JP2001304845A - 材料層の光熱解析による厚さ測定方法及び厚さ測定装置、並びに光熱解析のためのコンピュータプログラム - Google Patents

材料層の光熱解析による厚さ測定方法及び厚さ測定装置、並びに光熱解析のためのコンピュータプログラム

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JP2001304845A
JP2001304845A JP2001075688A JP2001075688A JP2001304845A JP 2001304845 A JP2001304845 A JP 2001304845A JP 2001075688 A JP2001075688 A JP 2001075688A JP 2001075688 A JP2001075688 A JP 2001075688A JP 2001304845 A JP2001304845 A JP 2001304845A
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ミカエル、シャイト
Hansruedi Moser
ハンスルエディ、モーザー
Horst Dr Adams
ホルスト、アダムス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 材料層の光熱解析、特にその厚さ測定のため
の方法及び装置、並びに光熱解析のためのコンピュータ
プログラムを提供する。 【解決手段】 本発明は材料の第１の層の表面を電磁放
射で励起し、前記表面から放射され、第１の温度応答曲
線を有する熱放射を検知し、材料の第２の層の表面を励
起し、前記表面から放射され、第２の温度応答曲線を有
する熱放射を検知し、材料の第１の層が参照層であり、
材料の第２の層が解析すべき材料層である材料層の光熱
解析、特に厚さ測定のための方法及び装置である。伸長
因子が第１及び第２の温度応答曲線間で決定され、その
伸長因子を解析すべき材料層と参照層との間の比率の固
有値として使う。また、本発明は本法を実行するための
コンピュータプログラムである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、材料層の光熱解
析、特に材料の厚さを測定するための方法及び装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】材料層の非接触解析、特に厚さの測定方
法として光熱解析法を利用することが知られている。
【０００３】この分野における従来の技術は、変調され
た連続光を発生して測定対象物に熱波を励起するもので
あった。基礎となる原理は光熱放射測定として知られて
おり、試験対象内部の温度波の放射現象に基づいてい
る。この波の伝搬態様は試験対象物の材料物性に特有な
ものになっている。超音波と同様にこの波も層境界、層
間剥離、亀裂、空隙などの熱不均質部分に衝突すると拡
散、反射される。超音波を利用した場合と大きく異なる
点はより減衰度が大きいことと拡散速度が低いことであ
る。温度波の反射もしくは拡散部分は原波又は励起波と
干渉して温度波の合成ベクトルを形成する。一部の合成
ベクトルは複数回の反射又は拡散後に発生する。調査対
象製品の合成ベクトルに含まれる測定情報はベクトル量
（振幅）と位相である。ベクトル量は測定点距離及び産
業分野において十分な精度で調整できない放射角などの
外部因子に大きく依存するためあまり有効であるとは言
えない。一方、位相はこれらの因子のみならず強度変調
励起放射の出力にそれほど依存しないので、評価に応用
する場合、信頼性が非常に高い。厚さなどの製品表面の
性質は照射励起放射（例：ドイツ国特許第195 48 036号
明細書参照）を応用して製品から輻射された赤外熱放射
の位相シフトに基づいて判定できる。
【０００４】この方法を測定に利用する前に材料層の判
定、特に光熱測定によって絶対厚を得るため測定システ
ムを校正しなければならない。
【０００５】上記手順による熱放射解析では材料層の絶
対厚は測定された位相シフトと関係し得る。コーティン
グパウダーでシート材料をコーティングし、コーティン
グパウダー層の厚さを測定する例を引用しつつ以下に既
知の校正手順を説明する。
【０００６】（１）少なくとも２枚のサンプルシートを
コーティングパウダーでコーティングし、後に製品のコ
ーティングに使用する。２枚のサンプルシートに厚さに
十分な差を持たせたコーティング層を形成する。言い換
えれば一方には薄いコーティング層を施し、他方には厚
いコーティングを施す。選択した２種類のコーティング
層がシステムの測定レンジとなる。
【０００７】（２）続いて２枚のサンプルシートに光熱
測定を実施する。得られた信号すなわち放射熱を評価
し、各シートの固有値を決定する。上記例では固有値は
対応する位相シフトから得られる。
【０００８】（３）両サンプルシートのコーティングパ
ウダーを焼きなます。
【０００９】（４）渦電流測定法などの別の測定方法で
２枚のサンプルシート層の絶対厚を測定する。
【００１０】（５）それぞれの固有値（位相シフト）は
上記のようにして得られた絶対厚に関係している。少な
くとも校正曲線のバックアップ値２個が（位相対層厚
さ）上記校正手順で利用できるように一組の値を評価ユ
ニットに保存する。
【００１１】コーティング製品の測定された固有値（位
相シフト）を校正曲線に基づいて層の厚さと関係づけ
る。これを実施するためにはバックアップ値間で内挿を
実施する。必要に応じて外挿も実施する。最も簡単な事
例では線形内挿を選択するとよい。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したことから既知
の校正方法の短所のみが明らかになる。サンプルシート
をコーティングする際には結果として得られる両者間の
層の厚さに十分に差を持たせるように配慮しなければな
らない。校正曲線の２種類のバックアップ値によって測
定レンジが決まるからである。逆に２個のバックアップ
値は互いに隔たり過ぎてはならない。隔たり過ぎると内
挿（又は外挿）の誤差が過大になるからである。
【００１３】サンプルシート製造の際の基本的問題はコ
ーティングが焼きなまし中に収縮するので最終的に得ら
れる製品の厚さと等しい厚さのコーティング層を施すこ
とができない点にある。この理由からシートには過剰あ
るいは過小なコーティング層を施さねばならない。
【００１４】十分な測定精度を保証しようとすると２種
類のバックアップ値によって狭い測定範囲しか得られな
い。より広い測定レンジをカバーするにはバックアップ
値の数すなわちサンプルシート数を増やす以外にない。
それに伴って測定システムの校正に要する時間は増加す
る。
【００１５】表面コーティング層の厚さを光熱判定法か
ら求める方法はドイツ国特許公開第195 20 788号明細書
に記載されている。この例では光線パルスで表面コーテ
ィング層とコーティング層を持たない基板が励起され
る。パルス継続時間は表面コーティング層とコーティン
グされていない基板の温度応答曲線の差が最大になるよ
うに選択される。表面品質を評価するための固有値は最
大温度Ｔ0が温度Ｔ＝Ｔ0・ｅ-1に低下するタイムポイン
トにおけるものである。しかし実際はこの方法には上記
方法と同様の欠点が伴い、各測定にはやや時間がかかる
ばかりでなく固有値のタイムポイントを得るのはノイズ
の面から問題が多く、測定技術に大きな不確実性をもた
らす。
【００１６】ドイツ国特許公開第195 20 788号明細書は
別の校正方法を提示している。その方法とは測定対象と
なる表面温度を既知の層の厚さに対して経験的に決定さ
れた記憶ずみの温度曲線と比較することである。経験的
な温度曲線が測定温度応答曲線と一致する場合、対応す
る層の厚さを関係づけることができる。しかし同明細書
は曲線が一致しない場合の解決策を何ら提示していな
い。
【００１７】温度曲線を比較するドイツ国特許公開第19
5 20 788号明細書では多大な計算費用が必要である。こ
の方法では別の比較曲線セットを作成してパウダータイ
プごとに評価ユニットに保存しなければならない。この
ように上記方法では一般的に測定システムの組立と校正
に要する費用の負担が大きい。
【００１８】ドイツ国特許公開第195 20 788号明細書で
は温度曲線と理論的温度曲線を比較している。理論的温
度曲線はいわゆる熱コンデンサのモデルで説明される。
熱コンデンサは同明細書で詳細に説明されている。ドイ
ツ国特許公開第195 20 788号明細書では曲線をどのよう
に比較するかは記述されていない。
【００１９】上記方法と関係して製品コーティング作業
の冷却段階における温度曲線間の比較が実施されている
ためさらに測定時間が長くなる。
【００２０】光熱測定システムの校正技術において上述
の方法は参照法と言われるものである。この意味すると
ころは温度曲線又は解析する材料表面の固有値を決定
し、参照層の２つの固有値を内挿することによって参照
層間の同一の固有値又は同一の温度曲線を検索又は決定
をする。参照層の固有値を対応する絶対層厚さに関係づ
けると計算によって得られた対象層の固有値に基づき直
接もしくは内挿によって解析すべき層の絶対厚が得られ
る。
【００２１】こうして層の厚さの光熱測定の品質が校正
とその方法に高度に依存することは明らかである。特に
参照層は慎重に作成しなければならない。このため校正
には極めて多くの時間を要し、生産量は甚大な影響を受
けることになる。
【００２２】そこで本発明の目的は従来の技術の欠点を
克服しつつ材料層の光熱解析、特にその層の厚さを測定
する方法及び装置、より簡単に光熱測定システムの校正
を実行する方法を提示することである。特に新しい校正
方法は製品をコーティングする際、生産態勢にほとんど
影響を与えないことを意図している。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの観点に従
って、材料の第１の層の表面を電磁放射で励起し、前記
表面から放射され、第１の温度応答曲線を有する熱放射
を検知し、材料の第２の層の表面を励起し、前記表面か
ら放射され、第２の温度応答曲線を有する熱放射を検知
し、第１及び第２の温度応答曲線間で伸長因子を決定
し、その伸長因子を材料の前記第１及び第２の層の固有
値として使用する材料の層の光熱解析法、特にその層の
厚さの測定方法により上記目的は達成される。
【００２４】さらに本発明の別の観点に従って本発明か
ら少なくとも材料の第１及び第２の層の表面を励起する
励起源、層表面によって放射され、それぞれ第１及び第
２の温度応答曲線を有する熱放射を検知する検知器、材
料の第１の層と第２の層との間の比率の固有値として使
う第１の温度応答曲線と第２の温度応答曲線との間の伸
長因子を決定する評価ユニットを含む材料層の光熱解
析、特に材料層の厚さを測定するための装置が得られ
る。
【００２５】本発明は材料の第１の層の表面と材料の第
２の層の表面が電磁放射で励起され、各層の表面によっ
て放射される熱放射の第１の温度応答曲線と第２の温度
応答曲線が検知される材料層の光熱解析、特にその層の
厚さを測定するための解析方法を提案する。伸長因子は
第１の温度応答曲線と第２の温度応答曲線との間で決定
され、材料の第１の層と第２の層との間の比率の固有値
として使われる。さらに具体的には本発明による方法に
従えば材料の第１の層は参照層であり、材料の第２の層
が解析する材料層である。
【００２６】本発明の方法から参照層の単一参照測定モ
ードに基づいて少なくとも一定の測定レンジにおける測
定システムの校正が可能となる。以下で説明するように
材料層の厚さは２つの関係づけられた温度応答曲線間の
伸長因子を使って参照層の厚さとの関係から得られる。
さらにサンプルシートのコーティングの過剰もしくは不
足が回避されるように所定の厚さのコーティング層を施
した製品に対して校正測定を実施できる。層の厚さを測
定する際、参照層と関係付けるだけであれば、焼きなま
し後に絶対厚を判定する必要はない。このためコーティ
ング製品の生産プロセスに比較的軽度の障害しか与え
ず、実施すべき測定数の面で有利な材料層の光熱解析の
方法が得られる。
【００２７】好ましくは２つの温度応答曲線間の伸長因
子は時間との関係で決定される。同様に振幅方向の伸長
因子を決定することも容易である。しかし温度曲線の振
幅は励起放射の出力と放射角度、測定点距離などの因子
に依存するので、これらの因子に依存せずにより安定度
の高い時間関係伸長因子を利用するのが望ましい。
【００２８】時間関係伸長因子に依存して材料の２つの
層の厚さの比率は下式を使って簡単に導かれる。
【００２９】
【数３】 ただし、Ｌ1は材料の第１の層の厚さであり、Ｌ2は材料
の第２の層の厚さである。γ2は材料の２つの層の温度
曲線間の時間関係伸長因子である。
【００３０】伸長因子は別の方法でも決定できる。例え
ば解析する材料層の第２の温度曲線を参照層の第１の温
度曲線に写像して伸長因子を決定することもできる。固
有値は個別に又は追加的に各温度曲線ごとに決定でき、
伸長因子はその固有値に応じて決定できる。この場合、
時間関係伸長因子は例えば同じ固有値を有する時間間隔
に基づいて決定される。参照層の第１の温度曲線を保存
することは必ずしも必要ではないがこの目的のためには
有利である。
【００３１】参照層の絶対厚が得られたらそれをもとに
解析すべき材料層の絶対厚が求められる。多数の実応用
例では解析すべき層が参照層（例：所定の厚さを持つ）
と異なるかどうか、異なる場合はその偏差がどの程度の
割合であるかを知るだけで十分である。
【００３２】直接評価できる温度曲線を得るには電磁放
射の階段関数で材料層表面を励起すべきである。たとえ
ば複数の励起パルスを放射する変調励起源を使うことも
可能である。
【００３３】このように本発明は材料層の特性を示すこ
とのできる方法、特にシステムを測定するための最低の
校正経費により、ただ一つの参照層を使って２つの温度
曲線を比較するだけで厚さを決定しうる方法を提案す
る。さらに本発明において好ましい時間関係伸長因子を
使えば励起源の出力、検知器の特性、励起源、製品、検
知器の距離を特定する必要がない。また温度曲線は適切
に標準化すれば、非常に短時間の測定間隔だけ一定であ
ればよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施形態について詳細に説明する。ここで層の
厚さの測定例を引用しつつ本発明を説明する。本発明は
組成などのような他の材料層の特性を解析することも可
能である。
【００３５】図１は本発明に係る材料層の光熱解析のた
めの装置をブロック図で表したものである。この装置に
は電磁励起放射Ｓを発生する励起源１０が含まれる。励
起源１０はレーザー源であることが望ましいが、波長が
異なる赤外線や電磁励起放射も同様に使用できる。電磁
励起放射Ｓは基板１４及びコーティング層１６からなる
製品１２に衝突する。製品１２の表面は電磁励起放射Ｓ
で加熱され 熱放射Ｔを放射し、検知器で検知される。
検知器１８は検知された熱放射Ｔを電気的信号に変換
し、評価ユニット２０に送る。
【００３６】図１の評価ユニット２０は伸長因子を計算
しその伸長因子に基づき層の所期の厚さが決定される。
これは以下で詳細に説明する。
【００３７】本発明の方法によれば励起源１０は適当な
波長を有する光線を検査すべき層１６に放射する。この
目的に対しては疑似連続的な光源を使用することも可能
である。最長放射時間は層１６が否定的影響を被ること
のない程度である必要があり、レーザーを使う場合には
レーザーの安全規則を遵守しなければならない。励起放
射は好ましくは階段関数の形で実施すべきである。遅く
とも次の測定の前に励起源１０の電源は切られるか電磁
励起放射Ｓは中断しなければならない。製品１２の同一
箇所のコーティング層１６を複数回測定しなければなら
ない時は測定ごとに測定点の冷却時間を考慮しなければ
ならない。
【００３８】さらに測定時間は少なくとも熱拡散時間τ
と同じか、より長くなければならない。
【００３９】
【数４】
【数５】 ただし、 α：熱拡散性（m2/s） ｋ：熱伝導性（W/（mK）） ｐ：密度（kg/m3） ｃ：比熱容量（J/kgK） ｌs：層厚さ（m） である。
【００４０】このように励起持続時間は本発明による評
価方法にとって重要な因子ではない。
【００４１】励起によって発生する熱放射は適切な検知
器１８で検知される。すなわち温度ごとの変化が測定さ
れることになる。一般的に疑似連続励起により励起の最
初から最後まで測定することが可能である。
【００４２】図２は２つの異なる層厚さの典型的な時間
関係温度応答曲線を示している。
【００４３】以下の説明は照射熱放射温度の上昇が電磁
励起放射の段階的スイッチオンとともに評価され、ウォ
ームアップ段階で温度上昇に基づいて校正が実施される
本発明の望ましい実施形態に関する。ただし原理的には
電磁放射のスイッチオフ時の温度低下が評価されれば、
本発明は冷却段階にも応用できる。
【００４４】本発明による方法の重要な点はシステムに
電磁励起及び熱放射を照射し検査する際、熱拡散方程式
（ｌ）から数学的仕様が得られることである。
【００４５】
【数６】 ただし、 Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）：参照温度Ｔ0を超える温度上昇 Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）：体積及び時間あたりの加熱量 α：次式によって求められる熱拡散係数（ｍ2／ｓ） である。
【００４６】
【数７】 ただし、 ｋ＝熱伝導率（Ｗ／（ｍＫ）） ρ＝ 密度（ｋｇ／ｍ3） ｃ＝比熱容量（Ｊ／（ｋｇＫ）） である。
【００４７】Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）は励起源１０と層１
６におけるその吸収の放射出力Ｉ0から得られる。層１
６の幾何学級数的低下は吸収係数aで記述される。簡略
化のために１次拡散方程式は薄い層及び一般的な励起領
域について有効であると仮定する。結果としてシステム
に関して得られる等式は次のようになる
【数８】 （２）式は放射出力Ｉ0による励起時の温度反応の時間
及び空間における変化を表している。
【００４８】この微分方程式から温度曲線が３つの振幅
α、β、Ｉ0によって決定されることが分かる。提案さ
れた方法ではαとβは層内部では一定であると仮定され
ている。
【００４９】図２に示された層化システムの温度曲線は
基板１４と層１６を有し（２）式と既知の振幅α、β、
Ｉ0から計算しうる。以下の計算は厚さ１８０μｍを有
する層１と１１０μｍを有する層２のためのものであ
る。基板は無限の厚さを持つ鋼と仮定した。つまり基板
１４の厚さは層１６よりも大幅に大きいことになる。さ
らに以下の値を仮定した。
【００５０】 α： 1．19・10-7m2/s ｋ： 0.20W/(mK) β： 20000m-1 Ｉ０：1 W/m2 図３は厚さ１８０μｍを有する層１と１１０μｍを有す
る層２で計算した温度曲線又は温度上昇を示している。
【００５１】ここでの作業は層２の厚さを決定すること
である。本発明による解決法は層２で測定される温度上
昇を層１の校正測定の温度上昇に変換するイメージを見
いだすことである。次の方法は以下の項目を達成するた
めに提案する。層２の温度曲線を時間及び振幅の両者を
伸長することによって校正層１の温度曲線に写像する。
図４はこの写像を示している。時間及び振幅の両者の伸
長は２つの曲線が最大限に一致するよう選択する。これ
は例えば最小２乗法によればよい。
【００５２】本発明は対象となる参照層を一回測定する
だけ校正ができるような材料表面の光熱解析、特にその
層の厚さを測定する方法を提示する。例えば図３では２
つの温度曲線１，２のうち１つを使って校正を行い、も
う一方は材料の対応する層の特性を示すために参照とす
る。簡単な例として層１の温度曲線又は温度上昇を参照
として選択すると仮定する。この場合層２は厚さを決定
すべき材料の層である。
【００５３】本発明は伸長因子を決定する一定の方法に
限定されない。伸長因子は同じ出願者の同じ出願日によ
るドイツ国特許出願第100 13 173.5号明細書に「材料層
の光熱解析、特にその厚さ測定のための方法及び装置」
（Verfahren und Vorrichtung zur photothermischen A
nalyse einer Materialschicht, insbesondere zur Sch
ichtdickenmessung）として提案された標準化法に沿っ
て決定することもできる。以下この特許出願を参考にし
てみる。この特許出願に規定される方法は熱放射の温度
曲線の標準化を提示する。次に固有値が標準化された温
度曲線から導かれ材料の層の特性を示す。好ましい実施
形態では測定区間で検知された熱放射の温度曲線の一次
積分及び標準化区間での温度曲線の二次積分を計算し標
準化を行う。一次及び二次積分間の指数は物質層の特性
を示す固有値として機能する。時間関係伸長因子は図３
の第１の層や第２の層のような異なる２つの層間で同一
の固有値を持つ時間点を特定することにより決定され
る。
【００５４】層２の厚さに関して必要な情報は良好な近
似が得られれば以下の関係が存在するため写像の結果、
経時的に伸長因子γ2に含まれる。
【００５５】
【数９】 ただし、Ｌ1とＬ2は層の厚さである。
【００５６】上掲例の伸長因子はγ2＝２．４６８とな
る。結果的に（３）式からＬ1／Ｌ2＝１．６２７が得ら
れる。これは層２が層１よりもこの因子だけ薄いことを
意味する。そこで校正層１の厚さが本例では１８０μｍ
と判明したので結果として得られる層２の厚さは１１
０．６μｍとなる。１１０μｍという値を温度曲線の計
算に使う事実からこれは＋０．５％の偏差ということに
なる。
【００５７】ここで掲げた記述は数学的に立証できる。
第１に理想化されたシステムを開始点とし、励起の完全
な吸収が表面で起こると仮定する。これは下式で表され
る。
【００５８】 Ｈ（ｚ）＝Ｉ０δ（ｚ） （４） こうして図２で示されたタイプの２層システムがｚと
ｚ′で表される。
【００５９】 ｚ′＝γ1ｚ （５） このことは層の厚さＬ1とＬ2の関係が因子γ2に対応す
ることを意味する。
【００６０】すると以下の式があてはまる
【数１０】 （２）式に（４）式と（６）式を代入すると以下の式が
得られる。
【００６１】
【数１１】 一方、時間関係伸長は以下のようになる
【数１２】 すると以下の式が適用される
【数１３】 （２）式に（４）式と（９）式を代入すると以下の式が
得られる。
【００６２】
【数１４】 （７）式と（１０）式の比較から、振幅スケーリングが
含まれる場合、これら２つの微分方程式の解として１／
γ1という解が存在する。そこでこの２つの伸長因子γ1
及びγ2は以下の関係を満たす。
【００６３】 γ1 2＝γ2 （１１） （１１）式の関係に基づき解析すべき校正層１と校正層
２の厚さの関係が以下のように定義される。
【００６４】
【数１５】 γ2は時間関係伸長因子である。
【００６５】さらに（７）式は空間的に伸長した場合、
振幅が１／γ1でスケーリングされることを意味する。
こうして温度曲線の振幅の校正と層の厚さの決定への利
用が考えられるが、振幅はむしろ測定点距離や放射角な
どの項目に影響を受けやすいのでここではこれ以上扱わ
ない。
【００６６】因子γ2による既知の伸長によって層１と
層２の厚さの関係は（１２）式によって正確に定義され
る。厳密に言えばこれは理想化された全表面吸収におい
てのみ真である。しかし実際には深部での吸収も考慮し
なければならない。これは（２）式の励起Ｈ（ｚ）＝β
Ｉ0 exp（−βｚ）で明示されている。この励起によっ
て空間的伸長が生じる場合、（７）式の代わりに以下の
微分方程式が得られる。
【００６７】
【数１６】 実例に近い１つのモデルにおいて励起だけがスケーリン
グされるのではなくｚ方向への幾何級数的低下も影響を
受けることが（１３）式から分かる。正しくは（１２）
式は（３）式ですでに提示されたものと同じことを意味
する。すなわち
【数１７】 複数の研究から本法は吸収係数aの変化によってほとん
ど影響を受けないことが明らかになった。こうした理由
で吸収が表面付近で発生するという仮定から本方法は出
発する。さらにここで考慮されるのは一次元システムだ
けである。しかしこうした単純化にも拘わらず（３）式
は実際に応用できる。ただあまりに極端な測定レンジを
選択しないように注意を払うべきである。判定すべき校
正層１と層２間で厚さの差が大きくなるため単純化によ
って影響は増加する。言い換えれば測定誤差は大きくな
ると言える。
【００６８】これらの考慮から本発明により以下の方法
が提案される。
【００６９】（１）光熱法により校正測定を実施する。
層１の経時的な温度曲線又は温度上昇を測定、保存す
る。
【００７０】（２）判定すべき層２を光熱法により測定
する。この温度曲線も同様に保存する。
【００７１】（３）測定された層２の温度上昇の時間及
び振幅を伸長し、この温度曲線が校正測定（層１）で得
られた曲線と一致するか、又は曲線偏差が最小（十分な
補正計算による、図４参照）になるようにする。これで
時間関係伸長因子γ2が得られる。
【００７２】上記の温度曲線の比較は伸長因子を決定す
る上で可能な変形である。原理的に振幅に依存せず明白
な固有値が得られる方法ならば伸長因子を決定する際に
利用できる。この場合、各固有値は時間の伸長によって
一致させることができ、結果的に時間関係伸長因子γ2
が決定される。
【００７３】各厚さに以下の関係が存在するため、上記
の方法を実行すれば（３）式に従って各層の厚さを計算
できる。
【００７４】
【数１８】 言い換えれば層の厚さの絶対的測定が必要でないならば
上記３つの初期段階だけで校正測定から得られる層１の
厚さに対する層２の厚さの偏差百分率の測定が可能であ
る。
【００７５】しかし層の絶対厚を測定する場合は以下の
追加的段階を実施する。
【００７６】（４）参照層を焼きなます。
【００７７】（５）結果として得られる層の厚さを従来
の測定方法（渦電流測定法）で測定する。
【００７８】（６）参照層（層１）の厚さを測定する。
【００７９】（３）式を利用し、参照層１の厚さを知る
ことにより、測定済みの層２の求めようとする絶対厚を
容易に推論することができる。
【００８０】上記のように記述された方法は単純化が仮
定されているため所期の幅の測定レンジと併用するには
適していない。究極的には測定レンジを決定するのは許
容しうる測定誤差である。小さい測定誤差で広い測定レ
ンジが必要な場合は以下の実施例に従い方法を改良する
ことができる。
【００８１】１回の校正測定でなく様々な層の厚さで複
数の校正測定を実施し、所期の測定レンジをカバーでき
るようにする。上述のように対象となる層の温度曲線は
保存しておく。この温度曲線は上述の方法で校正測定の
温度曲線に写像する。これで校正測定における各曲線の
時間関係伸長因子が得られる。そこで最小時間関係伸長
因子が観察された校正点を使って実際の校正測定を実施
する。同様に２個以上の校正点を有する校正を実施する
ことも考えられる。
【００８２】本発明は図１の装置を使って実際に応用す
ることもできる。本発明はまた検知器１８で検知される
温度曲線を評価するコンピュータプログラムによっても
実現できる。評価ユニット２０は結果的にハードウェ
ア、ソフトウェアもしくはその両方で実現できる。コン
ピュータプログラムはデータキャリアに保存し電子的デ
ータ処理装置が要求する方法段階を実施してもよい。
【００８３】請求項と図を用いて上記仕様で開示された
特長は本発明の様々な実施例において個別もしくは組み
合わせて使用することが重要である。
【００８４】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明によれば、従来技術の欠点を克服しつつ材料層の光
熱解析、特にその層の厚さを測定する方法及び装置、よ
り簡単に光熱測定システムの校正を実行する方法を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による材料層光熱解析のための装置。
【図２】厚さを決定すべき材料層を有する製品の断面
図。
【図３】２つの材料層から放射される熱放射温度時系列
グラフ。
【図４】本発明による方法を説明するために図３の熱放
射温度時系列グラフに伸長因子を加えたもの。
【符号の説明】
１０ 励起源 １２ 製品 １４ 基板 １６ コーティング層 １８ 検知器 ２０ 評価ユニット Ｓ 電磁励起放射 Ｔ 熱放射
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンスルエディ、モーザー スイス国ヒンテルフォルスト、イム、ベー ヒス、59 (72)発明者 ホルスト、アダムス スイス国アルトシュテッテン、ラーンシュ トラーセ、７

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】材料（１６）の第１の層の表面を電磁励起
    放射（Ｓ）で励起し、前記表面から放射され、第１の温
    度応答曲線を有する熱放射（Ｔ）を検知し、材料（１
    ６）の第２の層の表面を励起し、前記表面から放射さ
    れ、第２の温度応答曲線を有する熱放射（Ｔ）を検知
    し、第１及び第２の温度応答曲線間で伸長因子を決定
    し、その伸長因子を材料（１６）の前記第１及び第２の
    層の固有値として使用する材料層の光熱解析による厚さ
    測定方法。
  2. 【請求項２】使われる材料の第１の層が参照層であり、
    材料の第２の層が解析する材料（１６）の層である請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】伸長因子が時間関係伸長因子γ2である請
    求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】層の厚さの比が伸長因子に依存して求めら
    れる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】材料の第２の層が材料の第１の層の厚さに
    依存して下式によって求められる請求項１乃至４のいず
    れか１項に記載の方法。 【数１】 ただし、 Ｌ1：材料の第１の層の厚さ Ｌ2：材料の第２の層の厚さ γ2：時間関係伸長因子 である。
  6. 【請求項６】時間関係伸長因子γ1が時間応答曲線の振
    幅に関係する請求項１又は２に記載の方法。
  7. 【請求項７】下式により第２の層の厚さを求める請求項
    ６に記載の方法。 【数２】 ただし、 Ｌ1：材料の第１の層の厚さ Ｌ2：材料の第２の層の厚さ γ1：振幅伸長因子 である。
  8. 【請求項８】第２の温度応答曲線を第１の温度応答曲線
    に写像し伸長因子を決定する請求項１乃至６のいずれか
    １項に記載の方法。
  9. 【請求項９】温度応答曲線ごとに振幅非依存固有値を決
    定し、前記固有値に依存して伸長因子を決定する請求項
    １乃至８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】固有値が同一な時間間隔に基づいて時間
    関係伸長因子が決定される請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】少なくとも最初の温度応答曲線が保存さ
    れる請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】参照層の絶対厚が決定され、それに依存
    して解析すべき材料（１６）の絶対厚が決定される請求
    項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】電磁励起放射（Ｓ）の階段関数によって
    各面が励起される請求項１乃至１２のいずれか１項に記
    載の方法。
  14. 【請求項１４】少なくとも材料（１６）の第１の層及び
    第２の層の表面を励起するための励起源（１０）と、 層から放射され、それぞれ第１及び第２の温度応答曲線
    を有する熱放射（Ｔ）を検知する検知器（１８）と、 材料（１６）の第１の層及び第２の層の間の比率の固有
    値として使われる第１及び第２の温度応答曲線間の伸長
    因子を決定する評価ユニット（２０）と、 を備えた材料層の光熱解析による厚さ測定装置。
  15. 【請求項１５】材料の第１の層の表面を電磁放射で励起
    し、前記表面から放射され、第１の温度応答曲線を有す
    る熱放射を検知し、材料の第２の層の表面を励起し、前
    記表面から放射され、第２の温度応答曲線を有する熱放
    射を検知し、コンピュータプログラムが第１及び第２の
    温度応答曲線間の伸長因子を決定し、その伸長因子を第
    １の層及び第２の層間の比率の固有値として使う段階を
    実行する材料（１６）、特にその層の厚さの光熱解析の
    ためのコンピュータプログラム。
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