SE447164B - Anordning for metning av en egenskap hos en tunn film - Google Patents

Description

10 15 20 35 UU 447 164 från vågínterferenseffekter.

De problem som uppstår till följd av verkningarna av våginter- iercns eller s.k. kanalíserade spektra vid mätningar på mycket tunn, transparent film har beskrivits tillsammans med generella och speci- fika lösningar av problemen i den amerikanska patentskriften 3 631 526.

Denna patentskrift anger i beskrivning och krav b1.a. ett sätt att rikta infraröda strålar mot den ena ytan av en film under ett brett spektrum'av infallsvinklar, så att komponenter av varje stråle adderas under alla möjliga fasvinklar. Denna teknik är bra i princip, och de i patentskriften ovan angivna metoderna och anordningarna för genom- förande av förfarandet kan resultera i en betydande förbättring av prestanda hos mätapparater för tunnfilm.

De beskrivna metoderna jämte den beskrivna anordningen enligt patentskriften ovan tar emellertid icke tillräcklig hänsyn till vissa faktorer, som kan tänkas icke tillåta de adderade komponenterna hos varje stråle att detekteras på ett sådant sätt att komponenterna vid I var och en av de möjliga fasvinklarna närmar sig likhet såsom de detekteras. Såsom är väl känt kommer exempelvis strålningsintensiteten från en punktkälla, när strålningen går direkt och infaller mot ytan av en film under olika infallsvinklar, att variera enligt sinus till infallsvinkeln. En likartad intensitetsvariation uppträder hos den strålning som infaller mot_olika partier av en långsträckt detektor.

Vidare är det tänkbart att olika partier av en detektor med stor ut- sträckning icke uppvisar lika gensvar gentemot strålning av samma kvalitet och intensitet. Såsom ett resultat av sådana faktorer kom- mer den önskade upphävningen av interferenseffekterna att vara ofull- ständig, vilket resulterar i mätfel, som kan leda till ödesdigra kon- sekvenser vid många.tunnfilmsmätapplikationer.

Det faktum att konventionella förfaranden och anordningar för tunnfilmsmätning icke på ett lämpligt sätt återsamlar eller riktnings- ändrar strålning som lämnar filmen efter växelverkan med filmen genom reflexión och transmission har såsom en väsentlig verkan resulterat i en förlust av information, som behövs och bör utnyttjas för att åstad- komma korrektion av interferensfelen. Föreliggande uppfinning åstad- kommer förfaranden och en anordning, som betydligt kan mildra många av de svårigheter som påträffas vid den praktiska användningen av tidigare kända tunnfilmsmätförfaranden.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommas ett förfarande och en anordning för mätning av en egenskap hos en infrarödgenomsläpplig film, som har speglande ytor, innefattande följande åtgärder och medel här- för: alstrande av första och andra infraröda strålningar, som har våg- ]0 15 20 ?5 30 35 H0 447 164 längder så valda att en av strålningarna är föremål för större absorp- tion inuti filmmaterialet än den andra strålningen, riktande av strå» lar av vardera strålningstypen från ett flertal punkter mot en yta av filmen under ett brett spektrum av infallsvinklar, så att strålarna genomlöpcr ett flertal banor genom filmen, vilka banor utgör ett brett spektrum av banlängder, uppfàngning av strålningar som lämnar filmen Qch åierríktande av dexqndängade strålningarna från ett flertal punkter mot en yta av filmen under ett brett spektrum av infallsvinklar, så att även de återriktade strålningarna genomlöper ett flertal banor genom filmen, vilka banor bildar ett brett spektrum av banlängder, detektering av vardera av den första och den andra strålningstypen medelst detekteringsorgan, som är så anordnade med avseende på ut- sändnings- och återriktningspunkterna att detekterade komponenter ur varje strålningstyp adderas under i huvudsak alla möjliga fasvinklar och så att komponenterna av vardera av de respektive strålningarna under var och en av de möjliga fasvinklarna närmar sig likhet vad gäller den intensitet som detekteras medelst detekteringsorganen och alstrar ett gensvar, som kännetecknar filmegenskapen såsom en funktion av förhållandet mellan de detekterade intensiteterna av den första och den andra infraröda strålningstypen.

Ifall en betydande andel av de strålningar som infaller mot den ena ytan hos filmen utträder från den motsatta ytan, kan förfarandet innefatta och organ vara anordnade för återriktning av en större del av de utträdande strålningarna tillbaka mot den motsatta ytan under ett brett spektrum av infallsvinklar.

Typiskt innefattar metoden och är organ anordnade för asltrande av endera den första eller den andra strålningen såsom ett smalt band av våglängder, som utsättas för en betydande absorption inuti film- materialet, och alstrande av den återstående strålningen såsom ett par av smala band av våglängder, som upptager spektralomrâden på endera sidan av och ligger nära det smala våglängdsbandet, varvid de strålningar som omfattar nämnda par av näraliggande våglängder är be- tydligt mindre utsatta för absorption inuti filmmaterialet än den förstnämnda strålningen.

Förfaranden och organ är lämpligen anordnade för anbringning av små infrarödreflekterande element vid de stràlutsändande punkterna och belysning av elementen medelst en infraröd strålningskälla, som genererar de första och andra strålningarna, varvid de strålar som infaller mot filmens yta och genomlöper banorna genom filmen inne- fattar infraröda strålningar reflekterade från elementen. Elementen kan vara placerade inuti en omgivande ytbildning, som väsentligen ]0 15 20 ?5 30 H0 _ vid de strålningsåterriktande punkterna. 447 164 nvgränsar ett ytparti av filmen.^ Typiska metoder och organ är anordnade för att rikta en primär stråle av vågorna från källan mot en primär reflektor, som är belägen inuti den omgivande ytbildningen, så att de reflekterande elementen i de strälriktande punkterna belysas av infraröda vågor reflekterade från den primära reflektorn. Den primära strålen av vågor från käl- lan parallellriktas i typfallet medelst en kollimator och riktas sedan mot den primära reflektorn, så att i huvudsak all den strålning från källan som vinner tillträde till det inre av den omgivande ytbild- ningen reflekteras medelst den primära reflektorn.

I typfallet innefattar den omgivande ytbildningen en rotations- yta, exempelvis en halvsfär, varvid elementen ovan är belägna på rota- tionsytan. En del av det parti av filmen som avgränsas medelst rota- tionsytan kan vara avmaskad för att blockera passagen för strålningen mot ytan av filmen med undantag för ett smalt, långsträckt omrâde av' filmytan.

Infrarödstrålningsreflekterande element kan även vara anbragta De reflekterande elementen är lämpligen anbragta på båda sidor om filmen för att bilda omgivande ytbildningar, som avgränsar ett område av filmen på ömse sidor_av densamma. Strålningen detekteras lämpligen medelst ett detekterings~ organ, som är så anordnat att strålning icke kan gå från källan till detekteríngsorganet utan att samverka med ett av de strålningsreflek- terande elementen. Återigen innefattar vardera av de omgivande yt- bildningarna lämpligen en rotationsyta såsom en halvsfär.

Ett sätt och härför lämpliga organ kan utnyttjas för-att rikta en primär stråle av vågorna från källan genom filmen från dess ena sida för att belysa reflekterande element på den motsatta sidan av filmen. \ Typiskt är de stràlriktande punkterna belägna på en kontinuerlig materialyta, medan de strålningsreflekterande elementen är utformade såsom en integrerad del av materialytan. Den kontinuerliga material- ytan är lämpligen bildad av ett sådant material som aluminium, som är högreflekterande gentemot infraröd strålning. De strålningsreflekr terande elementen kan vara bildade medelst sandblästring av aluminium- ytan.

Uppfinningen åstadkommer vidare apparatur för mätning av en egen- skap hos ark- eller bandformigt material, vilken apparatur innefattar en slrålningskälla för alslríng av infraröd strålning med en våglängd, som utsättas för absorption inuti det ark- eller bandformiga materia- let, organ för att rikta strålar av de infraröda vågorna från ett fler- 10 15 ?0 30 35 llÛ 447 164 tal punkter på en yta av det ark- eller bandformiga materialet under ett brett spektrum av infal1svink1ar,orgæ1för att1q¶üÉnga:flJåhfing som lämnar det ark- eller bandformiga materialet, och för återriktning eller reflexion dv eller handformiga materialet, varvid nämnda riktande och återriktande organ innefattar reflekterande ytelement, som bildar en omslutande ytbildning, som väsentligen avgränsar ett ytområde av det ark- eller handformiga materialet, en primär reflektor belägen inuti den omslu- tande ythildningen, organ för att rikta en primär stràle av vågorna från källan mot den primära reflektorn, så att de reflekterande yt- elementen vid de strâlningsriktande punkterna belysas av infraröd strålning reflekterad från den primära reflektorn, organ för detekte- ring av en del av de strålningar som har lämnat det ark- eller band- formiga materialet och organ för åstadkommande av ett gensvar, som är kännetecknande för nämnda egenskap hos det ark- eller bandformiga materialet såsom en funktion av den detekterade strålningen.

Utmärkande är att de strålriktande punkterna kan vara belägna på = en diffust reflekterande, kontinuerlig materialyta, medan den primära reflektorn kan ha en speglande yta. Alternativt och åtminstone för vissa applikationer kan den kontinuerliga materialytan utgöras av en spegelreflekterande yta, medan den primära reflektorn kan ha en dif- fust reflekterande yta. ' Ändamålen med föreliggande uppfinning är att åstadkomma förfaran- den och anordningar för mätning av tunn, infrarödgenomsläpplig film med ökat oberoende av inteferenseffekter såsom ett resultat av reflexio- ner från filmens speglande ytor, att åstadkomma förfaranden och an- ordningar för ernâende av högre signal-brus-förhållanden vid mätning- _ och anord- ett'större signalbe- arna på sådana filmer, att åstadkomma tunnfilmsmätmetoder ningar, som kommer att medge mätning eller övervakning av tjockleksområde för film medelst ett enda geometrískt och handlande arrangemang, att åstadkomma tunnfilmsmätmetoder och -appara- tur, som tillåter användning av smalare vâglängdsband utan att man möter intolerabla våginterferenseffekter, och att åstadkomma ett nytt geometriskt_apparatarrangemang för att förbättra prestanda för infra- rödmätapparater generellt avsedda för mätning av ark- eller bandfor- miga material. M Ytterligare ändamål och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå av nedanstående detaljerade beskrivning av vissa typiska förfaranden och typisk apparatur för utövande av föreliggande uppfinning, varvid hänvisas till bifogad ritning, på vilken 10 70 75 30 35 H0 447 164 6 afig. l visar en generell,'schematisk partialsektionsvy av ett mätinstrument, som inkluderar en strålningskälla och detektorhuvuden _för mätning av en egenskap hos en tunnfílm enligt föreliggande upp- finning, Pig. 2 visar en schematisk sektionsvy av ett modifierat parti av fig. 1, varvid visas typiska strâlbanor genom filmen 10, vars " tjocklek är betydligt överdriven, Pig. 3 är likartad med fig. 2 men modifierad för att visa ytter- ligare typiska strålbanor, Pig. H visar en modifikation av apparaten enligt fig. 2 eller fig. 3 anpassad för mätning av en fi1m,såsom en film avsatt på ett subtratjfrån dess ena sida, I Pig. 5 schematiskt visar principerna för en möjlig modifikation av apparaten enligt fig. 2 eller fig. 3, varvid i synnerhet illustre- ras typiska strålbanor inuti en på detta sätt modifierad apparat, Pig. 5 schgmfljskt och på likartat sätt som fig. 5 visar särskilda strålbanor inuti en ytterligare modifikation av apparaten, Pig. 7-sdxmetiäd visar ytterligare en modifikation av apparaten enligt uppfinningen, Pig. 8 visar en perspektivsprängskiss, som visar väsentliga kon- struktionsdetaljer hos en apparat enligt de schematiska skisserna i fig. 2 eller fig. 3, Pig. 9 visar en sektionsvy med sektioneringen företagen utefter en línie 9-9 enligt fig. l, varvid visas detaljer hos detektororganet UU, och Pig. 10 visar ett diagram över procentuell transmission eller genomsläppning och detekterbarheten ("detectivity") såsom en funktion av våglängden för att illustrera de karakteristiska egenskaperna för typiska filter, vilka används i en apparat enligt föreliggande upp- finning för att optimera dess prestanda. ' I fig. 1 avser hänvisningstalet 10 en kantvy av en tunn, infra- Typiskt är att filmen 10 kan ha en tjocklek som är betydligt mindre än 0,03 mm. rödstrålningsgenomsläpplig film, som har speglande ytor.

Den kan utgöras av en film eller folie, som är framställd medelst en anordning för film- eller foliegjutning, och den rör sig exempelvis såsom visats med en pil 12 i en riktning genom eller bort från film-_ tillverkningsmaskinen. Lämpligen utnyttjas en signal från den här beskrivna anordningen för filmmätning för att automatiskt styra eller reglera en egenskap hos filmen såsom dess tjocklek, vikt per ytenhet eller sammansättning genom övervakning av en varierbar parameter hos filmtillverkningsmaskinen. (fu 10 15 20 30 35 U0 447 164 Hänvisníngstalet lU avser konturen av ett hölje för en infraröd- stràlningskälla, och hänvisningstalet 16 avser konturen av etf hölje för en infrarödstrålningsdetektor. Dessa utgör konventionella höljen eller hus, som typiskt är monterade på en konventionell tvârgående struktur (icke visad), som tillåter käll- och detektorhusen lh och 16 att röra sig fram och åter över bredden av den i rörelse varande fil- men för att mäta eller övervaka ifrågavarande filmegenskap i en god~ tycklig punkt över filmbredden. ( Inuti källhuset lh befinner sig ett konventionellt strålnings- källarrangemang, som betecknas generellt med talet 18. Kännetecknande för strålningskällarrangemanget är att det inkluderar organ för att generera en första och en andra infraröd strålning, vilka infraröda strålningar har våglängder som är så valda att en av strålningarna ut- sättes för större absorption inuti materialet i filmen 10 än den andra strålningen. För speciella applikationer kan åtgärder vidtagas för att generera eller åtminstone effektivt utnyttja strälningar inom flera än två våglängdsområden. i Källarrangcmanget inkluderar en konventionell lampa 20 och ett konventionellt avbrytar- och filtersystem. skiva 22, i vilken är monterat ett par filter ZH och 26.

Det inkluderar en avbrytar- Avbrytar- skivan 22 drivs via en axel 28 av en synkronmotor 30. När motorn 30 försätter skivan 22 i rotation, placeras filtren 24 och 26 växelvis mellan lampan 20 och en kollimator 32. Filtren 2H och 26 ges således möjlighet att genom kollimatorn 32 sända i tiden växelvis belägna Filtret 2H och sänder vidare till kollimatorn 32 en infraröd strålning ínfraröda strälningar av helt olika våglängder. urskiljer inom ett våglängdsband med sådana våglängder som utsättes för större absorption inuti materialet i filmen 10 än den strålning som urskiljes och sänds vidare till kollímatorn 32 medelst filtret 26.

De parallellriktade strålningsknippena av de strålningar som går genom kollimatorn 32 riktas härvid mot en konformig primär reflektor 3N. vetter mot kollimatorn, har en högglanspolerad yta.

Konspetsen är riktad mot kollimatorn 3H, och konens sidoyta, som Företrädesvis är den primära reflektorn 3D konstruerad av massiv aluminium, som har en högglanspolerad spegelyta vettande mot kollimatorn 32. Den-polerade ytan av konen har en lutningsvinkel av HSO mot kollimatorns 32 axel, så att strålning reflekteras från konens yta under en vinkel av unge- fär 9o° i fövhänande *C511 konuifnatørns 32 axe1.

Strålningen, som reflekteras från den primära reflektorn SH, be- lyser åtminstone en betydande yta av innerväggarna hos en hålighet 36.

Håligheten 36 utgöres av ett urtag inuti en rät, cirkulär, cylindrisk 10 15 20 25 30 35 HD 447 164 del 38 av massivt aluminium. Från innerväggen, som definierar hålig- heten 36, riktas strålar av infraröd strålning från ett flertal punk- ter mot undersidan av filmen 10 inom ett brett spektrum av infalls- vinklar, så att strålarna genomlöper ett flertal banor genom filmen, vilka banor bildar ett brett spektrum av ban1ängder._ Angränsande till den motsatta sidan av filmen 10 ligger en andra hålighet H0, som är likadan som håligheten 36 eller passar ihop med densamma och är urtagen ur en andra aluminiumdel §2.

Mestadels kommer strålarna, som går genom filmen 10 och lämnar filmen på motsatta sidan, att träffa innerväggen hos den andra hålig- heten M0. Sådana strålar som reflekteras av filmen 10 och lämnar fil- men från dess undersida träffar väggen i den första håligheten 36.

De strålar som lämnar filmen och på detta sätt träffar håligheternas väggar återriktas eller reflekteras från ett flertal punkter på in- i sidan av håligheten 36 eller håligheten H0 mot undersidan eller ovan- sidan av filmen inom ett brett spektrum av infallsvinklar, så att även de återriktade strålarna kommer att genomlöpa ett flertal banor genom filmen, vilka banor bildar ett brett spektrum av banlängder.

Inuti håligheten #0 är monterat ett detektororgan, som visas generellt vid HU, för detektering av såväl den första strålningstypen som den andra strålningstypen, vilka strålningstyper är valda medelst filtren ZH och 26. de riktande och de återriktande punkterna på innerväggarna, som bildar Detektororganet är så anordnat i förhållande till håligheterna 36 och H0, att detekterade komponenter av varje strål- ningstyp adderas vid i huvudsak alla möjliga fasvinklar och så att komponenterna av varje respektive strålningstyp vid var och en av de möjliga fasvinklarna närmar sig intensitetslikhet såsom denna detekte- ras medelst detektororganet. Detektororganet HU har schematiskt vi- sats anslutet via en ledning H6 till en konventionell kvotanalysator H8. ifrågavarande filmegenskap såsom en funktion av förhållandet mellan Kvotanalysatorn H8 ger ett gensvar, som är kännetecknande för de detekterade intensiteterna av den första och den andra infraröd- strålningstypen. Detta gensvar överföres via en ledning 50 till ett lämpligt instrument 52, som kan utgöras av en visuell indikator och/ eller en registreringsanordning och kan innefatta eller vara förknippat med ett arrangemang för automatisk styrning eller reglering av film- tillverkníngsmaskinen (icke visad) för att hålla den mätta egenskapen hos filmen 10 vid ett önskat värde.

Pig. 2 visar en förstoring av de delar som bildar håligheterna 36 och H0 och de delar som är belägna inuti desamma. Tjockleken av filmen l0 är mycket överdriven för att visa samspelet mellan några 10 15 20 25 30 35 HO 447 164 typiska överförda strålar av den infraröda strålningen med filmen och med insidorna av håligheterna. Verkningarna av strålarnas refraktíon har icke beaktats, eftersom de icke har någon praktisk inverkan på totalbilden av anordningen. Pig. 2 skiljer sig från fig. 1 därigenom att en massiv metallprisma eller kil 3Ha har visats i stället för konen 3% i fig. l, vilken prisma eller kil utgör den primära reflektorn.

Kilen åka har gestalt av en trekantig, massiv alumíniumprisma med två högglanspolerade ytor belägna i linje med kollimatorns 32 öppningar.

Konen har ersatts med prísman 3Ua i syfte att mäta ett smalt, lång- sträckt omrâde av filmen 10, såsom kommer att beskrivas mera full- ständigt nedan.

Hålígheterna 36 och UU har spridande ytor, som har åstadkommits genom sandblästring av aluminiumet, även om också andra metoder kan användas, av vilka metoder några har beskrivits i den amerikanska patentskriften 3 222 522. smål fördjupningar och utskjutande partier hos aluminiumets yta, vilka Sandblästringen åstadkommer ett stort antal bildar små infrarödstrâlningsreflekterande element i ett stort antal strâlningsriktande punkter, såsom punkten 54. Dessa små reflexions- element belyses av infrarödkällans strålning såsom visats medelst en sirâle 56, som går genom kollímatorn 32 och reflekteras från en av de polerade ytorna hos kilen 3Ha mot reflexionselementen vid punkten su. _ i Såsom visats i fig. 2 och beskrivits ovan är de små infraröd- strålningsreflekterande elementen belägna på en kontinuerlig material- yta och utformade såsom en integrerad del av materialytan, men det är uppenbart att elementen kunde varit utformade och anbragta på'olika sätt. Såsom visats är elementen belägna inuti en omslqtande figur, som väsentligen avgränsar det ytområde av filmen; som för tillfället är beläget tvärs över hålíghetens 36 mynning. Eftersom den primära reflektorkilen Ska är större än den totala tvärsnittsarean för det strålknippe som passerar genom kollimatorn 32, kommer i huvudsak all den strålning från källan, som vinner inträde till den omslutande fi- guren, att reflekteras medelst den primära reflektorn.

Den omslutande figuren utgöres företrädesvis av en rotationsyta.

Enligt ritningen utgöres denna rotationsyta av en halvsfär, men det är uppenbart att andra konstruktioner, som utnyttjar paraboloid-, ellipsoid-, hyperboloidytor eller andra rotationsytor kan utnyttjas i lämpligt utformade konfigurationer, som är kompatibla med formen av en sådan tillhörande primär reflektor som reflektorn 3Ha.

Hos anordningen enligt fig. 1 och 2 är strålningsreflekterande element belägna på båda sidor av filmen för att bilda en sluten kon- 10 15 20 25 10 35 H0 447 164 1° fíguration, som avgränsar ett omrade av filmen på båda sidor av fil- men. Exempelvis är strålningsreflekterande element belägna i punk- txvna 57 och 58 på motsatta sidan av filmen.

Såsom visats medelst strålarna i fig. 2 riktas strålar av den infraröda strålningen från ett flertal punkter, såsom punkten 5% mot filmytan inom ett brett spektrum av infallsvinklar, så att strålarna genomlöper ett flertal banor genom filmen, vilka banor bildar ett brett spektrum av banlängder. T.ex. följer en stråle från en av de små reflektorerna vid punkten 54 en bana 60 efter det att den träffat filmen under en liten infallsvinkel, varvid längden av banan 60 genom filmen icke är mycket större än filmtjockleken. En stråle från en annan reflektor träffar filmen under en medelstor infallsvinkel och genomlöper en längre bana 62 genom filmen. En stråle från ytterligare en annan reflektor infaller mot filmen under en stor infallsvinkel , och genomlöper en ännu längre bana BH genom filmen.

Man lägger märke till att den infraröda stràlen, som genomlöper banan 62 genom filmen 10, detekteras direkt medelst detektororganet UU. Den stråle som följer banan 60 genom filmen träffar reflektorer vid punkten 57 och âterriktas diffust, så att en del av den återrikta- de strålningen detekteras medelst detektorn, medan återstoden åter- riktas i andra riktningar. Den stråle som följer banan BH genom fil- men träffar reflektorer vid punkten 58 och återriktas mot en yta av filmen under ett brett spektrum av infallsvinklar, så att även de åter- ríktade strålarna genomlöper ett flertal banor genom filmen, vilka banor bildar ett brett spektrum av banlängder. En återriktad stråle följer en bana 66 genom filmen och återriktas en andra gång från en punkt 68 på den första sidan om filmen. _ Medan de strålar, som enligt fig. 2 går genom filmen från dess ena sida, lämnar filmen på dess motsatta sida, så är det uppenbart att såsom visats i fig. 3 nâgra av de infraröda strålarna, som träder in i filmen från den ena sidan av filmen, även kommer att lämna fil- men på samma sida som de inträder från. Exempelvis visas vid 70 att en stråle, som infaller mot undersidan av filmen, kan partiellt reflek- teras från undersidan, varvid en stråle lämnar filmen via en reflexions- bana. En strâle av den infraröda strålningen kan tänkas inträda i filmen via undersidan och reflekteras såsom visats vid 72 från ovan- sidan av filmen tillbaka genom filmen, varvid en stråle lämnar filmen via en ytterligare reflexionsbana. Sådana reflekterade strålar träf- far reflektorer såsom vid en punkt 7H och återriktas, så att de genom- löper banor av olika längder inuti filmen, såsom visats vid 76 och 78. 10 15 20 25 30 35 HO 11 447 164 Även om endast ett fåtal riktande och återriktande punkter med sina tillhörande reflexionselement kan visas i fig. 2 och 3, är det uppenbart att ett nästan oändligt antal små reflektorer är anordnade i ett nästan oändligt antal riktande och återriktande punkter hos de visade halvsfärytorna och att såväl den första som den andra strål- ningstypen detekteras på ett sådant sätt att detekterade komponenter av varje strâlningstyp adderas under i huvudsak alla möjliga fasvink- lar och så att komponenterna av vardera av de respektive strålningar- na vid var och en av de möjliga fasvinklarna närmar sig intensitets- likhet, då de detekteras.

Såsom visats i fig. 2 utträder en betydande andel av de strålar som infaller mot den ena sidan (undersidan) av filmen från den mot- satta sidan (ovansidan). En betydande del av de utträdande strålarna träffar reflektorer såsom vid punkten 58 och riktas tillbaka mot'den motsatta sidan (ovansidan) med infallsvinklar inom ett brett spektrum av infallsvinklar. Slutligen detekteras strålningarna medelst detek- tororganet UN, som är beläget ovanför den motsatta sidan.

Emellertid visar fig. H ett arrangemang för mätning av tjockleken av en film från enbart den ena sidan. Ett sådant arrangemang är an- vändbart, när den mätta filmen l0a exempelvis är anbragt eller avsatt på ett substrat 80. Återigen visas en anordning, som utnyttjar en halvsfärisk hålighet 36, som är anordnad inuti en aluminiumkropp 38, och en kollimator 32. Den primära reflektorn 3Ub innefattar en metall- kon med polerade ytor av likartad typ'som den som visats vid 3N i fig. l. urholkad på baksidan för att skapa utrymme åt en detektor 82. Detek- Emellertid är det i detta fall kännetecknande, att konen är torn 82 är ansluten till en kvotanalysator, och, om så önskas, till en ' indikerings- och styranordning på likartat sätt som hos arrangemanget - enligt fig. 1. Infraröda strålar riktas såsom från punkten SH mot filmytan med infallsvinklar inom ett brett spektrum av infallsvinklar, så att strålarna genomlöper ett flertal banor genom filmen, vilka banor bildar ett brett spektrum av banlängder. Strålar, som reflekte- ras från filmen, exempelvis vid gränsytan mellan filmen 10a och sub- stratet 80, och som icke träffar detektorn 82 och/eller konen 3Ub, träffar reflekterande element, såsom vid punkten BU, på den halvsfäris~ ka ytan och återriktas mot filmytan med ett brett spektrum av infalls- vinklar, så att även de återriktade strålarna kommer att genomlöpa ett flertal banor genom filmen, vilka banor bildar ett brett spektrum av banlängder. I andra avseenden fungerar arrangemanget enligt fig. H på likartat sätt som arrangemanget enligt fig. 1-3. .l Ü 20 75 30 35 UD 12 447 164 Hos arrangemangen enligt fig: 1-4 riktas de primära strålarna från infrarödstrålningskällan motlen primär reflektor, så att de re- flekterande elementen i de strålriktande punkterna belyses medelst infraröd strålning, som reflekterats från den primära reflektorn.

Vidare är kollimatorn och den primära reflektorn så anordnade att i huvudsak all den strålning från källan, som vunnit inträde till den omslutande konfigurationen, reflekteras medelst den primära reflektorn.

Hos andra arrangemang, exempelvis de som visats schematiskt i fig. 5 och 6, riktas en primär stråle från den infraröda strålningskällan genom filmen från dess ena sida för att belysa reflekterande element vid strâlriktande punkter på den motsatta sidan om filmen.

Såsom visats i fig. 5 riktas den primära strålen, representerad medelst en pil 86, längs en bana 88, som är förskjuten ett lämpligt avstånd från centrum av den sfäriska håligheten, som omslutes av de två halvsfärerna som visas vid 90 och 92. Efter passage genom.filmen lfl infaller strålen mot reflektorer såsom vid QH på ytan av halvsfären 92, varifrån strålningen riktas mot en yta av filmen med ett brett spektrum av infallsvinklar. För att lokalisera banan för den primära strålen 88 och den detektor som visas vid 96 kan insidan av den sfä- riska håligheten anses vara en speglande yta, och endast spegelreflek- terade strålar har visats i fig. 5. De visade hypotetiska spegelre- flekterade strålarna går genom filmen under ett flertal vinklar, och detektorn 86 är anbragt utanför varje bana för den antagna strålning- en, som skall överföras till detektorn via en föredragen vinkelrutt.

Emellertid har den sfäriska håligheten, såsom visats i fig. 5,.i själva verket diffust reflekterande insidor likartade med insidorna enligt fig. l~U, så att spegelreflexion från insidan av den sfäriska hålig- heten i huvudsak icke existerar. Följaktligen kan arrangemanget en- ligt fig. 5 approximativt förlänas med de samma funktionsegenskaper som de övriga, ovan beskrivna arrangemangen.

Ett arrangemang, som emellertid kan vara att föredra framför det som visats i fig. 5, utgöres av ett arrangemang, hos vilket den pri- mära strålen 86a riktas in i den sfäriska håligheten i form av en stråle parallell med filmen 10. Den strålning som först påverkas av filmen utgöres härvid av strålning som först har påverkats av åtmins- tone ett av de små strålningsreflekterande elementen såsom vid punkten sa, som är i stånd att sprida en betydande del av “förstagångsstrålningen". även om filmen i sig själv kan innehålla små spridande kroppar, Arrangemangen enligt fig. 5 och 6 utelämnar den primära reflektorn enligt fig. l-H såsom en separat attiralj. Den primära reflektorns funktion har i viss mån övertagits av de små reflektorerna såsom vid 10 15 20 25 30 35 H0 13 447 164 98 på insidan av den sfäriska hálígheten. Det typiska arrangemanget förväntas emellertid utnyttja en separat primär reflektor, vars egen- skaper på lämpligt sätt är anpassade till formen av den omslutande. konfigurationen såsom denna definieras medelst dess reflekterande element och till önskade instrumentegenskaperna. Såsom visats i fig. 7 kan den primära reflektorn ges formen av en halvsfär 3Hc, och vidare är det tänkbart att den kan ges formen av ett större eller mindre parti av en sfär eller en hel sfär. Återigen är det tänkbart att ytterligare andra primärreflektor- former förutom de som beskrivits i text och på ritning kan visa sig lämpliga, i synnerhet då håligheterna icke har halvsfärisk konfigu- ration utan är utformade såsom andra rotationsytor eller har annan form. Vidare kan man tänka sig att även om de typiska geometriska ut- formningarna som visats för de primära reflektorerna har spegelytor, medan håligheterna har diffust reflekterande ytor; så kan håligheterna såsom vid 36 och H0 åtminstone vid vissa applikationer ha spegelytor, medan primärreflektorerna 3H med gott resultat kan ha diffust reflek- terande ytor. I detta fall utgöres de strålningsreflekterande elemen- ten (ytelementen) vid de strålriktande och/eller strålåterriktande punkterna helt enkelt av oändligt små delar av en kontinuerlig spegel- yta, som mottager och reflekterar strålar från punkter på den diffust reflekterande ytan av den primära reflektorn.

Pig. 8 visar betydelsefulla konstruktionsdetaljer hos en utförings- form av det arrangemang som visats schematiskt i fig. 2 och 3. -Genom denna konstruktion anordnades ett instrument enligt uppfinningen att mäta ett parti av en film;]som avsynades kontinuerligt över en yta med en bredd av ungefär 25 mm i filmens tvärriktning och med en längd av ungefär 76 mm i filmens rörelseriktning, varigenom man åstadkom en s.k. "bandgeometrí" ("streak_geometry").

De halvsfäriska håligheterna 36 och H0 hade en diameter av unge- fär 76 mm. Kollimatorn 32 utgjordes av en såsom ett stycke utformad klunga av sexkantiga rör, som var svärtade, varvid speciell omsorg lades ned på att säkerställa att insidorna av rören, speciellt vid kollimatorns utgångsände, erhöll en mattsvart yta. Kollimatorn var anbragt gående genom en i huvudsak kvadratisk öppning 99 med sida lika med 19 mm med sin längdaxel sammanfallande med den ena halvsfärens 36 axel.' Den primära reflektorkilens 3Ua "basyta“ var kvadratisk med sida lika med ungefär 25 mm och var försedd med ett centralt, gänget hål för mottagande av en monteringsskruv 100 för fasthållníng av kilen 3Ua vid en tvärregel löll Tvärregelns 101 ändar är nedåtböjda, så att de bildar fästöron såsom vid 102, vilka är hålförsedda för att mottaga 10 15 20 25 30 35 H0 447 164 1* rutteríörsešda klërz?ruvar såsom vid 10k.

Stolparna 106 var vertikalt 'Tvärregeln var härvid fäst mellan ett par stolpar såsom vid 106. slitsade, så att när skruvarna lossades, kund tvärregeln 101 och här- vid den primära reflektorkílen 3Ua justeras uppåt eller nedåt. Experi- ment visade att bästa funktion erhölls, när ovansidan av kilen var belägen ungefär 5 mm nedanför halvsfärens 36 kantplan. De undre ändar- na av de platta metallstolparna 106 är inåtböjda för att bilda fäst- öron såsom vid 108, vilka var hâlförsedda för mottagande av monterings- skruvar såsom vid 110. Fästöronen 108 var anbragta ovanpå rörformiga distansstycken såsom vid 112, vilka hade säten inuti försänkta öpp- ningar i den aluminiumkropp som bildade halvsfären. Monteringsskru- varna utsträckte sig genom de rörformiga distansstyckena och in i en täckplatta llfi för källans hus för att hålla fast halvsfären i dess avsedda läge inuti huset lä (fig. 1). anbragta inuti öppningar 116 och 117, användes endast för att hålla Ett annat par skruvar, som var halvsfärens alumíniumkropp fast på plats, och deras huvuden var därför försänkta under hâlíghetens yta inuti försänkta öppningar.

I syfte att bättre bestämma den yta av filmen 10 som skulle mätas medelst instrumentet var en tunn, platt maskeringsplatta 118 av alu- mínium anbragt över kanten av den halvsfäriska kroppen, där den hölls på plats medelst spännstift 120, som passade i hål såsom visats vid 121. uaskeringspiattan 118 tjänade till att avmaska ett parti av den filmyta som avgränsades medelst den halvsfäríska rotationsytan för att blockera strålningens passage till och från filmytan med undantag för ett smalt, långsträckt parti av densamma. Såsom nämnts ovan var öpp- i maskeringsplattan 118 ungefär 76 mm lång i filmens rörelse-” För att ningen riktning och ungefär 25 mm bred i filmens tvärriktning. hindra främmande ämnen från att inträda i enheten var hela den cirkel- formiga öppningen, som definierades genom kanten av halvsfären 36, täckt medelst ett fönster 122 av arkformigt plastmaterial, som var väsentligen genomträngligt för de ínfraröda strålningsvâglängderna som alstrades medelst den infraröda strâlningskällan 18. Man kan lägga märke till att fönstret 122 var sträckt på likartat sätt som ett trumskinn över maskeringsplattan 118 och kanten av den halvsfäris- ka kroppen 38 och fasthölls medelst konventionella organ (icke visade).

Inuti den andra halvsfäriska kroppen H0 på motsatta sidan av det ark- eller bandformiga materialet var ett detektororgan monterat såsom bäst framgår av fig. 1, 8 och 9 i form av ett sandwich-liknande arrangemang inneslutet mellan två halvcirkelformiga aluminiumskivor l2U. platta var försänkt på insidan för bildning av ett urtag, inuti vilket Varje skiva hade en kvadratisk, genomgående öppning 126. Varje 10 20 25 30 H0 15 447 164 ett filter var monterat såsom visats vid 128. Staplat mellan de två aluminiumskívorna l2U befann sig ett stycke fiberplatta 130 med en monteringsöppning för mottagande av en strålningsdetektor 132, som var symmetriskt anbragt utefter den halvsfäriska hålighetens H0 axel.

Detaktorn 132 var helt enkelt fäst medelst ett bindemedel inuti öppningen hos det monteringsstöd som fiberplattan 130 utgör. Efter- som detektoröppningen 126 var mindre än filtren 128, tjänade fiber- plattan såsom en hållare för att kvarhålla filtren på plats. Den så bildade staplade enheten med detektororganet hölls ihop med skruvar såsom visats vid 134, av vilka några även var anbragta gående genom fästvinklar såsom vid 136. Fästvinklarna var i sin tur monterade ovanpå de rörformiga distansstyckena 112 och fästa medelst förhållande- vis långa skruvar 138 på likartat sätt som beskrivits ovan vad gäller monteringen av den primära reflektorn inuti den halvsfäriska kroppen Den halv- sfäriska kroppen H0, som innehåller detektororganet, var också maske- 38, som innehåller den primära reflektorn och kollimatorn. rad medelst en likadan maskeringsplatta lH0 som maskeringsplattan 118, och det hela var täckt medelst ett plastfönster 1Ul, allt på samma sätt som tidigare beskrivits för maskeringsplattan 118 och fönstret ' 122.

För att minska omfattningen av oönskad spridning och av sådan bakgrundsstrålning som tillâtes inträda i de halvsfäriska hâligheterna var de två maskeringsplattorna 118 och 1ü0 svärtade på utsidan på den sida som ligger närmast fönstren 122 och 141 och filmen 10, som var under mätning. Den motsatta sidan (insidan) av maskeringsplattorna samt utsidorna av de två halvcirkelformiga aluminiumskivorna l2U hade polerade ytor liksom även monteringsorganen hade i rimlig omfattning.

Dessa åtgärder förmodas betydligt öka effektiviteten av utnyttjandet av stràlningskällan och hjälpa till att i möjligaste mån möta det kriterium att komponenterna av var och en av de respektive strålning- arna vid var och en av de möjliga fasvinklarna approximativt har lika intensitet såsom de dètekteras medelst detekteringsorganet.

Det instrument som föreliggande uppfinning avser är konstruerat för att mäta verkningarna av strålningsabsorption inuti filmen och för att väsentligen_utes1uta fel härrörande från inteferenseffekter. Den enklaste form av interferens uppträder, när en del av en stråle av strålningen passerar genom filmen, medan en annan del reflekteras från båda ytor, varefter både den direkt överförda delen och den reflekterade delen återförenas för att bilda en enda stråle.

Ifall den reflekterade delen är 1800 (eller en udda multipel därav) fasförskjuten i förhållande till den direkt överförda strålen, 10 20 25 30 35 UU 447 164 W kan en fullständigt eliminerande interferens uppträdalhos de strålar som uppträder vid detektorn, så att amplituden av dem reflekterade delen i själva verket subtraheras från amplituden av den överförda delen. Ifall de två delarna av den uppträdande strålen är i fas med varandra (eller förskjutna 3600 eller en multipel därav) kan en inter- ferens med fullständig medverkan uppträda, varvid strâlen detekteras av detektorn, så att amplituderna av de tvâ delarna av strålen vid detektorn adderas till varandra. Vid mellanliggande fasvinklar kan olika grader av medverkande och motverkande ínterferens överväga.

När strålningens komponenter kan adderas under alla möjliga fas- vínklar, så att komponenterna vid var och en av de möjliga fasvinklar- na har lika intensitet, när de detekteras, så är interferenseffekten eliminerad. Ifall man betraktar den infraröda-strålningens fortplant- ningshastighet, så kan, vad gäller föreliggande uppfinning, ingen ur- 'skiljning göras mellan en fasvinkel ç mindre än 3600 och en större n 360°+ç (där n är ett godtyckligt helt tal), eftersom strålningar vid dessa fasvinklar detekteras såsom varanda i fas med fasvinkel = varandra. Åtminstone för vissa våglängd-filmtjocklek-kombinationer är det uppenbart, att förfarandet och anordningen enligt uppfinningen kan förlita sig pâ additionen av exempelvis en strâlningskomponent vid 360°+ç för att få den totala detekterade komponenten vid fasvin- keln ç att ha en intensitet lika med intensiteten av komponenter vid de övriga fasvinklarna.

Vid ett praktiskt mätarrangemang såsom det som visats i fig. 8 kan det inträffa att strukturella begränsningar icke medger att de detekterade komponenterna för varje strålning adderas vid varje fas- vinkel och att komponenterna av var och en av de respektive strål- _ ningarna vid var och en av de möjliga fasvinklarna händelsevis icke uppnår absolut intensitetlikhet såsom de detekteras medelst detekte- ringsorganet, i synnerhet när ett betydande filmtjockleksomrâde är involverat. Med ledning av föreliggande beskrivning är det emellertid möjligt att uppnå addition vid i huvudsak alla möjliga fasvinklar och att detektera komponenter av strålníngarna, så att de detekterade komponenterna vid var och en av de möjliga fasvinklarna inom rimliga gränser närmar sig intensitetlikhet för praktiska ändamål.

När sådana geometriska arrangemang som icke är fullkomligt per- fekta såsom det som visats i fig. 8 skall användas för ordinära kom- mersiella ändamål, kan många bristfälligheter hos geometrin kompenseras för genom användning av sådan smalbandig filterteknik som angivits i den amerikanska patentskriften 3 853 071, varvid s.k. “notched-filter" används. Pig. 10 illustrerar användningen av den patenterade tekniken 10 15 70 25 17 447 164 1 fig. 10 betecknar talet 150 en kurva, som visar de typiska transmissionsegen- skaperna för ett filter såsom filtret 2H (fig. 1), som utnyttjas vid alstrande av den ena strålningen såsom ett smalt band av våglängder, í ett typiskt tunnfilmsmätarrangemang enligt uppfinningen. som är utsatta för betydande absorption inuti filmmaterialet. Hänvis- ningstalet 152 avser en kurva, som visar de typiska transmissionsegen- skaperna för ett filter såsom filtret 26, som utnyttjas vid alstrande av den återstående av de första och andra strålningarna såsom ett par smala band ]52a och l5?b av våglängder, som upptager spektralområden på vardera sidan av och tätt intill det första smala bandet av våg- längder, varvid de strålningar som innefattar nämnda par av näralig- gande våglängder är betydligt mindre utsatta för absorption inuti fílmmateríalet än den första strålningen. l En kurva l5H visar transmissionskarakteristikan för filtren 128 (fig. 5, 6, 8 och 9) framför detektorn. detektorns 132 frekvens- eller våglängdskarakteristika.

En streckad kurva 156 visar Den syner- gístiska verkan av fílterkarakteristikan l5H och detektorns frekvens- karakteristika 156 ger ett resulterande passband från ll till 12, varigenom i betydande grad verkningarna elimineras av tillkommande strålning från instrumentets omgivning. Även om beskrivningen ovan och ritningen anger typiska metoder och anordningar för utövande av uppfinningen, förstår man, att denna beskrivning och denna ritning endast avser att exemplifiera och icke begränsa uppfinningen, eftersom uppenbarligen många modifikationer av de här beskrivna procedurerna och anordningarna kan göras utan att idên och ramen för föreliggande uppfinning frångås.

Claims (13)

447 164 16 Patentkrav
1. l. Anordning för mätning av en egenskap hos ett ark- eller bandformigt material, k ä n n e t e c k n a d av dels en strâlnings- källa för alstrande av infraröd strålning, som har en våglängd som är utsatt för absoroption inuti det ark- eller bandformiga materialet, dels organ för att rikta strålar av strålningen från ett flertal punk- ter mot en yta hos det ark- eller bandformiga materialet med infalls- vinklar fördelade inom ett brett spektrum av infallsvinklar, dels organ, som ligger i vägen för den strålning som lämnar det ark- eller bandformiga materialet och tjänar till att reflektera eller återrikta strålningen mot en yta hos det ark- eller bandformiga materialet, dels att de riktande och återriktande organen innefattar reflekterande yt- element, som bildar en omslutande konfiguration, som väsentligen av- gränsar ett ytområde av det ark- eller bandformiga materialet, dels en primär reflektor, som är belägen inuti den omslutande konfiguratio- nen, dels organ för att rikta en primär stråle eller ett primärt strål-' knippe av strålningen från källan mot den primära reflektorn, så att de reflekterande ytelementen i de strâlriktande punkterna belysas av infraröd strålning reflekterad från,den primära reflektorn, dels ett organ för detektering av en andel av strålningarna, som har lämnat det ark- eller bandformiga materialet och dels organ för åstadkommande av ett gensvar, som är kännetecknande för ark- eller bandegenskapen såsom en funktion av den detekterade strålningen.
2. 2. Anordning enligt patentkravet l för mätning av ett ark- eller bandformigt material, som tillåter en betydande del av de strål- ningar som infaller mot den ena sidan av arket eller bandet att utträda från den motsatta sidan, k ä n n e t e c k n a d av organ för att återrikta en betydande andel av de utträdande strålningarna tillbaka mot den motsatta sidan. _
3. 3. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n_n e t e c k n a d av ett kollimatororgan för parallellriktning av det primära strål- knippet av strålningen från källan, vilket strålknippe riktas mot den primära reflektorn, så att i huvudsak all den strålning från källan som vinner inträde till den omslutande konfigurationen reflekteras av den primära reflektorn.
4. M. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att den omslutande konfigurationen innefattar en rotationsyta och att de reflekterande ytelementen är bildade på rotationsytan. 447 164 19
5. 5. Anordning enligt patentkravet H, k ä n n e t e c k n a d av att de strâlríktande punkterna är belägna på en kontinuerlig mate- rialyta och att de strâlningsreflekterande ytelementen är bildade såsom en integrerad del av materialytan. "
6. 6. Anordning enligt patentkravet S, k ä n n e t e c k n a d av att den kontinuerliga materialytan utgöres av en diffust reflekte- rande yta och att den primära reflektorn har en speglande yta.
7. 7. Anordning enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att den kontinuerliga materialytan utgöres av en spegelreflekterande yta och att den primära reflektorn har en diffust reflekterande yta.
8. 8. Anordning enligt patentkravet H, k ä n n e t e c k n a d av att rotationsytan utgöres av en halvsfär. '
9. 9. Anordning enligt patentkravet H, k ä n n e t e c k n a d av organ för avmaskning av ett parti av det ytområde av filmen som begränsas av rotationsytan för attlflßdfifa passagen för strålningen mot filmens yta med undantag för ett smalt, längsträckt område av s densamma.
10. 10. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av organ för att även lokalisera infrarödstrålningsreflekterande yt- element till de strålningsåterriktande punkterna.
11. ll. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av organ för lokalisering av de strâlningsreflekterande ytelementen till båda sidor om filmen för att bilda omslutande konfigurationer, som väsentligen avgränsar ett område av filmen på dess båda sidor.
12. 12. Anordning enligt patentkravet ll, k ä n n e t e c k n a d av strålningsdetektororgan, som är så anordnade att strålning icke kan passera från källan till detektororganet utan att pâverkas av ett av de strålningsreflekterande elementen.
13. 13. Anordning enligt patentkravet ll, k ä n n e t e c k n a d av att vardera av de omslutande konfigurationerna innefattar organ som bildar en rotationsyta. lü. Anordning enligt patentkravet 13, k ä n n e t e c k n a d av att varje rotationsyta utgöres av en halvsfär.