EP1955052A1 - Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät - Google Patents

Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät

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Publication number
EP1955052A1
EP1955052A1 EP06828522A EP06828522A EP1955052A1 EP 1955052 A1 EP1955052 A1 EP 1955052A1 EP 06828522 A EP06828522 A EP 06828522A EP 06828522 A EP06828522 A EP 06828522A EP 1955052 A1 EP1955052 A1 EP 1955052A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
sample
light source
meter according
receiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06828522A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Bonnet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Spheron VR AG
Original Assignee
Spheron VR AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spheron VR AG filed Critical Spheron VR AG
Publication of EP1955052A1 publication Critical patent/EP1955052A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/57—Measuring gloss

Definitions

  • the present invention relates to the preamble and thus deals with a bidirectional reflectance distribution meter and the measurement of the reflex dance distribution.
  • An ideal mirror follows, for example, the known relationship of angle of incidence and angle of reflection, whereby no light is detected in a direction transverse to the incident-light beam.
  • Bidirectional reflectance distribution meters are used to determine the gloss behavior of a sample.
  • a sample is irradiated so that the light source gradually describes an arc across the sample.
  • the sample is therefore illuminated at a predeterminable elevation by the light source. It is desirable to determine the light reception from the sample for each point of a hemisphere located above the sample.
  • a light receiver can be moved around the sample, rotated on the one hand relative to the light source, like the hands of a clock on whose dial the sample would be imaginable, and on the other hand also having its elevation in arcuate motion across the sample be changed gradually.
  • Known systems that determine bi-directional reflectance distribution in this manner are precise but expensive, expensive, large and slow.
  • the object of the present invention is to provide new products for commercial use.
  • the present invention thus proposes, in a first aspect, a bidirectional reflectance distribution measuring instrument with a light source illuminating a sample under predeterminable elevation and a light receiver movable relative thereto for receiving light from the sample, in which case the light source
  • Light receiver for simultaneous detection of a wide elevation angle range comprises a plurality of receiver elements and at least one of light source and light receiver is movable about a generally perpendicular to the sample axis.
  • a first basic idea is to be seen in the knowledge that a precise image of the illuminated light spot is not required to determine the gloss characteristics of a body. It has been recognized that it is possible, even without precise imaging of this light spot on a receiver, to perform a measurement which is perfectly adequate even for still images and longer viewing without such imaging optics.
  • This allows the formation of the light receiver with a plurality of receiver elements, which are arranged close to each other, and thus the simultaneous detection of a wide elevation angle range, the can be measured angularly resolved by the plurality of receiver elements.
  • the receiver elements can be arranged close to the sample due to the preferred omission of larger imaging optics and the like, which makes it possible to detect a very wide elevation angle range simultaneously with angular resolution.
  • the light source it is preferred for the light source to emit a light spot which can be focused on the sample.
  • the overall structure is further simplified because it is not necessary to move the entire light source including the holder and so on.
  • a spectral filter means in the beam path between the light source of the light source and the sample, with which light of a predetermined spectral intensity distribution can be selectively radiated onto the sample. If filter wheels or the like are used as the spectral filter means, measurements can be taken very quickly one behind the other the bidirectional reflectance distribution at different wavelengths are performed.
  • the illuminated spot will be enlarged at very low illumination elevation, ie, near grazing illumination, without additional measures. It is therefore preferred if means are provided for reducing the light source image-induced errors occurring in the case of low light source elevation.
  • the aberrations at oblique incidence that is the so-called astigmatism
  • cylindrical lenses or the like can be arranged in the beam path in front of the sample.
  • the light receiver will typically be formed as a field with a plurality of receiver elements. It can be used in a preferred variant on light receiver fields, as they are already available per se. In particular, CMOS or CCD light receiver fields can be used. A particularly preferred variant is the use of linear light receiver fields. This is on the one hand preferred because the shading of the sample is minimized in determining the backscatter, ie close to the light source arranged light receivers, and on the other hand, because backscattering etc. are minimized by the light receiver to the sample, in the by detection Otherwise, the desired wide elevation angle range of typically provided near distances between the light receiver and the light transmitter could otherwise have a disturbing effect.
  • the light receiver will typically detect an elevation angle range of at least 15 °. This is already sufficient in order to obtain useful statements for certain applications, but possibly also requires a movement of the light receiver field if an approximately complete bidirectional reflection distribution is to be measured. Therefore, angle detections of an elevation angle range of at least 30 °, in particular at least 45 °, are preferred. In the most preferred cases, even angles of approximately 90 ° can be detected.
  • a bottom used light receiver field can be arranged approximately at the height of the sample and the light receiver extends to close to or above the normal to the illumination light spot. It should be noted that at equidistant intervals of the light receiving elements in
  • the transmittance can be measured simultaneously to the reflectance in two directions, which is very helpful especially for translucent samples such as plastics, which are so thin that scattering in the sample does not yet cause highly significant optical effects
  • the light source may be movable in such a way that it irradiates the sample from below from suitable, then negative elevation angles in order likewise to detect the transmittance with the arrangement between light source movement to negative elevation angles od he larger, negative elevations detecting light receiver fields can be done in terms of the desired mechanical and electrical effort and required measurement speed.
  • the change in the illumination elevation angle can also be effected by changing the sample inclination, whereby the sample can be arranged, for example, on a table which is about an axis lying in the sample plane rotates.
  • the light receiver is inclined against a normal to the sample.
  • the light receiver will thus cover a range of approximately at least 90 ° elevation viewing angle range, optionally on one side of the sample. If an area of less than 90 ° elevation viewing angle range is covered, the sample can optionally also be illuminated directly vertically from above. If, however, an area of at least 90 ° is covered, the sample is shaded vertically from above when illuminated. It turns out, however, that the shaded areas do not necessarily have to be measured in order to be able to determine deceptively real computer-generated still images with high-precision modeled gloss behavior. Rather, interpolation is generally not critical for the shaded areas.
  • the light receivers which are preferably formed with only a narrow edge and are therefore generally needle-shaped, do not have to cut exactly the axis which runs perpendicular to the sample at the light spot; However, it is preferred if the receiver needle at least very close to this imaginary axis, which would correspond to the typical preferred inclination of the receiver element to the sample axis of a skewed position.
  • linear receiver field could possibly be arranged on an arc in order to reduce an angle error.
  • the entire elevation range can be determined by the light receiver elements with one and the same sensitivity or gain and / or time integration. be watched; In this way, no errors occur by switching a gain range and the like. It should be noted that linear receiver fields with high resolution and sufficient dynamics are already used in commercial products of the applicant.
  • the light source will preferably be pivotable about the sample as a pivoting arc center for elevation change, in particular controlled.
  • the sample may be rotated or pivoted, in particular around an axis in the sample plane or at least parallel and close to it, for example with only slight changes in light source elevation with small arc amplitudes and, for example, oscillating.
  • the light source and the light receiver will be arranged rotatable, pivotable or rotatable with respect to each other so that an imaginary angle changes with the illuminated spot of the sample as a vertex between at least approximately 0 ° and 180 °; that the change is only between approximately 0 ° and 180 °, is due to the low shading by the light receiving elements, which are preferably arranged at a smaller distance to the sample than the front of the light source.
  • the axis of rotation of the relative movement of light emitter and light receiver need not be exactly perpendicular to the sample, but this simplifies the expansion and the structure. Deviations below 10 °, especially below 5 ° and in particular smaller than 0.5 ° are clearly preferred.
  • the light receiver elements can preferably receive light without imaging optics.
  • Fig. 1 a bidirectional reflectance meter of the present invention.
  • a bidirectional reflectance distribution meter comprises a light source 3 illuminating a sample 2 under a predetermined illumination elevation a and a light receiver 4 for receiving light from the sample 2 movable relative thereto, the light receiver for simultaneously detecting a wide range of observation angle range a 'a plurality of receiver elements, for reasons of clarity, only indicated at 4a, 4b includes, and here at least one of light source 3 and light receiver 4 about a generally vertical to the sample 2 axis 5 is movable, as indicated by arrow 6.
  • the bidirectional reflectance distribution meter 1 is transportable in its preferred, illustrated variant and thus at least not larger than the housing still allows on a conventional work table; Therefore, in the preferred and illustrated embodiment, the distances between light source 3 and sample 2 are not more than about 50 cm between exit of the light beam 3a focused on the sample and the sample 2.
  • the bidirectional reflectance distribution meter is computer-controlled, as indicated at Ia , where on the one hand the elevation a. the light source is variable via a computer-controlled electric motor, indicated at line IaI, and further the spectral intensity distribution of the irradiated to the sample 2 by the light source 3 light is variable, indicated by line Ia2, which leads as a control line to an electric motor moving filter wheel 3b.
  • a line Ia3 is provided in order to feed the signals of the plurality of receiver elements 4a, 4b which are representative of the irradiation intensity into the central data processing stage in a correspondingly signal-conditioned form.
  • the movement of light receiver 4 and light source 3 relative to one another, which is indicated by arrow 6, can be predetermined via a control line Ia4, which acts on an electric motor 7 with control and power signals.
  • sensors for acquiring parameters relevant to measurement such as light source elevation, intensity of light source intensity which can be drawn in for standardization, are provided; the signals from these sensors can also be evaluated.
  • the control and data evaluation unit Ia is, apart from the dedicated interfaces, as a conventional process computer, PC or laptop train and otherwise suitable to make numerical corrections of readings as required;
  • the control and data evaluation unit Ia thus also comprises or forms at the same time a correction stage for the numerical correction of acquired raw data.
  • sample 2 is a sample of an automotive paint applied to a suitable carrier, whose gloss and albedo behavior is to be analyzed in order to subsequently use the measured data in the computer generation of images with this paint for automobiles to be painted
  • the sample in a preferred embodiment and at the distances indicated, may be about 5 x 5 cm or even smaller.
  • a very small sample placed on an approximately converging or bar-shaped, preferably absorbent carrier can mitigate the astigmatism problem of illumination astigmatism.
  • the sample 2 is to be arranged such that its center approximately coincides with the axis 5, about which light receiver 4 or light source 3 are pivotable or rotatable.
  • suitable sample holders may be provided, for example, to fix tightly and evenly a textile fabric to be analyzed for bidirectional reflectance behavior.
  • the light source 3 initially comprises a luminous means 3c, which is shown in the schematic representation of Fig. 1 as a light bulb, it being understood that in the practical realization of bright bulbs with high luminance and appropriate spectral distribution are preferred.
  • the light from the light source 3c optionally after collimating as indicated by lens 3d, may optionally be spectrally filtered or generated with a suitable spectral distribution, as indicated by the filter 3b, which can be positioned here as a positionable via a control line 1a Filter wheel 3b provided filter glass is realized.
  • filter 3b which can be positioned here as a positionable via a control line 1a Filter wheel 3b provided filter glass is realized.
  • the light provided as required and desired with selected spectral intensity distribution is guided in the illustrated exemplary embodiment via an optical fiber 3e to a coupling-out optical system 3f, which allows the light to be focused on the sample 2.
  • the objective that is to say the coupling-out optics 3f, is fastened to an electromotive, in particular stepping motor-driven, pivoting arm such that, under the control of the unit 1a, an arc can be passed over the sample and with the sample as the center, so that elevations between adjacent Approximately 0 ° (almost parallel incidence to the sample) and 90 ° (almost vertical incidence) can be described.
  • the receiver 4 is arranged as a linear array of light receiver elements close to the sample in order to be able to detect the light reflected back from the sample into the room.
  • the light receiver elements have a distance to the sample, which is significantly smaller than the focal length of the exit optics 3f of the light source. Thus, the light receiving elements are closer to the sample than the exit optics 3f of the light source 3.
  • 1,024 are photosensitive Elements have been arranged in the photosensitive receiver field. This number allows for sufficiently close arrangement of the light receiver 4 on the sample 2, for example, not more than 5 cm distance a sufficiently high resolution.
  • a sample without switching a gain or other adjustments in both the areas in which very little light is received by the sample are strongly detected by the incident elevation angle ⁇ different observation elevation angle a ", as well as in the direct reflection.
  • the light receiver 4 is rotatably arranged about the axis 5, wherein in the illustrated embodiment as possible the
  • Rotary range is limited to 360 ° or less, for example, to about 190 °, with the over 180 ° going out areas allow overlap.
  • the sample can be rotated with the light receiver. If the sample is not homogeneous, as in the case of textile fabrics having a structure-forming weaving direction, the sample can be fixed and the light receiver 4 can be rotated relative to the latter and to the light source 3 about the axis 5.
  • the light receiver 4 is arranged and aligned so that the uppermost of the photosensitive elements lie on the axis 5 or at least at the axis 5, while the lowermost of the photosensitive elements of the light receiver 4 are designed for an observation elevation angle et * of about 0 °.
  • a stepping motor 7 For rotation about the axis 5, as is preferably possible, a stepping motor 7 is provided whose step size and stepping frequency are controlled via the line Ia4.
  • the step Frequency is determined such that an integration time required for the respective measuring purposes is obtained in each position of the light receiver 4 relative to the light source 3.
  • the step size is here, as preferred, adaptable to account for different demands on the measurement resolution.
  • a sample 2 is placed on the sample holder. Then light is focused on the sample 2 at an elevation of approximately a - 90 ° light.
  • the maximum elevation angle can only be approximately 90 ° and not exactly 90 °, since the light receiver 4 shades the light incidence of exactly 90 °.
  • a first spectral intensity distribution is then selected and the receiver 4 is arranged by rotation of the motor 7 in a position diametrically opposite the light source 3. Then an integration time is awaited. During this time, the signal obtained at the light receiver 4 is respectively integrated for each light receiver element. This signal thus represents a measure of the light emitted by the sample to a light receiver element, that is to say into a given observation angle of angle range a ".
  • the shaded area can also be reduced as far as possible in conventional linear light fields if the light receiver is not arranged in a conventional IC socket having a considerable width, but it is ensured that the width of the support, the electrical connections to the Light receiver is missing, etc., as low as possible.
  • the light source 3f is moved down an elevation angle step ce, and then moved from 0 to about 180 ° to measure the light receivers in the range ⁇ .
  • Imaging optics such as cylindrical lenses, which effect a focal spot reduction at low eIvation, ie ce close to 0 °, and / or by numerical correction of the detected values after recording the corresponding parameter fields.
  • Such numerical operations referred to as folding, make additional optical elements superfluous.
  • FIG. An example of the data sets to be obtained with a device according to the invention is shown in FIG.
  • the raw data image shows two brighter highlights on the left and right, respectively. These two highlights are present in the raw data set, because a rotation is caused by more than 360 ° to achieve an overlap.
  • the fact that the actual highlights are measured twice is particularly advantageous because on the one hand an overlap can be achieved particularly easily here, and on the other hand measured values can be averaged for the particularly important highlights and their nearer surroundings.
  • the reflectance can also depend on the microstructure of the sample and that the values obtained with the described device can be used to simulate suitable values without further ado.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät (1) mit einer eine Probe (2) unter vorgebbarer Elevation a beleuchtenden Lichtquelle (3) und einem relativ dazu beweglichen Lichtempfänger (4) zum Lichtempfang von der Probe. Hierbei ist vorgesehen, dass der Lichtempfänger zur simultanen Erfassung eines breiten Elevationswinkelbereiches a' eine Mehrzahl von Empfängerelementen (4a, 4b) umfasst und zumindest einer von Lichtquelle und Lichtempfänger um eine allgemein auf die Probe senkrechte Achse (6) beweglich ist.

Description

Titel : Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Oberbegrifflieh Beanspruchte und befasst sich somit mit einem Zweirichtungsre- flextanzverteilungsmessgerät sowie der Messung der Reflex- tanzverteilung .
Ein Gegenstand, der glänzt, erscheint dem Betrachter unterschiedlich hell, je nach dem, wie sich der Betrachter relativ zu einer Lichtquelle stellt, die den glänzenden Gegenstand beleuchtet. Diese Tatsache ist allgegenwärtig beobachtbar, sei es bei hochglänzenden Zeitungsmagazinen, metallenen Oberflächen oder dergleichen. Beschrieben und charakterisiert werden kann dieses Verhalten des Glanzes durch Angabe der Re- flektanzverteilung. Sie gibt für alle Raumrichtungspaare an, wie Licht, das einen Gegenstand aus einer bestimmten Raumrichtung beleuchtet, durch den beleuchteten Gegenstand in irgend eine andere Raumrichtung weitergestrahlt wird. Ein idealer Spiegel folgt etwa der bekannten Beziehung Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel, wobei in einer Richtung quer zum Aus- fallslichtstrahl kein Licht erfasst wird. Anders ist dies bei matten oder stumpfen Oberflächen, in denen nur ein geringer Teil des Lichtes wie bei einem Spiegel reflektiert wird, während die Oberfläche zugleich stark streut; so kann Licht auch an anderen Stellen beobachtet werden als nur jenen, die exakt in Richtung des Ausfallsstrahls liegen, welcher sich bei idealer Reflexion ergeben würde. Dieses Glanzverhalten gibt dem Menschen ein großes Maß an Information über einen beob-
- l - achteten Gegenstand. Für die Generierung täuschend echter computergenerierter Bilder ist daher die genaue Berücksichtigung des Glanzverhaltens von fundamentaler Bedeutung. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Beobachter sich mit einem computergenerierten Bild längere Zeit auseinandersetzen kann, wie dies bei Standbildern oder Werbefotografien der Fall ist. Realistische Ergebnisse können hier nur erhalten werden, wenn das Glanzverhalten für eine gegebene Oberfläche, beispielsweise eines neu zu entwickelnden Automobils, dessen Aussehen für verschiedene Lackarten computergeneriert werden soll, exakt bekannt ist .
Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgeräte dienen zur Bestimmung des Glanzverhaltens einer Probe.
Bei bekannten Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgeräten wird eine Probe so bestrahlt, dass die Lichtquelle nach und nach einen Bogen über die Probe hinweg beschreibt . Die Probe wird also unter vorgebbarer Elevation von der Lichtquelle be- leuchtet. Gewünscht ist dabei, den Lichtempfang von der Probe für jeden Punkt einer über der Probe angeordneten Hemisphäre zu bestimmen. Dazu kann ein Lichtempfänger um die Probe herum bewegt werden, wobei er einerseits relativ zur Lichtquelle gedreht wird, wie die Zeiger einer Uhr, auf deren Ziffern- blatt die Probe zu denken wäre, und andererseits muss auch seine Elevation unter bogenförmiger Bewegung über die Probe hinweg sukzessive verändert werden. Bekannte Systeme, die auf diese Weise die Zweirichtungsreflektanzverteilung bestimmen, sind präzise, aber teuer, aufwendig, groß und langsam.
Es wäre wünschenswert, ein Zweirichtungsreflektanzvertei- lungsmessgerät angeben zu können, mit welchem schnell und preiswert hinreichend präzise Messungen des Probenglanzverhaltens erhalten werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen .
Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten Grundgedanken ein Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät mit einer eine Probe unter vorgebbarer Elevation beleuchtenden Lichtquelle und einem relativ dazu beweglichen Lichtemp- fänger zum Lichtempfang von der Probe vor, bei welchem der
Lichtempfänger zur simultanen Erfassung eines breiten Eleva- tionswinkelbereiches eine Mehrzahl von Empfängerelementen um- fasst und zumindest einer von Lichtquelle und Lichtempfänger um eine allgemein auf die Probe senkrechte Achse beweglich ist.
Ein erster Grundgedanke ist somit in der Erkenntnis zu sehen, dass eine präzise Abbildung des beleuchteten Lichtfleckes nicht erforderlich ist, um die Glanzeigenschaften eines Kör- pers zu bestimmen. Es wurde erkannt, dass es vielmehr möglich ist, auch ohne präzise Abbildung dieses Lichtfleckes auf einem Empfänger eine sogar für Standbilder und längere Betrachtung vollkommen ausreichende Messung ohne eine derartige Abbildungsoptik vorzunehmen. Dies ermöglicht die Ausbildung des Lichtempfängers mit einer Vielzahl von Empfängerelementen, die dicht beieinander angeordnet sind, und somit die simultane Erfassung eines breiten Elevationswinkelbereiches, der durch die Mehrzahl von Empfängerelementen winkelaufgelöst ausmessbar ist. Die Empfängerelemente können dabei durch den bevorzugten Verzicht auf größere abbildende Optiken und dergleichen nahe an der Probe angeordnet werden, was es erlaubt, einen sehr breiten Elevationswinkelbereich simultan winkelaufgelöst zu erfassen. Dadurch wird wiederum nur noch eine Rotation zwischen Lichtempfänger und Lichtquelle um eine auf die Probe allgemein senkrechte Achse erforderlich, so dass an Stelle eines bislang abzutastenden zweidimensionalen Feldes nurmehr eine einzelne Drehung bzw. Verschwenkung und damit eine Messung mit einem einzigen Bewegungsfreiheitsgrad vorgenommen werden muss. Dies hat wiederum zur Folge, dass die gesamte bauliche Anordnung wesentlich vereinfacht wird, schon weil keine so komplizierte Bewegungsmechanik und/oder -senso- rik mehr erforderlich ist, was demgemäß eine weitere Verkleinerung, Vereinfachung und Verbilligung des Gesamtgerätes ermöglicht .
Bevorzugt ist es, wenn die Lichtquelle einen auf die Probe fokussierbaren Lichtfleck emittiert. Wenn das die Probe bestrahlende Licht aus einem Leuchtmittel durch eine Faser geführt wird, wird der Gesamtaufbau noch weiter vereinfacht, weil es nicht erforderlich ist, das gesamte Leuchtmittel samt Halterung usw. zu bewegen.
Es ist möglich, im Strahlengang zwischen dem Leuchtmittel der Lichtquelle und der Probe ein Spektralfiltermittel vorzusehen, mit dem selektiv Licht einer vorgegebenen spektralen Intensitätsverteilung auf die Probe gestrahlt werden kann. Wenn Filterräder oder dergleichen als Spektralfiltermittel eingesetzt werden, können sehr schnell hintereinander Messungen der Zweirichtungsreflektanzverteilung bei unterschiedlichen Wellenlängen durchgeführt werden.
Wenn die Probe mit einem Lichtstrahl beleuchtet wird, der bei näherungsweise senkrechtem Einfall auf die Probe fokussiert ist, wird bei sehr geringer Beleuchtungselevation, also fast streifender Beleuchtung, ohne zusätzliche Maßnahmen der beleuchtete Fleck vergrößert sein. Bevorzugt ist es daher, wenn Mittel zur Verringerung der bei geringer Lichtquellenelevati- on auftretenden, lichtquellenabbildungsinduzierten Fehler vorgesehen sind. In einer ersten Variante können dazu beispielsweise die Abbildungsfehler bei schrägem Einfall, das heisst der sogenannte Astigmatismus, kompensiert werden, wozu etwa Zylinderlinsen oder dergleichen im Strahlengang vor der Probe angeordnet werden können. Alternativ und/oder zusätzlich hierzu ist es möglich, eine numerische Korrektur auf den endlich großen Leuchtfleck vorzunehmen, das heisst die real erfassten Rohdaten entsprechend numerisch zu korrigieren. Dies kann nach Art einer Faltung geschehen, wobei Rohdaten für andere Haupteinfallswinkel mit ausgewertet werden können und erforderlichenfalls die Geometrie und die Dimensionierung des Messsignals und der Probe zu berücksichtigen ist. Es wäre auch denkbar, die Probe sehr klein auszubilden und auf einem Stab- bzw. nadeiförmigen Träger über dunklem Untergrund anzu- ordnen.
Der Lichtempfänger wird typisch als Feld mit einer Vielzahl von Empfängerelementen gebildet sein. Es kann hierzu in einer bevorzugten Variante auf Lichtempfängerfelder zurückgegriffen werden, wie sie per se bereits erhältlich sind. Insbesondere können CMOS- oder CCD-Lichtempfängerfelder verwendet werden. Eine besonders bevorzugte Variante ist die Verwendung von linearen Lichtempfängerfeldern. Dies ist einerseits bevorzugt, weil so die Abschattung der Probe bei Bestimmung der Rückstreuung, also dicht nahe der Lichtquelle angeordneten Licht- empfängern, minimiert ist, und andererseits, weil auch Rückstreuungen usw. vom Lichtempfänger auf die Probe minimiert werden, die bei den durch Erfassung des gewünschten breiten Elevationswinkelbereich.es typisch vorgesehenen nahen Abständen zwischen Lichtempfänger und Lichtsender andernfalls stö- rend wirken könnten.
Der Lichtempfänger wird typisch einen Elevationswinkelbereich von wenigstens 15° erfassen. Dies reicht bereits aus, um für bestimmte Anwendungen brauchbare Aussagen zu erhalten, erfor- dert aber womöglich noch eine Bewegung des Lichtempfängerfeldes, falls eine näherungsweise vollumfängliche Zweirichtungs- reflektanzverteilung gemessen werden soll . Bevorzugt sind daher Winkelerfassungen eines Elevationswinkelbereich.es von wenigstens 30°, insbesondere zumindest 45°. Es können in den bevorzugtesten Fällen sogar Winkel von näherungsweise 90° er- fasst werden. Dazu kann ein unterstes genutztes Lichtempfängerfeld ungefähr auf der Höhe der Probe angeordnet werden und der Lichtempfänger erstreckt sich bis dicht an oder über die Normale auf den Beleuchtungslichtfleck. Es sei erwähnt, dass bei äquidistanten Abständen der Lichtempfängerelemente im
Lichtempfängerfeld dabei Fehler insoweit entstehen, als nicht jeder Lichtempfänger den exakt gleichen Winkelbereich beobachtet. Dennoch sind die sich daraus ergebenden Ungenauigkei- ten, so sie nicht ohnehin kompensiert werden, ohne weiteres auch für hochempfindliche Messungen wie bei Autolacken oder anderen stark glänzenden Lacken ohne weiteres hinnehmbar. Weiter sei darauf hingewiesen, dass für bestimmte, hinreichend dünne und durchscheinende Proben und geeignete Probentypen, die den Schattenverlauf nicht beeinflussen, sogar eine Erfassung von mehr als 90° Elevationswinkelbereich sinnvoll sein kann, wobei ein Teil der Beobachtung unterhalb der Probe geschieht. Dies kann durch Verwendung eines sich bis unter die Probenebene erbrechenden Lichtempfängerfeldes geschehen oder aber, bevorzugt durch Verwendung von zwei zumindest näherungsweise in der Probenebene zusammenstoßende Lichtempfän- gerteilfeidern geschehen, die sich dann jeweils zur Probenachse hin neigen, so dass sich in Seitenansicht eine „<"-Form ergibt . Mit einer solchen Anordnung kann simultan zur Reflek- tanz in zwei Richtungen auch die Transmittanz gemessen werden, was gerade bei durchscheinenden Proben wie Kunststoffen, die so dünn sind, dass Streuung in der Probe noch keine hochsignifikanten optischen Effekte verursacht, sehr hilfreich sein kann. Dass alternativ und/oder zusätzlich auch die Lichtquelle so bewegbar sein kann, dass sie die Probe von unten her aus geeigneten, dann negativen Elevationswinkel be- strahlt, um so gleichfalls die Transmittanz mit der Anordnung zu erfassen, sei erwähnt. Die Wahl zwischen Lichtquellenbewegung hin zu negativen Elevationswinkeln oder größeren, negative Elevationen erfassenden Lichtempfängerfeldern kann dabei im Hinblick auf den gewünschten mechanischen und elektrischen Aufwand sowie benötigte Messgeschwindigkeit geschehen. Weiter sei im Übrigen darauf hingewiesen, dass - unabhängig von der eventuellen Erfassung einer Transmittanz - die Veränderung des Beleuchtungselevationswinkels auch durch Veränderung der Probenneigung geschehen kann, wobei die Probe zum Beispiel auf einem Tisch angeordnet werden kann, der sich um eine in der Probenebene liegende Achse dreht. In einer bevorzugten Variante ist der Lichtempfänger gegen eine Normale auf die Probe geneigt . Insbesondere wird der Lichtempfänger damit einen Bereich von näherungsweise wenigstens 90° Elevation Beobachtungswinkelbereich, gegebenenfalls auf einer Seite der Probe, abdecken. Wird ein Bereich von weniger als 90° Elevation Beobachtungswinkelbereich abgedeckt, so kann die Probe gegebenenfalls auch unmittelbar senkrecht von oben beleuchtet werden. Wird hingegen ein Bereich von zumindest 90° abgedeckt, so ist die Probe bei Beleuchtung senk- recht von oben abgeschattet. Es zeigt sich jedoch, dass die abgeschatteten Bereiche nicht zwingend ausgemessen werden müssen, um täuschend echte computergenerierte Standbilder mit hochpräzise modelliertem Glanzverhalten bestimmen zu können. Eine Interpolation ist vielmehr für die abgeschatteten Berei- che in der Regel unkritisch.
Die - bevorzugt mit nur schmalem Rand gebildeten und somit allgemein nadeiförmigen - Lichtempfänger müssen nicht exakt die Achse schneiden, die senkrecht auf die Probe am Licht- fleck verläuft; es ist allerdings bevorzugt, wenn die Empfängernadel dieser gedachten Achse zumindest sehr nahe kommt, was bei der typisch bevorzugten Neigung des Empfängerelementes zur Probenachse einer windschiefen Lage entsprechen würde.
Dass das lineare Empfängerfeld gegebenenfalls auf einem Bogen angeordnet sein könnte, um einen Winkelfehler zu reduzieren, sei erwähnt .
In einer bevorzugten Variante kann der gesamte Elevationsbe- reich durch die Lichtempfängerelemente mit ein und derselben Empfindlichkeit bzw. Verstärkung und/oder Zeitintegration be- obachtet werden; auf diese Weise treten keine Fehler durch Umschalten eines Verstärkungsbereiches und dergleichen auf . Es sei darauf hingewiesen, dass lineare Empfängerfelder mit hoher Auflösung und hinreichender Dynamik bereits in kommer- ziellen Produkten des Anmelders eingesetzt werden.
Die Lichtquelle wird bevorzugt zur Elevationsveränderung um die Probe als Schwenkbogenmittelpunkt schwenkbar sein, insbesondere gesteuert. Dass alternativ und/oder zusätzlich die Probe, insbesondere um eine in der Probenebene oder zumindest parallel und nah an dieser liegende Achse gedreht oder geschwenkt werden kann, zum Beispiel bei nur groben Lichtquel- lenelevationsveränderungen mit geringen Bogenamplituden und zum Beispiel oszillierend, sei erwähnt. Weiter werden Licht- quelle und Lichtempfänger zueinander dreh-, schwenk- oder rotierbar angeordnet sein, so dass sich ein gedachter Winkel mit der beleuchteten Stelle der Probe als Scheitel zwischen wenigstens näherungsweise 0° und 180° verändert; dass die Veränderung nur zwischen näherungsweise 0° und 180° betragen wird, liegt an der geringen Abschattung durch die Lichtempfängerelemente, die bevorzugt in einem geringeren Abstand an der Probe angeordnet sind als die Vorderfront der Lichtquelle. Die Drehachse der Relativbewegung von Lichtsender und Lichtempfänger muss nicht exakt senkrecht zur Probe liegen, dies vereinfacht aber die Ausweitung und den Aufbau. Abweichungen unter 10°, besonders unter 5° und insbesondere kleiner 0,5° sind klar bevorzugt.
Dass die Lichtempfängerelemente Licht bevorzugt ohne Abbil- dungsoptik empfangen können, sei erwähnt. Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist gezeigt durch
Fig. 1: ein Zweirichtungsreflektanzverteilungsmess- gerät der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2: ein Bild einer Reflektanzverteilung für eine feste Beleuchtungselevation (hier: α = 40°) und mit interpolierten Werten in abgeschatteten Bereichen.
Nach Fig. 1 umfasst ein allgemein mit 1 bezeichnetes Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät 1 eine eine Probe 2 unter vorgegebener Beleuchtungselevation a beleuchtende Lichtquelle 3 und einen relativ dazu beweglichen Lichtempfän- ger 4 zum Lichtempfang von der Probe 2, wobei der Lichtempfänger zur simultanen Erfassung eines breiten Beobachtungse- levationswinkelbereiches a' eine Mehrzahl von Empfängerelementen, aus Gründen der Übersichtlichkeit nur bei 4a, 4b angedeutet, umfasst und hier zumindest einer von Lichtquelle 3 und Lichtempfänger 4 um eine allgemein auf die Probe 2 senkrechte Achse 5 beweglich ist, wie durch Pfeil 6 angedeutet.
Das Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät 1 ist in seiner bevorzugten, dargestellten Variante transportabel und so- mit zumindest nicht größer, als die Unterbringung auf einem üblichen Arbeitstisch noch zulässt; die Abstände zwischen Lichtquelle 3 und Probe 2 betragen daher in der bevorzugten und dargestellten Ausführungsform nicht mehr als etwa 50 cm zwischen Austritt des auf die Probe fokussierten Lichtstrahls 3a und der Probe 2. Das Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät ist, wie bei Ia angedeutet, rechner- bzw. computergesteuert, wobei einerseits die Elevation a. der Lichtquelle über einen computergesteuerten Elektromotor veränderlich ist, angedeutet bei Leitung IaI, und weiter die spektrale Intensitätsverteilung des auf die Probe 2 durch die Lichtquelle 3 eingestrahlten Lichtes veränderlich ist, angedeutet durch Leitung Ia2, die als Steuerleitung zu einem elektromotorisch bewegten Filterrad 3b führt. Weiter ist eine Leitung Ia3 vorgesehen, um die für die Einstrahlungsintensität repräsentativen Signale der Mehrzahl der Empfängerelemente 4a, 4b in entsprechend signalkonditionierter Form an die zentrale Daten- Verarbeitungsstufe zu speisen. Die Bewegung von Lichtempfänger 4 und Lichtquelle 3 relativ zueinander, die durch Pfeil 6 angedeutet ist, ist über eine Steuerleitung Ia4, die einen Elektromotor 7 mit Steuer- und Leistungssignalen beaufschlagt, vorgebbar. Dass im übrigen Sensoren zur Erfassung von messungsrelevanten Parametern, wie Lichtquellenelevation, zur Normierung heranziehbare Intensität der Lichtquellenintensität etc. vorgesehen sind, sei erwähnt; die Signale dieser Sensoren sind gleichfalls auswertbar.
Die Steuer- und Datenauswerteeinheit Ia ist, abgesehen von den dedizierten Schnittstellen, als herkömmlicher Prozessrechner, PC oder Laptop auszubilden und im übrigen insoweit geeignet, numerische Korrekturen von Messwerten wie erforderlich vorzunehmen; die Steuer- und Datenauswerteeinheit Ia um- fasst oder bildet also zugleich eine Korrekturstufe zur numerischen Korrektur erfasster Rohdaten.
Die Probe 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine auf einem geeigneten Träger aufgebrachte Probe eines Automobil- lackes, dessen Glanz- und Albedoverhalten zu analysieren ist, um die Messdaten nachfolgend bei der Computergenerierung von Bildern mit diesem Lack zu lackierender Automobile verwenden
- Ii - zu können. Die Probe kann in einer bevorzugten Ausführungs- form und bei den angegebenen Abständen eine Größe von etwa 5 x 5 cm oder noch darunter besitzen. Eine sehr kleine, auf einem etwa unten zusammenlaufenden oder stabförmigen, vorzugs- weise absorbierenden Träger angeordnete Probe kann das Astigmatismusproblem des Beleuchtungsastigmatismus mildern.
Anzuordnen ist die Probe 2 so, dass ihre Mitte etwa mit der Achse 5 zusammenfällt, um welche Lichtempfänger 4 bzw. Licht - quelle 3 schwenk- oder drehbar sind. Die Probe liegt im beschriebenen Ausführungsbeispiel still und allgemein horizontal, das heisst, dass ein Lichtstrahl aus der Lichtquelle 3a unter einem Elevationswinkel a = 0 parallel zur Probe 2 läuft, während bei einem Elevationswinkel von a = 90° eine senkrechte Bestrahlung der Oberfläche der Probe 2 erfolgt .
Falls andere Proben außer Lackproben analysiert werden sollen, können geeignete Probenhalter vorgesehen sein, beispielsweise, um ein hinsichtlich des Zweirichtungsreflektanz- Verhaltens zu analysierendes textiles Gewebe straff und gerade zu fixieren.
Die Lichtquelle 3 umfasst zunächst ein Leuchtmittel 3c, die in der schematischen Darstellung von Fig. 1 als Glühbirne dargestellt ist, wobei einsichtig sein wird, dass in der praktischen Realisierung lichtstarke Leuchtmittel mit hoher Leuchtdichte und geeigneter spektraler Verteilung bevorzugt sind. Das Licht aus dem Leuchtmittel 3c wird, gegebenenfalls nach Kollimierung wie durch Linse 3d angedeutet, erfordern- chenfalls spektral gefiltert oder mit geeigneter Spektralverteilung erzeugt, wie durch den Filter 3b angedeutet, der hier als auf einem über eine Steuerleitung Ia positionierbaren Filterrad 3b vorgesehenes Filterglas realisiert ist. Dass auch Spektrometer einsetzbar sind oder auch durch Ein- und Ausschalten geeigneter Lichtquellen wie farbiger Laserdioden usw. eine gewünschte Spektralverteilung erzielbar ist, sei erwähnt. Das wie erforderlich und gewünscht mit gewählter spektraler Intensitätsverteilung vorgesehene Licht wird im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Lichtleiterfaser 3e auf eine Auskoppeloptik 3f geführt, die eine Fokussierung des Lichtes auf die Probe 2 erlaubt. Das Objektiv, das heisst die Auskoppeloptik 3f, ist an einem elektromotorisch, insbesondere schrittmotorisch bewegten Schwenkarm dergestalt befestigt, dass unter Steuerung durch die Einheit Ia ein Bogen über die Probe hinweg und mit der Probe als Mittelpunkt abgeschritten werden kann, so dass Elevationen zwischen nähe- rungsweise 0° (zur Probe nahezu paralleler Einfall) und 90° (nahezu senkrechter Einfall) beschrieben werden können. Die Fokussierung des auf die Probe eingeleuchteten Lichtes ist dabei dergestalt, dass bei näherungsweise senkrechtem Licht- einfall, also einer Elevation von α = 90° ein möglichst klei- ner Brennfleck auf der Probe erhalten wird. Ohne zusätzliche Maßnahmen führt dies auf Grund des streifenden Einfalles bei geringeren Elevationen zu einer Brennfleckvergrδßerung auf der Probe, das heisst es tritt ein Astigmatismus auf.
Der Empfänger 4 ist als lineares Feld von Lichtempfängerele- menten dicht bei der Probe angeordnet, um das von der Probe in den Raum zurückgestrahlte Licht erfassen zu können. Dabei haben die Lichtempfängerelemente einen Abstand zur Probe, der deutlich kleiner ist als die Brennweite der Austrittsoptik 3f der Lichtquelle. Somit liegen die Lichtempfängerelemente näher an der Probe als die Austrittsoptik 3f der Lichtquelle 3. In einer praktischen Variante sind 1.024 lichtempfindliche Elemente im lichtempfindlichen Empfängerfeld angeordnet worden. Diese Anzahl erlaubt bei hinreichend dichter Anordnung des Lichtempfängers 4 an der Probe 2 von beispielsweise nicht mehr als 5 cm Abstand eine hinreichend hohe Auflösung. Durch geeignete Lichtempfängerfelder mit hinreichend großem Dynamikumfang, wie sie als lineare Arrays schon in Kameras als kommerziellen Produkten eingesetzt werden, kann eine Probe ohne Umschaltung eines Verstärkungsfaktors oder andere Anpassungen sowohl in den Bereichen, in denen sehr wenig Licht von der Probe empfangen wird, beispielsweise bei stark von dem Ein- fallselevationswinkel a abweichendem Beobachtungselevations- winkel a" , als auch in der Direktreflexion erfasst werden.
Der Lichtempfänger 4 ist um die Achse 5 drehbar angeordnet, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel wie möglich der
Drehbereich auf 360° oder darunter beschränkt ist, beispielsweise auf etwa 190°, wobei die über 180° hinaus gehenden Bereiche einen Überlapp ermöglichen. Bei homogenen Proben kann die Probe mit dem Lichtempfänger mitgedreht werden. Ist die Probe nicht homogen, wie beispielsweise bei textilen Geweben mit strukturbildender Webrichtung, kann die Probe fixiert werden und der Lichtempfänger 4 relativ zu dieser und zur Lichtquelle 3 um die Achse 5 rotiert werden. Der Lichtempfänger 4 ist dabei so angeordnet und ausgerichtet, dass die obersten der lichtempfindlichen Elemente auf der Achse 5 oder zumindest bei der Achse 5 liegen, während die untersten der lichtempfindlichen Elemente des Lichtempfängers 4 für einen Beobachtungselevationswinkel et* von etwa 0° ausgelegt sind.
Zur Rotation um die Achse 5 ist, wie bevorzugt möglich, ein Schrittmotor 7 vorgesehen, dessen Schrittweite und Schritt- freguenz über die Leitung Ia4 gesteuert wird. Die Schrittse- quenz ist so bestimmt, dass eine für die jeweiligen Messzwek- ke erforderliche Integrationszeit in jeder Position des Lichtempfängers 4 relativ zur Lichtquelle 3 erhalten wird. Die Schrittweite ist hier, wie bevorzugt, anpassbar, um un- terschiedlichen Anforderungen an die Messauflösung Rechnung zu tragen.
Die Anordnung wird verwendet wie folgt :
Zunächst wird eine Probe 2 auf dem Probenhalter angeordnet. Dann wird bei einer Elevation von näherungsweise a - 90° Licht auf die Probe 2 fokussiert . Der maximale Elevationswin- kel kann nur näherungsweise 90° und nicht exakt 90° betragen, da der Lichtempfänger 4 den Lichteinfall von exakt 90° ab- schattet. Es wird dann eine erste spektrale Intensitätsverteilung gewählt und der Empfänger 4 durch Drehung des Motors 7 in eine Position diametral gegenüber der Lichtquelle 3 angeordnet. Dann wird eine Integrationszeit abgewartet. Während dieser Zeit wird für jedes Lichtempfängerelement das am Lichtempfänger 4 erhaltene Signal jeweils aufintegriert . Dieses Signal stellt also ein Maß für das jeweils zu einem Lichtempfängerelement, also in einen gegebenen Beobachtungse- levationswinkelbereich a" von der Probe abgestrahlte Licht dar. Das Lichtempfängerfeld 4 wird ausgelesen, die Daten ab- gespeichert und der Schrittmotor 7 einen vorgegebenen Winkel - schritt unter Drehung um Achse 5 weiterbewegt, so dass sich der Lichtempfänger 4 um die Achse 5 etwas gedreht hat. Wiederum wird eine Messung vorgenommen und die Werte werden ausgelesen. Dies wiederholt sich, bis der Lichtempfänger nähe- rungsweise aus der Richtung beobachtet, aus der auch eingestrahlt wird. Wird die diametral gegenüberliegende Position mit ß = o° bezeichnet, kann also bis etwa ß = 180° gemessen werden. Am Bereich, ß = 180° selbst ist die Probe durch den Lichtempfänger 4 abgeschattet . Der abgeschattete Bereich kann auch bei herkömmlichen linearen Lichtfeldern weitestgehend reduziert werden, wenn der Lichtempfänger nicht in einer her- kömmlichen IC-Fassung angeordnet wird, die eine erhebliche Breite besitzt, sondern dafür Sorge getragen wird, dass die Breite des Trägers, der elektrischen Verbindungen zum Licht- empfänger fehlt usw., so gering wie möglich ausfällt.
Es wird dann die Lichtquelle 3f einen Elevationswinkelschritt ce heruntergefahren und dann zur Messung der Lichtempfänger im Bereich ß von 0 bis circa 180° bewegt. Insgesamt können so Messungen für einen Einstrahlelevationswinkel a von ca. 90° bis ca. 0°, einen Beobachtungswinkel relativ zur Einfalls- richtung von ,6 = 0° bis 180°, jeweils simultan für einen Be- obachtungselevationswinkel a" von 90° bis ca. 0°, erfasst werden. Es sei darauf hingewiesen, dass bei einem Beleuch- tungselevationswinkel a von um 0° ohne Nachfokussierung ein erheblich vergrößerter Lichtfleck der Lichtquelle erhalten wird. Dies kann verringert werden durch Einsatz geeigneter
Abbildungsoptiken, etwa Zylinderlinsen, die bei geringer EIe- vation, also ce nahe 0°, eine Brennfleckverkleinerung bewirken und/oder durch numerische Korrektur der erfassten Werte nach Aufnahme der entsprechenden Parameterfelder. Derartige, als Faltung bezeichnete numerische Operationen machen zusätzliche Optikelemente entbehrlich.
Ein Beispiel für die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erhaltenden Datensätze ist in Fig. 2 dargestellt. Hier sind die mit einem Einfallselevationswinkel von ce = 40° bestimmten Rohdaten bei Umkreisung der beleuchteten Probe dargestellt, wobei noch keine Astigmatismuskorrekturen und der- gleichen vorgenommen wurden, wohl aber eine Interpolation vorgenommen wurde für jene Daten, an denen der zwischen Lichtquelle und Probe bewegte Lichtempfänger die Probe abgeschattet hat. In dem Rohdatenbild sind zwei hellere Glanz- punkte jeweils links und rechts zu erkennen. Diese beiden Glanzpunkte sind im Rohdatensatz vorhanden, weil zur Erzielung eines Überlapps eine Rotation um mehr als 360° veran- lasst wird. Der Umstand, dass die eigentlichen Glanzpunkte doppelt gemessen werden, ist besonders vorteilhaft, weil ei- nerseits hier eine Überlappung besonders leicht erreicht werden kann, und andererseits für die besonders wichtigen Glanzpunkte und deren nähere Umgebung Messwerte gemittelt werden können .
Es sei darauf hingewiesen, dass bei strukturierten Proben die Reflektanz auch von der Mikrostruktur der Probe abhängen kann und dass die mit der beschriebenen Vorrichtung erhaltenen Werte ohne weiteres zur Simulation geeigneter Werte herangezogen werden können.
Weiter sei erwähnt, dass bei durchscheinenden, d.h. nicht voll-opaken Proben Messungen bei Elevationswinkeln kleiner Null für Lichteinfall- und/oder Beobachtungselevation vorgenommen werden können, sofern die Vorrichtung entsprechend ausgebildet ist, was durch hinreichendgroße, sich genügend weit erstreckende Lichtempfangsfelder, die insbesondere auch durch die Probe transmittiertes Licht simultan mit reflektiertem beziehungsweise gestreutem Licht genau so erfolgen kann wie durch entsprechend bewegliche Lichtsender, die mit Elevationswinkeln unter Null einstrahlen. Die negativen EIe- vationswinkel, unter denen eingestrahlt und/oder beobachtet wird, werden bevorzugt ebenfalls mindestens 90° umfassen, al- so zum Beispiel eine Erstreckung eines Lichtempfangs bis zur Probenachse erlauben; wie für positive Elevationen auch kann aber der Bereich beobachteter negativer Elevationen auch kleiner ausfallen und eine dann insbesondere schritt- bezie- hungsweise stufenweise Ausmessung erfolgen. Dass sich gegebenenfalls ein Lichtempfangsfeld sukzessive für Messungen der Transmittanz und Reflektanz verwenden lässt, zum Beispiel unter Rotation um eine in der Probenebene liegenden Achse, sei erwähnt .

Claims

Patentansprüche
1. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät mit einer ei- ne Probe unter vorgebbarer Elevation beleuchtenden Lichtquelle und einem relativ dazu beweglichen Lichtempfänger zum Lichtempfang von der Probe, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger zur simultanen Erfassung eines breiten Elevationswinkelbereiches eine Mehrzahl von Em- pfängerelementen umfasst und zumindest einer von Lichtquelle und Lichtempfänger um eine allgemein auf die Probe senkrechte Achse beweglich ist.
2. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach dem vor- hergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die
Lichtquelle auf die Probe fokussierbar ist.
3. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle Spektralfiltermittel zugeordnet sind, um die Probe mit Licht gewählter spektraler Intensitätsverteilung beleuchten zu können.
4. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Verringerung von bei geringer Licht- quellenelevation auftretenden lichtquellenabbildungsindu- zierten Fehlern vorgesehen ist .
5. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Verringerung von bei geringer Lichtquellenele- vation auftretenden lichtquellenabbildungsinduzierten Fehlern eine Zylinderlinse zur Astigmatismuskompensation vor der Probe umfasst .
6. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Korrekturstufe zur numerischen Korrektur erfasster Rohdaten umfasst .
7. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger als Lichtempfängerfeld gebildet ist.
8. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger als lineares Lichtempfängerfeld gebildet ist.
9. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem, der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger zum simultanen Empfang von Licht über einen Elevationswinkelbereich von wenigstens 15°, bevorzugt 30°, insbesondere 45° und insbesondere nähe- rungsweise 90° ausgelegt ist.
10. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger gegen eine auf die Probe senk- rechte Achse geneigt ist.
11. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtempfänger eine Achse, die am Beleuchtungs- lichtfleck senkrecht auf der Probe steht, schneidet und/oder mit nur geringem Abstand zu dieser windschief angeordnet ist.
12. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, • dass die Lichtquelle zur Elevationsveränderung schwenkbar ist, insbesondere in einem um die Probe verlaufenden Bogen.
13. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle und/oder der Lichtempfänger drehbar, schwenkbar und/oder rotierbar angeordnet sind.
14. Zweirichtungsreflektanzverteilungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtempfängerelemente Licht ohne eine den Probenlichtfleck abbildende Abbildungsoptik empfangen.
15. Transmittanzmessgerät insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Empfang von durch eine Probe hindurch tretenden Licht angeordnet ist, insbesondere von Licht das unter negativen Elevationswinkeln beobachtet und/oder eingeschaltet wird.
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