ES2226291T3 - Procedimiento y dispositivo para la caracterizacion de efectos de superficie. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para la caracterizacion de efectos de superficie.Info
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Abstract
UN PROCEDIMIENTO Y UN SISTEMA PARA MEDIR LAS CARACTERISTICAS SUPERFICIALES DE UNA MUESTRA. UNO DE LOS PROCEDIMIENTOS CONSISTE EN RECIBIR EN UN RECEPTOR UNA RADIACION OPTICA REFLEJADA O DIFUNDIDA DE UNA MUESTRA, INCLUYENDO LA RADIACION OPTICA COMPONENTES ESPECULARES QUE SE CODIFICAN ESPACIALMENTE POR LONGITUD DE ONDA SEGUN LA ABERRACION CROMATICA DEL RECEPTOR. A CONTINUACION SE LLEVA A CABO UNA MEDIDA DE LAS CARACTERISTICAS SUPERFICIALES A BASE DE TRATAR UNA SEÑAL REPRESENTATIVA DE LA RADIACION OPTICA RECIBIDA QUE INCLUYE LOS COMPONENTES ESPECULARES QUE SE CODIFICAN ESPACIALMENTE POR LONGITUD DE ONDA SEGUN LA ABERRACION CROMATICA. LA INVENCION SE PUEDE IMPLEMENTAR CON UNA ESFERA INTEGRADORA, BIEN EN MODO SCE O EN MODO SCI, PUDIENDOSE MEDIR SIMULTANEAMENTE LOS EFECTOS CROMATICOS Y SUPERFICIALES DE UNA MUESTRA UTILIZANDO UN SOLO INSTRUMENTO ESPECTROFOTOMETRICO. EN UNA REALIZACION ALTERNATIVA, SE CAMBIA EL TAMAÑO DE UN PUERTO OPUESTO AL RECEPTOR, Y PARA CADA UNO DE UNA PLURALIDAD DE TAMAÑOS DEPUERTOS, EL RECEPTOR RECIBE UNA SEÑAL DE RADIACION OPTICA CORRESPONDIENTE REPRESENTATIVA DE LA RADIACION REFLEJADA POR LA MUESTRA. ESTAS SEÑALES DE RADIACION OPTICA SE TRATAN PARA OBTENER UNA MEDIDA DE LAS CARACTERISTICAS SUPERFICIALES DE LA MUESTRA.
Description
Procedimiento y dispositivo para la
caracterización de efectos de superficie.
La presente invención se refiere, en general, a
la medición del carácter o cualidades del aspecto de una superficie,
y, más particularmente, a un procedimiento y aparato para
caracterizar y diferenciar los efectos superficiales y de color por
medio de un espectrofotómetro con una esfera integrante.
La medición del aspecto visual de los objetos
tiene interés y valor comercial. El aspecto se compone de diversos
atributos del objeto. El "color" suele producirse por la
reflexión difusa de la luz bajo la superficie, donde los colorantes
absorben diferentes longitudes de onda en grado diverso, y
constituye el principal atributo medido con instrumentos de
colorimetría tradicionales. El brillo es un atributo de aspecto
superficial, y suele medirse con un instrumento destinado
específicamente a tal fin. Otras características o efectos
superficiales, tales como la ondulación y rugosidad de la
superficie, influyen sobre el aspecto visual del material de ensayo
y no se tienen en cuenta en las mediciones instrumentales de color
convencionales, pudiendo, de hecho, interferir en las mediciones de
color y/o brillo deseadas.
Los espectrofotómetros de colorimetría suelen
estar equipados con una esfera integrante para medir el color de
reflexión del material de ensayo. Esta geometría estandarizada
suele incluir un medio de control de la reflexión especular
(similar a un espejo) de la luz proveniente de la muestra.
Frecuentemente, el instrumento es capaz de medir el material de
ensayo con el componente especular incluido (SCI) o excluido (SCE),
proporcionando una cierta información sobre el brillo y la suavidad
de la superficie del material de ensayo, aunque sin distinguir
entre tales efectos.
La patente de Estados Unidos Nº 5.155.558 de
Tannenbaum describe un procedimiento y aparato para analizar el
aspecto de una superficie mediante la formación de la imagen de una
máscara de apertura de un punto de origen reflejado desde la
muestra y analizar la función de propagación del borde de la imagen
reflejada de la máscara. La imagen es recibida por un dispositivo
CCD detector bidimensional. La función de propagación del borde se
interpreta usando un transformador Fourier, que extrae las
frecuencias espaciales y las amplitudes asociadas de la superficie
de la muestra de manera muy similar a la forma en que se analiza
una superficie o un sistema óptico que tradicionalmente emplea la
función de dispersión de franja para revelar la función de
transferencia de modulación (FTM) del frente de onda de aberración.
En particular, muchos cuadros CCD son captados mientras un
mecanismo realiza un barrido a través del foco destinado a
optimizar la sensibilidad de la medición de cada una de las diversas
frecuencias espaciales de interés. Se requiere una gran cantidad de
análisis sobre cada cuadro para proporcionar una función de
dispersión de franja de la que se pueda determinar el aspecto
superficial. Por consiguiente, aunque el procedimiento y el aparato
de la patente '558 pueden proporcionar información precisa sobre la
superficie de la muestra, analizan solamente los efectos
superficiales (es decir, no miden, por sí mismos, el color) y además
requieren un movimiento mecánico controlado con precisión,
múltiples adquisiciones, unas cantidades de datos relativamente
grandes, un tiempo de medición relativamente lento y unos cálculos
de datos relativamente extensos.
El documento
JP-A-4-115.109
describe un aparato de medición de rugosidad superficial que mide la
rugosidad de la superficie de un objeto determinando la distancia
desde una fuente de luz blanca y basándose en la distancia de la
trayectoria de una luz desde la fuente de luz blanca hasta una lente
colorante y la longitud focal desde la lente colorante hasta el
punto focal sobre la superficie del objeto que ha de medirse. Una
vez reflejada por el objeto que ha de medirse, la luz pasa a través
de una lente, es reflejada desde un medio espejo, pasa a través de
un sistema de lentes y es recibida por un elemento receptor.
El documento
US-A-5.661.556 describe un sistema
que usa una esfera integrante. La esfera integrante se dispone
sobre un objeto que ha de medirse. El objeto es expuesto
directamente a una fuente de luz. El haz de luz reflejado es
recibido directamente por un detector y recibido por otro detector
después de ser reflejado por un espejo. Este sistema requiere una
fuente de luz capaz de producir un haz de luz con un margen de
longitud de onda conocido, tal como el de un láser. Además, el
sensor es un detector, es decir, un fotodiodo comercializado.
El documento
DE-A-4.423.698 describe un sistema
de determinación de porciones direccionales y dispersas de la
reflexión de un cuerpo, y usa una esfera integrante que emplea dos
receptores y dos fuentes de luz.
Por consiguiente, se requieren unas mejoras
adicionales en los procedimientos y aparatos de medición de efectos
superficiales y/o aspecto superficial, particularmente para la
medición y diferenciación de los atributos tanto de color como de
aspecto de un material de ensayo, preferentemente con una única
medición del material de ensayo.
La invención satisface la citada necesidad, y
proporciona otras ventajas.
La presente invención proporciona un
procedimiento y sistema que aplica una nueva modalidad de medición
que mide las características o efectos superficiales de un material
de ensayo, además de su aspecto. Además, proporciona un
procedimiento y sistema que caracteriza los efectos superficiales
de un material de ensayo y recibe en un receptor la radiación óptica
reflejada o dispersada desde el material de ensayo, radiación
óptica que incluye componentes especulares codificados
espacialmente por longitud de onda según la aberración cromática
del receptor (por ejemplo, la aberración cromática de una lente o
placa de zona). Se proporciona seguidamente una medición de las
características superficiales procesando una señal que representa
la radiación óptica recibida que incluye los componentes
especulares codificados espacialmente por longitud de onda según la
aberración cromática.
La medida de las características superficiales
puede ser un índice de efecto superficial representativo de la
rugosidad superficial, y se puede determinar con independencia de
los cálculos de una función que represente el contenido de
frecuencia espacial de la superficie. Además, la medida de las
características superficiales puede ser una función que represente
el contenido de frecuencia espacial de la superficie, incluidas las
funciones de la misma. Una medida de aspecto, tal como una
indicación de brillo/mate, de "piel de naranja" o de lisura en
bruto, puede calcularse según la función representativa del
contenido de frecuencia espacial de la superficie.
Según una realización, los componentes
especulares no son recibidos en un material de ensayo con la lisura
y la suavidad idóneas.
Preferentemente, el receptor está configurado
para aislar la sensibilidad al contenido de frecuencia espacial de
la superficie de la muestra a lo largo de una dirección
predominante.
Preferentemente, el procedimiento comprende
también una etapa que recibe, en un segundo receptor, la radiación
óptica reflejada o dispersada desde el dicho material de ensayo,
incluyendo dicha segunda radiación óptica unos componentes
especulares codificados espacialmente por longitud de onda según la
aberración cromática del segundo receptor, incluyendo dicha etapa
del proceso el procesamiento de una segunda señal representativa de
dicha segunda radiación óptica.
Preferentemente, el procedimiento comprende las
etapas de ajustar el tamaño de un segundo acceso o puerta,
dispuesto sustancialmente opuesto al segundo receptor, para que una
proyección especular de la radiación óptica recibida por el segundo
receptor solape la región contenida por el segundo acceso o puerta,
en cada uno de una pluralidad de tamaños, de manera que en el
segundo receptor se reciba, por cada uno de los tamaños de la
pluralidad de tamaños de dicho segundo acceso o puerta, una
correspondiente segunda señal de radiación óptica reflejada o
dispersada desde dicho material de ensayo, además de procesar las
correspondientes segundas señales de radiación óptica para
proporcionar una medida de las características superficiales.
Preferentemente, el receptor y el segundo
receptor están respectivamente configurados para aislar la
sensibilidad al contenido de frecuencia espacial de la superficie
de la muestra a lo largo de unas respectivas direcciones
predominantes de la muestra.
En una realización, las respectivas direcciones
predominantes son ortogonales entre sí.
Preferentemente, la señal óptica y la segunda
señal óptica se reciben de manera concurrente.
Además, la invención proporciona la ventaja de un
aparato para caracterizar los efectos superficiales de un material
de ensayo, tal como una esfera integrante, que incluye un primer
receptor orientado hacia un material de ensayo para recibir una
primera radiación óptica reflejada por el material de ensayo. El
primer receptor tiene una óptica que proporciona aberración
cromática, y la primera radiación óptica recibida por el primer
receptor incluye componentes especulares codificados espacialmente
por longitud de onda según la aberración cromática.
Preferentemente, el aparato incluye también un acceso o puerta
dispuesto sustancialmente opuesto al primer receptor, de manera que
una proyección especular de la primera radiación óptica recibida
por el primer receptor solapa la región abarcada por el acceso o
puerta. Un procesador procesa una señal representativa de la
primera radiación óptica recibida por el receptor para generar una
medida de las características superficiales del material de ensayo
basada en los componentes especulares codificados espacialmente por
longitud de onda según la aberración cromática.
Según una realización, tanto el color como los
efectos superficiales de un material de ensayo se pueden
caracterizar a partir de una medición común. Además, se puede usar
una pluralidad de receptores en paralelo. Se puede configurar un
receptor y su correspondiente acceso o puerta para aislar la
sensibilidad al contenido de frecuencia espacial de la superficie de
la muestra a lo largo de una dirección predominante, y se pueden
emplear múltiples receptores de este tipo en paralelo para
diferenciar concurrentemente los efectos o atributos de aspecto a
lo largo de diferentes direcciones del material de ensayo. Además,
los receptores se pueden aplica en modo SCE o en modo SCI.
En una realización preferente, un primer receptor
se orienta hacia un material de ensayo para recibir la radiación
óptica reflejada por el material de ensayo, y se dispone un acceso
o puerta sustancialmente opuesto al primer receptor, de manera que
una proyección especular de la primera radiación óptica recibida
por el primer receptor solapa la región contenida por el acceso o
puerta. El tamaño del acceso o puerta se ajusta a cada uno de una
pluralidad de tamaños. Para cada uno de los tamaños de la
pluralidad de tamaños de acceso o puerta, el primer receptor recibe
una correspondiente señal de radiación óptica reflejada o
dispersada desde el material de ensayo. El procesador proporciona
una medida de las características superficiales del material de
ensayo basada en las correspondientes señales de radiación
óptica.
Preferentemente, la medida de las características
superficiales es una función que representa el contenido de
frecuencia espacial de la superficie.
La medida de las características superficiales es
una medida del aspecto calculada según dicha función representativa
del contenido de frecuencia espacial de la superficie.
Ventajosamente, la medida del aspecto es una
indicación de brillo/mate, "piel de naranja" o lisura en
bruto.
En una realización preferente, los componentes
especulares no serían recibidos en un material de ensayo con la
lisura y la suavidad idóneas.
Convenientemente, el medio de recepción está
configurado para aislar la sensibilidad al contenido de frecuencia
espacial de la superficie de la muestra a lo largo de una dirección
predominante.
Preferentemente, el acceso o puerta está
configurado para aislar la sensibilidad al contenido de frecuencia
espacial de la superficie de la muestra a lo largo de una dirección
predominante.
En una realización, el aparato comprende un medio
de recepción de una segunda radiación óptica reflejada o dispersada
desde dicho material de ensayo, incluyendo dicha segunda radiación
óptica unos componentes especulares codificados espacialmente por
longitud de onda según la aberración cromática, y en el que dicho
medio de procesamiento procesa, además, una segunda señal
representativa de dicha segunda radiación óptica.
Ventajosamente, un segundo acceso o puerta se
opone sustancialmente a dicho segundo receptor para que una
proyección especular de la segunda radiación óptica recibida por el
segundo receptor solape la región continuada por el acceso o
puerta.
Tanto el medio de recepción de la radiación
óptica como el medio de recepción de la segunda radiación óptica
están configurados respectivamente para aislar la sensibilidad al
contenido de frecuencia espacial de la superficie de la muestra a
lo largo de las respectivamente predominantes direcciones de la
muestra.
Preferentemente, el acceso o puerta está
configurado para aislar la sensibilidad al contenido de frecuencia
espacial de la superficie del material de ensayo a lo largo de una
primera dirección predominante del material de ensayo, y dicho
segundo acceso o puerta está configurado para aislar la
sensibilidad al contenido de frecuencia espacial de la superficie de
la muestra a lo largo de una segunda dirección predominante del
material de ensayo.
La señal óptica y la segunda señal óptica se
reciben de forma concurrente.
Los aspectos, características y ventajas
adicionales de la invención podrán comprenderse y resultarán más
evidentes si se contempla la invención a la luz de la siguiente
descripción realizada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en
los que:
La figura 1 ilustra una esfera integrante que usa
una configuración clásica, generalmente denominada Difusión/0º;
la figura 2 ilustra una esfera integrante que usa
una configuración clásica de modalidad SCI;
la figura 3 ilustra una esfera integrante que usa
una configuración clásica de modalidad SCE;
la figura 4 ilustra esquemáticamente una
configuración de esfera integrante y unos rayos especulares
esquemáticos asociados para aplicar una realización de la presente
invención;
la figura 5 representa de forma ilustrativa unas
mediciones espectrales para mediciones sobre un material de ensayo
hipotético dotado de una superficie lisa y pulida, y además ilustra
esquemáticamente la desviación de la reflectancia espectral SCE,
R(\lambda)_{E} (línea de puntos), del ideal a
causa de la aberración cromática de la óptica receptora, según una
realización de la presente invención;
la figura 6 ilustra esquemáticamente las
diferencias entre las reflectancias SCI-SCE real e
ideal para la muestra hipotética, según una realización de la
presente invención;
la figura 7 ilustra esquemáticamente la función
del error de reflectancia, \varepsilon(\lambda), para
una típica muestra dotada de una superficie especular no ideal, y
la función del error de reflectancia nominal,
\varepsilon(\lambda)_{nom}, para una muestra de
calibración, según una realización de la presente invención;
la figura 8 ilustra una función de exploración de
borde para una muestra, según una realización de la presente
invención;
la figura 9A representa una vista isométrica, con
determinadas características de los receptores expuestas para una
mayor claridad, de una esfera integrante que puede usarse para
aplicar diversas realizaciones de la presente invención;
la figura 9B representa una vista en planta
(superior) de la esfera integrante, desde el lado receptor, con
ciertas características de los receptores separadas para una mayor
claridad;
la figura 9C es una vista en sección transversal
de la esfera integrante a lo largo de la línea
IC-IC de la figura 9B, con determinadas
características de los receptores expuestas para una mayor
claridad;
la figura 9D es una vista en sección transversal
de la esfera integrante a lo largo de la línea
ID-ID de la figura 9B, con ciertas características
de los receptores expuestas para una mayor claridad;
la figura 9E es una vista en sección transversal
de la esfera integrante a lo largo de la línea
IE-IE de la figura 9D;
la figura 10A ilustra una vista esquemática en
corte de la esfera integrante de las figuras 9A-9E,
con ilustraciones esquemáticas de los haces de rayos para los
receptores y accesos asociados que permiten visualizar la relación
entre los haces de visión;
la figura 10B muestra una proyección sobre un
plano paralelo a la superficie de la muestra del receptor que
muestra los accesos y ejes de visión, según se representa en la
figura 10A, de manera que las relaciones mutuas de los accesos y
ejes de visión de la parte posterior (es decir, la parte superior
alejada del acceso de la muestra) de la esfera integrante de las
figuras 9A-9E se pueden visualizar con mayor
facilidad;
la figura 11A y la figura 11B muestran unas
vistas esquemáticas simplificadas en sección transversal y superior,
respectivamente, de una esfera integrante dotada de un acceso SCI
opuesto al receptor (haz de visión) de un acceso SCE no opuesto al
receptor (haz de visión) del acceso SCI;
la figura 12A y la figura 12B muestran unas
vistas esquemáticas simplificadas en sección transversal y superior,
respectivamente, de una esfera integrante dotada de un acceso SCI
opuesto al receptor (haz de visión) de un acceso SCE no opuesto al
receptor (haz de visión) del acceso SCI; y
la figura 13 muestra esquemáticamente la
aplicación de una esfera integrante que incluye unos receptores
coaxiales.
Según una realización preferente de la presente
invención, se aplica un único instrumento espectrofotométrico para
medir y discriminar los efectos combinados de color y de superficie
de un material de ensayo. Antes de describir detalladamente la
citada realización preferente, la presente invención será entendida
con mayor facilidad haciendo referencia a las figuras
1-3, que ilustran esquemáticamente diversas
configuraciones de medición ilustrativas de una esfera integrante 1
que incluye una cavidad dotada de una superficie altamente
reflectante y ópticamente difusa 1a iluminada por una fuente de luz
2 (por ejemplo, una lámpara) a través de un acceso de lámpara 3 que
ilumina difusamente un material de ensayo (muestra) 6 en el acceso
7, de forma convencional.
Más particularmente, la figura 1 ilustra una
configuración clásica, a la que generalmente se denomina
Difusión/0º, en la que un receptor se encuentra situado para
recibir una radiación óptica normal a un material de ensayo
iluminado difusamente, y en la que el acceso especificado en la
esfera integrante para el receptor óptico excluye automáticamente
la totalidad o parte de la contribución especular. Según se
aprecia, el receptor 20, que incluye, por ejemplo, una lente óptica
20a acoplada ópticamente a una fibra óptica 20b, está orientado
hacia la muestra a través del acceso de visión 5 del receptor y a lo
largo del eje 26 del receptor, que es coaxial con la normal 30 del
material de ensayo y coaxial con el eje central de la esfera
integrante 1 (es decir, el eje que pasa a través del centro de la
esfera y es normal a la superficie de la muestra). También se
muestran, a modo de referencia y para claridad de la exposición que
ilustra la radiación óptica recibida por el receptor 20 (es decir,
el haz de visión del receptor 20), unas ilustraciones esquemáticas
de: los rayos del haz de visión 26a y 26b, que representan los
rayos en las fronteras externas del haz de visión para el receptor
20; y los rayos especulares 26c y 26d, que son los rayos
especulares correspondientes a los rayos del haz de visión 26a y
26b, respectivamente. A partir de estas líneas de referencia, se
puede ver que, en esta realización, el acceso de visión 5 del
receptor excluye a la mayor parte de los componentes especulares de
la visión del receptor 20. También se aprecia, y se comprende
perfectamente, que todos los componentes especulares pueden ser
eliminados modificando la óptica del acceso y/o del receptor.
Típicamente, sin embargo, el eje de la óptica del
receptor se encuentra generalmente inclinado respecto a la normal
del material de ensayo (hasta 10º, según las normas actuales) con
objeto de aislar la reflexión especular. Por ejemplo, y haciendo
referencia a la figura 2, con el receptor 20 suficientemente
inclinado respecto a la normal 30 del material de ensayo (por
ejemplo, la inclinación de 8º mostrada), se puede incluir la luz
especular reflejada (modalidad SCI) gracias a la presencia de la
superficie de la esfera integrante de iluminación en la región
comprendida por la proyección especular del haz de visión del
receptor 20, indicado por la posición complementaria 11, que, para
la aplicación geométrica de la figura 2, corresponde a la región
centrada en torno al eje 26e del receptor especular, que es la
proyección especular (es decir, en el ángulo igual y opuesto de la
normal 30 del material de ensayo) del eje 26 del receptor. Como
alternativa, y según se ilustra esquemáticamente en la figura 3, se
puede eliminar la luz especular reflejada (modalidad SCE) si en
efecto se elimina, por ejemplo, aquella parte de la superficie de la
esfera integrante de la que se originarían los componentes
especulares, proporcionándose así lo que se conoce como un acceso
de exclusión especular 13. Según es sabido en la técnica, se puede
usar un instrumento equipado con una parte móvil de la esfera en la
que se "enchufa" el SEP para medir el SCI y el SCE por
separado. Alternativamente, se puede equipar un instrumento con dos
o más ópticas receptoras - incluyendo, por ejemplo, una con y otra
sin SEP - para medir el SCE y el SCI simultáneamente, según se
describe en la solicitud de patente de Estados Unidos de asignación
común serie No. 09/097.312, titulada
"Multi-Channel Integrating Sphere", presentada
el 12 de junio de 1998, y de acuerdo con el espectrómetro de
Palumbo y col., "Novel Spectrophotometer for the Measurement of
Color and Appearance", Analytica Chimica Acta, 1999, 380
(2-3), págs. 243-261, que
corresponde al espectrómetro descrito en la solicitud de patente de
Estados Unidos de asignación común serie No. 09/041.233, titulada
"Concentric Spectrometer", presentada el 12 de marzo de 1998.
Para claridad de la exposición, unas realizaciones de una esfera
integrante multicanal de la solicitud de Estados Unidos Serie No.
09/097.312, que pueden adaptarse para aplicar diversas
realizaciones de la presente invención, se describen a continuación
en relación con la siguiente descripción de diversas realizaciones
de la presente invención.
Se entiende que si el material de ensayo tiene
una superficie ópticamente lisa y suave ("brillante"), la
reflexión superficial es puramente especular y bien definida, por
lo que el SEP deberá ser sólo ligeramente mayor que el tamaño del
haz de receptor proyectado para lograr unas mediciones SCE fiables
(es decir, una recepción insignificante de componentes
especulares). No obstante, si la superficie del material de ensayo
no es lisa y suave, la radiación óptica que se origina en la esfera
integrante fuera del SEP puede ser objeto de reflejo Fresnel por la
superficie de la muestra hacia el receptor, contribuyendo al color
del material de ensayo medido (que para el SCE debería basarse sólo
en una reflexión difusa). Por consiguiente, el SEP suele ser un
tanto mayor que el mínimo definido por una superficie lisa y suave
para permitir una cantidad típicamente menor de tales variaciones
superficiales del material de ensayo, además de unas pequeñas
desalineaciones.
Según la presente invención, y como podrá
apreciarse por lo anteriormente expuesto, al adquirir una serie de
mediciones nominalmente SCE como función del tamaño SEP, se puede
extraer información sobre el carácter de la superficie del material
de ensayo a partir de tales mediciones debido a que la distribución
angular "cartografiada" de las reflexiones superficiales guarda
relación con el perfil superficial del material de ensayo. Dicho
procedimiento se puede aplicar, por ejemplo, usando un
colorímetro/reflectómetro convencional provisto de una esfera
integrante dotada de un acceso SEP equipado, por ejemplo, con una
rueda de apertura giratoria que tiene unas aberturas de diversos
tamaños que se pueden situar individualmente sobre el acceso SEP al
girar la rueda de apertura. Más específicamente, y a modo de
ejemplo, se pueden disponer varias aberturas de diferentes tamaños
circunferencialmente en torno a la rueda de apertura (por ejemplo,
unas aberturas circulares desplazadas angularmente en torno al
centro de la rueda de apertura, cuyos centros son equidistantes a
dicho centro de la rueda), de manera que la región o regiones de la
rueda en torno a cada abertura "detecta(n)" que el
interior de la esfera es ópticamente difuso y altamente
reflectante. Alternativamente, la rueda de apertura giratoria puede
estar exenta de aberturas con el fin de proporcionar una exclusión
especular: por ejemplo, las aberturas pueden ser sustituidas por un
material absorbente de luz (por ejemplo, "negro") rodeado por
el material ópticamente difuso y altamente reflectante. En
cualquier realización de este tipo, una de las posiciones de la
rueda de apertura puede incluir una abertura o espacio mayor que el
acceso, de manera que el tamaño del acceso sería igual al tamaño
del SEP.
Además, deberá entenderse que es posible emplear
más de una rueda de apertura del tipo citado para proporcionar un
mayor número de tamaños de abertura. Por ejemplo, una primera rueda
de apertura incluiría una primera gama monotónica de tamaños de
abertura, y una segunda rueda de apertura incluiría una segunda
gama monotónica de tamaños de abertura. La primera rueda de apertura
estaría yuxtapuesta entre el acceso SEP y la segunda rueda de
apertura, y preferentemente incluiría una abertura o espacio mayor
que el tamaño del acceso SEP en torno al cual estaría situada al
emplear la segunda rueda de apertura para establecer el tamaño de
abertura SEP. Los ejes de las diferentes ruedas de apertura se
pueden montar coaxialmente o separadamente. En cualquiera de estas
realizaciones de rueda de apertura, la rueda o ruedas de apertura
gira(n) accionada(s) por un motor (por ejemplo, un
motor paso a paso) controlado por un procesador del instrumento
espectrofotómetro.
En una aplicación alternativa de un SEP
mecánicamente variable, en lugar de proporcionar un acceso a través
de la esfera integrante que disminuya variablemente de tamaño
mediante la superposición de máscaras de abertura de diferentes
tamaños (más pequeños), se puede incorporar un mecanismo de puerta o
deflector de luz (por ejemplo, un tapón "negro") a través de
la pared de la esfera integrante mediante el cual el área en
sección transversal de la puerta de luz dentro de la esfera
integrante puede modificarse mecánicamente. Por ejemplo, la puerta
de luz se puede aplicar en forma de un mecanismo "tipo
paraguas" dotado de una puerta de membrana elástica que obstruya
un área de sección transversal variable de la superficie interna de
la esfera integrante según el grado de "abertura".
Por consiguiente, puede apreciarse que, de
acuerdo con las realizaciones ilustrativas de la presente invención
anteriormente descritas, las características superficiales del
material de ensayo se pueden determinar a partir de una
distribución angular "cartografiada" de los reflejos
superficiales medidos para los diferentes tamaños de SEP. Deberá
tenerse presente, sin embargo, que las realizaciones ilustrativas
anteriormente descritas, aunque capaces de proporcionar una
caracterización superficial del material de ensayo coincidente con
una medición de color (es decir, si además se desea una medición de
color), requieren muchas mediciones y un SEP mecánicamente
variable.
Según una realización preferente de la presente
invención, una distribución angular "cartografiada" de este
tipo para caracterizar el perfil superficial del material de ensayo
se obtiene, sin necesidad de múltiples mediciones y de un SEP
mecánicamente variable, a través de la explotación de las
aberraciones cromáticas de una lente o una placa de zona que realiza
un trazado de la distribución angular según longitud de onda.
Más específicamente, una lente convencional de un
único elemento suele tener unas aberraciones cromáticas
provenientes de una variación dependiente de la longitud de onda
del índice de refracción del material óptico. Normalmente, una
lente positiva tiene una longitud focal más corta para longitudes de
onda de luz más cortas debido a su mayor índice de refracción. Este
efecto suele ser un problema que debe ser corregido con el uso de
lentes de múltiples elementos de dos o más materiales, lo cual
incrementa su coste y limita la apertura numérica o
"velocidad" del sistema óptico.
La presente invención, en su realización
preferente, no pretende reducir el efecto de la aberración
cromática de la lente receptora, sino explotarla. El efecto de esta
aberración cromática es que el tamaño proyectado del haz receptor
en la posición del SEP es una función predecible de la longitud de
onda. Con referencia a la figura 4, el tamaño del SEP 13 se
selecciona de manera que coincida con el tamaño del haz proyectado
a una determinada (es decir, predeterminada) longitud de onda para
un material de ensayo nominal ideal liso/suave (el material de
ensayo no se ilustra). Se estima que los parámetros que intervienen
en la determinación del tamaño del SEP son el material de la lente
(por ejemplo, vidrio, plástico, etc.), las aberturas de la óptica
del receptor, las posiciones conjugadas, y la longitud focal de la
lente o lentes (el tamaño deseado del área del material de ensayo a
medir influye sobre estos parámetros). Estos parámetros
proporcionan un tamaño de imagen de plano especular predecible
frente a la función de longitud de onda, que se calcula, por
ejemplo, mediante un trazado de rayo óptico. En esta realización
ilustrativa, las longitudes de onda cortas tienen un mayor tamaño de
haz proyectado en el SEP que las longitudes de onda largas
(obsérvese que una aplicación alternativa podría tener una
dimensión más larga del haz proyectado para las longitudes de onda
largas que para las longitudes de onda cortas), según se representa
esquemáticamente en la imagen especular de longitud de onda larga
32 y la imagen especular de longitud de onda corta 34,
correspondientes a los rayos especulares proyectados sobre el SEP
13 por un material de ensayo idealmente liso/suave para longitudes
de onda respectivamente más largas y más cortas que la longitud de
onda dada (es decir, predeterminada). Igualmente identificadas en
la figura 4 para fines de claridad, hay un foco de longitud de onda
larga 36 y un foco de longitud de onda corta 38. Así, para una
superficie de un material de ensayo liso/suave, las longitudes de
onda más largas tendrían un tamaño de haz proyectado de menor
tamaño que el SEP. No obstante, cualquier material de ensayo con
variaciones superficiales hará que las longitudes de onda más largas
comiencen a "ver" el borde del SEP (es decir, a recibir
componentes especulares del mismo) - es decir, una radiación de
longitud de onda más larga, originada en la superficie interna de
la esfera integrante fuera del SEP 13, será reflejada por la
superficie de la muestra hacia el interior del haz de visión
recibido por el receptor 20. Esto significa que, para una
determinada longitud de onda, las contribuciones de un componente
especular a la señal medida serán una función de las
características superficiales del material de ensayo, ya que el
tamaño proyectado del haz de visión para una determinada longitud
de onda es, en parte, una función de las características
superficiales de la muestra.
El efecto es similar al de un SEP de tamaño
variable, como el indicado anteriormente, aunque en este caso la
variación de tamaño proporcional se codifica por longitud de onda
en una única medición SCE en virtud de la aberración cromática del
haz receptor. Si además el material de ensayo se mide por SCI, se
puede obtener gran cantidad de información sobre el material de
ensayo por medio de estas dos mediciones, incluyendo: color,
brillo/mate, "piel de naranja", lisura en bruto, etc. Según lo
descrito, aunque dicha medición SCI se puede tomar separadamente,
usando una esfera con una parte móvil que selectivamente tapona un
acceso SEP, un instrumento equipado con dos o más receptores, tal
como el descrito en la solicitud de patente de Estados Unidos de
asignación común serie No. 09/097.312 (descrita a continuación a
modo de descripción adicional de la presente invención), permite
unas mediciones SCE y SCI simultáneas que simplifican aún más el
proceso.
Se entiende que existen varias formas de analizar
la información adquirida para elucidar los efectos superficiales.
Un análisis específico puede depender de diversos factores, tales
como efectos, características o atributos de aspecto que sean de
interés. A modo de ejemplo, y con referencia a las figuras
5-8, un perfil de ciertas técnicas de análisis
destinadas a evaluar el carácter del aspecto superficial de una
muestra a partir de sus reflectividades espectrales se presenta en
la forma siguiente, habiéndose establecido el orden enumerado para
fines de claridad de la exposición y no para limitar el orden de
realización de cualquiera de las etapas o subetapas de una
determinada etapa enumerada:
1. Primero, la reflectancia espectral se calcula
a partir de la información adquirida. Este proceso depende del tipo
de medición espectral que proporciona el espectrómetro del
instrumento, de las técnicas de calibración, de las correcciones de
errores, etc. Esto proporciona unas reflectancias espectrales que
en el presente caso se designan R(\lambda)_{I}
para los valores SCI y R(\lambda)_{E} para los
valores SCE, en donde \lambda representa la longitud de onda
óptica. La figura 5 describe, ilustrativamente, unas reflectancias
espectrales para mediciones sobre un material de ensayo hipotético
dotado de una superficie lisa y pulida: se ilustra la reflectancia
espectral SCE ideal d/O (línea cortada), y la reflectancia espectral
SCI d/O, R(\lambda)_{I} (línea continua). También
se muestra una ilustración esquemática de la desviación de la
reflectancia espectral SCE, R(\lambda)_{E} (línea
de puntos) respecto a la ideal a causa de la aberración cromática
de la óptica del receptor.
2. A continuación, se calcula la diferencia
SCI-SCE como: \DeltaR(\lambda) =
R(\lambda)_{I} -
R(\lambda)_{E}.
3. Los valores de la diferencia
SCI-SCE, \DeltaR(\lambda), en la región
de la mayor longitud de onda (denominándose \lambda_{max} a las
longitudes de onda de esta región) del espectro (que para este
diseño en particular tienen la imagen especular roja de menor
tamaño que la azul), se evalúan para verificar que: a)
\DeltaR(\lambda_{max}) es mayor que un valor
predeterminado y b) los datos para \DeltaR(\lambda) en
dicha región producen un encaje adecuado (basándose los criterios
de encaje predeterminados en el rendimiento del instrumento)
respecto a la ampliamente conocida Ecuación de Reflexión Fresnel
para un índice de refracción de la muestra, n, determinado por el
encaje medio en la citada región. Una superficie muy difusa de la
muestra no cumpliría con estos criterios, y no sería analizada en
la forma que a continuación se indica. La figura 6 ilustra
esquemáticamente las diferencias SCI-SCE reales e
ideales para la muestra hipotética, representando la diferencia de
reflectancia ideal SCI-SCE la reflectancia especular
Fresnel que se espera de un receptor óptico ideal libre de
aberraciones.
4. \DeltaR(\lambda) se resta de los
valores de reflectancia Fresnel encajados, F(\lambda),
produciéndose una función de error de reflectancia,
\varepsilon(\lambda) = F(\lambda) -
\DeltaR(\lambda).
5. Una superficie de muestra especular perfecta
proporcionará una función nominal \varepsilon(\lambda),
\varepsilon(\lambda)_{nom}, que no equivale a
cero para longitudes de onda más cortas que un valor específico, las
"longitudes de onda de transición". Este valor de longitud de
onda se produce cuando la imagen especular es suficientemente
grande y posiblemente un tanto descentrada, para comenzar a
intersectar el borde del SEP, teniendo las longitudes de onda más
cortas un valor \varepsilon(\lambda)_{nom} cada
vez mayor. Esta función nominal se puede determinar de antemano si
se calibra el instrumento usando una precisa superficie lisa de
reflectancias conocidas, tal como un espejo de calidad óptica o un
vidrio pulido. Los valores para
\varepsilon(\lambda)_{nom} a longitudes de onda
mayores que la onda de transición medirán cero en la calibración,
aunque deben ser extrapolados a valores negativos sobre la base de
los datos por debajo de la longitud de onda de la onda de
transición combinados con el conocimiento teórico de las leyes de
reflexión de Fresnel, las normas de dispersión espectral y los
conjugados focales de la óptica del receptor. La figura 7 ilustra
esquemáticamente la función del error de reflectancia,
\varepsilon(\lambda),para una muestra típica dotada de
una superficie especular no ideal, y la función del error de
reflectancia nominal,
\varepsilon(\lambda)_{nom}, para una muestra de
calibración.
6. Un uso simple de los datos consiste en
observar el cambio de longitud de onda de la onda de transición de
\varepsilon(\lambda)_{nom} a
\varepsilon(\lambda). (Véase la figura 7). Mientras más
rugosa sea la superficie de la muestra, mayor será el cambio que
se producirá en la longitud de onda de la onda de transición. Por
consiguiente, se puede generar una escala útil basada en dicho único
parámetro (es decir, el cambio en la onda de transición) o en una
medida similar de desviación del error de reflectancia nominal (por
ejemplo, diferencias entre áreas integradas de
\varepsilon(\lambda)y
\varepsilon(\lambda)_{nom}, para un sencillo
análisis y caracterización de la muestra. No obstante, se puede
efectuar un análisis más detallado de esta información para una
mejor caracterización de la superficie de la muestra (por ejemplo,
para proporcionar una medida del aspecto) en la forma que a
continuación se indica.
7. A la función medida
\varepsilon(\lambda)(y preferentemente corregida, según
se describe más abajo) para la muestra se le ha restado la función
nominal normalizada
\varepsilon(\lambda)_{nom}, obteniéndose E(\lambda), debido a las "imperfecciones" de la superficie de la muestra. Más específicamente:
\varepsilon(\lambda)_{nom}, obteniéndose E(\lambda), debido a las "imperfecciones" de la superficie de la muestra. Más específicamente:
E(\lambda) =
\varepsilon (\lambda) - k(\lambda) \varepsilon (\lambda)
_{nom}
en donde
k(\lambda)se usa para normalizar los valores de
calibración respecto a los valores de la muestra para la
reflectancia de una superficie perfecta y esto se obtiene de las
relaciones de las reflectancias conocidas del patrón de calibración
y F(\lambda). Cuando E(\lambda) es negativo, se
fija en cero. Las funciones \varepsilon(\lambda)y
\varepsilon(\lambda)_{nom} tienen el área de
haces integrada en sus valores. Estas funciones pueden diferenciarse
antes de calcular E(\lambda), siendo cualquier falta de
uniformidad del haz resuelta mediante un
repliegue.
8. A continuación, se corrige la escala básica de
longitud de onda, \lambda, en E(\lambda), para obtener
el carácter no lineal de la dispersión de la lente del receptor,
que se determina del material o materiales de la lente y de la
configuración focal usada en el diseño de la óptica del receptor.
Esta y/u otra corrección o correcciones a E(\lambda)
proporciona la función E'(\lambda), que es la función de
exploración de borde de la imagen especular del haz del receptor.
La figura 8 ilustra la función de exploración de borde para una
muestra. Se observa que el análisis de la función de exploración de
borde es análogo al análisis de la función de transferencia de
modulación de un sistema óptico de formación de imágenes.
9. Como es sabido en la tradición de ensayos
ópticos, aplicable a la medición de aspecto por Tannenbaum
(anteriormente citada), E'(\lambda) se puede transformar según
Fourier para proporcionar el contenido de distribución de
frecuencia espacial de la superficie de la muestra, de forma radial
en el caso de un SEP redondo y un haz de receptor redondo.
10. El resultado se puede clasificar y/o
interpretar matemáticamente en diversas escalas relativas al
aspecto, tales como piel de naranja, nebulosidad y similares, de
forma parecida o igual a la descrita y catalogada por Tannenbaum
(anteriormente citado).
A partir de estas etapas de análisis ilustrativo
de los datos, se observa que la selección del tamaño del SEP
respecto al tamaño del haz proyectado supone un compromiso. Por un
lado, existe la necesidad de contar con suficientes puntos de
información en la curva, desde la longitud de onda más corta hasta
la longitud de onda de transición nominal, para proporcionar una
forma de curva fiable al realizar una calibración sobre una
superficie pulida y permitir una extrapolación precisa de dicha
curva. Por otro, si la longitud de onda de transición es demasiado
grande (por ejemplo, un SEP pequeño respecto al tamaño del haz), la
gama de medición de rugosidad superficial se limita, ya que las
superficies más rugosas presionan a la longitud de onda de
transición hacia mayores longitudes de onda: una vez que la
longitud de onda de transición sobrepasa la gama del espectrómetro,
se pierde información. A modo de ejemplo, se puede elegir un tamaño
de SEP relativo al tamaño del haz para que la longitud de onda de
transición nominal sea, a grandes rasgos, de 400 nm a 500 nm para
una superficie de muestra pulida ideal.
Puede verse que existen varios procedimientos
alternativos para el análisis de la información, y que el
procedimiento anteriormente descrito sirve como guía general para
un procedimiento preferente; como tal, no pretende ser ni riguroso
ni detallado. Existe un gran número de posibles alteraciones o
correcciones que se pueden incluir para compensar las diversas
configuraciones e imperfecciones instrumentales. Por ejemplo, el
análisis puede incluir correcciones para la translucidez y/o
uniformidad de la muestra. Además, si se emplean receptores
adicionales (por ejemplo, con haces de mayor área), el análisis
puede incluir correcciones destinadas a la uniformidad del haz del
receptor y a una mejor determinación de los valores de reflexión
Fresnel de la muestra, etc. Según otro ejemplo, una configuración
puede incluir un acceso SCE adicional, con un tamaño SEP acorde con
el tamaño del haz receptor (y preferentemente también eliminando la
aberración cromática del receptor), de manera que los efectos
superficiales esencialmente no provocan desviación alguna en la
reflectancia SCE medida sobre la longitud de onda de interés, por lo
que la señal de reflectancia SCE medida puede ser usada en lugar
de, o además de, la medición de reflectancia SCI para determinar
las desviaciones del ideal en el acceso SCE, que está sujeto a
variaciones de la reflectancia espectral medida debido a la
aberración cromática.
Además, deberá entenderse que existe un gran
número de posibles variaciones y realizaciones alternativas para
aplicar la presente invención. Se pueden aplicar diversas formas o
configuraciones del haz de visión del receptor y/o SEP para lograr
una mejor diferenciación de ciertas características superficiales
y/o para aislar los efectos en determinadas direcciones. Por
ejemplo, se apreciará que la configuración SEP circular con un haz
receptor circular, según se describe en el presente documento, no
es necesariamente la configuración más ventajosa para la
sensibilidad de la medición del carácter superficial, ya que el
área central de la sección transversal del haz proporciona una
escasa señal modulada de la superficie, por lo que no puede
optimizarse la profundidad de modulación. No obstante, esta
geometría de haces es típica de la colorimetría, y por lo tanto es
aceptada más fácilmente por la industria. Como ejemplo de una
configuración alternativa que incrementaría la profundidad de
modulación, el centro del haz de visión del receptor puede ser
objeto de una "extracción de núcleo" para formar un cilindro
hueco dotado de una sección transversal anular, formándose el SEP
como una abertura (o puerta) anular, proporcionando el efecto de
carácter superficial sobre la modulación de la señal una mayor
profundidad o contraste. Esta última configuración de un receptor y
SEP asociado resulta particularmente apta para ser aplicación como
receptor coaxial, de acuerdo con la descripción de los receptores
coaxiales de la solicitud de patente de Estados Unidos de
asignación común serie No. 09/097.312 (según se describe a
continuación como descripción adicional de la presente invención).
Como ejemplo, el receptor anular o de núcleo extraído puede rodear
a un receptor SCI dispuesto coaxialmente que recibe componentes
especulares desde la región circular interna del acceso o puerta SEP
anular.
En una variación similar, el SEP se puede formar
como un rectángulo alargado, con una forma de haz de receptor
adecuadamente ajustado. Dicha disposición se puede configurar para
sensibilizar el contenido de frecuencia espacial de la superficie
de la muestra a lo largo de una sola dirección (por ejemplo,
seleccionando el tamaño de haz respecto al tamaño del SEP en cada
dirección, de manera que solamente una dirección responda a las
variaciones de tamaño del haz proyectado con codificación de
longitud de onda debido a los efectos superficiales), lo que
permite distinguir las variaciones de textura superficial como
función de la orientación de giro de la muestra. Se puede usar una
serie de dichas "tablillas" con una sección transversal de haz
"estriada" con el fin de incrementar la cantidad de flujo de
luz disponible y proporcionar una sección transversal del haz que
tenga una relación de aspecto más uniforme. Se puede elegir la
separación de las citadas tablillas para optimizar la sensibilidad
de la medición respecto a una determinada gama de frecuencias
espaciales.
Dichas configuraciones que usan un SEP
rectangular y una forma de haz rectangular se aplican ventajosamente
empleando múltiples receptores. La orientación y/o separación de
las tablillas puede variar para cada receptor con el fin de
permitir la caracterización de múltiples componentes superficiales
con una sola acción de medición. Por ejemplo, dos de dichos
receptores configurados pueden tener la misma orientación de
longitud del rectángulo respecto a una normal a la muestra, aunque
pueden estar desplazados aproximadamente 90º respecto al acimut
para medir concurrentemente el contenido de frecuencia espacial en
direcciones ortogonales de la muestra. Alternativamente, el
contenido de frecuencia espacial en direcciones ortogonales de la
muestra se puede medir concurrentemente mediante dos de dichos
receptores configurados con unas relaciones de orientación
ortogonal de la longitud del rectángulo respecto a una normal a la
muestra y con un plano de visión común (es decir, desplazado
aproximadamente 0º o 180º respecto al acimut). En una aplicación de
este tipo, con un desplazamiento de 0º del acimut, los receptores
se pueden disponer coaxialmente o se pueden disponer con unos
ángulos de visión ligeramente diferentes.
Como ejemplo adicional de las variaciones dentro
del planteamiento de la presente invención, a pesar de que la
realización anterior se aplica en un espectrofotómetro para
diferenciar convenientemente las características de color y
superficie en una sola medición, el procedimiento de la presente
invención se puede aplicar también a través de innumerables
disposiciones ópticas que no se limitan a medir concurrentemente
estos atributos de aspecto. Además, aunque la realización anterior
ha sido descrita para un espectrofotómetro con una esfera
integrante dotada de una configuración de medición de reflectividad
difusa (es decir, en la que el material de ensayo es iluminada
difusamente por la esfera, usando una o más lentes de receptor para
captar la luz reflejada desde un área definida del material de
ensayo), el procedimiento de geometría "inversa" se puede usar
igualmente para aplicar la presente invención. Es decir, el material
de ensayo puede ser iluminado por un haz definido de luz
proyectado, usándose la esfera integrante para captar la luz
reflejada y dirigirla a un detector analizador. Incluso otro
ejemplo de variaciones dentro del planteamiento de la presente
invención, y aunque la realización preferente anteriormente citada
que usa aberración cromática se aplica mediante una estructura de
receptor SCE, la presente invención se puede aplicar usando un
receptor de modalidad SCI con aberración cromática. Por ejemplo, el
receptor SCI puede tener una sección transversal circular del haz y
un acceso SEP anular con un área central interna altamente y
difusamente reflectante (es decir, dentro de la frontera interna del
anillo) situado opuesto al receptor SCI, de manera que la periferia
del haz especular proyectado para el receptor SCI solape la
frontera interna del anillo para longitudes de onda más cortas (o
más largas, según el diseño) que una determinada (es decir,
predeterminada) longitud de onda para un material de ensayo nominal
liso/suave ideal.
Además, aunque la presente invención y las
variaciones de la misma han sido anteriormente descritas
predominantemente en relación con una realización preferente que
explota la aberración cromática, muchos de los aspectos,
características y variaciones son igualmente aplicables a la
realización de la presente invención, anteriormente descrita de
forma breve, que usa un acceso SEP de tamaño variable. Por ejemplo,
la forma del acceso y/o la forma del haz del receptor puede tener
un diseño adecuado que aisle o potencie la sensibilidad al
contenido de frecuencia espacial a lo largo de una determinada
dirección. Por ejemplo, el tamaño del acceso puede variar en una
sola dirección, o bien la forma del haz y la forma del acceso
pueden alargarse de manera que los cambios isotrópicos de la
dimensión del acceso afecten predominantemente a una sola dirección
del haz recibido. Además, se pueden aplicar múltiples accesos
variables, orientándolos de manera que sean sensibles al contenido
de frecuencia espacial a lo largo de diferentes direcciones de la
muestra.
Según podrá apreciarse a partir de las
realizaciones precedentes, y como podrá comprenderse aún mejor si
se lleva a la práctica la presente invención, ésta ofrece muchas
ventajas y beneficios derivados. Por ejemplo, la presente invención
proporciona un procedimiento de medición de los efectos
superficiales de una muestra, siendo dicho procedimiento apropiado
para aplicar con un espectrofotómetro del tipo usado en
colorimetría. Además, el procedimiento permite la medición y
diferenciación entre color y aspecto superficial a través de una
única medición y usando un único instrumento (por ejemplo, un
espectrofotómetro). Además, la caracterización de los colores y
efectos superficiales exige adquirir una cantidad de datos y
realizar una cantidad de cálculos relativamente pequeña,
posibilitando así una rápida medición y caracterización. Además, la
presente invención se puede aplicar con un instrumento de tamaño
reducido (compacto) y de bajo peso (por ejemplo, portátil), sin
necesidad de piezas móviles, con el resultado de un bajo coste de
instrumental.
Según lo descrito, hay diversas aplicaciones de
la presente invención que ventajosamente pueden emplear dos o más
receptores, según la invención descrita por el solicitante en la
solicitud de Estados Unidos serie Nº 09/097.312. Dicha invención
proporciona una esfera integrante que dispone de múltiples
modalidades de medición (por ejemplo, SCE múltiple; SCE y SCI; SCI
múltiple), múltiples áreas de visión para una determinada modalidad
de medición, y múltiples ángulos de visión por cada modalidad de
medición, además de combinaciones de las mismas, según podrá
apreciarse mejor a continuación. Deberá tenerse presente que el
término esfera integrante no pretende limitar la cavidad interna a
una forma esférica, y se usa, según entiende el experto normal en
la técnica, para referirse a una clase de instrumento usado para
medir la reflectancia de la luz de una muestra de ensayo. Se pueden
aplicar diferentes formas de la cavidad interna.
Antes de describir las realizaciones ilustrativas
de la invención de la esfera integrante multicanal, debe
introducirse una determinada terminología para fines de coherencia
y claridad de la exposición a la hora de describir las condiciones
de visión (por ejemplo, ubicación espacial/óptica, orientación, y/o
relación de o entre acceso(s), muestra, haz o haces de
visión, etc.) para una esfera integrante empleada en una
configuración de medición de reflectancia difusa para iluminar
difusamente una muestra de ensayo situada en un acceso de la
muestra, y para recibir la radiación óptica reflejada desde la
muestra de ensayo y dirigida al interior de los receptores
asociados a los accesos de visión de la esfera integrante. Los
colorímetros convencionales suelen ser de geometría inversa, en la
que el haz luminoso choca directamente sobre la muestra y la
trayectoria de detección recibe la luz desde la pared de la esfera
integrante, que integra la luz reflejada por la muestra. La
terminología usada en el presente documento es aplicable a la
geometría "no inversa" anteriormente descrita en relación con
una configuración de medición de reflectancia difusa.
Según se usa en el presente documento, un acceso
generalmente se refiere a una región de la esfera integrante en la
que está ausente la superficie interna altamente reflectante y
ópticamente difusa, y típicamente incluye una abertura formada a
través de la pared interna. Una esfera integrante de un colorímetro
incluye un acceso de la muestra y uno o más accesos de visión, y,
según se describe a continuación, también puede incluir un acceso
de exclusión especular (SEP) y/o un acceso de referencia.
Generalmente, un acceso de visión tiene un
receptor asociado y se caracteriza por un haz de visión que
representa el mazo de rayos de radiación óptica recibido por el
receptor asociado directamente desde la radiación óptica reflejada
por la muestra. La sección transversal del área del haz de visión de
un receptor, en el acceso de visión asociado, puede ser menor o
igual al área total en sección transversal del acceso de visión
mismo. Cuando el área del acceso es mayor que el área del receptor,
la región del acceso que rodea a la parte de receptor típicamente
tiene una baja reflectividad.
Un ángulo de visión del rayo se refiere al ángulo
entre un rayo del haz de visión y la normal a la superficie de la
muestra, en el punto en el que el rayo intersecta la superficie de
la muestra. Un plano del haz de visión se refiere al plano definido
por un rayo en el haz de visión y la normal de la muestra a la
superficie de la muestra en la intersección de la superficie de la
muestra y el rayo. Un ángulo acimutal entre dos haces de visión se
representa por un ángulo, en un plano perpendicular a una normal de
la muestra, entre dos planos de visión de los respectivos haces de
visión.
Generalmente, un haz de visión puede incluir
rayos que se apartan el uno del otro (es decir, que no son
paralelos) dentro de una determinada amplitud (por ejemplo, la
Commission Internationale de l'Eclairage (CIE), publicación número
15.2 (Colorimetría), 1986, especifica que el ángulo entre el eje del
haz de visión y cualquier rayo del haz de visión no debería exceder
de 5º), lo cual produce una gama finita de ángulos acimutales de
los rayos de visión respecto a un determinado plano, además de una
gama finita de ángulos de visión para el haz de visión. Sin
embargo, debido a que un haz de visión es típicamente simétrico en
torno a un eje de visión (es decir, al rayo axial central del haz de
visión), este eje de visión se usa típicamente para describir el
ángulo de visión (efectivo) para el haz de visión al igual que el
ángulo acimutal (efectivo) relativo al haz de visión.
Además, y según se usa en el presente documento,
generalmente para la modalidad SCE, en ocasiones se estipula un
segundo acceso situado opuesto a un primer acceso (esto también se
define como un primer acceso con un acceso opuesto) si un haz de
imagen de espejo del haz de visión del primer puerto que se refleja
desde la superficie de la muestra (es decir, cada rayo del mazo de
rayos es reflejado especularmente por la superficie de la muestra)
es sustancialmente solapado (por ejemplo, abarcado) por el segundo
acceso, de manera que el componente especular del primer acceso
queda completamente o efectivamente excluido. Dicho de manera
alternativa, el segundo acceso abarca sustancialmente la totalidad
de la región desde la cual la radiación óptica especularmente
reflejada de la superficie de la muestra hacia el interior del haz
de visión del primer acceso se originaría si el segundo acceso no
existiera (es decir, si la región fuera difusamente dispersadora).
Dicho incluso de otra forma, el segundo acceso está en la parte de
la pared de la esfera integrante correspondiente a sustancialmente
todos los componentes especulares (normales) para el primer
acceso.
Por consiguiente, se dice que dos accesos se
encuentran opuestos el uno del otro cuando el primer acceso se
encuentra en un punto opuesto al segundo acceso (según lo indicado)
y el segundo acceso también se encuentra en un punto opuesto al
primer acceso, de manera que el haz de la imagen especular del haz
de visión del segundo acceso reflejada de la superficie de la
muestra es sustancialmente solapada por el primer acceso. Deberá
tenerse presente que aunque el área receptora de un acceso puede
ser menor que el área del acceso mismo, si dos accesos se
encuentran en puntos opuestos entre sí, esto no necesariamente
significa que los haces de visión ven regiones solapadas de la
superficie de la muestra o que los haces de visión tienen ángulos de
visión iguales: la imagen especular de cada haz de visión se puede
proyectar al interior de la región excedente del receptor del
acceso opuesto, y la región excedente del receptor del acceso o
accesos puede tener un área suficiente para admitir diferencias en
los ángulos de visión y/o regiones superficiales observadas de la
muestra. Por ejemplo, unas regiones de la superficie de la muestra
adyacentes y no concéntricas (por ejemplo, que no se solapan) pueden
ser vistas por accesos que se oponen entre sí y que tienen el mismo
ángulo de visión; o una región de la superficie común y solapada
puede ser vista por accesos que se oponen entre sí y que tienen
ángulos de visión ligeramente diferentes.
Deberá entenderse, según esta terminología, que
un segundo acceso puede estar en un punto opuesto a un primer
acceso, aunque el primer acceso podría no estar opuesto al segundo
acceso: el haz de visión del segundo acceso reflejado desde la
superficie de la muestra puede no estar sustancialmente solapado por
el primer acceso, en tanto que el haz de visión del primer acceso
reflejado desde la superficie de la muestra puede estar
sustancialmente solapado por el segundo acceso. Por ejemplo, el
primer acceso y el segundo acceso (es decir, sus planos de visión)
pueden estar acimutalmente desplazados aproximadamente 180º teniendo
ángulos de visión diferentes, de manera que el segundo acceso
abarcaría una región de la superficie interna de la esfera
integrante desde la que se originaría el componente regular para el
primer receptor de acceso, aunque el ángulo de visión del segundo
acceso sería tal que el primer acceso no se situaría en la región
desde la cual proviene el componente especular del primer acceso.
Alternativamente, el primer y segundo accesos pueden estar
acimutalmente desplazados aproximadamente 180º y con ángulos de
visión iguales, aunque visualizando unas regiones de la superficie
de la muestra no concéntricas (por ejemplo, no solapadas), de
manera que el segundo acceso abarcaría una región de la superficie
interna de la esfera integrante desde la que se originaría el
componente regular para el primer receptor de acceso, aunque el
desplazamiento de la región de muestra visualizada sería tal que el
primer acceso no quedaría situado en la región desde la cual
proviene el componente especular del primer acceso. En otra
alternativa ilustrativa, dos accesos pueden tener cualquier
combinación respectiva de ángulos de visión (incluyendo ángulos de
visión iguales), pudiendo estar acimutalmente desplazados por un
ángulo que difiere de aproximadamente 180º aunque con el haz
proyectado del primer acceso sustancialmente solapado por el segundo
acceso, con lo cual los accesos visualizan unas regiones
superficiales no concéntricas (es decir, no solapadas) de la
muestra.
Además, y según esta terminología, se deduce que
un segundo acceso no se está opuesto a un primer acceso si el haz
de visión del primer acceso reflejado desde la superficie de la
muestra (es decir, la proyección del haz de visión del primer
acceso) no se encuentra sustancialmente solapado por el segundo
acceso, teniendo el haz de visión del primer acceso un componente
especular que no es insustancial. De acuerdo con esta terminología
general para describir unos accesos dispuestos en puntos opuestos,
deberá entenderse que los dos accesos están dispuestos en puntos
que no se oponen si ni uno ni otro se opone al acceso contrario.
Por ejemplo, los accesos (es decir, sus planos de visión) pueden
estar desplazados por un ángulo acimutal diferente a 180º y tener
cualquier combinación de ángulos de visión siempre que la
proyección del haz de visión de uno y otro no quede sustancialmente
solapada por el otro acceso. Alternativamente, deberá entenderse
que dos accesos (es decir, sus planos de visión) dispuestos en
puntos no opuestos pueden no obstante quedar acimutalmente
desplazados aproximadamente 180º si, por ejemplo, tienen ángulos de
visión suficientemente diferentes entre sí y/o visualizan unas
regiones de la muestra suficientemente no concéntricas (por
ejemplo, no solapadas) como para que la proyección de cada haz
quede sustancialmente solapada por el otro acceso.
Se entiende que la anterior descripción de las
relaciones espaciales entre accesos (y sus haces de visión) es una
descripción general que depende de las orientaciones relativas de
los haces de visión respecto al plano de la muestra (por ejemplo,
sus respectivos ángulos de visión y regiones de visión, y su
relativo desplazamiento acimutal), y que no depende de una geometría
específica de esfera integrante, de una relación predeterminada de
los haces de visión entre sí o de la geometría real de la esfera
integrante.
Generalmente, no obstante, y según una
realización preferente de la invención de esfera integrante
multicanal que a continuación se describe, cada acceso de visión
tiene un haz de visión orientado hacia la muestra a lo largo de un
eje de visión que es simétrico con el haz de visión y que intersecta
el plano de la muestra en un punto común que generalmente también
es el punto de intersección del plano de la muestra por una normal
a dicha muestra que es un eje central de la esfera integrante
(suponiendo que la esfera integrante tiene una cavidad esférica,
este eje central pasa a través del centro de la cavidad de la
esfera y del centro del acceso de la muestra). Dicha simetría de los
haces de visión respecto a un eje común simplifica ciertas
descripciones de las relaciones entre los accesos. Por ejemplo, si
dos accesos con ángulos de visión iguales están desplazados
acimulatmente en aproximadamente 180º, esto significa que se
encuentran opuestos el uno del otro. Se entiende, no obstante, que
la invención de la esfera integrante multicanal no se limita a
accesos dotados de una simetría espacial respecto a un eje común,
simétrico respecto a la cavidad de la esfera integrante. Se
entiende también que la terminología empleada no es más que una
convención elegida para claridad de la exposición, y que existen
otras formas de describir las relaciones espaciales entre los
accesos y sus haces de visión.
Con referencia a las figuras
9A-9E, éstas muestran una esfera integrante 51
correspondiente una realización de la invención de la esfera
integrante multicanal. Más específicamente, la figura 9A describe
una vista isométrica, con ciertas características de los receptores
expuestas para fines de claridad, de una esfera integrante según
una realización de la invención de la esfera integrante multicanal;
la figura 9B ilustra una vista en planta (superior) de la esfera
integrante, desde el lado del receptor, también con ciertas
características de los receptores expuestas para claridad; la figura
9C es una vista en sección transversal de la esfera integrante a lo
largo de la línea IC- IC de la figura 9B; la figura 9D es una vista
en sección transversal de la esfera integrante a lo largo de la
línea ID-ID de la figura 9B; y la figura 9E es una
vista en sección transversal de la esfera integrante a lo largo de
la línea IE-IE de la figura 9D.
Más detalladamente, la esfera integrante 51
incluye dos mitades que facilitan su construcción: las dos mitades
se pueden mecanizar de manera que encajen debidamente, una dentro
de la otra, quedando adecuadamente afianzadas mediante unos
mecanismos de sujeción convencionales. La esfera integrante 51
incluye una cavidad con una superficie 51a altamente reflectante y
ópticamente difusa que se ilumina con una fuente de luz 52
(lámpara) que se puede acoplar a la esfera integrante 51 de forma
convencional, mediante un acceso de entrada 53 (abertura en la
esfera integrante). La energía para la lámpara se suministra a
través de los conductos de lámpara 132a, 132b y 132c. A modo de
ejemplo, en una realización de la invención de la esfera integrante
multicanal, la fuente de luz 52 puede ser una lámpara de impulsos
de alta intensidad, de corta duración y con un espectro
"blanco" total, tal como una lámpara de impulsos Xenon. El
efecto consiste en iluminar difusamente la muestra 56 en el acceso
57, de manera convencional.
En la presente realización, la lámpara 52 está en
el exterior de la cavidad de la esfera integrante 51, alojada en
una cavidad de lámpara 130 contigua a la esfera integrante 51.
Alternativamente, la lámpara 52 se puede instalar, al menos
parcialmente, dentro de la cavidad de la esfera integrante 51,
situada sustancialmente dentro de la cavidad de la esfera
integrante, para lograr las siguiente ventajas: eficiencia del
flujo óptico, simplicidad mecánica, pequeño tamaño y reducción de
las aberturas de acceso, lo que posibilita el uso de una esfera
integrante 51 más pequeña para un determinado tamaño de acceso de la
muestra 57, adaptada a las normas de diseño de esferas integrantes.
Igualmente, y de acuerdo con la práctica convencional, la lámpara
puede estar en el exterior de la esfera, usándose la óptica de
proyección (tal como lentes, etc.) para enviar o proyectar el flujo
de la lámpara a través del acceso de entrada y hasta un punto del
lado distal del interior de la esfera integrante.
Un deflector 54a con una superficie altamente
reflectante y ópticamente difusa (mostrado sólo en las figuras 9C y
9D) se usa de forma convencional para bloquear los rayos de luz e
impedir que iluminen directamente la muestra 56 desde la lámpara o
desde el acceso de entrada 53. Igualmente, un deflector 54b evita
que los rayos de luz que se originan en el acceso de entrada 53 o en
la lámpara 52 iluminen directamente partes de la superficie de la
esfera desde donde se origina el flujo especular para los
receptores SCI.
Según puede verse, la muestra difusamente
iluminada 56 es visualizada por múltiples receptores ópticos
58a-d (es decir, cuatro receptores, en la presente
realización), cada uno de los cuales recibe una parte de la
radiación óptica reflejada desde la muestra 56 y la envía a un
sensor o detector que analiza el contenido espectral de dicha
radiación óptica recibida. Más particularmente, se aprecian
múltiples accesos de visión que incluyen un acceso con componente
especular excluido (SCE) 111a, un acceso SCE 111b, un acceso con
componente especular incluido (SCI) 111c, y un acceso SCI 111d.
Cada acceso tiene un receptor asociado que comprende una óptica de
receptor asociada (mostrada expuesta) según la presente
realización: el acceso SCE 111a tiene un receptor 58a que incluye
un tope de apertura 122a, una lente 124a y una fibra 117a; el
acceso SCE 111b tiene un receptor 58b que incluye un tope de
apertura 122b, una lente 124b y una fibra 117b; el acceso SCI 111c
tiene un receptor 58c que incluye un tope de apertura 122c, una
lente 124c y una fibra 117c; y el acceso SCI 111d tiene un receptor
58d que incluye un tope de apertura 122d, una lente 124d y una
fibra 117d. Cada receptor 58a-d está orientado hacia
el acceso de la muestra 57 a lo largo de un eje correspondiente de
los ejes de visión 126a, 126b, 126c y 126d, los cuales convergen,
según la presente realización, en un punto de intersección común en
la superficie de la muestra 56. Debe entenderse que los componentes
reales de los receptores pueden diferir, dependiendo de los
criterios de diseño, las aplicaciones, las preferencias, etc.
Los receptores ópticos 58a-d de
la presente realización están situados en el mismo ángulo de visión
predeterminado desde la normal de la muestra (menos de 10º,
cumpliendo con las normas de colorimetría, 8º en la presente
realización), y cada uno de ellos dispone de su propio acceso de
visión 111a-d asociado en la esfera integrante 51.
Para cada modalidad de visión (es decir, SCE y SCI), los receptores
disponen de dos ángulos subtendidos correspondientes a dos tamaños
de área de la muestra. Los receptores ópticos 58a-d
y sus respectivos accesos de visión de receptor
111a-d están desplazados acimutalmente, con lo cual
mantienen convenientemente el mismo ángulo de visión predeterminado
respecto a la normal a la muestra, eligiéndose los desplazamientos
acimutales de manera que se adapten convenientemente a los
receptores ópticos 58a-d (y sus accesos de visión
asociados 111a-d), cada uno de los cuales ha sido
diseñado con una combinación de parámetros. Los parámetros
incluyen, sin limitarse a los mismos, el tamaño medido de la
superficie de la muestra, los ángulos subtendidos de los
receptores, y la inclusión (SCI) o exclusión (SCE) de la luz
reflejada especularmente. Unos parámetros adicionales y no
exclusivos (no empleados en la presente invención) incluyen
múltiples ángulos de visión y diversas regiones de visión de la
superficie de la muestra (por ejemplo, no solapadas y no
concéntricas).
La esfera integrante 51 incluye un receptor de
modalidad SCE y un receptor de modalidad SCI para cada una de dos
diferentes áreas de visión medidas (cuatro receptores en total). Los
dos receptores SCE, 58a y 58b, tienen unos ejes de visión 126a y
126b que intersectan a la muestra en un punto común, tienen ángulos
de visión iguales y están desplazados acimutalmente en 180º, por lo
que se oponen entre sí. Además, los accesos SCE 111a y 111b
presentan unos tamaños aproximados que excluyen sustancialmente a
la totalidad de los rayos especulares para los receptores SCE
asociados 58b y 58a respectivamente opuestos. Los receptores SCI
58c y 58d se sitúan fuera del plano definido por los haces de
visión de los receptores SCE 58a y 58b, y en el mismo ángulo de
visión predeterminado desde la normal común de la muestra situada
en la intersección de la muestra por los ejes de visión, de manera
que el componente especular se proporciona mediante la inclusión de
la superficie de la esfera integrante (sin accesos) en las regiones
intersectadas por los haces de visión SCI respectivamente
proyectados.
Según lo descrito, en la realización de la
invención de la esfera integrante multicanal de las figuras
9A-9E cada acceso SCE ha sido diseñado para excluir
sustancialmente todos los componentes especulares para el receptor
SCE opuesto. Dicha disposición compartida de SCE/accesos de visión
reduce convenientemente la totalidad del área de accesos necesaria
para aplicar una pluralidad de accesos SCE. No obstante, podrá
apreciarse que unas realizaciones alternativas de la invención de
la esfera integrante multicanal podrían incluir una abertura
(acceso) individual exenta de receptor asociado, que tendría un
tamaño adecuado y estaría situada en un punto opuesto a un receptor
SCE para excluir el origen del componente especular de la luz
reflejada. Una abertura de este tipo constituye una práctica común,
conocida como acceso de exclusión especular (SEP, que también se
denomina puerta de luz), y generalmente se refiere a una parte de
la superficie interna de la esfera integrante que no refleja luz,
aunque la absorbe sustancialmente, y que está situada opuesta a un
receptor de acceso SCE.
Como es frecuente en la práctica convencional, la
esfera integrante 51 preferentemente incluye un receptor agregado,
con su acceso de referencia 116 asociado, que proporciona una
medición de la iluminación que no es una reflexión directa de la
muestra 56 y preferentemente no es directamente incidente de la
lámpara 52 o del acceso de lámpara 53. Al haz de visión recibido a
través del acceso de referencia 116 se le denomina haz de
referencia, y se puede emplear para corregir o controlar las
fluctuaciones de la lámpara 52 y compensar la influencia de la
reflectancia de la muestra 56 sobre la iluminación de la esfera
integrante 51. En las figuras 9A-9D, la ubicación
del acceso de referencia 116 y sus características de receptor
asociadas (por ejemplo, la orientación del eje de visión, el ángulo
opuesto delimitante) son tales que sólo se recibe la luz
difusamente reflejada de la superficie ópticamente difusa 51a de la
esfera integrante 51. Según se indica, para facilitar la orientación
común de las fibras ópticas en la presente realización, el haz de
referencia ha sido convenientemente reorientado por el espejo
plegable 136 hacia una fibra óptica (no mostrada) acoplada al
montaje de la fibra de referencia 134. Podrá apreciarse que para la
invención de la esfera integrante multicanal, esta trayectoria de
referencia no se toma en consideración ni se incluye como una de
las múltiples trayectorias de medición.
El contenido espectral de la radiación óptica
recogida (recibida) por cada uno de los múltiples receptores se
analiza usando cualquiera de varios medios convencionales, tales
como filtros, óptica espectroscópica o un adecuado procesamiento de
señales (no ilustrados). Preferentemente, la radiación óptica
recogida (recibida) concurrentemente (en paralelo) por los múltiples
receptores ópticos 58a-d es detectada (es decir,
convertida de una señal óptica a una señal eléctrica) en paralelo
para cada receptor y en paralelo en el sentido del espectro (es
decir, el espectro total para cada receptor es detectado en
paralelo). Además, según se describe más ampliamente a continuación,
la radiación óptica recibida por los múltiples receptores ópticos
58a-d es detectada de forma sustancialmente
simultánea. El análisis de las señales detectadas se puede realizar
para acondicionar la señal detectada (por ejemplo) y calcular el
color de la muestra mediante fórmulas convencionales, según se
describe en la publicación de CIE anteriormente citada. Para fines
de claridad, cabe mencionar que, según se emplea en el presente
documento, la recepción de radiación óptica difiere de la detección
de radiación óptica: la primera se usa para referirse a la
radiación óptica dispersada/reflejada desde la superficie de la
muestra acoplada a (aceptada por) un receptor, en tanto que la
segunda se usa para referirse a la radiación óptica recibida que es
detectada (por ejemplo, convertida a una señal eléctrica) por un
detector. Además, según se usa en el presente documento, se
entiende que los receptores (o accesos) reciben radiación óptica
concurrentemente cuando la radiación óptica dispersada/reflejada
desde la muestra choca con los receptores en paralelo; esta
recepción concurrente no significa que la radiación óptica recibida
concurrentemente deberá necesariamente ser detectada
concurrentemente o en paralelo, aunque, según lo descrito
anteriormente y lo que se describe más ampliamente a continuación,
generalmente se prefiere la citada detección concurrente o en
paralelo.
En una realización preferente de la invención de
la esfera integrante multicanal, dicha detección en paralelo es
aplicación por un único espectrómetro con una disposición de
detección bidimensional, una ranura de entrada segmentada y un
único enrejado de difracción, según describen Palumbo y col. en la
solicitud de Estados Unidos de asignación común serie No.
09/041.233, titulada "Concentric Spectrometer", presentada el
12 de marzo de 1998, y en el artículo de Analytica Chimica
Acta anteriormente citado. Cada segmento de la ranura es
iluminado por una correspondiente trayectoria del receptor, a través
de unas conducciones de luz de fibra óptica
117a-117d. Por consiguiente, los múltiples
receptores ópticos 58a-58d se pueden detectar
simultáneamente, de forma conveniente y ventajosa, con un único
espectrómetro común. Además, el haz de referencia puede ser
detectado y procesado convenientemente en paralelo por el citado
espectrómetro multicanal. No obstante, podrá apreciarse que se
pueden aplicar aparatos y procedimientos alternativos para detectar
concurrentemente, aunque no necesaria y precisamente de forma
simultánea, las señales ópticas recibidas en paralelo por los
diferentes receptores SCI/SCE. Por ejemplo, la detección de señales
puede ser multiplexada por tiempo entre los canales.
Alternativamente, incluso si se usan detectores paralelos, no se
requiere un muestreo sincronizado de los canales; por ejemplo, cada
canal puede tener una conmutación independiente y/o un diferente
régimen de muestreo y/o tiempo de muestreo.
Respecto a la figura 10A, ilustra una vista en
corte de una esfera integrante esquemática 51, con unas
ilustraciones esquemáticas de los haces de rayos
138a-138d para los correspondientes receptores
58a-58d y accesos asociados
111a-111d, pudiendo apreciarse la relación entre los
haces de visión de una realización preferente. Además, haciendo
referencia a la figura 10B, presentada en relación con la figura
10A, se muestra una proyección sobre un plano paralelo a la
superficie de muestra de los accesos de visión del receptor
111a-111d, los ejes de visión 126c y 126d (y sus
proyecciones) de los accesos SCI 111c y 111d, y los ejes de visión
126a y 126b de los accesos SCE 111a y 111b, de manera que las
relaciones mutuas de accesos y ejes de visión de la parte posterior
(es decir, la parte superior alejada del acceso de muestra 7) de la
esfera integrante pueden verse con mayor facilidad. Cabe mencionar
que, en las figuras 10A y 10B, la ilustración esquemática de los
haces de rayos conserva la orientación espacial general pero no
conserva los tamaños relativos de los haces de visión y de los
accesos mostrados en las figuras 9A-9E. Igualmente
identificados por referencia en la figura 10B pueden verse: un
ejemplo de un ángulo de desplazamiento acimutal 112 entre los
accesos SCI 111c y 111d (es decir, el ángulo entre los planos de
visión); la normal a la muestra 110 común situada en la
intersección de la muestra por los ejes de visión
126a-d; el círculo 59 definido por la proyección
de los puntos de intersección de los ejes de visión en el mismo
ángulo de visión y sus correspondientes accesos de visión; y los
puntos centrales 118 de origen de los haces de visión de inclusión
especular en la parte posterior (es decir, la superficie interna
alejada del acceso de la muestra) de la esfera integrante 51, según
se reflejarían desde la superficie de reflexión especular de la
muestra 56. Las figuras 10A y 10B muestran conjuntamente la
relación entre los accesos y los componentes especulares de los
haces después de ser reflejados desde la muestra.
Por consiguiente, según la invención de la esfera
integrante multicanal, puede verse que las figuras
9A-9E ilustran una realización de una esfera
integrante provista de múltiples accesos de visión, todos ellos
dotados de ángulos de visión iguales, los dos accesos SCI con áreas
de visión de la muestra diferentes, y los dos accesos SCE
igualmente con dos áreas de visión de la muestra diferentes.
Convenientemente, los accesos SCE están situados en puntos opuestos
entre sí, de manera que cada cual excluye los componentes
especulares para el receptor del contrario, reduciéndose así el
área total de los accesos de la esfera integrante.
Podrá verse que se pueden llevar a cabo diversas
aplicaciones alternativas de la invención de la esfera integrante
multicanal que se basan, según la descripción anterior, en la
selección de diversos parámetros, incluyendo los tipos de
componente especular (es decir, modalidad SCI y/o modalidad SCE),
número de accesos, ángulos de visión, desplazamientos acimutales,
área de visión para cada acceso, ángulos subtendidos, y región de
la muestra visualizada por cada acceso. El desarrollo de un
determinado diseño puede depender no sólo de ciertos imperativos y
directrices de tipo físico, sino de la aplicación y su
comercialización. Por ejemplo, en ciertas aplicaciones es deseable
disponer de una gran área de visión para medir una parte sustancial
de la muestra y obtener un color medio de una superficie con una
cierta variación, realizando una única medición. Alternativamente, o
adicionalmente, podría ser deseable disponer de un área de visión
muy pequeña para medir una muestra de tamaño reducido, o una
pequeña parte de una superficie multicolor, tal como un diseño
impreso o la barra de colores de una hoja de prueba, o incluso para
medir las variaciones a pequeña escala de una superficie coloreada
de mayor tamaño. El hecho de disponer de áreas de visión
sustancialmente diferentes - grandes y chicas - en el mismo
colorímetro, podría ser deseable, en términos generales, para
producir una esfera integrante única que sea útil para muchas
aplicaciones (es decir, multiuso) o para detectar variaciones en
una muestra.
Se entiende que el número y tamaño máximo de los
accesos está limitado por el diámetro de la esfera, la cual, para
cumplir con las normas existentes, no puede tener un área de acceso
total (suma de todas las aberturas) superior a un determinado
porcentaje (3 a 5%, dependiendo de la norma elegida) del área de la
superficie interna total de la esfera. Se sabe, además, que el
acceso de la muestra deber ser ligeramente mayor que la región
total visualizada por los receptores con el fin de permitir la
translucidez de la muestra (según las normas existentes) y
posibilitar unas tolerancias de alineación.
Generalmente, los ángulos de acimut se eligen de
modo que los accesos de visión queden adecuadamente separados entre
sí y de partes de la esfera que comprenden los orígenes de la luz
especular de los receptores SCI. Estos orígenes de luz especular
son áreas de la superficie de la esfera opuestas a sus respectivas
aberturas del receptor SCI según se reflejan desde la superficie de
la muestra, y tienen un tamaño que preferentemente incluye todos los
rayos recogidos por la óptica del receptor a través de dicha
reflexión especular desde la superficie de la muestra. Ningún
acceso debe inmiscuirse en las citadas partes de la superficie de
la esfera. Las puertas de luz (accesos SEP) u otros accesos SCE
usados para extraer el origen especular de los receptores SCE deben
tener un tamaño suficiente como para excluir, preferentemente, todos
los rayos que la óptica del receptor recogería por reflexión
especular desde la superficie de la muestra.
El tamaño de los accesos del receptor, los
accesos de exclusión especular y los orígenes de inclusión
especular necesarios depende de varios parámetros del diseño
respectivo de cada receptor, incluyendo: el tamaño del área de
visión de la muestra, el ángulo subtendido del receptor, las
posiciones de apertura y focal conjugadas de una óptica de
formación de haces (tal como una lente), en caso de usarse, las
características de aberración de la óptica de formación de haces, y
el margen para cada haz respecto a los accesos (correspondiente
abertura del receptor y exclusión especular) según especifican las
normas existentes y/o las tolerancias de alineación, el tamaño de
la esfera integrante, etc.
Según se describe en la realización precedente,
existe una ventaja en oponer los accesos SCE de manera que cada uno
de ellos actúe efectivamente como acceso de exclusión especular
para el receptor del otro acceso SCE. Dicha disposición reduce el
número de accesos que se requiere para un determinado número de
receptores y permite usar un mayor número de receptores de
determinados parámetros en una esfera del mismo tamaño.
En la realización precedente, los ejes del
receptor están en el mismo ángulo predeterminado que el eje nominal
de la muestra y convergen en un punto común de la superficie de la
muestra, punto que forma el centro de la abertura de acceso de la
muestra. Para determinadas aplicaciones, no obstante, podría ser
útil situar los receptores en ángulos diferentes respecto al eje
normal a la muestra y/o ejes que no converjan en un punto común de
la muestra.
Por lo tanto, podrá apreciarse que hay muchas
variaciones posibles para aplicar una esfera integrante de acuerdo
con la invención de la esfera integrante multicanal. Por ejemplo, y
más detalladamente, aunque los accesos SCE 111a y 111b aparecen
opuestos entre sí, en la forma descrita, se pueden situar
alternativamente en posiciones no opuestas entre sí (es decir, de
manera que ni uno ni otro acceso se oponga al receptor del acceso
contrario), estando cada receptor del acceso SCE dotado de un SEP
opuesto para excluir el componente especular (por ejemplo, (i) unos
accesos SCE desplazados acimutalmente aproximadamente 180º pero con
ángulos de visión no iguales, o (ii) unos accesos SCE desplazados
acimutalmente por un ángulo no igual a aproximadamente 180º y con
cualquier combinación respectiva de ángulos de visión, incluyendo
ángulos de visión iguales).
Alternativamente, la esfera integrante
ilustrativa de las figuras 9A-9E puede incluir dos
accesos SCE adicionales opuestos entre sí (o un único acceso SCE
con una puerta opuesta). Por ejemplo, en relación con los accesos
SCE 111a y 111b opuestos, los acceso SCE opuestos adicionales (o
acceso SCE y puerta opuesta adicional) pueden estar: (i)
acimutalmente desplazados aproximadamente 0º (o, en sentido
equivalente, 180º) pero con unos ángulos de visión diferentes,
teniendo cada uno de los accesos SCE adicionales cualquier ángulo de
visión y/o área de visión general, o (ii) acimutalmente desplazados
por un ángulo no igual a aproximadamente 0º (o, en sentido
equivalente, 180º) con cualesquiera ángulos de visión, incluyendo
unos ángulos de visión iguales entre sí e iguales a los de los
accesos SCE 111a y 111b.
Además, podrá apreciarse que existen innumerables
aplicaciones posibles relativas a la orientación y disposición de
los accesos SCI. Por ejemplo, los accesos SCI 111c y 111d pueden
estar alternativamente desplazados por ángulos acimutales
diferentes (por ejemplo, 90º) y/o dispuestos entre sí con diferentes
ángulos de visión y/o modificados para disponer de una misma área
de visión. Además, se pueden agregar uno o más accesos SCI en
cualquier ubicación apropiada de la esfera integrante.
En estas disposiciones de dos o más accesos SCE
y/o dos o más accesos SCI, el hecho de proporcionar un
desplazamiento acimutal (por ejemplo, de aproximadamente 90º) entre
los accesos SCE y/o entre los accesos SCI puede resultar útil para
medir y/o determinar diversas características superficiales o de
aspecto (por ejemplo, estriaciones, textura, etc.) de la muestra
(por ejemplo, tela, tejidos, repujados, etc.) que podrían dar lugar
a una reflectancia anisotrópica acimutal.
Como ejemplo adicional de variaciones dentro del
planteamiento de la invención de esfera integrante multicanal,
aunque la realización y las variaciones ilustrativas anteriormente
descritas contemplan a la totalidad de los haces de visión
convergiendo en un punto común de la muestra, se pueden aplicar
realizaciones alternativas en las que los ejes de visión de los
diferentes haces de visión no convergen sobre un punto común. Por
ejemplo, los ejes de visión pueden intersectar la muestra en
diferentes puntos, y los correspondientes haces de visión pueden
visualizar regiones de la muestra que se solapan (por ejemplo, un
área de visión mayor de un primer haz de visión puede abarcar un
área de visión menor de un segundo haz de visión, o puede visualizar
dos áreas de visión, cada una de las cuales visualiza tanto una
región de visión común como una región de visión independiente) o
regiones de la muestra que no se solapan. Cada región de la muestra
puede ser visualizada por más de un haz de visión. Para fines de
claridad de la exposición, considérense las siguientes
configuraciones de acceso ilustrativas, dotadas de áreas de visión
de la muestra no solapadas:
(1) Un acceso SCI opuesto al receptor (haz de
visión) de un acceso SCE no opuesto al receptor (haz de visión) del
acceso SCI. Como primer ejemplo, y haciendo referencia a las
figuras 11A y 11B, que incluyen unas vistas esquemáticas
simplificadas en sección transversal y superior, respectivamente,
de una esfera integrante 51 con un acceso de muestra 57 y un eje
central 68, el acceso SCI 60 y el acceso SCE 62 (es decir, sus
planos de visión) pueden estar desplazados acimutalmente en
aproximadamente 180º, aunque con ángulos de visión desiguales (es
decir, los ángulos respectivos entre cada uno de los ejes de visión
60b y 62b y cada correspondiente normal de la muestra en el punto en
que el respectivo eje de visión intersecta la muestra), de manera
que el acceso SCI 60 abarca una región de la superficie interna de
la esfera integrante desde la que se originaría el componente
regular para el haz de visión 62a del receptor del acceso SCE 62,
aunque el acceso SCE 62 no está situado en la región de la
superficie de la esfera integrante desde la que se origina el
componente especular para el haz de visión 60a del receptor del
acceso SCI 60. Más específicamente, y según muestra
esquemáticamente el eje de visión especular SCI 60c (que es el
reflejo especular del eje de visión SCI 60b) y los rayos
especulares limitantes 60d (que son el reflejo especular de los ejes
externos del haz de visión 60a), el origen del componente especular
para el acceso SCI 60 se sitúa sobre una superficie interna difusa
y altamente reflectante de la esfera integrante 51. Por el
contrario, según ilustran esquemáticamente el eje de visión
especular SCE 62c (que es el reflejo especular del eje de visión SCE
62b) y los rayos especulares SCE limitantes 62d (que son el reflejo
especular de los rayos externos del haz de visión 62a), el acceso
SCI 60 abarca la región desde la que se originaría el componente
especular para el acceso SCE 62. En este ejemplo, el acceso SCI 60
y el acceso SCE 62 se muestran visualizando, respectivamente, unas
áreas de visión solapadas 60e y 62e de la superficie de la
muestra.
Alternativamente, como segundo ejemplo y con
referencia a las figuras 12A y 12B, el acceso SCI 60 y el acceso
SCE 62 (sus planos de visión) pueden desplazarse acimutalmente a
través de un ángulo no igual a aproximadamente 180º, teniendo
dichos acceso SCI 60 y acceso SCE 62 cualquier combinación
respectiva de ángulos de visión (dentro de los límites de la
geometría de la esfera integrante), incluyendo ángulos de visión
iguales, y en los que la proyección del haz de visión SCE reflejado
desde la superficie de la muestra choca sobre el acceso SCI. Más
específicamente, como en el caso del ejemplo anterior, y según se
muestra esquemáticamente a través del eje de visión especular SCI
60c (que es el reflejo especular del eje de visión SCI 60b), el
origen del componente especular para el acceso SCI 60 está en una
superficie interna difusa y altamente reflectante de la esfera
integrante 51. Por el contrario, según se ilustra esquemáticamente
a través del eje de visión especular SCE 62c (que es el reflejo
especular del eje de visión SCE 62b) y los rayos especulares
limitantes SCE 62d (que son el reflejo especular de los rayos
externos del haz de visión 62a), el acceso SCI 60 abarca la región
desde el punto en que se originaría el componente especular para el
acceso SCE 62. En este ejemplo, el acceso SCI 60 y el acceso SCE 62
aparecen también como áreas de visión no solapadas 60e y 62e,
respectivamente, de la superficie de la muestra.
(2) Un segundo acceso SCE opuesto al receptor
(haz de visión) de un primer acceso SCE no opuesto al receptor (haz
de visión) del segundo acceso SCE. Al segundo acceso SCE se le
puede oponer un SEP, un tercer acceso SCE o un acceso SCI. Hay
diversas configuraciones de ángulo de visión y ángulo acimutal
posibles para el primer y segundo accesos SCE, directamente
análogas al acceso SCI y al acceso SCE del último de los
ejemplos.
(3) Un acceso de visión compartido dotado de
múltiples receptores no- coaxiales.
Como en incluso otro ejemplo de variaciones
dentro del planteamiento de la invención de la esfera integrante
multicanal, la esfera integrante puede incluir unas trayectorias de
receptor coaxiales (es decir, un único acceso con una pluralidad de
receptores). Más particularmente, se pueden proporcionar receptores
coaxiales para incrementar el número de receptores disponibles. Una
aplicación puede usar unas lentes coaxiales con diferentes
longitudes focales y unos diámetros correspondientemente
diferentes, tal como sería deseable para ofrecer diferentes áreas
de visión y situarlas una delante de la otra, con los diámetros
menores más próximos a la muestra. La lente o lentes de mayor tamaño
se asomarían en torno a las más pequeñas, formando estas últimas un
oscurecimiento central en las mayores. Frecuentemente, el
oscurecimiento central puede ser tolerado simplemente como una
pérdida de luz disponible en la muestra para la lente o lentes de
mayor tamaño. El foco de la lente o lentes de menor tamaño se puede
transmitir al medio de análisis mediante un espejo plegable, una
conducción de fibra óptica o elemento similar para minimizar la
interferencia con el receptor o receptores de mayor tamaño. Desde
luego, se pueden usar unos espejos curvos en lugar de las lentes.
Otra aplicación para proporcionar receptores coaxiales emplea
placas zonales: se sabe que una placa zonal de diseño Fresnel tiene
múltiples longitudes focales para las que se puede usar un receptor
en o en la proximidad de dos o más focos usando las técnicas de
transmisión/plegado anteriormente descritas. Incluso otra aplicación
para proporcionar receptores coaxiales consiste en combinar sus ejes
usando uno o más divisores de haces como combinadores de haces. Los
receptores coaxiales se pueden aplicar en forma de todos los
receptores SCI, todos los receptores SCE, o una combinación de
receptores SCI y SCE. El componente especular para el receptor o
receptores SCE aplicado(s) coaxialmente con un receptor o
receptores SCI y/o SCE puede ser bloqueado por otro acceso SCE
(coaxial o individual) o por un SEP. La aplicación coaxial de
accesos SCE con la normal a la muestra proporciona una pluralidad
de accesos SCE sin necesitar ningún acceso adicional para bloquear
los componentes especulares.
A modo de ejemplo, la figura 13 muestra una
aplicación esquemática de un receptor coaxial según una realización
ilustrativa de la invención de la esfera integradora multicanal. En
esta realización ilustrativa, tanto el receptor coaxial de área
pequeña 80 como el receptor de área grande 82, que comparten el
acceso de visión 81, son receptores SCE a los que se opone un SEP
86, mostrado esquemáticamente como la ausencia de una parte de la
esfera integrante 100 y con su superficie interna difusa y
altamente reflectante 100a. El receptor SCE de área pequeña 80 y el
receptor de área grande 82 tienen un eje de receptor 88 común a lo
largo de cual el receptor se dirige hacia la muestra 90, que se
ilumina difusamente por la radiación óptica que incide
indirectamente desde la lámpara 102 a través de la esfera
integradora 100. El receptor de área pequeña 80 incluye una lente
80a acoplada ópticamente a la fibra óptica 80b, en tanto que el
receptor de área grande 82 incluye una lente 82a acoplada
ópticamente a la fibra óptica 82b. La lente 82a incluye un área de
oscurecimiento central 82c que evita la recepción de radiación
óptica desde el receptor de área pequeña, lo cual garantiza que el
receptor de área grande 82 sólo recibirá la radiación óptica
directamente desde la muestra 90. Se muestran también, para
referencia y claridad de la exposición, unas ilustraciones
esquemáticas de: la normal de la muestra 87; el eje 88a del
receptor especular, correspondiente a la reflexión especular del
eje 88 del receptor; el haz de visión de área pequeña 80e; el haz
de visión de área grande 82e; los rayos especulares limitantes del
área pequeña 80f, que corresponden a los límites externos de los
rayos especulares para el haz de visión de área pequeña 80e; los
rayos especulares externos de área grande 82f, que corresponden a
los rayos especulares para los límites externos del haz de visión
de área grande 82e; y los rayos especulares internos de área grande
82g, que corresponden a los rayos especulares para los límites
internos del haz de visión de área grande 82e. A partir de estas
líneas de referencia, se aprecia que, en esta aplicación, el
receptor de área pequeña 80 y del receptor de área grande 82
visualizan unas áreas concéntricas de la muestra 90. Se entiende que
los receptores SCE coaxiales pueden estar alternativamente opuestos
por otro acceso de visión de la muestra, tal como un acceso SCE
(dotado, por ejemplo, de uno o más receptores SCE). Se entiende
también que, en términos más generales, una esfera integrante según
la invención de la esfera integrante multicanal puede incluir uno o
más accesos provistos, cada uno de ellos, de unas disposiciones de
receptor coaxial, y que unos accesos adicionales con receptores
únicos también pueden ser incluidos en combinación con uno o más
accesos provistos de receptores coaxiales.
Las variaciones anteriormente citadas relativas a
las disposiciones de los accesos SCE y SCI son meramente
ilustrativas de las muchas variaciones posibles según la invención
de la esfera integrante multicanal en lo referente al
desplazamiento acimutal, el área de visión, el ángulo de visión y la
ubicación de visión (es decir, la ubicación del área de visión, que
podría definirse por la intersección de la muestra por el eje de
visión) de una esfera integrante dotada de dos o más accesos SCI, o
al menos un acceso SCI y al menos un acceso SCE, o dos o más
accesos SCE. Se entiende que, según lo anteriormente descrito, la
elección de una determinada configuración puede depender de diversos
factores, tales como la aplicación o aplicaciones previstas (por
ejemplo, colorimetría, brillo, textura, etc.) y las normas de
medición.
Como podrá apreciarse de la descripción
precedente, y aún más al aplicar la invención de la esfera
integrante multicanal, una esfera integrante según la invención de
esfera integrante multicanal incluye innumerables características,
ventajas y beneficios derivadas. Por ejemplo, las ventajas de
recibir una pluralidad de haces de visión en paralelo incluyen:
proporcionar múltiples conjuntos de datos a través de una única
etapa de medición, no requerir ni piezas móviles ni tiempos
adicionales para los cambios de modalidad (por ejemplo, SCE, SCI,
diferentes áreas de visión para SCE y/o SCI), emplear eficientemente
la energía eléctrica (por ejemplo, se requiere un tiempo reducido
de activación de la lámpara, comparado con el de múltiples
mediciones, y no es necesario mover piezas por medios
electromecánicos), reducir el tamaño de los componentes, y
conseguir una estructura general duradera (por ejemplo, al no tener
piezas móviles). La presencia de las modalidades tanto SCI como SCE
para una determinada área de visión puede proporcionar una rápida y
conveniente estimación del brillo de la superficie de la muestra.
La presencia de múltiples áreas de visión proporciona la capacidad
de realizar rápidas mediciones o estimaciones de la uniformidad de
la muestra o de la translucidez de la muestra. Además, diversos
ángulos acimutales entre SCE y SCI proporcionan la capacidad para
extraer otros parámetros del aspecto, tales como la lisura o la
textura de la superficie. Además, el hecho de disponer de unas
mediciones de referencia simultáneas proporciona una corrección
óptima. Estas características y ventajas brindan unos beneficios
sustanciales particularmente aptos para instrumentos portátiles, y
también para unas convenientes aplicaciones no portátiles.
Claims (19)
1. Un procedimiento para caracterizar los
efectos superficiales de un material de ensayo (6), procedimiento
que comprende las etapas de:
- (a)
- recibir, en un receptor (20), la radiación óptica (26, 26a, 26b) reflejada o dispersada desde dicho material de ensayo (6), incluyendo dicha radiación óptica (26, 26a, 26b) unos componentes especulares codificados espacialmente por longitud de onda según la aberración cromática del receptor (20);
- (b)
- procesar una señal representativa de dicha radiación óptica (26, 26a, 26b) para proporcionar una medida de las características superficiales basada en dichos componentes especulares codificados espacialmente por longitud de onda según la aberración cromática;
caracterizado por:
- (c)
- situar dicho material de ensayo (6) en el acceso de muestra (7) de una esfera integrante (1), de manera que el material de ensayo (6) sea iluminado solamente por una fuente de luz (2); y
- (d)
- disponer dicho receptor (20), que es un receptor con el componente especular excluido, a través de un acceso (5) de la esfera integrante (1).
2. Un procedimiento para caracterizar los
efectos superficiales de un material de ensayo según la
reivindicación 1, procedimiento que comprende las etapas de:
ajustar el tamaño de un acceso o puerta,
dispuesto sustancialmente opuesto al primer receptor, de manera que
una proyección especular de la radiación óptica recibida por el
primer receptor solape la región abarcada por el acceso o puerta, a
cada uno de una pluralidad de tamaños;
recibir en el primer receptor, para cada tamaño
de la pluralidad de tamaños de dicho acceso o puerta, una
correspondiente señal de radiación óptica reflejada o dispersada
desde dicho material de ensayo (6); y
procesar las correspondientes señales de
radiación óptica para proporcionar una medida de las
características superficiales.
3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, que comprende la etapa de recibir una segunda
señal óptica desde dicho material de ensayo (6), incluyendo dicha
segunda señal óptica los componentes especulares reflejados desde
dicho material de ensayo (6).
4. Un procedimiento según la reivindicación 3, en
el que dichas señal óptica y segunda señal óptica se reciben de
forma concurrente.
5. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha etapa de procesamiento
incluye procesar dichas señales representativas de la radiación
óptica para proporcionar una medida del color de dicho material de
ensayo (6), brindando así una caracterización tanto del color
como del efecto superficial de dicho material de ensayo (6) a
partir de una medición común.
6. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha medida de las
características superficiales es un índice de los efectos
superficiales representativo de la rugosidad de la superficie que se
determina con independencia del cálculo de la función que
representa el contenido de frecuencia espacial de la
superficie.
7. Un procedimiento según la reivindicación 6, en
el que dicho índice de efectos superficiales se basa en una
desviación entre la reflectancia especular del material de ensayo
(6) medida respecto a un material de ensayo (6) idealmente liso y
suave.
8. Un procedimiento según la reivindicación 6, en
el que dicho índice de efectos superficiales se basa en un cambio
en la frecuencia de transición del error especular.
9. Un procedimiento según la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, en el que dicha medida de las características
superficiales es una función representativa del contenido de
frecuencia espacial de la superficie.
10. Un procedimiento según la reivindicación 9,
en el que dicha medida de las características superficiales es una
medida del aspecto calculada según dicha función representativa del
contenido de frecuencia espacial de la superficie.
11. Un procedimiento según la reivindicación 10,
en el que dicha medida del aspecto es una indicación de
brillo/mate, "piel de naranja", o lisura en bruto.
12. Un aparato para caracterizar los
efectos superficiales de un material de ensayo (6), que
comprende:
un medio (20) para recibir radiación óptica (26,
26a, 26b) reflejada o dispersada desde dicho material de ensayo
(6), incluyendo dicha radiación óptica (26, 26a, 26b) unos
componentes especulares codificados espacialmente por longitud de
onda según la aberración cromática;
un medio para procesar una señal representativa
de dicha radiación óptica (26, 26a, 26b) para proporcionar una
medida de las características superficiales basada en dichos
componentes especulares codificados espacialmente por longitud de
onda según la aberración cromática;
una esfera integrante (1); y
una fuente de luz (2);
caracterizado porque:
dicho material de ensayo (6) está situado en el
acceso de muestra (7) de la esfera integrante (1), de manera que el
material de ensayo (6) es iluminado solamente por la fuente de luz
(2), y porque dicho medio (20) de recepción incluye un receptor con
el componente especular excluido dispuesto a través de un acceso
(5) de la esfera integrante (1).
13. El aparato según la reivindicación 12, que
comprende un acceso o puerta situado sustancialmente opuesto a
dicho primer receptor, de manera que una proyección especular de la
primera radiación óptica recibida por el primer receptor solapa la
región abarcada por el acceso o puerta.
14. El aparato según la reivindicación 12 o la
reivindicación 13, que además comprende un medio para recibir una
segunda señal desde dicho material de ensayo (6), incluyendo dicha
segunda señal óptica los componentes especulares reflejados desde
dicho material de ensayo (6).
15. El aparato según la reivindicación 14, en el
que dichas señal óptica y segunda señal óptica se reciben de forma
concurrente.
16. El aparato según la reivindicación 12 o la
reivindicación 13, en el que dicho medio de procesamiento procesa
dicha señal representativa de la radiación óptica para proporcionar
una medición de color para dicha muestra, brindando así una
caracterización tanto del color como del efecto superficial de dicha
muestra a partir de una medición común.
17. El aparato según la reivindicación 12 o la
reivindicación 13, en el que dicha medición de las características
superficiales es un índice de los efectos superficiales
representativo de la rugosidad de la superficie que se determina
con independencia del cálculo de la función que representa el
contenido de frecuencia espacial de la superficie.
18. El aparato según la reivindicación 17, en el
que dicho índice de los efectos superficiales se basa en una
desviación entre la reflectancia especular del material de ensayo
(6) medida respecto a un material de ensayo (6) idealmente liso y
suave.
19. El aparato según la reivindicación 17, en el
que dicho índice de los efectos superficiales se basa en un cambio
en la frecuencia de transición del error especular.
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