ES2226291T3 - Procedimiento y dispositivo para la caracterizacion de efectos de superficie. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la caracterizacion de efectos de superficie.

Info

Publication number
ES2226291T3
ES2226291T3 ES99305029T ES99305029T ES2226291T3 ES 2226291 T3 ES2226291 T3 ES 2226291T3 ES 99305029 T ES99305029 T ES 99305029T ES 99305029 T ES99305029 T ES 99305029T ES 2226291 T3 ES2226291 T3 ES 2226291T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
access
receiver
sample
test material
vision
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES99305029T
Other languages
English (en)
Inventor
William L. Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GretagMacbeth LLC
Original Assignee
GretagMacbeth LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GretagMacbeth LLC filed Critical GretagMacbeth LLC
Application granted granted Critical
Publication of ES2226291T3 publication Critical patent/ES2226291T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N21/474—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

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:
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.
Esfera integrante multicanal
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.
ES99305029T 1998-06-26 1999-06-25 Procedimiento y dispositivo para la caracterizacion de efectos de superficie. Expired - Lifetime ES2226291T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US106200 1998-06-26
US09/106,200 US6226085B1 (en) 1998-06-26 1998-06-26 Method and apparatus for surface effect characterization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2226291T3 true ES2226291T3 (es) 2005-03-16

Family

ID=22310067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES99305029T Expired - Lifetime ES2226291T3 (es) 1998-06-26 1999-06-25 Procedimiento y dispositivo para la caracterizacion de efectos de superficie.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6226085B1 (es)
EP (1) EP0967459B1 (es)
DE (1) DE69920581T2 (es)
ES (1) ES2226291T3 (es)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073550A1 (en) 2001-03-14 2002-09-19 Orell Füssli Security Documents AG A method for verifying the authenticity of an article
US6700657B1 (en) * 2002-05-10 2004-03-02 Schmitt Measurement Systems, Inc. System and method for detecting surface roughness
GB2416834A (en) * 2004-08-03 2006-02-08 Intercolor Ltd A method of measuring the lustre of a surface having a metallic appearance
US7249695B2 (en) * 2004-10-28 2007-07-31 Alemite, Llc Grease gun
EP1839035A1 (en) * 2005-01-13 2007-10-03 E.I. Dupont De Nemours And Company A method to specify acceptable surface appearance of a coated article
CN101243313B (zh) 2005-08-15 2013-03-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于散射仪的双光束设置
US7440121B2 (en) * 2006-09-20 2008-10-21 Lawrence Livermore National Security, Llc Optically measuring interior cavities
US8854734B2 (en) * 2009-11-12 2014-10-07 Vela Technologies, Inc. Integrating optical system and methods
US8426800B2 (en) * 2010-09-09 2013-04-23 Vela Technologies, Inc. Integrating optical systems and methods
DE102010041749A1 (de) * 2010-09-30 2012-04-05 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Messeinrichtungen und Vorrichtungen zur spektroskopischen Untersuchung von Proben
US9086483B2 (en) 2011-03-28 2015-07-21 Northrop Grumman Guidance And Electronics Company, Inc. Systems and methods for detecting and/or identifying materials
DE112012004954T5 (de) 2011-11-28 2014-08-14 Coatings Foreign Ip Co. Llc Verfahren zum Bestimmen des Oberflächenglanzes von einem Farbstandard
DE102013209104A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur spektroskopischen Analyse
DE102014215193A1 (de) 2014-08-01 2016-02-04 Carl Zeiss Spectroscopy Gmbh Messanordnung zur Reflexionsmessung
WO2018199933A1 (en) * 2017-04-25 2018-11-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Determining a characteristic of a substrate
JP7163720B2 (ja) * 2018-10-30 2022-11-01 コニカミノルタ株式会社 光学特性測定装置
JP7409386B2 (ja) * 2019-09-12 2024-01-09 コニカミノルタ株式会社 測色装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5182618A (en) * 1985-11-27 1993-01-26 Aimo Heinonen Reflectometric method of measurement and apparatus for realizing the method
US4886355A (en) 1988-03-28 1989-12-12 Keane Thomas J Combined gloss and color measuring instrument
JPH04115109A (ja) 1990-09-06 1992-04-16 Nec Corp 表面粗さ計測装置
US5155558A (en) 1990-09-19 1992-10-13 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method and apparatus for analyzing the appearance features of a surface
JPH0650817A (ja) * 1992-07-29 1994-02-25 Minolta Camera Co Ltd 試料の光学特性測定装置
DE4423698A1 (de) 1994-06-24 1996-01-04 Ingo Hennig Meßanordnung zur optoelektronischen Bestimmung des gerichteten und gestreuten Anteils der Reflexion von Körperoberflächen
US5625451A (en) 1995-11-27 1997-04-29 Schmitt Measurement Systems, Inc. Methods and apparatus for characterizing a surface

Also Published As

Publication number Publication date
DE69920581T2 (de) 2005-10-13
DE69920581D1 (de) 2004-11-04
EP0967459B1 (en) 2004-09-29
EP0967459A1 (en) 1999-12-29
US6226085B1 (en) 2001-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2226291T3 (es) Procedimiento y dispositivo para la caracterizacion de efectos de superficie.
EP0964244B1 (en) Multi-channel integrating sphere
US4886355A (en) Combined gloss and color measuring instrument
AU2008268144B2 (en) System and method for measuring corneal topography
US8982345B2 (en) Optical characteristic measuring apparatus
US5268749A (en) Apparatus and method for providing uniform illumination of a sample plane
US7679756B2 (en) Device for a goniometric examination of optical properties of surfaces
JP2016001198A (ja) 光学的表面特性の検査装置および検査方法
ES2947564T3 (es) Método y dispositivo de medición para medir la distancia de una superficie, el grosor y las propiedades ópticas de un objeto
ES2920426T3 (es) Dispositivo y procedimiento para examinar recubrimientos con pigmentos de efecto
CN107209056A (zh) 用于取决于方向地测量光学辐射源的至少一个照明技术或辐射测量学特征量的方法和测角辐射计
US11246481B2 (en) Methods and systems for quantitative ocular surface diagnostics
KR20020046147A (ko) 분광 반사율 측정 장치 및 분광 반사율 측정 방법
US9459206B2 (en) System and apparatus for measurement of light scattering from a sample
JPH07509315A (ja) レンゾメータ用の分光計
US5896194A (en) Lens meter
CN206399566U (zh) 玻璃表面应力检测装置以及用于其的检测棱镜
CN111707370A (zh) 一种大口径分光测色仪及测色方法
JP4278419B2 (ja) 肌の透明性の評価方法
JPH09218159A (ja) 照明装置及び色測定装置
JP3871415B2 (ja) 分光透過率測定装置
JPH10137194A (ja) 表面色測定具、光沢測定装置および分光測色装置
KR20200018063A (ko) 시력검사기구
WO2015182380A1 (ja) 分光ユニット、およびマルチアングル測色計
US11360024B1 (en) Measurement arrangement for measuring diffusely reflected light and specularly reflected light