DE2055708A1

DE2055708A1 - Verfahren und Gerat zur Unterdrückung von Interferenzfehlern bei Zweistrahl In frarotreflexionsmessungen an einer diffus reflektierenden Oberflache

Info

Publication number: DE2055708A1
Application number: DE19702055708
Authority: DE
Inventors: Donald C Columbus Ohio Brunton (V St A )
Original assignee: BRUN SENSOR SYSTEM Inc
Current assignee: BRUN SENSOR SYSTEM Inc
Priority date: 1969-11-28
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1971-06-03
Also published as: GB1367636A; US3693025A; DE2055708B2; JPS511135B1

Description

Nach dem bisherigen Stand der !Technik durchgeführte Infrarotmessungen an einem PiIm mit spiegelnder erster Oberfläche und diffuser oder lichtstreuender zweiter Oberfläche werden durch Interferenzfehler beeinträchtigt, die sich aus der relativen geometrischen Anordnung der Strahlungsquelle und der Strahlungsempfangssonde ergeben. Bisherige Verfahren, wie sie in dem U. S. Patent No. 3,01?»512 von Wolbert vom 16. Januar 1962 dargelegt sind, beziehen sich auf Reflexionsmessungen an einer spiegelnden Oberfläche! dort sind jedoch

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Patentanwälte Dipl.-lng. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

die Apparatur zur Strahlungsbündelerzeugung und Geräte zum Abtasten der reflektierten Strahlungskomponenten grundsätzlich erläutert und beschrieben, und das erfindungsgemäße Verfahren zur Interferenzfehlerunterdriickung läßt sich mit einer solchen Apparatur durchführen. In einer in der bisherigen Technik üblichen typischen Anordnung für spiegelnde Reflexion befindet sich die Strahlungssonde oder der Detektor in solcher geometrischer Beziehung zur Strahlungsquelle, daß die spiegelnd φ reflektierte Strahlung auf eine strahlungsempfindliche fläche der Sonde auftrifft, da diese Strahlungskomponenten eine erheblich stärkere Strahlungsintensität aufweisen, als irgendwelche diffus reflektierten Komponenten, die möglicherweise vorhanden sind. Eine solche Anordnung liefert bei der Messung Interferenzfehler, da zwischen den Strahlungskomponenten, die an der ersten und zweiten Oberfläche spiegelnd reflektiert werden, eine relative Phasenverschiebung auftritt. Dieser Interferenzfehler tritt auch bei Messungen an einem Film auf, * der eine diffuse zweite Oberfläche hat, wobei die Sonde so ' angebracht ist, daß sie primär die spiegelnd reflektierten Strahlungskomponenten gemäß bisherigen Verfahren und Geräten empfängt·

Das erfindungsgemäße Meßverfahren dient zur Interferenzfehlerunterdrückung bei Messungen an relativ dünnen Filmen, beispielsweise einem aus zwei Schichten bestehenden Produkt aus einem Film, der als Überzug auf einer Trägexfolie aufgebracht ist. In diesem Beispiel erzeugt die auf dem Film

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auftreffende Infrarotatrahlung an beiden Oberflächen reflektierte StrahlungBkomponenten und in einigen Fällen auch an der Trägerfolie reflektierte Komponenten. Dieses Meßverfahren läßt sich insbesondere dort anwenden, wo die Strahlung zu Beginn auf eine erste spiegelnde Oberfläche des Films auftrifft, während die gegenüberliegende oder zweite Oberfläche diffus reflektiert oder aber die Trägerfolie für Infrarotstrahlung, auch wenn diese Strahlung streuend ist, mindestens teildurchlässig ist. Ein Teil der einfallenden Strahlung wird von jeder der Oberflächen unter einem spezifischen Winkel spiegelnd reflektiert, während andere Anteile oder Komponenten der Strahlung von der zweiten Oberfläche oder von der Trägerfolie unter einer Reihe von Winkeln diffus reflektiert werden und nicht parallel zu den spiegelnd reflektierten Komponenten verlaufen. In der folgenden Beschreibung der Erfindung einschließlich den Ansprüchen soll der Ausdruck "diffus reflektiert" auch solche Strahlungskomponenten umfassen, die an der zweiten Oberfläche des Films oder an der Trägerfolie oder aber an beiden diffus reflektiert werden. Typische Materialien für eine solche Trägerschicht sind Folien, die für Infrarotstrahlung undurchlässig sind, oder Papier, das für die Strahlung streuend wirken kann und dadurch aus der so gestreuten Strahlung diffus reflektierte Strahlungskomponenten schafft. Ein organisches Material, etwa Polyäthylen, stellt oft den Film in den handelsüblichen Produkten dar; wenn ein solches Material als Schicht auf einer Trägerfolie mit diffuser Oberfläche

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aufgetragen wird» besitzt der resultierende FiIn eine spiegelnde freiliegende oder äußere Oberfläche (die im folgenden ale erete Oberfläche bezeichnet wird) und eine diffuse gegenüberliegende Fläche oder Grenzfläche (die im folgenden als zweite Oberfläche bezeichnet wird). Wenn die Trägerfolie aus einem streuenden Material besteht, kann diese Grenzfläche der Trägerfolie die einfallende Strahlung auch diffus reflektieren, und zwar zusätzlich zur diffusen Reflexion an der eigentlichen iyägerfolie. Eine Strahlungsquelle _tt die ein erstes und zweites Strahlenbündel mit verschiedenen Wellenlängen im Infrarotbereich, erzeugt, wobei das eine Strahlenbündel für das Material . ties Films Resonanzabsorption zeigt oder mindestens stärker absorbiert wird, weist eine solche Stellung gegenüber dem Film auf, daß die Strahlenbündel unter einem Einfallswinkel auf der ersttn Oberfläche des Filme auftreffen. Dabei wird ein Teil jedes Strahlenbündele an der ersten Oberfläche reflektiert, während ein anderer Anteil durch den Film hindurchgeht und an der zweiten Oberfläche reflektiert oder durch das unterhalb der zweiten Oberfläche befindliche Material gestreut wird. Sie ander zweiten Oberfläche reflektierten Komponenten oder die an der Trägerfoli« gestreuten Komponenten treten aus der ersten Oberfläche des Films aus, sind jedoch diffus reflektiert oder gestreut, wobei ein beträchtlicher Anteil nicht mit den an der ersten Oberfläche spiegelnd reflektierten Komponenten parallel läuft* Eine strahlungsempfindlich^ Sonde oder tin'Strahlungen detektor ist unter einem Winkel so zur Strahlungsquelle aus-

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gerichtet, daß die spiegelnd reflektierte Strahlung auf der Strahlungsempfangsfläche der Sonde nicht auftrifft. Die Sonde tastet also nur jene Strahlungskomponenten ab, die diffus reflektiert oder gestreut sind, weshalb die Messung durch Interferenzfehler nicht beeinflußt wird. Ein elektronischer Signalanalysatorkreis mit geeigneter Ausgabevorrichtung ist mit der Sonde Terbunden und liefert eine Anzeige des 711mparameters oder aber ein Steuersignal für eine automatische Prozeßsteuerung.

Die Erfindung läßt sich folgendermaßen zusammenfassen» Interferenzfehlerunterdrückung bei Infrarotreflexionsmessungen an einem film mit einer diffus reflektierenden Oberfläche erfolgt durch ein Verfahren und Gerät, das eine solche geometrische Anordnung der Apparatur verwendet, daß nur diffus reflektierte Strahlungskomponenten ausgewählt und spiegelnd reflektierte Strahlungskomponenten, die Interferenzfehler erzeugen wurden, ausgeschaltet werden. Eine spezifische Anwendung dieses Meßverfahrens betrifft ein aus zwei Schichten bestehendes Produkt, bei dem ein aus infrarotdurchlässigem Material bestehender film auf einer !Prägerfolie oder Substratschicht aufgebracht ist, wobei die Grenzfläche diffus ist* Eine Strahlungsquelle erzeugt und richtet zwei Infrarotstrahlenbündel mit diskreten Wellenlängen unter einem Einfallswinkel auf eine freiliegende, spiegelnde Oberfläche des Ulms, wobei sowohl an der spiegelnden Oberfläche als auch an der diffusen Grenzfläche reflektierte Strahlungskomponenten erzeugt werden.

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Nur die diffus reflektierten Komponenten der einfallenden Strahluiigsbündel werden jedoch durch eine Strahlungsempfangssonde abgetastet) die in einer besonderen geometrischen Anordnung ausgerichtet iet, so daß nur die diffus reflektierten Strahlungskomponenten auf einer Strahlungsempfangsfläche der Sonde auftreffen· Auf diese Weise werden Interferenzfehler ausgeschaltet, da die spiegelnd reflektierten Strahlungskomponenten auf der Btrahlungsempfangsflache der Sonde nicht auftreffen.

.Is folgt nun eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Interferenzfehlerunterdrückung bei Messungen an einem Ulm mit einer diffus reflektierenden Oberfläche anhand der Zeichnung· Sie Zeichnung ist eine schematische Darstellung eines Zweistrahl-Inirarotraeßgerätee, mit dem nur diffus reflektierte Strahlung abgetastet wird» um den zu Fehlern führenden Interferenzeffekt der an der ersten Oberfläche spiegelnd reflektierten Strahlung auszuschalten.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung von Interferenzfehlern ist in der Zeichnung schtmatisch ein Zweistrahl-Infrarotreflexionsmeßgerät 10 und ein Doppelschicht-Materialstreifen gezeigt, der aus einer Trägerfolie oder Substratschiebt B und einem auf deren Ob»rfläche aufgebrachten 111m oder Beschichtung C besteht. In diesem Beispiel sollen die Trägerfolie B und die Beschichtung C einen Teil eines langgestreckten Bands darstellen» das im

Längsschnitt gezeigt ist und nach einem Verfahren hergestellt

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wurde, bei dem der PUm oder das den Film bildende Material auf einer Oberfläche der Substratfolie fest aufgebracht wurde, bo daß eine einheitliche Struktur entstand. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und Gerät soll ein Parameter das lila« C festgestellt werden, beispielsweise die Filmdicke d. Die Bestimmung eines spessiellen Filmparameters, etwa der Dicke, hat letztlich den Zweck, eine Möglichkeit für eine kontinuierliche Verfahrenssteuerung zu schaffen, beispielsweise eine Steuerung der Dicke d des Films C beim Aufbringen auf der j Trägerfolie B. Die Trägerfolie B besteht aus eines Material, wie Papier oder einer Folie, die für Infrarotstrahlung undurchlässig ist, und besitzt eine diffuse Oberfläche D an der Grenzfläche mit dem Film C; diese Oberfläche D erzeugt eine diffuse Beflexion der Strahlung oder kann, falle es sich um eine strahlungsstreuende Trägerfolie handelt, auch Rückstreuung oder simulierte diffuse Beflexion in der Trägerfolie erzeugen. Der Film C besteht aus einem tür Infrarotstrahlung durchläse!- * ■ gen Material, beispielsweise einem organischen Polyäthylen, und besitzt eine spiegelnde Außenfläche S. M

Das Gerät zur Erzeugung der beiden Infrarotstrahlenbündel und zum Abtasten der reflektierten Komponenten jedes strahl· ist in der Zeichnung nur schema-ciach dargestellt, da die einzelnen .bauelemente in der Technik bekannt sind, einschließlich einer Zweiatralil-InfraiOtstrahlungsquelle 10, einer etrahlungsempfindlichen Sonde 11 und einem Signalyerstärker- und Analysatorkreis 12. Die Strahlungsquelle 10 kann &

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zwei diskrete Infrarotstrahlenbündel mit den zugehörigen Wellenlängen A₁ und A2 erzeugen und diese beiden Strahlenbündel unter einem Einfallswinkel auf die spiegelnde Oberfläche S des Films C richten, so daß die Strahlenbündel an der spiegelnden Oberfläche und an der diffusen Oberfläche G reflektiert oder von dem streuenden Trägermaterial gestreut werden. Im vorliegenden Beispiel haben die beiden Strahlenbündel den gleichen Strahlengang, wobei die Strahlungsquelle die beiden _Ä Strahlenbündel in zeitlich getrennter Folge erzeugt, so daß

Im'' ·

sie abwechselnd auf dem Film auftreffen· Der eingezeichnete Strahlengang gilt für beide Strahlenbündel und dient zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterdrückung von Interferenzfehlern. In dem Ü. S. Patent No. 3»089»382 ist ein Beispiel einer Zweistrahlapparatur gezeigt, die zur Erzeugung der beiden zeitlich getrennten Strahlenbündel für Eeflexionsmeßverfahren verwendet werden kann, wie in dem erwähnten U. S. Patent No. 3»017,512 dargelegt ist. In dieser Apparatur ist eine Infrarotstrahlungsquelle, die polychroma- ^f tische Strahlung erzeugt, so angeordnet, daß sie die emittierte Strahlung auf ein zu prüfendes Objekt richtet? dabei läuft die Strahlung durch Filterelemente, die abwechselnd in den Strahlengang eingebracht werden, um dadurch die beiden Strahlenbündel mit verschiedenen Wellenlängen zu erzeugen. Diese Filterelemente sind Bandpaßfilter mit einem Durchlaßbereich für ein erwünschtes WellenlängenSpektrum; sie werden mechanisch in den Strahlengang eingebracht, beispielsweise durch

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rotierende Scheiben, um dadurch zwei zeitlich getrennte Strahlenbündel einer monochromatischen Strahlung zu erzeugen. Die Wellenlänge des jeweiligen Durchlaßbereichs jedes Filterelement s hängt von dem spezifischen ülmmaterial und der zu messenden Eigenschaft oder dem Parameter einer speziellen VersuchBauordnung ab, und wird so gewählt, daß der eine Strahl, der Bezugsstrahl mit der Wellenlänge A₁, vorzugsweise durch das Material nicht absorbiert wird, während der andtre Strahl, der Ab sorption s strahl, eine Wellenlänge (\g hat, die eine charakteristische Resonanzabsorption aufweist. Der Bezugsstrahl braucht nicht vollständig absorptionsfrei zu stin, nur soll seine Absorption erheblich geringer sein als die des Absorptionsstrahls. Die beiden Strahlenbündel laufen also aufgrund der Absorption des einen Strahls nicht gleichartig durch den Film hindurch, und dieser Unterschied läßt eich durch eine geeignete Detektorvorrichtung für eine Ausgabe verwerten.

Die strahlungsempfindliche Sonde 11 bildet mit- der Strahlungsquelle 10 einen bestimmten Winkel, so daß nur diffus reflektierte Strahlungskomponenten auf die strahlungsempfindliche Fläche der Sonde auftreffen. Spezielle Kennwerte der Sonde 11 lassen sich dadurch bestimmen, daß die jeweiligen Strahlungswellenlängen in einer besonderen Versuchsanordnung untersucht werden; als Sonde kann eine Sperrschichtphotozell· oder ein Photowiderstandeelement verwendet werden· Beide Arten von Sonden enthalten Klemmenanschlüese, die eine Verbindung zu einer elektrischen Verstärkerschaltung herstellen, und die

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Kennwerte des Detektors oder der Sonde dienen dazu, am Auegang des Verstärkers ein Signal zu erzeugen. Dieses verstärkte Ausgangssignal wird dann entsprechenden Verstärkerschaltungen

14 und 15 eingespeist, die auf die mit den beiden spezifischen Strahlenbündeln zusammenhängenden Signalkomponenten ansprechen. Die Ausgangssignale der beiden Verstärkerschaltungen 14 und 15 werden dann einem Verbaltnisanalysator 16 eingespeist, dessen Ausgang ein Signalausgabegerät 17, etwa ein Anzeigegerät,

^ betreibt. Andererseits kann das Ausgangssignal des Verhältnisanalysators 16, was hier nicht gezeigt ist, auch zum Betrieb einer Prozeßsteuereinheit dienen. Die abwechselnde Signalführung vom Verstärker 13 zu den Verstärkerschaltungen 14 und

15 wird durch einen elektronischen Schalter 18 gesteuert, der in zeitlichem Zusammenhang mit der Quelle 10 arbeitet, die die beiden diskreten Strahlenbündel erzeugt. Beispielsweise kann der zur Steuerung der Filter verwendete Mechanismus ein Signal liefern, das den Schalter 18 synchron betätigt. Eine leitungsführung für dieses Schaltsignal ist schematisch bei 19

™ angedeutet. In Anbetracht der ausführlichen Darlegung des Strahlungsgenerators und Detektors in dem U. S, Patent No. 3,089,382 soll die im vorstehenden gegebene kurze Beschreibung für die > Darlegung des erfindungsgemäßen Interferenzunterdrückungsverfahrens ausreichen.

Beide Strahlenbündel haben den gleichen Strahlengang und treffen auf der spiegelnden ersten Oberfläche S des Filme C auf, wobei ein Teil der Strahlung spiegelnd reflektiert

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wird. Die Richtung des einfallenden Strahle ist in der Zeichnung durch den Buchstaben I angedeutet, während der an der ersten Oberfläche spiegelnd reflektierte Anteil der Strahlung mit E bezeichnet ist· 33er Einfallswinkel O₁ und Eeflexionswinkel Θ_Γ bezüglich einer Senkrechten zur Oberfläche S am Auftreffpunkt der Strahlung sind ebenfalls in der Zeichnung eingezeichnet. An der spiegelnden Oberfläche S wird nicht die · gesamte einfallende Strahlung reflektiert, sondern ein Teil des Strahlenbündele tritt in den PiIm C ein und trifft auf die Jj diffuse zweite Oberfläche 33. Obwohl der Film 0 normalerweise aus einem Material besteht, dessen Brechungsindex von dem des umgebenden Raums zwischen der Quelle 10 und dem PiIm abweicht, sind Auswirkungen einer Brechung in der Zeichnung nicht eingezeichnet und ai^ch nicht näher erläutert, da beide Strahlenbündel gleichartig beeinflußt werden und sich der Einfluß der Brechung daher aufhebt, zumal jedes den Film verlassende Strahlenbündel in den gleichen Saum zurücktritt. 33er auf der zweiten Oberfläche D auftreffende Anteil der Strahlung wird diffus reflektiert, so daß eine Vielzahl von Strahlungskomponenten, die allgemein mit E_d bezeichnet sind, divergierend zur Oberfläche S zurücklaufen. Die diffus reflektierte Strahlung mag eine Strahlungskomponente E_ds enthalten, die unter einem Reflexionswinkel austritt, der mit dem Einfallswinkel übereinstimmt, weshalb diese Strahlungskomponente parallel zur spiegelnd reflektierten Strahlung R_ verläuft. Ein beträchtlicher Anteil der diffus reflektierten Strahlung verläuft jedoch auf

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Bahnen mit Reflexionswinkeln, die mit dem .Reflexionswinkel «_r der spiegelnden Reflexion nicht übereinstimmen. Ein relativ großer Anteil der diffus reflektierten Strahlung verläuft auf Bahnen mit Reflexionswinkeln, die größer als Ö_p sind. Einige Bahnen der diffus reflektierten Strahlung sind in der Zeichnung nur zur Erläuterung der diffusen Reflexion dargestellt und

.,,. . sollen keine genaue Wiedergabe der tatsächlich reflektierten

Strahlung oder der Intensität der unter irgend welchen Winkeln

5"-. reflektierten Strahlungskomponenten sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die strahlungsempfindliche Sonde 11, wie schon erwähnt wurde, geometrisch so zur reflektierten Strahlung orientiert, daß spiegelnd .reflektierte Strahlung R_n auf die strahlungsempfindliche Fläche der Sonde nicht auftrifft. Dieses Verfahren begrenzt die abgetastete Strahlung auf jene Strahlungskomponenten, die an der zweiten Oberfläche D diffus reflektiert wurden, wobei die Sonde, wie . die Zeichnung zeigt, so angebracht ist, daß nur solche diffus

α reflektierten Strahlen abgetastet werden, deren Reflexionswinkel größer als ©_r der spiegelnden Reflexion ist. Dadurch, daß nur diffus reflektierte Komponenten jedes Strahlenbündels abgetastet werden, vermeidet man Meßfehler, die durch Interferenz zwischen Strahlkomponenten auftreten können, die eine relative Phasenverschiebung aufweisen, wie sie zwischen den an der ersten Oberfläche spiegelnd reflektierten und den diffus reflektierten Komponenten vorhanden ist. Hierfür wird die strahlungsempfindliche Sonde 11 unter eintm solchen Winkel

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zur Strahlungsquelle 10 angebracht, daß die Empfangaflache der Sonde nicht bis in den Raum hineinreicht, durch den die spiegelnd reflektierten Komponenten E₈ verlaufen. Die spezifische Winkelbeziehung für eine jeweilige Versuchsanordnung ist durch die räumlichen Abmessungen der Sondenempfangsfläche und durch das diffuse Reflexionemuster so festgelegt, daß maximale Ansprechempfindlichkeit erreicht wird. Ersichtlicher*- weise gibt die Zeichnung die geometrischen Beziehungen der verschiedenen Strahlungskomponenten nicht den tatsächlichen Verhältnissen entsprechend wieder, da die spiegelnd reflektierten Komponenten R₈ und Rg₈* deren paralleler Abstand von der Dicke des Films C abhängt, in Wirklichkeit viel dichter beieinander liegen, da die üblichen Filme sehr dünn sind· Hinsichtlich praktischer Messungen dieser Mime würde der Detektor 11 bo angebracht, daß diffus reflektierte Komponenten mit einem kleineren Reflexionswinkel als ©_r nicht auf dem Detektor auftreffen· Obwohl die Zeichnung nur zweidimensional ist, breitet sich die diffus reflektierte Strahlung ersichtlicherweise dreidimensional aus, was jedoch das Verfahren zur Ausrichtung der Sonde 11, die nur auf diffus reflektierte Strahlung ansprechen soll, nicht beeinflußt·

Das trfindungsgemäße Verfahren eignet aloh insbesondere für Messungen des Parameters eines film« 0, der au· «inem organischen Material, etwa Polyäthylen, besteht. Di· Mtßtrgebnisse für einen Parameter eines Polyäthylenfilii· hängen von den spezifischen Wellenlängen A₁ und X₂ für den Besugeetrahl

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und den Absorptionsstrahl ab, und es zeigte eicht daß die Sicke des Films C bei der Bestimmung der Wellenlängen für optimale Ergebniese ebenfalls berücksichtigt werden muß. Für dicke Polyäthylenfilmt von mehr als 0,00125 cm (0,0005 Zoll) bis etwa 0,025 cm (0,010 Zoll) liegt die bevorzugte Absorptionswellenlänge im Bereich von 2,30 - 2,60 Mikron (al), wobei die Bezugswellenlänge, die keine Absorption aufweist, vorzugsweise so gewählt wird, daß sie in der Nähe der Absorptionswellen-

mk länge liegt, im vorliegenden Beispiel also bei 2,25 - 0,02yu. Für relativ dünne Polyäthylenfilme mit Dicken von weniger als 0,0025 cm (0,001 Zoll) liegt die optimale Wellenlänge für Absorptionsstrahlung bei 3,45 - 0,02/U, wobei die in der Nähe liegende Bezugswellenlänge entweder bei 2,65 - 0,02 xl oder bei 3,75 i 0,02yu liegt. ,

!Die vorstehende ausführliche Beschreibung bezieht sich insbesondere auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel; dieses Meßverfahren kann jedoch auch, wie schon erwähnt wurde, in solchen Fällen verwendet werden, bei

^ denen die Trägerfolie für Infrarotstrahlung teildurchläseig ist, die Strahlung jedoch streut· Im Zusammenhang mit Messungen •ines auf einer streuenden Trägerfolie aufgebrachten Films ist leicht zu ersehen, daß hierbei Strahlungskomponenten vorhanden sind, die in sahireichen verschiedenen Sbenen oder tiefen innerhalb der Trägerfolie diffus gestreut oder reflektiert werden, ähnlich der dargestellten diffusen Reflexion an der Grtnaflache. Eine geeignet· Ausrichtung dtr Strahlungs-

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sonde, wie schon beschrieben, bewirkt» daß nur jene Streustrahlungskomponenten abgetastet werden, die aus der ersten oder spiegelnden Oberfläch· des Films unter anderen Winkeln austreten als dem Reflexionswinkel für spiegelnde Reflexion, wobei Interferenzfehler in gleicher Weise rermieden werden. Im Falle gestreuter Strahlung ist es notwendig, Fehler auszuschalten, die durch Absorption des Bezugs- oder Absorptionast rahl β (oder beider Strahlen) im Trägermaterial entstehen. Hierfür werden für jedes Strahlenbündel solche Wellenlängen β gewählt, die im Trägermaterial nicht absorbiert werden. Wenn eine solche Wellenlängenauswahl nicht durchführbar ist, kann man die Wellenlängen so wählen, daß beide Strahlenbündel im Trägermaterial gleiche Absorption aufweisen, oder aber man wählt die Wellenlängen so, daß das Absorptionsyerhältnis für jedes Strahlenbündel im Film und im Substratmaterial wesentlich verschieden ist.

Das vorliegende Meßverfahren zur Interferenzfehlerunterdrückung bei Infrarotmessungen eignet sich insbesondere ^ für Filme oder Beschichtungen, deren zweite reflektierende Oberfläche diffus reflektiert oder deren Trägerfolie aus einem streuenden Material besteht, das diffuse Streuung erzeugt (für den Zweck des rorliegenden Meßverfahrens eine effektive diffuse Reflexion), wobei das vorliegende Verfahren bei Filmen mit einer relativ glatten oder spiegelnden zweiten Oberfläche ziemlich unwirksam ist. Reflexionsmessungen, bei denen nur diffus reflektierte oder diffus rückgestreute Komponenten '

verwendet werden, vermeiden Interferenzfehler, die aus einer relativen Phasenverschiebung eines Strahlenbtindels oder Komponenten eines solchen Strahlenbündels resultieren· Durch geeignete Ausrichtung der Strahlungssonde unter solchem Winkel, daß spiegelnd reflektierte Strahlung nicht auf der Empfangsfläche der Sonde auftrifft, werden Interferenzfehler vermieden. Durch Auswahl geeigneter Wellenlängen für den Absorptions- und Bezugsstrahl läßt sich weiterhin die Genauigkeit von Reflexionsmessungen an Polyäthylenmaterial.verbessern.

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Claims

PATENIAIiSPRUCHE

1·) Zweistrahlverfahren bei Infrarot-Eeflexionsmeesungen zur Bestimmung eines Parameters eines strahlungsdurchlässigen Films, wobei auf dem Film auftreffende Strahlung sowohl spiegelnd als auch diffus reflektiert wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(A) Erzeugen erster und zweiter Infrarotstrahlenbündel verschiedener Wellenlängen, wobei das eine Bündel so gewählt ist, daß es erheblich mehr Absorption im Filmmaterial aufweist als das andere Bündel, und Ausrichten der Strahlenbündel auf den Film unter einem Einfallswinkel gegenüber einer ersten spiegelnden Oberfläche des Films, wobei Komponenten jedes Strahlenbündels von der ersten Oberfläche unter einem einzigen bestimmten Winkel reflektiert werden, während andere Komponenten jedes Strahls in den Film eintreten und diffus reflektiert werden, so daß sie dann den Film unter einer Reihe von Auetrittewinkeln einschließlich dem bestimmten Winkel verlassen;

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(B) Abtasten durch eine strahlungsempfindliche Sonde lediglich jener Komponenten jedes Strahlenbündels, die unter anderen Winkeln als dem bestimmten Winkel diffus reflektiert werden» und Erzeugen eines Signals, das mit der Größe jedes auf diese Weise abgetasteten Strahlenbündels zusammenhängt, und

(0) Bestimmung des Verhältnisses der Signale jedes Strahlenbündele, so daß daraus eine Anzeige des Filmpara-W . meters geschaffen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur solche Komponenten der diffus reflektierten Strahlung abgetastet werden, deren Reflexionswinkel größer als der bestimmte Winkel ist.
3« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen an einem Polyäthylen-Film mit einer Sicke φ_: von mehr als 0,00125 cm (0,0005 Zoll) durchgeführt werden, wobei die Wellenlängen der verwendeten Strahlung im Bereich von 2,30 - 2,60 Mikron ( xx.) liegen, wobei das eine Strahlenbündel für Polyäthylen-Material Absorption aufweist, während das ander· Strahlenbündel, dessen Wellnlänge nahe bei der Wellenlänge des ersten Bündels liegt, keine Absorption aufweist. '
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des anderen Strahlenbündele bei 2,25 - 0,02/i liegt.

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5. Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen an einem Polyäthylenfilm mit einer Dicke von weniger als 0,0025 cm (O₉OQI Zoll) durchgeführt werden, wobei als Wellenlänge für das eine Strahlenbündel, das für Polyäthylenmaterial Absorption aufweist, 3»45 * 0,02 /α. gewählt wird, während das andere Strahlenbündel, dessen Wellenlänge nahe bei der Wellenlänge des ersten Bündels liegt, keine Absorption aufweist.
6· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Strahlenbündels entweder 2,65 - 0,02yu oder 3,75 - 0,02 xl ist.
7. Gerät zur Durchführung von Zweistrahl-Infrarot-Reflexionsmessungen eines Parameters eines strahlungsdurchlässigen Films, wobei die auf dem Film auftreffende Strahlung sowohl spiegelnd als auch diffus reflektiert wird, gekennzeichnet durch

(A) eine Strahlungsquelle (10), die ein erstes und zwei» ' tee Infrarotstrahlenbündel mit entsprechenden verschiedenen Wellenlängen erzeugt, wobei das eine Strahlenbündel so gewählt ist, daß es im Filmmaterial erheblich stärker absorbiert wird als das andere Bündel?

(B) Vorrichtungen, um die Strahlenbündel unter einem Einfallswinkel auf eine erste spiegelnde Oberfläche

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205570g j

dee Films zu lenken, wobei Komponenten jedes Strahlen- \

bündeis von der ersten Oberfläche unter einem einzi- ';

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gen, bestimmten Winkel spiegelnd reflektiert werden, )

' < während andere Komponenten Jedes Strahlenbündelβ in

den Film eintreten und diffus reflektiert werden, j

so daß sie dann den I¹Hm unter einer Reihe von Aus- /

trittswinkeln einschließlich dem bestimmten Winkel f;

Terlassenj |

(C) eine etrahlungsempfindliche Sonde (11) im Strahlen- \

gang der reflektierten Komponenten des Strahlenbün- I

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dels, die unter einem solchen Winkel ausgerichtet 1

ist, daß sie nur solche Komponenten abtastet, die ^{

unter anderen als dem bestimmten Winkel der spiegeln- -

den Reflexion diffus reflektiert werden, wobei die \

■ .'■■'. i

■ ' ' ■ ' ⁱ

Sonde ein betreffendes Signal erzeugt, das mit der j

Größe jedes auf diese Weise abgetasteten Strahlen-

bündeis zusammenhingt, und '

(D) Torrichtungen, die auf die betreffenden, auf diese i Weise für jedes Strahlenbündel erzeugten Signale / ansprechen und*ein Ausgangssignal erzeugen, das ein Verhältnis der Signal« darstellt und eine Anzeige

für einen ParaaeteT de« film« liefert.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dal die Sonde so angebracht ist, daß sie nur jene Anteil· der Strahlungskomponenten abtastet, die unter Winkeln diffus

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reflektiert werden, die größer als der bestimmte Winkel der spiegelnd reflektierten Strahlungskomponenten sind.
9. Gerät nach Anspruoh 7, dadurch gekennzeichnet, dafl die Wellenlänge des ersten Strahlenbündelβ für Polyäthylenmaterial Absorption aufweist und so gewählt ist, dafl sie im Bereich von 2,30 - 2,60 Mikron (yu) liegt, wobei die Wellenlänge des zweiten Strahlenbündels relativ nahe bei der Wellenlänge des ersten Strahlenbündels liegt·

10» Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des zweiten Strahlenbündels bei 2,25 - 0,02 ja liegt.

11· Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des ersten Strahlenbündels für Polyäthylenmaterial Absorption aufweist und bei 3,45 ~ 0,02 λι liegt, : während die Wellenlänge des zweiten Strahlenbündels relatir

nahe bei dieser Wellenlänge des ersten Bündels liegt.

12· Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß , ' die Wellenlänge des zweiten Strahlenbündels bei 2,65 - 0,02,U ^::·' oder bei 3,75 - 0_f02yu liegt.

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