HU190892B

HU190892B - Aparatus for measuring reflection of the planar surfaces, in particular fluckering meter

Info

Publication number: HU190892B
Application number: HU127783A
Authority: HU
Inventors: Mihaly Kantor; Janos Schanda; Jozsef Makai
Original assignee: Mta Mueszaki Fizikai Kutato Intezete,Hu
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1986-12-28
Also published as: DE3413838A1

Abstract

The invention relates to a measuring instrument for measuring reflection from flat surfaces, in particular a gloss measuring instrument, which is provided with light sources and illuminating units as well as detectors. The essence of the invention consists in that the light sources in the illuminating units are light sources (11, 21, ...) which can be operated in a pulsed fashion, in that at least one common reference detector (1) is coupled to all the illuminating units by means of optical fibre elements (13, 23, ...), in that stops (15, 25, ...) are arranged in the path of the illuminating beam, in that, moreover, there are arranged in the beam paths, which require beam deflection, of the illuminating beams and measuring beams beam-deflecting elements (36, ...) which are totally-reflecting prisms whose entrance and exit faces are perpendicular to the optical axis, and, furthermore, the outputs of the measurement detectors (111, 121, ...) and reference detectors (1) are connected to inputs of separate memories whose outputs are switched by an electrical selection switch (61) to inputs of an electrical computing unit. <IMAGE>

Description

A találmány tárgya síkfelületek reflexióját mérő berendezés, különösen egyetlen közös optikai mérőfejjel rendelkező, villamos választókapcsolóval kiválasztható több mérési geometriában üzemeltethető csillogásmérő.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for measuring the reflection of planar surfaces, in particular a luminance meter operable in a plurality of measurement geometries with an electrical selector switch having a single optical probe.

A tárgyak normális megjelenését a tárgyak felületének optikai tulajdonságai, így reflexióképességük ill. ennek térbeli eloszlása döntően befolyásolják.The normal appearance of objects is the optical properties of the surface of the objects, such as their reflection and ability. its spatial distribution is decisively influenced.

A vizuális megjelenés mérésére az ún. csillogásmérőket alkalmazzák, melyek alkalmasan kiválasztott egy vagy több beesési szög mellett, a felületről a tükrözés! szögek környezetében visszavert sugarak intenzitását mérik. A csillogásmérők szerkezeti paraméterértékeit, azok tűréseit szabványok pl. ISO 2813, ASTM D523-67, DIN 67 530 rögzítik.To measure visual appearance, the so-called. glitter gauges are used which are suitably selected for one or more incidence angles, from the surface to reflect! The intensity of rays reflected around angles is measured. The structural parameter values and tolerances of the gauges are standardized e.g. ISO 2813, ASTM D523-67, DIN 67 530.

Az ismert csillogásmérők pl. Reflektométer (B. LÁNGÉ), Glossgard II (Gardner Láb.) azonban több hátránnyal rendelkeznek:Known spark gauges are e.g. However, the Reflectometer (CHAIN B.), but Glossgard II (Gardner Foot.) Have several disadvantages:

- az egyes mérőgeometriákhoz tartozó vizsgált mintafelületek ugyanazon készülékben sem egyformák, és emiatt a különböző mérőgeometriákhoz tartozó mérőszámok korrelációja nem biztosítható- the sampled surfaces of each measuring geometry are not the same in the same apparatus and therefore the correlation of the numbers of the various measuring geometries cannot be ensured

- nem biztosított a mérést zavaró környezeti háttérfény hatásának kiküszöbölése- no elimination of ambient background light disturbing the measurement

- nem biztosított a megvilágító és mérőnyalábok polarizálatlan állapota, ami a pontos mérések egyik feltétele- the polarization of the illuminating and measuring beams is not ensured, which is a condition for accurate measurements

- erősen kérdéses az optikai leképzés jósága, mivel a megkívánt, gyakorlatilag torzításmentes leképzés, nagy nyitásviszony és széles (380-760 nm) spektrumtartomány esetén csak igen nehezen biztosítható.- the goodness of optical imaging is highly questionable as it is very difficult to achieve the desired, practically undistorted imaging, high opening ratio and wide (380-760 nm) spectral range.

A találmány célja olyan csillogásmérő kialakítása, mely fenti hátrányokat nem mutatja, és előállítása egyszerűbb és olcsóbb.It is an object of the present invention to provide a glitter meter which does not show the above drawbacks and which is simpler and less expensive to produce.

A megoldás lényege az a felismerés, hogy ha a csillogásmérést impulzus üzemben üzemeltethető fényforrásokkal és közel monokromatikus fénynyalábokkal végezzük, ezen hátrányok aránylag egyszerű módon elkerülhetők.The essence of the solution is that by detecting the luminosity measurement using pulsed light sources and near-monochromatic light beams, these disadvantages can be avoided in a relatively simple manner.

Számításokkal kimutatható ugyanis, hogy a szabványokban előírt A fényforrás és CIE V(Á), észlelő érzékenység eloszlás mellett mérhető csillogásértékek, és a V(2) érzékenységi görbe maximumához közeli hullámhossztartományú közel monokromatikus fénynyalábbal mérhető csillogásértékek eltérése csupán kb. 0,1% nagyságrendű, ami a megkívánt 1 csillogási szám pontosság mellett elhanyagolható.Calculations show that the difference between the luminosity values of the light source and the CIE V (Δ), the detection sensitivity, as prescribed in the standards, and the luminance values near the maximum of the V (2) curve near monochromatic beam are only approx. It is of the order of 0.1%, which is negligible with the required luster number 1.

A közel monokromatikus fénynyalábok alkalmazása lényegesen egyszerűsíti a felhasználásra kerülő optikai lencsék kialakítását, gyártását és szerelését, mivel a gyakorlatilag képhibamentes leképzést egy hullámhosszra (és nem széles spektrumtartományra akromatizálva) kell megvalósítani.The use of near-monochromatic light beams greatly simplifies the design, fabrication, and assembly of the optical lenses to be used, since virtually image-free imaging has to be realized over a wavelength (and not wide-spectrum).

Különösen előnyös az eleve közel monokromatikus 565 nm hullámhosszúságú fényt kibocsátó világító diódák (LED-ek) alkalmazása, mivel ez az érték a CIE V(A görbe 555 nm-es maximumához igen közel fekszik, felületi fénysűrűsége nagy, ami lehetővé teszi a készülék méreteinek csökkentését, emellett impulzus üzemben is üzemeltethető.Particularly advantageous is the use of light emitting diodes (LEDs) which emit light which is already nearly monochromatic at 565 nm, since this value is very close to the maximum of 555 nm of the CIE and has a high surface luminance which allows the device to be reduced in size. , it can also be operated in pulse mode.

Az impulzusüzem lehetőséget nyújt olyan elektromos kapcsolások alkalmazására, melyek a fényforrások „sötét” állapotában mért jelek felhasználásával a zavaró háttérfények hatását kiküszöbölik.Pulse mode allows the use of electrical circuits that eliminate the effects of interfering backlights by using signals measured in the "dark" state of the light sources.

Ezen előnyök mellett biztosítjuk a különböző mé2 rési geometriákban a vizsgált mintafelületek azonosságát, az optikai nyalábok polarizálatlan állapotát is.In addition to these advantages, we ensure the identity of the sample surfaces in the various measurement geometries, as well as the non-polarized state of the optical beams.

A találmány szerinti berendezés sík felületek reflexióját mérő berendezés, különösen több fix mérési geometriában üzemeltethető csillogásmérő, melyben minden mérési geometriában külön párhuzamos fénynyalábot előállító megvilágító egység, ill. külön fotoelektromos észlelőegység, továbbá közös mintatartó egység, jelfeldolgozó egység és a megvilágító, ill. észlelőegységek üzemeltetését kiválasztó villamos választókapcsoló van elrendezve, azzal jellemezve, hogy a fénynyalábok közel monokromatikus nyalábok, hogy a megvilágító egységekben levő fényforrások villamos vezérlőegységgel impulzusüzemben üzemeltethető fényforrások, hogy az összes fényforráshoz optikai referenciajelek átvitelére alkalmas fényvezető elemek közbeiktatásával, mely fényvezető elemek belépő nyílásai a mintát megvilágító hasznos optikai nyalábokon kívül fekszenek, legalább egy referenciaészlelő van csatlakoztatva, hogy a megvilágító nyalábokban a megvilágított mintafelület alakját és méretét meghatározó nyalábhatároló blendék vannak elrendezve, hogy a megvilágító, ill. a mintafelületről az észlelőkre jutó észlelőnyalábok esetleges eltérését végző terelő elemek olyan totálreflexiós prizmák, melyek ki- és belépő sík felületei az optikai tengelyre merőlegesen vannak elhelyezve továbbá, hogy a villamos választókapcsoló által kiválasztott mérőészlelő és referenciaészlelő villamos jelvezetékei, az ugyancsak a villamos választókapcsolóval kiválasztott fényforrásnak valamely villamos vezérlőegység által meghatározott „sötét” és „világos” periódusaiban, villamos vezérelt kapcsolókon át más-más villamos tárolók bemenetelre, míg ezen tárolók kimenetei a vezérlőegység által meghatározott „mérő” periódusban, valamely aritmetikai egység bemenetére vannak kapcsolva.The device according to the invention is a device for measuring the reflection of flat surfaces, in particular a luminance meter operable in a plurality of fixed measuring geometries, in which each measuring geometry has a separate light beam producing a parallel beam or a separate photoelectric detection unit and a common sample storage unit, signal processing unit and illuminator, respectively. an electrical selector switch for selecting the operation of the detecting units, characterized in that the light beams are near monochromatic beams, outside the useful optical beams, at least one reference detector is connected so that the beam beams defining the shape and size of the illuminated sample surface are arranged in the illumination beams, so that deflection elements for any deviation of the detection beams from the sample surface to the detectors are total-reflection prisms, whose output and inlet planar surfaces are perpendicular to the optical axis, and that during the "dark" and "light" periods defined by the electrical control unit, through electrical controlled switches to input different electrical storage units, while the outputs of these storage units are connected to the input of an arithmetic unit during the "measurement" period defined by the control unit.

A találmány szerint kialakított mérőberendezés impulzusüzemben üzemeltethető fényforrásokat alkalmaz, ami egyébként ismert módon, lehetővé teszi a zavaró háttérfényeknek a mérési eredményeket meghamisító hatásának kiküszöbölését. A hasznos mérőjelet úgy származtatjuk, hogy a mérési ciklus „sötét” periódusában mért értéket, amikor a megvilágító fényforrások sötétben vannak, vagyis a fényelemeket csak a zavaró háttérfény világítja meg, villamos tárolóban tároljuk, majd a ciklus „világos” periódusában mért értéket, amikor a megvilágító fényforrások be vannak kapcsolva és a fényelemek jele, mely a hasznos jelet és a háttérfényből származó jelet együttesen tartalmazza, az alkalmazott aritmetikai egységtől függően vagy tároljuk, és utána vonjuk le belőle a korábban tárolt „sötét” jelet, vagy a „sötét” jel levonását közvetlenül a mérési ciklus „világos” periódusában végezzük el. A hosszú idejű stabilitás érdekében a találmány szerinti mérőberendezésben a mérések referenciaészlelő(k) közbeiktatásával kétfényutas optikai rendszerben történnek. További előny, ha egyetlen közös referenciaészlelőt és azonos típusú észlelőket használunk, mivel ekkor az észlelők érzékenységének időbeni, hőmérsékletfüggő stb. változása közel azonos. A mérőberendezés egy célszerű kiviteli alakjában a fényforrások kis villamos fogyasztású monokromatikus fényt emittáló diódák, ami egyrészt a mérőberendezés telepről történőThe measuring apparatus according to the invention employs pulsed light sources, which otherwise allow for the elimination of the effect of interfering backlights to falsify the measurement results. The useful measurement signal is derived by storing the value measured during the "dark" period of the measurement cycle when the illuminating light sources are in the dark, i.e., the light elements only illuminated by the interfering backlight, and storing it in the "light" period of the cycle. illumination sources are switched on and the light element signal, which contains the useful signal and the back light signal together, is either stored depending on the arithmetic unit used, and then subtracting the previously stored "dark" signal or subtraction of the "dark" signal directly during the "clear" period of the measurement cycle. For long-term stability, measurements in the measuring apparatus of the present invention are performed using a reference detector (s) in a two-beam optical system. A further advantage is the use of a single common reference detector and detectors of the same type, since the sensitivity of the detectors is time-dependent, temperature-dependent, etc. change is almost the same. In a preferred embodiment of the measuring apparatus, the light sources are low-power monochromatic light emitting diodes which, on the one hand, are discharged from the battery

190.892 üzeménél jelent előnyt, továbbá arra is nyújt lehetőséget, hogy az egyes mérőgeometriákhoz tartozó (pl. csillogásméréshez) előírt fényforrásméreteket oly módon biztosítsuk, hogy a diódák műanyag fejét közvetlenül a kívánt méretre munkáljuk le és mattítjuk, ami egyúttal az optikai hatásfokot (hasznos mérőjelet) is növeli. A hatásfok további növelését a dióda oldalfelületeinek tükröző bevonattal való bevonásával érhetjük el.190,892 operation, it also provides the ability to provide the required light source dimensions for each measurement geometry (eg for luminosity measurement) by cutting and matting the plastic head of the diodes directly to the desired size, which also provides optical efficiency (useful measurement signal) also increases. Further increases in efficiency can be achieved by coating the diode sidewalls with a reflective coating.

A kvázimonokromatikus fény alkalmazása továbbá különös előnyt jelent az optikai leképző elemek kialakításánál. Az optikai leképzésnek a szabványokban rögzített szoros tűrésértékei, széles spektrumú fénynyalábok szabatos optikai leképzése esetén, gyakorlatilag képhibamentes, akromatikus, nagy fényerejű lencserendszereket igényelnek. Az ilyen rendszerek tervezése, előállítása és a készülékben történő elrendezése azonban csak igen nehezen és költségesen lenne megvalósítható.Furthermore, the use of quasi-monochromatic light provides a particular advantage in the design of optical imaging elements. The close tolerances of optical imaging, as defined in the standards, require accurate image-free, achromatic, high-brightness lenses for accurate optical imaging of wide-band light beams. However, the design, manufacture and arrangement of such systems in a device would be very difficult and costly.

A találmány szerinti mérőberendezésben a fényforrásokból kicsatolt optikai referencianyalábokat, alkalmas fényvezető elemekkel, pl. fényvezető szálakon, melyek hajlított úton is vezethetők és/vagy közvetlen rálátást biztosító csövön vagy furaton át vezetjük a referenciaészlelőkre. Ez a kiviteli mód különösen a kompakt felépítést könnyíti meg. A furatos kivitel esetén a furatba oldalról becsavarható csavar segítségével optikai jelszabályozás is könnyen oldható meg. (A jelszintek beállítását a későbbiekben részletesebben is ismertetjük.) Fényvezető szálak alkalmazásánál lényeges, hogy a szál fényforrás felé eső vége a hasznos megvilágító nyalábot részben se takarja le, mivel ez esetben a mintakivilágítás egyenetlenné válik.In the measuring apparatus according to the invention, optical reference beams disconnected from light sources, with suitable light-guide elements, e.g. light-guide fibers that can be guided in a curved path and / or guided through the reference sighting tube or bore. This design particularly facilitates the compact design. In the bore design, the screw can also be easily screwed into the bore with optical signal control. (Adjusting the signal levels will be described in more detail below.) When using fiber-optic fibers, it is important that the end of the fiber toward the light source does not partially cover the useful illumination beam, as in this case the pattern illumination becomes uneven.

A találmány szerinti mérőberendezésben az azonos vizsgált mintafelületet az egyes megvilágító nyalábokba (azok közel párhuzamosan haladó részeibe) a megvilágító objektívek és a minta között elhelyezett alkalmas méretű nyílások, nyalábhatároló blendék biztosítják. Mivel a megvilágító nyalábok kissé széttartóak, ezen nyílásokat, a geometriai elrendezéstől függően, lehetőleg a mintafelülethez közel helyezzük el. A nagy beesési szögű, pl. a 85°-os geometriához tartozó nyalábhatároló blende kialakítása és elhelyezése különösen kritikus. Legcélszerűbbnek találtuk azt az elrendezési módot, amikor a blende a megvilágított mintafelülettel párhuzamos, mivel ekkor alakja és mérete a hasznos mintafelülettel gyakorlatilag azonos, ami a gyártásban jelent könnyebbséget. Kisebb beesési szögeknél ezeket a blendéket gyakorlatilag a megvilágító objektívek kilépő oldalára helyezhetjük (az optikai tengelyre merőlegesen) és ekkor ezek méretei a vizsgált mintafelületnek a megfelelő optikai tengelyek irányába vett vetületei lesznek.In the measuring apparatus according to the invention, the same examined sample surface is provided by apertures of appropriate size and beam-limiting apertures arranged between the illumination lenses and the sample in each of the illumination beams (in their approximately parallel portions). Since the illumination beams are slightly divergent, these apertures are preferably located near the sample surface, depending on the geometric arrangement. The wide angle of inclination, e.g. the design and positioning of the beam limiting aperture of 85 ° geometry is particularly critical. We prefer the arrangement where the aperture is parallel to the illuminated sample surface, since its shape and size is practically the same as the useful sample surface, which is easier in manufacture. At smaller incidence angles, these apertures can be placed practically on the exit side of the lenses (perpendicular to the optical axis) and their dimensions will then be projections of the test surface towards the respective optical axes.

Éles kontúrral rendelkező kivilágított mintafelületeket a 182 334 l.sz. magyar szabadalomban leírt elrendezéssel lehet megvalósítani.Illuminated pattern surfaces with sharp contours can be found in No. 182,334. can be accomplished by the arrangement described in the Hungarian patent.

A találmány szerinti mérőberendezésben különös gondot fordítottunk a megvilágító nyalábok polarizációs állapotának pontos megtartására. A csillogásmérésre vonatkozó szabványok ugyanis polarizálatlan fényre érvényesek, azaz a megvilágító nyalábokban a beesési síkra merőleges és azzal párhuzamos síkban polarizált nyalábok egyenlő intenzitásúak.Particular care has been taken in the measuring apparatus of the present invention to accurately maintain the polarization state of the illumination beams. The standards for glare metering apply to non-polarized light, that is to say, in the illumination beams, the beams which are perpendicular to the incident plane and polarized in the plane are of equal intensity.

Ezt oly módon érjük el, hogy a fényforrások fénye polarizálatlan és sem a megvilágító, sem az észlelő nyaláb nem halad át és/vagy nem tükröződik ferde felületeken, ami a polarizációs intenzitásarányt megbontaná és hamis végső eredményeket okozna. Megfelelően kompakt felépítésű, több mérőgeometriás mérőberendezésben azonban tükrözésre is gyakran szükség van. Ekkor tükörként olyan totálreflexiós prizmát használunk, melynek be- és kilépő sík lapjai az optikai tengelyre merőlegesek, így refelxióképességük bármely polarizációs irányban azonos.This is achieved in such a way that the light from the light sources is non-polarized and neither the illuminant nor the perceptual beam passes and / or is reflected on oblique surfaces, which would disrupt the polarization intensity ratio and cause false final results. However, mirroring is often required in suitably compact, multi-geometric measuring equipment. In this case, a mirror is a total reflection prism, whose plane of entry and exit is perpendicular to the optical axis, so that it has the same reflection capacity in any polarization direction.

Az itt felsorolt jellemzők lehetővé teszik, hogy több mérőgeometriás mérőberendezést olyan kompakt felépítésben alakítsunk ki, melyben az optikai részeken, a jelfeldolgozó és kijelző villamos egységeken kívül a készülék üzemeltetéséhez szükséges tölthető villamos telepek is elhelyezhetők. Ezáltal a találmány szerinti mérőberendezés különösen a nehezen hozzáférhető helyeken pl. épületrészeken, terepen stb. történő mérések végzését könnyíti meg. Ezt a célt szolgálja az átfordíthatóan dugaszolható kijelző alkalmazása, mely a leolvasást könnyíti.The features listed here make it possible to design multiple measuring geometry devices in a compact design that can accommodate, in addition to optical components, signal processing and display electrical units, rechargeable electric batteries for operating the device. Thus, the measuring apparatus according to the invention is particularly suitable in difficult-to-reach places, e.g. parts of buildings, terrain, etc. makes measurements easier. For this purpose, a reversible plug-in display is used to facilitate reading.

A találmány szerinti mérőberendezés egy példaképpeni 20°/60780°-os mérőgeometriákat alkalmazó kiviteli alakját az ábrákra történő hivatkozásokkal a következőkben részletesen ismertetjük:An exemplary embodiment of the measuring apparatus of the present invention utilizing measuring geometries of 20 ° / 60780 ° will be described in detail with reference to the drawings in the following:

1. ábra a példaképpen! mérőberendezés fő metszetét (részben nézeti képét),Figure 1 by way of example! the main section of the measuring equipment (partly its view),

2. ábra a találmány szerinti mérőberendezés elvi blokkvázlatát,Figure 2 is a schematic block diagram of a measuring apparatus according to the invention,

3. ábra a mérőberendezés egy példaképpen csillogásmérőben alkalmazott fényforrását, aFigure 3 is an example of a light source used by a measuring device in a glitter meter, a

4. ábra a jelfeldolgozó egység egy példaképpen három mérőgeometriás mérőberendezésben alkalmazott villamos kapcsolási elrendezését mutatja be.Fig. 4 illustrates an electrical circuit arrangement of the signal processing unit used in three measuring geometry measuring apparatus as an example.

Az 1. ábrán a példaképpen! mérőberendezés fő metszetét, részbeni nézeti képét mutatjuk be. A 20°, 60°, 85°-os mérőgeometriákhoz tartozó 11, 21, 31 fényforrások a 14, 24, 34 megvilágító objektívek fókuszsíkjában helyezkednek el.1, by way of example. shows the main sectional view and a partial view of the measuring apparatus. The light sources 11, 21, 31 belonging to the measuring geometries 20 °, 60 °, 85 ° are located in the focal plane of the lenses 14, 24, 34.

Jelen példában a 11, 21, 31 fényforrások azonos hullámhosszon sugárzó fényemittáló diódák. Ha a diódák világító magja nagyobb, mint a 14, 24, 34 megvilágító objektívek fókusztávolsága és a mérőgeometria szabvány szerint meghatározott méret, a dióda elé a megszabott méretnek megfelelő pl. 22 fényforrás blendét helyezhetjük el. A 11,21, 31 fényforrások fényének egy részét a 13,23,33 fényvezető elemekkel vezetjük az 1 referencia észlelőre. Jelen példában a 13,23 fényvezető elem fényvezető szál. A 23 fényvezető elem középső szakasza a rajz síkja mögött kerül átvezetésre és a 31 fényforrásból kilépő hasznos megvilágító nyalábot nem takarja, míg a 23 fényvezető elem belépő és kilépő végei a rajz síkjában vannak oly módon, hogy a 23 fényvezető elem belépő vége a 21 fényforrásból kilépő hasznos megvilágító nyalábot nem takarja. A 33 fényvezető elem a 70 mérőfejtestbe fúrt furat, melybe felülről, a rajzon nem feltűntetve, egy csavar nyúlik be, melynek segítségével a 33 fényvezető elem optikai transzmissziója változtatható. A 15,25 nyalábhatároló blendék a 14,24 megvilágító objektívek minta felőli oldalán, míg a 35 nyalábhatároló blende az 51 mintafelülettel párhuzamosan, ahhoz közel oly módon van elhelyezve, hogy a 60°-os megvilágító nyalábot nem takarja. A 85°-os 3In this example, the light sources 11, 21, 31 are light emitting diodes of the same wavelength. If the light emitting diode of the diode is larger than the focal length of the illuminating lenses 14, 24, 34 and the size determined by the standard of measurement geometry, for example, the size of the light emitted by the diode is equal to the specified size. 22 light source blinds may be provided. Part of the light from the light sources 11,21,31 is led to the reference detector 1 by the light guide elements 13,23,33. In the present example, the photoconductor element 13.23 is a fiber. The central portion of the photoconductor element 23 passes behind the plane of the drawing and does not cover the useful illumination beam exiting the light source 31, while the inlet and outlet ends of the photoconductor element 23 are in the drawing plane such that the inlet end of the photoconductor element 23 exits the light source 21. it does not cover a useful illumination beam. The photoconductor element 33 is a hole drilled into the probe body 70 into which a screw is inserted from above, not shown in the drawing, by means of which the optical transmission of the photoconductor element 33 can be varied. The beam guide apertures 15.25 are positioned on the sample side of the illumination lenses 14.24, while the beam guide aperture 35 is positioned parallel to the sample surface 51 so as not to obscure the 60 ° illuminator beam. 85 ° 3

190.892 megvilágító nyaláb terelésére a 36 fényterelő elem szolgál, mely olyan totálreflexiós prizma, melynek belépő és kilépő lapjai a rajta áthaladó megvilágító nyaláb optikai tengelyére merőlegesek. (A 85°-os mérőnyaláb terelésére az ugyanolyan alakú 136 fényterelő elem szolgál. (Az ily módon felépített három megvilágító nyaláb az 50 mintafelületet csak az 51 vizsgált mintafelület terjedelmében világítja meg. Az 50 mintafelület a 71 mérőfej alaplap kivágásának oldalán fekszik fel. Az 51 vizsgált mintafelületről, melynek mérete jelen példában sxp ellipszis, kilépő mérőnyalábok a megfelelő (114) 124,134 észlelő objektíveken és (112) 122, 132 észlelő blendéken át a (111) 121,131 mérőészlelőkre esnek. Az észlelés térszögei a 112, 122, 132 észlelő blendék mérete és a 114, 124, 134 észlelő objektívek hasznos belépő méretének olyan nagynak kell lennie, hogy az észlelés térszögei és az 51 vizsgált mintafelület sxp méretét is figyelembe véve sugárveszteség ne keletkezhessék.The deflector 36 is used to deflect 190,892 illumination beams, which is a total reflection prism having inlets and outlets perpendicular to the optical axis of the illuminating beam passing through it. (The 85 ° measuring beam is deflected by the same shaped baffle 136. (The three illuminating beams thus constructed illuminate the sample surface 50 only within the area of the sample surface 51. The sample surface 50 lies on the side of the cut-out of the base plate 71). the output beams from the examined sample surface, the size of which in this example is an sxp ellipse, pass through the respective detection lenses (114) 124,134 and the measuring blades (112) 122,131 to the measuring detectors (111) 121,131. and the effective inlet size of the detecting lenses 114, 124, 134 must be large enough to prevent radiation loss, taking into account both the detection angles and the sxp size of the test surface 51.

A 11,21, 31 fényforrások az 1 referencia észlelő, a 111, 121, 131 mérőészlelők villamos vezetékei a 67 szerelőlapon levő áramkörökhöz vannak csatlakoztatva. Ugyanezen ábrán tűntettük fel a 61 villamos választókapcsoló és a 66 digitális kijelző elhelyezését, mely utóbbi átfordíthatóan is dugaszolható (szaggatott vonal). Ez az átfordítás akkor előnyös, amikor pl. kisméretű sorozatminták mérésénél az egész készülék átfordítva a 72 mérőház burkolatra szerelt 73 talppogácsákon nyugszik. Ez esetben ugyanis kényelmesebb a könnyebb mintákat a csillogásmérőre helyezni, mint a nehezebb csillogásmérőt a kisebb mintákra.The light sources 11,21, 31 are connected to the circuits of the reference detector 1, the measuring sensors 111, 121, 131 and the circuits on the mounting plate 67. The same figure shows the arrangement of the electrical selector switch 61 and the digital display 66, which can also be reversibly plugged (dashed line). This translation is advantageous when e.g. when measuring small series samples, the whole device is inverted on the pedestals 73 mounted on the housing 72. In this case, it is more convenient to place lighter patterns on the luster meter than heavier lenses on smaller samples.

A 2. ábrán a mérőberendezés elvi blokkvázlatát tűntettük fel. A különböző mérési módokhoz tartozó pl. 11 fényforrást - pl. 111 mérőérzékelőt a 61 villamos választókapcsolóval választjuk ki. A 11 fényforrást a 63 áramgenerátorral hajtott 62 vezérlőegységgel vezérelt 64 impulzusüzemet biztosító tápegység táplálja. Alii észlelő és 1 referencia észlelők jelei a fényforrás „sötét” periódusában (az ábrán feltűntetett állapot) a 102 és 2 áram-feszültség konvertereken és a 62 vezérlőegységgel vezérelt 105 és 5 vezérelt kapcsolókon át a 106 és 6 tárolókba, míg a fényforrás „világos” állapotában a 107 és 7 tárolókba jutnak. A 106 és 6, valamint 107 és 7 tárolók kimenetei 60 villamos aritmetikai egység bemenetelre, míg az aritmetikai egység kimenete 66 kijelzőhöz van kapcsolva. A „sötét” és „világos” periódust követő „mérő” periódusban a 60 aritmetikai egység először 107 és 106, illetve 7 és 6 tárolókban tárolt értékek különbségét, majd ezen különbségek hányadosát képezi, mely hányadosérték a 66 kijelzőn jelenik meg. Azily módon képzett mérési érték független az észlelőkre jutó zavaró háttérfény hatásától, valamint a fényforrás intenzitásának időbeli változásaitól.Figure 2 is a schematic block diagram of a measuring apparatus. For example, the different measuring modes 11 light sources - eg. The measuring sensor 111 is selected by the electrical selector switch 61. The light source 11 is powered by a power supply providing a pulse operation 64 controlled by a control unit 62 driven by a current generator 63. Signals of Alii detector and reference detector 1 during the "dark" period of the light source (shown in the figure), through the current voltage converters 102 and 2 and the control switches 105 and 5 controlled by the control unit 62 to the storage units 106 and 6. when in their state, they are stored in the containers 107 and 7. The outputs of the storage units 106, 6 and 107 and 7 are connected to an input of an electrical arithmetic unit 60, while the output of the arithmetic unit is connected to a display 66. In the "measuring" period following the "dark" and "light" periods, the arithmetic unit 60 first represents the difference between values stored in stores 107, 106, and 7 and 6, respectively, and then the ratio displayed on display 66. The measurement value thus obtained is independent of the effect of interfering backlight on the sensors and of changes in the intensity of the light source over time.

A 3. ábrán mutatjuk be a 11 fényforrás (jelen esetben fényemittáló dióda) kiviteli alakját abban az esetben, ha a dióda 11 világító magjának mérete kisebb mint a 20°-os csillogásmérési geometriához tartozó 12 fényforrásblende szükséges s’xp’ mérete. Ezen kiviteli alaknál a fényemittáló dióda 11” hasznos kilépő felületének méretét s’xp’ méretre lemunkáljuk és mattítjuk, ill. szükség esetén all’” oldalfelületeket tükröző bevonattal is elláthatjuk.Figure 3 illustrates an embodiment of the light source 11 (in this case, a light emitting diode) when the size of the illuminating core 11 of the diode is smaller than the required s'xp 'of the light source window 12 of the glow measurement geometry 20 °. In this embodiment, the 11 "useful output surface of the light emitting diode is machined to a size s'xp 'and matte or matted. if necessary, we can also cover all '' side surfaces with reflective coating.

Az egyes fényforrások eltérő intenzitása, a megvi4 lágító és észlelő egységek és a fényvezető elemek eltérő átviteli hatásfoka, valamint az egyes észlelők eltérő érzékenysége miatt, normált mérési értékek kiszámításához az észlelőkjeiét a különböző mérési módozatokban különböző mértékben kell figyelembe venni.Due to the different intensities of each light source, the different transmission efficiency of the illuminating and sensing units and the photoconductors, and the different sensitivity of each of the sensors, the perceptual signal must be taken into account differently in different modes of measurement.

A különböző mérési módozatok: pl. abszolút tükrös reflexióképesség, szórásmérés, csillogásmérés stb. és az értelemszerű fényforrásészlelő párosítások nagyszámú, eltérő normálást kívánnak, ez esetben a jelek arányának külön-külön jelszabályozó elemmel történő beállítása nem gazdaságos.The different measuring methods are: absolute mirror reflection, scatter, glitter, etc. and meaningful light source pairing requires a large number of different normalizations, in which case adjusting the signal ratio with a separate signal control element is not economical.

Ez esetben célszerűbb a készülék kalibrálásánál meghatározott normálási állandókat is külön tárolókban tárolni, majd a normálást a mérési módhoz és a kiválasztott párosításhoz tartozó más-más számítóprogrammal elvégezni. A három mérési geometriához 9 készülék állandó ismerete szükséges: a három megvilágító nyaláb relatív intenzitásértéke tükrözés nélkül azonos detektorral mérve, az ezen intenzitásértékekhez tartozó három referenciajel, valamint ismert n = 1,567 törésmutatójú üvegminta esetén a tükrözési irányokban levő mérőészlelő három mérőjele (a csillogási mérőszámokhoz történő korreláció és az abszolút reflexióérték normálásához). Ezen kilenc készülék állandó ismeretében bármely fényforrásészlelő párosításban, és mérési módban normált mérési értékek származtathatók. Ha a mérőberendezést csak csillogásmérőként kívánjuk üzemeltetni, a normálás egyszerűbben oldható meg, mivel csak az azonos beesési és észlelési szögű párosításoknál történik a mérés. Ez esetben az n = 1,567 törésmutatójú üveget behelyezve, három villamos és/vagy optikai jelszabályozó elem elégséges, hogy a három csillogási mérőgeometriában a mérőjel értékét 100-ra normáljuk, továbbá ekkor aritmetikai egységnek egyszerű villamos osztóáramkört is alkalmazhatunk. Egy ilyen, csak csillogásmérőként használt találmány szerinti mérőberendezés villamos kapcsolási elrendezését a 4. ábrán mutatjuk be. A 61 villamos választókapcsoló, jelen példában a 20°-os geometriához tartozó 11 fényforrást, 111 mérőészlelőt és 115 jelszabályozó elemet választja ki. A 63 óragenerátor a 62 vezérlőegységen és 64 impulzusüzemű tápegységen át táplálja all fényforrást. Az ábrán feltűntetett állapot all fényforrás „sötét” periódusának felel meg, vagyis a 111 mérőészlelő áramjele (ami ekkor a háttérfényből származhat) a 102 áram-feszültség konverter és összegző áramkörön és a 62 vezérlőegységgel vezérelt 105 vezérelt kapcsolón keresztül, fordított polaritásban, a 103 első mintavevő és tartó áramkörre jut, melyet a 62 vezérlőegység mintavevő állapotban tart. All fényforrás „világos” periódusában a 105 vezérelt kapcsoló a 102 áram-feszültség konverter és összegző áramkört a 104 második mintavevő és tartó áramkörre, a 62 vezérlőegység pedig a 103 első mintavevő és tartó áramkört tartó helyzetbe és a 102 áram-feszültség konverter és összegző áramkör bemenetére kapcsolja. Mivel a 111 mérőészlelő ekkor a 11 fényforrás fényét és a háttérfényt észleli, a 102 áram-feszültség konverter és összegző áramkör már ezen két érték különbségét képezi és táplálja a 104 második mintavevő és tartó áramkörbe, mely így all fényforrás fényétől származó „hasznos” jelet fogja tárolni. Hasonló módon kerül tárolásra az 1 referen-47In this case, it is preferable to store the standardization constants specified in the instrument calibration in separate storage units, and then perform the normalization using different calculator programs for the measurement mode and the selected pairing. The three measurement geometries require constant knowledge of 9 devices: the relative intensities of the three illuminating beams measured with the same detector without reflection, the three reference marks for these intensities and, for glass samples with a known refractive index n = 1,567, the three measurement detectors and to normalize the absolute reflection value). With constant knowledge of these nine devices, standardized readings can be derived in any light source pairing and measurement mode. If the measuring device is to be used only as a glitter meter, normalization can be simplified, since it is only measured at pairs of the same incidence and perception angle. In this case, by inserting a glass with a refractive index of n = 1.567, three electrical and / or optical signal control elements are sufficient to normalize the value of the measuring signal to 100 in each of the three glitter geometries, and a simple electrical divider circuit can be used. The electrical circuit arrangement of such a measuring device according to the invention, used only as a glitter meter, is illustrated in Figure 4. The electrical selector switch 61, in this example, selects the light source 11 for the 20 ° geometry, the measuring detector 111 and the signal control element 115. The clock generator 63 supplies an all-light source through the control unit 62 and the pulse-powered power supply 64. The state shown in the figure corresponds to the "dark" period of the all light source, i.e., the current of the measuring detector 111 (which may then come from the backlight) is via the current-to-voltage converter and summing circuit 102 and controlled by control unit 62 in reverse polarity and the sampling and holding circuit, which the control unit 62 maintains in the sampling state. In the "light" period of all light sources, the controlled switch 105 is in the position of the current-to-voltage converter and summing circuit to the second sampling and holding circuit 104, and the control unit 62 to the position holding the first sampling and holding circuit 103 and the current-to-voltage converter to its input. As the meter detector 111 then detects the light of the light source 11 and the backlight, the current-to-voltage converter and summing circuit 102 is already the difference between these two values and feeds to the second sampling and holding circuit 104, thereby receiving a "useful" signal from the light source. store. Referen-47 is stored in a similar manner

190.892 ciaészlelő „hasznos” jele a 4 második mintavevő és tartó áramkörben. A 104 második mintavevő és tartó áramkörben tárolt (mérő) jel, a 61 villamos választókapcsolóval kiválasztott 115 jelszabályozó elemen át, míg a 4 második mintavevő és tartó áramkörben tárolt referenciajel közvetlenül van a 60 aritmetikai egységre kapcsolva. A 60 aritmetikai egység ekkor célszerűen analóg-digitál átalakító és osztó áramkör, melynek számláló bemenetére a mérő, nevező bemenetére a referenciajel van előzőek szerint kapcsolva, és kimenete 66 digitális kijelzőhöz csatlakoztatva. A 61 villamos választókapcsolóval kiválasztható 115, 125, 135 jelszabályozó elemek beszabályozását a berendezés kalibrálásánál végezzük el oly módon, hogy n = 1,567 törésmutatójú polírozott üvegmintát használva, a 66 digitális kijelzőn 100 értéket állítunk be.190,892 "signal" useful signals in the second sampling and holding circuits 4. The second (104) signal stored in the second sampling and holding circuit (104) is directly connected to the arithmetic unit (60) via the signal control element (115) selected by the electrical selector switch (61). The arithmetic unit 60 is preferably an analog-to-digital converter and divider circuit, the counter input of which is connected to the meter input and the denominator input of the counter, and its output is connected to a digital display 66. Adjustment of the signal control elements 115, 125, 135 selectable by the electric selector switch 61 is performed by calibrating the apparatus by setting a polarized glass sample of refractive index n = 1.567 to a value of 100 on the digital display 66.

A mérőberendezésben a megvilágító nyalábok a csillógásmérő mérési módban, szükségszerűen nem polarizált nyalábok. A többi mérési módban pl. abszolút reflexiőmérés, szórásmérés előnyös, ha a mérőnyalábok a beesési síkra merőlegesen (s), ill. azzal párhuzamosan (p) polarizált nyalábok. Ezt a megvilágító nyalábokba, célszerűen közvetlenül a 11, 21, 31 fényforrások, vagy a 12, 22, 32 fényforrásblendék elé, szükség esetén behelyezhető, alkalmas polarizátorokkal (pl. polaroid lemezekkel) valósíthatjuk meg. Ez esetben a polaroid lemezek az optikai referencia nyalábokat is polarizálják, és a polaroid lemez hőfokfüggő transzmissziója a hányadosképzés mérési mód miatt nem fog hibát okozni. A polaroid lemezek beiktatásánál azonban megfelelő új normálási faktorokat kell a számítógépprogramokba beiktatni.In the measuring apparatus, the illumination beams in the glitter meter measurement mode are necessarily non-polarized beams. In the other measurement modes, eg. absolute reflectance measurement, scattering measurement is advantageous if the measuring beams are perpendicular to the incident plane (s) or. parallel (p) polarized beams. This can be accomplished in the illumination beams, preferably directly in front of the light sources 11, 21, 31 or the light source beams 12, 22, 32, if necessary with suitable polarizers (e.g., polaroid plates). In this case, the polaroid plates also polarize the optical reference beams, and the temperature-dependent transmission of the polaroid plate will not cause any error due to the quotient measurement mode. However, when inserting polaroid disks, appropriate new standardization factors must be included in the computer programs.

Claims

1. Apparatus for measuring the reflectance of planar surfaces, in particular a glitter meter operable in a plurality of fixed measurement geometries, in which each measuring geometry has its own unit of illumination producing a parallel beam of light. a separate photoelectron detector unit as well as a common sample storage unit, signal processing unit and illuminator, respectively. an electrical selector switch for operating the detector units, characterized in that the light beams are near monochromatic beams, that the light sources (11, 21, 31) in the illumination units, the light sources operable in pulse mode with the electric control unit (62), 31) at least one reference detector (1) is connected to the illuminated pattern surface (50) by inserting light guiding elements (13, 23,33) for transmitting optical reference signals which are located outside the useful optical beams illuminating the sample. beams (15, 25, 35) defining the shape and size of the beam are arranged so that the illuminator and / or illuminator can be arranged. deflecting means (36, 136) for deflecting the detection beams from the sample surface (50) to the detectors (111, 121, 131), said total reflection prisms having their exit and inlet planes perpendicular to the optical axis, and the electric selector switch (61). ) of the measuring detector (e.g., 111) and reference detector (1) selected by the light source, also selected by the electrical selector switch (e.g., 11), during the "dark" and "light" periods defined by an electrical control unit (62). , 5) to the inputs of different electrical storage devices (106.6; 107.7), while the outputs of these electrical storage devices (106.6; 107.7) are an electrical arithmetic unit during the "measuring" period defined by the control unit (62). 60) are switched to input.

An embodiment of the measuring apparatus according to claim 1, characterized in that color filters select the same color in front of the light sources (11, 21,31).

An embodiment of the measuring apparatus according to claim 2, characterized in that the light sources (11, 21,...) Are light emitting diodes emitting at the same wavelength.

An embodiment of the measuring apparatus according to claim 3, characterized in that the front faces of the light-emitting diodes of the light-emitting diodes are matted (11 ", 21",...) And the focal length of the illuminating lenses (14.24,...) are defined by s'xp ', while its side surfaces (1Γ ”, 2Γ”,...) are sometimes provided with a reflective coating.

5. An embodiment of a measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the light-guide elements (13, 23,...) suitable for transmitting the optical reference signals are optical-fiber and / or light sources (11,21,...) and the reference detector (s). (1,...) Between the bore (s) and / or pipe (s) providing a clear view.

6. An embodiment of a measuring device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that, immediately before the light sources (11,21,...), it is perpendicular or inclined to the incident plane. a support structure for reproducible placement of polarizers in parallel polarized beams is provided.

7. An embodiment of a measuring device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the electrical arithmetic unit (60) comprises additional storage devices (not shown in the figures) in which the calibration constants of the measuring device are fed.

An embodiment of the measuring apparatus according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the electrical signal wires of the measuring detector (e.g. 111) and reference sensor (1) selected by the selector switch (61) are connected to the inputs of the current-voltage converters (102,2). output of the voltage converters through the "dark" state switches (105,5) defined by the control unit (62) to the sample input of first sample circuits (103,4), the "light" state switches (105) controlled by the control unit (62); 5) passing second sampling and holding circuits (104,4) to the sampling input, at the same time holding outputs of the first sampling and holding (103,3) to the input of the voltage converters (102,2) and the second sampling holding circuits (104,4) Bracket Outputs

190,892 during the "measuring" period defined by the control unit (62) (which may be simultaneously with the second dark period), an electrical arithmetic unit (60), e.g. analog-to-digital converter and dividing circuit input, and the output of the arithmetic unit (60) is connected to an electrical display (66).

The measuring apparatus according to claim 8, characterized in that the arithmetic unit (60) is an analog-to-digital converting and dividing circuit and the measuring sensors (111, 121, ...) and / or reference sensor (s) (1), ), and an electrical signal control element (115,125. potentiometers).

10. An embodiment of a measuring device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that all the measuring sensors (111, 121, ...) and the reference sensor (s) (1, ...) are of the same type of photode5.

11. An embodiment of a measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the display (66) is provided with a plug-in socket providing a plurality of reading positions.

12. An embodiment of a measuring device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the battery of the measuring device is rechargeable electric batteries, which are contained in a single common box consisting of a motherboard (71) and a housing (72) containing all the elements of the measuring device.

15 are provided and / or provided by a power adapter.