JP2005024562A - 表面特性を特定する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面特性、限定はされないが特に色彩を特定する装置を提供する。
【解決手段】 表面特性を特定する装置であって、少なくとも１つの第１の光線放射装置（１）と、光線を放射する少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光線放射装置（１）から放射され、測定面が散乱および／あるいは反射する光線の少なくとも一部を受容し、反射および／あるいは散乱される光線を特徴づける少なくとも１つの計測信号を発生させる光線検出装置（２０）と、光線放射装置（１）と光線検出装置（２０）との間の光路に設けられ、所定の厚みを有する光学的分離装置（１１）とが設けられている。この装置において光学的分離装置（１１）は少なくとも１つの開口部（１５）を有し、この開口部は少なくとも部分的に光学的分離装置（１１）の厚みに対して所定の、０以外の角度をなして設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面特性、限定はされないが特に色彩を特定する装置に関するものである。

対象物あるいはその表面、特に自動車の表面に対していだく視覚的な印象を決定する上で、表面特性は重要な役割を果たす。人間の目によって表面特性を客観的に区別するには限界があるので、表面特性を定性的かつ定量的に特定するための補助手段および設備が求められてきた。

特定される表面特性とは例えば、光沢、表面の凹凸、色彩、マクロ組織および／あるいはミクロ組織、結像の鮮明さ、光沢のくもり、表面構造および／あるいは表面トポグラフィーなどである。

従来技術において周知の装置は、光線放射装置によって検査すべき測定面に光線が当てられ、この測定面によって反射および／あるいは散乱される光線を検出器によって受容し、評価するというものである。この装置には検査すべき表面の評価を可能にするために、測定面に当てる光線を比較可能な条件で放射するという問題がある。従って、例えば検査すべき測定面に対してあらかじめ角度を設定して光線を当てなければならないという点が一つの問題となる。このような課題は請求項１に記載の発明によって解決される。好適なさらなる構成および実施の形態は従属請求項に記載されている。

本発明に係る表面特性を特定するための装置は、少なくとも１つの光源を有する、光線を放射する少なくとも１つの第１の光線放射装置を備えている。また少なくとも１つの光源から放射され、測定面が散乱および／あるいは反射する光線の少なくとも一部を受容するとともに、反射および／あるいは散乱される光線の少なくとも１つのパラメータを特徴づける少なくとも１つの計測信号を発生させる光線検出装置が設けられている。

さらに所定の厚みを有してなる光学的分離装置が、光線放射装置と光線検出装置との間の光路に設置されている。光学的分離装置には少なくとも１つの開口部が設けられ、この開口部は少なくとも部分的に、光学的分離装置の厚みに対して０°以外の所定の角度をなして設けられている。

測定面とは当てられる光線の少なくとも一部を反射および／あるいは散乱させる任意の面のことを意味する。本発明において測定面は特に自動車の表面であり、限定はされないが特に自動車の塗装表面を意味するものである。

特徴的な計測信号とは、照射された光線の少なくとも１つのパラメータ、例えば光線の強度や波長などに依存する計測信号のことをいう。測定面としてはまた、プラスチックの大理石模様や個々に仕上げや加工を施された材料も想定される。

光学的分離装置とは、光学的な光線、特に光、限定はされないが特に目に見える範囲の光を遮断し、あるいはこのような光が所定の光路を通過するのを少なくとも部分的に防ぐのに適した装置のことを意味する。

光学的分離装置の厚みに対して０°以外の所定の角度をなして、少なくとも部分的に設けられる開口部とは、分離装置の表面に対して垂直ではなく、所定の角度をなして設けられた開口部のことを意味する。

本発明において開口部とは、平面あるいは空間の部分であって、その内部に少なくとも部分的に物質のない空間があるもののことをいう。従ってスリット、間隙なども開口部と考えられる。

さらなる好適な実施の形態において光学的分離装置の開口部は平面図においてほぼ周回路あるいは円形スリットの形状を有している。この点は例えば光学的分離装置の所定の切断面において、開口部は円の断面で見ると所定の円の線の厚さを有していると理解される。ここでほぼ円周形状というものの中には、この円周が限定はされないが特に多少の幅を有する個々のブリッジによって切断されているものも含まれる。

厚さ方向においても分離装置を全体的に見ると、開口部の断面は円周形状を有し、３次元的に見ると所定の円錐角を有する円錐または部分円錐形状をなしている。言い換えると開口部あるいはスリットの少なくとも１つの内壁は円錐の円周面であるということができる。

さらなる好適な実施の形態において開口部の内側は特に開口部を介して通過する光線に対し、光線を吸収する特性を有している。これによりこの開口部を介して入る光線が開口部の内側で反射されないようになる。

さらなる好適な構成においては開口部が光学的分離装置の厚みに対して設けられる角度は０°と９０°との間、好ましくは１５°と７５°との間、特に好ましくは３０°と６０°との間、特に４５°、の範囲内である。光学的分離装置は計測面に対して平行に設けられるのが好ましい。これによりこの開口部を介して入る光線はほぼ所定の角度をなして測定面に当たる。

さらなる好適な実施の形態において光学的分離装置は、少なくとも光学的光線放射装置に対向する少なくとも１つの面が、少なくとも部分的に光線放射装置から放射される光線を反射および／あるいは散乱させる特性を有している。光線放射装置から放射される光線のできるだけ多くの部分が光学的分離装置の対応する表面によって散乱および／あるいは反射されることが好ましい。

さらなる好適な実施の形態において光学的分離装置は一体的に構成されている。この場合、光学的分離装置の光線放射装置に対向する面は、すでに述べたように好適に光線を反射および／あるいは散乱させるコーティングを有している。このとき開口部は上述の通り、ほぼ円周上に設けられるが個々のブリッジによって中断されている。さらなる好適な実施の形態では光学的分離装置は少なくとも２つの部材から構成される。これら２つの部材は形状、力、および／あるいは材料に関して過不足なく一致するように互いに結合されるのが好ましい。結合は接着、はんだ付けなどを含む方法から選択して行われる。この場合、光学的光線放射装置に対向する部材あるいは光線放射装置に対向する部材の表面は、少なくとも部分的に光線を反射および／あるいは散乱させる特性を有していなければならない。

好適な実施の形態において第１の光線放射装置は多数設けられ、測定面に対して所定の位置に配置されている。このときこれらの位置は測定面に対してほぼ等距離にあるように設けられる。

第１の光線放射装置は第１のケーシング部に設けられるのが好適である。このとき第１のケーシング部はほぼ半球形状を有している。この場合、多数の光線放射装置はほぼ半球形状のケーシングにおいて緯線（等高度線）（Ｈｏｅｈｅｎｋｒｅｉｓ）上に設けられるのが好ましい。

さらなる好適な実施の形態において第１のケーシングには比較測定装置が設けられている。この比較測定装置は多数の光線放射装置から放射される光線の少なくとも一部を、好ましくは少なくとも一度散乱および／あるいは反射させてから受容し、その光線を光線検出装置によって受容される光線の部分に対する参照値として使用するために設けられる。この目的のために比較測定装置は光学的障壁を有し、これにより光線放射装置の光線が直接比較測定装置に入らず、まず少なくとも１つの表面で、限定はされないが特に光学装置の表面で反射および／あるいは散乱されるようになる。

さらなる好適な実施の形態において第１のケーシングの、測定面に対向する表面の少なくとも一部は、光線を反射および／あるいは散乱させる特性を有している。測定面に対向する表面とは、ほぼ半球形状のケーシングの場合、このケーシングの内面のことである。これにより光線放射装置が放射する光線は第１のケーシング部の内部において何回も反射され、最終的に開口部を介して測定面に到達する。

さらなる好適な実施の形態において少なくとも１つの光線放射装置は光線散乱装置を有している。この光線散乱装置により、光源または光線放射装置から放射される光線が確実に散乱され、ほぼ拡散された光線が作られる。

少なくとも１つの光線散乱装置は、光線散乱板、磨りガラス板、拡散フィルムなどを含む光線散乱装置のグループから選択される。

さらなる好適な実施の形態において少なくとも１つの第１の光線放射装置は少なくとも１つの光源を有し、この光源は熱光源、限定はされないが特に白熱電球、ハロゲンランプ、干渉性および非干渉性の半導体光源、高温放電光源、レーザーなどを含む光源のグループから選択される。放射される光線は、限定はされないが好ましくは目に見える範囲の光であるが、赤外線および／あるいは紫外線の波長領域の光を用いることもできる。放射線あるいは同様の光線も本発明の範囲内である。

少なくとも２つの光源は異なる光線特性を有するのが好ましい。好適な実施の形態では異なるスペクトル光線特性を有する多数の光源が選択されているので、目に見える波長領域の全体がほぼカバーされる。さらなる好適な実施の形態では個々の光源の数は、光あるいはその強度が目に見える波長領域の全体にわたってほぼ均一に経過するように選択される。ここでほぼ均一という意味は、目に見える波長領域全体における強度が、所定の平均値を中心として動くことであって、誤差は平均値の５０％と２００％との間であり、好ましくは４０％と１５０％との間、特に好ましくは８０％と１２０％との間である。

さらなる好適な実施の形態では、少なくとも１つの光源の少なくとも１つの光線パラメータが変えられる。このパラメータは光線強度、光線の波長、光線の分極方向、光線強度の時間変調などを含むグループから選択される。光線強度の変調とは、所定の時間内に強度を変化させられる、あるいは対応する光源のスイッチをオンオフすることができるという意味である。

さらなる好適な実施の形態においては、少なくとも第１の光線検出装置が第２のケーシング部に設けられている。

このとき第２のケーシング部の光線検出装置に対向する面の少なくとも一部は光線を吸収する特性を有する。すなわち、光学的分離装置を介してこの面に到達する光はほぼ吸収される。好ましくは第２のケーシング部の少なくとも光線検出装置に対向する面全体が、好ましくは全ての内面が光線を吸収する特性を有する。このような手段により、第２のケーシング部において反射され、かつ散乱される光ではなく、主に測定面により反射および／あるいは散乱された光のみが第１の光線検出装置に到達する。

さらなる実施の形態において、第２のケーシングには測定面において反射および／あるいは散乱されなかった光線が外部から入り込まない。すなわちケーシングは測定面に対向する開口部を例外として、外部から第２のケーシング部に光が入るようなその他の開口部を持たない。本発明はまた表面特性を特定する方法に関するものでもある。この方法の第１の工程では、上記の請求項に記載された少なくとも１つの第１の光線放射装置により、第１の光線が放射される。この光線は少なくとも１つの表面で散乱および／あるいは反射され、先行する請求項のいずれか１項に記載の開口部を介して導かれる。次の工程では光線が測定面に向けられ、最終的には測定面により散乱および／あるいは反射された光線が、先行する請求項のいずれか１項に記載の光線検出装置によって少なくとも部分的に受容される。

第１の光線放射装置により放射された光線は先行する請求項のいずれか１項に記載された第１のケーシング部の内面で何度も反射および／あるいは散乱される。これにより測定面に到達する過程の光の特性が向上する。さらなる有利点および実施の形態は添付の図面に記載されている。

図１は本発明に係る表面特性を特定するための装置を示す。番号１は第１の光線放射装置であり、本図の場合は照明ダイオード（Leuchtdiode）である。照明ダイオードは第１のケーシング部５の開口部３に設けられている。多数の光線放射装置１が多数の開口部３に設けられるのが好適である。個々の光線放射装置あるいは光線放射装置の照明ダイオードは異なる光線特性を有するのが好ましく、特に異なる波長の光を放射する。

番号６は比較測定装置を表す。この比較測定装置は光線遮断装置を有し、光が直接光線放射装置１から比較測定装置６に到達するのを防ぐ。言い換えれば比較測定装置に到達するのは主に、特に少なくとも２回、好ましくは多数回散乱および／あるいは反射された光のみであるべきである。

番号１１は光学的分離装置を示す。本図に示す実施の形態ではこの光学的分離装置は２つの構成部材１１ａおよび１１ｂから成る。上部構成部材１１ａは下部構成部材１１ｂに設けられた開口部１５が露出するように、すなわち光線を通すように構成される。光線は図の左側に番号１２ａによって示されている。下部構成部材１１ｂを固定するために上部構成部材１１ａには所定の数のブリッジを配設しなければならない。このようなブリッジは番号１２ｂによって示されている。好適な実施の形態では特にこのようなブリッジが３つ設けられている。図１に示す断面図ではこれらブリッジ１２ｂの１つが見られる。光学的分離装置の厚みはｄで示されている。開口部１５はこの厚み、すなわち厚さ方向に対して所定の角度をなして設けられているのが認められる。

光学的分離装置１１の下方に第２のケーシング部８が設けられている。ここで番号２２は下方のケーシング部に設けられた開口部である。測定時に測定面はこの開口部の下方に設けられる。開口部２２の幅は１０ｍｍと５０ｍｍとの間、好適には２０ｍｍと４０ｍｍとの間、特に好ましくは３０ｍｍ、の範囲内である。

測定面の垂直上方には検出装置２０が設けられているが、測定面に対して他の位置に配設し、他の角度をなすようにしても構わない。検出装置は組み合わせレンズ２３を有している。これらのレンズの焦点は５ｍｍと４０ｍｍとの間、好適には１０ｍｍと３０ｍｍとの間、特に好ましくは１５ｍｍと２０ｍｍとの間である。

このレンズ２３の背面側にフィルター２４と１つまたは複数の光ダイオード２１とが配設されている。番号２５は絞り装置を示す。

開口部１５の開口はおよそ１０°であり、開口部は測定面に対しておよそ１０°の角度αをなしている。

このほかさらなる光線放射装置３２とさらなる検出装置３８とが設けられている。これらの２つの装置によって、測定面に対して光沢の測定が行われる。このとき光線放射装置３２によって放射される光の入射角度は射出角度にほぼ等しい。光線放射装置３２は１つまたは複数の光源３１およびレンズまたは組み合わせレンズ３４を有している。光線検出装置３８にも組み合わせレンズ３５が設けられている。

測定に際して、光線放射装置１では光が光学的分離装置１４の方向に放射される。光学的分離装置の光線放射装置１に対向する側は、すでに述べた通り光を反射および／あるいは散乱する特性を有している。限定はされないが、特に金属鏡面あるいは金属コーティングされたガラスが好適である。

光学的分離装置あるいはその表面で光は、図において破線で示す通り、上方に向かって破線の方向に散乱および／あるいは反射される。少なくとも１つ、好ましくは全ての光線放射装置１から放射される光は、このように上方のケーシング部内部で好適に何度も反射されてから、光の一部が開口部１５を介して下方のケーシング部８に到達する。これにより拡散光が作られ、この拡散光は開口部１５の角度によって特定あるいは設定された角度をなすように測定面に当てられる。光線検出装置２０は測定面において散乱および／あるいは反射された光の一部を受容する。

さらに本装置には検査すべき測定面に対する層厚測定装置を設けることもできる。この層厚測定装置は測定時に検査すべき測定面に接触させてもよいし、接触せずに測定を行ってもよい。接触しながら測定を行う層厚測定装置に対して可能な位置は番号５０によって示されている。

さらなる好適な実施の形態では、限定はされないが特に車のような移動装置が設けられ、測定装置を測定面に対して移動させることができる。移動装置には行程測定装置を設けてもよい。これにより、例えば進んだ経路に応じた測定結果を受け取ることが可能となる。

図２は本発明に係る装置をさらなる観点から、より正確には図１において９０°回転させた観点から示したものである。図２には多数の開口部３が表され、それらの開口部内に光線放射装置１が設けられている。さらに比較測定装置６が示されている。番号３８はさらなる光線検出装置であり、本実施の形態では光沢の測定結果を受容するために用いられている。本実施の形態では全部で１６個の照明ダイオードが設けられている。

この場合、これらの照明ダイオードによって少なくとも波長スペクトルのうち、人間の目にとって可視的な範囲全体がカバーされるのが好ましい。その際に領域全体にわたり光線強度をほぼ一定に保つために、個々の波長領域に複数のダイオードが設けられる。

本発明に係る表面特性を特定するための装置を示す図である。 本発明に係る表面特性を特定するための装置のさらなる実施の形態を示す図である。

符号の説明

１ 第１の光線放射装置
５ 第１のケーシング部
６ 比較測定装置
８ 第２のケーシング部
１１ 光学的分離装置
１１ａ，１１ｂ 部材
１５ 開口部
２０ 光線検出装置

Claims (26)

1. 表面特性を特定する装置であって、
   光線を放射する少なくとも１つの光源を有する、少なくとも１つの第１の光線放射装置（１）と、
   前記少なくとも１つの光線放射装置（１）から放射され、続いて測定面が散乱および／あるいは反射する光線の少なくとも一部を受容し、かつ反射および／あるいは散乱される光線を特徴づける少なくとも１つの計測信号を発生させる光線検出装置（２０）と、
   前記光線放射装置（１）と光線検出装置（２０）との間の光路に設けられ、所定の厚みを有する光学的分離装置（１１）と、を有してなる装置において、
   前記光学的分離装置（１１）は少なくとも１つの開口部（１５）を有し、該開口部は少なくとも部分的に前記光学的分離装置（１１）の厚みに対して所定の、０°以外の角度をなして設けられていることを特徴とする装置。
2. 前記光学的分離装置（１１）の前記開口部（１５）は平面図において略円形スリットの形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記開口部（１５）は円錐の円周面によってほぼ表される少なくとも１つの内壁を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記開口部（１５）の内側は、前記光線放射装置から放射される光線に対して主に吸収する特性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記開口部（１５）が前記光学的分離装置（１１）の厚みに対して設けられる所定の角度は、０°と９０°との間、好ましくは１５°と７５°との間、特に好ましくは３０°と６０°との間、特に４５°、の範囲内であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記光学的分離装置（１１）の前記少なくとも１つの光線放射装置（１）に対向する面は、前記光線放射装置から放射される光線に対して少なくとも部分的に反射および／あるいは散乱する特性を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記光学的分離装置（１１）は一体的に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記光学的分離装置は少なくとも２つの部材（１１ａ，１１ｂ）から構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 複数の第１の光線放射装置（１）が設けられ、該第１の光線放射装置は測定面に対して所定の位置に配設されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記第１の光線放射装置は第１のケーシング部（５）に設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記第１のケーシング部（５）は略半球形状を有していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記複数の第１の光線放射装置（１）は前記略半球形状の第１のケーシング部（５）の緯線上に設けられていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記第１のケーシング部に比較測定装置（６）が設けられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記比較測定装置（６）は光線遮断装置を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記第１のケーシング部（５）の前記測定面に対向する表面の少なくとも一部は、光線を反射および／あるいは光線を散乱させる特性を有していることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 少なくとも１つの第１の光線放射装置（１）は光線散乱装置を有することを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記少なくとも１つの光線散乱装置は、光線散乱板、磨りガラス板、拡散フィルムなどを含む光線散乱装置のグループから選択されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 少なくとも１つの第１の光線放射装置（１）は少なくとも１つの光源を有し、該光源は、熱光源、限定はされないが特に白熱電球、ハロゲンランプ、干渉性および非干渉性の半導体光源、ガス放電光源、レーザーなどを含む光源のグループから選択されることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 少なくとも２つの光源は異なるスペクトル光線特性を有することを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 少なくとも１つの光源は少なくとも１つの光線パラメータを変えることができ、該パラメータは、光線強度、光線の波長、光線の分極方向、光線強度の時間変調などを含むグループから選択されることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の装置。
21. 少なくとも前記第１の光線検出装置（２０）は第２のケーシング部（８）に配設されていることを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載の装置。
22. 前記第２のケーシング部の前記光線検出装置に対向する面の少なくとも一部は、光線を吸収する特性を有していることを特徴とする請求項１から２１のいずれか１項に記載の装置。
23. 前記第２のケーシング部（８）には、外部から前記測定面で散乱および／あるいは反射されなかった光線がほぼ進入しないことを特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載の装置。
24. 表面特性を特定するための方法であって、
    請求項１から２３のいずれか１項に記載の少なくとも１つの第１の光線放射装置（１）によって第１の光線を放射する工程と、
    少なくとも１つの表面で前記第１の光線を反射および／あるいは散乱させる工程と、
    請求項１から２３のいずれか１項に記載の開口部（１５）を介して前記光線を導く工程と、
    前記光線を測定面に向ける工程と、
    前記測定面によって散乱および／あるいは反射された光線の少なくとも一部を請求項１から２３のいずれか１項に記載の光線検出装置によって受容する工程と、
    からなる方法。
25. 前記第１の光線放射装置（１）から放射された光線は、請求項１から２３のいずれか１項に記載の第１のケーシング部（５）の内面で何度も反射および／あるいは散乱されることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 自動車の構成部材の表面特性を特定するための請求項１から２３のいずれか１項に記載の装置の使用。

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