DE10220872A1 - Einrichtung zur messtechnischen Bewertung von reflektierenden Objekten, insbesondere von reflektiven Anzeigen - Google Patents

Abstract

Die Einrichtung nach der Hauptanmeldung zur messtechnischen Bewertung eines unter einem Hemisphären-Pol angeordneten, großflächig diffus beleuchteten reflektierenden Objektes, insbesondere einer reflektierenden Anzeige, mit Detektoren, welche von längs der konkaven Innenfläche des Halbraumes erfassten räumlichen Reflexionen vom Objekt angeregt sind, indem sie über Lichtleiter und längs eines Viertels eines Großkreises des Halbraumes distanziert zueinander angeordnete Linsen nur ein kleines Flächenelement des Objektes erfassen, erfährt weitere Ausgestaltungen zur Erhöhung der Winkelauflösung und der Auswertevielfalt.

Description

• Gegenstand der Hauptanmeldung ist die großflächig diffuse Beleuchtung eines Objektes, von dem nur die räumlichen Reflexionen eines kleinen Flächenelementes unter unterschiedlichen Richtungen erfaßt werden, indem Detektoren über Lichtleiter mit eingangsseitig abbildenden Systemen (insbesondere Linsen) auf das Objekt ausgerichtet sind, das unter dem Pol einer Hemisphäre angeordnet und dort richtungsselektiv bestrahlbar ist; wobei diese abbildenden Systeme vorzugsweise in der das Objekt überspannenden konkaven Fläche der Hemisphäre direkt an den Stirnenden der Lichtleiter ausgebildet sind, an deren gegenüberliegenden Enden die Detektoren angeordnet sind.
• Dabei können definierte Bereiche der Hemisphäre von der Beleuchtung des Objektes ausgenommen werden, um den Einfluss der Abschattung des Umgebungslichts durch den Kopf oder einen anderen Körperteil eines Betrachters des Objektes zu berücksichtigen.
• Signifikante Reflexionen von der Oberfläche des Objektes, wie insbesondere der spekularen Reflexion (d. h. der direkte Spiegelstrahl zu einer Beleuchtungsrichtung) können wahlweise in die Messung mit einbezogen oder aber dadurch gezielt ausgeblendet werden, daß aus einer wählbar einstellbaren Segmentbreite der Hemisphäre den lichtaufnehmenden Zonen gegenüber keine Beleuchtung des Objektes erfolgt.
• Während die Hauptanmeldung sich vornehmlich mit solcher apparativer Ausgestaltung der hemisphärischen Einbindung des auszumessenden Objektes befaßt, sind messtechnische Aspekte Schwerpunkt dieser Zusatzanmeldung, vgl. auch die Ansprüche.
• Von der so ermittelbaren Richtungsverteilung der vom Objekt reflektierten Beleuchtung wird danach mittels der Detektoren sowohl die Intensität des reflektierten Lichts (insbesondere dessen Leuchtdichte) wie auch dessen spektrale Zusammensetzung ermittelt.
• Zweckmäßigerweise finden dabei im Interesse rascher Messwertermittlungen Detektoren Anwendung, die eine Mehrzahl von Eingangskanälen (vor denen die erwähnten Lichtleiter enden) simultan analysieren. Die Vielzahl an Detektorkanälen, repräsentiert durch die bestimmten Neigungswinkeln konstruktiv zugeordneten Lichtleiter hinter den abbildenden Systemen, wird dann etwa mittels Gittern vor einem zweidimensionalen Detektorarray für die durch die Lichtleiter gegebenen Winkelinformationen gleichzeitig spektral analysiert.
• Bei elektro-optischen Anzeigen weist das spektral zu analysierende Licht aufgrund der elektrischen Ansteuerung starke zeitliche Intensitätsschwankungen auf (Modulationen). Um Integrationsfehler im Detektorarray zu vermeiden, wird dessen Integrationszeit auf ein ganzzahliges Vielfaches der bekannten Modulationsperiode gesetzt. Diese zeitlichen Änderungen der nicht spektral zerlegten Intensitäten werden parallel zur Spektralanalyse in den einzelnen Kanälen mittels eines schnellen Photometers erfasst.
• Parallel zur richtungsabhängigen spektralen Analyse ist es nicht nur zur Synchronisation für die Erfassung der Spektraldaten zweckmäßig, z. B. mittels Photometern eine hochauflösende zeitliche Analyse des am Objekt reflektierten Lichts vorzunehmen; sondern damit wird zugleich auch das Schaltverhalten von elektro-optischen Wandlern erfaßt, wie sie insbesondere für visuelle Anzeigen Einsatz finden.
• Ergänzend zu den messtechnischen Weiterbildungen geht es ausweislich der weiteren Ansprüche auch um konstruktive Maßnahmen zum Erhöhen der winkelmäßigen Auflösung der Reflexionsmessung. Für die nachfolgende diesbezügliche Erläuterung wird auf die einzige, zweigliedrige Zeichnungsfigur Bezug genommen. Sie zeigt in eine bevorzugte mechanische Maßnahme zur Steigerung der erwähnten Winkelauflösung durch Verlagerung der Detektorkanäle längs des Großkreises um den Winkel Delta-Theta (gemäß dem Axial- Längsschnitt) bei einem aktuell um den Winkel Phi aus der Zeichenebene verschwenkt eingebrachten Teststrahl (gemäß der Aufsicht).
• Für die Beurteilung des kontrastbedingten visuellen Endruckes der Oberfläche eines Objektes 11 reicht gewöhnlich eine Winkelauflösung in der Größenordnung von einigen Grad völlig aus. Deshalb braucht auch kein höherer Aufwand für eine entsprechende Messanordnung, wie sie in der Zeichnung als Hemisphäre (Halbraum 12) skizziert ist, getroffen zu werden. In Sonderfällen muss jedoch die Richtungsverteilung der von Objekt 11 reflektierten Anteile der Bestrahlung 16 mit höherer Winkelauflösung gemessen werden, etwa für die Messung der standardisierten "Bidirectional Reflectance Distribution Function" (BRDF). Das erfolgt nun gemäß der Zeichnung, also im übrigen unter Beibehaltung der Messanordnung nach der Hauptanmeldung, dadurch, daß das Kugelschalen-Segment 35, das die Enden der zu den Detektoren 17 führenden Lichtleiter 18 mit ihren Linsen 19 aufnimmt, nicht mehr ein ortsfester Bestandteil der Halbkugel 14 ist, sondern längs eines durch den Pol 13 verlaufenden Kreises, des Großkreises, vorzugsweise um die Teilung des auf diesem Kreis gegebenen gegenseitigen Abstandes der zahlreichen eingangsseitig die Detektorkanäle repräsentierenden Linsen 19 verschiebbar ist. Die Verschiebebewegung um den Reflexionswinkel Delta-Theta kann zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen manuell oder vorzugsweise motorisch eingebracht werden, um dadurch gewissermaßen zwischen den Einbauabständen der Linsen 19 mechanisch zu interpolieren. Die hochauflösende Wirkung der Verschiebung der Detektorkanäle (Lichtleiter 18) über einen kleinen Winkelbereich liefert so zusammen mit der Vielzahl der Kanäle eine entsprechend hohe Winkelauflösung über den gesamten erfaßten Bereich von Reflexionswinkeln.
• Speziell zur erwähnten BRDF-Messung ist zusätzlich zur diffusen Bestrahlung 16 ein kollimierter Teststrahl 36 aus einer Quelle 15 mit definierter Einfallsrichtung auf das auszumessende Objekt 11 zu richten. Alternativ kann hier auch eine Punktquelle zur Erzeugung eines konischen Teststrahls 36 zum Einsatz kommen. Dieser Teststrahl 36 wird in einer relativ zum Objekt 11 ausrichtbaren Ebene (vorliegend in der Zeichenebene) auf das Objekt 11 gerichtet. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß ein mit der Quelle 15 ausgestattetes Segment des Halbraumes 12 längs dessen Großkreises für die Einstellung der Bestrahlungsneigung Theta verlagerbar sowie für die Auswahl der Bestrahlungsebene um die Achse durch den Pol 13 um einen Winkel Phi verschwenkbar ist. Wenn auch diese Bewegungen reproduzierbar etwa mittels hoch auflösender Stellmotoren durchgeführt werden, kann die winkelmäßige Verteilung der reflektiven Intensität als Funktion der Beobachtungsrichtung problemlos und reproduzierbar mit der wünschenswert hohen Auflösung erfaßt werden.

Claims (4)

1. Einrichtung zur messtechnischen Bewertung eines unter einem Hemisphären-Pol (13) angeordnet großflächig diffus beleuchteten reflektierenden Objektes (11), insbesondere einer reflektierenden Anzeige, mit Detektoren (17), welche von längs der konkaven Innenfläche (25) des Halbraumes (12) erfaßten räumlichen Reflexionen vom Objekt (11) angeregt sind, indem sie über Lichtleiter (18) und längs eines Viertels eines Großkreises des Halbraumes distanziert zueinander angeordnete Linsen (19) nur ein kleines Flächenelement des Objektes (11) erfassen (nach Patentanmeldung DE 101 43 602.5), dadurch gekennzeichnet, daß, zur Steigerung der Winkelauflösung der Messung durch örtliche Interpolation zwischen den Einbauabständen der Linsen (19), die Linsen (19) an einem längs des Großkreises verlagerbaren Segment (35) auf der Innenfläche (25) einer hohlen Halbkugel (14) angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für BRDF-Messungen zum Bestrahlen des Objektes (11) mit einem kollimierten oder konischen Teststrahl (36) eine Quelle (15) längs eines Großkreises des Halbraumes (12) und quer dazu verlagerbar ist.

3. Einrichtung zur messtechnischen Bewertung eines unter einem Hemisphären-Pol (13) angeordnet großflächig diffus beleuchteten reflektierenden Objektes (11), insbesondere einer reflektierenden Anzeige, mit Detektoren (17), welche von längs der konkaven Innenfläche (25) des Halbraumes (12) erfaßten räumlichen Reflexionen vom Objekt (11) angeregt sind, indem sie über Lichtleiter (18) und längs eines Viertels eines Großkreises des Halbraumes (12) distanziert zueinander angeordnete Linsen (19) nur ein kleines Flächenelement des Objektes (11) erfassen (nach Patentanmeldung DE 101 43 602.5), dadurch gekennzeichnet, daß, zur Steigerung der Messgeschwindigkeit, aus der Anordnung der Lichtleiter (18) nach spektraler Zerlegung mit einem zweidimensionalen Detektorarray eine Wellenlängeninformation über dem Reflexionswinkel gewonnen wird, während parallel dazu das nicht spektral zerlegte Licht auf ein schnelles Photometer zum Erfassen der zeitlichen Änderungen der Intensitäten in den einzelnen Kanälen (Lichtleitern 18) gegeben wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - zum Vermeiden von Integrationsfehlern in der spektralen Aussage des zweidimensionalen Detektorarrays - in den Detektoren (17) über ein ganzzahliges Vielfaches der aktuellen, vom Photometer erfaßten Modulationsperiode eines Objektes (11) in Form einer elektro-optischen Anzeige integriert wird.