JP2014517287A - ガラスユニット内の気体成分濃度を測定するための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

互いに間隔をあけて空間を形成している少なくとも２枚のガラスシートを有するガラスユニットの空間内の気体混合物中の気体成分濃度を求めるための非侵襲的な方法。１つ以上の光線をガラスユニットの表面にある角度で当て、放射光線の波長を、目的とする気体成分の少なくとも１つの吸収線の近くまたは吸収線上で変化させる。空間の反対側に位置する少なくとも１つの表面もしくは界面を透過したまたは少なくとも１つの表面もしくは界面で反射した光線を検出器で回収し、次に目的とする気体成分の吸収線上での透過または反射光線の強度における非線形的な変化を測定する。測定対象である気体成分の濃度を、強度における非線形的な変化に基づいて求める。

Description

本発明は、１つもしくは幾つかの独立したキャビティを有するガラスユニットまたは他の同様の透明容器内の気体成分濃度を測定するための方法およびデバイスに関する。加えて、本発明は、１つもしくは幾つかの独立したキャビティを有するガラスユニットまたは他の同様の透明容器の寸法、ラミネート加工および金属コーティングを測定することに関する。

ガラスの製造工程においては、ガラスシート（フロートガラスとして知られる）を異なる種類の要素（被覆または強化層等）と組み合わせることによって、様々な目的のための特殊な性質を有する板ガラスを作り出すことができる。例えば、絶縁ガラスユニット（insulating glass unit: IGU）は、典型的には、２枚以上のガラスシートとこれらのガラスシートの間の閉鎖された空間とを有する構造で構成され、この閉鎖された空間には低熱伝導率の気体（酸素、アルゴン、キセノン、クリプトン、窒素、これらの混合物等）が充填されている。

低熱伝導率の気体に加えて、窓ガラスユニットでは熱伝達を大幅に低下させるために低放射率のコーティングも使用する。殆どの市販のコーティングには金属物質が含まれているため導電性である。これらのコーティングはまた、コーティングを施していないガラス面より良好に可視光を反射する。低放射率のコーティングは、典型的には、機械的および化学的な保護のために絶縁ガラスユニットの内側にあるため、導電性を測定するために直接アクセスすることはできない。

板ガラスを製造する場合、その品質を、製造業者の品質システム、規格または現地の法令に従って評価しなくてはならない。板ガラスの最も典型的なパラメータはその機械的寸法、板ガラスの厚さ、見込まれるラミネート加工またはコーティングの厚さ、板ガラス間の空間、見込まれる表面コーティングの位置、板ガラスの見込まれる強靭化または強化、また空間内の気体成分濃度である。

空間内の気体混合物中の気体成分の濃度を求めるにあたっては様々な種類の解決策が従来技術から公知であり、例えば空間から気体試料を採取し、例えば質量分析計を使用してその気体試料の測定を行う。気体試料を採取する方法は侵襲的であり、ガラスユニットの表面を破壊しなくてはならず、これはこの侵襲的な方法の疑う余地のない欠点である。空間に高速交流電場を印加することでガラスユニットのパネル間の空間で放電を起こし、放射された放電光を分析する等の非侵襲性の方法も知られている。放電はニードル様電極で作り出すことができ、その際、導電性材料から成るガラスユニットの内部コーティング層が別の電極として使用される。

これらの公知の非侵襲性の方法には幾つかの欠点もある。例えば、板ガラスにプラスチックフィルムをコーティングまたはラミネート加工する場合は、別の電極を別のやり方で設けなくてはならない。加えて、少なくとも１枚のシートが金属的にコーティングした表面を有する場合、この金属面を通して測定を行うことはできない。高速交流電場はこの金属面を透過することができないからである。更に、１度に１つの空間しか測定することができない。

次に、本発明について、添付の図面に従って例示的な実施形態を参照しながらより詳細に説明する。
反射光線の検出強度Ｉ（ν）を示し、ここで弱い吸収は殆ど見られない。 Ｉ_０（ν）の二次ベースライン推定（すなわち、検出された信号のエッジに適合させた二次多項式）を用いて計算した反射光線の強度を示す。 本発明の有利な実施形態による、透明な構造体内の気体成分濃度を求めるための例示的な測定構成の原理を図示する。 本発明の有利な実施形態に従って測定した導電性および非導電性表面の例示的な強度を図示する。

本発明の目的は、公知の従来技術に関係した問題点を緩和および排除することである。特に、本発明の目的は、見込まれるコーティング材料とは独立して、ガラスユニットの空間内の気体混合物中の気体成分濃度を非侵襲的に求める方法を提供することである。本発明の更なる目的は、各空間内の気体成分の濃度を別々且つ同時に求める方法を提供することである。

本発明の目的は、独立請求項の特徴によって達成することができる。

本発明は、請求項１に記載のデバイスに関する。加えて、本発明は、請求項１４のデバイスまたは構成（装置）に関する。

ある実施形態においては、互いに間隔をあけて空間を形成している少なくとも２枚のガラスシートを有するガラスユニットの空間内の気体混合物中の気体成分濃度を非侵襲的に求める。この方法においては、少なくとも１つの光線をこのガラスユニットの表面にある角度で当て、放射光線の波長を、目的とする気体成分の少なくとも１つの吸収線の近くまたは吸収線上で変化させる。気体を充填した空間の反対側に位置する少なくとも１つの表面または界面で反射した光線は検出器で回収される。別の実施形態において、測定は通過測定（through measurement）になり得て、発光手段および検出器はガラスユニットの反対側に置かれ、ガラスユニットを透過した光線を検出器で測定する。空間内の気体成分は各気体成分に特徴的な極めて狭い線幅を吸収し、吸収による強度変化の規模は気体濃度に比例する。目的とする気体成分の吸収線近くまたは吸収線上での強度変化は極めて非線形的である。次に、本発明においては、目的とする気体成分の吸収線の近くまたは吸収線上での、反射または透過光線の強度におけるこれらの非線形的な変化を測定することによって気体成分の濃度を求める。

ある例示的な実施形態においては、気体成分の濃度を、例えば強度変化の規模を基準強度変化（様々な濃度の測定気体の強度変化または他のやり方で事前に判明している強度変化等）と比較することで求めることができる。

ある実施形態においては、リフレクタを、ガラスユニットの反対側で、放射光線をガラスユニットを通して検出器へと反射する表面または界面として使用する。リフレクタを使用する場合、反射強度は、典型的には、どの表面での反射よりも強い。吸収線上で放射光線の波長を変化させる場合に吸収線での強度変化からこのやり方で測定される決定濃度は（全ての）測定空間での平均濃度であることに留意されたい。しかしながら、反射強度が高いと、より正確な分析が可能になる。加えて、反射光を使用した測定では長い距離を測定することができ（透過測定と比較すると光線が２倍の距離を進むため）、測定精度は濃度が低くても極めて良好となることに留意されたい。更に、反射光を使用した測定では片側からの測定が可能であり、これは状況によっては疑う余地のない利点である。

本発明のある実施形態においては、光線を反射する表面または界面が、単独のまたは追加のリフレクタを伴った、気体成分を含む前記空間へ向いたガラスシートの表面または界面にもなり得ること、また各表面または界面からの反射光を測定し、これらの反射光における強度変化を測定することで場合によっては各空間においてすら気体濃度を求めることができることに留意されたい。気体成分濃度を含み、それゆえに前出の非線形強度変化を引き起こす空間は、ガラスユニットのガラスシートの表面または界面で反射した光線の検出器上でのオーダーから特定することができる。

別のやり方では基本的に一定の光線角度を用いるが、測定ユニット（発光手段および検出器を含むユニット）のガラスユニットの表面（外面、ただし内面からも）からの距離を変化させることで強度の極大を求める。更に別の実施形態においては、発光手段と検出器との相互角度を変化させることで、強度極大から表面を特定することができる。各強度極大はガラスユニットの１つの表面に対応する。

ある実施形態においては、問題となるガラスシートの界面タイプおよび／または見込まれるコーティング（ラミネート加工、金属コーティング等）も特定することができる。これは、本発明では、特定の光源を使用した、様々なタイプの表面からの反射光線の強度が事前に判明している場合に可能である。例えば、低放射率の表面（金属コーティング、すなわち導電性表面）で反射した光線の強度は、何のコーティングも施していない表面（非導電性表面）で反射した光線の強度よりはるかに高い（典型的には５倍、あるいは１０倍にさえなる）。加えて、基本的に、用いた波長でのコーティングからの反射光における強度変化はない。

ある実施形態においては、反射光線の強度を求め、有利には例えばメモリ手段に保存した強度と比較し、もし検出された強度が非導電性表面で反射した光線の強度より明らかに高いならば、自動的に、測定した対象は低放射率の表面を含むことが示される。コーティングの材料さえも、様々なコーティングに特徴的な強度に基づいて特定することができる。これは、例えば、その既知の強度が測定された強度に最もよく適合する界面タイプおよび／またはコーティングタイプを選択することで行うことができる。また、コーティングの位置を、このコーティングで反射した光線の検出器上でのオーダーから特定することができる。

加えて、ガラスユニットの２つの界面または表面の間の層の厚さも、第１および第２界面で反射した光線の検出器上での位置に基づいて求めることができ、同様に２枚のシート（最外方および最内方のシート等）間の距離も、対応するシートで反射した光線の検出器上での位置およびシートの材料の屈折率に基づいて求めることができる。これは発光手段および検出器を含む測定ユニットを用いても可能であり、図２Ｃ、２Ｄで図示するように、ユニットのガラスユニットの表面からの距離を変化させるまたは発光手段と検出器との角度を変化させる。

照射する光線は、有利には、波長可変半導体レーザ吸収分光法（tunable-diode-laser-absorption-spectroscopy:TDLAS）で得られるレーザー光線である。使用するレーザーの周波数は、目的とする気体成分の吸収線の近くまたは吸収線上で調節することができ、その後、反射強度における変化を測定する。

測定はランベルト・ベールの法則（Beer-Lambert-Bouguer Law）に基づき、この法則は、光強度が、以下：

のように、吸収材料との相互作用でどのようにして低下するかを表し、式中、νは周波数［Ｈｚ］であり、Ｉ_０およびＩ［Ｗ］はそれぞれ初期強度および透過強度であり、σ（ν）［ｃｍ２／分子］は目的とする気体の周波数依存性吸収断面積であり、Ｎ［分子／ｃｍ３］は気体の分子の個数濃度であり、Ｌ［ｃｍ］は経路長である。図１（ａ）は、反射光線の検出強度Ｉ（ν）を示し、ここで弱い吸収は殆ど見られない。図１（ｂ）は、Ｉ_０（ν）の二次ベースライン推定（すなわち、検出された信号のエッジに適合させた二次多項式）を用いて計算した反射光線の強度を示す。

検出対象である吸収信号をＷＭＳまたはＦＭＳ技法、例えば測定対象である気体成分の吸収線上で正弦波的周波数変調ダイオードレーザーを走査して操作することによって、検出光線の強度における変化および検出対象である気体成分の濃度を表す非線形曲線にフィットさせた二次多項式を強化する並びに／または引き起こされる低周波ノイズを最小限に抑える。

直接吸収の性能は、１／ｆノイズの発生により劣化することが多い。このようなシステム構成要素の低周波ノイズ、例えば１／ｆレーザー過剰ノイズを回避する一般的なやり方では、吸収信号をより高い周波数にシフトさせる。ＴＤＬＡＳ技法において、これはダイオードレーザー動作電流の変調により達成することができる。このような変調により、瞬時レーザー周波数の変調が起きる。吸収線の非線形反射強度プロファイルとの相互作用により、検出強度の周期的変調がもたらされる。これによって基礎変調周波数（fundamental modulation frequency）またはその倍音での吸収信号の検出が可能になる。

例えば、ダイオードレーザー動作電流を正弦波的に変調させると、レーザー出力の正弦波的波長（および振幅）の変調が起きる。波長依存性の非線形反射信号（例えば、吸収線形）との相互作用によって、変調周波数自体およびその倍音から成る周期的だが非正弦波的な反射信号がもたらされる。ある実施形態においてはこれを用いて検出周波数を低周波数ノイズ（例えば、１／ｆノイズ）の影響が少ない高周波数領域にシフトさせて感度を改善することができる。これは、典型的には、レーザーを目的とする吸収線上で調節しながらロックイン増幅器に調和成分（最も一般的には、第２）の振幅を測定させることで達成される。

また、有利には、反射光線を検出する検出器の温度を低下させてノイズを最小限に抑える。加えて、光源（有利にはレーザー）を一定温度に維持することで、放射波長を恣意的に変化させない。

加えて、ある実施形態においては、気体濃度を、これまでの実施形態に加えて、
・高速交流高電圧を作り出し、
・この高速交流高電圧をガラスユニットの空間に局所的に印加することで局所放射を達成し、
・放射光を回収および輸送し、
・少なくとも一方が目的とする気体成分に対応する少なくとも２つの異なるスペクトル間隔の強度を求め、
・一方が目的とする気体成分に対応する２つのスペクトル間隔の強度間の比を計算し、
・この比から気体成分の濃度を求める
ことによって測定することもできる。

ある実施形態においては、測定結果を測定対象（ガラスユニット等）に連結したメモリ手段に書き込むことができる。このメモリ手段は、例えばガラスユニットに接続されたＲＦＩＤタグ、有利にはＮＦＣタグになり得て、保存した測定結果は、例えば以下の性質：
・対象の界面タイプ
・２つの界面間のコーティング材料、
・構成材料の屈折率
・２つの界面間の層の厚さ
・２つの界面間の層の厚さの変化
・第１板ガラスと第２板ガラス（最外方板ガラスおよび最内方板ガラス等）との間の距離、
・任意の表面の見込まれる強靭化もしくは焼き戻し
・対象のコーティングを施したおよび／もしくはコーティングを施していない表面の存在および位置
・ガラスユニット内の気体混合物中の少なくとも１つの気体成分の濃度並びに／または
・気体成分を含む空間の同定情報（位置等）
の１つを示し得る。

ある実施形態においては、狭バンド幅レーザーを気体の吸収線をまたいで走査し、検出器を使用して反射または透過光線の強度プロファイルを記録する。感度を上昇させるために、変調技法（ＷＭＳ、ＦＷＭ等）を利用する。気体の吸収強度は、ランベルト・ベールの法則からわかるように、気体濃度および光が気体の中を進む経路長の両方に左右されるため、ある実施形態においては、経路長も例えば反射光線が検出器に当たる位置から求められる（これは、放射光線の角度が判明しているまたは測定デバイスをこれらの情報でキャリブレーションする場合に可能である）。別のやり方では発光手段および検出器を備えたユニットを使用し、このユニットのガラスユニットの表面からの距離またはこのユニットの発光手段と検出器との相互角度を変化させる。その後、気体成分の濃度を求めることができる。

更なる実施形態においては、気体成分濃度を、
・検出器上での第１反射光線（空間へ向けられたガラスシートの第１表面／界面で反射し、光線は気体成分と相互作用しない）の位置および強度を求め、
・検出器上での第２反射光線（空間へ向けられたガラスシートの第２もしくは別の表面／界面またはリフレクタで反射）の位置および強度を求め、
・空間内を光線が進んだ距離を、第１および第２（または更に別の）の特定された反射光線の検出器上での位置に基づいて求め、
・空間内の気体成分濃度を、第１および第２の特定された反射光線の強度差並びに横断距離に基づいて求める
ことで求めることもできる。

表面の位置（ひいては表面の距離）は、発光手段および検出器を備えたユニットの表面からの距離（または相互角度）を変化させ、ユニットの距離（または角度）を変化させた場合の表面からの反射光に対応する強度極大を求めることでも特定できることに留意されたく、例えば図２Ｃ、２Ｄで図示した通りである。

第１反射を、第１シートの作用および場合によってはレーザー源と表面との間または表面と検出器との間で起きる吸収を補正するために用いることができる。上記の実施形態を、本明細書で開示の本発明の他の実施形態でも利用できることに留意されたい。

加えて、上で論じたように、光源から発せられた入射光線は幾つかの対象表面で反射し得て、多数の光線（表面の数に対応）が受け止められ、また検出される。これらの表面のいずれかが低放射率表面であるか否か、またどの空間において気体成分が測定された強度変化を引き起こすか（変化がある場合）を確認するために、前出のものと同じ原理を物体の各面について適用することが考えられる。

ある実施形態においては、検出器上での別々の反射光線間の距離、入射光線の対象に当たる角度および材料の屈折率が判明しているならば、透明な物体の厚さ、透明な物体の表面の構成材料の厚さ、また他の層の厚さを、物体の異なる層からの反射光線の光感受性の電子機器（検出器）上での位置に基づいて検出することができる。また、固定された発光手段および検出器を備えたユニットも使用し得えて、その場合は表面に対する距離（または角度）を変化させ、また強度極大を求め、例えば図２Ｃ、２Ｄに図示した通りである。

更に、ある実施形態においては、ガラスユニットの界面タイプ（空気／ガラス、ガラス／プラスチック、ガラス／低Ｅコーティング、ガラス／ガラスタイプ等）を検出することができる。この界面タイプの特定は、有利には、各界面層からの反射光に基づいて行われる。これは、各界面層からの反射光線が検出器に当たる位置が、問題となっている界面のタイプに左右されるような反射を、各界面層が引き起こすからである。反射光線の強度も光線が反射する界面タイプに左右されることにも留意すべきである。

本発明の有利な実施形態においては、対象の層の厚さに関する情報さえ不要である。界面タイプ（例えば、空気／ガラス）は純粋に、反射光線の強度から特定できるからである。入射光線がまず空気／ガラス界面で反射することは事前に判明しているため、次に界面タイプを次の反射光（次の表面からの反射光）の強度から特定することができる。これは一般に用いられる界面タイプの特徴的な強度が事前に判明しているからである。例えば、ガラス／空気界面で反射した光線の強度は、ガラス／プラスチックまたは低Ｅコーティング界面で反射した光線の強度とははっきりと区別可能である。このため、対象の媒体（または２つの界面間のガラス、プラスチック等の構成材料）も反射光の強度に基づいて特定することができる。ここでもまた、構成材料が判明している場合、各層の屈折率も検出することができ、その求められた屈折率を用いて、例えば、検出器上での反射光線間の距離が求められたならば、各層の厚さを計算することができる。

ある実施形態において、典型的な媒体（ガラス、空気、プラスチック、ラミネートコーティング等）の屈折率は、有利には、測定デバイスのメモリ手段に保存され、界面タイプの特定に用いることができる。ある実施形態においては、物体の各媒体層の屈折率を、反射光の強度（第１媒体、すなわち空気は常に判明しているため）だけに基づいて求め得て、次に計算された反射率と最も強い相関関係にあると考えられる、メディア手段に保存された典型的な媒体の正確な反射率を用いる。これは簡便な特定方法である。反射強度だけに基づいた反射率についての完全に正確な測定が、例えば媒体の吸収のせいで常に可能なわけではないからである。

加えて、装置を物体に対して動かす場合、平均反射強度を既知の界面タイプによって引き起こされる既知の反射強度と比較することで界面タイプを特定するのに平均反射強度を用いることができる。反射強度は当然のことながら例えば使用した光源および入射光が物体に当たる角度に左右されるが、これらは事前に検出して、問題となっている界面タイプの特定にあたって考慮に入れることができる。

本発明は公知の従来法より有利な多くの特徴を提供するものである。複数の反射光（複数の表面または界面からの反射光）を用いて、測定する構造および気体濃度の情報の量が増加し、同様に結果の精度が上昇する。加えて、測定は、測定対象であるガラスユニットに異なる種類のコーティングが存在しても存在しなくても、測定を多数の透明空間について行うことができる。更に、本発明の方法を、ガラスユニットの空間における気体濃度（特にはＯ_２）を求めるのに用いることができるが、同時に、ガラスユニットの構造を決定するのに用いることもできる。

図１（ａ）、１（ｂ）は従来技術から公知の測定および現象に関し、本明細書において上で論じられている。

図２Ａ−２Ｅは、本発明の有利な実施形態による、透明構造体内部の気体成分濃度を求めるための例示的な測定構成２００の原理を図示する。

本発明のある実施形態において、装置は、少なくとも１つの光線を対象（ガラスユニット２０２等）の表面に放射するための光源２０１を含む。光源は有利には狭バンド幅光源であり、これは例えば垂直共振器面発光レーザー(Vertical Cavity Surface Emitting Laser: VCSEL)であり得る。放射レーザーの波長は、例えば調節可能な電流源２０３による電流で制御し得る。ある実施形態においては、放射されたレーザー光線２０４を、レーザー源の電流コントローラに変調波形を導入することで変調させる（例えば、ＷＭＳ技法）。例えば、任意の波形発生器２０５を使用することができる。

ＷＭＳは高分解レーザー吸収技法であり、吸収信号をより高い検出周波数に移動させることによってシステム構成要素の低周波ノイズを回避する。ＴＤＬＡＳにおいて、これはある狭い（例えば、気相）吸収線上で正弦波的周波数変調ダイオードレーザーを走査することで実現できる。この吸収線は非線形伝達関数としての役割を果たし、周期的ではあるが完全に正弦波的ではない変化を伝達にもたらす（すなわち、高調波発生が起き、倍音が発生する）。ＷＭＳ信号は高調波振動数の振幅における時間的な進化を測定し、また従来よりロックイン増幅を用いて得ている。有用性は、ＷＭＳ信号が吸収（ひいては気体濃度。吸収が弱い場合）に比例するという事実に由来する。

各シート２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃまたは他の界面の様々な表面で反射した光線２０７を次に検出器２０８、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサまたはフォトダイオードで回収する。得られた電圧信号を典型的にはＡ／Ｄボードを使用してコヒーレントにサンプリングする。感度を、有利には、第２チャネルを使用してハイパス（ＨＰ）フィルタリングおよび増幅（Ａ）信号バージョンを記録することで上昇させる。レーザーを目的とする吸収線上で調節しながら、ロックイン増幅器（または他の適切な測定手段）２０９を、調和成分（最も一般的には、第２）の振幅を測定するために使用する。

図２Ａ−２Ｂに図示の実施形態では、異なる表面からの多数の反射光２０７を検出器２０８で受け止めることができることに留意されたい。しかしながら、各反射光が生じる表面は、検出器上での受信信号の位置によって特定することができ、すなわち検出器に当たる第１反射光は第１シートの裏側から来て（空間２１０ａまたは２１０ｂ内の気体とは相互作用しない）、検出器に当たる第２反射光は、測定対象である気体成分等が入っていると考えられる第１空間２１０ａに面した第２シートの第１表面から来る。このため、第２反射光はそれまでに第１空間等に入っている気体と相互作用するため、各空間２１０ａ、２１０ｂ内の気体濃度を、問題となっている空間と相互作用する特定の反射光を特定することで求めることができる。

放射されたレーザー光線の入射角が判明している場合、対応する反射を引き起こす各表面の位置、ひいては反射光が進んだ距離を求めることができる。

また、本明細書の別の箇所で論じたように、リフレクタ２１１を利用することができる。

図２Ｂでは別の構造を図示していて、この測定構成は、本明細書の別の箇所で論じたように、反射光線の測定強度および検出器上での位置を求めるための、また対象の性質および異なるパラメータ（界面タイプ、構成材料、屈折率、特にはガラスユニットの様々な空間における気体成分の濃度等）を計算するまたは求めるためのデータ処理手段３００（マイクロプロセッサ等）を含む。加えて、この構成は、光源および／または検出器を制御するための別の追加の制御手段、また例えば中でも様々な気体濃度、界面タイプ、構成材料、これらの材料の屈折率によって引き起こされる反射光の強度を保存するためのメモリ手段を含むものであってもよい。構成３００はまた、例えば測定情報を測定対象のメモリ手段から読みだすおよび／またはメモリ手段に書き込むための手段（ガラスユニットに連結されたＮＦＣタグ２１２等）を含むものであってもよい。

測定構成２００は、ガラスユニットの１つの空間における少なくとも１つの気体成分の濃度を検出するための追加手段３０１も含むものであってよい。この追加の気体検出手段３０１は、有利には、高速交流高電圧を作り出すための手段３０２を含み、高速交流高電圧を有利にはガラスユニットの空間２１０ａに局所的に印加することによって、充填気体の原子のイオン化により局所放射３０３を達成する。加えて、検出手段は、有利には少なくとも一方が目的とする気体成分に対応する少なくとも２つの異なるスペクトル間隔の強度を求め、分析するために放射光を回収および輸送するための手段３０４を含む。イオン化法においては、この構成（手段３００または３０１）は、有利には、少なくとも一方が目的とする気体成分に対応する２つのスペクトル間隔の強度間の比を計算してこの比から気体成分の濃度を求めるように適合される。

高速交流電場を、例えばガラスユニットに、例えばニードル様電極３０５を使用して印加することができる。もう一方の電極として、例えば物体の導電層を使用することができる。この高速交流電場は空間２０１ａにおいて放電チャネル３０３を作り出し、放電は電極３０５の先端付近で始まる。放射光を有利にはレンズ３０４で回収する。

図２Ａ、２Ｂに図示の実施形態において、反射表面からの距離（ひいては表面または界面または空間の厚さ）は、光線がその表面に向かって放射される角度および検出器２０８上での反射光線の位置によって求められる。

しかしながら、図２Ｃ、２Ｄでは、表面の距離（ひいては厚さおよび他のパラメータ）を測定するための別の実施形態を図示している。第１の態様において（図２Ｃ）、デバイス２００はユニット２３０を含み、ユニット２３０は発光手段２０１および検出器２０８の両方を含み、これらは有利にはユニット２３０に固定させて取り付けられる。図２Ｃで実証するように、ガラスユニット２０２またはその表面までのユニット２３０の距離２３１を変更できるように構成する。距離２３１を変更すると、放射光線の焦点スポット２３２も変化する。焦点スポットをシフトさせてガラスユニットの任意の表面に当てるとそれは強度極大として求められ、また表面の距離（または位置）をユニットの距離変化２３１により求めることができる。

第２の態様において（図２Ｄ）、デバイス２００はユニット２４０を含み、ユニット２４０は発光手段２０１および検出器２０８の両方を含み、これらは、有利には、放射光線の角度２４１（または発光手段および検出器の相対角度）が変更可能となるようにユニット２４０に取り付けられる。図２Ｄで実証するように、ガラスユニット２０２またはその表面に対して角度２４１を変更できるように構成する。角度２４１を変更すると、放射光線の焦点スポット２３２も変化する。焦点スポットをガラスユニットの任意の表面に当たるようにシフトさせると、強度極大として求められ、表面の距離（または位置）を角度変化２４１により求めることができる。このため、図２Ｃ、２Ｄに図示の実施形態においてはまた、強度極大のオーダーは、光線を反射している界面（のオーダー）と相関関係にある。

加えて、ある実施形態においては、図２Ｅに図示するように、透過率の測定も可能なことに留意されたく、この実施形態において、発光手段２０１は、測定対象であるガラスユニット２０２の検出器２０８とは異なる側に位置する。これによってデバイス２００の構造は極めて単純なものにすることが可能となり、これは発光手段２０１および検出器２０８を互いに移動させる必要がなく、また焦点合わせが極めて簡単だからである。また、検出される信号は典型的にははるかに強力である。しかしながら、全吸収のみ求めることができる。

図３では、本発明の有利な実施形態に従って測定した、導電性４００ａおよび非導電性４００ｂ表面に対する例示的な強度４０１ａ、４０１ｂ図示していて、導電性表面４００ａは、低強度である４０１ｂの光線を反射する非導電性表面４００ｂと比較して高強度である４０１ａの光線を反射する。

本発明を上記の実施形態を参照しながら説明し、また本発明の幾つかの利点を実証してきた。本発明がこれらの実施形態に限定されず、本発明の概念および続く特許請求項の趣旨および範囲内の全ての考えられ得る実施形態を含むことは明白である。上ではガラスユニットしか記載していないとしても、様々な種類の反射性の透明な物体、例えばガラスまたはプラスチック（フロートガラス等）、合わせガラス、強靭化または強化ガラス、特には絶縁ガラスまたはコーティング、例えば導電性コーティングでコーティングしたガラスの測定を行うことができることに留意されたい。

加えて、放射光線の波長を、目的とする気体成分の二次吸収線の近くまたは二次吸収線上で変更することもでき、すなわち例えばＴＤＬ（波長可変ダイオードレーザー）トランスミッタを二次吸収線（例えば、低強度の）で動作させると、低濃度の酸素の測定を効果的にシミュレートする。例えば、光源の光の波長を更に、波長が測定対象の気体（例えば、酸素）の異なる吸収特性を有する少なくとも１つの別の吸収極大（ピーク）と一致するように変更し得て、これに対応して他方の吸収極大の減衰を光の波長の関数として測定する。デバイスまたは構成は、プログラムをデバイスまたは構成上で動かした場合に気体成分の濃度を求めるための方法ステップを実行するように適合されたコンピュータプログラム製品も含むものであってよい。

更に、様々な種類のレンズを発光手段と共に使用して放射光線を表面上で焦点合わせすることができ、またレンズを検出器と共に使用して、回収した光線を検出器の表面上で焦点合わせすることができることに留意されたい。これによってより強力な信号が集まって例えばＯ_２の濃度測定がより信頼性高いものになる。

Claims (21)

1. 互いに間隔をあけて空間を形成している少なくとも２枚のガラスシートを有するガラスユニットの前記空間内の気体混合物中の気体成分濃度を求めるための非侵襲的な方法であって、
   １つ以上の光線を前記ガラスユニットの表面にある角度で当てる工程であって、前記放射光線の波長を、目的とする気体成分の少なくとも１つの吸収線の近くまたは吸収線上で変化させる工程、
   前記空間の反対側に位置する少なくとも１つの表面もしくは界面を透過したまたは少なくとも１つの表面もしくは界面で反射した光線を検出器で回収する工程、
   測定対象である前記目的とする気体成分の吸収線上での透過または反射光線の強度における非線形的な変化を測定する工程、
   強度における前記非線形的な変化に基づいて前記気体成分の濃度を求める工程
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記濃度測定を、前記非線形的強度変化の量を基準強度変化、例えば事前に判明している様々な濃度の前記気体の強度変化と比較することで行う、請求項１に記載の方法。
3. 前記光線を反射する前記表面または界面が、前記放射光線を前記検出器上へと前記ガラスユニットを通して反射するための、ガラスユニットの反対側で使用するリフレクタであり、ガラスユニット内の前記測定気体濃度が、前記放射光線の波長を吸収線上で変化させた場合の吸収線での強度変化から検出される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記光線を反射する表面または界面が、前記気体成分を含む前記空間に向けられた前記ガラスシートの表面または界面である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記気体成分濃度を含み、それゆえに前記非線形強度変化を引き起こす前記空間が、前記ガラスユニットのガラスシートの表面または界面で反射した光線の検出器上でのオーダーまたは位置から特定される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記方法が、前記界面で反射した光線の強度を測定し、前記測定された強度を既知の界面タイプおよび／またはコーティングタイプの既知の強度と比較し、その既知の強度が測定された強度に最もよく適合する界面タイプおよび／またはコーティングタイプを選択することによって、問題となる前記ガラスシートの界面タイプおよび／または見込まれるコーティングを決定することを更に含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記方法が、前記ガラスユニットの２つの界面間の層の厚さを、第１および第２界面で反射した光線の前記検出器上での位置に基づいて検出する工程、
   最外方および最内方のシート等の２枚のシート間の距離を、対応するシートで反射した光線の検出器上での位置および前記シートの前記材料の屈折率に基づいて検出する工程を更に含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ガラスユニットの表面または界面の位置ひいては距離を、前記発光手段と前記検出器とを含む測定ユニットにより測定し、前記表面もしくは界面からの距離を変化させまたは表面もしくは界面に対する角度を変化させ、前記強度変化を測定することによって前記表面または界面の前記位置ひいては距離を強度極大に基づいて求める、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記光線が、使用レーザー周波数を目的とする気体成分の吸収線上で調節することによる波長可変半導体レーザー吸収分光法（ＴＤＬＡＳ）で得られるレーザー光線である、請求項１〜８のいずれか一項にいずれかに記載の方法。
10. 検出対象である前記吸収信号をＷＭＳまたはＦＭＳ技法、例えば測定対象である気体成分の吸収線上で正弦波的周波数変調ダイオードレーザーを走査して操作することによって、検出光線の強度における変化および検出対象である気体成分の濃度を表す非線形曲線に適合した二次多項式を強化する並びに／または引き起こされる低周波ノイズを最小限に抑える、請求項９に記載の方法。
11. 前記方法が、高速交流高電圧を作り出す工程、
    高速交流高電圧を前記ガラスユニットの空間に局所的に印加することで局所放射を達成する工程、
    放射光を回収および輸送工程、
    少なくとも一方が前記目的とする気体成分に対応する少なくとも２つの異なるスペクトル間隔の強度を求める工程、
    一方が前記目的とする気体成分に対応する２つのスペクトル間隔の強度間の比を計算する工程、
    前記比から前記気体成分の濃度を求める工程
    を更に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 測定対象である前記気体成分が、次の酸素、アルゴン、キセノン、クリプトンおよび／または窒素の少なくとも１つである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記測定結果を前記ガラスユニットに接続されたＮＦＣタグに書き込まれ、測定結果が、次の特性の少なくとも一つ：
    前記対象の界面タイプ、
    ２つの界面間のコーティング材料、
    前記構成材料の屈折率、
    ２つの界面間の層の厚さ、
    ２つの界面間の層の厚さの変化、
    最外方板ガラス、最内方板ガラス等の第１板ガラスと第２板ガラスとの間の距離、
    任意の表面の見込まれる強靭化もしくは焼き戻し、
    前記物体のコーティングを施したおよび／もしくはコーティングを施していない表面の存在および位置、
    前記ガラスユニット内の気体混合物中の少なくとも１つの気体成分の濃度並びに／または
    前記気体成分を含む前記空間の同定情報
    を示す、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法
14. 互いに間隔をあけて空間を形成している少なくとも２枚のガラスシートを有するガラスユニットの空間内の気体混合物中の気体成分濃度を非侵襲的に求めるための構成であって、
    １つ以上の光線を前記ガラスユニットの表面にある角度で当て、前記放射光線の波長を、目的とする気体成分の少なくとも１つの吸収線の近くまたは吸収線上で変化させ、
    前記空間の反対側に位置する少なくとも１つの表面もしくは界面を透過したまたは少なくとも１つの表面もしくは界面で反射した前記光線を検出器で回収し、
    前記目的とする気体の吸収線上での前記透過または反射光線の強度における非線形的な変化を測定し、
    前記強度における前記非線形的な変化に基づいて前記気体成分の濃度を求めるように前記構成が適合されているを特徴とする構成。
15. 前記構成が、前記濃度を、前記非線形的強度変化の量を基準強度変化、例えば事前に判明している様々な濃度の前記気体の強度変化と比較することで求めるように適合されている、請求項１４に記載の構成。
16. 前記構成が、前記気体成分濃度を含む、それゆえに前記非線形強度変化を引き起こす空間を、ガラスユニットのガラスシートの表面または界面で反射した光線の検出器上でのオーダーまたは位置から特定するように適合されている、請求項１４または１５に記載の構成。
17. 前記構成が、前記発光手段と前記検出器とを含む測定ユニットを含、み、前記表面もしくは界面からの距離が変化するように構成され、または前記表面もしくは界面に対する角度が変化するように構成され、また強度変化を測定することによって測定対象である前記ガラスユニットの表面または界面の位置ひいては距離を前記強度極大に基づいて求めるように前記構成が設計される、請求項１４または１５に記載の構成。
18. 前記構成が、問題となるガラスシートの界面タイプおよび／または見込まれるコーティングを、前記界面で反射した光線の強度を測定し、測定された強度を既知の界面タイプおよび／またはコーティングタイプの既知の強度と比較し、その既知の強度が測定された強度に最もよく適合する界面タイプおよび／またはコーティングタイプを選択することで特定するように適合させた、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の構成。
19. 前記構成が、波長可変ダイオードレーザー（ＴＤＬＡＳ）を含み、また目的とする気体成分の吸収線上で使用レーザー周波数を調節するように適合させた、請求項１４−１８のいずれかに記載の構成。
20. 前記構成が、検出対象である吸収信号をＷＭＳまたはＦＭＳ技法、例えば測定対象である前記気体成分の吸収線上で正弦波的周波数変調ダイオードレーザーを走査して操作することによって、検出光線の強度における変化および検出対象である気体成分の濃度を表す非線形曲線にフィットさせた二次多項式を強化する並びに／または引き起こされる低周波ノイズを最小限に抑えるように適合させた、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の構成。
21. 高速交流高電圧を作り出し、
    高速交流高電圧を前記ガラスユニットの空間に局所的に印加することで局所放射を達成し、
    放射光を回収および輸送し、
    少なくとも一方が目的とする気体成分に対応する少なくとも２つの異なるスペクトル間隔の強度を求め、
    一方が目的とする気体成分に対応する２つのスペクトル間隔の強度間の比を計算し、
    前記比から前記気体成分の濃度を求める
    ための手段を更に含む、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の構成。