CN102854168A - 用于参考式测量反射的光的设备和校准这样的设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于参考式测量反射的光的设备和方法以及一种校准这样的设备的方法，其中，为了能够实现较为准确的校准，按照本发明，设备(1)能够从测量位置转换到校准位置，其中光射出孔(17)在测量位置位于第一检测轴线(A)上，在校准位置位于第二检测轴线(B)上。另外的可选方案是，包括光射出孔(17)和光接收器(4、5)的中空体(3)为把设备(1)从测量位置转换到校准位置而围绕一个与第一检测轴线(A)不同的轴线(Q)可转动地被支承，其中，第一光接收器(4)定向设置用于在两个位置接收通过光射出孔(17)进入中空体(3)内的光，第二光接收器(5)定向设置用于在两个位置接收由层(15)散射的光。

Description

用于参考式测量反射的光的设备和校准这样的设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量在试样上反射的光的设备，包括：中空体，其具有用于照明试样的光射出孔和在它的内部的扩散的散射层；用于照明该层的光源；沿第一检测轴线对准的第一光接收器；沿第二检测轴线对准的第二光接收器，以及涉及用于校准这样的设备的方法。

背景技术

在本发明的意义上术语“光”包括每一种可用光学设备操作的电磁射线，亦即特别是紫外线、可见光和红外线。这里光接收器的检测轴线例如说明它的视场的对称轴线，其特别可以涉及光接收器的光学轴线。在几何上它涉及在所涉及的光接收器内开始的一段空间距离。每一个光接收器例如可以是光波导或者光波导束的各自的一端，特别包括一个耦合光学器件。那时光波导例如通到光电子变换器，特别在光谱计内。该光谱计例如包括入射缝隙、角频散元件例如光栅和光电子变换器以及可选控制单元。

开头提到的测量设备例如从DE 195 28 855 A1中得知，它的公开内容，特别是为确定辐射函数Φ和反射度函数β这里尽可能参照。光源的在内部的上或内散射的光能够通过光射出孔从中空体射出。在位于该光射出孔前的试样上光至少部分向光射出孔反射(反馈散射和/或向那里反射)，使得它重新进入中空体。设置第一光接收器用于检测该向中空体内反射的光(测量光，其内编码试样的特征)，设置第二光接收器用于检测从中空体内部向扩散的散射层或在其内散射的光(参考光，其内编码光源的特征)。参考光的接收用于确定在反射和/或传输中测量的、光源的检测光程和发射特征的依赖波长的光学传输特性的不依赖暂时波动的辐射函数。

这样的测量设备首先在制造和/或在光学结果的质量控制中使用。这里经常需要取决于光波波长测量光学特性例如反射特性和/或传输特性。为此的一个例子是作为红外滤波器作用的滤波器层的光学分析，该滤波器层应该保留热辐射，然而尽可能不阻止可见光通过。这种滤波器层例如在车辆玻璃上敷设。另一个例子是消除反射层，特别为消除宽带反射，它在可见光的区域内应该具有尽可能小的反射。无论在该层的制造过程中还是层的光学特性的最终控制期间都需要测量它的光谱依赖性。

为能够与光源的检测光程和发射特征取决于波长的光学传输特性的长期变化无关地确定感兴趣的试样平面的在反射和/或传输中测量的辐射函数，需要通过在测量设备的检测光程中测量一个参考标准校准该测量设备。通常至少使用一个所谓的白标准，其扩散地散射入射光，并且通常在所有要在试样上测量的波长的情况下具有最大的反射度或者传输度。

在已知的测量设备中为进行校准要么在检测光程内在试样前或者到它的位置移动参考标准，或者把测量设备离开试样向测量位置移动，例如像在DE 195 28 855 A1中那样平行移动。在所有的情况下在定位被移动的物体时都通过相对移动而导致不准确性。由此参考标准不总是像试样那样离开光射出孔同样的距离。参考标准对于光射出孔的倾斜度也能够由此改变。然而距离或者定向的微小的波动会导致测量的光强度的大的差异，也就是说导致校准测量的大的测量误差。校准中的大的误差波及对于试样的测量。

此外通过相对移动会导致干扰测量几何学。例如当使光导运动时它的光学特性变化。此外参考标准在已知的测量设备中会被污染。这点特别能够通过被监视的制造过程，例如溅射法(英语为“sputtering”)产生。在已知的测量设备中环境温度也能够影响参考标准。校准的准确度由此能够被极大地影响。此外当试样必须在真空中加工和测量时参考标准的处理花费很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，给出一种本申请说明书开始时提到的类型的设备，其能够以较高的准确度校准，以及用于这样的设备的校准方法。

上述技术问题通过具有如权利要求1或者10所述特征的设备、和通过具有如权利要求21或者22所述特征的方法解决。

本发明的有利的扩展设计在从属权利要求中给出。

根据本发明的第一方面规定，该设备可从测量位置向校准位置转换，其中光射出孔在测量位置位于第一检测轴线上(但是不在第二检测轴线上)，在校准位置位于第二检测轴线上(但是不在第一检测轴线上)。在本发明的意义上，光射出孔位于给出的轴线上的陈述意味着，该轴线通过光射出孔延伸。这一解释也相应地适用于有关“扩散的散射层位于轴线上”的描述内容。

在测量位置如此设置光射出孔，使得它照明试样，并且第一光接收器接收穿过光射出孔从试样来的光。在校准位置如此设置光射出孔，使得代替试样照明一个位于第二检测轴线上的另选的测量位置。光接收器的定位和它的检测轴线在转换位置时也保持不变。由此在校准位置第二光接收器接收该另选的测量位置的光。

也就是说用同一个测量设备能够在两个不同的测量位置进行测量，不必把该设备移动到另一个位置。特别可以在该另选的测量位置设置参考标准并且也可以永久保留，而不必为测量参考标准(包括接收扩散的散射面的参考光)线性地移动该设备。前提仅是不干扰试样设置参考标准。由此能够以比常规的测量设备更高的准确度校准设备。

为在测量和校准时得到最大可能的准确度，在测量位置时的第一光接收器和光射出孔之间的距离可以与在校准位置时的第二光接收器和光射出孔之间的距离相同。

相应有利的是那样的实施方式，其中在中空体外如此设置用于参考标准的支架或者参考标准，使得参考标准位于第二检测轴线上。由此能够把参考标准和第二光接收器之间的距离调整到与试样和第一光接收器之间的距离相同。该距离也可以在后来的校准过程中保持不变。这点对于参考标准对于第二光接收器的倾斜也适用。由此能够以比常规的测量设备更高的准确度校准设备。

每一个光接收器都可以在中空体内或者在中空体外设置。对于每一个在外面设置的光接收器，中空体适宜地具有各自的检测孔。

中空体可以如此适宜地构造，使得在测量位置扩散的散射层的第一区域位于第二检测轴线上，而在校准位置扩散的散射层的第二区域位于第一检测轴线上。由此在两个位置接收扩散的散射层的参考光-在测量位置借助第二光接收器，在校准位置借助第一光接收器。也就是说在从测量位置向校准位置更换时两个光接收器交换它们的功能。在扩散的散射层的第一区域和第二区域具有相同的反射特性的假定下，能够用很少的花费确定第一和第二光接收器的灵敏度的比例，并且在校准中应用。

位置之间的可转换性通过有效地改变光射出孔的位置实现。这例如用很小的花费如下实现，要么a)把光射出孔从在第一检测轴线上的位置向在第二检测轴线上的位置或者反向移动，或者b)中空体在第二检测轴线上具有一个参考光射出孔，其中试样光射出孔和参考光射出孔至少可交替地关闭。

在情况a)，中空体例如可以这样操作，使得光射出孔可在第一位置和第二位置之间往复运动，在第一位置第一检测轴线通过光射出孔延伸，第二检测轴线通过扩散的散射层延伸；在第二位置第一检测轴线通过扩散的散射层延伸，第二检测轴线通过光射出孔延伸。特别中空体为提供该操作性能够可动地特别是可转动地被支承。另外的方案是，也可以是中空体的仅包括光射出孔的段可动，例如一个围绕中空体的条，而中空体的其余部分固定。如果该设备具有一个或者多个在中空体外部设置的光接收器，则该中空体为该每一个光接收器适宜地具有与可能的位置的数量相同数量的检测孔。这里优选相邻的光接收器的各两个检测孔彼此相同。

在情况b)，中空体具有两个测量光射出孔，其中第一检测轴线通过试样光射出孔延伸，第二检测轴线通过参考光射出孔延伸。为此目的，例如可以在中空体内或外设置遮光器，其可以在试样光射出孔和参考光射出孔之间往复运动。另外的方案是两个光射出孔可彼此独立地关闭，例如各通过一个光阑，特别通过可变光阑。

适宜的是第一光接收器定向设置成用于在测量位置接收通过光射出孔进入中空体的光而在校准位置接收由层散射的光。适宜的是第二光接收器定向设置成用于在测量位置接收由层散射的光而在校准位置接收通过光射出孔进入中空体的光。

优选第一光接收器以光学方式如此构造，使得它在测量位置仅接收通过光射出孔进入中空体的光。优选第二光接收器以光学方式如此构造，使得它在测量位置仅接收由内部层散射的光。为此可以在光接收器前例如各接入一个光阑和/或各一个透镜光学器件。

光接收器和检测轴线不依赖于位置在空间固定的实施方式是特别有利的。由此避免由于不准确的定位和通过移动后的光波导的光学特性的改变引起的问题。

一种实施方式使得能够特别准确地校准，其中，第二检测轴线在设备处于测量位置时与扩散的散射层在第二检测轴线通过该散射层的交会点处的表面法线形成的夹角，与第一检测轴线在设备处于校准位置时与扩散的散射层在第一检测轴线通过该散射层的交会点处的表面法线形成的夹角相同。由此测量几何学在测量参考标准时在很大程度上与在测量位置测量试样的测量几何学相同。

特别可以在测量位置时第一检测轴线(优选仅为扩散的反射试样)与光射出孔的中心轴线相同或者(优选为部分对准的反射试样)成8°的角。

在一种特别的实施方式中设备另外可以转换到一个参考位置，在该位置第一和第二检测轴线通过扩散的散射层延伸。由此例如通过计算光接收器的信号值的商能够确定第一光接收器和第二光接收器的相对灵敏度，即灵敏度之比。而且两个光接收器在参考位置对准层的不同的位置。然而在层足够均匀的情况下散射特性相同。

扩散的散射层的一个在测量位置时位于第二检测轴线之上或者附近的部位尤其可在该参考位置时位于第一检测轴线之上或者附近。在本发明的意义上“附近”意味着小于中空体的光射出孔的直径的距离。在该特别有利的参考位置，可以用第一光接收器检测扩散的散射层的一个区域，从该区域在测量位置借助第二光接收器接收参考光。这有利地用于，通过以高准确度接收(至少以近似方式)层的同一位置的光来确定第一光接收器和第二光接收器的相对灵敏度。

在另一种有利的实施方式中，设备包括一个第三光接收器，其沿第三检测轴线对准，其中该设备另外可转换到一个辅助校准位置，在该辅助校准位置时，光射出孔位于第三检测轴线上，特别如此设置一个用于附加参考标准的支架或者一个附加参考标准，使得该附加参考标准在中空体外位于第三检测轴线上。光射出孔在辅助校准位置如此设置，使得它照明一个第二可选的测量位置。为此目的，可以相应操作中空体。如果第三光接收器在中空体外设置，则中空体为该第三光接收器具有三个检测孔，它们能够部分地与其他的检测孔(只要存在)重叠。第三光检测器在第三位置可以用于测量辅助参考标准，它在第三检测轴线上设置，并且特别可以在那里永久保持。辅助参考标准例如可以涉及一个具有50％的反射度的灰色标准。根据辅助参考标准的一个以这种方式确定的反射度函数，例如可以通过设备的控制单元检验，关闭光射出孔的保护窗口是否被显著污染。如果是，则控制单元可以输出一个光学的或者声学的报警消息。

优选为在所有位置之间转换设备而可转动地支承中空体，优选仅围绕一个转动轴线。

根据本发明的第二方面规定，包括光射出孔和光接收器的中空体为从测量位置向校准位置转换设备而围绕一个与第一检测轴线不同的轴线可转动地被支承，其中，第一光接收器定向设置成用于在两个位置接收通过光射出孔进入中空体内的光，第二光接收器定向设置成用于在两个位置接收由层散射的光。

也就是说用同一个测量设备能够在两个不同的测量位置进行测量，而不必把该设备移动到另一个位置。特别可以在该另选的测量位置设置一个参考标准，并且还永久地保持，而不必为测量该参考标准(包括接收扩散的散射面的参考光)线性地移动该设备。前提仅是不干扰试样地一次性地设置定位参考标准。由此能够以比常规的测量设备更高的准确度校准设备。

相应有利的是这样的实施方式，其中在中空体外如此设置用于参考标准的支架或者参考标准，使得该参考标准在校准位置位于第一检测轴线上。由此能够调整参考标准和第一光接收器之间的距离与试样和第一光接收器之间的距离相同。该距离也可以在后来的校准过程中保持相同。这点对于参考标准相对第二光接收器的倾斜也适用。

下面说明的变型方案对于本发明的两个方面都适用。

中空体的运动通过一个或者多个止挡被确定地限定是有利的。特别在本发明的第二方面的情况下由此能够避免参考标准和中空体的相对定向的波动。

在支架/参考标准和试样之间设置屏蔽是有利的。由此保护参考标准不受试样周围环境的影响。由此参考标准能够机械方面少受影响，这能够长期获得校准的准确性。优选在这样的实施方式中屏蔽是围绕支架/参考标准的外壳，其朝向中空体敞开。由此参考标准被特别保护。中空体的光射出孔在这样的情况下用防护玻璃透光地关闭是适宜的。围绕参考标准的外壳特别可以用密封特别保护不受外壳的周围环境影响，这允许以小的花费特别在真空中使用测量设备，因为参考标准也能够在对于试样的处理和/或测量期间保持在其位置。

对于仅屏蔽参考标准的另外可选的方案是，屏蔽相对于试样屏蔽中空体、支架/参考标准和光接收器，并且在一个光射出孔位于测量位置的区域内具有光透过孔，其内设置透光的防护玻璃。由此包括参考标准保护设备不受试样的周围环境影响。

通过屏蔽是一个包围中空体、支架/参考标准和光接收器的公共的外壳，能够实现特别可靠的保护。这种实施方式也特别能够以小的花费在真空中使用，因为参考标准也能够在对于试样的处理和/或测量期间保持在其位置。

有利的是中空体可以是乌布利希光度球(Ulbricht-Kugel)或者乌布利希光度管(Ulbricht-Roehre)，特别是具有多个平行错开的分别由第一和第二光接收器组成的光接收器对。光度管在内部像光度球，除孔外在各方面都提供有扩散的散射层，然而与光度球不同的是例如在整个末端区上除孔外具有平移不变的横截面。对于这种管参见DE 10 2010 041 749(A1)，它的公开内容尽可能包括在本申请内容中。

优选两个检测轴线通过中空管延伸。由此在试样和光射出孔之间的距离在测量位置可接近零，这使得能够实现高的测量准确度。

通过把设备转换到校准位置，接着借助第二光接收器接收通过光射出孔进入的光作为参考标准辐射函数，以及借助第一光接收器接收由扩散的散射层散射的光作为光源辐射函数，和根据这两个辐射函数确定参考标准反射度函数根据，本发明的第一方面的设备以其所有可能的实施方式能够被校准。辐射函数可以借助一个在光接收器后面接入的光谱计以取决于波长的方式确定。相应地可以以取决于波长的方式确定参考标准的反射度函数。

在执行根据上述权利要求的校准方法后，可以之后把设备转换到测量位置，接着借助第一光接收器接收通过光射出孔进入的光作为试样辐射函数，借助第二光接收器接收由扩散层散射的光作为光源辐射函数，并且根据这两个辐射函数和根据在校准方法中已经确定的参考标准反射度函数确定试样反射度函数。不言而喻，校准方法也可以仅在一次或者多次测量后执行。适宜的方式是它在之前和之后执行。然后为确定试样反射度函数例如使用一个在两次校准之间内插的参考标准反射度函数。

根据本发明的第一方面的对于在试样上反射的光的测量在一般情况下包括下列步骤：

1.在第一检测轴线上设置试样，

2.在第二检测轴线上设置参考标准，

3.在第一检测轴线上在试样前设置扩散的散射层，

4.照明扩散的散射层用于产生扩散的光，

5.把一部分产生的光引导到参考标准上，

6.沿第二检测轴线接收参考标准的光作为参考标准辐射函数，

7.沿第一检测轴线接收扩散的散射层的光作为对于参考标准辐射函数的光源辐射函数，

8.从第一检测轴线中去掉扩散的散射层，

9.在第二检测轴线上在参考标准前设置扩散的散射层，

10.把产生的光的一部分引导到试样上，

11.沿第一检测轴线接收试样的光作为试样辐射函数，和

12.沿第二检测轴线接收扩散的散射层的光作为对于试样辐射函数的光源辐射函数。

另外可选的方案是，仅在由步骤9/10/11/12组成的步骤组后才执行由步骤3/5/6/7组成的步骤组。步骤6和7的顺序是任意的。特别是它们可以同时执行。这点对于步骤11和12也适用。不言而喻照明(步骤4)必须至少在接收步骤(5/6/7和10/11/12)期间保持。步骤1、2和3的顺序是任意的，特别是它们可以同时执行。

层的设置和去除可以通过平移和/或转动层进行。层的各个不同的区域可以位于各检测轴线上。

上面的步骤例如可以由各自一个软件模块执行。另选的方案是可以执行多个或者所有步骤的一个软件模块。

作为使用上述设备的测量的结果，应该确定一个试样反射度函数。这通过下面的步骤实现：

-根据参考标准辐射函数和根据对于参考标准辐射函数的光源辐射函数确定参考标准反射度函数，

-根据试样辐射函数和根据对于试样辐射函数的光源辐射函数确定试样反射度函数。

这些步骤例如也可以由各自一个软件模块执行。另选的方案是可以执行多个或者所有步骤的一个软件模块。

在确定试样反射度函数之前，以适宜的方式使参考标准反射度函数借助第一和第二光接收器的相对灵敏度适应不同的灵敏度

根据参考标准辐射函数和根据对于参考标准辐射函数的光源辐射函数确定参考标准反射度函数可以在接收参考标准辐射函数和对于参考标准辐射函数的光源辐射函数(上面的步骤6/7)之后任何时间执行，不必在即将确定试样反射度函数前才执行。

优选参考标准的光和试样的光通过其内设置有扩散的散射层的中空体的光射出孔接收。

在本发明的所有方面，两个或者三个检测轴线优选所有检测轴线都位于同一个空间平面内。

本发明还包括计算机程序和控制单元，它们为执行这样的校准或者测量方法建立，特别通过上述软件模块。还包括具有这样的控制单元的设备。

本发明特别适合在大面积试样的连续的制造处理期间(英语“in line”)或者在连续测试时进行重复的测量，该试样连续从本发明设备旁边经过。

除测量在试样上反射的光外，本发明的设备可交替地或者同时用于测量穿透试样传输的光。为此需要在试样的与光射出孔对面侧设置至少一个光接收器。在本发明的两个方面可以仅在测量位置时测量穿透试样传输的光。

附图说明

下面根据实施例详细说明本发明。

附图中，

图1A至图1B表示在测量位置和在校准位置的第一测量设备，

图2A至图2C表示在测量位置和在校准位置的第二测量设备，

图3表示对于第二测量设备的一种测量和校准方法的流程图，

图4表示在第三位置的第三测量设备。

在所有附图中，一致的部分具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1A至图1B表示根据本发明的第二方面的一个示范的测量设备1的横剖面，其可在测量位置和校准位置之间转换。在分图1A中设备1位于测量位置，在分图1B中位于校准位置。设备1是生产监视设备的一部分，在该生产监视设备内，试样X，例如涂层的平板玻璃从设备1旁传输经过。

设备1包括外壳2，其内包围一个形式为乌布利希光度球的中空体3、分别构造为各光波导内的耦合部位的第一光接收器4和第二光接收器5、光源6、参考标准7、两个光学遮光器8和光谱计9。外壳2具有带透光防护玻璃11的透光孔10。在光谱计9内例如设置入射缝隙12、成像的衍射光栅13和例如硅制的光电子式检测器14。参考标准在支架24上设置。

中空体3在其内侧提供扩散的散射层15，例如硫化钡制的白色涂层，并且例如具有三个孔：在光进入孔16处例如连接一个具有用于照明层15的光源6的密封套筒。从光源6输出的光在层15上扩散反射，使得光在中空体3内在所有的空间方向上扩展，由此层15上的扩散反射多次重复。

这种散射的光的一部分可以通过光射出孔17离开中空体3。取决于设备1的位置，然后它要么到达试样X(测量位置)，要么到达参考标准7(校准位置)。从那里它至少部分地通过光射出孔17向中空体3内反射，在那里它由第一光接收器4接收。光接收器4对准光射出孔17，并且只接收通过光射出孔17进入中空体内的光的一部分。为此目的，在第一光接收器4前接入一个聚光光学器件。在层15上散射的光的另一部分由第二光接收器5接收，在其前面例如接入一个管形的光阑，它通过检测器孔18导入中空体3内。所述管形光阑的外侧例如同样以扩散散射方式涂层，就像中空体3的内侧。

两个光接收器4、5都设计成带有耦合光学器件20的光波导19的末端。光波导19通过可关闭的遮光器8继续向光谱计9传导。取决于遮光器8的调整，光谱计9要么检测由第一光接收器4接收的、通过光射出孔17进入中空体内的测量光；要么检测由第二光接收器5从层15接收的参考光，该参考光代表瞬时的光源辐射并且用于补偿光源6的亮度波动。在光谱计9中通过缝12入射的光通过光栅13以空间光谱的方式分开并且被引导到检测器14上，在那里能够以光谱分辨方式被检测。检测器14与控制单元21连接，后者除采集测量值外还用于控制遮光器8、光源6以及借助驱动器22对设备1的位置进行控制。

驱动器22如此构造，使得光度球3能够围绕它的中心轴线转动，例如围绕垂直进入附图平面的中心轴线。在这样转动时光接收器4、5随同中空体3一起转动，因为它们在图示情况下与中空体3刚性连接。从测量位置向校准位置的转换现在通过中空体3借助驱动器22的转动如此进行，使得光射出孔17和通过光射出孔17延伸的第一检测轴线A不再对准试样X，而对准参考标准7。第二检测轴线B在该运动时也一同转动。由此在该例中第二光接收器5与设备1的位置无关始终接收扩散的散射层15的同一部位的参考光。

从校准位置时的第一光接收器4输出的信号由控制单元21数字化并且作为参考标准辐射函数存储。从校准位置时的第二光接收器5输出的信号由控制单元21数字化并且作为参考光源辐射函数存储。根据这两个辐射函数，控制单元21例如根据DE 195 28 855 A1确定参考标准反射度函数。

为测量试样特性控制单元21借助驱动器22把设备1转换到测量位置。于是第一检测轴线A通过试样X。由测量位置时的第一光接收器4输出的信号由控制单元21数字化并且作为目前测量位置的试样辐射函数存储。由测量位置时的第二光接收器5输出的信号由控制单元21数字化并且作为对试样辐射函数的光源辐射函数存储。根据这两个辐射函数并根据参考标准反射度函数，控制单元21例如根据DE 195 28 855 A1确定用于目前测量位置的试样反射度函数。

通过分析试样反射度函数，控制单元例如监视试样特性的一个值，并且与额定值或者额定区间比较。如果控制单元确定有偏差，则它例如记录该偏差和/或输出一个光学的和/或声学的报警信号。

外壳2例如具有圆筒形的壁段23，其例如可以按照DE 195 28 855 A1构造为光导装置。但是也可以不要壁段23。

在可能的另选的实施方式(未图示)中，光接收器4、5独立于中空体3可转动地被支承，此时，光接收器4、5的转动轴线与中空体3的转动轴线Q相同。

所示实施方式具有缺点：测量可能通过在转换位置时光波导19的运动而影响。

图2A至图2C在横剖面图中表示根据本发明的第一方面的测量设备1。它没有该缺点。分图2A表示位于测量位置的设备1，分图2B表示位于校准位置，分图2C表示位于参考位置。设备1例如是生产监视设备的一部分，在该生产监视设备内，试样X，例如涂层的平板玻璃从设备1一旁被传送经过。

设备1包括一个形式为光度球的中空体3、分别构造为各光波导内的耦合部位的第一光接收器4、第二光接收器5、光源6和参考标准7。围绕光源6设置一个侧面的屏蔽28，其直接阻止从光源6向光接收器4和5传播光。中空体3具有光射出孔17，用于用散射的光照明试样X，光射出孔17通过透光的防护玻璃11关闭。参考标准由自己的外壳25包围，该外壳朝向中空体3敞开。在其与中空体3的边界处设置密封26，以便保护参考标准不受试样X的周围环境的作用。

中空体3在其内侧提供扩散的散射层15，例如硫化钡制的白色涂层。从光源6输出的光在该层15上扩散反射，使得光在中空体3内在所有的空间方向上扩展，由此扩散反射在层15上多次重复。这种散射光的一部分能够通过光射出孔17离开中空体3。取决于设备1的位置，然后它要么到达试样X(测量位置)，要么到达参考标准7(校准位置)。然后从那里它至少部分地通过光射出孔17向中空体3内反射。

设备1可以在测量位置和校准位置之间转换。此外中空体3例如能够借助驱动器如在图1A至图1B中那样围绕它的一条中心轴线例如围绕垂直进入附图平面的中心轴线转动。在这样的转动时，光接收器4、5不随同中空体3一起转动，因为它们彼此以固定的距离用空间固定的检测轴线A或者B空间固定地定位和空间固定地取向，所述检测轴线A或者B例如与试样法线(第一光接收器)或者参考标准法线(第二光接收器)形成8°的夹角。检测轴线A和B在所述位置转换时也保持恒定不变。通过空间固定地设置光接收器4、5，试样和第一光接收器之间以及参考标准和第二光接收器之间的距离不仅独立于设备1的位置恒定，而且例如相同。

在测量位置通过光射出孔17反射的光由第一光接收器4接收。光接收器4沿第一检测方向A对准光射出孔17，并且仅接收通过光射出孔17进入中空体3内的光的一部分。另一部分在层15上散射的光由沿第二检测方向的第二光接收器接收。两个光接收器的检测轴线A、B通过各检测孔18穿过中空体3。与图1A至图1B相同，光接收器4、5可切换地与光谱计(未图示)连接。第一光接收器4用于接收通过光射出孔17的测量光，从该测量光确定试样的当前或瞬时测量位置的试样辐射函数。第二光接收器5用于接收扩散的参考光，从该参考光确定对于试样辐射函数的光源辐射函数。

从测量位置向校准位置的转换通过转动中空体3如此进行，使得光射出孔17不再位于第一检测轴线A上，而位于第二检测轴线B上。那时第一光接收器4不再对准试样X，而对准扩散的散射层15。那时第二光接收器5不再对准扩散的散射层15，而对准参考标准7。现在第二光接收器5用于接收通过光射出孔17的测量光，从该测量光确定参考标准辐射函数。相反第一光接收器5现在用于接收扩散的参考光，从该参考光确定对于参考标准辐射函数的光源辐射函数。

为能够以公知的方式使用参考标准反射度函数计算试样反射度函数，必须根据从光接收器4、5直到光谱计9的两个检测通道的相对灵敏度对所述参考标准反射度函数进行调节，例如通过乘以相对灵敏度。这里相对灵敏度可以依赖于波长。

相对灵敏度例如可以通过把设备1从测量位置向参考位置转换来确定。这例如通过把中空体3围绕相同的转动轴线Q转动和在测量位置和校准位置之间转换时相同的角度实现，然而以相反的转动方向。由此第一光接收器4对准扩散的散射层15的部位与第二检测器15在测量位置时对准的部位相同。由此现在能够接收用于调准辐射函数的测量光，该调准辐射函数与在测量位置时的光源辐射函数(或者另外可选与在参考位置时用第二光接收器5接收的光源辐射函数)之比例说明检测通道的相对灵敏度。为补偿在用第一光接收器4接收测量光期间光源6的亮度波动，可以以公知的方式用第二光接收器5接收参考光。

作为测算相对灵敏度的替代手段，也可将所述参考标准7或一个同样的参考标准7替换试样X地放置在试样X所在位置上，并在设备1处于测量位置时用第一光接收器接收测量光而求出辐射函数，然后求出该辐射函数与借助第二光接收器测出的辐射函数的比例。为补偿光源6在用第一光接收器4接收测量光期间的亮度波动，可以以公知的方式用第二光接收器5接收参考光并且反之亦然。

为测量试样特性，控制单元21借助驱动器(未图示)把设备1转换到测量位置。由测量位置时的第一光接收器4输出的信号由控制单元21数字化，并且作为瞬时测量位置的试样辐射函数存储。由测量位置时的第二光接收器5输出的信号由控制单元21数字化，并且作为对于试样辐射函数的光源辐射函数存储。根据这两个辐射函数和根据调节匹配的参考标准反射度函数，控制单元21例如按照DE 195 28 855确定关于目前或瞬时测量位置的试样反射度函数。

通过分析试样反射度函数，控制单元例如能够监视试样特性的一个值，并且与额定值或者额定区间比较。如果控制单元确定有偏差，则它例如记录该偏差和/或输出一个光学的和/或声学的报警信号。

所示设备1可以如图1A至图1B所示在一个公共的外壳2内设置并且通过光波导19与光谱计22连接。

图3表示在按照图2A至图2C的设备的情况下校准和测量的方法的流程图。

图4表示一个类似图2A至图2C的设备1，其另外可以转换到一个辅助校准位置。在该图中设备1位于该辅助校准位置。所示设备1超出于按照图2A至图2C的设备地还在第三检测孔18处具有第三光接收器，后者沿第三检测轴线C对准，并例如通过第三光学遮光器可切换地与光谱计连接。在该辅助校准位置时，光射出孔17位于第三检测轴线C上。在该第三检测轴线C上在中空体3外设置另一个参考标准29，它例如具有50％的中间的反射度。该附加参考标准29例如在自己的带有密封26的外壳25内设置，该外壳包括一个支架(未图示)。借助第三光接收器27可以接收附加参考标准29的测量光，用于确定附加的参考标准反射度函数。在同一辅助校准位置时，可以借助第一光接收器4和借助第二光接收器5接收层15的参考光，用以确定检测通道的相对灵敏度。

代替用于所有检测通道的公共的光谱计，也可以所有的或者至少一个检测通道具有单独的光谱计。在此情况下可相应确定用于调节匹配各辐射函数的相对灵敏度。

附图标记列表

1测量设备

2外壳

3中空体

4第一光接收器

5第二光接收器

6光源

7参考标准

8遮光器

9光谱计

10透光孔

11防护玻璃

12入射缝隙

13光栅

14检测器

15扩散的散射层

16光进入孔

17光射出孔

18检测器孔

19光波导

20耦合光学器件

21控制单元

22驱动器

23壁段

24支架

25外壳

26密封

27第三光接收器

28屏蔽

29附加参考标准

X试样

A第一检测轴线

B第二检测轴线

C第三检测轴线

Q转动轴线

Claims (27)

1.一种用于测量在试样(X)上反射的光的设备(1)，包括：

-中空体(3)，它具有用于照明试样(X)的光射出孔(17)和在其内部的扩散的散射层(15)；

-光源(6)，用于照明所述散射层(15)；

-第一光接收器(4)，其沿第一检测轴线(A)对准；和

-第二光接收器(5)，其沿第二检测轴线(B)对准，

其特征在于，设备(1)可从测量位置向校准位置转换，其中光射出孔(17)在测量位置位于第一检测轴线(A)上，在校准位置位于第二检测轴线(B)上。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，第一光接收器(4)定向设置成用于接收：

-在测量位置通过光射出孔(17)进入中空体(3)内的光；和

-在校准位置由层(15)散射的光。

3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其中，第二光接收器(5)定向设置成用于接收：

-在测量位置由层(15)散射的光；和

-在校准位置通过光射出孔(17)进入中空体(3)内的光。

4.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，光接收器(4、5)和检测轴线(A、B)不依赖所述位置地在空间固定。

5.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，第二检测轴线(B)在设备的测量位置时与扩散的散射层(15)在第二检测轴线(B)通过该散射层(15)的交会点处的表面法线形成的角，与第一检测轴线(A)在设备的校准位置时与扩散的散射层(15)在第一检测轴线(A)通过该散射层(15)的交会点处的表面法线形成的角相同。

6.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，在中空体(3)外如此设置用于参考标准(7)的支架(24)或参考标准(7)，使得该参考标准(7)位于第二检测轴线(B)上。

7.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，设备(1)另外可转换到一个参考位置，在该位置时，第一和第二检测轴线(A、B)通过扩散的散射层(15)延伸，特别是所述扩散的散射层(15)的一个在测量位置位于第二检测轴线(B)之上或者附近的部位位于第一检测轴线(A)之上或者附近。

8.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，包括第三光接收器(27)，其沿空间固定的第三检测轴线(C)对准，其中设备(1)另外可转换到一个辅助校准位置，在该位置光射出孔(17)位于第三检测轴线(C)上，特别如此设置一个用于附加参考标准(29)的支架(24)或者一个附加参考标准(29)，使得该附加参考标准(29)在中空体(3)外位于第三检测轴线(C)上。

9.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，中空体(3)为在所述位置之间转换可转动地被支承，优选仅围绕一个转动轴线(Q)。

10.一种用于测量在试样(X)上反射的光的设备(1)，包括：

-中空体(3)，它具有用于照明试样(X)的光射出孔(17)和在其内部的扩散的散射层(15)；

-光源(6)，用于照明层(15)；

-第一光接收器(4)，其沿第一检测轴线(A)对准；和

-第二光接收器(5)，其沿第二检测轴线(B)对准，

其特征在于，所述包括光射出孔(17)的中空体(3)和所述光接收器(4、5)为使设备(1)从测量位置向校准位置转换而围绕一个与第一检测轴线(A)不同的轴线(Q)可转动地被支承，其中，第一光接收器(4)定向设置成用于在所述两个位置接收通过光射出孔(17)进入中空体(3)内的光，第二光接收器(5)定向设置成用于在所述两个位置接收由层(15)散射的光。

11.根据上述权利要求所述的设备(1)，其中，在中空体(3)外如此设置用于参考标准(7)的支架(24)或者参考标准(7)，使得该参考标准(7)在校准位置时位于第一检测轴线(A)上。

12.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，在支架/参考标准(24/7)和试样(X)之间设置屏蔽。

13.根据权利要求12所述的设备(1)，其中，所述屏蔽是围绕支架/参考标准(24/7)的外壳(25)，其朝向中空体(3)敞开，特别具有相对于外壳(25)外面的密封(26)。

14.根据权利要求12所述的设备(1)，其中，所述屏蔽相对于试样(X)屏蔽中空体(3)、支架/参考标准(24/7)和光接收器(4、5)，并且在光射出孔(17)在测量位置时所处的区域内具有透光孔(10)，在该透光孔(10)内设置透光的防护玻璃(11)。

15.根据上述权利要求所述的方法，其中，屏蔽是一个包围中空体(3)、支架/参考标准(24/7)和光接收器(4、5)的公共的外壳(2)。

16.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，所述支架(24)如此设置，使得在校准位置时参考标准(7)和光射出孔(17)之间的距离与在测量位置时试样(X)和光透过孔(10)之间的距离相同。

17.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，两个检测轴线(A、B)通过中空体(3)延伸。

18.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，在测量位置时第一检测轴线(A)与光射出孔(17)的中心轴线相同或者成8°的角。

19.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，第二检测轴线(B)在设备的测量位置时与扩散的散射层(15)在第二检测轴线通过该散射层的交会点处的表面法线形成的角，与第一检测轴线(A)在校准位置时与扩散的散射层(15)在第一检测轴线(A)通过该散射层(15)的交会点处的表面法线形成的角相同。

20.根据上述权利要求之一所述的设备(1)，其中，中空体(3)是乌布利希光度球或者乌布利希光度管，特别具有多个平行错开的分别由第一和第二光接收器(4、5)组成的光接收器对。

21.一种用于校准根据权利要求1到6或者9到17之一所述的设备(1)的方法，其中，把设备(1)转换到校准位置，接着借助第二光接收器(5)接收通过光射出孔(17)进入的光作为参考标准辐射函数，并且借助第一光接收器(4)接收由扩散的散射层(15)散射的光作为光源辐射函数，和根据这两个辐射函数确定参考标准反射度函数。

22.一种用于测量在试样(X)上反射的光的方法，其中，执行根据上述权利要求所述的校准方法，其后把设备(1)转换到测量位置，接着借助第一光接收器(4)接收通过光射出孔(17)进入的光作为试样辐射函数，并且借助第二光接收器(5)接收由扩散层(15)散射的光作为光源辐射函数，和根据这两个辐射函数和根据在校准方法中已经确定的参考标准反射度函数确定试样反射度函数。

23.一种用于测量在试样(X)上反射的光的方法，其中执行下列步骤：

-在第一检测轴线(A)上设置试样(X)，

-在第二检测轴线(B)上设置参考标准(7)，

-在第一检测轴线(A)上在试样(X)前设置扩散的散射层(15)，

-照明扩散的散射层(15)用于产生扩散的光，

-把一部分产生的光引导到参考标准(7)上，

-沿第二检测轴线(B)接收参考标准(7)的光作为参考标准辐射函数，

-沿第一检测轴线接收扩散的散射层(15)的光作为对于参考标准辐射函数的光源辐射函数，

-从第一检测轴线(A)中去掉扩散的散射层(15)，

-在第二检测轴线(B)上在参考标准(7)前设置扩散的散射层(15)，

-把产生的光的一部分引导到试样(X)上，

-沿第一检测轴线(A)接收试样(X)的光作为试样辐射函数，和

-沿第二检测轴线(B)接收扩散的散射层(15)的光作为对于试样辐射函数的光源辐射函数。

24.根据上述权利要求之一所述的方法，包括下列步骤：

-根据参考标准辐射函数和根据对于参考标准辐射函数的光源辐射函数确定参考标准反射度函数，

-根据试样辐射函数和根据对于试样辐射函数的光源辐射函数确定试样反射度函数。

25.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，参考标准(7)的光和试样(X)的光通过其内设置有扩散的散射层(15)的中空体(3)的光射出孔(17)接收。

26.计算机程序或者控制单元(21)，设计或构造用于执行根据上述方法权利要求之一的方法。

27.根据权利要求1到20之一所述的设备(1)，具有根据权利要求26所述的控制单元(21)。

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