专利名称：用于确定透射和/或反射特性的测量方法和测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定优选大面积半透明的对象的透射和/或反射特性的光学测量方法。该光学测量方法尤其是能够应用于在制造被表面涂层的衬底时的工艺和质量控制。此外，本发明的主题是适用于执行本发明方法的光学测量设备。
背景技术：
在制造用于光电池的被涂层的半透明材料、例如配备有导电层的衬底时，对衬底的透明和反射特性的控制首先在将太阳辐射转化成电时获得最佳效率方面是有意义的。在此，也以名称HAZE或大角度散射已知的浑浊度是重要的特征值。浑浊度按照国际标准ASTM D 1003被规范为穿透半透明对象的光的以下百分比分量，所述百分比分量在对象中在其传播方向上被偏转超过2. 5°并且因此在贯穿对象时例如由于表面粗糙度而从对准的射线束中散射出。根据ASTM D 1003,半透明对象的浑池度能够通过以下方式确定，即对象被定位在乌布利希球的光入射口之前并且从与乌布利希球相对的对象侧被照射，使得照射光透射所述对象并且进入乌布利希球中。在乌布利希球中集成光电探测器，所述光电探测器接收穿透的光并且转换成测量信号。在此，该光电传感器的探测方向与对象表面的法线围成预先给定的角度，所述法线同时形成测量轴。在与此不同的同样在标准ASTM D 1003中预先给定的测量方法中，使用乌布利希球本身作为照明装置。借助于乌布利希球，利用漫射光照射定位在乌布利希球的光出射口之前的对象。在该情况下，光电探测器位于对象的与乌布利希球相对的另一侧上。在后者情况下，在乌布利希球之内设置光阱，所述光阱可被激活并且在激活状态下遮挡光的对准的分量，使得该对准的分量不到达光电探测器。利用光阱的交替激活或去活，确定两个不同的透射值。这些值之一提供漫透射的尺度Tdiffus，其中光由于对象的影响而以角度>2. 5°被散射，另一值提供总透射的尺度Tttrtal，其中不通过对象进行光散射或者仅以角度S 2. 5°散射。从这两个值中根据函数HAZE = Tdiffus/Tt()tal*100%的函数来确定对象的浑浊度。在DE 100 10 213 B4中描述了一种“尤其是用于在连续工艺中监控质量的测量设备”，所述测量设备按照光谱学的原理工作。该测量设备具有带有乌布利希球的测量头，所述乌布利希球用于漫射地照射测量对象。利用该装置可以顺序地测量照射光穿过对象的总透射和照射光在对象表面处的反射。在DE 10 2009 040 642 B3中描述了一种用于测量透明、散射测量对象的光学特征参量的方法和一种用于执行该方法的设备，尤其是被设置用于内联测量(inline-Messung)板状或带状衬底的不同透射和反射值，所述衬底在涂层设备中被配备透明层。
在最后所述的方法中也借助于乌布利希球利用漫射光来照射测量对象。穿透测量对象的光借助于两个光电探测器同时检测，所述光电探测器的探测方向相互不同，其中在两个探测方向之一中借助于光阱抑制直接对准光电探测器的辐射。利用该方法和用于执行该方法的设备可以同时地确定漫透射Tdiffus和总透射Ttotal。附加地，存在两个其他光电探测器，其中一个检测对象表面之一的漫射的光反射，另一个检测对象表面之一的总光反射。与在制造大面积被涂层的衬底时的工艺和质量控制相关联地，经常需要以小的技术耗费不仅确定漫透射和总透射而且确定在衬底的两个表面处的光反射，也即在被涂层的衬底表面处的反射以及在未被涂层的衬底表面处的反射。利用根据现有技术可用的方法和设备不能满足该需要。
发明内容
因此，本发明所基于的任务是说明不再具有现有技术的前述缺点的方法和至少一种设备。
根据本发明，按照在权利要求I中所说明的方法步骤来进行对大面积半透明对象的透射和反射特性的测量，尤其是在制造大面积被涂层的衬底时的内联工艺和质量控制。因此，在本发明方法的第一变型方案中利用仅仅两个辐射漫射光的照明装置和两个光电探测器进行所述测量，其方式是
-利用照明装置中的第一照明装置照射对象的第一大面，并且在此同时利用与对象相对的第一光电探测器测量总透射和利用位于该大面的侧上的第二光电探测器测量在该大面处的反射，和然后
-用另一照明装置照射对象的与第一大面相对的第二大面，并且在此同时利用第二光电探测器测量漫透射和利用第一光电探测器测量在该大面处的反射。在本发明方法的可替代变型方案中，同样利用仅两个辐射漫射光的照明装置和两个光电探测器进行所述测量，其方式是
-利用照明装置中的第一照明装置照射对象的第一大面并且在此利用第一光电探测器测量总透射，和
-利用第二照明装置照射对象的与第一大面相对的第二大面，并且在此利用第二光电探测器测量漫透射。进行补充的可选的测量，其方式是
-利用第一照明装置照射对象的第一大面并且在此利用第二光电探测器测量在该大面处的反射， -利用第二照明装置照射对象的第二大面并且在此利用第一光电探测器测量在该大面处的反射。在两个变型方案中，两个或四个方法步骤的序列分别形成一个测量循环，利用所述测量循环来确定关于大面积半透明对象的一个区域的透射和反射特性。在测量循环内的方法步骤的顺序可以任意地改变并且匹配于各自的测量任务。形成测量循环也处于本发明的范围中，所述测量循环仅仅涉及确定两个透射值Tdiffus和Tttrtal或者确定对象的相对表面的反射特性。在测量循环期间所检测的测量值被传送给具有分析软件的计算机，所述计算机与信息输出装置连接，所述信息输出装置不仅提供为漫透射和总透射所确定的值而且提供为两个表面的反射特性所确定的值以用于评估或进一步处理，例如用于已经讲述的Tdiffus/Ttotal*100%与浑浊度的HAZE值的逻辑联结。本发明方法的显著优点在于，可以以相比于现有技术更小的技术耗费确定透射和反射特性，这适用于两个方法变型方案。两个照明装置和两个光电传感器关于彼此固定地被定位。关于对象，将照明装置之一和光电探测器之一在空间上分配给对象的第一大面，而将另一照明源和第二光电探测器在空间上分配给相对的大面，而且使得在对象的一侧上的照明装置和光电探测器分别与对象的另一侧上的另一照明装置和第二光电探测器相对。在此，这些照明装置优选地位于共同的轴(在本发明的意义上被称为测量轴)上，该轴是对象的所述大面的法线。这些照明装置总是交替地被接通，使得为了透射测量而分别仅透射两个大面之一或为了反射测量而分别仅照射两个大面之一。 作为光电探测器使用方向敏感的光电探测器。为了获得或者放大方向敏感性，可以分别在光电探测器之前布置方向敏感的光学系统。两个光电探测器的探测方向相互和相对测量轴倾斜地取向。在本方法的一种优选的扩展方案中，两个探测方向和测量轴相互倾斜，使得它们相交于一点。该交点有利地可以被安置为，使得该交点在对象内处于对象的所述两个大面之间。光电探测器之一的探测方向在此被取向为，使得该探测方向为了反射测量总是指向对象的一个大面以及为了测量漫透射而指向与对象相对的光阱，所述光阱遮蔽照射光的直接对准的分量，所述照射光从位于相对的对象侧的照明装置射到对象上并且穿透该对象。另一光电探测器的探测方向在此被取向为，使得该探测方向为了反射测量总是指向对象的另一大面以及为了测量总透射而指向与对象相对的、对照射光进行反射的面，所述面不遮蔽所述照射光的直接对准的分量。此外，测量轴和第一光电探测器的探测方向处于第一测量平面中，而测量轴和第二光电探测器的探测方向处于第二测量平面中。这两个测量平面根据本发明被安置为，使得这两个测量平面优选地围成角度α幸180°，特别优选地围成角度α = 90°，以便防止在反射测量时第一光电探测器的探测方向对准光阱并且因此仅仅测量照射光的漫射分量的反射。因此仅对于其中漫射分量的反射的值是感兴趣的测量任务选择角度α =180。。作为照明装置，优选地使用分别具有集成光源的乌布利希球。在此，乌布利希球对于对象的两侧居中地定位在测量轴上。两个光电探测器的探测方向相反地对准分别相对的乌布利希球。本发明方法除了针对不同类型的对象的一般应用可能性以外特别有利地适用于直接在制造被表面涂层的衬底时的质量控制。为此，衬底从两个照明装置旁边移过。在此，在时间上相继的、周期性重复的测量循环中获得衬底区域的所描述的光学特征值，所述衬底区域的空间扩展从移动方向观察通过在各个测量阶段中照射持续时间之和、通过在各个测量阶段之间的时间间隔之和以及通过衬底所移动的速度来确定。为了使分别要测量的衬底区域的该空间扩展尽可能�。诿扛霾饬垦纺谟叛〉仄瞪凉鄄馐降卣丈涑牡祝沟没竦迷诓饬砍中奔浜统牡滓贫俣戎涞淖罴驯壤�。利用本发明方法可以按照国际标准ASTM D 1003的预设来测量透射特性。此外，本发明的主题是一种用于执行本发明方法的光学测量设备。该测量设备原则上包括
-乌布利希球形式的第一照明装置，从所述第一照明装置穿过光出射口的漫射光对准对象的第一大面，
-乌布利希球形式的第二照明装置，从所述第二照明装置穿过光出射口的漫射光对准对象的与第一大面平行相对的第二大面，
-光电探测器，所述光电探测器的探测方向穿过两个光出射口指向位于第二照明装置的内壁处的光阱，所述光阱遮蔽照射光的直接对准的分量， -另一光电探测器，该另一光电探测器的探测方向穿过两个光出射口指向第一照明装置的对光进行反射的内壁。在此，每个乌布利希球具有可接通和关断的光源并且两个光源与用于交替地接通的控制电路连接，其中
-每个照明装置具有可接通和关断的光源，所述光源与用于交替地接通的控制电路连接，其中
-为了测量漫透射和/或为了测量在大面处的反射接通第一照明装置中的光源，
-为了测量总透射和/或为了测量在大面处的反射接通第二照明装置中的光源，和其
中
-光电探测器至少在光源的接通持续时间期间与分析电路连接。这些光电探测器优选地集成在分别分配给它们的乌布利希球的内壁中。在特别优选的实施形式中，在乌布利希球中存在参考光电探测器，为了获得参考信号所述参考光电探测器的探测方向对准各自的乌布利希球的反射内面。此外，在乌布利希球内设置屏蔽装置，所述屏蔽装置防止光从光源直接射入用于获得测量值的光电探测器以及射入用于获得参考值的光电探测器。此外，两个光电探测器的探测方向和大面的法线有利地相互倾斜，使得它们具有共同的交点，所述交点在对象内处于两个大面之间。该法线在此构成关于两个探测方向的测量轴。优选地，两个光电探测器的探测方向与法线或测量轴分别围成角度8° ，使得满足标准ASTM D 1003的预设。尤其是在获得反射值方面，第一和第二光电传感器的探测方向处于不同的测量平面中，例如处于围绕法线相互错开90°的测量平面中，以便防止在反射测量时第一光电探测器的探测方向对准光阱并且因此仅仅测量照射光的漫射分量的反射，如下面还要借助于实施例阐述的那样。尤其是对于本发明的在对象和测量设备之间设置相对移动的实施形式，以与对象的能够实现畅通无阻的相对移动的距离来布置乌布利希球的光出射口。
下面借助于实施例详细阐述本发明。在所属的附图中图I以通过测量轴、两个光电探测器之一的探测方向和大面积单侧涂层的衬底的移动方向所处于的平面的截面示出本发明测量设备的原理图，对于所述衬底应该周期性地测量浑浊度和被涂层的以及未被涂层的大面的反射特性，
图2按照图I但是以通过测量轴和另一光电探测器的探测方向所处于的平面的截面示出本发明测量设备的原理图，同时衬底的移动方向垂直地伸展到图平面中。
具体实施例方式在图I中象征性地示出带状的半透明的对象1，这里例如是衬底，在内联涂层设备中所述衬底在其大面2处被配备透明的导电层。对象I在此不断地在方向R上移动并且如从图I可以看出，在此紧接着涂层工艺而通过本发明的测量设备。质量控制在这里所选择的例子中应该涉及对被涂层的对象的透射特性的测量和评估，并且涉及对对象I的被涂层的大面2以及未被涂层的大面3的反射能力的测量。所述质量控制被周期性地执行，而衬底带连续地从测量设备旁边移过。 为了确定透射特性，可以应用按照国际规范ASTM D 1003的测量方法，其中应当测量总透射的分量Tttrtal,该分量不仅包括照射光的对准的透射而且包括漫透射，并且应当测量漫透射的分量Tdiffus,该分量仅包括照射光的漫射分量。如此确定的透射值Tdiffus和Ttrtal接着可以按照函数Tdiffus/Ttotal*100%被进一步处理成浑浊度的HAZE值。两个大面2、3的反射特性应当分别借助于所反射的照射光来评价。图I以通过光电探测器4、其探测方向D4、测量轴5 (该测量轴同时是大面2、3的法线)、和对象I的移动方向R所处于的平面的截面来示出本发明的测量设备。探测方向D4与测量轴5优选地围成角度β =8°，由此满足所述国际规范的预设。不同的角度尺度当然是可能的，但是提供不同的测量结果。以与大面2的距离al来布置被实施为乌布利希球的发射漫射光的照明装置7的光出射口 6，所述照明装置用于从被涂层的大面2照射对象I。以与大面3的距离a2与对象I相对地布置同样被实施为乌布利希球的发射另一漫射光的照明装置9的光出射口 8。该照明装置被设置用于从大面3照射对象I。距离al和a2被保持得尽可能小。这些距离仅仅大到使得可以发生对象I相对于两个照明装置7、9的畅通无阻的移动。光源10被集成到照明装置7中，光源11位于照明装置9中。两个光源10、11例如被实施为可短时间接通的大功率LED，并且为了接通的目的而与在图中未示出的控制电路连接。在照明装置7中设置光阱15，光电探测器4的探测方向D4对准所述光阱。为了能够评价从照明装置7、9射出并且射到各自的大面2、3上的照射光的特征的失真并且在测量结果中予以考虑，所述失真的原因例如是在由于距离al、a2而导致的外来光杂散中，在两个照明装置7、9中存在参考光电探测器12和13，它们的探测方向D12、D13对准各自照射装置7、9的反射内壁。参考光电探测器12、13的信号输出端同样如光电探测器4、14的信号输出端那样与未示出的分析电路连接。光电探测器4和参考光电探测器12、13被定位为，使得从直接方向不能射入光源IOUl的光。必要时可以设置屏蔽装置，以便避免这样的直接光射入和从而避免测量结果失真。图2示出图I的截面A-A。从图2中再次可以看出对象1(但是这里在其带宽上)、测量轴5、与测量轴5对称布置的照明装置7和9、在对象I与光出射口 6和8之间的距离al、a2。对象I的移动方向这里垂直地伸展到图平面中。为了一目了然起见，放弃了实际上在照明装置9中可见的光电探测器4和光源11以及实际上在照明装置7中可见的参考光电探测器12的图示。但是在图2中可以看出在该平面中集成到照明装置7中的光电探测器14和其探测方向D14，所述探测方向指向相对的照明装置9的内面。如从图I和图2的概观中可看出的那样，测量轴5和探测方向D4处于图I所示的平面中，而测量轴5和探测方向D14处于图2所示的平面中。两个平面形成围绕测量轴5相互旋转90°的测量平面。参考探测方向D12和D13这里仅示例性地处于图I的平面中。本发明测量方法在其第一变型方案中利用所述设备如下被执行，其中所述两个方法步骤的次序可以任意地预先给定 -利用照明装置中的第一照明装置9照射对象I的大面3，其中同时利用光电探测器14测量总透射和利用光电探测器4测量在该大面3处的反射，
-利用第二照明装置7照射对象I的与第一大面相对的第二大面2，其中同时利用第二光电探测器4测量漫透射和利用光电探测器14测量在该大面2处的反射。本发明测量方法的第二变型方案可以利用所述设备如下被执行，其中所述四个方法步骤的次序可以任意地预先给定，其中涉及反射测量的两个最后所述的方法步骤是可选的
-借助于第一照明装置9透射对象I并且在此利用第一光电探测器14测量总透射，
-利用第二照明装置7透射对象I并且在此利用第二光电探测器4测量漫透射，
-利用第一照明装置9照射对象I的第一大面3并且在此利用第二光电探测器4测量在该大面3处的反射，
-利用第二照明装置7照射对象I的第二大面2并且在此利用第一光电探测器14测量在该大面2处的反射。如进一步在上面已经描述的那样，在两个方法变型方案中的方法步骤分别形成一个测量循环。在该测量循环期间由两个光电探测器4和14所检测的测量值被传送给具有分析软件的计算机，在所述计算机中例如通过Tdiffus/Tt()tal*100%与浑浊度的HAZE值的逻辑联结，来评价或者进一步处理为漫透射和总透射以及为两个大面2、3的反射特性所确定的值。附图标记列表
1对象
2大面
3大面
4光电探测器
5测量轴
6光出射口
7照明装置
8光出射口
9照明装置10光源
11光源
12参考光电探测器 13参考光电探测器
14光电探测器
15光阱
权利要求
1.一种用于测量尤其是大面积半透明对象(I)的透射和反射特性的光学测量方法，优选地能应用于在制造被表面涂层的衬底时的工艺和质量控制，其中 -利用两个辐射漫射光的照明装置(7，9)和两个光电探测器(4，14)进行所述测量，其方式是或者 -利用照明装置中的第一照明装置(9)照射对象(I)的第一大面(3)，并且在此同时利用第一光电探测器(14)测量总透射和利用第二光电探测器(4)测量在该大面(3)处的反射，和然后 -利用第二照明装置(7)照射对象(I)的与第一大面相对的第二大面(2)，并且在此同时利用第二光电探测器(4)测量漫透射和利用第一光电探测器(14)测量在该大面(2)处的反射， 或者顺序地以任意顺序 -利用照明装置中的第一照明装置(9)照射对象(I)的第一大面(3)并且在此利用第一光电探测器(4)测量总透射， -利用第二照明装置(7)照射对象(I)的与第一大面相对的第二大面(2)并且在此利用第二光电探测器(4)测量漫透射。
2.根据权利要求I所述的光学测量方法，其中在顺序地测量的情况下附加地 -利用第一照明装置(9)照射对象(I)的第一大面(3)并且在此利用第二光电探测器(4)测量在该大面(3)处的反射，和/或 -利用第二照明装置(7)照射对象(I)的第二大面(2)并且在此利用第一光电探测器(14)测量在该大面(2)处的反射。
3.根据权利要求I或2所述的光学测量方法，其中 -两个照明装置(7，9)和两个光电传感器(4，14)关于彼此固定地定位， -关于对象(I)，在空间上给对象(I)的第一大面(3 )分配一个照明装置(9 )和一个光电探测器(4)并且在空间上给相对的大面(2)分配另一照明源(7)和第二光电探测器(14)，和-总是交替地接通照明装置(7，9)，使得分别仅照射两个大面(2，3)之一。
4.根据前述权利要求之一所述的光学测量方法，其中使用方向敏感的光电探测器(4，14)或者在光电探测器(4，14)之前分别布置方向敏感的光学系统。
5.根据前述权利要求之一所述的光学测量方法，其中作为照明装置(7，9)使用分别具有集成光源(10，11)的乌布利希球。
6.根据前述权利要求之一所述的光学测量方法，其中 -使对象(I)从两个照明装置(7，9)旁边移过， -在移动方向R上 -通过各自的照射持续时间， -通过在各个测量之间的时间间隔，和 -对象(I)的移动速度 确定在测量期间所测量的对象区域的空间扩展，和 -周期性地重复测量，以测量多个对象区域。
7.根据前述权利要求之一所述的光学测量方法，其中按照国际标准ASTMD 1003的预设来进行透射特性的测量。
8.根据前述权利要求之一所述的光学测量方法，其中从总透射和漫透射的测量结果中按照函数HAZE = Tdiffus/Tt(rtal*100%来确定对象(I)的浑浊度的HAZE值。
9.一种用于确定大面积半透明的对象(I)的透射和反射特性的光学测量设备，所述对象优选是被涂层的衬底形式，所述对象不断地从测量设备旁边移过，所述光学测量设备包括 -被实施为乌布利希球的第一照明装置(9)，从所述第一照明装置穿过光出射口(8)的光对准对象(I)的第一大面(3)， -被实施为乌布利希球的第二照明装置(7)，从所述第二照明装置穿过光出射口(6)的光对准对象(I)的与第一大面相对的大面(2)， -方向敏感的光电探测器(4)，其探测方向(D4)穿过两个光出射口(6，8)指向位于第二照明装置(7)的内壁处的光阱(15)， -方向敏感的光电探测器(14)，其探测方向(D14)穿过两个光出射口(6，8)指向第一照明装置(9)的反射内壁，其中 -探测方向(D4，D14)处于相互不同的测量平面中。
10.根据权利要求9所述的光学测量设备，其中 -每个照明装置(7，9)具有可接通和关断的光源(10，11)，所述光源与用于交替地接通的控制电路连接，其中 -为了测量漫透射和/或为了测量在大面(3)处的反射接通第一照明装置(9)中的光源(11)， -为了测量总透射和/或为了测量在大面(2)处的反射接通第二照明装置(7)中的光源(10)，和其中 -光电探测器(4，14)至少在光源(10，11)的接通持续时间期间与分析电路连接。
11.根据权利要求10所述的光学测量设备，其中光电探测器(4)集成到第一照明装置(9)的内壁中并且光电探测器(14)集成到第二照明装置(7)的内壁中。
12.根据权利要求10或11所述的光学测量设备，其中 -在照明装置(7，9)中为了获得照射光的参考信号而分别存在参考光电探测器(12，13)，和 -在照明装置(7，9)内设置屏蔽装置，所述屏蔽装置防止光从各自的光源(10，11)直接入射到光电探测器(4，12，13，14)中。
13.根据权利要求9至12之一所述的光学测量设备，其中光电探测器(4)的探测方向(D4)、光电探测器(14)的探测方向(D14)和大面(2，3)的法线相互倾斜，其中它们优选地具有共同的交点，所述交点在对象(I)内位于两个大面(2，3)之间。
14.根据权利要求13所述的光学测量设备，其中两个光电探测器(4，14)的探测方向(D4，D14)分别与法线围成卢=8。的角度。
15.根据权利要求13或14所述的光学测量设备，其中探测方向(D4，D14)所处于的相互不同的测量平面围绕法线相互错开角度α = 90°。
16.根据权利要求9至15之一所述的光学测量设备，其中照明装置(7，9)的光出射口(6,8)以与对象(I)的距离(al，a2)布置，所述距离能够实现在对象(I)和照明装置(7，9)之间的畅通无阻的相对移动。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定优选大面积半透明的对象的透射和/或反射特性的光学测量方法。该光学测量方法尤其是能够应用于在制造被表面涂层的衬底时的工艺和质量控制。此外，本发明的主题是用于执行本发明方法的光学测量设备。根据本发明，确定透射和反射特性，其方式是顺序地利用第一照明装置照射对象的第一大面并且在此利用光电探测器(14)测量总透射，利用第二照明装置照射对象的与第一大面平行相对的第二大面并且在此利用光电探测器(4)测量漫透射，并且可选地利用第一照明装置照射对象的第一大面并且在此利用光电探测器(4)测量反射，和/或利用第二照明装置照射对象的第二大面并且在此利用光电探测器(14)测量反射。
文档编号G01N21/958GK102818787SQ201210187979
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月8日 优先权日2011年6月9日
发明者J.马格拉夫, P.兰帕特 申请人:卡尔蔡司微成像有限责任公司
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