DE10143602A1 - Einrichtung zur meßtechnischen Bewertung von reflektierenden Objekten, insbesondere von reflektiven Anzeigen - Google Patents

Abstract

Da die eingeführte BRDF-Messung nur Aussagen über die physikalischen reflektiven Eigenschaften des Objekts im durch kollimierte Bestrahlung definierten Messpunkt liefert, jedoch keinerlei Bewertung des visuellen Eindrucks der mehr oder weniger diffus beleuchteten Oberfläche des Objekts erlaubt, wie sie ein menschlicher Beobachter wahrnehmen würde, wird ein variabel (kontrollierbar) aus unterschiedlichen Richtungen der Hemisphäre beleuchteter Messfleck allein durch ein optisches System definiert, welches auf das interessierende Element in der reflektierenden Fläche gerichtet ist, um diesen kleinen Bereich - gegebenenfalls über Lichtleiter, Reflektoren oder einen Linsenabschnitt - auf Detektoren abzubilden. Für einen möglichst variablen, vielseitigen Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die konkave Fläche der Hemisphäre zweckmäßigerweise nicht geschlossen integral ausgeführt, sondern in Form einer raumstabilen, etwa in ein Trägernetzwerk eingesetzten Anordnung von vorzugsweise hexagonal berandeten, gelocht vollflächigen oder durchbrochenen, scheibenförmigen Segmenten, die austauschbar mit Lichtquellen bzw. mit Absorbern oder Reflektoren und mit Linsen bestückbar sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Eine derartige Einrichtung ist aus der US 5,313,542 A zum Messen der sogenannten Streuindikatrix oder BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) bekannt. In einer aufwendig ausgestatteten Apparatur wird durch ein spezielles Lichtleitersystem das im Messfleck reflektierte Licht aufgenommen und aufgrund der eindeutigen Zuordnung der Fasern an beiden Endflächen direkt ein Bild der Richtungsverteilung der Reflexion (also der reflektierten Intensität als Funktion der Betrachtungsrichtung auf den Messpunkt) erzeugt. Ein solches Lichtleitersystem hat in diesem Fall etwa die Form einer Zwiebel, wobei die einzelnen Lichtleitfasern am dickeren Ende radial auf den Messpunkt ausgerichtet sind (d. h. senkrecht auf einer Kugelschale stehen) und dort mit ihren Endflächen auf der konkaven Kugelschale etwa einer Hemisphäre liegen. Hier werden die vom Messpunkt reflektierten Lichtstrahlen aufgenommen. An den gegenüberliegenden Enden sind die Lichtleitfasern mit ihren Endflächen in einer Ebene angeordnet, wobei - im Gegensatz zu den Verhältnissen bei dem ungeordneten Lichtleiterbündel nach DE 198 26 409 A1 - eine fertigungstechnisch festgelegte, eindeutige Zuordnung zwischen der Richtung der Faser am Eintrittsende und dem Ort in der ebenen Austrittsfläche am anderen Ende besteht. Die am ebenen Ende dieses Lichtleitersystems entstehende Darstellung der Richtungsverteilung des reflektierten Lichts wird von einem zweidimensionalen Detektor-Array (z. B. von einer elektronischen Kamera) zur Speicherung und Weiterverarbeitung aufgenommen. Maßgeblich für jene Messungen ist, daß das unter dem Pol der Hemisphäre im Sphären- Mittelpunkt liegende reflektierende Objekt mittels eines kollimierten Strahles aus einer externen Laserquelle beleuchtet wird. Diese Beleuchtung definiert den Punkt auf der Oberfläche, in dem das Reflexionsverhalten des Objektes erfaßt wird. Dazu wird die von diesem, alleine durch die Beleuchtung definierten, Punkt ausgehende räumliche Reflexionsverteilung (also die BRD-Funktion) von den Detektoren über die Lichtleiter aufgenommen. Die Ausführung des Lichtleitersystems muß dafür die korrekte Zuordnung zwischen Einfallsrichtung und Austrittsort sicherstellen. Wenn der zur Beleuchtung spekulare Strahl die Dynamik der Messung stört, wird er über eine Lichtfalle in Spiegelrichtung zur aktuellen Bestrahlung der Oberfläche ausgeblendet. Im übrigen wird der angestrahlte Punkt auf dem Objekt von den Detektoren über ihre Lichtleiter aus allen Richtungen des Halbraumes simultan erfaßt, so daß die Reflexionsintensitäten in allen Raumrichtungen gleichzeitig vermessen, nämlich als flächiges Richtungsbild dargestellt werden, ohne dafür teurer da apparativ sehr aufwendiger Positioniermechanismen oder Linsensysteme wie im Falle eines mechanischen oder eines konoskopischen Goniometers zu bedürfen. Aber auch das in jener Vorveröffentlichung beschriebene, zwiebelförmig gestaltete Lichtleitersystem wird am Markt in einer Preiskategorie angeboten, die durchaus mit den Kosten eines optimierten Linsensystemes vergleichbar ist.
• In jener Publikation wird beiläufig erwähnt, das Objekt auch über einen der Lichtleiter beleuchten zu können; aber so etwas wird vom Fachmann sogleich als nicht in Betracht kommend verworfen, denn die stark von Null verschiedene numerische Apertur der dann zur Beleuchtung verwendeten Lichtleitfaser würde zu einer größerflächigen Beleuchtung des Objektes unter verschiedenen Einfallswinkeln an verschiedenen Orten seiner Oberfläche führen und deshalb - mangels nur "punktförmiger" Beleuchtung der Oberfläche des Objektes aus einer einzigen definierten Richtung - die BRDF-Messung zumindest stark verfälschen oder sie sogar unmöglich machen.
• Die BRDF-Messung liefert also Aussagen über die physikalischen reflektiven Eigenschaften des Objekts im Messpunkt. Das ermöglicht jedoch noch keinerlei Bewertung des visuellen Eindrucks der beleuchteten Oberfläche des Objekts, wie sie ein menschlicher Beobachter wahrnehmen würde, z. B. den Kontrast einer auf dem Objekt dargestellten Information. Das ist hauptsächlich darin begründet, daß visuelle Anzeigen (d. h. Displays) normalerweise nicht mit einem einzigen parallelen Strahl beleuchtet werden (dieser Sonderfall tritt nur an völlig wolkenlosen klaren Tagen durch direkte Sonnen-Beleuchtung auf), sondern eher durch eine Mischung unterschiedlicher Beleuchtungsintensitäten aus unterschiedlichen Richtungen des Halbraums, wobei der Kopf des Betrachters eine erhebliche Abschattung bewirken kann.
• Außerdem ist es in der Praxis von Interesse, die Beleuchtungsgeometrie vor Ort, beim Messobjekt, zu kontrollieren, nämlich gezielt und reproduzierbar variieren zu können. Dadurch kann die Meßapparatur an reale Beleuchtungsverhältnisse angepaßt werden, wie sie im jeweiligen Anwendungsfall vorliegen. So ist die Beleuchtung eines Computermonitors durch den Arbeitsplatz und dessen Gestaltung gegeben. Andererseits sollte die Beleuchtung der Anzeige in einem tragbaren elektronischen Gerät durch mehrere mögliche, typische Umfeldgegebenheiten von fast ideal kollimiert - wie im Sommer unter klarem Himmel - bis fast ideal diffus - im Winter bei Nebel auf der Piste - repräsentiert werden können.
• Vorliegender Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, in Erkenntnis dieser Zusammenhänge die gattungsgemäße Einrichtung dahingehend weiterzubilden, daß die meßtechnische Beurteilungsmöglichkeit den realen visuellen Gegebenheiten hinsichtlich blickrichtungsabhängiger Reflexionserscheinungen besser entspricht, und solche Messungen mit einer flexibler einsetzbaren Apparatur unter reproduzierbaren realistischen Beleuchtungsgegebenheiten insbesondere etwa für den mobilen Einsatz in der Fertigung, am Einsatzort der Anzeige oder in der Arbeitsmedizin durchführen zu können.
• Die Aufgabe ist gemäß der Merkmalsangabe im Hauptanspruch dadurch gelöst, daß das Objekt gezielt und kontrolliert aus möglichst vielen unterschiedlichen Richtungen des Halbraums "diffus" beleuchtet wird. Aus der so beleuchteten Fläche, die deshalb größer ausfällt als der für die Messung interessierende Messfleck, wird über refraktiv oder reflektiv abbildende optische Systeme nur die Abstrahlung von einem darin gelegenen kleinen Flächenelement (dem sogenannten Meßfleck) aufgenommen, dessen Ausdehnung allerdings signifikant größer ist als bei der infolge Bestrahlung mit einem kollimierten sehr dünnen Strahl nur punktförmigen Aufnahme der BRD-Funktion.
• Dieser variabel (kontrollierbar) aus unterschiedlichen Richtungen beleuchtete Meßfleck ist also allein durch jene Empfänger-Optik definiert. Bei solchen abbildenden Systemen handelt es sich vorzugsweise um Konvergenzlinsen, die auf das interessierende Element in der reflektierenden Fläche gerichtet sind, um diesen kleinen Bereich - gegebenenfalls über Lichtleiter - auf die Detektoren abzubilden. Die Aufnahme des im Messfleck reflektierten Lichts erfolgt in der Mantelfläche eines Hohlkugelabschnittes, nachstehend auch als Hemisphäre bezeichnet, in der die Linsen (die im folgenden begrifflich auch Abbildungssysteme anderer Art umfassen sollen) sowie die Strahler oder Reflektoren zur kontrollierten Beleuchtung des Objektes angeordnet und alle auf den Messfleck am, unter dem Pol in einer Querschnittsebene liegenden, Objekt ausgerichtet sind.
• Eine direkte Einstrahlung in die Empfänger über Spiegelreflexionen auf der glatten Oberfläche des Messobjekts wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch vermieden, daß in direkter Spiegelrichtung zum jeweiligen Empfänger (d. h. in unter gleichem Neigungswinkel um 180° verdrehter Richtung) keine selbst strahlende oder reflektierende Lichtquelle angeordnet ist. Der Winkelbereich um diese spekulare Richtung herum, innerhalb dessen auch keine auf den Meßfleck gerichtete direkte oder reflektive Lichtquelle angebracht sein soll, wird durch die Details der Empfänger-Optik bestimmt.
• Die Linsen der Empfänger, die den Messfleck auf die Detektoren abbilden, können dies direkt tun, oder aber durch Lichtleiter. Dabei können die Linsen selbst diskret vorliegen und z. B. in Bohrungen in einer Halbkugelschale untergebracht sein, oder sie können aus dem transparenten Material der Kugelschale selbst geformt sein. Die Abbildung des Messflecks in den Detektor kann in einem bestimmten Vergrößerungsverhältnis oder mittels eines kollimierten Strahls erfolgen, wobei dann die effektive Öffnung der Linse, deren Brennweite und die Größe des Detektors (oder der aktive Durchmesser des Lichtleiters) die Messfleckgröße bestimmen.
• Wird das im Messfleck reflektierte Licht von den abbildenden optischen Systemen in Lichtleiter eingekoppelt, können diese Lichtleiter wieder mit ihren anderen Enden so zusammengefaßt werden, daß die Endflächen in einer Ebene liegen und daß in dieser Ebene eine eindeutige Zuordnung zwischen Empfänger-Faser-Richtung und Ort in der Austrittsebene besteht. Eine bevorzugte Zuordnung ist dadurch gegeben, daß der Neigungswinkel des Empfängers durch den Abstand zur Mitte der ebenen Austrittsfläche repräsentiert ist und der Drehwinkel erhalten bleibt. Durch eine solche Zuordnung entsteht (insoweit wie im Fall des zwiebelförmigen Lichtleitersystems aus US 5,313,542 A) an der ebenen Austrittsfläche direkt das Bild der Richtungsverteilung des im Messfleck reflektierten Lichts.
• Die Beleuchtung des Objektes erfolgt also nicht mehr kollimiert wie bei der BRDF- Messung, sondern im oben definierten Sinne "diffus", also in unterschiedlichen Richtungen aus der Hemisphäre, nämlich unmittelbar von darin verteilt angeordneten, auf das Objekt gerichteten Quellen oder mittelbar durch Reflexionen an der etwa vom Äquator der Sphäre her angestrahlten konkaven inneren Oberfläche der Hemisphäre. In letzterem Falle weist die Reflexionsfläche zweckmäßigerweise keine exakte Hohlkugelform auf, sondern einen parametrisierten parabolischen oder elliptischen Querschnitt oder unterschiedlich geneigte ringförmig umlaufende Flächenbereiche, um die eingestrahlte und dann reflektierte Beleuchtung möglichst vollständig auf das Objekt zu konzentrieren; zur Erleichterung des Verständnisses wird nachfolgend trotz möglicherweise abweichender Form dennoch allgemein von einer "Hemisphäre" gesprochen. Für die indirekte, konkav reflektierte Beleuchtung kann ein Kranz von schräg einstrahlenden Lichtleiterenden oder von Einzelleuchten etwa längs des Sphärenäquators angeordnet sein; oder wenigstens eine kreisbogenförmig gebogene Leuchtstoffröhre dient als Lichtquelle für die ungerichtete indirekte Beleuchtung des Objektes. Andererseits ist es im Rahmen vorliegender Erfindung auch möglich, über eine externe optische Einrichtung, etwa nach Art eines Parabolspiegels, Umgebungslicht einzufangen und für die ungerichtete Beleuchtung des Objektes in die Hemisphäre einzukoppeln.
• Für einen möglichst variablen, vielseitigen Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die konkave Fläche der Hemisphäre zweckmäßigerweise nicht geschlossen integral ausgeführt, sondern in Form einer raumstabilen, etwa in ein Trägernetzwerk eingesetzten Anordnung von vorzugsweise hexagonal berandeten, gelocht vollflächigen oder durchbrochenen, scheibenförmigen Segmenten. Die sind je nach Bedarf für eine aktuelle Meßaufgabe, austauschbar mit Detektoren oder abbildenden optischen Systemen (z. B. Lichtleitern mit Linsen) und mit Strahlern bzw. mit Reflektoren und gegebenenfalls als Lichtfalle (in Form von dunkler absorbierender Oberflächengestaltung, oder am besten einfach durch ein Loch realisiert) bestückt, in die Trägerkonstruktion einsetzbar. Im Rahmen dieser Erfindung ist es jedoch auch möglich, solche einzelnen kachelförmigen Hohlkugel-Segmente selbst eine konvexe Kuppelschale nach Art eines Hohlkugelabschnitts bilden zu lassen, indem man sie direkt zusammensteckt oder z. B. magnetisch aneinander koppelt.
• Um eine besonders leichtbauende und variabel einsetzbare, preiswerte Apparatur für die Meßeinrichtung zur Verfügung zu stellen, muß gemäß einer Weiterbildung dieser Erfindung nicht eine komplette (einteilige oder mehrteilig aus ebenen oder unebenen Segmenten angenäherte) Sphäre einerseits hinter den Abbildungslinsen mit den Lichtleiterenden oder direkt mit den Detektoren sowie andererseits mit Strahlern oder Reflektoren bestückt werden, sondern nur ein streifenförmiger, durch den Pol verlaufender und um ihn verdrehbarer halber Großkreis-Streifen. Mit einer manuell oder motorisch durchgeführten Volldrehung entsteht das komplette Bild der Betrachtungsrichtungsabhängigkeit der Reflexstrahlung von der Oberfläche des kontrolliert diffus beleuchteten Objektes. Die dafür auf das Objekt gerichteten Strahler oder Reflektoren sind dann nicht direkt auf dem - an den mit den Empfängerlinsen bestückten Viertelkreisbogen sich jenseits des Poles anschließenden - Viertelkreisbogen gelegen, sondern zur Vermeidung spekularer Anregung der Empfänger aus diesem Großkreis durch die Linsen nach beiden Seiten heraus etwas winkelmäßig versetzt, also in der Draufsicht etwa V-förmig beiderseits der spekularen Richtung.
• Zusätzliche Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung von auf das Wesentliche abstrahierten und deshalb auch nicht maßstabsgerechten Prinzipskizzen zu bevorzugten Ausführungsbeispielen zur Realisierung der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
• Fig. 1 eine direkte kontrollierte Beleuchtung eines in der Äquator-Ebene liegenden ebenen Messobjekts aus einer halbkugelförmigen Kuppel heraus im Aufriß,
• Fig. 2 entsprechend der Darstellung der Fig. 1 eine indirekte kontrollierte Beleuchtung des in der Äquator-Ebene liegenden ebenen Messobjekts, nämlich durch Reflexion an der inneren konkaven Oberfläche der hier wieder hemisphärischen Kuppel,
• Fig. 3 in Aufsicht ein mit Empfängern bestücktes verdrehbares Großkreis-Segment zum Einsatz innerhalb einer Beleuchtungskuppel nach Fig. 1 oder Fig. 2,
• Fig. 4 in Seitenansicht (Fig. 4b) und in Aufsicht (Fig. 4a) ein um die Polarachse rotierbares, mit Empfänger-Optiken bestücktes Segment,
• Fig. 5 analog zur Beleuchtung nach Fig. 2 eine Reflexion des am Meßobjekt reflektierten Lichts auf eine Detektoranordnung außerhalb der Hemisphäre und
• Fig. 6 das Umsetzen einer Richtungsverteilung des auf dem Objekt reflektierten Lichts in eine Detektor-Ortsverteilung unter Verwendung eines Ausschnittes aus einer positiven Linse.
• Beim Objekt 11 handelt es sich um eine mit jedenfalls bereichsweise ebener Oberfläche reflektierende Anordnung, bevorzugt um eine Flüssigkristall-Anzeige oder um eine Druckprobe, deren Reflexionsverhalten unter kontrollierten Beleuchtungsbedingungen meßtechnisch erfaßt werden soll. Dies bedeutet, daß reproduzierbar und kontrolliert eingestellt werden kann, aus welchen Richtungen das Messobjekt 11 mit welcher Intensität (auch, mit welchem Spektrum) beleuchtet wird. Dafür ist das Objekt 11 im Beispielsfalle der Fig. 1 im Halbraum 12 unter dem Pol 13 einer hohlen Halbkugel 14 in deren äquatorialer Ebene gelegen, wo die Oberfläche des Objekts 11, aus unterschiedlichsten Richtungen dieser Hemisphäre gleichzeitig (also "diffus"), kontrollierbar beleuchtet wird. Die Halbkugel 14 ist im Beispielsfalle der Fig. 1 auf ihrer konkaven Oberfläche mit Lichtquellen 15 ausgestattet, die hier mit ihrer jeweils in sich nicht parallelen, kegelförmigen Abstrahlung 16 aus unterschiedlichen Richtungen auf das Zentrum des Objektes 11 ausgerichtet sind und dadurch dessen Oberfläche kontrollierbar beleuchten. Alternativ kann auch die Beleuchtung durch abbildende optische Systeme erfolgen, womit die Effizienz der Beleuchtungseinrichtung verbessert wird. Außerdem ist die Halbkugel 14 auf ihrer konkaven Oberfläche mit abbildenden Systemen, hier in Form von Linsen 19, ausgestattet, deren optische Achsen ebenfalls auf das Zentrum des Objektes 11 ausgerichtet sind und dadurch ein Flächenelement aus der Oberfläche des Objektes 11, nämlich einen Messfleck - direkt oder über Lichtleitfasern 18 - auf einen einzelnen Detektor, oder ein-, oder zweidimensionale Anordnungen von Detektoren 17 abbilden. Die Kombination aus abbildendem optischem System (z. B. Linse 19) und opto-elektrischem Wandler (Detektor 17) wird nachstehend auch als Empfänger bezeichnet.
• Es sind bevorzugt jeweils in der Spiegelrichtung bezüglich der Empfänger keine Lichtquellen in der Hohlkugel 14 angeordnet, um die Detektoren 17 nicht über die glatte Oberfläche des Objekts 11 spekular zu bestrahlen. Wenn das zu vermessende Objekt 11 z. B. ein Stück Kunstdruck-Papiers ist, werden eventuell vorhandene spekulare Reflexionen auch dem visuellen Eindruck des Drucks entsprechen. Liegt der Druck allerdings hinter einem Schutzglas, so können durch Spiegelreflexionen an der vorderen Luft-Glas-Trennfläche Reflexionen entstehen, welche die visuelle Wahrnehmung empfindlich stören und sogar dazu führen, daß die Bedruckung nicht mehr erkannt werden kann. Dieses Problem ist wohlbekannt von der Auswahl geeigneter Orte zum Aufhängen von verglasten Drucken oder Zeichnungen. Man wird diese, um die erwähnten Reflexionen und deren Auswirkungen zu vermeiden, nicht gegenüber von Fenstern oder anderen Lichtquellen plazieren. Bei Flüssigkristall-Anzeigen tritt ein ähnliches Problem auf: Hier wird die visuelle Information in der Flüssigkristall-Schicht, d. h. zwischen zwei Substrat-Gläsern generiert. Eventuell an der ersten Glas-Luft-Trennschicht auftretende Spiegelreflexe stören die Ablesbarkeit der angezeigten Information bzw. können diese komplett verhindern. Der menschliche Betrachter ist allerdings immer instinktiv bemüht, durch entsprechende Plazierung der Person oder des betrachteten Objekts (z. B. einer Armbanduhr) solche Spiegelreflexe zu vermeiden.
• Der erfindungsgemäße Messaufbau bietet die Möglichkeit, Spiegelreflexionen zu kontrollieren und, falls gewollt, gezielt zu unterdrücken.
• Die Detektoren 17, die unmittelbar oder über die Lichtleiter 18 bei der Halbkugel 14 oder weiter entfernt davon angeordnet sind, nehmen jeweils über die auf einen kleinen Flächenbereich im Zentrum der Oberfläche des Objektes 11 fokussierten Linsen 19 die Reflexstrahlung aus diesem Flächenbereich auf, um sie in ein auf die entsprechende Raumrichtung bezogenes helligkeitsabhängiges elektrisches Signal umzusetzen. Bei diesen Detektoren 17 handelt es sich vorzugsweise um einzelne opto-elektrische Wandler, auf die der vom Messfleck kommende Lichtstrom entweder direkt oder über Lichtleiter gelenkt wird.
• Wie in Fig. 1 angedeutet, sind die Linsen 19 eines refraktiven Abbildungssystemes beispielsweise diskret in Abstand vor den Detektoren 17 oder vor den Eintrittsflächen ihrer Lichtleiter 18 angeordnet. Grundsätzlich können sie aber auch direkt in der wenigstens bereichsweise aus klarem, durchsichtigem Material bestehenden Wandung 20 der halben Hohlkugel 14 ausgebildet sein.
• Durch radiale Trennstriche ist in Fig. 1 angedeutet, daß die Kuppel nicht einteilig erstellt sein muß, sondern aus (vorzugsweise hexagonal berandeten) Segmenten 21 zusammengesetzt sein kann, in deren Löcher 22 die Empfänger (d. h. Linsen 19 mit Detektoren 17) und die Strahler 15 oder Reflektoren eingesetzt sind. Entsprechend ausgelegte weitere Segmente 21 wirken mit ihrer gesamten Oberfläche als je nach Bedarf diffuse oder spiegelnde, metallisch oder dielektrisch beschichte Reflektoren.
• Im Gegensatz zur direkten Beleuchtung des Objektes 11 mittels über die Hemisphäre verteilter Strahler 15 nach Fig. 1 dient die halbe Hohlkugel 14 nach Fig. 2 nicht als Träger von Lichtquellen, sondern mit ihrer konkaven inneren Oberfläche als Reflektor für Licht, das etwa längs des Umfanges der Querschnittsebene der gedachten Hohlkugel (also z. B. längs des Äquators) von einem Kranz individueller Lichtquellen 15 (als Strahler oder auch als Lichtleiterenden ausgebildet) oder von wenigstens einer kreisbogenförmig umlaufenden Lampe 23 etwa nach Art einer Leuchtstoffröhre gegen die Innenfläche 25 des Hohlkugelabschnittes 14 eingestrahlt wird. Die dort reflektierten Lichtstrahlen 24 würden allerdings die gesamte Basis 26 des Halbraumes 12, also auch die Umgebung des allein interessierenden Messflecks auf dem Objekt 11 ausleuchten. Um eine intensive Beleuchtung aus unterschiedlichen Richtungen auf das Zentrum des Objektes 11 zu konzentrieren, kann die Geometrie der konkaven Innenfläche 25 vom halbkreisförmigen zum parabolischen oder elliptischen Aufriß verformt werden. Für die Belange der Praxis ist es jedoch vorteilhaft, wie in Fig. 2 skizziert die Innenfläche 25 durch umlaufende Ringe im Aufriß stufenförmig auszubilden. Die einzelnen umlaufenden oder auch aus Bogenstücken zusammengesetzten reflektierenden Ringflächen 27 sind derart geneigt - also wie skizziert zum Pol 13 des Halbraumes 12 hin gelegen flacher als zum Äquator 29 hin -, daß sie alle überwiegend zum Zentrum des Äquators hin, also auf den Messfleck reflektieren.
• Wenn die Innenfläche 25 entsprechend den Gegebenheiten nach Fig. 1 auch wieder mit Linsen für die Abbildung eines Flächenelementes des Objektes auf die Detektoren ausgestattet ist, dann ist in jeweils spekularer Richtung dazu die reflektierende Oberfläche 25 lokal absorbierend ausgelegt, vorzugsweise durch Anordnung eines derart dimensionierten Loches, daß keine spekulare Beleuchtung auftritt.
• In Fig. 2 ist ferner berücksichtigt, daß eine ausgezeichnete Betrachtungsrichtung auf ein Objekt 11 durch die Flächennormale der Anzeige 13 gegeben ist. Eine Abschattung des betrachteten Objektes gegen Umgebungslicht durch den Kopf des Betrachters ist deshalb als Kreisfläche 30 um den Pol 13 herum (vgl. Fig. 3) darstellbar, in dem keine Lichtquellen oder Reflektoren an der Hohlkugel-Innenfläche 25 vorgesehen sind, so daß eine Beleuchtung des Objektes 11 aus diesen Richtungen entfällt. Durch Weglassen von reflektierendem Material um den Pol 13 herum wird also das Messobjekt 11 aus diesem Richtungsbereich 31 kontrolliert nicht beleuchtet. Entsprechend werden durch Weglassen von reflektierendem Material gegenüber dem Empfänger-Segment 17 längs eines Streifens 32 störende Spiegelreflexionen über die glatte Oberfläche des Messobjekts 11 vermieden.
• In der erfindungsgemäßen Variante nach Fig. 3 ist zwar die Hohlkugel-Innenfläche 25 wieder mit Strahlern 15 gemäß Fig. 1 (oder mit Reflektoren gemäß Fig. 2) bestückt, aber nicht mit Empfängern. Diese sind nun nur längs des Großkreises auf einem Viertelkreisbogen eines den Pol 13 überspannenden halbkreisbogenförmigen Trägers vorgesehen, der um den Pol 13 verdrehbar ist. Zum Vermeiden spekularer Anregung der Detektoren 17 wirkt der gegenüberliegende viertelkreisbogenförmige Streifen 32 des Trägers als streifenförmige Abschattung der Einstrahlung auf den Messfleck. In der Umgebung des Poles 13 ist der Streifen aufgeweitet, um die oben erwähnte Abschattung der Umgebungsbeleuchtung durch den Kopf eines Betrachters des Objektes 11 nachzubilden. Je nach dem Abstand des Betrachter-Kopfes von der Anzeige ändert sich die Größe dieses abgeschatteten Richtungsbereiches, wofür die Messeinrichtung eine leichte Verstellbarkeit erlaubt, indem ein maximaler Winkelbereich um die Flächennormale der Anzeige (etwa bis 35° Neigung) z. B. wahlweise mit reflektierenden oder nicht-reflektierenden Kacheln ausgefüllt wird.
• Der Messfleck 11 muß durchaus auch nicht aus allen Richtungen des Halbraumes 12 gleichzeitig und gleichmäßig bestrahlt werden. Es genügt, dieses gemäß der Weiterbildung nach Fig. 4 für einen Großkreis-Streifen 32 zu gewährleisten, der dann um eine durch den Pol 13 verlaufende Achse 33 verdreht wird und dadurch, gewissermaßen in Umfangsrichtung der Basis 26 seriell, alle Beobachtungsrichtungen des Halbraumes 12 erfaßt. Damit dabei wieder keine spekularen Strahlen der Beleuchtung auf einen der Empfänger gelangen, sind die Lichtquellen 15 winkelmäßig nach beiden Seiten etwas aus dem Großkreis durch die Empfänger, also deren Detektoren 17 bzw. deren Linsen 19 heraus versetzt; wie für eine schmale V-förmig symmetrische Beleuchtung des Objektes 11 in Fig. 4a rechts zu sehen.
• Die Erfindung umfaßt also verschiedene Methoden zur effektiven Beleuchtung des Messobjekts 11 sowie unterschiedliche Verfahren, um die vom Messfleck reflektierten Lichtstrahlen nach ihrer Richtung sortiert auf Detektoranordnungen 17 zu projizieren. Diese Sortierung kann durch ein Lichtleitersystem mit entsprechender fertigungsbedingter Zuordnung von Eintrittsrichtung und Austrittsort entweder in einer oder in zwei Dimension erfolgen, wobei der eindimensionale Ansatz in Fig. 4 (links) skizziert ist als lineare Anordnung von Lichtleitern zum Umsetzen des Neigungswinkels in einen Austrittsort; ein zweidimensionaler Ansatz ist mit dem zwiebelförmigen Lichtleitersystem nach US 5,313,542 A beschrieben.
• Entsprechend der indirekten Beleuchtung des Messflecks über die Reflexion einzelner Ringzonen 27 mit unterschiedlicher Neigung, wie in Fig. 2 dargestellt, kann auch das im Messfleck reflektierte Licht aufgenommen und je nach Neigungswinkel zur Flächennormalen des Messobjekts "sortiert" werden. Dazu wird in einer Großkreisebene, wie in Fig. 3 in der Aufsicht dargestellt, gemäß Fig. 5 eine lineare Anordnung von Detektoren 17 außerhalb der Kuppel angebracht und gegenüber in der Kuppel ein Streifen 32 eines Großkreis- Sektors mit einzelnen Reflektoren eingebracht. Die einzelnen Reflektoren werden in diesem Fall nach Form bzw. Neigung so ausgelegt, daß das Licht je nach Neigungswinkel des vom Messfleck kommenden Strahls an unterschiedliche Stellen außerhalb der Kuppel abgebildet wird, wie in Fig. 5 schematisch dargestellt. Dann ergibt sich auf einer eindimensionalen Detektor-Anordnung 17 direkt das Bild der Neigungswinkelabhängigkeit der Reflexion für jeweils einen Wert des Drehwinkels (Azimut).
• Eine weitere Alternative zur Umsetzung der Richtungsverteilung der vom Messfleck kommenden reflektierten Lichtstrahlen in eine Ortsverteilung ist durch eine positive Linse bzw. einen Abschnitt davon gegeben, wie in Fig. 6 skizziert. Aus den Grundregeln der geometrischen Optik dünner Linsen folgt die Umsetzung von einfallenden parallelen Strahlenbündeln in Punkte in der bildseitigen Brennebene, wobei der Abstand dieser Fokuspunkte von der optischen Achse eine Funktion des Neigungswinkels der einfallenden Strahlen ist. Demzufolge kann über einen streifenförmigen Linsenabschnitt 34, der in den Großkreis-Schlitz 32 nach Fig. 3 eingebracht ist, in der bildseitigen Brennebene direkt das Bild der Neigungswinkelverteilung der im Messfleck auf dem Objekt 11 reflektierten Strahlen dargestellt werden. Dieses hinter dem Linsenabschnitt 34 entstehende Bild kann dann, falls nötig entsprechend verkleinert, auf eine eindimensionale Detektor-Anordnung abgebildet werden.

Claims (12)

1. Einrichtung zur meßtechnischen Bewertung eines unter einem Hemisphären-Pol (13) angeordnet beleuchteten reflektierenden Objektes (11), insbesondere einer reflektiven Anzeige, mit Detektoren (17), welche von längs der konkaven Fläche (25) der Hemisphäre erfaßbaren räumlichen Reflexionen vom Objekt (11) angeregt sind, gekennzeichnet durch eine großflächig diffuse Beleuchtung des Objektes (11), von dem die Detektoren (17) über abbildende optische Systeme (Linsen 19) nur ein kleines Flächenelement erfassen.

2. Einrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme Konvergenzlinsen (19) sind, die vor den Detektoren (17) oder vor den Stirnenden von zu den Detektoren (17) führenden Lichtleitern (18) in der konkaven Fläche (25) angeordnet, insbesondere in Bohrungen einsetzbar oder an einer wenigstens bereichsweise klar durchsichtigen Hohlkugelschale (20) ausgebildet sind.

3. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Beleuchtung des Objektes (11) aus der Hemisphäre (12) heraus oder von außerhalb durch diese, auch durch in ihr lokal ausgebildete Diffusoren oder Linsen, hindurch erfolgt.

4. Einrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung mittels aus Richtung der konkaven Fläche (25) auf das Zentrum des Objektes (11) gerichteter Strahler (15) oder Reflektoren erfolgt.

5. Einrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung mittels gegen die reflektierende oder mit Reflektoren bestückte konkave Fläche (25) gerichteter Strahler (15) erfolgt.

6. Einrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Fläche (25) zum Ausrichten der Beleuchtungsreflexion auf das Objekt (11) ringförmig abgestuft, rotationselliptisch oder rotationsparabolisch ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Einrichtung zum Einkoppeln von Umgebungslicht vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Fläche (25) aus auswechselbaren Teilflächen, vorzugsweise in Form hexagonaler Rahmen oder Scheiben, zusammensetzbar ist, die je nach der momentan gegebenen Meßaufgabe wahlweise mit abbildenden optischen Systemen etwa in Form von auf einen kleinen Flächenbereich an der Oberfläche des Objektes (11) fokussierten Linsen (19) vor zu Detektoren (17) führenden Lichtleiterenden oder direkt mit Detektoren, mit auf das Objekt (11) gerichteten Strahlern (15), mit Reflektoren und/oder mit Lichtfallen bestückt oder bestückbar sind.

9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine virtuelle konkave Fläche durch einen um die Radialachse durch den Pol (13) verdrehbaren, mit Linsen (19) besetzten streifenförmigen Viertelkreisbogen in Form etwa eines Hemisphären-Sektors zeitsequentiell aufspannbar ist.

10. Einrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Linsen (19) bestückte Viertel-Großkreisbogen mit einem sich ihm anschließenden Abschattungs-Großkreisviertel innerhalb einer Beleuchtungs-Hemisphäre oder mit einem außerhalb des durch den Pol (13) verlaufenden Großkreises mit Lichtquellen (15) bestückt sich anschließenden Beleuchtungs-Großkreisviertel verdrehbar ist.

11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgebung des Hemisphären-Poles (13) ein Flächenbereich (30) ohne Strahler oder Reflektorflächen vorgesehen ist.

12. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Objekt (11) reflektierte Licht über Reflektoren an der Hemisphären-Innenfläche (25) oder über eine Linsenabschnitt (34) in einem geschlitzten Streifen (32) in der Innenfläche (25) auf eine Anordnung von Detektoren (17) außerhalb der Hemisphäre gerichtet ist.