllung aufgenommene Strahlung vom Primärreflektor reflektiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einer Rotationsfläche besteht und daß die reflektierenden Elemente auf der Rotationsfläche angebracht sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsfläche eine Halbkugel ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der von der Rotationsfläche umschlossenen Filmfläche abgedeckt wird, um den Durchgang von Strahlung zur Filmoberfläche bis auf ein schmales, längliches Gebiet zu blockieren.

11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Infrarotstrahlung reflektierende Elemente auch an den die Strahlung umlenkenden Punkten angebracht sind.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung reflektierende Elemente zu beiden Seiten des Films angebracht werden, um eine Umhüllung zu schaffen, die ein Filmgebiet zu beiden Seiten des Films umschließt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung mit Nachweiseinrichtungen nachgewiesen wird, die so angeordnet sind, daß die Strahlung nicht von der Quelle zu den Nachweiseinrichtungen gelangen kann, ohne auf eines der die Strahlung reflektierenden Elemente zu treffen.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Umhlil 1 ungstei Ie eine Rotationsfläche ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rotationsfläche eine Halbkugel ist.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß ein von der Quelle ausgehender Primärstrahl der Strahlungstypen durch denFilm von einer Seite desselben geschickt wird, um reflektierende Elemente an der gegenüberliegenden Filmseite zu beleuchten.

17. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlen umlenkenden Punkte auf einer stetig verlaufenden Oberfläche angebracht sind und daß die die Strahlung reflektierenden Elemente einen Teil dieser Oberfläche bilden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß die stetig verlaufende Oberfläche aus einem Material be-

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steht, das Infrarotstrahlung stark reflektiert.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminium als Material verwendet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlung reflektierenden Elemente durch Sandstrahlung der Aluminiumoberfläche hergestellt werden.

21. Vorrichtung zur Messung einer Eigenschaft eines Infrarotstrahlung durchlässigen Films mit spiegelnden Oberflächen, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzeugung einer ersten und einer zweiten Infrarotstrahlung, deren Wellenlängen so gewählt sind, daß die eine Strahlung stärker im Filmmaterial absorbiert wird als die andere Strahlung; Einrichtungen zur Ausrichtung der Strahlen

(56) jedes Strahlungstyps von einer Vielzahl von Punkten (54) auf eine Filmoberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln, so daß die Strahlen eine Vielzahl von Strahlwegen (62, 64) im Film (10) durchlaufen, und ein breites Spektrum von Strahlwegen ergeben; Einrichtungen zum Auffangen der aus dem Film (10) austretenden Strahlung und zum Zurückwerfen der aufgefangenen Strahlung von einer Vielzahl von Punkten (57, 58) auf eine Filmoberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln, so daß die zurückgeworfene Strahlung ebenfalls eine Vielzahl von Strahlwegen (66) im Film durchBuft und ein breites Spektrum von Weglängen bildet; Einrichtungen zum Nachweis des ersten und des zweiten Strahlungstyps, so daß die nachgewiesenen Komponenten jedes Strahlungstyps unter praktisch eilen möglichen Phasenwinkeln addiert werden und daß die Komponenten der jeweiligen, unter allen möglichen Phasenwinkeln er-

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scheinenden Strahlung beim Nachweis etwa die gleiche Intensität haben; und Einrichtungen zur Erzeugung eines Signals, das die FiImeigenschaft als Funktion des Verhältnisses der nachgewiesenen Intensitäten des ersten und des zweiten Infrarot-Strahlungstyps angibt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21 für Messungen an einem Film, der einen beträchtlichen Teil der auf eine Filmoberfläche einfallenden Strahlungen aus der gegenüberliegenden Filmoberfläche austreten lässt, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen der größte Teil der austretenden Strahlung auf die gegenüberliegende Oberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln zurückgeworfen wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzeugung des einen Schwingungstyps in Form eines schmalen Bandes von Wellenlängen, die stark vom Filmmaterial absorbiert werden, und Einrichtungen zur Erzeugung des anderen Schwindungstyps in Form eines Paars von schmalen Wellenlängenbändern, die Spektral gebiete zu beiden Seiten dicht neben dem schmalen Wellenlängenband einnehmen, wobei die dem Paar benachbarter Wellenlängen entsprechende Strahlung weniger vom Filmmaterial als der erste Strahlungstyp absorbiert wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Vielzahl kleiner, Infrarotstrahlung reflektierender Elemente (57, 58, 74, 84), die an den Punkten der Strahlumlenkung angebracht sind, eine Infrarot-Strahlungsquelle

(18) zur Erzeugung des ersten und des zweiten Strahlungstyps, und Einrichtungen zur Beleuchtung der Elemente mit Strahlung von der Quelle (18), wobei die auf die Filmoberfläche auffallenden und den Film durchlaufenden Strahlen aus den

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von den Elementen reflektierten Infrarotstrahlen bestehen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Anbringung der Elemente innerhalb einer Umhüllung, die ein Oberflächengebiet des Films (10) umschließt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch einen in der Umhüllung angebrachten Primärreflektor (34), und Einrichtungen mit denen der Primärstrahl von der Quelle

(18) auf den Primärref1ektor (34) gerichtet wird, so daß die an den Punkten der Strahl umlenkung angebrachten reflektierenden Elemente von der vom Primärreflektor (34) reflektierten Infrarotstrahlung beleuchtet werden.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Bündelung des aus den Strahlungstypen bestehenden, von der Quelle ausgehenden Primärstrahls, der auf den Primärreflektor gerichtet wird, so daß praktisch die gesamte von der Quelle (18) ausgehende, in die Umhüllung eingelassene Strahlung vom Primärreflektor (34) reflektiert wi rd.

28. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einer Rotationsfläche besteht und daß die Befestigungsteile Einrichtungen umfassen, die die Elemente auf der Rotationsfläche bilden.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Rorationsflache eine Halbkugel (34c) ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch

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Einrichtungen zur Abdeckung eines Teils des von der Rotationsfläche umschlossenen Filmgebietes, um den Durchtritt von Strahlung zur Filmoberfläche bis auf ein schmales, längliches Oberflächengebiet zu blockieren.

31. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Anbringung von Infrarotstrahlung reflektierenden Elementen an den Punkten zur Strahl umlenkung.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch Einrichtungen; mit denen Strahlungsreflektierende Elemente zu beiden Seiten des Films angebracht werden, um eine Umhüllung zu bilden, die ein Filmgebiet auf beiden Seiten des Films umschließt.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Strahlungsnachweis, die so angebracht sind, daß die Strahlung nicht von der Quelle zu den Nachweiseinrichtungen durchtreten kann, ohne auf eines der die Strahlung reflektierenden Elemente zu treffen.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus eine Rotationsfläche bildenden Einrichtungen besteht.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeidinet, daß jede Rotationsfläche eine Halbkugel ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen ein Primärstrahl der Strahlungstypen von der Quelle durch den Film von einer Seite desselben geschickt wird, um reflektierende, an der anderen Seite des Films angebrachte Elemente zu beleuchten.

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37. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte zur Strahlumlenkung auf einer stetig verlaufenden Oberfläche angebracht sind und daß die die Strahlung reflektierenden Elemente einstückig mit dieser Oberfläche ausgebi1det sind.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierlich verlaufende Oberfläche aus einem Material besteht, das Infrarotsirah 1 ung stark reflektiert.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Aluminium ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlung reflektierenden Elemente aus mit Sandstrahlung bearbeiteten Abschnitten der Alumiumoberflache bestehen.

41. Vorrichtung zur Messung einer Eigenschaft eines in Blattform vorliegenden Materials, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (18) zur Erzeugung einer Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge, die vom Material in Blattform absorbiert, wird; Einrichtungen, mit denen Strahlen von einer Vielzahl von Punkten auf die Oberfläche des blattförmigen Materials mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln gerichtet werden; Einrichtungen, mit denen die das blattförmige Material verlassende Strahlung aufgenommen und auf eine Oberfläche des blattförmigen Materials zurückgeschickt wird; wobei die die Strahlung ausrichtenden und zurückwerfenden Einrichtungen aus reflektierenden Oberflächenelementen bestehen, die eine Umhüllung um ein Oberflächengebiet des Materials in Blattform ergeben; einen innerhalb der Umhüllung angebrachten Primärreflektor; Einrichtungen, mit denen der

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Primärstrahl von der Quelle auf den Primärreflektor gerichtet wird, so daß die an den Punkten zur Strahlumlenkung angebrachten reflektierenden Oberflächen von der vom Primärreflektor reflektierten Infrarotstrahlung beleuchtet werden; Einrichtungen zum Nachweis eines Teils der Strahlung, die das Material in Blattform verlassen hat; und Einrichtungen zur Erzeugung eines Signals, das die Eigenschaft des in Blattform vorliegenden Materials als Funktion der nachgewiesenen Strahlung angibt.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41 für Messungen an einem Material in Blattform, von dem ein beträchtlicher Teil der auf eine Oberfläche auffallenden Strahlung von der gegenüberliegenden Oberfläche des Blattes austreten kann, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen der größte Teil der austretenden Strahlung auf die gegenüberliegende Oberfläche zurückgelenkt wird.

43. Vorrichtung nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Bündelung des von der Quelle austretenden Primärstrahls, der auf den Primärreflektor gelenkt wird, so daß praktisch die gesamte von der Quelle ausgehende, von der Umhüllung aufgenommene Strahlung vom Primärreflektor reflektiert wird.

44. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einer Rotationsfläche besteht und daß die reflektierenden OberfBchenelemente auf der Rotationsfläche ausgebildet sind.

45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Strahlumlenkung dienenden Punkte auf einer stetig

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verlaufenden Oberfläche angebracht sind und daß die die Strahlung reflektierenden Oberflächenelemente einstückig mit dem Material der Oberfläche ausgeführt sind.

46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die stetig verlaufende Oberfläche diffus reflektiert und daß der Primärreflektor eine spiegelnde Oberfleche hat.

47. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die stetig verlaufende Oberfläche eine spiegelnd reflektierende Oberfläche ist und daß der Primärreflektor eine diffus reflektierende OberfBche aufweist.

48. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsfläche eine Halbkugel ist.

49. Vorrichtung nach Anspruch 44, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Abdeckung eines Teils des von der Rotationsfläche umschlossenen Filmgebiets, um den Durchtritt von Strahlung zur Filmoberfläche bis auf ein schmales, längliches Oberflächengebiet auf dem Film zu blockieren.

50. Vorrichtung nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Anbringung von Infrarotstrahlung reflektierenden Oberflächenelementen an den Punkten zur Strahl umlenkung.

51. Vorrichtung nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Anbringung der die Strahlung reflektierenden Oberflächenelemente auf beiden Seiten des Films, um eine Umhüllung zu schaffen, die ein Oberflächengebiet auf beiden Seiten des Films umgibt.

52. Vorrichtung nach Anspruch 51, gekennzeichnet durch

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Einrichtungen zum Strahlungsnachweis, die so angebracht sind, daß die Strahlung nicht von der Quelle zu den Nachweiseinrichtungen gelangen kann, ohne auf eines der die Strahlung reflektierenden Elemente zu treffen.

53. Vorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Umhüllungen Einrichtungen umfasst, die eine
Rotationsfläche bilden.

54. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rotationsfläche eine Halbkugel ist.

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Infrarotstrahlungsmessverfahren und Strahlungsmessvorrichtungen, die besonders zur Messung einer Eigenschaft sehr dünner, für Infrarotstrahlung durchlässiger Filme aus Kunststoff oder anderen Materialien mit spiegelnden Oberflächen ausgebildet sind. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen, mit denen die Infrarotstrahlung aus mindestens zwei ausgewählten Wellenlängenbereichen auf eine oder beide Oberflächen des Films von mehreren Punkten gerichtet wird, die so angeordnet sind, daß die Strahlen verschiedene Wege mit einem breiten Spektrum von Weglängen durchlaufen. Strahlungen werden mit Nachwei sei nriditungen nachgewiesen, die in bezug auf die ausrichtenden und zurückstrahlenden Punkte so ausgerichtet sind, daß die Komponenten jeder Wellenlänge der Strahlung unter praktisch allen möglichen Phasenwinkeln nachgewiesen werden und daß die Komponenten jeder der Strahlungen mit den jeweiligen Wellenlängen bei all den möglichen Phasenwinkeln beim Nachweis mit den Nachweisvorrichtungen etwa gleiche Intensität haben. Die Ableitung eines Signals, das die Filmeigenschaft als Funktion des Verhältnisses der nachgewiesenen Intensitäten bei den jeweiligen Strahlungswellenlängen angibt, führt damit zu einer Messung mit verringerten, aus Interferenzeffekten herrührenden Fehlern.

US-Patent 3 631 526 beschreibt die von der Intereferenz von Wellen herrührenden Schwierigkeiten bzw. die sogenannten gerichteten Spektren, die bei Messungen an sehr dünnen, durchsichtigen Filmen auftreten, und erläutert ferner allgemeine und spezielle Lösungen der Probleme. Dieses Patent behandelt ferner ein Verfahren, mit dem die Infrarotstrahlen mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln auf eine Filmoberfläche gerichtet werden, so daß die Komponenten jedes Strahls unter

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allen möglichen Phasenwinkeln addiert werden. Das Verfahren ist prinzipiell zweckmäßig und das beschriebene spezielle Verfahren und die Vorrichtungen für seine Durchführung können das Betriebsverha1 ten von genormten dünnen Filmen wesentlich verbessern.

Die vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen berücksichtigen aber nicht in gebührendem Maße gewisse Einzelheiten, die es unmöglich machen können, die addierten Komponenten jedes Strahls so nachzuweisen, daß beim Nachweis die unter allen möglichen Phasenwinkeln auftretenden Komponenten etwa gleich sind. So ist es zum Beispiel eine bekannte Tatsache, daß die Intensität einer von einer Punktquelle ausgehenden Strahlung, die direkt auf der Oberfläche eines Films unter verschiedenen Einfallswinkeln auftrifft, mit dem Sinus des Einfallswinkels variiert. Eine ähnliche Intensitätsabhangigkeit der Strahlung beobachtet man an verschiedenen Abschnitten eines länglichen Strahlungsdetektors. Verschiedene Abschnitte eines länglichen Detektors können außerdem nicht in gleichartiger Weise auf eine bestimmte Strahlung mit einer bestimmten Intensität ansprechen. Die Folge ist, daß Interferenzeffekte nicht völlig ausgeschaltet werden; dies führt seinerseits zu Meßfehlern, die wesentliche Nachteile bei der Anwendung von dünnen Filmen zu Messungen zur Folge haben können.

Die Tatsache, daß mit dünnen Filmen arbeitende Meßverfahren und Vorrichtungen den Film verlassende Strahlung nach deren Reflexion im Film und Durchgang durch den Film nicht in der richtigen Weise sammeln oder weiterleiten, hat zu einem Verlust an Information geführt, die gebraucht wird und zur Korrektur von Interferenzfehlern verwendet werden sollte. Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren und Vorrichtungen, mit denen viele der bei bisherigen, mit dünnenFilmen arbeitenden Meßverfahren auftretende Fehler und Schwierigkeiten beseitigt werden können.

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugeordneten Vorrichtung zur Messung einer Eigenschaft eines für Infrarotstrahlung durchlässigen Films, der spiegelnde Oberflächen aufweist, wird eine erste und eine zweite Infrarotstrahlung erzeugt, wobei die Wellenlänge dieser Strahlungen so jgewählt werden, daß die eine Strahlung vom Filmmaterial stärker absorbiert wird als die andere; Strahlen der beiden Strahlungsarten werden von mehreren Punkten auf die Filmoberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln gerichtet, so daß die Strahlen mehrere Wege durch den Film durchlaufen und ein Spektrum, von Weglängen ergeben; die den Film verlassende Strahlung wird erfasst und von mehreren Punkten auf die Filmoberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln zurückgeworfen, so daß die zurückgeworfene Strahlung ebenfalls mehrere Weglängen durchläuft, die ebenfalls ein breites Spektrum von Weglängen ergeben; die erste und die zweite Strahlungsart werden mit Nachweismitteln nachgewiesen, die in bezug auf die ausrichtenden und zurückwerfenden Punkte so angeordnet sind, daß die nachgewiesenen Komponenten jeder Strahlungsart unter praktisch allen möglichen Phasenwinkeln addiert werden und daß die Komponenten jeder Strahlungsart bei jedem der möglichen Phasenwinkel etwa die gleiche, von den Nachweisvorrichtungen nachgewiesene Intensität aufweisen; schließlich wird ein Signal erzeugt, das die Filmeigenschaft als eine Funktion des Verhältnisses der nachgewiesenen Intensitäten der ersten und der zweiten Infrarotstrahlung kennzeichnet.

Wenn ein beträchtlicher Teil der auf die eine Filmoberfläche einfallenden Strahlungen wieder von der gegenüberliegenden Oberfläche abgestrahlt wird, werden erfindungsgemäß Einrichtungen zum Zurückwerfen des größten Teils der abgehenden Strahlungen an die gegenüberliegende Oberfläche unter einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln vorgesehen.

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Erfindungsgemäß werden eine erste und eine zweite schmalbandige Strahlung erzeugt, die im Filmmaterial stark absorbiert werden; eine der Strahlungen besteht aus einem Paar schmaler Wellenlängenbänder, die spektrale Gebiete zu beiden Seiten dicht neben dem schmalen Band einnehmen; die Strahlung, die das Paar benachbarter Wellenlängen hat, wird in viel geringerem Maße als die andere Strahlung vom Filmmaterial absorbiert.

Verfahren und Einrichtungen können vorgesehen werden, mit denen sehr kleine, Infrarotstrahlung reflektierende Elemente an den den Strahl ausrichtenden Punkten angebracht werden können; diese Elemente werden mit einer Strahlungsquelle für Infrarotstrahlung beleuchtet, die die erste und die zweite Strahlungsart erzeugen. Die auf die Filmoberfläche einfallenden, und auf verschiedenen Wegen durch den Film laufenden Strahl, bestehen dann aus der von den Elementen reflektierten Infrarotstrahlung. Die Elemente können in Form einer Umhüllung angebracht werden, die die Oberfläche des Films umschließt.

Verfahren und Einrichtungen werden vorgesehen, mit denen ein Primärstrahl der Strahlungsarten von der Quelle auf einen primären Reflektor gerichtet wird; der primäre Reflektor befindet sich innerhalb der Umhüllung, so daß die an den Punkten zur Strahlablenkung angebrachten reflektierenden Elemente von den Infrarot-Strahlungsarten beleuchtet werden, die vom primären Reflektor reflektiert werden. Der von der Strahlungsquelle ausgehende Primärstrahl der Strahlungsarten wird typischerweise mit einem Kollimator gebündelt und auf den primären Reflektor gerichtet, so daß praktisch die gesamte von der Quelle ausgehende und von der Umhüllung aufgenommene Strahlung vom primären Reflektor reflektiert wird.

Die Umhüllung bestiit typischerweise aus einer Rotationsfläche, beispielsweise einer Halbkugel; die reflektierenden Elemente

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sind an der Oberfläche der Halbkugel angebracht. Ein Teil des von der Rotationsoberfläche umschlossenpn Filmgebiets kann abgedeckt, werden, um den Durchgang von Strahlung zur Filmoberfläche bis auf ein schmales, längliches Gebiet zu sperren.

Die Infrarotstrahlung reflektierenden Elemente können auch an den Punkten angebracht werden, an denen eine Rückstrahlung des Strahls stattfindet. Die reflektierenden Elemente können zu beiden Seiten des Films angebracht werden, so da3 einp Umhüllung entsteht, dip ein Gebiet des Films zu beiden Seiten desselben umschlid3t. Die Strahlung wird mit Nachweiseinrichtungen nachgewiesen, die so angeordnet sind, daß die Strahlung nicht von der Quelle direkt zu ihnen gelangen kann, ohne auf eines der reflektierenden Elemente zu treffen, .leder der Umhüllungen kann wieder aus einer Rotationsfläche, beispielsweise einer Halbkugel, bestehen.

Ein Verfahren und Vorrichtungen können vorgesehen werden, um einen primären Strahl von der Quelle von einer Seite des Films durch denselben zu schicken und um damit reflektierende, an der anderen Seite des Films angebrachte Elemente zu beleuchten.

Die den Strahl zurückwerfenden Punkte sind an einer kontinuierlichen Oberfläche angebracht und die die Strahlung reflektierenden Elemente bilden einen Teil dieser Oberfläche. Die kontinuierliche Oberfläche kann aus einem Material, beispielsweise Aluminium, bestehen, das Infrarotstrahlung stark reflektiert. Die die Strahlung reflektierenden Elemente können durch Sandstrahlung der Aluminiumoberfläche hergestellt werden.

Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Messung einer Eigenschaft eines in Blattform vorliegenden Materials;

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die Vorrichtung umfasst eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge, die vom Material in Blattform absorbiert wird, Einrichtungen, mit denen Strahlen von mehreren Punkten auf eine Oberfläche des Blattmaterials unter einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln gerichtet werden, Einrichtungen zum Auffassen der das Blattmaterial verlassenden Strahlung und zum Zurückwerfen der aufgefassten Strahlung auf eine Oberfläche des Blattmaterials, wobei diese Einrichtungen reflektierende Oberflächenelemente umfassen, die ihrerseits eine ein Oberflächengebiet des Blattmaterials umschließende Umhüllung bilden; zur Vorrichtung gehört ferner ein in der Umhüllung angebrachter Primärreflektor, Einrichtungen, mit denen ein Primärstrahl von der Quelle auf den primären Reflektor gerichtet werden kann, so daß die reflektierenden Oberflächenelemente an den Punkten der Strahlablenkung von der vom primären Reflektor reflektierten Infrarotstrahlung beleuchtet werden, Einrichtungen zum Nachweis eines Teils der das Blattmaterial verlassenden Strahlung, und Einrichtungen zur Erzeugung eines Signals, das die Eigenschaft des Blattmaterials als Funktion der nachgewiesenen Strahlung kennzeichnet.

Die Punkte zur Strahlablenkung können an einer diffus reflektierenden, kontinuierlichen materiellen Oberfläche angebracht werden und der primäre Reflektor kann eine spiegelnde Oberfläche aufweisen. Mindestens bei einigen Anwendungsfällen kann die Oberfläche spiegelnd reflektieren und der primäre Reflektor kann eine diffus reflektierende Oberfläche haben.

Die Ziele der vorliegenden Erfindung sind es, Verfahren und Einrichtungen zu schaffen, mit denen Messungen an dünnen, für Infrarotstrahlung durchlässigen Filmen weitgehend unabhängig von Interferenzeffekten durchgeführt werden können, mit Hilfe der Reflexionen an spiegelnden Filmoberflachen; Verfahren und Einrichtungen zu schaffen, mit denen das Signal: Rausch-Verhältnis derartiger Messungen an Filmen verbessert

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werden kann; Verfahren und Einrichtungen für Messungen an dünnen Filmen zu schaffen, wobei ein größerer Dickenbereich der Filme mit einer einzigen geometrischen Anordnung zur Signalverarbeitung gemessen werden kann; Meßverfahren und Meßvorrichtungen für dünne Filme zu schaffen, die-die Verwendung kleinerer Bandbreiten ohne unzulässige Interferenzeffekte ermöglichen; und eine neuartige geometrische Anordnung der Vorrichtung zu schaffen, die das Betriebsverhalten von mit Infrarotstrahlung arbeitenden Dickenmeßeinrichtungen bei Messungen an beliebigen in Blattform vorliegenden Materialien verbessert.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detailierten Beschreibung einiger typischer Verfahrensformen und Vorrichtungen zur Durchführung der vorliegenden Erfindung; hierbei wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.

Figur 1 ist eine schematische teilweise Querschnittsansicht des Meßinstrumentes mit der Strahlungsquelle und Detektoren zum Nachweis einer Eigenschaft eines dünnen Films gemäß vorliegender Erfindung.

Figur 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines

abgeänderten Abschnitts der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung und zeigt typische durch den Film 10 verlaufende Strahlwege, wobei die Filmdicke übertrieben dargestellt ist.

Figur 3 ähnelt Figur 2, zeigt jedoch zusätzliche Strahlwege .

Figur 4 zeigt eine Abänderung der in Figur 2 bzw. Figur 3 dargestellten Vorrichtung zur Durchführung von

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Messungen an einem Film, beispielsweise einen auf einer Unterlage angebrachten Film, an dem Messungen von einer Seite aus durchgeführt werden.

Figur 5 zeigt schematisch wie die in Figuren 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen im Prinzip abgeündert werden können und stellt außerdem typische Strahlen in der abgeänderten Vorrichtung dar.

Figur 6 ist eine Figur 5 ähnelnde schematische Darstellung

zeigt bestimmte Strahlen in einer anderen Abänderung der Vorrichtung.

Figur 7 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 8 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung von Einzelheiten der in Figuren 2 und 3 dargestellten Vorrichtung.

Figur 9 ist ein Querschnitt längs der in Figur 1 mit 9-9 bezeichneten Linie und zeigt Einzelheiten des Detektors 44.

Figur 10 ist schließlich eine grafische Darstellung der

Prozentual durchlässigkeit und des Nachweisvermögens als Funktion der Wellenlänge und verdeutlicht die Kennlinien typischer Filter, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzielung des optimalen Betriebsverhaltens verwendet werden.

In Figur 1 ist die Seitenkante eines dünnen, für Infrarotstrahlung durchlässigen Films 10 mit spiegelnden Oberflächen dargestellt. Film 10 hat gewöhnlich eine Dicke von weniger als 0,025 mm.

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Der Film kann mit einer Gießvorrichtung hergestellt werden, und in Richtung des Pfeils 12 durch die zu seiner Herstellung verwendete Maschine und von ihr weg bewegt werden. Ein von der im folgenden beschriebenen Meßvorrichtung erzeugtes Signal kann zur automatischen Steuerung und Einstellung einer Filmeigenschaft, beispielsweise seiner Dicke, seines Gewichts pro Flächeneinheit, oder seiner Zusammensetzung benutzt werden; hierzu wird eine verstellbare Größe der den Film herstellenden Maschine verändert.

Ein Gehäuse 14 umschließt die Infrarot-Strahlungsquelle, während ein Gehäuse 16 um einen Detektor für Infrarotstrahlung angebracht ist. Es handelt sich dabei um an sich bekannte Gehäuse, die in einer nicht dargestellten verschiebbaren Struktur befestigt sind und über sie vorwärts und rückwärts quer zur Breite des sich bewegenden Films verschoben werden können, um die Filmeigenschaften an jedem beliebigen Punkt über die Breite des Films zu bestimmen.

Im Gehäuse 14 ist eine bekannte Strahlungsquelle 18 angebracht. Die Strahlungsquelle enthält Einrichtungen zur Erzeugung einer ersten und einer zweiten Infrarotstrahlung, deren Wellenlänge so gewählt ist, daß die eine Strahlung vom Material des Films 10 stärker absorbiert wird als die andere Strahlung. Für bestimmte Anwendungsfälle können Strahlungen in mehr als zwei WeI lenläigenbereichen erzeugt oder zumindest verwendet werden.

Die dargestellte Strahlungsquelle umfasst eine bekannte Lampe 20 sowie einen bekannten Zerhacker und ein Filtersystem. In der Scheibe 22 des Zerhackers ist ein Paar von Filtern 24 und 26 montiert. Die Zerhackerscheibe 22 wird über Welle 28 von einem Synchronmotor 30 betrieben. Bei der Drehung der Scheibe 22 durch Motor 30 werden die Filter 24 und 26 abwechselnd

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zwischen die Lampe 20 und einen Kollimator 32 geschoben. Die Filter 24 und 26 lassen damit in zeitlich wechselnder Folge Infrarot-Strahlung verschiedener Wellenlängen am Kollimator 32 durch. Filter 24 wählt Infrarotstrahlung eines Wellenlängenbereiches aus, die stärker vom Film 10 absorbiert wird, als die von Filter 26 ausgewählte und am Kollimator 32 durchgelassene Strahlung.

Die gebündelten Strahlen der durch Kollimator 32 durchgelassenen Strahlungen werden auf den konischen Primärreflektor 34 gerichtet. Die Spitze des Kegels weist auf Kollimator 32, und die dem Kollimator gegenüberliegenden Seitenflächen des Kegels tragen einen Hochglanz-Überzug. Der primäre Reflektor 34 ist typischerweise aus solidem Aluminium mit einer polierten Spiegelfläche, die auf Kollimator 32 weist, hergestellt. Die polierte Fläche des Kegels ist unter einem Winkel von 45° gegen die Achse des Kollimators 32 geneigt, so daß die Strahlung von der Oberfläche des Konus unter einem Winkel von etwa 90° in Bezug auf die Achse des Kollimators 32 reflektiert wird.

Die vom Primärreflektor 34 reflektierte Strahlung beleuchtet einen bedeutenden Teil der Innenwandfläche eines Hohlraums 36. Hohlraum 36 ist in einem kreisförmigen, zyltidri sehen Segment 38 aus solidem Aluminium ausgebildet. Von der den Hohlraum 36 definierenden Innenwandung werden Strahlen von zahlreichen Punkten an die Unterseite des Films 10 gelenkt, auf den sie mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln einfallen. Die Strahlen durchlaufen damit eine große Anzahl sehr verschiedener Strahlwege im Film und ergeben ein breites Spektrum vor. Weglängen.

An der gegenüberliegenden Seite des Films 10 ist ein zweiter, zum Hohlraum 36 passender Hohlraum 40 angebracht, der aus einem zweiten Aluminiumsegment 42 hergestellt ist.

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Der größte Teil der durch Film 10 gehenden, ihn an der gegenüberliegenden Seite verlassenden Strahlung trifft auf die Innenwände des Hohlraums 40 auf. Von Film 10 reflektierte, ihn an der Unterseite verlassende Strahlen treffen auf die Wände des Hohlraums 36. Die vom Film ausgehenden, in dieser Weise aufgefangenen Strahlen werden von zahlreichen Punkten an der Innenfläche des Hohlraums 36 bzw. des Hohlraums 40 zur Oberseite bzw. zur Unterseite des Films zurückgestrahlt, auf dem sie mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln auftreffen, so daß die zurückgeworfenen Strahlen ebenfalls zahlreiche, sehr verschiedene Wege durch den Film verlaufen und ein breitos Spektrum von Weglängen ergeben.

In Hohlraum 40 ist eine Nachweisvorrichtung bzw. ein Detektor 44 angebracht, mit dem die von Filtern 24 und 26 ausgewählten ersten und zweiten Strahlungen nachgewiesen werden. Der Detektor ist in Bezug auf die die Strahlen ablenkenden und zurückwerfenden Punkte an den Innenwänden der Hohlräume 36 und 40 so angebracht, daß die nachgewiesenen Anteile jeder Strahlung unter allen möglichen Phasenwinkeln addiert werden und daß die Komponenten der unter allen möglichen Phasenwinkeln erscheinenden Strahlungen beim Nachweis durch den Detektor etwa gleiche Intensität haben. Detektor 44 ist, wie schematisch dargestellt, über eine Leitung 46 an einen bekannten Quotientenmesser 48 angeschlossen. Quotientenmesser 48 erzeugt ein Signal, das eine Filmeigenschaft in Abhängigkeit vom Verhältnis der nachgewiesenen Intensitäten der ersten und der zweiten Infrarotstrahlung angibt. Das Signal wird über Leitung 50 an ein geeignetes Anzeigeinstrument 52 weitergeleitet, bei dem es sich um eine Anzeigevorrichtung und/oder einen Schreiber handeln kann. Das Anzeigeinstrument kann an Vorrichtungen angeschlossen sein, mit denen die nicht dargestellte, den Film herstellende Maschine automatisch gesteuert oder eingestellt wanden kann, um die gemessene Eigenschaft des Films 10 auf einem Sollwert zu halten.

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Figur 2 zeigt in vergrößerter Darstellung die die Hohlräume 36 und 40 bildenden Teile und die darin enthaltenen Teile. Die Dicke des Films 10 ist stark übertrieben dargestellt, um die Strahlwege im Film und an den Innenflächen der Hohlräume zu verdeutlichen. Die Brechung der Strahlen ist nicht eingezeichnet, da sie für die gesamte Anordnung unwesentlich ist. Figur 2 unterscheidet sich von Figur 1 insofern, als ein Prisma bzw. ein Keil 34a anstelle des in Figur 1 dargestellten, den Primärreflektor bildenden Kegels 34 verwendet wird. Keil 34a hat die Form eines dreieckigen, soliden Aluminiumprismas mit zwei auf Hochglanz polierten Flächen, die Kollimator 32 schräg gegenüberliegen. Der Kegel ist durch das Prisma ersetzt worden, um Messungen an einem schmalen, länglichen Gebiet des Films 10 durchführen zu können, wie im folgenden noch im einzelnen beschrieben.

Die Hohlräume 36 und 40 haben diffus reflektierende Oberflächen, die durch Sandstrahlen des Aluminiums hergestellt werden, obwohl auch andere Verfahren, von denen einige im US-Patent 3 222 522 beschrieben worden sind, verwendet werden können. Das Sandstrahlen ergibt eine große Anzahl kteiner Vertiefungen und Vorsprünge auf der Alumiumoberfläche; dies ergibt kleine, die Infrarotstrahlung reflektierende Elemente an einer großen Anzahl von den Strahl ablenkenden Punkten, wie beispielsweise Punkt 54. Diese kleinen reflektierenden Elemente werden von der Infrarot-Strahlungsquelle beleuchtet, was durch den durch Kollimator 32 gehenden Strahl 56 angedeutet ist, der von einer der polierten Oberflächen des Keils 34a auf das reflektierende Element am Punkt 54 reflektiert wird.

Wie aus Figur 2 ersichtlich und wie oben beschrieben, sind die kleinen, die Infrarotstrahlung reflektierenden Elemente auf einer kontinuierlichen Oberfläche einstückig mit ihr ver-

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bunden angeordnet, doch könnten diese Elemente natürlich auch in anderer Weise ausgebildet und angebracht werden. Die Elemente sind in der dargestellten Weise innerhalb der Umhüllung angebracht, die das Oberflächengebiet des gerade an der Öffnung des Hohlraums 36 erscheinenden Films praktisch umschließt. Da der keilförmige Primärreflektor 34a größer ist als der gesamte Querschnitt der durch Kollimator 32 gehenden Strahlen, wird praktisch die gesamte von der Quelle in die Umhüllung eingestrahlte Strahlung vom Primärreflektor reflektiert.

Die Umhüllung ist typischerweise eine Rotationsfläche. Bei der dargestellten Rotationsfläche handelt es sich um eine Halbkugel, doch können auch andere Anordnungen mit parabolischen, elliptischen, hyperbolischen oder anderen Rotationsflächen verwendet werden, die zur Form des zugeordneten Primärreflektors, beispielsweise des Reflektors 34a, passen.

In der in Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtung sind Strahlungsreflektierende Elemente zu beiden Seiten des Films angebracht und umschließen ein Filmgebiet auf beiden Seiten des Films. Beispielsweise sind die Strahlung reflektierende Elemente an Punkten 57 und 58 auf gegenüberliegenden Seiten des Films angebracht.

Wie man aus den in Figur 2 eingezeichneten Strahlen ersieht, werden Strahlen von zahlreichen Punkten, beispielsweise vom Punkt 54, auf die Filmoberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln geworfen, so daß die Strahlen sehr verschiedene Weglängen im Film durchlaufen und damit ein breites Spektrum von Weglängen ergeben. Ein von dem kleinen, am Punkt 54 gelegenen Reflektor ausgehender Strahl folgt nach seinem Auftreffen auf dem Film unter einem kleinen Einfalls-

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winkel dem Strahlweg 60, der nicht viel langer als die Filmdicke ist. Ein von einem anderen Reflektor ausgehender Strahl trifft unter einem anderen Einfallswinkel auf den Film und durchläuft einen längeren Strahlweg 62 im Film. Ein von einem anderen Reflektor stammender Strahl fällt auf dem Film unter einem größeren Einfallswinkel und durchläuft einen noch längeren Strahlweg 64 im Film.

Der den Strahlweg 62 im Film 10 durchlaufende Strahl wird direkt vom Detektor 44 nachgewiesen. Der den Strahlweg 60 im Film durchlaufende Strahl trifft am Punkt 57 auf Reflektoren und wird diffus reflektiert, wobei ein Teil der diffusen Strahlung vom Detektor erfasst wird, während der Rest der Strahlung in anderen Richtungen abgestrahlt wird. Der auf Strahlweg 64 durch den Film laufende Strahl trifft am Punkt 58 auf Reflektoren und wird auf die Filmoberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln zurückgeworfen, so daß die zurückgeworfene Strahlung ebenfalls zahlreiche Strahlwege im Film durchläuft und ein breites Spektrum von Weglängen im Film ergibt. Ein zurückgeworfener Strahl durchläuft den Strahlweg 66 im Film und wird ein zweites mal von einem Punkt 68 auf die erste Filmseite zurückgeworfen.

Die in Figur 2 dargestellten, von einer Seite auf den Film einfallenden Strahlen verlassen ihn auf der gegenüberliegenden Seite; aus Figur 3 ersieht man,daß von einer Seite in den Film eingestrahlte Strahl den Film auf der Seite, in der sie in ihn eintraten, verlassen können. Der beispielsweise am Punkt 70 auf die Unterseite des Films auftreffende Strahl kann teilweise von der Unterseite reflektiert werden und verlässt damit den Film durch Reflexion. Ein Strahl kann in den Film durch die Unterseite eintreten und am Punkt 72 an der Oberseite des Films durch ihn hindurch zurückgeworfen

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werden, so daß er den Film über einen anderen Reflexionsweg verlässt. Derartige reflektierte Strahlen werden von Reflektoren am Punkt 74 erfasst und zurückgeworfen, so daß sie Wege 76 und 78 verschiedener Länge im Film zurücklegen.

Figuren 2 und 3 zeigtn nur einige der die Strahl richtung bestimmenden und Strahlen zurückwerfenden Punkte mit den zugeordneten reflektierenden Elementen; eine fast unbegrenzte Anzahl derartiger kleiner Reflektoren befindet sich an einer fast unendlichen Anzahl von die Strahlen ausrichtenden bzw. zurückwerfenden Punkten an den Oberflächen der Halbkugel. Die erste und die zweite Strahlung werden so nachgewiesen, daß die nachgewiesenen Komponenten jeder Strahlung unter praktisch allen möglichen Phasenwinkeln addiert werden und daß die unter allen möglichen Phasenwinkeln auftretenden Komponenten jeder der Strahlungen beim Nachweis etwa die gleiche Intensität haben.

Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß ein beträchtlicher Teil der auf die eine Filmseite (Unterseite) einfallenden Strahlen von der gegenüberliegenden Oberfläche (Oberseite) ausgeht. Der größte Teil der ausgehenden Strahlung gelangt auf die Reflektoren, beispielsweise am Punkt 58, und wird auf die gegenüberliegende Oberfläche (Oberseite) mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln zurückgeworfen. Schließlich werden die Strahlen vom Detektor 44 nachgewiesen, der über der gegenüberliegenden Oberfläche angebracht ist.

Figur 4 zeigt eine andere Anordnung, mit der die Filmdicke von einer Seite aus gemessen werden kann. Diese Anordnung ist besonders zweckmäßig, wenn der zu messende Film 10a auf einer Unterlage 80 ausgebildet ist. Bei der dargestellten

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Vorrichtung werden wieder ein halbkugelförmiger Hohlraum 36 in einem Aluminiumkörper 38 und ein Kollimator 32 verwendet. Der Primärreflektor 34b umfasst einen Metallkegel mit polierten Oberflächen, ähnlich dem in Figur 1 dargestellten Kegel 34. In diesem Fall ist jedoch der Kegel auf seiner Rückseite ausgehöhlt, um Detektor 82 aufzunehmen. Detektor 82 ist mit einem Quotientenmesser verbunden und bei Bedarf auch an eine Anzeige- und Steuervorrichtung wie die in Figur 1 dargestellte Anordnung angeschlossen. Strahlen werden beispielsweise vom Punkt 54 mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln auf die Filmoberfläche geworfen, so daß die Strahlen sehr verschiedene Weglängen im Film zurücklegen und ein breites Spektrum von Weglängen ergeben. Die vom Film reflektierten Strahlen, beispielsweise die an der Grenzfläche des Films 10a und des Trägers 80 reflektierten Strahlen, die nicht vom Detektor 82 und/oder Kegel 34b aufgefasst werden, werden von reflektierenden Elementen beispielsweise am Punkt 84 auf der halbkugelförmigen Oberfläche aufgefangen und auf die Filmoberfläche zurückgestrahlt mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln, so daß die zurückgeworfenen Strahlen ebenfalls sehr verschiedene Weglängen im Film zurücklegen und damit ein breites Spektrum von Weglängen ergeben. Was die übrigenEinzelheiten angeht, so funktioniert die in Figur 4 dargestellte Anordnung ähnlich wie die in Figuren 1 bis 3 dargestellte.

In den in Figuren 1 bis 4 dargestellten Anordnungen werden die von der Quelle ausgehenden Primärstrahlen auf einen Primärreflektor gerichtet, so daß die an den die Strahlen verändernden Punkten angebrachten reflektierenden Elemente

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von der Infrarotstrahlung beleuchtet werden, die vom Primärreflektor reflektiert wird. Der Kollimator und der Primärreflektor sind so angebracht, daß die gesamte von der Quelle ausgehende, von der Umhüllung aufgenommene Strahlung vom Primärreflektor reflektiert wird. In anderen Anordnungen, zum Beispiel in den schemtisch in den Figuren 5 und 6 dargestellten, wird ein von der Quelle ausgehender Primärstrahl von einer Seite durch den Film geschickt, um reflektierende Elemente an der gegenüberliegenden Filmseite zu treffen.

Wie aus Figur 5 ersichtlich, wird der durch Pfeil 86 dargestellte Primärstrahl auf den Weg 88 gerichtet, der um einen geeigneten Abstand gegen den Mittelpunkt des kugelförmigen Hohlraums verschoben ist, der von den beiden Halbkugeln 90 und 92 gebildet wird. Nach dem Durchgang durch den Film 10 fällt der Strahl am Punkt 94 auf Reflektoren auf der Oberfläche der Halbkugel 92 auf, und von dort aus wird die Strahlung mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln auf die Filmoberfläche geworfen. Um den Strahlweg des Primärstrahls 88 und die Lage des Detektors 96 festzustellen, kann man die Innenfläche des kugelförmigen Hohlraums als Spiegelfläche ansehen; in Figur 5 sind nur spiegelnd reflektierte Strahlen dargestellt. Die dargestellten, spiegelnd reflektierten Strahlen gehen unter sehr verschiedenen Winkeln durch den Film, und Detektor 96 wird außerhalb des Stahlwegs der Strahlung angebracht, von der anzunehmen ist, daß sie unter vorzugsweisen Winkeln an den Detektor übertragen wird. Der in Figur 5 dargestellte kugelförmige Hohlraum hat jedoch diffus reflektierende Innenflächen, ähnlich den in Figuren 1 bis 4 dargestellten Flächen, so daß praktisch keine Spiegelreflexion an der Innenseite des kugelförmigen Hohlraums auftritt. Die in Figur 5 dargestellte Anordnung kann damit annähernd das Betriebsverhalten der oben beschriebenen Anordnungen

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annähernd wiedergeben.

Eine Anordnung, die gegenüber der in Figur 5 dargestellten vorzuziehen ist, ist gekennzeichnet durch einen Primärstrahl 86a, der als zum Film 10 paralleler Strahl in den kugelförmigen Hohlraum geschickt wird. Die zuerst auf den Film auftreffende Strahlung ist deshalb zuerst auf mindestens eines der kleinen reflektierenden Elemente, beispielsweise am Punkt 98, aufgetroffen, obwohl der Film selbst kleine steuende Teilchen enthalten kann, die einen beträchtlichen Teil der erstmals in den Film eingestrahlten Strahlung zerstreuen können.

In den in Figuren 5 und 6 dargestellten Anordnungen ist der in Figuren 1 bis 4 dargestellte Primärreflektor als getrenntes Teil weggelassen. Die Aufgabe des Primärreflektors wird teilweise von den kleinen Reflektoren, beispielsweise von Reflektor 98, an der Innenseite des kugelförmigen Hohlraums übernommen. Bei der typischen Anordnung sollte jedoch ein getrennter Primärreflektor verwendet werden, der in seiner Form zu der von den reflektierenden Elementen gebildeten Umhüllung und zur Kennlinie des Instruments passt. Wie aus Figur 7 ersichtlich, kann der Primärreflektor die Form einer Halbkugel 34c annehmen; der Primärreflektor kann auch aus einem größeren oder kleineren Teil einer Kugel oder aus einer ganzen Kugel bestehen.

Neben den dargestellten und beschriebenen Formen von Primärreflektoren können auch andere Primärreflektoren geeignet sein, besonders wenn die Hohlräume nicht halbkugelförmig sind sondern die Formen anderer Rotationsflächen oder überhaupt andere Formen annehmen. In den dargestellten und beschriebenen,

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typischen geometrischen Anordnungen haben die Primärreflektoren spiegelnde Oberflächen und die Hohlräume diffus reflektierende Oberflächen, doch können in manchen Anwendungsfällen die Hohlräume 36 und 40 spiegelnde Oberflächen haben, wäh'rend die Primärreflektoren 34 diffus reflektierende Oberflächen aufweisen können. In diesem Fall Dilden die die Strahlung reflektierenden Elemente ( Oberflächenelemente) an den die Strahlung umlenkenden oder zurückwerfenden Punkten unendlich kleine Unterteilungen der kontinuierlichen spiegelnden Oberfläche, an denen Strahlen empfangen und reflektiert werden, die von Punkten auf der diffus reflektierenden Oberfläche des Primärreflektors stammen.

Figur 8 zeigt die wichtigsten Bauteile einer Anordnung der schematisch in Figuren 2 und 3 dargestellten Art. Hierbei wurde ein erfindungsgemäßes Instrument so ausgebildet, daß Messungen an einem Filmabschnitt durchgeführt werden konnten, der als eine Fläche mit einer Breite von 2,5 cm quer zur Filmbreite und einer Länge von 7,5 cm in der Bewegungsrichtung des Films angesehen werden konnte, so daß sich eine sogenannte Streifengeometrie ergab.

Die halbkugelförmigen Hohlräume 36 und 40 hatten einen Durchmesser von 7,5 cm. Der Kollimator 32 bestand aus einem einstückig ausgeführten Bündel aus sechseckigen Rohren, die geschwärzt waren, wobei besonders sorgfältig die Innenseite der Rohre am Austrittsende des Kollimators mattschwarz ausgeführt wurden. Der Kollimator verlief durch eine viereckige Öffnung 99 mit einer Seitenlänge von 1,88 cm und erstreckte sich in der Richtung der Achse der einen Halbkugel 36. Die obere Seite des Primärreflektorkeils 34a hatte eine Fläche von 2,5 cm², und war in der Mitte durchbohrt zur Aufnahme einer Befestigungsschraube 100, mit der

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der Keil 34a an Träger 101 befestigt wurde. Die Enden des Trägers 101 sind nach unten abgebogen, so daß sich Ansätze 102 ergeben, die zur Aufnahme von Befestigungsschrauben und Muttern 104 durchbohrt wurden. Der Träger wurde damit zwischen zwei Stützen 106 befestigt. Die Stützen 106 hatten vertikale Schlitze, so daß sich beim Lockern der Schrauben der Träger 101 und damit der Primärkeil 34a nach oben und unten verschieben ließen. Versuche haben gezeigt, daß die besten Ergebnisse erhalten wurden, wenn sich die Oberseite des Keils etwa 0,48 cm unter der von der Kante der Halbkugel 36 definierten Ebene befand. Die unteren Enden der Stützen 106 wurden nach innen abgebogen, so daß sich Ansätze 108 ergaben, in die Löcher zur Aufnahme von Schrauben 110 gebohrt wurden. Die Ansätze 108 wurden auf rohrförmige Abstandsstücke 112 aufgesetzt, die in Löchern in dem die Halbkugel bildenden Aluminiumkörper gelagert waren. Die Befestigungsschrauben verliefen durch die Abstandsstücke und in eine Abdeckplatte 114 des Gehäuses der Strahlenquelle, um die Halbkugel im Gehäuse 14 in der richtigen Stellung zu befestigen (Fig. 1). Ein weiteres durch Offnungen 116 und 117 eingesetztes Paar von Schrauben diente dazu, den Alumiumkörper der Halbkugel in der richtigen Stellung festzuhalten. Die Köpfe der Schrauben wurden unter die Oberfläche des Hohlraums in entsprechende Bohrungen zurückversetzt.

Um das mit dem Instrument zu messende Gebiet des Films 10 besser zu definieren, wurde eine dünne, flache Abdeckplatte 118 aus Alumium auf die Kante des halbkugelförmigen Körpers aufgesetzt und mit Hilfe von Stiften 120, die in Bohrungen passen, in dieser Stellung gehalten. Die Abdeckplatte 118 deckte einen Teil des von der halbkugelförmigen Rotationsfläche umschlossenen Gebiets ab und sperrte damit den Durchgang

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von Strahlung zu der Filmoberfläche bzw. den Austritt von Strahlung von der Filmoberfläche bis auf ein schmales, längliches Gebiet. Wie vorher erwähnt, hatte die öffnung in der Abdeckplatte 118 eine Länge von 7,5 cm in der Bewegungsrichtung des Films und eine Breite von 2,5 cm quer zur Bewegungsrichtung. Um zu verhindern, daß Verunreinigungen in die Anordnung eindringen, wurde die gesamte kreisförmige, von der Kante der Halbkugel 36 definierte öffnung mit einem Fenster 122 aus Kunststoffmaterial abgedeckt, das praktisch durchlässig für die von der Infrarot-Strahlungsquelle 18 erzeugte Infrarotstrahlung war. Fenster 110 wurde in Form eines Trommelfells über Abdeckplatte 118 und die Kante des halbkugelförmigen Körpers 38 gestreckt und mit bekannten, nicht dargestellten Mitteln festgehalten.

Innerhalb des anderen halbkugelförmigen Hohlraums 40 wurde der Detektor auf der anderen Seite des Films angebracht, wie insbesondere in Figuren 1, 8 und 9 dargestellt; der Detektor war dabei zwischen zwei halbkreisförmige Alumium-platten 124 eingesetzt. Jede dieser Platten hat eine viereckige öffnung 126 an der Außenseite. An der Innenseite jeder Platte wurde eine Vertiefung zur Anbringung eines Filters 128 vorgesehen. Zwischen die beiden Alumiumpiatten 124 wurde eine Faserplatte 130 mit einer Montageöffnung für einen Strahlungsdetektor angebracht, der seinerseits symmetrisch zur Längsachse des Hohlraums 40 angebracht wurde.

Detektor 132 wurde einfach in die öffnung der halternden Faserplatte 130 eingeklebt. Da die öffnung 126 des Detektors kleiner als die Filter 128 waren, wirkte die Faserplatte als Halterung für die Filter. Der zusammengesetzte Detektor wurde mit Schrauben 134, von denen einige durch Montagewinkel 136 verlaufen, zusammengehalten. Die Winkel wurden auf den

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rohrförmigen Abstandsstücken 112 montiert und mit länglichen Schrauben 138 so befestigt, wie dies vorher für die Montage des Primärreflektors in dem den Primärreflektor und den Kollimator enthaltenden Hohlraum 38 beschrieben wurde. Der den Detektor enthaltende Hohlraum 40 wurde ebenfalls mit einer Abdeckplatte 140 abgedeckt, die Abdeckplatte 118 gleicht. Die gesamte Anordnung wurde mit einem Kunststoffenster 141 abgedeckt, wie dies vorher in Zusammenhang mit Abdeckplatte 118 und Fenster 122 beschrieben wurde.

Um die unerwünschte Streustrahlung und Umgebungsstrahlung, die in die halbkugelförmigen Hohlräume eindringen kann, zu verringern, wurden die beiden Abdeckscheiben 118 und 114 an den Außenseiten neben den Fenstern 122 und 141 geschwärzt. Dann wurden die Messungen am Film 10 durchgeführt. Die gegenüberliegende, inneren Sei ten der Abdeckscheiben und die Außenseiten der beiden halbkreisförmigen Alumiumpl atten 124 hatten polierten Oberflächen, ebenso wie die zur Montage verwendeten Teile. Es ist anzunehmen, daß dadurch die Ausnutzung der von der Strahlungsquelle kommenden Strahlung verbessert wird und daß außerdem so gut als möglich die Komponeten der Strahlungen bei all den möglichen Phasenwinkeln etwa die gleiche vom Detektor nachgewiesene Intensität aufweisen.

Das Instrument, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist für Messungen der Auswirkungen von Strahlungsabsorption auf den Film gedacht, wobei von Interferenzeffekten herrührende Fehler soweit als möglich ausgeschaltet werden sollen. Die einfachste Art der Intereferenz tritt auf, wenn ein Teil eines Strahls durch den Film geht, während ein anderer Teil von beiden Filmoberflächen reflektiert wird,

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und wenn dann sowohl der direkt durchgelassene Strahlungsanteil als auch der reflektierte Strahlungsanteil sich zu einem einzigen Strahl überlagern.

Wenn der reflektierte Strahlanteil um 180° oder um ein ungeradzahliges Vielfaches von 180° gegen den direkt durchgelassenen Strahl phasenverschoben ist, kann durch Interferenz eine fast völlige Auslöschung der austretenden Strahlen am Detektor stattfinden, so daß die Amplitude des reflektierten Strahlanteils praktisch von der Amplitude des durchgelassenen Strahlanteils subtrahiert erscheint. Falls die beiden austretenden Strahlanteile gleichphasig sind, d.h. eine Phasenverschiebung von 360° oder einem Vielfachen von 360° aufweisen, kann durch Interferenz eine Verstärkung des Strahls beim Nachweis durch den Detektor auftreten, so daß die Amplituden der beiden Strahlanteile sich am Detektor addieren. Bei Zwischenwerten der Phasenwinkel kann durch Interferenz eine mehr oder weniger große Verstärkung bzw. Abschwächung Zustandekommen.

Wenn sich die Strahlungskomponenten unter allen möglichen Phasenwinkeln addieren können, so daß beim Nachweis die Komponenten bei all den möglichen Phasenwinkeln gleiche Intensität haben, wird Interferenz ausgeschaltet. Bei der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Infrarotstrahlung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung kein Unterschied gemacht werden zwischen einem Phasenwinkel φ von weniger als 360° und einem größeren Winkel n(360°) + 0, wobei η eine ganze Zahl bedeutet; die bei diesem Phasenwinkeln nachgewiesenen Strahlungen sind nähmlich beim Nachweis gleichphasig. Bei gewissen Kombinationen der Wellenlänge und der Filmdicke können das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung von der Addition der Strahlungskomponente bei 360° + 0 Gebrauch machen, um

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beispielsweise der beim Phasenwinkel 0 nachgewiesenen Gesamtstrahlung eine Intensität zu verleihen, die gleich ist der Intensität der unter anderen Phasenwinkeln erscheinenden Komponenten.

Bei einer in der Praxis verwendeten Meßvorrichtung der in Figur 8 dargestellten Art kann es der Aufbau bedingen, daß die nachgewiesenen Strahlungskomponenten nicht bei allen Phasenwinkeln addiert werden können und die Komponenten der Strahlungen können bei all den möglichen Phasenwinkeln nicht die völlig gleiche, vom Detektor nachgewiesene Intensität haben, besonders wenn die Messungen aneinem größeren Bereich von Filmdicken durchzuführen sind. Wenn jedoch die Lehren der vorliegenden Erfindung befolgt werden, lässt sich eine Addition bei praktisch allen möglichen Phasenwinkeln durchführen, und die Strahlungskomponenten können so nachgewiesen werden, daß die unter allen möglichen Phasenwinkeln nachgewiesenen Komponenten für praktische Anwendungen etwa die gleiche Intensität haben.

Wenn Anordnungen mit einer geringeren geometrischen Güte als die der in Figur 8 dargestellten Anordnung für übliche Zwecke verwendet werden sollen, können viele Mängel des geometrischen Aufbaus kompensiert werden durch die Verwendung des im US-Patent 3 863 071 beschriebenen Verfahrens mit eingekerbten Filtern. Figur 10 erButert die Verwendung des patentierten Verfahrens in einer erfindungsgemäßen Anordung für Messungen an dünnen Filmen. Die Kurve 150 der Figur 10 gibt die Durchlässigkeit eines Filters 24 (Fig. 1) an, das benutzt wird, um den Eigenstrahlungstyp als schmales Band von Wellenlängen zu erzeugen, die vom Filmmaterial

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stark absorbiert werden. Die Kurve 152 ist die Durchlass, kennlinie eines Filters 26, das zur Erzeugung des zweiten Strahlungstyps in Form zweier schmaler Bänder 152a und 152b verwendet wird. Diese Bänder überdecken Spektralbereiche zu beiden Seiten dicht neben dem einen schmalen Band. Der aus dem Paar benachbarter Wellenlängen bestehende Strahlungstyp wird in viel geringerem Maß vom Filmmaterial absorbiert als der andere Strahlungstyp.

Die Kurve 154 ist die Durchlasscharakteristik des über den Detektor angebrachten Filters 128 (Figuren 5,6,8 und 9). Die gestrichelte Kurve 156 gibt die Nachweischarakteristik des Detektors 132 an. Das Zusammenwirken der Filterkennlinie 154 und der Nachweiskennlinie 156 ergeben einen von \. bis λ ο reichenden Durchlassbereich, wodurch die Wirkungen von Umgebungsstrahlung auf das Instrument zum größten Teil ausgeschaltet werden.

Die obige Beschreibung und die Zeichnungen stellen zwar typische erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen dar, dienen jedoch nur zur ErButerung, nicht aber zur Abgrenzung der Erfindung, da zahlreiche Abänderungen im Rahmen der Erfindung gemacht werden können.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Messung einer Eigenschaft eines Infrarotstrahlung durchlassenden Films mit spiegelnden Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Infrarotstrahlung erzeugt werden, deren Wellenlängen so gewählt sind, daß die eine Strahlung stärker vom Filmmaterial als die andere Strahlung absorbiert wird; daß Strahlen beider Strahlungstypen von mehreren Punkten auf eine Filmoberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln gerichtet werden, so daß die Strahlen viele verschiedene Weglängen im Film durchlaufen, die ein breites Spektrum von Weglängen bilden; daß die den Film verlassenden Strahlen aufgefasst und von einer großen Anzahl von Punkten auf eine Filmoberfläche mit einem breiten Spektrum von Einfallswinkeln zurückgestrahlt werden, so daß die zurückgestrahlten Strahlen ebenfalls eine große Anzahl verschiedener Weglängen im Film durchlaufen, die ein breites Spektrum von Weglängen bilden; daß der erste und der zweite Strahlungstyp mit Nachweiseinrichtungen nachgewiesen werden, die in bezug auf die Strahlen ausrichtenden und zurückwerfenden Punkte so angeordnet sind, daß die nachgewiesenen Komponenten jedes Strahlungstyps mit praktisch allen möglichen Phasenwinkeln addiert werden und daß die Komponenten jedes Strahlungstyps bei allen möglichen Phasenwinkeln beim Nachweis mit den Nachweiseinrichtungen etwa gleiche Intensität haben; und daß ein die Filmeigenschaft kennzeichendes Signal erzeugt wird, das eine Funktion des Verhältnisses der nachgewiesenen Intensitäten des ersten und des zweiten Infrarotstrahlungstyps ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein beträchtlicher Te¹' h ^tY auf ein« ftlfioberf lache ein-

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