KR101884474B1 - 반사광 측정 장치와 이러한 장치의 캘리브레이션 방법 - Google Patents

반사광 측정 장치와 이러한 장치의 캘리브레이션 방법 Download PDF

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Abstract

1. 반사광 측정 장치와 이러한 장치의 캘리브레이션(calibration) 방법
2.1 울브리히트구(3)를 이용하여 샘플(X)에서 반사된 광을 측정하기 위해서는, 캘리브레이션을 위하여 대비표준(7)이 탐지광행로로 이동되거나 측정장치(1)가 캘리브레이션 위치로 이동되어야 한다. 부정확한 위치설정으로 인하여 대비표준은 샘플처럼 광유출개방구로부터 항상 동일한 간격을 유지하지 못한다. 작은 변화만으로도 측정된 광도의 큰 차이가 야기된다. 즉 캘리브레이션 시에 큰 오류가 야기되며, 캘리브레이션에서의 큰 오류는 샘플에 대한 측정에서의 오류로 이어진다. 본 발명은 정확한 캘리브레이션을 가능케 한다.
2.2 이 목적 달성을 위하여 장치(1)는 측정 모드에서 캘리브레이션 모드로 전환 가능하며, 이때 광유출개방구(17)는 측정 모드에서 제1 탐지축(A) 위에 위치하며 캘리브레이션 모드에서 제2 탐지축(B) 위에 위치한다. 대안으로서 광유출개방구(17)와 광탐지기(4, 5)를 포함한 중공(中空)체(3)가 장치(1)를 측정 모드에서 캘리브레이션 모드로 전환하기 위하여 제1 탐지축(A)과 다른 축(Q)을 중심으로 회전 가능하게 배치되는데, 이때 제1 광탐지기(4)가 두 모드에서 모두 광유출개방구(17)를 통하여 중공체(3)로 유입되는 광의 받아들임을 위하여 그리고 제2 광탐지기(5)가 두 모드에서 모두 확산 산란층(15)에 의해 산란된 광의 받아들임을 위하여 배치된다.
2.3 시각적 인라인-분광분석

Description

반사광 측정 장치와 이러한 장치의 캘리브레이션 방법{APPARATUS FOR MEASUREMENT OF REFLECTED LIGHT AND METHOD OF CALIBRATING SUCH DEVICE}
본 발명은 샘플(sample)에서 반사된 광을 측정하기 위한 장치에 관한 것이며, 샘플을 조명하기 위한 광유출개방구와 내부에 확산 산란층을 구비하고 있는 중공(中空)체, 이 층을 조명하기 위한 광원, 제1 탐지축에 대하여 종방향으로 배치되어 있는 제1 광탐지기, 제2 탐지축에 대하여 종방향으로 배치되어 있는 제2 광탐지기, 그리고 이러한 장치의 캘리브레이션(calibration) 방법을 포함한다.
본 발명에 따르면, 광이라는 용어는 모든 시각적(optical) 수단을 통하여 조작이 가능한 전자기적 광선 즉, 특히 자외선, 가시광선, 적외선을 의미한다. 광탐지기의 탐지축은 예를 들어 자신의 가시범위의 대칭축을 제시하는데, 그것은 무엇보다 광탐지기의 시각적 축일 수 있다. 그것은 기하학적으로 봤을 때에는 해당 광탐지기에서 시작되는 공간적 거리를 의미한다. 모든 광탐지기는 예를 들어 광도파로 또는 광파 다발의 한쪽 끝일 수 있는데, 특히 아웃풋옵틱(output optics)의 한쪽 끝일 수 있다. 이러한 광도파로는/광도파로들은 예를 들어 분광계의 내부 등에 있는 광전자 컨버터로 이어진다. 하나의 분광계는 예를 들어 하나의 유입틈새, 그리드와 같이 각도를 분산(dispersive)시키는 요소, 광전자 컨버터와 추가적(optional)으로 제어 유닛으로 구성된다.
앞에서 제시한 형태의 측정장치는 예를 들어 DE 195 28 855 A1에 공개되어 있는데, 여기에서 공개한 내용은 특히 분광 에너지 분포 Φ 그리고 산란반사율 함수 β 측정을 위하여 가능한 한 적용하였다. 광유출개방구를 통하여 안쪽 층에서 광원으로부터 제공된 광의 산란광이 중공체로부터 유출될 수 있다. 광유출개방구 앞에 위치하는 샘플에서는 그 광이 적어도 부분적으로 광유출개방구쪽으로 반송되어(반대로 산란되고 및/또는 그쪽으로 반사되어), 그 광이 다시 중공체 안쪽으로 유입되게 한다. 제1 광탐지기가 이 중공체 쪽으로 반송된 광(샘플의 특성이 인코드된 측정광)의 탐지를 위하여 배치되어 있으며, 제2 광탐지기가 중공체 내부로부터 확산 산란층에서 산란된 광(광원의 특성이 인코드된 대조광)의 탐지를 위하여 배치되어 있다. 대조광을 받아들이는 것은, 반사 및/또는 투과 시 측정되는 분광 에너지 분포를, 파장에 의해 결정되는 탐지광행로의 시각적 투과특성과 광원의 방출특성의 단기적 변동에 관계없이 정의하기 위함이다.
이러한 측정장치는 무엇보다도 시각적 생산물의 생산 및/또는 품질검사에 사용된다. 이때, 반사 및/또는 투과 특성과 같은 시각적 특성을 광파장과 연관하여 측정할 필요가 있다. 한 가지 예는, 열복사를 억제하지만, 가시광을 가능한 방해하지 않고 투과시키는 적외선 필터로서 작용하는 필터층들의 시각적 분석이다. 이러한 종류의 필터층들은 예를 들어 건축용 유리 또는 차량의 창에 코팅된다. 또 다른 예로는, 특히 광대역 블루밍을 위한 블루밍층을 들 수 있는데, 이 블루밍층은 가시광 영역 내에서 가능한 약한 반사 정도를 나타내야 한다. 층의 생산 과정에서뿐 아니라 가시적 층의 특성에 대한 최종검사 시에도 분광 특성과의 연관성 측정이 이뤄져야 한다.
반사 및/또는 투과 시 측정된 관찰하려고 하는 샘플 표면의 분광 에너지 분포를 파장에 의해 결정되는 탐지광행로의 시각적 투과특성과 광원의 방출특성의 장기 변화에 관계없이 정의하기 위해서는, 측정장치를 측정장치의 탐지광행로 내의 대비표준(reference standard)을 측정함으로써 캘리브레이션해야 한다. 원칙적으로는 들어오는 광을 산란시키고, 샘플에서 측정하는 모든 파장에서 최대 반사도 및 투과율을 도출해내는 특징이 있는 최소한 하나의 백색표준(white standard)이 사용된다.
기존에 알려진 측정장치의 경우 캘리브레이션을 위하여 대비표준을 샘플 전에 또는 샘플 대신에 탐지광행로 내에서 이동시키거나, 측정장치가 샘플과 떨어진 지점에서 캘리브레이션 위치로 이동시키는데, 예를 들어 DE 195 28 855 A1에 명시된 바와 같이 평행하게 이동시킨다. 모든 경우에, 이러한 상대적인 이동으로 인하여 이동된 대상은 위치를 잡는데 있어서 부정확성을 나타낸다. 그 결과 대비표준은 샘플처럼 광유출개방구로부터 항상 동일한 간격을 유지하지 못한다. 광유출개방구에 대한 대비표준의 경사 역시 일관되지 못한다. 그러나 작은 간격변화나 경사변화는 측정된 광도의 큰 차이를 야기시킨다. 즉, 캘리브레이션 시에 큰 오류를 야기시킨다. 캘리브레이션에서의 큰 오류는 샘플의 측정의 오류로 이어진다.
그 밖에도 상대적인 이동으로 인하여 측정구조가 지장을 받을 수 있다. 예를 들어 광통로의 시각적 특성이 광통로가 움직일 때 변할 수 있다. 더 나아가 기존에 알려진 측정장치의 경우 대비표준이 오염될 수 있다. 특히 감시를 받는 생산 과정을 통하여 오염이 일어날 수 있는데, 예를 들어 스퍼터링(sputtering)이 일어날 수 있다. 기존에 알려진 측정장치의 경우에는 주변 온도 역시 대비표준에 영향을 미칠 수 있다. 캘리브레이션의 정확성은 이를 통하여 심각하게 저해될 수 있다. 그 밖에도 샘플을 진공 상태에서 처리하고 측정해야 할 경우 대비표준을 다루는데 있어 많은 수고가 소모된다.
본 발명의 과제는, 앞에 명시한 종류의 장치로서 보다 높은 정확성을 가지고 캘리브레이션 가능한 장치와 이러한 장치를 위한 캘리브레이션 방법을 제시하는 것이다.
이 과제는 청구항 1 또는 청구항 10에 따른 특징을 가지는 장치 그리고 청구항 21 또는 청구항 22에 따른 특징을 가지는 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 유리한 실현방법들은 종속 청구항에 명시되어 있다.
본 발명의 제1 특징은, 측정 모드로 설정된 장치가 캘리브레이션 모드로 전환 가능하며, 이때 측정 모드에서 광유출개방구가 (제2 탐지축이 아닌)제1 탐지축에 위치하며, 캘리브레이션 모드에서는 (제1 탐지축이 아닌)제2 탐지축에 위치하게 된다. 따라서 본 발명의 원리를 토대로, 광유출개방구가 어떤 축에 위치하는가를 알면, 해당 축이 광유출개방구를 통과한다는 사실을 알 수 있다. 이는 산란층에 대해서도 동일하게 적용된다.
측정 모드에서는 광유출개방구가, 샘플을 조명하고 제1 광탐지기가 광유출개방구를 통하여 샘플으로부터 들어오는 광을 받아들이도록 배치된다. 캘리브레이션 모드에서는 광유출개방구가, 샘플 대신에 제2 탐지축 위에 있는 대체 측정지점을 조명하도록 배치된다. 광탐지기와 광탐지기의 탐지축의 위치는 모드 전환이 이뤄질 때에도 그대로 유지된다. 이로써 캘리브레이션 모드에는 제2 광탐지기가 대체 측정지점으로부터 광을 받아들인다.
다시 말해 동일한 측정장치를 이용하여, 장치를 다른 곳으로 이동시키지 않고도 두 개의 다른 측정지점을 측정할 수 있다. 무엇보다도 대비표준이나 장치가 대비표준의 측정을 위하여(광을 산란시키는 면의 대조광의 수용 정도 측정을 포함한 측정을 위하여) 직선 이동되지 않고도, 대체 측정지점에 대비표준을 배치할 수 있고 영구적으로 배치해놓을 수 있다. 이때 대비표준이 샘플을 방해하지 않게 배치되어야 한다는 전제만 충족되면 된다. 이로써 장치는 기존의 측정장치보다 보다 높은 정확성을 가지고 캘리브레이션 될 수 있다.
측정 시 그리고 캘리브레이션 시 최대한의 정확성을 달성하기 위해서, 측정 모드에서의 제1 광탐지기와 광유출개방구의 간격과 캘리브레이션 모드에서의 제2 광탐지기와 광유출개방구의 간격을 같게 할 수 있다.
이러한 원리를 반영할 때, 중공체 외부에 대비표준을 위한 홀더 또는 그러한 형태의 대비표준이 배치되어, 제2 탐지축 위에 대비표준이 위치하는 실시형태가 유리하다. 이로써 대비표준과 제2 광탐지기의 간격이 샘플과 제1 광탐지기의 간격과 동일하게 설정될 수 있다. 이 간격은 추후 실시되는 캘리브레이션 방법에서도 그대로 유지될 수 있다. 이는 제2 광탐지기에 대한 대비표준의 기울기에도 동일하게 적용된다. 이로써 장치는 기존의 장치에 비해 보다 높은 정확성을 가지고 캘리브레이션 될 수 있다.
모든 광탐지기는 중공체 내부에 또는 중공체 외부에 배치될 수 있다. 외부에 배치된 광탐지기를 위해서는 중공체가 알맞게 각기 하나의 탐지개방구를 구비한다.
또한 중공체는, 측정 모드에서 확산 산란층의 제1 영역이 제2 탐지축 위에 존재하며, 캘리브레이션 모드에서는 확산 산란층의 제2 영역이 제1 탐지축 위에 존재하도록, 실현될 수 있다.
이를 통하여 두 가지 모드에서 모두 대조광이 확산 산란층에 의해 받아들여질 수 있다. 즉, 측정 모드일 때에는 제2 광탐지기를 통하여, 캘리브레이션 모드일 때에는 제1 광탐지기를 통하여 이것이 가능하다. 다시 말해 측정 모드에서 캘리브레이션 모드로의 전환 시에는 두 광탐지기가 기능이 바뀌게 된다. 확산 산란층의 제1 영역과 제2 영역이 동일한 반송특성을 가진다고 전제할 때, 제1 및 제2 광탐지기의 민감성이 적은 수고를 들여 측정될 수 있으며 캘리브레이션 시에 이용될 수 있다.
두 모드 간의 전환은 광유출개방구의 효과적인 변위를 통하여 달성된다. 이는 예를 들어 적은 수고를 들여 a) 광유출개방구가 제1 탐지축 위의 한 위치에서 제2 탐지축 위의 한 위치로 그리고 반대로 이동될 수 있을 때, 또는 b) 중공체가 제2 탐지축 위에 하나의 대조-광유출개방구를 가지고 샘플-광유출개방구 그리고 대조-광유출개방구가 최소한 번갈아 폐쇄가능 할 때 가능하다.
a)의 경우 중공체는 예를 들어 제1 탐지축이 광유출개방구를 통과하며 제2 탐지축이 확산 산란층을 통과하는 제1 위치와 제1 탐지축이 확산 산란층을 통과하며 제2 탐지축이 광유출개방구를 통과하는 제2 위치 사이를 왔다 갔다 이동할 수 있다. 특히 중공체는 이러한 조작을 위하여 이동 가능하게, 특히 회전 가능하게 배치되어야 한다. 다른 대안으로는 예를 들어 중공체를 둘러싼 띠와 같이 광유출개방구를 포괄하는 중공체의 한 부분만 이동 가능하고, 나머지 중공체의 부분은 고정되어 있어도 된다. 장치가 중공체 외부에 배치된 광탐지기를 하나 또는 그 이상 가지고 있는 한, 중공체는 각 광탐지기를 위하여 가능한 모드의 수만큼의 탐지공(孔)을 갖는다. 선호적으로는 탐지공과 이웃하는 2개의 광탐지기가 동일하다.
b)의 경우 중공체는 두 개의 측정-광유출개방구를 가지며, 이때 제1 탐지축이 샘플-광유출개방구를 통과하며 제2 탐지축이 대조-광유출개방구를 통과한다. 이를 위하여 예를 들어 샘플-광유출개방구와 대조-광유출개방구 사이를 왔다 갔다 이동 할 수 있는 하나의 셔터가 중공체 내부에 또는 외부에 배치될 수 있다. 다른 대안으로는 예를 들어 각기 하나의 칸막이를 통하여, 특히 조리개를 통하여 두 개의 광유출개방구가 독립적으로 폐쇄가능 할 수 있다.
본 발명의 원리에 적합하게, 제1 광탐지기는 광유출개방구를 통하여 중공체로 유입되는 광을 측정 모드에서 받아들이고 층에 의해 산란되는 광을 캘리브레이션 모드에서 받아들이도록 실현된다. 또한 제2 광탐지기는 층에 의해 산란되는 광을 측정 모드에서 받아들이고 광유출개방구를 통하여 중공체로 유입되는 광을 캘리브레이션 모드에서 받아들이도록 실현된다.
제1 광탐지기는 선호적으로, 측정 모드에서 오로지 광유출개방구를 통하여 중공체로 유입되는 광만 받아들이도록 시각적으로 실현된다. 제2 광탐지기는 선호적으로, 측정 모드에서 오로지 안 쪽 층에 의해 산란된 광만 받아들이도록 시각적으로 실현된다. 여기에 광탐지기에는 예를 들어 각기 하나의 칸막이 및/또는 각기 하나의 렌즈옵틱(lens optics)이 구비되어 있을 수 있다.
특히 유리한 실시형태는 광탐지기와 탐지축이 모드에 관계 없이 위치가 고정된 형태다. 이로써 부정확한 위치설정과 유동적인 광도파로를 통한 시각적 변화가 야기시키는 문제들이 방지된다.
특별히 정확한 캘리브레이션은, 제2 탐지축이 측정 모드에서 확산 산란층의 면법선(surface normal)과 제2 탐지축이 층을 통과하는 교차점에서 이루는 각도가 제1 탐지축이 캘리브레이션 모드에서 확산 산란층의 면법선(surface normal)과 제1 탐지축이 층을 통과하는 교차점에서 이루는 각도와 같은 실시형태가 가능케 한다. 이를 통하여, 대비표준의 측정 시 측정구조가 측정 모드에서 샘플의 측정 시 측정구조와 최대한 동일해진다.
특히 측정 모드에서 제1 탐지축은(선호적으로 오로지 산란적으로 반사하는 샘플을 위하여) 광유출개방구의 하나의 중심축과 동일하거나(선호적으로 부분적으로 반사하는 샘플을 위하여) 8° 상당의 각도를 이룰 수 있다.
장치는 특별한 실시형태로서 대조-모드로 전환될 수 있으며, 이때 제1 및 제2 탐지축이 확산 산란층을 통과한다. 이를 통하여 상대적 민감성 즉, 제1 및 제2 광탐지기의 민감성 관계가 산출될 수 있는데, 예를 들어 광탐지기의 신호값의 지수(quotient) 계산을 통하여 산출될 수 있다. 두 광탐지기 모두 대조-모드에서는 층의 다양한 지점을 향한다. 그러나 층이 충분한 동질성을 가질 때에는 산란특성(scattering behavior)이 동일하다.
무엇보다 대조-모드에서는, 측정 모드에서 제2 탐지축 위에 또는 가까이에 위치한 지점에서 확산 산란층이 제1 탐지축 위에 또는 가까이에 위치할 수 있다. 본 발명에 입각하여 "가까이에"라는 표현은 중공체의 광유출개방구가 갖는 지름보다 작은 거리를 둔 위치를 말한다. 이와 같이 특별히 유리한 대조-모드에서는 확산 산란층에서 측정 모드 시 제2 광탐지기에 의해 대조광이 받아들여지는 영역이 제1 광탐지기에 의해 탐지될 수 있다. 이는 제1 광탐지기와 제2 광탐지기의 상대적 민감성을 동일한(적어도 거의 동일한) 층의 지점으로부터의 광수용을 통하여 보다 정확하게 산출해내는데 유리하게 기여한다.
또 다른 유리한 실시형태로는 장치가 제3 탐지축의 종방향으로 배치되는 제3 광탐지기를 가지고 있으며, 장치가 추가적으로 보조-캘리브레이션 모드로 전환될 수 있는 형태가 있다. 이 보조-캘리브레이션 모드에서는 광유출개방구가 제3 탐지축에 위치하며, 특히 추가 대비표준을 위한 홀더가 함께 배치되거나 그러한 형태의 추가-대비표준이 함께 배치되는데 추가 대비표준이 중공체 외부에서 제3 탐지축에 위치하게 배치된다. 광유출개방구는 보조-캘리브레이션 모드에서, 제2 대체 측정지점을 조명하도록 배치된다. 이를 위하여 중공체는 이에 적합하게 조작 가능할 수 있다. 제3 광탐지기가 중공체 외부에 배치될 경우에는, 중공체가 제3 광탐지기를 위하여 세 개의 탐지공을 구비하는데, 다른 탐지공이 존재할 경우 이 탐지공은 부분적으로 다른 탐지공과 공유될 수 있다. 제3 광탐지기는 제3 모드에서 보조-대비표준의 측정에 기여할 수 있는데, 이 보조-대비표준은 제3 탐지축에 배치되어 있으며 특히 그 곳에 영구적으로 배치되어 있을 수 있다. 보조-대비표준은 예를 들어 산란반사율이 50%인 회색표준(grey standard)일 수 있다. 이러한 방식으로 산출된 보조-대비표준의 산란반사율 함수는 예를 들어 장치의 제어 유닛을 통하여, 광유출개방구를 폐쇄하는 보호창이 심각하게 오염되었는지를 검사할 수 있다. 검사결과 오염이 되었으면, 제어 유닛이 시각적 또는 음향적 경고신호가 발생한다.
선호적으로 각 모드로의 장치 전환을 위하여 중공체는 회전 가능하게 배치되는데, 선호적으로 하나의 회전축을 중심으로 회전 가능하게 배치된다.
본 발명의 제2 특징은, 중공체가 광유출개방구와 광탐지기와 함께 장치를 측정 모드에서 캘리브레이션 모드로 전환하기 위하여 제1 탐지축과 다른 축을 중심으로 회전 가능하게 배치된다. 이때 제1 광탐지기는 두 모드에서 모두 광유출개방구를 통하여 중공체로 유입되는 광을 받아들이게 배치되며 제2 광탐지기가 두 모드에서 층으로부터 산란된 광을 받아들이기 위하여 배치된다.
동일한 측정장치를 이용하여, 장치를 다른 곳으로 이동시키지 않고도 두 개의 서로 다른 측정지점에서 측정이 가능하다. 무엇보다도 대비표준이나 장치가 대비표준의 측정을 위하여(광을 산란시키는 면으로부터의 대조광 수용을 포함하여) 직선으로 이동시키지 않고도, 대체 측정지점에 대비표준을 배치하고 그리고 영구적으로도 배치해놓을 수 있다. 이때 샘플을 저해하지 않으면서 대비표준의(일회적) 위치설정을 해야 한다는 전제만 충족되면 된다. 이로써 장치는 기존의 측정장치보다 보다 높은 정확성을 가지고 캘리브레이션 될 수 있다.
이러한 원리를 반영할 때, 중공체 외부에 대비표준을 위한 홀더 또는 그러한 형태의 대비표준이 배치되어, 대비표준이 캘리브레이션 모드에서 제1 탐지축 위에 위치하는 실시형태가 유리하다. 이로써 대비표준과 제1 광탐지기의 간격이, 샘플과 제1 광탐지기의 간격과 동일하게 설정될 수 있다. 이 간격은 추후 실시되는 캘리브레이션 방법에서도 그대로 유지될 수 있다. 이는 제1 광탐지기에 대한 대비표준의 기울기에도 동일하게 적용된다.
이하에 기술되어 있는 변형형태들은 본 발명의 두 특징을 가진 형태들이다.
중공체의 움직임을 하나 또는 여러 개의 엔드 스탑(end stop)를 통하여 정의함으로써 제한하는 것이 유리하다. 무엇보다 본 발명의 제2 특징에 있어서, 이로써 대비표준과 중공체의 상대적 배열상태의 변형이 방지될 수 있다.
선호적으로 홀더/대비표준과 샘플 사이에 하나의 차광장치가 배치될 수 있다. 이로써 대비표준이 샘플주변 앞에서 보호된다. 대비표준은 이로써 기계적으로 더 적게 저해되고, 결과적으로 캘리브레이션의 정확성이 장기적으로 유지될 수 있다. 선호적으로 이러한 실시형태의 경우 차광장치는 홀더/대비표준 주위를 둘러싼 하우징인데, 이 하우징은 중공체를 향하여 개방되어 있다. 이로써 대비표준은 특별히 잘 보호된다. 목적을 달성하기 위하여 이 경우 중공체의 광유출개방구는 하나의 보호판을 통하여 광투과적으로 폐쇄된다. 대비표준 주위의 하우징은 무엇보다 실링을 통하여 하우징 주변으로부터 보호될 수 있으며, 측정장치의 투입이 무엇보다 진공 상태에서 적은 수고를 들여 가능해진다. 대비표준이 처리과정 중에 및/또는 샘플의 측정 중에도 배치되어 있던 위치에 그대로 유지될 수 있기 때문이다.
대비표준만을 위한 차광장치 대안으로는 차광장치가 중공체, 홀더/대비표준, 광탐지기를 샘플에 대하여 차광하고 측정 모드에서 광유출개방구가 위치한 영역 내에서 광투과성 보호판이 배치되어 있는 하나의 광투과개방구를 구비할 수 있다. 이로써 대비표준을 포함한 측정장치가 샘플주변으로부터 보호된다.
특별히 강도 높은 보호효과는, 차광장치가 중공체와 홀더/대비표준와 광탐지기를 포괄하는 공동의 하우징일 때 달성된다. 이 실시형태 역시 무엇보다도 진공 상태에서 적은 수고를 들여 적용될 수 있다. 대비표준이 처리과정 중에 및/또는 샘플의 측정 중에도 배치되어 있던 위치에 그대로 유지될 수 있기 때문이다.
유리하게는 중공체가 하나의 울브리히트구 또는 울브리히트관일 수 있고, 특히 다수의 평행하게 배치되어 있는 제1 및 제2 광탐지기 쌍을 구비한 울브리히트관일 수 있다. 울브리히트관은 울브리히트구처럼 내부에 개방부를 제외한 모든 면에서 확산 산란층으로 구성되어 있지만, 울브리히트구와 달리 예를 들여 개방부를 제외하고 끝부분 위로 이동 불면(translation invariant) 한 횡단면을 갖고 있다. 이러한 형태의 관은 DE 10 2010 041 749(A1)에서 기술하고 있는데, 여기에서는 그 공개된 내용을 가능한 한 적용하였다.
두 탐지축은 선호적으로 중공체를 관통한다. 이로써 샘플과 광유출개방구 사이의 간격이 측정 모드에서 거의 0에 가까워지며, 그 결과 측정의 정확성이 매우 높게 나타날 수 있다.
본 발명의 제1 특징에 입각한 장치는 어떤 실시형태이든 간에 다음과 같이 캘리브레이션 될 수 있다. 즉, 장치가 캘리브레이션 모드로 전환되고 이어서 제2 광탐지기를 통하여 광유출개방구로 유입된 광을 대비표준-분광 에너지 분포로 그리고 제1 광탐지기를 통하여 확산 산란층에 의해 산란된 광을 산란반사율 함수로 받아들이고, 이 두 분광 에너지 분포를 토대로 대비표준-산란반사율 함수를 산출해냄으로써 캘리브레이션 될 수 있다. 분광 에너지 분포는 광탐지기 뒤에 작동되는 분광계에 의해 파장에 따라 산출될 수 있다. 또한 대비표준의 산란반사율 함수가 파장에 따라 산출될 수 있다.
캘리브레이션 방법이 앞 청구항에 입각하여 실시되고 나면, 장치는 측정 모드로 전환되고 이어서 제1 광탐지기를 통하여 광유출개방구로 유입된 광을 샘플-분광 에너지 분포로 그리고 제2 광탐지기를 통하여 확산 산란층에 의해 산란된 광을 광원-분광 에너지 분포로 받아들이고, 이 두 분광 에너지 분포를 토대로 그리고 캘리브레이션 방법에서 산출한 대비표준-산란반사율 함수를 토대로 대비표준-산란반사율 함수를 산출해낼 수 있다. 물론 캘리브레이션 방법이 하나 또는 여러 측정 이후에 실시될 수 있다. 목적 달성을 위하여 사전에 그리고 추후에 그것에 실시된다. 그런 다음 샘플-산란반사율 함수의 산출을 위하여 예를 들어 두 캘리브레이션 사이를 보간(interpolate)한 대비표준-산란반사율 함수가 사용된다.
본 발명의 제1 특징에 입각한 샘플에서 반사된 광의 측정은 일반적인 경우 다음과 같은 단계로 실시될 수 있다.
1. 제1 탐지축 위에서 샘플의 위치설정
2. 제2 탐지축 위에서 대비표준의 위치설정
3. 제1 탐지축 위에서 샘플 앞에 확산 산란층의 위치설정
4. 산란광의 생성을 위하여 확산 산란층의 조명
5. 생성된 광의 일부를 대비표준으로 유도
6. 제2 탐지축의 종방향을 따라 대비표준으로부터의 광을 대비표준-분광 에너지 분포로서 받아들임
7. 제1 탐지축의 종방향을 따라 확산 산란층으로부터 광을 대비표준-분광 에너지 분포에 대한 광원-분광 에너지 분포로서 받아들임
8. 제1 탐지축으로부터 확산 산란층 제거
9. 제2 탐지축 위에서 대비표준 앞에 확산 산란층의 위치설정
10. 생성된 광의 일부를 샘플으로 유도
11. 제1 탐지축의 종방향을 따라 샘플으로부터 광을 샘플-분광 에너지 분포로서 받아들임
12. 제2 탐지축의 종방향을 따라 확산 산란층으로부터의 광을 샘플-분광 에너지 분포에 대한 광원-분광 에너지 분포로서 받아들임
대안적으로, 단계 3/5/6/7으로 구성된 블록을 단계 9/10/11/12으로 구성된 블록 이후에 실시하는 것이 가능하다. 단계 6과 7의 순서는 임의대로 바꿔서, 무엇보다 동시에 실행 가능하다. 이는 단계 11과 12도 마찬가지다. 조명(단계 4)은 당연히 최소한 받아들임 단계(5/6/7 그리고 10/11/12) 중에 유지되어야 한다. 단계 1, 2, 3의 순서는 임의대로 바꿔서, 무엇보다 동시에 실행 가능하다.
층의 위치설정과 제거는 층의 이동(translation) 및/또는 회전을 통하여 이뤄질 수 있다. 층의 서로 다른 영역들이 각 탐지축 위에 존재할 수 있다.
상기 단계들은 예를 들어 각기 소프트웨어-모듈에 의해 실현될 수 있다. 대안적으로 소프트웨어-모듈이 다수의 또는 모든 단계들을 실현시킬 수 있다.
기술된 장치를 이용한 측정 결과로서, 샘플-산란반사율 함수가 산출되어야 한다. 이는 다음과 같은 단계를 통하여 이뤄진다.
- 대비표준-분광 에너지 분포 및 대비표준-분광 에너지 분포에 대한 광원-분광 에너지 분포에 입각한 대비표준-산란반사율 함수 산출
- 샘플-분광 에너지 분포 및 샘플-분광 에너지 분포에 대한 광원-분광 에너지 분포에 입각한 샘플-산란반사율 함수 산출
이 단계들 역시 예를 들어 각기 소프트웨어-모듈에 의해 실현될 수 있다. 대안적으로 소프트웨어-모듈이 다수의 또는 모든 단계들을 실현시킬 수 있다.
목적 달성을 위하여, 샘플-산란반사율 함수가 산출 되기 전에 제1 및 제2 광탐지기의 상대적 민감성에 의해 대비표준-산란반사율 함수가 다양한 민감성에 적응된다(adjusted).
대비표준-분광 에너지 분포 그리고 대비표준-분광 에너지 분포에 대한 광원-분광 에너지 분포에 입각한 대비표준-산란반사율 함수 산출은 대비표준-분광 에너지 분포 그리고 대비표준-분광 에너지 분포에 대한 광원-분광 에너지 분포의 받아들임 이후에 아무 때나(상기의 단계 6/7) 실시되어야 하며, 샘플-산란반사율 함수 산출 직후에야 실시될 필요는 없다.
선호적으로 대비표준의 광과 샘플으로부터의 광이 확산 산란층이 배치되어야 있는 중공체의 광유출개방구를 통하여 받아들여진다.
발명의 모든 특성들에 있어서, 두 개 또는 세 개 또는 탐지축이 선호적으로 모두 동일한 공간차원에 존재한다.
본 발명은 이와 같은 캘리브레이션 방법 또는 측정 방법의 수행을 위하여 적용된 컴퓨터프로그램과 제어 유닛도 포함하는데, 특히 상기 명시된 소프트웨어-모듈을 통하여 이와 같은 과정을 수행한다. 그 밖에도 이러한 제어 유닛을 갖춘 장치도 포함한다.
본 발명은 무엇보다 계속적인 생산 프로세스(in line) 또는 계속적으로 장치 옆으로 지나는 광범위한 샘플의 계속되는 시험 중에 반복되는 측정에 적합하다.
샘플에서 반사된 광의 측정 외에도 본 장치는 측정에 대하여 대안적으로 또는 측정과 동시에 샘플에 의해 투과된 광의 측정 시 적용될 수 있다. 이때, 광유출개방구와 마주보는 샘플의 면에 최소 하나의 광탐지기가 필요하다. 본 발명의 두 특성 모두, 투과는 측정 모드에서만 측정가능하다.
이하에서는 본 발명이 여러 실시예를 통하여 보다 상세히 기술된다.
도면은 다음을 도시한다.
도 1은 측정 모드 그리고 캘리브레이션 모드에서 제1 측정장치,
도 2는 측정 모드 그리고 캘리브레이션 모드에서 제2 측정장치,
도 3은 제2 측정장치의 측정 방법과 캘리브레이션 방법 흐름도,
도 4는 제3 모드에서 제3 측정장치.
모든 도면에는 동일한 부분이 같은 기호로 표시되어 있다.
도 1는 측정 모드와 캘리브레이션 모드 간에 전환이 가능하다는 본 발명의 제2 특징에 입각한 대표적인 예로 제시된 측정장치(1)의 횡단면을 도시한다. 부분도 1A에는 측정 모드에서의 장치(1), 부분도 1B에는 캘리브레이션 모드에서의 장치(1)이 도시되어 있다. 장치(1)는 생산감시장치의 한 부분으로, 예컨대 코팅된 판유리인 샘플(X)가 장치(1) 옆으로 지나게 된다.
장치(1)는 울브리히트구의 형태로 존재하는 중공체(3), 각 광도파로 내 아웃풋지점의 형태로 존재하는 제1 광탐지기(4)와 제2 광탐지기(5), 광원(6), 대비표준(7), 두 개의 시각적 셔터(8), 분광계(9)를 포함하는 하우징(2)으로 구성된다. 하우징(2)에는 광투과성 보호판(11)을 구비한 광투과개방구(10)를 갖는다. 분광계(9)에는 예컨대 유입틈새(12), 이미지화되어 있는 회절격자(13), 예컨대 실리콘을 재료로 하는 광전자 탐지기(14)가 배치되어 있다. 대비표준은 홀더(24)에 배치되어 있다.
중공체(3)는 안쪽 면에 확산 산란층(15)이 있는데, 예를 들어 황산바륨으로 구성된 백색코팅 처리가 되어있고, 그리고 예를 들어 다음과 같은 세 개의 개방구를 갖는다. 광유입개방구(16)에는 예컨대 층(15)을 조명하기 위한 광원(6)을 갖는 Blindstutzen이 연결되어 있다. 광원(6)으로부터 방출되는 광은 층(15)에서 산란적으로 반사되어, 중공체(3) 내에서 광이 모든 방향으로 확산되고 층(15)에서의 산란적 반사가 여러 번 반복되게 된다.
이와 같은 방식으로 산란되는 광의 일부는 광유출개방구(17)를 통하여 중공체(3) 외부로 유출된다. 장치(1)의 모드에 따라, 광은(측정 모드) 샘플(X)에 도달하거나(캘리브레이션 모드) 대비표준(7)에 도달하게 된다. 여기에서는 광이 적어도 부분적으로 광유출개방구(17)를 통하여 중공체(3)로 반송되어, 광탐지기(4)에 받아들여진다. 광탐지기(4)는 광유출개방구(17) 쪽으로 향하고 있으며, 광유출개방구(17)를 통하여 중공체에 도달한 광의 단지 일부만을 받아들인다. 이 목적달성을 위하여 제1 광탐지기(4)에 앞서 수집옵틱(collection optic)이 작용한다. 층(15)에 산란되는 광의 다른 일부는 제2 광탐지기(5)에서 받아들여지는데, 예컨대 파이프형태의 칸막이가 앞에 있는데, 탐지기홀(18)을 통하여 중공체(3) 안으로 유입되어 있다. 이 칸막이는 바깥면에 예컨대 중공체(3)의 안쪽 면과 동일하게 산란시킬 수 있게 코팅되어 있다.
두 광탐지기(4, 5)는 광도파로(19)의 끝부분으로서 각 아웃풋옵틱(output optics)(20)과 함께 실현되어 있다. 광도파로(19) 받아들인 광을 폐쇄 가능한 셔터(8)를 통하여 분광계(9)로 전달한다. 셔터(8)의 설정에 따라, 분광계(9)는 제1 광탐지기(4)에서 받아들인 측정광 즉, 광유출개방구(17)를 통하여 중공체에 유입된 측정광을 탐지하거나, 제2 광탐지기(5)에 의해 층(15)으로부터 받아들여진 대조광 즉, 그 시점에 광원광선을 대표하며 광원(6)의 밝기흔들림(fluttering)의 보상에 사용되는 대조광을 탐지한다. 분광계(9) 내에는 틈(12)을 통하여 유입되는 광을 그리드(13)를 통하여 공간-분광적으로 나뉘게 되며 탐지기(14)로 전달되어, 그 곳에서 분광적으로 해체되어 탐지된다. 측정값 파악 외에도 탐지기(14)는 셔터(8), 광원(6), 장치(1)의 모드 조절을 위하여 구동장치(22)에 의해 설치된 제어 유닛(21)과 연결되어 있다.
구동장치(22)는 울브리히트구 3가 하나의 중심축을 중심으로 회전되게 실현된다. 예를 들어 수직으로 뻗어 있는 중심축을 중심으로 회전되게 실현된다. 이러한 회전 시에는 중공체와 함께 광탐지기(4, 5)가 같이 돈다. 광탐지기가 도시되어 있는 실시예의 경우 경직되게 중공체(3)와 연결되어 있기 때문이다. 측정-모드에서 캘리브레이션 모드로의 전환은 구동장치(22)를 통하여 중공체(3)가 회전하면서 이뤄지는데, 광유출개방구(17) 그리고 광유출개방구(17)를 통과하는 광탐지기(4)의 제1 탐지축(A)을 더 이상 샘플(X)가 아니라, 대비표준(7)을 향하도록 이뤄진다. 제2 탐지축(B) 역시 이 과정에서 회전한다. 제2 광탐지기(5)는 이를 통하여 상기 예에서 장치(1)의 모드와 관계없이 항상 확산 산란층(15)의 동일한 지점으로부터 대조광을 받아들인다.
제1 광탐지기(4)로부터 캘리브레이션 모드 시 방출된 신호는 제어 유닛(21)에 의해 디지털화 되며 대비표준-분광 에너지 분포로서 저장된다. 제2 광탐지기(5)에서 캘리브레이션 모드 시 방출된 신호는 제어 유닛(21)에 의해 디지털화 되며 광원-분광 에너지 분포로서 저장된다. 이 두 분광 에너지 분포를 토대로 제어 유닛(21)은 대비표준-산란반사율 함수를 산출하는데, 예컨대 DE 195 28 855 A1에 명시된 바와 같이 산출한다.
샘플특성 측정을 위하여 제어 유닛(21)은 장치(1)을 구동장치(22)를 통하여 측정 모드로 전환시킨다. 그 후 제1 탐지축(A)은 샘플(X)을 통과한다. 제1 광탐지기(4)로부터 측정 모드 시 방출된 신호는 제어 유닛(21)에 의해 디지털화되며 그 당시 측정지점의 샘플-분광 에너지 분포로서 저장된다. 제2 광탐지기(5)로부터 측정 모드 시 방출된 신호는 제어 유닛(21)에 의해 디지털화 되며 샘플-분광 에너지 분포에 대한 광원-분광 에너지 분포로 저장된다. 이 두 분광 에너지 분포 그리고 대비표준-산란반사율 함수를 토대로 제어 유닛(21)은 그 당시 측정지점의 샘플-산란반사율 함수를, 예를 들어 DE 195 28 855 A1에 명시된 바와 같이 산출한다.
샘플-산란반사율 함수 분석을 통하여 제어 유닛은 예컨대 샘플특성의 값을 감시하고 설정값 또는 설정인터벌과 비교할 수 있다. 만일 오차가 발견되면, 제어 유닛은 예를 들어 이 오차를 기록하고 및/또는 시각적 및/또는 음향적 경보를 발생시킬 수 있다.
하우징(2)은 예컨대 실린더형태의 벽면(23)을 가진다. 이 벽면(23)은 예컨대 DE 38 188 15 A1에 명시된 바와 같이 광가이드장치로서 형성될 수 있다. 벽면(23)은 생략될 수도 있다.
가능한 대안적 실시형태로는, 광탐지기(4, 5)가 중공체(3)와 관계 없이 회전가능하게 배치되어 있는 형태도 있다(도시되어 있지 않음). 단, 이 회전운동의 회전축이 중공체(3)의 회전축 Q과 일치해야 한다.
이 실시예는 측정이 모드 전환 시 광도파로(19)의 움직임에 의해 저해될 수 있다는 단점이 있다.
도 2에는 본 발명의 제1 특징에 입각한 측정장치(1)의 횡단면이 도시되어 있는데, 이 장치는 상기 단점이 없다. 부분도 2A는 측정 모드 시 장치(1), 부분도 2B는 캘리브레이션 모드 시 장치(1), 부분도 2C는 대조-모드 시 장치(1)를 보여준다. 장치(1)는 생산감시장치의 한 부분으로, 예컨대 코팅된 판유리인 샘플(X)가 장치(1) 옆으로 지나게 된다.
장치(1)는 울브리히트구의 형태로 존재하는 중공체(3), 각 광도파로 내 아웃풋지점의 형태로 존재하는 제1 광탐지기(4)와 제2 광탐지기(5), 광원(6), 대비표준(7)으로 구성된다. 광원(6) 주위로는 광원(6)으로부터 광탐지기(4, 5)로 직접적인 광전파를 저지하는 측면 차광장치(28)가 배치되어 있다. 중공체는 샘플(X)에 산란광을 조명하기 위한 광유출개방구(17)를 갖는데, 산란광은 광투과성 보호판(11)에 의해 폐쇄되어 있다. 대비표준은 자체 하우징(25)에 의해 커버되는데, 이 하우징(25)은 중공체(3)를 향하여 개방되어 있다. 중공체(3)와 맞닿아 있는 경계에는 실링(26)이 있어, 대비표준을 샘플(X)의 주변에서 발생하는 영향으로부터 보호한다.
중공체(3)는 안쪽 면에 확산 산란층(15)이 있는데, 예를 들어 황산바륨으로 구성된 백색코팅 처리가 되어있다. 광원(6)으로부터 방출되는 광은 층(15)에서 산란적으로 반사되어, 중공체(3) 내에서 광이 모든 방향으로 확산되고 층(15)에서의 산란적 반사가 여러 번 반복되게 된다. 이와 같은 방식으로 산란되는 광의 일부는 광유출개방구(17)를 통하여 중공체(3) 외부로 유출된다. 장치(1)의 모드에 따라, 광은(측정 모드) 샘플(X)에 도달하거나(캘리브레이션 모드) 대비표준(7)에 도달하게 된다. 여기에서는 광이 적어도 부분적으로 광유출개방구(17)를 통하여 중공체(3)로 반송된다.
이 장치(1)는 측정 모드와 캘리브레이션 모드 간에 전환이 가능하다. 또한 중공체는, 예컨대 도 1에서와 같이 구동장치를 통하여 하나의 중심축을 중심으로 회전될 수 있는데, 예를 들어 수직으로 뻗어 있는 중심축을 중심으로 회전된다. 이러한 회전 시에는 광탐지기(4, 5)가 중공체와 같이 회전하지 않는다. 광탐지기는 서로 간에 고정된 간격을 두고 탐지축 A 및 B에 고정되게 위치하며 경사에 있어서도 고정되어 있기 때문, 예컨대 샘플표준(제1 광탐지기)에 대하여 그리고 대비표준(제2 광탐지기)에 대하여 8° 이하의 각을 갖고 있기 때문이다. 탐지축 A와 B 역시 전환 시에 그대로 유지된다. 광탐지기(4, 5)의 고정된 배치를 통하여 샘플과 제1 광탐지기 그리고 대비표준과 제2 광탐지기 사이의 간격이 장치(1)의 모드와 오로지 무관하게 유지될 뿐 아니라, 예컨대 그 간격이 동일하다.
측정 모드 시 광유출개방구(17)를 통하여 반송된 광이 제1 광탐지기(4)에 의해 받아들여진다. 광탐지기(4)는 제1 탐지방향 A으로 광유출개방구(17)를 향하여 배치되어 있고 광유출개방구(17)를 통하여 중공체(3)에 도달한 광의 일부분만을 받아들인다. 층(15)에 산란되는 광의 다른 부분은 제2 탐지방향으로 배치되어 있는 제2 광탐지기(5)에 의해 받아들여진다. 두 광탐지기의 탐지축 A, B는 각기 탐지기홀(18)을 통하여 중공체(3)를 통과한다. 도 1에 도시되어 있듯이, 광탐지기(4, 5)가 전환가능하게(switchable) 분광계(도시되어 있지 않음)와 연결되어 있다. 제1 광탐지기(4)는 샘플의 당시 측정지점의 샘플-분광 에너지 분포를 산출해내는 광유출개방구(17)를 통하여 측정광을 받아들인다. 제2 광탐지기(5)는 샘플-분광 에너지 분포에 대한 광원-분광 에너지 분포를 산출해는 산란된 대조광을 받아들인다.
측정 모드에서 캘리브레이션 모드의 전환은 중공체(3)의 회전을 통하여 이뤄지는데, 이 회전에 의해 광유출개방구(17)가 더 이상 제1 탐지축(A)이 아니라, 제2 탐지축(B) 위에 배치되게 된다. 그러면 제1 광탐지기(4)는 더 이상 샘플(X)이 아닌, 확산 산란층(15)으로 향하게 된다. 그리고 제2 광탐지기(5)는 더 이상 확산 산란층(15)이 아니라, 대비표준(7)을 향하게 된다. 그러면 제2 광탐지기(5)는 광유출개방구(17)를 통하여 대비표준-분광 에너지 분포가 산출되는 측정광을 받아들이는 역할을 담당하게 된다. 반면 제1 광탐지기(5)는 대비표준-분광 에너지 분포에 대하여 광원-분광 에너지 분포가 산출되는 산란된 대조광의 받아들임을 담당하게 된다.
가장 잘 알려진 방식으로 대비표준-산란반사율 함수를 샘플-산란반사율 함수의 산출에 적용시키기 위해서는, 두 탐지관의 민감성에 의해 광탐지기(4, 5)로부터 시작하여 분광계(9)에 이르기까지 적응(adjust)이 되어야 하는데, 예를 들어 상대적 민감성의 곱셈을 통하여 이것이 가능하다. 상대적 민감성은 이때 파장에 따라 달라질 수 있다.
상대적 민감성은 예를 들어, 장치(1)이 측정 모드에서 대조-모드로 전환됨으로써 산출될 수 있다. 이는 중공체(3)를 측정 모드와 캘리브레이션 모드 간에 전환 시와 동일한 회전축 Q을 중심으로 그리고 동일한 각도로 회전하되, 반대 방향으로 회전하면 달성된다. 이로써 제1 광탐지기(4)가 측정 모드 시 제2 탐지기(5)가 향하고 있는, 확산 산란층(15) 상의 동일한 지점을 향하게 된다. 이로써 측정광은 측정 모드에서 광원-분광 에너지 분포에 대하여(또는 대안적으로 대조모드에서 두 광탐지기(5)를 통하여 받아들여야 하는 광원-분광 에너지 분포에 대하여) 탐지관의 상대적 민감성을 기술해주는 Abgleichs-분광 에너지 분포를 위하여 받아들여질 수 있게 된다. 제1 광탐지기(4)를 통한 측정광 받아들임 시 광원(6) 발생하는 밝기흔들림(fluttering)의 상쇄를 위하여, 알려진 방식에 따라 제2 광탐지기(5)를 이용하여 받아들일 수 있다.
대안으로 상대적 민감성은, 대비표준(7) 또는 동일한 대비표준이 샘플(X) 대신에 배치되며 측정 모드에서 제1 광탐지기에 의해 분광 에너지 분포가 받아들여짐으로써 측정될 수 있는데, 이 제1 광탐지기는(부분적으로) 제2 광탐지기로 받아들여진 분광 에너지 분포와의 상관성을 갖는다. 광탐지기(4)를 통하여 측정광 받아들임 시 광원(6)의 밝기흔들림(fluttering)을 상쇄하기 위하여 알려진 방법에 따라 두 개의 광탐지기를 가지는 대조광이 받아들여질 수 있고 그 반대로 될 수도 있다.
샘플특성 측정을 위하여 제어 유닛(21)은 장치(1)를 구동장치(도시되어 있지 않음)에 의해 측정 모드로 전환시킨다. 제1 광탐지기(4)로부터 측정모두에서 방출된 신호들은 제어 유닛(21)에 의해 디지털화되며 그 순간의 측정지점의 샘플-분광 에너지 분포로서 저장된다. 제2 광탐지기(5)로부터 측정 모드에서 방출된 신호들은 제어 유닛(21)에 의해 디지털화되며 샘플-분광 에너지 분포과 함께 광원-분광 에너지 분포로 저장된다. 두 분광 에너지 분포와 적응된 대비표준-산란반사율 함수에 입각하여 제어 유닛(21)은 그 순간의 측정지점의 샘플-산란반사율 함수를 예컨대 DE 195 28 855 A1에 기술된 것처럼 산출한다.
샘플-산란반사율 함수의 분석을 통하여 제어 유닛이 예를 들어 샘플특성의 값을 감시하고 설정값 또는 설정 인터벌과 비교할 수 있다. 만일 오차가 발견되면, 제어 유닛은 예를 들어 이 오차를 기록하고 및/또는 시각적 및/또는 음향적 경보를 발생시킬 수 있다.
도시되어 있는 장치(1)는 도 1에서와 같이 공동의 하우징(2)에 배치될 수 있으며, 광도파로(19)를 통하여 분광계(22)와 연결될 수 있다.
도 3는 도 2에 명시된 장치에 대한 캘리브레이션과 측정 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4에는 장치(1)이 도 2와 유사하게 도시되어 있는데, 추가적으로 보조-캘리브레이션 모드로 전환이 가능하다. 도면에는 장치(1)가 이 보조-캘리브레이션 모드 상태다. 도 2에 도시된 장치와 달리 이 도면에서의 장치(1)는 제3 탐지기홀(18)에 제3 광탐지기를 구비하고 있는데, 제3 탐지축(C)에 대하여 종방향으로 배치되어 있고 예를 들어 제3 시각적 셔터에 의해 전환가능하게(switchable) 분광계와 연결되어 있다. 보조-캘리브레이션 모드일 때, 광유출개방구(17)는 제3 탐지축(C) 위에 존재한다. 제3 탐지축(C) 위에는 추가-대비표준(29)이 중공체(3) 외부에 배치되어 있는데, 이 대비표준의 산란반사는 예를 들어 50%의 중간 산란반사다. 추가 대비표준(29)은 예를 들어 실링(26)을 갖는 하우징(25)으로 홀더(도면에는 도시되어 있지 않음)를 구비한 하우징(25) 내에 배치되어 있다. 제3 광탐지기(27)를 통하여 추가 대비표준(29)으로부터 측정광이 받아들여저서, 추가적인 대비표준-산란반사율 함수가 산출될 수 있다. 동일한 모드에서 제1 광탐지기(4)를 통하여 그리고 제2 광탐지기(5)를 통하여 층(15)으로부터 대조광을 받아들일 수 있는데, 탐지관의 상대적 민감성을 산출하기 위함이다.
모든 탐지관을 위한 공동의 분광계 대신에 모든 또는 적어도 일부의 탐지관이 별도의 분광계를 가질 수 있다. 이때 각 분광 에너지 분포의 적응시키기를 위한 상대적 민감성의 산출이 그에 따라 실시되어야 한다.
1 측정장치
2 하우징
3 중공체
4 제1 광탐지기
5 제2 광탐지기
6 광원
7 대비표준
8 셔터
9 분광계
10 광투과개방구
11 보호판
12 유입틈새
13 그리드
14 탐지기
15 확산 산란층
16 광유입개방구
17 광유출개방구
18 탐지기홀
19 광도파로
20 아웃풋옵틱(output optics)
21 제어 유닛
22 구동장치
23 벽면
24 홀더
25 하우징
26 실링
27 제3 광탐지기
28 차광장치
29 추가 대비표준
X 샘플
A 제1 탐지축
B 제2 탐지축
C 제3 탐지축
Q 회전축

Claims (27)

  1. 샘플을 조명하도록 구성된 광유출개방구를 갖는 중공체 - 상기 중공체의 내부는 확산 산란층을 구비함 - ;
    상기 확산 산란층을 조명하도록 구성되는 광원;
    제1 탐지축을 따라 정렬된 제1 광탐지기; 및
    제2 탐지축을 따라 정렬된 제2 광탐지기
    를 포함하는 장치에 있어서,
    상기 장치는 측정 위치와 캘리브레이션 위치 사이에서 전환 가능하며;
    광 측정 위치에서:
    상기 광유출개방구는 제1 탐지축 위에 위치하며; 또한
    상기 광유출개방구는 제2 탐지축 위에 위치하지 않으며; 또한
    캘리브레이션 위치에서:
    상기 광유출개방구는 제2 탐지축 위에 위치하며; 또한
    상기 광유출개방구는 제1 탐지축 위에 위치하지 않는, 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광탐지기가
    상기 광유출개방구를 통하여 상기 중공체로 유입되는 광을 측정 위치에서 받아들이고,
    상기 확산 산란층에 의해 산란된 광을 캘리브레이션 위치에서 받아들이도록
    정렬되는, 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 광탐지기가
    상기 확산 산란층에 의해 산란된 광을 측정 위치에서 받아들이고,
    상기 광유출개방구를 통하여 상기 중공체로 유입되는 광을 캘리브레이션 위치에서 받아들이도록 정렬되는, 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광탐지기와 상기 제1 및 제2 탐지축이 장치의 위치에 관계 없이 공간적으로 고정되어 있는, 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    측정 위치에서의 상기 제2 탐지축과 상기 제2 탐지축의 교차점에서의 상기 확산 산란층의 면법선에 의해 제1 각도가 규정되고,
    캘리브레이션 위치에서의 상기 제1 탐지축과 상기 확산 산란층을 통과하는 상기 제1 탐지축의 교차점에서의 상기 확산 산란층의 면법선에 의해 제2 각도가 규정되며; 또한
    상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 동일한, 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    대비표준을 위한 홀더가 상기 중공체 외부에 배치되거나 또는 대비표준이 상기 제2 탐지축 위에 위치하는, 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치가 또한 제1 탐지축 및 제2 탐지축이 상기 확산 산란층을 통과하여 연장하는 대조 위치로 전환 가능한, 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    공간적으로 고정된 제3 탐지축을 따라 정렬된 제3 광탐지기를 더 포함하되, 상기 장치는 상기 광유출개방구가 상기 제3 탐지축 위에 위치하는 보조 캘리브레이션 위치로 전환 가능한, 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 중공체가 광 측정 위치와 캘리브레이션 위치 사이에서 전환하도록 회전 가능한, 장치.
  10. 샘플을 조명하도록 구성된 광유출개방구를 갖는 중공체 - 상기 중공체의 내부는 확산 산란층을 구비함 - ;
    상기 확산 산란층을 조명하도록 구성되는 광원;
    제1 탐지축을 따라 정렬된 제1 광탐지기; 및
    제2 탐지축을 따라 정렬된 제2 광탐지기
    를 포함하는 장치에 있어서,
    상기 광유출개방구 및 상기 제1 광탐지기 및 상기 제2 광탐지기를 포함하는 상기 중공체가 상기 장치를 측정 위치와 캘리브레이션 위치 사이에서 전환하기 위하여 상기 제1 탐지축과는 상이한 축에 대해 회전 가능하며;
    상기 제1 광탐지기는 상기 측정 위치와 상기 캘리브레이션 위치에서 상기 광유출개방구를 통해 상기 중공체로 유입되는 광을 받아들이도록 정렬되며,
    상기 제2 광탐지기는 상기 측정 위치와 상기 캘리브레이션 위치에서 상기 확산 산란층에 의해 산란되는 광을 받아들이도록 정렬되는, 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    대비표준을 위한 홀더가 상기 중공체 외부에 배치되거나 또는 대비표준이 캘리브레이션 위치에서 상기 제1 탐지축 위에 위치하도록 상기 대비표준이 배치되는, 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 홀더 및 상기 대비표준으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 부재와 샘플 사이에 있는 차광 장치를 더 포함하는, 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 차광장치는 상기 홀더 및 상기 대비표준을 빙두르는 케이싱을 포함하며, 상기 차광장치는 상기 중공체를 향해 개방되어 있는, 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 차광장치가 상기 중공체, 상기 홀더, 상기 대비표준, 및 상기 제1 및 제2 광탐지기를 상기 샘플로부터 보호하며, 상기 차광장치는 측정 위치에서 상기 광유출개방구를 포함하는 영역에 투과성 개방구를 포함하며, 투과성 보호판이 상기 투과성 개방구 위에 배치되는, 장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 차광장치가 상기 중공체, 상기 홀더, 상기 대비표준, 및 상기 제1 및 제2 광탐지기를 빙두르는 공통 케이싱인, 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 캘리브레이션 위치에서의 상기 대비표준과 상기 광유출개방구 사이의 간격이, 상기 측정 위치에서의 상기 샘플과 상기 광유출개방구 사이의 간격과 동일하도록 홀더가 배치되는, 장치.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 및 제2 탐지축이 상기 중공체를 통해 연장하는, 장치.
  18. 청구항 10에 있어서,
    측정 위치에서 상기 제1 탐지축이 상기 광유출개방구의 중심축과 동일하거나 8°의 각도를 이루는, 장치.
  19. 청구항 10에 있어서,
    측정 위치에서의 상기 제2 탐지축과 상기 제2 탐지축의 교차점에서의 상기 확산 산란층의 면법선에 의해 제1 각도가 규정되고,
    캘리브레이션 위치에서의 상기 제1 탐지축과 상기 확산 산란층을 통과하는 상기 제1 탐지축의 교차점에서의 상기 확산 산란층의 면법선에 의해 제2 각도가 규정되며; 또한
    상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 동일한, 장치.
  20. 청구항 10에 있어서,
    상기 중공체가 울브리히트구 또는 울브리히트관인, 장치.
  21. 장치의 캘리브레이션을 위한 방법에 있어서,
    청구항 1 기재의 장치를 제공하는 단계;
    상기 장치를 캘리브레이션 위치로 전환하는 단계;
    상기 제2 광탐지기가 광을 대비표준 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 상기 광유출개방구를 통과시키는 단계;
    상기 제1 광탐지기가 산란된 광을 광원 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 확산 산란층으로부터 산란시키는 단계; 및
    상기 대비표준 분광 에너지 분포 및 광원 분광 에너지 분포를 기초로, 대비표준 반사율 함수를 결정하는 단계
    를 포함하는, 장치의 캘리브레이션을 위한 방법.
  22. 장치의 캘리브레이션을 위한 방법에 있어서,
    청구항 10 기재의 장치를 제공하는 단계;
    상기 장치를 캘리브레이션 위치로 전환하는 단계;
    상기 제2 광탐지기가 광을 대비표준 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 상기 광유출개방구를 통과시키는 단계;
    상기 제1 광탐지기가 산란된 광을 광원 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 확산 산란층으로부터 산란시키는 단계; 및
    상기 대비표준 분광 에너지 분포 및 광원 분광 에너지 분포를 기초로, 대비표준 반사율 함수를 결정하는 단계
    를 포함하는, 장치의 캘리브레이션을 위한 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 대비표준 반사율 함수를 결정하는 단계 이후에, 상기 장치를 상기 측정 위치로 전환하는 단계; 및
    그 다음으로,
    상기 제1 광탐지기가 광을 샘플 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 상기 광유출개방구를 통과시키는 단계;
    상기 제2 광탐지기가 산란된 광을 제2 광원 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 확산 산란층으로부터 산란시키는 단계; 및
    상기 샘플 분광 에너지 분포, 제2 광원 분광 에너지 분포 및 대비표준 분광 에너지 분포를 기초로, 샘플 반사율 인자 함수를 결정하는 단계를 더 포함하되.
    상기 샘플 반사율 인자 함수는 이들 두개의 분광 에너지 분포를 기초로 및 캘리브레이션 동안 결정되는 대비표준 반사율 함수를 기초로 결정되는, 장치의 캘리브레이션을 위한 방법.
  24. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서,
    청구항 1 기재의 장치를 제공하는 단계;
    상기 장치를 캘리브레이션 위치로 전환하는 단계;
    상기 제2 광탐지기가 광을 대비표준 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 상기 광유출개방구를 통과시키는 단계;
    상기 제1 광탐지기가 산란된 광을 광원 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 확산 산란층으로부터 산란시키는 단계; 및
    상기 대비표준 분광 에너지 분포 및 광원 분광 에너지 분포를 기초로, 대비표준 반사율 함수를 결정하는 단계를 포함하는 방법을 포함하는 동작을 수행하기 위한 명령을 저장하도록 구성되는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  25. 청구항 21에 있어서,
    상기 대비표준 반사율 함수를 결정하는 단계 이후에, 상기 장치를 상기 측정 위치로 전환하는 단계; 및
    그 다음으로,
    상기 제1 광탐지기가 광을 샘플 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 상기 광유출개방구를 통과시키는 단계;
    상기 제2 광탐지기가 산란된 광을 제2 광원 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 확산 산란층으로부터 산란시키는 단계; 및
    상기 샘플 분광 에너지 분포, 제2 광원 분광 에너지 분포 및 대비표준 분광 에너지 분포를 기초로, 샘플 반사율 인자 함수를 결정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 샘플 반사율 인자 함수는 이들 두개의 분광 에너지 분포를 기초로 및 캘리브레이션 동안 결정되는 대비표준 반사율 함수를 기초로 결정되는, 장치의 캘리브레이션을 위한 방법.
  26. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서,
    청구항 10 기재의 장치를 제공하는 단계;
    상기 장치를 캘리브레이션 위치로 전환하는 단계;
    상기 제2 광탐지기가 광을 대비표준 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 상기 광유출개방구를 통과시키는 단계;
    상기 제1 광탐지기가 산란된 광을 광원 분광 에너지 분포로서 받아들이도록 광을 확산 산란층으로부터 산란시키는 단계; 및
    상기 대비표준 분광 에너지 분포 및 광원 분광 에너지 분포를 기초로, 대비표준 반사율 함수를 결정하는 단계를 포함하는 방법을 포함하는 동작을 수행하기 위한 명령을 저장하도록 구성되는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  27. 삭제
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