CN1031959C - 测量涂层状态的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明以平行光照射涂层光纤的侧面，用带有聚光透镜和针孔的图象传感器检测被树脂部分的外表面反射到一个特定方向的光束及被树脂部分和玻璃部分之间界面而反射到与该特定方向平行的方向上的光束。测量出表面反射光束和界面反射光束的间距d₂及对应这些反射光束的入射光束间距d₁。根据这样测定的d₁和d₂来估计涂层状态。

Description

测量涂层状态的方法和设备

本发明涉及对线状物体表面形成的涂层厚度及厚度变化(变化程度和方向)的测量。

由于光纤材料所存在的问题，很难使用光纤本身作为光传播介质。所以，为了保持光纤的初始强度(在刚生产出来之后的强度)以及保证其长距离的耐用性，现在的一般(生产)过程是在拔丝之后立即用树脂涂敷光纤，从而得到有涂层的光纤维。

图36说明了这一过程。用加热炉2对光纤材料1的端部加热并使之熔化，通过拔丝形成了光纤3。作为一般过程，光纤3接着依次通过第一个加压模(die)4A、第一个固化处理炉(curing furnace)5A、第二个加压模4B和第二个固化处理炉5B，从而形成在其外表面有两层树脂涂层的涂层光纤6，然后通过绞盘7绕在轴8上。用于涂层光纤6的树脂涂层材料的实例是各种聚合物，包括热凝(thermosetting)树脂(如硅树脂、氨基甲酸乙酯树脂和环氧树脂)、紫外线固化树脂(如环氧—丙烯酸树脂、氨基甲酸乙酯—丙烯酸树脂和聚酯—丙烯酸树脂)以及放射性固化树脂。

为了改善涂层光纤6的传输特性和机械特性，重要之点是使树脂涂层以同轴方式围绕在光纤1的周围。

另一方面，当提高拔丝速度以改进光纤生产效率时，便有可能使光纤涂层的厚度发生变化，这可能是因为在光纤1中温度升高使得在加压模4A和4B中的树脂流不均匀了。当某些灰尘混到树脂中时也会引起厚度的变化。

所以，在光纤拔丝生产线上必须做到在生产线内部测量光纤6的厚度变化，并在一旦发生厚度变化时实现适当的控制以减低拔丝速度或停止拔丝过程。

下面参考图37来描述一种传统的厚度变化测量方法举例，它是在日本专利申请未审查(unexamined)出版物昭和。60—238737号上披露的。如图所示，厚度变化的测量是用激光源11发出的激光束12照射涂层光纤10的侧表面，并监测向前散射光的图案(pattern)13。

图38说明了这种测量方法的原理。为简化讨论，假定涂层光纤10由玻璃部分10a和树脂部分10b构成。由于这两部分的折射系数不同(通常，玻璃部分10a的折射系数ηg近似等于1.46，而树脂部分10b的折射系数ηr在1.48至1.51之间)，所以向前散射光图案13包括了两部分：中心光束(flux)13a)(它穿过树脂部分10b、玻璃部分10a并再次穿过树脂部分10b)和外围光束13b(它只穿过树脂部分10b)。所以，可以根据图37中水平方向的对称程度及在向前散射图案13的两个侧面所检测到前光强度比来监测厚度的变化。

然而，上述厚度变化测量方法只在下述情况下才能使用：通过树脂部分10b和玻璃部分10a的光线与只通过树脂部分10b的光线在向前散射图案13的两侧能彼此清楚地区分开来。例如，在下列情况下就不能适当地监测厚度变化：涂层的直径小而树脂部分10b薄(图39)，以及厚度变化太大(图40)。在图39的情况中，由于树脂部分10b太薄，不存在只穿过树脂部分10b的光线，就是说，全部光线穿过了树脂部分10b和玻璃部分10a，从而不能检测出厚度变化。在图40的情况里，由于在下部(见图40)树脂部分10b很薄，那里没有只通过下部树脂部分10b的光线。所以，尽管将知道发生了厚度变化，但不能检测出变化的程度。

所以，本发明的一个目的是提供一种技术，它能在生产线上精确测量涂层厚度及其变化，以便能以高生产率制造出高性能的光纤维。这一技术将应用于多种技术领域。

根据本发明，用来自光发射源的入射光线照射一个柱状线形物体的侧表面，该线形物体有一个主体及在主体上形成的至少一层涂层。从涂层外表面反射的表面反射光束射向至少一个特定方向，由涂层和主体之间的边界面或相邻涂层间的边界面反射的界面反射光照射的方向与上述特定方向平行，这两束光被反射光检测部分检测。根据表面反射光束和界面反射光束之间的反射光距离来确定涂层的厚度和厚度变化。

另一种方法是根据对应于表面反射光束的入射光束与对应于界面反射光束的另一个入射光束之间的入射光距离来确定涂层的厚度及厚度变化。

作为又一种方法，可根据反射光距离和入射光距离两者来确定厚度及厚度变化。

图1从概念上说明根据本发明的一个实施例的一种涂层状态测量设备；

图2从概念上说明根据另一实施例的一种涂层状态测量设备；

图3给出在图2设备中使用的图象传感器输出信号中出现的峰值；

图4给出在图2设备中使用的另一个图象传感器输出信号中出现的峰值；

图5—7给出被图2所示设备测量过的涂层光纤实例；

图8给出根据另一实施例的监测系统；

图9给出当使用图8所示监测系统时在电视监视器上出现的图象实例；

图10给出与图9相连系的反射光束；

图11给出使用图8所示监视系统并利用狭缝光作为测量光时在电视监视器上出现的图象实例；

图12给出平行光的倾斜入射；

图13给出狭缝光的倾斜入射；

图14给出的图象实例是使用图13所示狭缝光所产生的测量结果；

图15给出的实施例中将光阑用于检测系统；

图16给出根据使用狭缝光的一个实施例构成的涂层状态测量设备的结构；

图17—19说明用图16所示设备进行测量的原理；

图20说明由图16所示设备进行测量的结果；

图21给出根据利用激光扫描的实施例来进行涂层状态测量的设备的结构；

图22给出根据利用激光扫描的另一个实施例来进行涂层状态测量的设备的结构；

图23和24给出图22设备所用光检测量的输出信号；

图25给出根据利用激光扫描的另一个实施例进行涂层状态测量的设备的结构；

图26给出一个半导体位置敏感装置(position—sensitive device)(PSD)；

图27给出一个PSD驱动器的输出信号例；

图28给出根据又一个实施例(使用激光扫描)的涂层状态测量设备；

图29给出图28设备的时序图；

图30给出图28设备中一个一维图象传感器的检测信号例；

图31给出图28设备中使用的一个光检测器的输出信号例；

图32说明极化方向与界面反射光量和外表面反射光量之比的关系；

图33说明与图32类似的关系，这里的测量光以布鲁斯特(Brewster)角入射；

图34和35说明根据本发明测量涂层状态的原理；

图36是光纤生产线举例；

图37是传统的厚度变化测量方法举例；

图38说明图37所示传统厚度变化测量方法的原理；以及

图39和40说明图37所示传统厚度变化测量方法存在的问题。

在描述本发明的实施例之前，下面先描述本发明的原理。

如图34所示，一个涂层光纤100作为一个目标线状物体的举例，假定它由玻璃部分100a和树脂部分100b组成，用测量光横向照射。光束A和B由外表面和界面分别反射到一个特定方向，它们被监测以测量两者之间的距离，即反射光位置偏差量dz。必要时，也测量对应于光束A和B的光束A＇和B＇之间的距离，即入射光位置偏差d1。为简化讨论，在图34中假定光束A、B、A ＇和B＇位于垂直于涂层光纤100纵轴的平面上，而所说特定方向垂直于照射方向。

参考图34，这里描述了根据上述d1和d2来估计涂层状态的方法的一个实例。假定下列各参数是已知的：玻璃部分100a的半径r₁，涂层部分100b的半径r₂，涂层光纤100的外围区域的折射系数为η₁，以及树脂部分100b的折射系数η₂。

如果以代表树脂部分100b外表面的圆(半径为r₂)的圆心作为x—y坐标系的原点，那么光束A的反射点P₀、光束B＇入射到树脂部分100b的入射点P₁、以及光束B从树脂部分100b出射的出射点P₂的坐标可按下式计算： $P_0=(r_2/\sqrt{2},r_2/\sqrt{2})......\left(1\right)$ $P_1=(r_2/\sqrt{2}-d_1,\sqrt{{r_2}^2-(r_2/\sqrt{2}-d_1{)}^2)})........\left(2\right)$ $P_2=(\sqrt{{r_2}^2-{(r_2/\sqrt{2}-d_2)}^2},r_2/\sqrt{2}-d_2).......\left(3\right)$

用P₁点坐标(P_1x，P_1y)按方程(4)计算光束B ＇在树脂部分100b上的入射角O₁，用P₂点的坐标(P_2x，P_2y)按等式(5)计算光束B的出射角O₃。再有，等式(6)和(7)分别描述在P₁和P₂点的折射。

θ₁＝tan^-1(P_1x/P_1y).....(4)

θ₃＝tan^-1(P_2y/P_2x).....(5)

sinθ₂/sinθ₁＝n₁/n₂.....(6)

sinθ₄/sinθ₃＝n₁/n₂......(7)

方程(6)和(7)是树脂部分100b和玻璃部分100a之间界面上光束B＇的反射点P₃坐标(P_3x ，P_3y)应满足的条件。

P_3y－P_1y＝tan(π/2－θ₁＋θ₂)·(P_3x－P_1x).....(8)

P_3y－P_2y＝tan(θ₃－θ₄)·(P_3x－P_2x).....(9)

将tan(π/2—O₁＋O₂)＝T₁和tan(O₃－O₄)＝T₂代入各自的方程式，便可解出方程(8)和(9)。对坐标(P_3x，P_3y)得到等式(10)和(11)。

P_3x=(T₁P_1x-P_1y+P_2y-P_2x)/(T₁-T₂).......(10)

P_3y＝(T₁P_2y－T₁T₂P_2x－T₂P_1y＋T₁T₂P_2x)/(T₁－T₂).

                                        .....(11)

由于玻璃部分100a的中心C₁位于入射光和反射光在反射点P₃所形成的角的等分线上，并且距P₃点的距离为r₁ ，根据方程(10)和(11)，该点坐标(C_1x，C_1y)如下式所示：

C_1x＝P_3x－r₁cosθ_m

C_1y＝P_3y－r₁sinθ_m.....(12)这里

θ_m＝(π/2－θ₁＋θ₂＋θ₃－θ₄)/2.

由于中心C₁的坐标(C_1x，C_1y)代表了玻璃部分100a的中心与树脂部分100b的中心C₂的偏心程度，因此能得知诸如厚度变化程度(最小厚度与最大厚度之比)及其方向等涂层状态参数。

尽管在上面的描述中为简单计而假定涂层由单层组成，并假定反射光束A和B与入射光束A ＇和B＇垂直，然而，即使涂层由多层组成或反射光束在另一方向上测量，都能以类似的方式得到涂层状态。

在通常的光纤生产线上，树脂部分100b的外半径r₂，甚至折射系数η1和η2都可能改变，依赖于光纤的类型。即使在这种情况下，当从多个方向向涂层光纤照射光束时也能以与上述类似的测量来检测厚度变化。下面更详细地解释这一点。

如图35所示，除了以上述方式测量距离d₁和d₂，还从另一个方向向涂层光纤100入射光束C ＇和D＇，其相应光束C和D分别从外表面和边界面反射并被监测，从而测定光束C＇和D＇间距离d₃及光束C和D间距离d₄。根据下述步骤确定涂层状态。

1)由d₁和d₂计算P₀、P₁及P₂点坐标，由d₃和d₄计算P₄、P₅及P₆点坐标。

2)由P₀和P₄点坐标计算涂层部分100b的外半径r₂及中心C₂坐标。

3)用含有η₁和η₂作为未知参数的函数来表示P₃、P₇及C₁各点坐标。

4)对P₃和P₇分别建立方程式来描述P₃或P₇位于中心为C₁半径为r₁的园上的条件。

5)解P₃、P₇和C₁(步骤3)坐标的方程式及描述P₃和P₇条件(步骤4)的方程式，得到C₁的坐标(x，y)。

6)根据C₁和C₂坐标来估计涂层状态。

尽管在本例中根据一对距离d₁和d₂来估计涂层状态，但也可以只根据它们当中的任意一个来估计。也可以根据多个入射光位置偏差d₁或多个反射光位置偏差d₂来估计涂层状态，这些位置偏差是通过在一个方向上输入测量光，而在多个特定方向上检测反射光束来确定的。再有，如果在多个方向上输入测量光，在多个特定方向上检测反射光束，从而确定多个d₁和d₂对，便能更精确地测定涂层状态。

下面将参考图件来描述本发明的实施例。

图1从概念上说明根据本发明的第一个实施例构成的涂层状态测量设备。如图所示，作为目标线状物体的一例，涂层光纤100由玻璃部分100a和树脂部分100b组成。发射基本平行光的平行光发射部分110与反射光检测部分120横放在涂层光纤100的两侧。

平行光发射部分110包括一个准直仪(colimator)透镜111，它对着涂层光纤100的一个侧表面，其光轴垂直于涂层光纤100的纵向，还包括一个光源112，它位于准直仪透镜111的后面，以平行光照射涂层光纤100的侧表面。

另一方面，反射光检测部分包括：一个聚光透镜121与涂层光纤100的一个侧面相对，其光轴与涂层光纤100的纵轴垂直，且与准直仪透镜111的光轴垂直；一个针孔部件122，它在聚光透镜121的焦点处有针孔122a ，一个准直透镜123位于针孔122a的后面，其焦点位于针孔122a处；一个图象传感器124位于准直仪透镜123后面，用以检测通过针孔122a和准直仪透镜123的光线，所以图象传感器124只检测与准直仪透镜121的光轴平行的那部分反射光。控制部分130处理来自图象传感器124的数据，从而确定反射光的位置偏差。图图1所示设备装有准直仪透镜121和针孔部件122来自选择地检测被外表面及边界面反射并沿特定方向行进的光束，并能以较简单的结构来完成涂层状态测量。

在该实施例中，图象传感器124具体地说是一个固态图象拾取装置，它接收入射到MOS晶体管或CCDP存贮器阵列上的光线，并通过对各接收单元(cell)的电子扫描输出将光线转换成电信号。再有，针孔部件122可以由狭缝部件代替。

现在描述如何用图1所示设备来测量厚度变化。

当涂层光纤100被平行光发射部分110所发出的平行光照射时，图象传感器124分别检测到树脂部分100b外表面反射光束A和树脂部分100b与玻璃部分100a之间界面反射光束B；就是说，没有检测到其他光束。所以，根据检测到的这两个光束A和B的位置来确定光束A和B之间的距离。为确定涂层状态，还需要确定分别对应于光束A和B的入射光束A＇和B＇之间的距离d₁，这可以投入与上述方向相反传播的光束，并以与上述类似的方式来确定这个距离。根据d₁和d₂可按前面描述的方式来估计涂层状态(这里略去了详细描述)。

图2给出根据另一个实施例构成的涂层状态测量设备，它能同时测量反射光位置偏差(即光束A和B之间的距离d₂)及入射光位置偏差(即光束A＇和B＇之间的距离d₁)。第二个平行光发送部分150被放置在反射光检测部分120的一侧，并通过分光镜141与该光学系统耦合在一起。第二个反射光检测部分160被放置在平行光发送部分110的一侧并通过分光镜142与该光学系统耦合在一起。这第二个平行光发送部分150包括一个准直仪透镜151和放在准直仪透镜151后面的光源152，它用传播方向与光束A和B(如前所述)相反的平行光照射涂层光纤100。第二个反射光检测部分160是检测其传播方向与入射光束A＇和B＇方向相反的反射光的手段，它包括：一个聚光透镜161；一个针孔部件162(带有针孔162a位于聚光透镜161的一个焦点上)；一个准直仪透镜163位于针孔部件162的后面而且其一个焦点位于针孔162a，用以聚集通过针孔12a的反射光；还有一个图象传感器164用于检测通过针孔162a和聚光透镜163的光。一个控制部分可以按照图1中的控制部分相对应地构成。

在图2所示涂层状态测量设备中，由于其估计涂层状态的方式与结合图1设备所描述的方式类似，故在这里将详细描述略去了。根据图2的设备，能够同时测量入射光束A＇和B＇之间的距离d₁以及反射光束A和B之间的距离d₂。

根据图象传感器124或164输出峰值之间的位置关系(见图3和图4)来计算距离d₁和d₂。可按前面描述的方式根据d₁和d₂估计出涂层状态。

下面是一些测量举例，其中测出了具有厚度变化的实际涂层光纤(r₁＝125/2微米，r₂＝170/2微米)的d₁和d₂。

测量例1

由图5给出其涂层状态的一个涂层光纤，所测出的d₁和d₂分别为10微米和20微米，计算出C₁垫标为(-1.732294，-7.68612)。

测量例2

由图6给出其涂层状态的一个涂层光纤，其所测出的d₁和d₂分别为20微米和0微米，计算出C₁坐标为(-4.73828，7.53631)。

测量例3

由图7给出涂层状态的一个涂层光纤，其所测出的d₁和d₂分别为-10微米和30微米，由此计算出的C₁坐标为(14.0952，-10.3847)。

虽然图1所示设备中在针孔部件122和图象传感器123之间使用了准直透镜124，但准直透镜123不总是必须的。

如果使用两套或多套上述设备，那么即使不知道树脂部分100100b的外半径r₂和折射系数n₂以及环境区折射系数n₁，也能测量其厚度变化。

由于树脂部分100b外表面的反射性与树脂部分100b和玻璃部分100a之间界面的反射性之间的差异大时输出光不能被图象传感器适当地检测到，所以最好是在涂层光纤100周围提供一个折射系数补偿装置以减小反射性的差异。

虽然在图1所示设备中使用了聚光镜121和针孔部件122来有选择地接收从外表面和界面向垂直方向反射的光束，但可以使用一个由光接收透镜和一个图象拾取装置构成的检测系统来代替上述部件121和122。图8给出这样一个实施例，其中使用的检测系统由一个光接收透镜123和CCD图象拾取装置126组成。图9给出用电视监视器接收CCD图象拾取装置126的输出所产生的图象举例。在这张图片中由度射光束A—D所产生的线A—D示于图10。所示，线B和C之间的距离对应于反射光位置偏差d2。

在图1和图8的设备中，作为测量光的平行光可由狭缝光代替，它在与涂层光纤100纵轴交叉的方向上是宽的。这种狭缝光是由狭缝光产生装置产生的，如一个狭缝部件、柱状透镜或棱镜。图11给出用狭缝光代替图8设备的平行入射光时测量结果的举例。图11中的线和点A—D是由图10中的反射光束A—D产生的结果。

再有，在上述设备中，平行光或狭缝光可以沿着与垂直于涂层光纤100纵轴的平面倾斜的方向入射到涂层光纤100上。图12和图13所示实施例中具有这种结构。

在图12所示实施例中，由于图象拾取光学系统倾斜于和涂层光纤100纵向相垂直的截面，在图象拾取光学系统中的焦点随着涂层光纤100在其纵向位置的变化而变化。所以，这种结构的优点是：即使涂层光纤处于拔丝操作过程中而且在抖动，在图8所示电视监视器的图象中垂直方向的某个位置可得到聚焦。

在图13所示实施例中，狭缝光以倾斜方式入射，得到的测量结果(即图象)如图14所示。在这种情况下，反射光束的线(点)B和C之间的距离大于图10所示的情况，所以它们更易于被分开，其测量精度将得到改善。

在图8、12和13所示设备中，通过限制检测光学系统的光接收数值孔径(numerical aperture)来增大聚焦深度，并限制达到CCD图象拾取装置126的反射光角范围，可以使反射光(即被测量光)的检测更加容易。更具体地说，如图15所示，可以将一个光阑127放在接收光透镜125和CCD图象拾取装置126之间。用这种结构，从柱状涂层光纤100表面反射的光线的外围部分(图15中由虚线所示光束)被光阑127去掉，只有一部分反射光(但包括了必需的部分被检测，从而使观测更容易。再有，由于光阑127提供了大的聚焦深度，来自涂层光纤100外表面的光束以及来自玻璃部分100a和树脂部分100b之间界面的光束都能被容易地聚焦，而且即使涂层光纤100有一些位置变化(涨落)也能容易地完成观测。

图16从概念上说明也利用狭缝光的涂层状态测量设备的一个实施例。如图所示，作为目标线状物体一例的涂层光纤100假定由玻璃部分100a和树脂部分100b组成，其狭缝光发射部分210和反射光检测部分220横放在涂层光纤100两边。狭缝光发射部分210有一个激光源或一个发光二极管，它所发射的狭缝光沿着一个平面传播，该平面与涂层光纤纵轴方向的垂直平面相倾斜并且垂直于图16中的纸面。该狭缝光是闪光式的，并入射到涂层光纤100的一个侧表面。接收来自涂层光纤100的反射光的反射光检测部分220所在的平面由狭缝光发射部分210的中心和涂层光纤100的轴线确定。在这个实施例中，反射光检测部分220有一个二维图象传感器。数据处理部分230用于处理来自狭缝光发射部分210和反射光检测部分220的数据，还用于估计涂层状态。该数据处理部分230的组成是：图象存贮器231用于存贮从反射光检测部分220读取的图象数据；CPU(中央处理单元)232用于从图象存贮器231接收图象数据，从狭缝光发射部分210接收闪频同步信号，完成数据处理，从而估计涂层状态。

现在来描述用图16所示设备进行涂层状态测量的原理。

如图17所示，在涂层光纤没有厚度变化的情况下，当指向涂层光纤100中心的狭缝光光束L₀以入射角φ₁入射时，产生一个由树脂部分100b外表面反射的光束L₁和由树脂部分100b与玻璃部分100a之间界面反射的光束L₂。由于光束L₁和L₂之间距离S与厚度D有方程(13)所示关系，通过测量S便可确定厚度D。 $D=S\sqrt{{n_2}^2-{\sin }^2{\mathrm{\φ}}_1}/2\sin {\mathrm{\φ}}_1\cos {\mathrm{\φ}}_1........\left(13\right)$ 其里n₂是树脂部分100b的折射系数。

但是，当存在某一厚度变化时，光束L₂传播方向不与光束L，平行，但如图18和图19所示，光束L₀＇在P₁点入射到树脂部分100b，该光束L₀＇从光束L₀偏移到玻璃部分100b的一个偏心方向上，向着玻璃部分100a的中心传播，并在界面上的P₂点反射，最后在P₃点出射，成为光束L₂＇，它与光束L₁平行传播。

假定在垂直于中心轴的平面内光束L₀＇的入射角由O₁表示，其折射角由O₂表示，在这同一平面内P₁和P₂之间的距离用K表示，用d表示光束L₀和L₀ ＇之间的距离d，用r₂表示树脂部分100b的外半径，图18中P₁和P₂的坐标由下式给出： $P_1=(\sqrt{{r_2}^2-d^2},-d).....\left(14\right)$ $P_2=(\sqrt{{r_2}^2-d^2}+k\·\cos ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2),-d+k\·\sin ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)).$

                                       .....(15)

如果在包含P₁和P₂并与中心轴平行的平面内P₁点处光束L₀＇的入射角和折射角分别表示为φ₁和φ₂ ，则反射光束L₂和L₂＇之间的距离h由方程(16)表示。 $h=(r_2-\sqrt{{r_2}^2-d^2})\tan {\mathrm{\φ}}_1+2k\·\tan {\mathrm{\φ}}_2......\left(16\right)$ 重新安排方程(16)，我们得到K的表达式如下： $k=\{h-(r_2-\sqrt{{r_2}^2-d^2})\tan {\mathrm{\φ}}_1\}/2\tan {\mathrm{\φ}}_2......\left(17\right)$

由于玻璃部分100a(见图18)的中心C₁和P₁点的径向间距为(r₁＋K)，这里r₁是玻璃部分100a的半径，C₁点的坐标(C_1x ，C_1y)由方程(18)给出。在图16所示设备中，通过检测距离h和d能估计出涂层状态。

C_1x＝P_1x－(k＋r₁)cos(θ₁－θ₂)

C_1y＝P_1y－(k＋r₁)sin(θ₁－θ₂).    .....  (18)

为了确定图16所示设备中的距离d和h，从反射光检测部分220的图象传感器得到的反射光数据要受到处理，以校正诸如在树脂部分100b的折射等因素。

虽然为了简单起见在上面的描述中假定涂层由单一涂层组成，但在多涂层情况下也能以类似的方式来确定涂层状态。

用图16所示涂层状态测量设备对涂层光纤100的涂层状态进行的实例测量是按下述方式进行的。当来自狭缝光发射部分210的闪光式狭缝光照射涂层光纤时，反射光被反射光检测部分220检测到。中央处理单元132处理写入图象存贮器131的数据，从而确定距离d和h。根据这样确定的d和h来估计涂层状态。

图20给出实际上被观测的两个园弧形反射光线R_A和R_B反射线R_A是在树脂部分100b外表面上反射点的集合，它的中心点P_A应与P₀重合。在树脂部分100b外表面上的反射线R_B对应于在边界界面上反射点的集合，并在反射线R_B上出现点P_B通过对P_B点的位置进行诸如树脂部分100b折射性质等因素校正，得到上述P₃点的位置。在一种简化的测量中，P_B的位置可以被看作是P₃点的位置。P_A和P_B之间的垂直距离和水平距离分别对应于图19中的距离h＇和图18中的距离d。根据距离h＇(h)和d，可按上述方式估计涂层状态。

如果使用两套上述设备，即使树脂部分100b的外半径r₂和折射系数n₂以及环境区域折射系数n₁都不知道，也能测定厚度变化。

当由于树脂部分100b外表面的反射性质与树脂部分100b和玻璃部分100a之间界面的反射性质差别太大从而不能由反射光检测部分220适当地检测出输出光时，最好在涂层光纤100周围提供一种折射系数补偿剂(agent)，以减少反射性质的这种差异。

在图16所示设备中，在数据处理部分230中的数据处理是与来自狭缝光发射部分210的闪光式狭缝光的发射同步进行的。利用这种操作的好处，即使涂层光纤100在其横向抖动，也能以肯定的方式完成测量。显然，这种技术也能应用于其它实施例中的所有设备。

下面要描述的实施例利用激光扫描光作为测量光。

图21从概念上说明利用激光扫描光的涂层状态测量设备的一侧。如图所示，一个涂层光纤100作为目标线状物体的一例，假定由玻璃部分100a和树脂部分100b组成，激光扫描部分310和反射光检测部分320横放在涂层光纤100的两侧。激光扫描部分310包括：一个准直仪透镜311对着涂层光纤100的一个侧面且其光轴垂直于涂层光纤的纵向方向；一个旋转镜312位于准直仪透镜的焦点上，其旋转轴穿过该焦点并与涂层光纤100的纵向平行；还包括一个激光源313用于照射旋转镜312的旋转中心区。垂直于涂层光纤100的纵向的一个平面作为激光的扫描面。反射光检测部分320包括一个聚光透镜321对着涂层光纤100的一个侧面且其光轴垂直于涂层光纤100的纵向和准直仪透镜311的光轴；一个狭缝部件322 ，其狭缝322a位于准直透镜321的后焦点上；还有一个光检测器323，其光二极管位于狭缝部件322的后面，用于检测穿过狭缝322a的光线，所以反射光检测部分320只检测与聚光透镜321的光轴平行的那一部分反射光。控制部分330处理由激光扫描部分310及反射光检测部分320所提供的数据，从而估计涂层状态。就是说，控制部分330包括：一个旋转镜驱动器331用于向旋转镜312发送一个镜驱动信号并输出一个相应的同步信号；放大器332用于放大光检测器323的输出信号；A/D转换器333用于对来自旋转镜驱动器323的同步信号和来自放大器332的被放大信号进行模/数转换；中央处理单元334用于处理来自模数转换器333的信号，用于检测在光检测器323接收反射光的时刻的扫描位置。

图21所示设备使用聚光透镜321和狭缝部件322有选择地检测从外表面和边界面向垂直方向反射的光束，具有简单的结构来实现本发明。

在上述设备中，光检测器323广泛包括检测光线和根据所检测到的光量产生电信号。激光束的直径可根据所需分辨力而适当地选择，但它应该最好是小于被测涂层的最小值。再有，显然狭缝部件322可以用针孔部件代替。

利用图21所示设备进行厚度变化测量的方法如下。当来自激光源313的激光束受到旋转镜312的转动而从右向左(见图21)移动时，被涂层光纤100的树脂部分100b外表面反射的光束A首先被光检测器323检测到，然后被检测到的是被树脂部分100b和玻璃部分100a之间界面反射的光束B。没有其他反射光束被光检测器323检测到。所以，根据检测到光束A和B时的输出及来自旋转镜驱动器331的同步信号，可以确定分别对应于反射光束A和B的入射光束A＇和B ＇之间在扫描方向上的距离d₁。为了确定涂层状态，可能需要测量光束A和B之间的距离。这可以用类似的方式完成，例如，在与上述情况中的光束方向相反的方向输入光束。可以确定距离d₂的另一种办法是将光束A和B各分成两个光束，并同时用另一套检测手段来检测这一对被分光的光束(A和B)，这样便能检测出检测位置。

使用半导体位置敏感装置(PSD)能检测出被外表面和边界面反射的光束。PSD的结构是在半导体的光入射面两边装有位置信号检测器，并在半导体的背面装有参考电极。来自各位置信号电极的输出是单个的光电流，它们是响应入射到入射表面的输入光而产生的，其光电流的大小与光入射位置和相应的位置信号电极的位置之间的距离成反比。根据两个位置信号电极相对于参考电极的电压之和与时间(time)之间的关系能确定入射光的位置偏移d₁。根据由各位置信号电极相对于参考电极的电压大小计算出来的入射位置信息，能够确定反射光的位置偏移d₂。

图22从概念上说明根据另一个实施例构成的一个涂层状态测量设备的结构。在图22中凡与图21中有相同功能的部件均用与其相同的数字代号，在此略去了对那些部件的重复描述。图22所示的设备要测量入射光位置偏移(即光束A＇和B＇之间的距离)也要测量反射光的位置偏移(即光束A和B之间的距离)，其中第二个激光扫描部分350放在反射光检测部分320的同侧，并通过分光器341与该光学系统耦合，而第二个反射光检测部分360放在激光扫描部分310的同侧并通过分光器342与该光学系统耦合。这第二个激光扫描部分350用激光扫描涂层光纤100，如上所述，该激光的传播方向与反射光束A和B的方向相反。第二个激光扫描部分350包括：一个准直仪透镜351对着光束分光器341，一个旋转镜352放在准直仪透镜351的一个焦点上；以及一个激光源353用于将激光发射到旋转镜352上。第二个反射光检测部分360检测如上述与入射光束A＇和B＇传播方向相反的激光，它的构成包括：聚光透镜361对着光束分光器342；狭缝部件362带有狭缝362a位于聚光透镜361的一个焦点上；以及光检测器363位于狭缝部件362后面，用于检测通过狭缝362a的光。控制部分可以对应于图21所示设备来构成。

由于使用该设备进行涂层状态测量的方法与图21所示设备的使用方法类似，故在此略去对测量操作的描述。图22所示设备能同时测量入射光束A＇和B＇之间的距离d₁及反射光束A和B之间的距离d₂。更具体地说，如图23和24所示，可根据扫描同步信号与光检测器323输出峰值间时间差二者的关系来确定距离d₁，根据扫描同步信号与光检测器363输出峰值间时间差二者的关系来确定距离d₂。使用距离d₁和d₂，便可以按上述类似的方式估计涂层状态。

如果提供两套或多套上述设备，那么即使不知道树脂部分100b的外半径r₂、折射系数n₂及环境区域的折射系数n₁也能确定涂层状态。

当由于树脂部分100b外表面的反射性质与树脂部分100b和玻璃部分100a之间界面的反射性质差别太大从而不能由光检测器适当地检测出输出光时，最好在涂层光纤100周围提供一种折射系数补偿剂，以减小反射性质的这种差异。

图2 5从概念上说明利用激光扫描光的另一种涂层状态测量设备。如图所示，激光扫描部分410和反射光检测部分420横放在作为目标线性物体一例的涂层光纤100的两侧。激光扫描部分410包括：准直仪透镜411对着涂层光纤100的一个侧面，其光轴垂直于涂层光纤的纵向；一个旋转镜412放在准直仪透镜的一个焦点上，它能绕着穿过该焦点并与涂层光纤100纵向平行的轴线旋转；一个激光源用于向旋转镜412的旋转中心区发射激光，从而使激光扫描部分能用激光在垂直于涂层光纤100纵向的平面内扫描涂层光纤100。另一方面，反射光检测部分420包括：一个准直仪透镜对着涂层光纤100的一个侧面，其光轴同时垂直于涂层光纤100的纵向和准直仪透镜411的光轴；一个狭缝部件422带有狭缝422a位于聚光透镜421的后焦点上；还有一个半导体位置敏感装置(PSD)423放在狭缝部件422后面来检测穿过狭缝422a的光。只有与聚光透镜421光轴平行传播的那一部分反射光被PSD423检测到。控制部分430处理来自激光扫描部分410和反射光检测部分420的数据，以此来估计涂层状态。控制部分430包括：一个旋转镜驱动器43用于向旋转镜412提供镜驱动信号并输出其同步信号；一个PSD驱动器用于处理PSD423的输出信号；一个模/数转换器用于对来自旋转镜驱动器的同步信号及PSD驱动器432的输出信号进行模/数转换；还有一个中央处理单元(CPU)434用于处理来自模/数转换器433的信号以确定入射光和反射光的位置偏移。

在图25所示设备中，提供了聚光透镜421和狭缝部件422用于分别检测在特定方向传播的一部分外表面反射光和一部分边界面反射光。根据这个设备，可以用较简单的结构测量涂层状态。显然，狭缝部件422能用带针孔部件代替。

现在参考图26来描述这一实施例中的PSD423的结构。如图所示，PSD423是这样构成的：一个P—型半导体层502和一个n型半导体层503被放置于盘状硅基片501的前面和背面，并在前表面的两侧构成位置信号电极504和505，在背面构成参考电极506。用种结构，当光点L入射到前表面上两个位置信号电极504和505之间的一个位置上时，在入射点便产生一个与入射光能量成正比的电荷，并以光电流I₁和I₂的形式分别从位置信号电极504和505输出。由于光电流I₁和I₂中的每一个与光点L的入射位置和位置信号电极504或505之间的距离(即一个电阻)的大小成反比，该入射位置便可以确定。例如，可以以参考电极506的电压为参考来测量电压V₁和V₂以这种形式得到电流I₁和I₂，并得到一个除信号(V₁—V₂)/(V₁＋V₂)。就是说，反射光的位置偏移能由光束A和B的入射位置来确定。

通常使用PSD423按上述方式检测光点L的入射位置。然而，在本发明中，当反射光束A、B到达PSD423时扫描光束的扫描位置是根据扫描同步信号以及所监测到的时间与加信号(V₁＋V₂)之间的关系来确定的。以这种方式，能确定对应于光束A和B的入射光束A＇和B＇之间的距离d₁。

如上面描述的那样，根据上述实施例，反射光距离d₂和入射光距离d₁能通过从PSD423拾取加信号与时间以及除信号来同时确定。

现在描述用图25所示设备进行涂层状态测量。当来自激光源413的激光束被旋转镜412作用而在图25上从右向左运动时，被涂层光纤100的树脂部分100b外表面反射的光束A先被PSD423检测到，然后是树脂部分100b和玻璃部分100a之间界面上的反射光束B被检测到。没有其他光束被PSD423检测到。所以，根据检测到光束A和B时的输出以及来自旋转镜驱动器431的同步信号便能够确定分别对应于反射光束A和B的入射光束A＇和B＇之间沿扫描方向的距离d₁及光束A和B之间的距离d₂。

用图25所示设备进行涂层状态测量在实际上是按下述程序完成的。当旋转镜412根据旋转镜驱动器431提供的镜驱动信号而转动时，用来自激光源413的激光进行扫描。PSD驱动器432根据PSD423的输出得到加信号(V₁＋V₂)和除信号(V₁—V₂)/(V₁＋V₂)。中央处理单元(CPU)434利用同步信号作为参考监视加信号(V₁＋V₂)及与之相关联的时间。与此同时CPU434还计算在加信号取其峰值时的除信号(V₁一V₂)/(V₁＋V₂)之值。

图27给出PSD驱动器432输出的实例。如图所示，可根据加信号输出的峰值位置来确定d₁，根据产生峰值时除信号输出值来确定d₂。利用这样确定的距离d₁和d₂便能估计涂层状态。

尽管在图25所示设备中通过狭缝部件422的狭缝422a的反射光是被PSD423直接接收的，但更适当的作法是在狭缝部件422及PSD432之间放置一个准直仪透镜并使其焦点位于狭缝422a，以便使反射光垂直入射到PSD423上。

如果提供三套或多套上述设备，那么即使不知道树脂部分100b的外半径r₂、树脂部分100b的折射系数n₂以及环境区域的折射系数n₁，也能测定厚度的变化。

当由于树脂部分100b的外表面的反射性质与树脂部分100b和玻璃部分100a之间界面的反射性质两者差异大时，输出光不能被PSD423适当地检测到，这时最好在涂层光纤周围提供一种折射系数匹配剂，以减小反射性质的差异。

图28从概念上说明利用激光扫描的又一种涂层状态测量设备。如图所示，激光扫描部分610和反射光检测部分620横放在作为目标线状物体一例的涂层光纤两侧。激光扫描部分610包括：一个准直仪透镜611对着涂层光纤100的一个侧面，其光轴垂直于涂层光纤的纵向；一个旋转镜612放在准直仪透镜的一个焦点，它能绕着穿过焦点并平行于涂层光纤100的纵方向的轴线转动；还有一个激光源613，用于向旋转镜612的旋转中心区输入激光，这样，便能实现用激光在一个垂直于涂层光纤100纵方向的平面上进行扫描。另一方面，反射光检测部分620包括：一个聚光透镜621对着涂层光纤100的一个侧面，其光轴同时垂直于涂层光纤100的纵方向和准直仪透镜611的光轴；一个光束分光器622放在聚光镜621的后面；狭缝部件623和624分别有狭缝623a和624b，它们分别放在被光束分光器622分开的两个光束的焦点上；一个一维图象传感器用于检测穿过狭缝623a的光；以及一个光检测器626(例如一个光二极管)用于检测穿过狭缝624a的光，从而只有与聚光镜621的光轴平行的那部分反射光被一维图象传感器625或光检测器626检测到。

一维图象传感器625在接收反射光时产生沿图28中自上而下方向的位置信息，而光检测器626将它变成电信号。控制部分630处理来自激光扫描部分610和反射光检测部分620的数据以估计涂层状态。控制部分630包括：旋转镜驱动器631向旋转镜612提供镜驱动信号并输出其同步信号；一维图象处理装置632接收来自旋转镜驱动器631的同步信号和读取来自一维图象传感器625的角间距信息，并且处理这些读出的信息；一个模/数转换器633用于将来自旋转镜驱动器631的同步信号及光检测器623的输出信号进行模/数转换；以及中央处理单元(CPU)634用于处理来自一维图象处理设备632的信号以及来自模/数转换器633的信号。

在这个实施例中，名词“图象传感器(image sense)意思是指一个固态图象拾取装置，它用一个MOS晶体管阵列或CCD存贮器阵列来接收入射光，并利用单个接收单元(cell)的电子扫描输出将光转换成电信号。名词“光检测器(photo-detector)”是指根据所接收的光量来输出电信号的部件。再有，显然狭缝部件623和624可以用带有针孔的部件代替。

现在描述用图28所示设备如何进行涂层状态测量。当来自激光源613的激光束被旋转镜612转动使其在图28中从右向左移动时，从涂层光纤100的树脂部分100b的外表面反射的光束A首先被一维图象传感器625和光检测器626检测到，然后被树脂部分100b和玻璃部分100a之间界面反射的光束B被检测到。没有其他反射光束被检测器625和626检测到。所以，根据光束A和B在一维图象传感器上的检测位置能确定垂直于反射光束A和B方向上的距离d₂；根据光束A和B被检测到时完检测器626的输出信号以及来自旋转镜驱动器631的同步信号，确定分别对应于反射光束A和B的入射光束A＇和B＇之间沿扫描方向的距离d₁。

下面详细描述使用图28所示设备测量入射光位置偏移d₁及反射光位置偏移d₂的实例。

图29给出根据本实施例测量厚度变化的时间图。如图所示，旋转镜612根据来自旋转镜驱动器631的镜驱动信号进行往返旋转运动，从而使来自激光源613的激光以往复方式扫描涂层光纤100的一个侧面。结果产生的反射光束A和B被一维图象传感器625和光检测器626检测到。旋转镜驱动器631在每次扫描方向反转时输出一个同步信号。一维图象传感器积累每次扫描(即一个往返扫描)期间的电荷，而在扫描方向反转的时刻(即输出扫描脉冲的时刻)由一维图象处理装置632读取检测信号。例如，可以以单个敏感单元接收的光强度与敏感单元地址之间的关系形式得到输出信号，如图30所示。根据光束A和B输出之间的位置关系能确定距离d₂。

另一方面，光检测器626在接收到反射光时向模/数转换器提供一个信号。从输出一个同步脉冲到输出下一个同步脉冲之前片刻这段时间作为预先确定的时间周期，在此周期内模/数转换器633输出一个经过模/数转换的信号。通过这一操作，便能够得到检测出两个反射光束A和B的时间间隔，即两个输出峰值之间的时间间隔(如图31所示)，进而由这两个峰值的时间间隔确定入射光束A＇和B＇之间的距离d₁。

利用这样确定的距离d₁和d₂，便能以上文描述过的方式估计涂层状态。

上面描述了各种实施例，下面将描述改善涂层状态测量精度的技术，这些技术可以应用于上述每一个实施例。

上述各种涂层状态测量方法可能遇到这样一个困难，它是由下述事实造成的：边界面反射光量小于被外表面反射的反射光光量(quantity)。可以通过只检测其偏振方向垂直于园柱形线状物体纵方向的光分量来避免这一问题，例如，可以在发射光部分加入一个偏光器(polarizer)或者在光检测部分加入一个分析器(analyzer)。这是因为，对于具有这种偏振方向的光分量，被边界面反射的光与被外表面反射的光相比，被相对增强了。显然，如果测量光的光源发射偏振的激光，便不需要这个偏光器或分析器3。

图32给出涂层光纤在其玻璃部分周围有一个直径180微米、折射系数1.497的第一涂层及直径250微米、折射系数1.51的情况下，被第一深层和第二涂层之间界面反射光量同外表面反射光量之比值与偏振方向之间的关系。入射光和被测反射光之间的夹角被设为90°。如从图中可以理解的那样，当偏振方向在90°附近时，被边界面反射光量与被外表面反射的光量相比相对增大，而这个90°方向正是垂直于涂层光纤纵向的偏振方向。通过检测具有这种偏振方向的光分量，对边界面反射光的测量变得更加肯定。

对于涂层和玻璃部分之间的边界面反射的光也能得到类似的改善，其改善程度取决于边界处的折射系数差。对于涂层和玻璃部分之间界面的反射情况，其改善程度更显著，因为那里折射系数差通常大于上例中的情况。

不用偏光器或分析器，通过检测由外表面反射光和边界面反射光也能类似地得到对界面反射光检测能力的改善，其作法是：利用一个沿特定方向传播的光，它是由多个测量光束中这样一个入射光束造成的反射光束，该入射光束以布鲁斯特角入射到园柱形线状物体的涂层表面上。利用上述偏振方向垂直于涂层光纤纵方向的光分量作为测量光，其检测能力还能进一步改善。

图33给出，在下述安排下当入射光的偏振方向改善时界面反射光量与外表面反射光量的比值是如何变化的。这种安排是：所准备的涂层光纤在其玻璃部分周围有一个直径180微米、折射系数1.497的第一涂层和直径250微米、折射系数1.51的第二涂层，其反射光束的检测方向使得能够检测出以布鲁斯特角o(56.49°，＝tan^-1(1.51))进入涂层光纤的入射光所造成的反射光束。如图所示，当使用的入射光线具有的偏振方向垂直于涂层光纤的纵方向而且以布鲁斯特角o输入入射光，其结果是被边界面反射的光量进一步相对增强，从而能更容易地检测被边界面反射的光。

如上面描述的那样，根据本发明，通过检测被线状体涂层外表面反射到特定方向上的反射光以及被涂层和该线状体主体之间界面反射到该特定方向上的反射光，能够连续地正确测定涂层状态。例如，在光纤生产线上，能在生产线当中测量光纤的涂层状态。

Claims (32)

1.一种涂层状态测量方法，包括下列步骤：

以入射光照射一个圆柱形线状物体的侧面，该线状体具有一个主体及在主体形成的至少一层的涂层；

检测被涂层外表面的反射到至少一个特定方向上的反射光束以及被涂层和主体界面反射或被涂层的相邻两层间界面反射到与该特定方向平行的方向上的反射光束；

根据表面反射光束和界面反射光束之间的反射光距确定主体的中心；以及

根据上述主体的中心与上述的圆柱形线状物体的中心的偏心度确定涂层厚度和厚度变化。

2.一种涂层状态测量方法，包括下列步骤：

以入射光照射一个圆形线状物体的侧面，该线状物体具有一个主体及在主体上形成的至少一层的涂层；

检测被涂层外表面反射到至少一个特定方向上的反射光束以及被涂层和主体间界面反射或被涂层的相邻两层间界面反射到与该特定方向平行的方向上的反射光束；以及

根据对应于表面反射光束的入射光束与对应于界面反射光束的另一个入射光束之间的入射光距离来确定涂层的厚度和厚度变化。

3.如权利要求1中的方法，其中在确定上述主体中心的步骤中还根据对应于表面反射光束的入射光束与对应于界面反射光束的另一个入射光束之间的距离。

4.如权利要求1中的方法，其中所述的入射光基本上是平行光，在检测步骤中利用带有图象拾取装置的图象拾取光学系统来检测外面和边界面上反射点的图象。

5.如权利要求4中的方法，这里的基本平行光是沿着垂直于圆柱形线状物体纵方向延伸的狭缝光。

6.如权利要求4或5的方法，这里的基本平行光是脉冲光，而且还包含下述步骤：使脉冲光的发射计时与图象拾取装置的计时同步，这样来驱动图象拾取的装置。

7.如权利要求1或3的方法，这里的入射光是激光扫描光，且在检测步骤中用带有图象拾取装置的图象拾取光学系统来检测在外表面上和在边界面上反射点的图象。

8.如权利要求3、4或5的方法，其中的图象拾取光学系统至少有一部分与垂直于圆柱形线状物体纵方向的平面倾斜，从而图象拾取光学系统中的聚焦点随着圆柱形线状物在其长度方向上的位置而变化，圆柱形线状物体中沿其纵向多个反射点的图象。

9.如权利要求2的方法，这里入射光是激光扫描光，在其检测步骤中用一个光检测器来检测表面反射光束和界面反射光束，在确定涂层状态步骤中根据光检测器输出信号的瞬时变化及激光扫描速度来确定入射光束之间的距离。

10.如权利要求1或3的方法，这里入射光是激光，在检测步骤中用位置敏感装置来检测表面反射光束和界面反射光束，在确定主体中心的步骤中根据被位置敏感装置检测到的光的中心的变化来确定反射光束之间的距离。

11.如权利要求3的方法，这里的入射光是激光，在检测步骤中用一个位置敏感检测器来检测表面反射光束和界面反射光束，在确定主体中心的步骤中根据被位置敏感装置检测到的光中心变化来确定反射光束之间的距离，根据被位置敏感装置检测到的光强度变化来确定入射光束之间的距离。

12.如权利要求1中的方法，这里在检测步骤中的检测光学系统包括一个光阑，从而限制其光接收数值孔径。

13.如权利要求12的方法，这里的光阑位于一个光学系统的焦面上，该光学系统的光轴平行于特定方向并把平行光聚焦在焦面上的一点。

14.如权利要求1中的方法，这里的入射光是线性偏振光，其偏振方向垂直于圆柱形线状物体的纵方向；或者在检测步骤中只检测其偏振方向垂直于圆柱形线状物体纵方向的光分量。

15.如权利要求1中的方法，这里以布鲁斯特角入射到外表面的光束被反射到特定方向。

16.如权利要求1中的方法，这里还包括下述步骤：在涂层周围提供一种折射系数匹配剂，以减小外表面和边界面反射性质的差异。

17.一种涂层状态测量设备，其组成是：

以入射光照射一个圆柱形线状物体一个侧面的手段，该圆柱形线状物体有一个主体及在主体上构成的至少有一层的涂层；

检测手段，用以检测被涂层外表面反射到至少一个特定方向上的表面反射光束以及被涂层与主体之间界面或涂层的相邻两层间界面反射到与该特定方向平行的方向上的界面反射光束；

确定手段，用于根据表面反射光束和界面反射光束之间的反射光距离来确定上述主体的中心；以及

用于根据上述主体的中心与上述圆柱形线状物体的中心的偏心度确定涂层厚度及厚度变化的装置。

18.一种涂层状态测量装置，其组成是：

以入射光照射一个圆柱形线状物体一个侧面的手段，该圆柱形线状物体有一个主体及在主体上构成的至少有一层的涂层；

检测手段，用以检测被涂层外表面反射到至少一个特定方向上的表面反射光束以及被涂层与主体之间界面或涂层的相邻两层间界面反射到与该特定方向平行的方向上的界面反射光束；以及

确定手段，用于根据对应于表面反射光束的入射光束的另一个入射光束之间的入射光距离来确定涂层的厚度和厚度变化。

19.如权利要求17的设备，这里的确定手段还根据对应于表面的反射光束和对应于界面反射光的另一个入射光束之间的入射光距离来确定涂层的厚度和厚度变化。

20.如权利要求17的设备，这里的反光手段由一个发射基本平行光的光源组成，检测手段由带有图象拾取光学系统组成。

21.如权利要求20中的设备，这里的发光手段还包括产生狭缝光的手段，该狭缝沿着垂直于圆柱形线状物体纵向的一个方向延伸。

22.如权利要求20或21中的设备，这里的光源是脉冲光源其发光手段还包括一个同步电路，用于将脉冲光源的发光计时与图象拾取装置的检测计时同步。

23.如权利要求17或19的步骤，这里的发光手段由发射激光的激光源及用激光扫描圆柱线状物体侧面的机构组成，其检测手段由带有图象拾取装置的图象拾取光学系统组成。

24.如权利要求17、19、20或21的设备，这里的图象拾取光学系统至少有一部分与垂直于圆柱形线状物体纵向的平面相倾斜从而使图象拾取光学系统中的聚焦点随着圆柱形线状物体在其长度方向上的位置变化而变化。

25.如权利要求18中的设备，这里的发光手段由发射激光的激光源及用激光光扫描圆柱形线状物体的侧面的扫描机构组成，其检测手段由检测表面反射光束和界面反射光束的光检测器组成，其确定手段由根据光检测器输出信号瞬时变化和激光扫描速度来确定入射光束之间距离的电路。

26.如权利要求17或19的设备，这里的发光手段由发射激光的激光源及用激光光扫描圆柱形线状物体的侧面的扫描机构组成，其检测手段由检测表面反射光束和界面反射光束的位置敏感装置组成，其主体中心确定手段由根据位置敏感装置检测到的光中心变化来确定反射光束之间距离的电路组成。

27.如权利要求19的设备，这里的发光手段由发射激光的激光源及用激光光扫描圆柱形线状物体的侧面的扫描机构组成，其检测手段由检测表面反射光束和界面反射光束的位置敏感装置组成其主体中心确定手段由根据位置敏感装置检测到的光中心变化来确定反射光束间距及根据位置敏感装置检测到的光强度变化确定入射光束间距的电路。

28.如权利要求17的设备，其中的发光手段包括一个光阑用于限定检测光学系统的光接收数值孔径。

29.如权利要求28的设备，这里的光阑是一个针孔或狭缝，放置在一个透镜系统的焦面上，该透镜系统的光轴平行于特定方向并将平行光聚焦于焦面上的一点。

30.如权利要求17的设备，这里的发光手段产生线性偏振入射光，其偏振方向垂直于圆柱形线状物体的纵向；或者检测手段只检测其偏振方向垂直于圆柱形线状物体纵向的光分量。

31.如权利要求17的设备，这里的发光手段的光轴与检测手段的光轴在反射点构成相对于涂层外表面法线的布鲁斯特角。

32.如权利要求17的设备，这里在涂层周围提供了一种折射系数匹配剂，用以减小外表面与边界面的反射性质的差异。

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