JP2012073275A - 光学的表面特性の検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体角をわずかに変えて観察した際に表面塗装に生じる変化も表面特性検査の際に分解できるようにすることである。
【解決手段】本発明は、表面の光学的特性を検査するための装置に関するものであり、所与の一つ目の立体角で検査表面に光を照射する、少なくとも一つの主照射装置を備え、表面に照射され、そこから反射して戻ってきた光を補足するための少なくとも一つの主検出装置を備え、このとき主検出装置は位置分解して光を検出することができ、所与の二つ目の立体角で表面に対して配置されており、少なくとも一つの副照射装置または副検出装置を備え、これは所与の三つ目の立体角で光を検査表面に照射するか、または表面に照射されてここから反射して戻ってきた光を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学的表面特性検査装置に関するものである。該装置について以下に車両のボディの検査に関して詳細に説明する。しかし、本発明の装置によりその他の表面も検査できることを指摘しておく。

光学的表面特性を検査するこのような装置は最新技術として知られている。このような装置では原則的に、光を検査対象の表面に当てる光源と、その表面から反射した、または拡散した光を検出して評価する検出器とを用いる。この評価により、たとえば色または光沢などの表面の表面特性を決定できる。このような決定または特性づけが必要であるのは、車両ボディまたはその塗装は、そこに入射する光に応じて人間の目に異なった印象を与えるため、客観的な特性づけが必要であるからである。

近年、特に顔料またはいわゆるフレークを含む塗装が非常に人気を博している。このような顔料またはフレークは、塗装層またはその表面に静的に分布している金属粒子であることがある。正確に言うと、たとえば金属顔料は、非常に小さな鏡のような効果を持つ非常に薄い金属フレークで構成されている。これらの顔料は光の入射方向により異なる特性を呈し、また、たとえば観察角度がわずかに異なるだけでも他の色や他の明るさに見える可能性があるため、このような塗装またはその表面特性測定を標準化するには問題がある。さらに、特に干渉顔料を含む塗料が使われるが、これは特に広い表面範囲を観測すると、角度により多かれ少なかれはっきりと見分けられる色調の変化（フロップ）を与えるもので、このとき、それぞれ非常に異なった色の印象を与えることができ、それにより塗装面全体が明度の異なる、または、明度と色調の異なる面として見える。

厚みのさまざまな変化、塗料添加剤の分布と組成の変化などによりフレークまたは効果顔料が引き起こすこのような表面の効果および知覚の違いは、最新技術の装置でも検出できないが、それは、そのような検出器から得られる情報が、測定表面のさまざまな場所に入射した光の総合強度に関する情報のみ、つまり、位置分解を行わずに強度を総合したものであるからである。

したがって、本発明の課題は、たとえば立体角をわずかに変えて観察した際に表面塗装に生じるこのような変化も表面特性検査の際に分解できるようにすることである。これは、特許請求項１の装置の発明により解決できる。望ましい変形例と実施形態は従属請求項の範囲に含まれる。

本発明の光学的表面特性検査装置には、一つ目の立体角で検査表面に照射する、少なくとも一つの主照射装置がある。その隣には、少なくとも一つの表面部分に発射されここから反射して戻ってきた光を受信する少なくとも一つの主検出装置があるが、このとき、この主検出装置は位置分解して光の検出を行うことができ、表面に対して二つ目の部分立体角度で配置されている。

本発明の装置のその他の長所と実施形態は、添付の図より読み取れる。

本発明の表面検査装置の実施例である。 図１の装置にもう一つの測定方法を付け加えた本発明の実施例である。 図１の装置の本発明実施形態の詳細図である。 図１の装置の断面図である。 図１の装置の本発明実施形態により得られた測定結果を表示したものである。 図１の装置の本発明実施形態により得られた測定結果を表示したものである。 図１の装置の本発明実施形態により得られた測定結果を表示したものである。 測定結果を視覚化するために表示したものである。

本発明の範囲では、立体角は、数学用語の立体角の概念とは異なり、複数の部分立体角の組として理解される。この場合、立体角の第１コンポーネント、つまり、第１部分立体角αは、カーテシアン座標の原点から始まる半直線により規定される正のｚ軸に対するｘ／ｚ平面の空間方向の投影角を表している。

さらに、立体角の第２のコンポーネント、つまり、第２の部分立体角βは、該半直線の正のｚ軸に対するｙ／ｚ面の投影角を表している。このときこの座標系は、測定面または少なくとも測定面の複数部分がｘ／ｙ面に来るように向けられている。

これにより立体角は、照射装置または検出装置の方向を検査表面に対して一意に特性づけることに適している。立体角の幾何学的方向については、図の説明において再度説明する。立体角（０°，０°）の場合、立体角は、照射装置または検出装置が、たとえば照射装置から照射された光がほぼ垂直に検査表面に当たるように検査表面の上方に位置していることを示している。

さらに、少なくとも一つの副照射装置または副検出装置が設けられており、これらは光を検査表面上に照射するか、または、少なくとも表面上に照射されここから反射して戻ってきた光の一部を検出する。

望ましくは、該副照射装置は、指向性を持つ光を検査表面に照射する。さらなる望ましい実施形態では、該副照射装置は拡散光を照射する。

照射装置とは、照射源または光源、特に光ダイオードおよび／あるいはレーザーダイオード、電球、ハロゲンランプなどを指すがこれに限定されるわけではない。複数の光源、たとえば発光スペクトルの異なる複数の光ダイオードを配置したものも照射装置に含まれる。

検出装置とは、そこに入射した光の少なくとも一つのパラメータを検出し、このパラメータに対応した信号を出力できるすべての装置を指す。検出装置という概念には、光センサ、フォトセル、光電池、光検出器、および、たとえばカメラ、ＣＣＤチップなども含まれる。

主検出装置は、位置分解して光を検出できる望ましくは平面状の画像捕捉要素であることが望ましい。この平面要素はたとえば、入射した光を位置分解して検査する他に望ましくは色分解も行えるＣＣＤチップとすることも可能である。この位置分解した検査により、個々の顔料またはフレークがどのような効果を与えているかを調べることが可能である。

これに対して、位置分解を行わない平面検出器を使ったとすると、平面の上にある検出器表面の各地点に入射した光の強度の総合のみにより、検出器に入射した光の強度の合計を算出するため、元の位置に関する情報は得られない。

異なる光照射または異なる立体角での光照射による効果も考慮するため、一方では、異なる立体角で表面に入射させる複数の光源を設けることが可能である。また他方では、複数の照射源ではなく、異なる立体角で検出を行える複数の検出器を設けることも可能である。

さらに、これらを組合せること、つまり複数の照射装置と複数の検出装置を設けることも可能である。

さらなる望ましい実施形態では照射装置および検出装置は一つの共通した、ほぼ光を透過しないケーシングに収められており、このケーシングには開口部があり、この開口部を通じて光が検査表面に導かれる。このようにして、ほぼ検査表面から反射して戻ってきた光のみが個々の検出器に到達するようにできる。

さらなる望ましい実施形態では、表面には少なくとも時間的には同時に少なくとも二つの照射装置から光が照射される。そのため望ましくは、主照射装置のみ、または副照射装置のみ、または両方の照射装置から同時に表面に光を当てることが可能である。さらなる実施形態において３個以上の照射装置が設けられている場合、個々の照射装置のみ、または任意の複数の照射装置の組合せ、またはすべての照射装置を作動させることが可能である。

このようにして検査表面に関して、たとえば所与の一種類の角度でのみ照射した場合の表面の挙動に関する情報など、および、同時に複数の角度で照射した場合にはさらに他の情報など、異なる結果を得ることができる。

さらなる望ましい実施形態においては、副検出装置は、フォトセル、光電池、光ダイオードなどから構成される一つの検出装置グループの中から選ばれる。これらの要素は、先述の通り、位置分解検査は行えず、光の強度とスペクトル特性の検査のみが行える。

スペクトル特性の解析のためには照射装置として、可視光線のほぼ全体のスペクトルをカバーする複数のＬＣＤが使用される。このようにして感受装置または検出装置のスペクトル解析が可能になる。反対に、検査表面の後の光路にたとえば光格子など周波数選択的な要素をセットすることも可能である。

さらなる望ましい実施形態においては、光の位置分解検査が行える主検出装置にも、そこに入射する光の総合強度を測定する手段が備わっている。これは特に、ＣＣＤチップの個々のフォトセルに入射した光の強度を総合することにより測定するが、これに限定されるわけではない。

さらなる望ましい実施形態においては、主検出装置は、ほぼ０°の第１部分立体角で表面の上方に配置されている。主検出装置はやはり０°の第２部分立体角で表面の上方に配置されているのが望ましいが、このことは、上記のとおり、検査表面からほぼ垂直な
方向で放射された光を検出するのが望ましいことを意味している。

さらなる望ましい実施形態においては、少なくとも一つの照射装置が、−４５°、−１５°、＋７５°の角度から成るグループから選ばれた第１部分立体角で表面に対して配置されている。このとき、第２部分立体角は０°であるのが望ましい。

それぞれの角度表示はおおよその角度を表しており、たとえば、４５°という角度の場合は±５°の許容誤差があり、つまり４０°から５０°の角度が許容される。

さらなる望ましい実施形態においては、複数の照射装置が所与の角度で配置されている。この場合の第１部分立体角は−１５°、−４５°、＋４５°、＋７５°が使われるのが望ましい。逆に、照射源を用いて各検出装置を所与の第１部分立体角でセットすることも可能であり、その角度はたとえば−７５°または−６５°または−４５°または−１５°または２０°が挙げられるがこれに限定されるわけではない。もちろんその他の検出角度または照射角度を選ぶこともできる。しかしながら、与えられた数値は部分的に所与の規格に沿ったものである。しかしこのとき従来の最新技術では第１部分立体角には大きな角度は用いられておらず、つまり立体角は、比較のために挙げるとほぼ(α＝−９０°)または（α＝＋９０°）である。このような立体角を用いることにより、顔料または表面上の顔料の分布の特性づけをより良く行える。少なくとも一つの検出装置をこのような（７０°、β）より大きな、さらに望ましくは（７５°，β）より大きな第１部分立体角で配置するのが望ましい。

一つ目および二つ目の立体角は、第１部分立体角との差が大きくなるよう、望ましくはその差が１００°より大きくなるように選択するのが望ましい。

さらなる望ましい実施形態においては、少なくとも一つの検出装置が数値の上では小さな第１部分立体角で配置されており、その角度は数値的には望ましくは（３０°、β）未満であり、特に望ましくは（６０°，β）以下である。このように小さな立体角を用いることにより、カラーシフトの大きな顔料の特性づけをよく行うことができる。

一つ目および二つ目の立体角は、第１部分立体角との差が小さくなるよう、望ましくはその差が５０°より小さくなるように選択するのが望ましい。

さらなる望ましい実施形態においては、少なくとも一つの照射装置が無指向性の光または拡散光を照射する。

指向性を持つ光とは、ほぼ所与の方向または所与の立体角で検査表面に入射する光を指す。さらなる望ましい実施形態においては、少なくとも一つの照射装置が指向性のある光を照射する（つまり、規定され、一部規格化された開口を持った光束で、その光はほぼ平行である）。

指向性を持たない光とは、さまざまな立体角で、たとえばハウジング表面で多重反射した後に、検査表面上に入射する光を指す。これは特に拡散板およびマット板を用いて行えるが、これに限定されるわけではない。

さらなる望ましい実施形態においては、複数の照射装置がほぼ円弧上に配置されているさらなる望ましい実施形態においては、複数の検出装置をほぼ円弧上に配置することも、または、複数の照射装置と検出装置をほぼ円弧上に配置することも可能である。このようにして、当該照射装置および／あるいは検出装置をほぼ同一の第２部分立体角でまたは同一平面上に配置することができる。

望ましい実施形態においては、当該照射装置と検出装置を配置する際の角度であるこの第２部分立体角はほぼ０°である。

さらなる望ましい実施形態においては、主検出装置が配置される角度である少なくとも一つの部分立体角が可変である。これは第１部分立体角であることが望ましい。したがって望ましい実施形態においては、検出装置を検査表面に対して配置する角度である第１部分立体角は−９０°から９０°の間で変更できる。

さらなる望ましい実施形態においては、少なくとも一つの照射装置を配置する角度である第１部分立体角は可変である。このことは、当該照射装置はさまざまな方向から表面に照射できるということを意味している。立体角が可変であることにより、ある測定方法において、たとえばまず所与の立体角で照射し、その次に照射装置を配置する角度である第１部分立体角を変更してから、変更された立体角で検査表面に光を照射することが可能である。

逆に、照射装置の固定された第１部分立体角においてまず検出装置を第１部分立体角で配置し、次に他の立体角で配置して、対応する測定結果を得ることも可能である。また、組み合わせることも可能で、つまり照射装置と検出装置の立体角を可変にすること、たとえば、検出装置の立体角の可変範囲を（０°，β）から（＋９０°，β）にし、照射装置の第１部分立体角の可変範囲を（０°，β）から（−９０°，β）にすることも可能である。上記実施形態においては第２部分立体角はほぼ０°であるのが望ましい。

さらなる望ましい実施形態においては、主検出装置および副検出装置が同一の所与の立体角で光を検出できるようにする手段が設けられている。この手段としては、たとえば、光の一定の割合が主検出装置に到達し、残りの割合が副検出装置に到達するように作用するビームスプリッタが挙げられる。このとき、主検出装置は位置を区別して光を解析し、副検出装置は位置を統合した強度検査が行えることが望ましい。

しかしながら、たとえば部分的に透明な鏡、偏光子などその他の手段も可能である。

さらなる望ましい実施形態においては、互いに所与のほぼ一定の角度差を持った、複数の照射装置が設けられている。このとき、これら複数の装置が、第２部分立体角は同一であるが、第１部分立体角は異なる角度で配置されているのが望ましい。この場合の角度差は、一つの照射装置の第１部分立体角とその隣の照射装置の第１部分立体角との差から得られる。

さらに、第２部分立体角を可変にすることもでき、たとえば、複数の照射装置を第２部分立体角に対して一緒にずらすことも可能である。その他の実施形態においては、複数の照射装置が、さまざまに異なる第１部分立体角で、および、さまざまに異なる第２部分立体角で配置される。

同様に、複数の検出装置もさまざまに異なる第１部分立体角および第２部分立体角で配置することができ、また、複数の照射装置と複数の検出装置は、それぞれの第１および第２の部分立体角が異なる。

本発明はさらに、表面の光学的特性の検査方法にも関するものである。

このとき、ある方法ステップにおいて、光が所与の第１部分立体角で検査表面に照射される。さらなる方法ステップでは、検査表面から反射して戻ってきた光を、主検出装置を使って所与の第２立体角で検出し、その際検出装置は位置分解して光を検出できる。

さらなる方法ステップにおいては、検査表面から反射して戻ってきた光を、副検出装置を使って所与の三つ目の立体角で検出する。

本発明のさらなる方法においては、第１方法ステップにおいて、第１の光が所与の第１部分立体角で検査表面に照射される。その他の方法ステップでは、第２の光が所与の三つ目の立体角で検査表面に照射され、さらなる方法ステップにおいては、検査表面から反射して戻ってきた光を、主検出装置を使って所与の第２立体角で検出し、このとき検出装置は位置分解して光を検出できる。

第１の光と第２の光の照射は少なくとも時間的に同時であることが望ましい。

その他の実施形態においては、第１の光と第２の光の照射は少なくとも時間的に時間をずらして行うことができる。測定において、検査表面に同時に光を照射することも、時間をずらしてこれを行うこともできるが、これは両方の方法により、検査表面の光学的特性に関するそれぞれ異なる重要な結果が得られるからである。

図１は光学的表面検査用の装置１の本発明の実施形態である。この装置にはケーシングがあり、その内部には空洞１２がある。この空洞はここでは半円形で、または三次元的には半球または半球部分として図示されている。しかしながら、この空洞は他の構造にすることも可能である。空洞の内部表面はほぼ完全に光を吸収するのが望ましいが、これは、空洞内部表面と測定表面との間で多重反射が起こり、これにより、指向性を持った光の測定結果に悪影響が出るのを避けるためである。その他の望ましい実施形態においては、この空洞は、内部表面がほぼ吸収性の層で仕上げられている。このようにして、所与の測定条件において平行でない光を発生させて拡散した光の下で表面の特性の特性づけを行うことができる。

ケーシングの下部には開口部８があり、この開口部の下に検査表面３が配置されている。符号１５は主照射装置を、符号１９は副照射装置を示している。これらの照射装置１５，１９は所与の立体角で光を検査表面３に照射する。このときは指向性を持つ光であることが望ましい。

照射装置１５，１９が配置されている第１部分立体角は、α＝−１５°またはα＝＋７５°である。このとき部分立体角α＝０°とは、検査表面３からの光が図１の上方に垂直に進むことを示す。

この場合、Ｘ軸に対する配置の傾きを示す角度βも０°となる。図１に示された実施形態の場合、全照射装置が、Ｘ管内を通る垂直面内で表面３上に配置されており、これはつまり、すべての照射装置について角度β＝０°である。符号７はカメラを、符号４は光センサを示している。どちらも角度α＝β＝０°で配置されており、これはつまり、この２つは、検査表面から上方に垂直に照射された光を検出することを示す。カメラと検出器をこのように配置することにより、両方の測定装置が同じ光を確実に検出または特性づけできる。

２つの照射装置１５，１９ではなく、ただ一つの照射装置を設けることも可能であり、この場合はその立体角はそのつど自由に選択できる。カメラ７と光センサ４を（０°，０°）とは異なる立体角で、必要があればさまざまな異なる角度で配置することもできる。

符号１３，１４，１６，１７，１８はさらなる副光検出器を示している。これら光検出器は、ここで挙げた実施例においては、部分立体角α＝−６０°（副光検出器１４）、α＝−３０°（副光検出器１８）、α＝２０°（副光検出器１７）、α＝３０°（副光検出器１６）、α＝６０°（副光検出器１３）で配置されている。開口部２０にはさらなる光検出器またはさらなる照射装置を設けることもできる。

代替的に、検出器の代わりにさらなる照射装置を設けるか、または同時に検出器を照射装置と同じかまたは隣接する位置に設けることも可能である。これはたとえば、ビームスプリッタを使って行うことができ、このときたとえばダイクロイックミラーなどを使うことができる。

このようにしてたとえば組み合わせた一つの照射・検出装置を、照射装置と表面における光の入射ポイントとの間の幾何学的接続線に関して４５°で配置されたダイクロイックミラーに、照射装置から照射された光を入射でき、このダイクロイックミラーは、検査表面から反射して戻ってきた光についてはほぼ光透過性であり、この光が通過してほぼ検出装置に到達するように構成することができる。

符号１１は調整装置を表しており、その位置は、検査表面に対して表面を検査するための装置に合わせて調整できるのが望ましい。ケーシングセクション２２には、たとえばユーザ用の表示、個々の検出装置と照射装置の制御装置、制御装置、モータなどを収めることができる。

図２には、本発明の装置を使った測定方法が説明されている。ここで矢印Ｐ１とＰ２は、照射源１５と１９から表面３に照射された光を示している。これは矢印Ｐ４（点線で示される）に沿ってカメラ７の方向に放射される。カメラ配置７には図４−７に記されたビームスプリッタ用システムがある。このビームスプリッタにより、初めは照射装置６から矢印Ｐ３に沿って照射された成分と照射装置１５と１９から発せられた上記の光とから構成される、矢印Ｐ４に沿って走る光が分割される。

このカメラは、画像を位置分解して表示できるため、これにより検査表面の位置分解した画像を表示することができる。このようにして個々の顔料またはフレークを可視にできる。

カラーカメラを導入するとカラー解析ができるため望ましい。

ここで用いられた、カメラ７および光検出器４を備えるシステムの代わりに、一つのカメラだけで測定を行って、特にコンピュータ支援によりカメラで捕捉した画像から強度の総合を算出することが可能であるが、これに限定されるわけではない。

このようにして、正確な表面構造、つまり、それぞれの塗装層上および中における顔料の正確な幾何学的位置を検証することができ、それにより、特に用いられている効果顔料の厚み、分布、種類の結果として現れる効果を評価できる。

照射装置６から照射された光も同様に表面３に当たり、そこからさまざまな立体角で捕捉される。上述のとおり、（０°，０°）で反射した光は検出装置４により捕捉される。さらにここに示した実施例においては、上述のさらなる立体角で検出装置１３、１４，１６，１７，１８で捕捉することが可能である。

最初に述べたように、塗料など検査対象の物質は、光の当たる方向によりさまざまな異なる光学的特性を示す。したがって、１３から１８までの検出器はそれぞれさまざまに異なるスペクトル結果を出すが、それは、これらの検出器がたとえば人間の目などさまざまに異なる視線方向をシミュレートするからである。

さらなる実施形態においては、さまざまに異なる立体角で配置された複数の照射装置を使用して、たとえば固定して配置された検出器によりさまざまな異なる観察角度をシミュレートすることもが可能である。照射装置１９は上述のとおり第１部分立体角７５°で配置されており、つまり、この照射装置から照射された光は比較的急勾配の角度で検査表面３に入射する。この照射装置１９の配置は第一に、曲がった面、特に凹んだ面を検査するのに役立つ。

この配置は、図５ｂに示すように、周囲に対して放射強度の高い顔料を検出するのに適している。

上述のとおり、個々の照射装置を互いに独立して作動させることが可能である。つまり、照射装置１５または１９のいずれか一方のみで表面を照射すること、または、両方で同時に表面を照射することが可能である。また、この２つのバリエーションを組み合わせて一つの測定サイクルを作ることも可能である。

この実施形態では輝度を検査するために表面を照射装置１５と１９で同時に照射してカメラ７でその画像を撮影する。

ここに示した実施形態において粒度を検査するために−１５°つまり照射装置１５で照射し、図にあるように０°で検出する。

ここに示された照射装置の他に、指向性を持たない光を照射するさらなる照射源を使用することも可能である。このようにして、たとえば曇天時の表面３の輝度をシミュレートすることができる。上述のとおり、指向性を持たない設定は特に、拡散板または空間的に分散した個々の照射源により得ることができるが、これに限定されることはない。

さらに、指向性を持つ光と指向性を持たない光を、たとえば交互にまたはほぼ同時に設定することができる。

図３は照射装置１９の詳細図である。ここには高性能ＬＥＤ４１があり、ケーシング４３に収められている。さらに平行な光を表面に当てるために絞り４６、レンズ４４が備わっている。一つの光ダイオードの隣に、特に可視領域において発光スペクトルの異なる複数の光ダイオードを設けることができる。個々の照射装置はそれぞれ発光スペクトルの異なる光ダイオードであることができる。さらに、ほぼ白色光または白色光に近い光を照射する照射装置を設けることもできる。

図４は、図１の本発明の装置の縦断面図である。すでに記述したが、ここでは、すべての照射装置と検出器が一つの部分立体角β＝０°で配置されている。点線は、４５°で装置を配置した場合の部分立体角βを示している。望ましい実施形態においては、装置を、図１で示されたＸ軸上にあるポイントＰで傾けることができる。このようにして、光をほぼ任意の部分立体角βで入射・検出することが可能である。

すでに述べたとおり、本発明装置は、図２で矢印Ｐ１とＰ３に沿って表面に照射され、矢印Ｐ４に沿って反射する光をカメラに導くビームスプリッタ２を備えている。この光はビームスプリッタ３１によりほぼ９０°で方向を変え、フィルタおよびレンズによりカメラ７または光感受性の表面に導かれる。光のさらなる部分（図示されず）は検出装置４に導かれる。

望ましい実施形態において、カメラ７または光感受性の表面の位置は、光Ｓに対して望ましくは、紙面上の水平方向であるＺ、および、紙面に対して垂直方向であるＸの方向にずらすことができる。さらに、ケーシング３９（図示されず）の下面には、この装置を表面に対してたとえば垂直に正確に調整するための調整装置が設けられている。

図５ａ，５ｂ，５ｃは、本発明装置で捕捉できる表面効果の例を示している。図５ａは、表面が曲がることによる色の変化が示されている。この色の変化はたとえばカラーカメラで検査することができる。入射角または検出角の変化によりどのような色または明るさの変化が起こるかを個々に検査することができる。さらなる実施形態においては、白黒カメラの代わりにカラーカメラを導入して、個々の顔料の色に関する情報を追加することができる。白黒カメラおよび発光スペクトルの異なる複数の照射源を使っても、顔料の色に関する情報を得ることができる。

この撮影設定において、観察角度の変化により起こる明暗差を捕捉できることが明らかである。図の左上部分が少し暗く見えるが、右下部分は明るい。図５ｄは、カメラで捕捉した表面の画像ではなく、図５ａに示した明るさの変化を図式的に明確にしたものである。観察角度により個々の顔料の反射は非常に異なるため、このようにしてここで示された明暗移行を示すことができる。

図５ｂは表面のカメラ画像であり、照射装置の対応する立体角β（７５°，β）により、個々の顔料またはフレークが特に強く反射している。この撮影により、個々の顔料またはその大きさと反射能力も検査できる。図５ｂに示された測定画像の生成のためには、数値的に大きな入射角または部分立体角αを使用するのが望ましい。カメラは０°で検出しており、表面から反射した光の大部分はカメラに届いていないため、このようにして背景放射の非常に少ないフレークの効果も測定できる。図５ｂに示された図には個々の顔料が表示されている。

図５ｃには検査表面の構造が示されている。このようにして表面の粒状度も測定できるが、このとき、光は、拡散光または手段により適切な入射角度で照射される。

さらに、図５ｃに示された図をカメラの解像度の変化により得ることが可能である。しかしその他の実施形態においてこの目的のためにデジタルフィルタを導入することもできる。

３ 検査表面
４ 光センサ
７ カメラ、主光検出器
８ 開口部
１２ 空洞
１３ 副光検出器
１４ 副光検出器
１５ 主照射装置
１６ 副光検出器
１７ 副光検出器
１８ 副光検出器
１９ 副照射装置
２２ ケーシングセクション

Claims (26)

1. 光学的表面特性を検査する装置において、
   所定の立体角で光を検査表面（３）に照射する、少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）を備え、
   前記検査表面に照射され、前記検査表面から反射した光を捕捉するための、一つの位置分解を行う検出器（７）を備え、その際、前記位置分解を行う検出器（７）は位置分解して光を検出できるとともに、所定の立体角で前記検査表面（３）に対して配置されており、
   少なくとも一つの統合を行う検出器（４；１３、１４、１６、１７、１８）を備え、前記検出器は、前記検査表面（３）に照射され、前記検査表面から反射した光を、所定の立体角で検出し、光の強度およびスペクトル特性を検査することが可能であり、
   立体角は、それぞれ第１部分立体角αおよび第２部分立体角βから成る組（α；β）であると理解され、前記立体角においては、前記第１部分立体角αは、カーテシアン座標系の原点から始まる半直線により規定される空間方向の、正のｚ軸に対するｘ／ｚ平面上の投影角を表しており、前記第２部分立体角βは、カーテシアン座標系の原点から始まる半直線により規定される空間方向の、正のｚ軸に対するｙ／ｚ平面上の投影角を表しており、前記座標系は、前記検査表面（３）が少なくとも部分的にｘ／ｙ平面に位置するように向けられていることを特徴とする光学的表面特性を検査する装置。
2. 前記少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が、拡散光または指向性を持たない光を、さまざまな立体角で前記検査表面（３）に照射することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が、指向性を持つ光を照射することを特徴とする、請求項1または請求項２に記載の装置。
4. 前記少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が、拡散光または指向性を持たない光を照射し、前記少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が、指向性を持つ光を照射することを特徴とする、請求項1または２に記載の装置。
5. 拡散光または指向性を持たない光を照射する前記少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの前記照射装置と、指向性を持つ光を照射する前記少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの前記照射装置とが、任意の選択によって、同時または時間的にずらして光を照射できることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が、発光スペクトルの異なる複数の光源を備えることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記位置分解を行う検出器（７）が、色分解して光を検出できる、平面状の画像捕捉要素を備えることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）ならびに前記検出器（７；４；１３、１４、１６、１７、１８）が、光を透過しない一つの共通のケーシング（２１）に収められており、前記ケーシングは開口部（８）を備えており、前記開口部を通って前記光が前記検査表面（３）に導かれることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記位置分解を行う検出器（７）が、（０°；０°）の立体角で前記検査表面（３）の上方に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が、（−４５°；β）、（−１５°；β）、（７５°；β）の角度を含むグループから選ばれる立体角で前記検査表面（３）に対して配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が、数値的に（７０°；β）より大きい角度の立体角で前記検査表面（３）に対して配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記検出器（７；４；１３、１４、１６、１７、１８）の内少なくとも一つの検出器が、数値的に（７０°；β）より大きい角度の立体角で前記検査表面（３）に対して配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記統合を行う検出器（４；１３、１４、１６、１７、１８）の内少なくとも二つの検出器が、（−７５°；β）、（−１５°；β）、（２５°；β）、（４５°；β）、（７５°；β）、（１１０°；β）の角度を含むグループから選ばれる一つの立体角で前記検査表面（３）に対して配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が前記検査表面に対して配置されているときの立体角の第１部分立体角αと、前記位置分解を行う検出器（７）が配置されているときの立体角の第１部分立体角αとの差が１００°より大きいことを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が前記検査表面に対して配置されているときの立体角の第１部分立体角αと、前記位置分解を行う検出器（７）が配置されているときの立体角の第１部分立体角αとの差が５０°より小さいことを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記照射装置の内一つの照射装置（１９）が前記検査表面に対して配置されているときの立体角の第１部分立体角αと、前記位置分解を行う検出器（７）が配置されているときの立体角の第１部分立体角αとの差が１００°より大きく、かつ、前記照射装置の内もう一つの照射装置（１５）が前記検査表面に対して配置されているときの立体角の第１部分立体角αと、前記位置分解を行う検出器（７）が配置されているときの立体角の第１部分立体角αとの差が５０°より小さいことを特徴とする請求項１４または１５に記載の装置。
17. 円弧に沿って配置されている少なくとも二つの照射装置（１５、１９、６）が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記検出器（７；４；１３、１４、１６、１７、１８）の内複数の検出器が円弧に沿って配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 前記照射装置（１５、９、６）と、前記検出器（７；４；１３、１４、１６、１７、１８）とが、共通の円弧に沿って配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の装置。
20. 前記少なくとも一つの照射装置（１５、１９、６）の内少なくとも一つの照射装置が配置されているときの立体角が可変であることを特徴とする、請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の装置。
21. 前記検出器（７；４；１３、１４、１６、１７、１８）の内少なくとも一つの検出器が配置されているときの立体角が可変であることを特徴とする、請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 前記位置分解を行う検出器（７）と前記統合を行う検出器（４；１３、１４、１６、１７、１８）とが、同一の所定の立体角で光を検出できるような手段が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項２１のいずれか一項に記載の装置。
23. 互いの所定の立体角の差が一定の値である複数の照射装置が設けられていることを特徴とする、請求項１から請求項２２のいずれか一項に記載の装置。
24. 請求項１から請求項２３のいずれか一項に記載の装置を使用した表面の光学的特性の検査方法において、
    光を所定の立体角で前記検査表面（３）に照射するステップと、
    前記検査表面（３）から反射して戻ってきた光を、位置分解を行う検出器（７）を使って所定の立体角で検出し、前記位置分解を行う検出器（７）は、光を位置分解して検出することができるステップと、
    前記検査表面から反射して戻ってきた光を、統合を行う検出器（４；１３、１４、１６、１７、１８）を使って所定の立体角で検出し、前記統合を行う検出器は、光の強度および／またはスペクトル特性の検査を行うことができるステップと、
    を持つことを特徴とする表面の光学的特性の検査方法。
25. 前記位置分解を行う検出器（７）と、前記統合を行う検出器（４）とが、同一の所定の立体角で光を検出することを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
26. 光が前記検査表面（３）に、さまざまな立体角で照射されることを特徴とする請求項２４または請求項２５に記載の方法。