JP5019150B2 - ゴニオフォトメーター - Google Patents

Description

本発明は、光源若しくは放射源の光放射の物理特性値を測定するためのゴニオフォトメーターであって、光源若しくは放射源は測定対象物ホルダーによって発光位置に保持されており、光源若しくは放射源に向けられた少なくとも１つの測定ヘッドを備えており、測定ヘッドは光放射の物理特性値の測定のために、駆動部によって駆動可能な案内装置を用いて、有利には仮想の半球若しくは球の包絡面上の所定の運動軌道に沿って光源若しくは放射源の回りを運動可能である形式のものに関する。

光源若しくは放射源の光束の測定のために、一般的にウルブリヒト球形測色計若しくはゴニオフォトメーターを用いている。

前記球形測色計は中空球体から成っており、中空球体はマットホワイトで被覆された内周面を有しており、内周面は内部に配置された光源によって同じ強さで照らされ、該光源の光を拡散反射させるようになっている。測定穴内に配置された乳白ガラスプレートの光度は全光束に比例している。球形測色計の使用には問題があり、それというのは測定精度は球形測色計の煩雑な校正に左右され、一定の周囲条件及び低い湿度でしか保証されないからである。

従って実際にはゴニオフォトメーターを優先的に使用するようになっている。ゴニオフォトメーターは機械・光学的な測定装置であり、該測定装置の使用される測定ヘッドによって、光放射、例えば光度分布体を描くための方向に依存した値を規定できるようになっている。光源若しくは放射源を極座標（ｒ，θ，ψ）の原点に配置してあると、測定値はゴニオフォトメーターによって、即ち０≦θ≦１８０°，０≦ψ≦３６０°の角度領域のすべての方向で順次に測定される。全立体角にわたる光度分布体の積分によって、技術的及び経済的に全光束を得ることができる。

従来公知のコンパクトなゴニオフォトメーターにおいては、測定装置ヘッドは、光源若しくは放射源を基準とした３ｍまでの半径の仮想の球の包絡面に沿って相対運動させられ、この場合に測定方向は常に、光源若しくは放射源の配置された球中心に向けられている。相対運動は、角度（θ，ψ）の互いに直交する２つの軸を中心として一定の半径で行われ、この場合に原理的に回転運動の３つの組み合わせが可能である：
ａ）測定装置ヘッドを固定してある場合に、光源若しくは放射源は２つの軸（垂直及び水平）を中心として回転させられる。水平な軸を中心とした回転は、光源の光線特性を強く変化させて不都合である。
ｂ）光源若しくは放射源及び測定装置ヘッドはそれぞれ垂直の軸を中心として回転させられ（光源若しくは放射源）若しくは水平の軸を中心とした円軌道に沿って運動させられる（測定装置ヘッド）。光源若しくは放射源の回転は、光度特性の変化を避けるために著しく低速に行われねばならない。
ｃ）光源若しくは放射源を固定してある場合に、測定装置ヘッドが球の包絡面上の一群の円軌道に沿って運動させられる。所定の取り付け位置若しくは発光位置に保持された光源若しくは放射源は、例えば煩雑な自在継ぎ手型ゴニオフォトメーターによって走査され、該ゴニオフォトメーターは例えばwww.ptb.de/de/org/4/41/412/kalibrierung.htm に開示されている。この場合に光源若しくは放射源は、外側のフレームを介して所定の発光位置に保持されているのに対して、測定装置ヘッド（測色計）は互いにカルダン軸式若しくは自在継ぎ手式に結合された内側の２つのフレームを介して案内されている。該ゴニオフォトメーターは著しく煩雑な構造でしか実施できない。該手段においてはさらに欠点として、光束及び光度分布の測定のための測定時間が長く、例えば８０分である。

前記公知の手段におけるさらなる欠点として、異なる特性値、例えば光度分布、三次元の色分布及び輝度分布の測定のためには異なる測定装置ヘッドを用いなければならず、該特性値を検出するために付加的な測定を順次に行わねばならない。

物理・工学連邦研究機構（PTB [Physikalisch-Technische Bundesanstalt]）によって、３つのロボットユニットを備えたロボットアシスト式のゴニオフォトメーターが開発されており、該ゴニオフォトメーターにおいては測定時間は前述の公知の手段に比べて短くなっている。

多軸式の複数のロボットはそれぞれ水平な回転軸を有していて、高強度の保持部を介して測定室の壁に取り付けられている。１つのロボットは光源若しくは放射源を所定の発光位置若しくは取り付け位置に保持しているのに対して、互いに相対して位置する別の２つのロボットはそれぞれ少なくとも１つの測定ヘッドを保持しており、測定ヘッドは中心に、即ち発光位置に向けられている。ロボットの制御によって、測定ヘッドは光源若しくは放射源を中心とした３ｍまでの半径で任意の運動軌道に沿って案内される。この種のゴニオフォトメーターは例えば、光束測定ユニットの形成のために用いられ、ゴニオフォトメーターの煩雑な構造及びソフトウエア及びハードウエアに対する高い要求に基づき著しく高価であり、従って基礎研究及びPTBでの利用に留まっている。

本発明の課題は、ゴニオフォトメーターを改善して、該ゴニオフォトメーターが簡単な構造で光放射の測定時間の短縮及び光放射の種々の物理特性値の測定を可能にすることである。

前記課題を解決するために本発明に基づくゴニオフォトメーターは、半球形ゴニオフォトメーターとして形成されていて、１つの装置ユニットを有しており、該装置ユニットは回転可能な１つの回転アームを備えており、該回転アームは互いに相対的に作動可能若しくは旋回可能な２つの腕部分或いは支承区分を有している。回転アームの各腕部分にそれぞれ旋回アームを支承してあり、該各旋回アームは測定ヘッドを保持している。旋回アームの旋回軸線と回転アームの回転軸線とは、測定対象物ホルダーに保持された光源若しくは放射源（以下、単に光源と呼ぶ）の発光位置で互いに交差している。各旋回アームは、該旋回アームに所属する旋回駆動部を用いて、回転アームの回転軸線によって規定されている極位置（極軸位置）と、光源を中心とする最大直径によって規定されている赤道位置との間を旋回させられるようになっている。

前記幾何学形状によって２つの測定ヘッドを、光源を中心とする仮想の半球の包絡面（半球面）に沿って案内することができ、従って、例えば互いに異なる２つの測定ヘッドの使用によって２つの特性値を一回の測定過程で測定することができ、その結果、測定時間は、１つの測定ヘッドしか備えていない前記従来のゴニオフォトメーターに比べて著しく短縮される。本発明に基づき中央の１つの回転アーム及び該回転アームに枢着された２つの旋回アームから成る構造のゴニオフォトメーターは、前記従来のゴニオフォトメーターに比べて機械的及び制御技術的に簡単に形成され、かつ安価に製造される。

ゴニオフォトメーターの対称的な構造によって、構成及び製作コストを削減することができ、プロセス制御のプログラミングのための作業は最小である。回転アーム及び該回転アームに枢着された旋回アームの対称構造はさらに、静的及び動的なアンバランスを小さくすることに寄与しており、アンバランスは旋回アームを互いに対称的に旋回させることによってさらに減少される。

ゴニオフォトメーターの構造は、両方の旋回駆動部の軸線を回転アームのための主駆動部の軸線と４５°で交差させることによってさらに簡単である。このような軸線配置によって、測定ヘッドは旋回アームの旋回運動にわたって光源の発光位置に向けられており、測定ヘッド位置の後調節は不要である。

測定時間は、ゴニオフォトメーターを前述の構造の２つの装置ユニットで構成することによってさらに短縮され、該両方の装置ユニットは互いに直径方向に相対して配置されており、この場合に両方の主駆動部の回転軸線及びそれぞれ２つの旋回軸線は互いに同軸に延びている。即ちすべての軸線は光源の発光位置（発光中心点）で互いに交差している。各装置ユニットはそれぞれ２つの測定ヘッドを各半球の包絡面に沿って案内するようになっており、その結果、異なる４つの特性値を検出でき、若しくは同じ測定ヘッドを使用する場合には測定時間は相応に減少され、若しくは測定精度は１つの運動軌道に沿って２つの測定ヘッドで走査することによって高められる。

ゴニオフォトメーターの装置ユニットは、回転アームの両方の腕部分を互いにほぼＶ字形に配置することによって特にコンパクトに形成されている。

本発明の有利な実施態様では、各装置ユニットの回転アームは、主駆動部の回転軸線が水平に延ばすようにブラケットに支承されている。

特に有利な実施態様では、各装置ユニットの旋回アームの旋回駆動部及び回転アームの主駆動部は、互いに個別に、即ち互いに独立して制御可能である。これによって、両方の測定ヘッドは例えば、互いにずらされた運動軌道に沿って案内でき、その結果、測定時間は１つの測定ヘッドから成る従来のゴニオフォトメーターに比べて半分になる。さらに個別の測定ヘッドの運動軌道を、仮想の球の包絡面上に任意に規定できる。

本発明に基づく手段においては、主駆動部にとって有利には直接組み付け式の交流同期電動機を用い、かつ旋回アームの各旋回駆動部に有利にはギヤードモータを用いてあり、ギヤードモータはそれぞれ１つの増幅器を介して制御され、増幅器は回転アームに取り付けられている。直接組み付け式の駆動部は、利点として伝動装置を必要とせず、極めてコンパクトに形成され、かつ高い精度で制御可能である。回転アームに増幅器を配置することによって利点として、ギヤードモータの制御のための出力パルス信号は著しく短い距離で伝達でき、その結果、測定信号などとの干渉のおそれは減少されている。

すでに述べてあるように、測定ヘッドは互いに異なって形成されていてよく、この場合には、測色計、三領域測色光度計、分光測光計、スペクトル放射計、若しくは分光光度計、或いは輝度計を設けることができ、測定信号のデジタル化は測定ヘッドの著しく近くで行われてよい。本発明では、本来の測定装置をＡ／Ｄ変換機と一緒に回転アームに配置することができる。

特に有利な実施態様では、デジタル化された測定信号、アナログの測定信号及び／又は駆動部のための制御信号は、回転軸線に対して同軸に配置されたスリップリング及びバス装置を介して伝達されるようになっている。

水平方向での測定ヘッドの位置決めを特に簡単にするために、主駆動部は中空軸を備えており、測定対象物ホルダーの支持アームは該中空軸を通して案内される。

装置ユニット間の衝突のおそれを最小にするために、回転アームは測定運転中に回転角度を互いにずらして、有利には互いに９０°ずらして回転させられるようになっており、測定の開始時に一方の装置ユニットの両方の旋回アームは極位置に若しくは極位置の近傍に配置されるのに対して、他方の装置ユニットの両方の旋回アームは赤道位置に若しくは赤道位置の近傍に配置される。

旋回アームの旋回駆動部は、旋回アームを３６０°にわたって連続的に旋回できるように形成されていると有利である。

光源の位置決め及びゴニオフォトメーターの調節は、ゴニオフォトメーターの各軸線内に位置検出装置若しくは類似のものを配置することによって特に簡単に行われる。

旋回アーム及び回転アームの回転位置を検出するために、旋回アーム及び回転アームに対応して回転角センサーを配置してある。

装置ユニットのうちの１つを測定対象物ホルダーとして用いる場合に、有利には測定対象物ホルダーは光源を回転できるように形成されている。

図１は、半球形・ゴニオフォトメーター１の概略図である。半球形・ゴニオフォトメーターは、２つの装置ユニット２，４並びに１つの測定対象物ホルダー６から成っており、測定対象物ホルダーは光源若しくは放射源、例えばランプ８を両方の装置ユニット２，４間に位置決めしている。

各装置ユニット２，４はそれぞれ２つの測定ヘッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄを支持しており、この場合に運動機構は、各装置ユニット２，４の測定ヘッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄをそれぞれ１つの半球の包絡面に沿って運動させるように構成されている。これによって、両方の装置ユニット２，４によって描かれる半球は、一緒に相補的に、図１に破線で暗示された１つの球を形成している。

各装置ユニット２，４はそれぞれ、ほぼＶ字形に形成された回転アーム１０，１２を有しており、該旋回アームはそれぞれ主駆動部１４，１６を用いて共通の１つの回転軸線１８を中心として連続的に回転可能に支承されている。回転軸線は、発光位置に保持されたランプ８を通って延びている。

各回転アーム１０，１２はそれぞれ、ランプ８に向かって開くように配置された２つの腕部分２０，２２；２４，２６を有しており、該腕部分（脚片とも称される）の端部区分にそれぞれ旋回アーム２８，３０；３２，３４を旋回可能に支承してある。旋回アームの旋回運動は旋回駆動部３６，３８；４０，４２を用いて行われ、旋回駆動部は両方の主駆動部１４，１６に左右されることなく制御可能である。旋回アーム２８，３０；３２，３４の自由な端部区分にそれぞれ測定ヘッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄを配置してあり、測定ヘッドはランプ８の発光位置に向けられている。

図１に示してあるように、両方の旋回アーム２８，３４の旋回軸線４４，５０並びに両方の旋回アーム３０，３２の旋回軸線４６，４８はそれぞれ互いに同軸に延びており、すべての軸線は互いにランプ８の発光位置で交差している。回転軸線１８に対する旋回軸線４６，４８，４４，５０の交差角度は４５°であり、即ち旋回軸線４６，４８と旋回軸線４４，５０とは互いに垂直を成している。測定ヘッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄは、測定ヘッドの光軸が軌道経路にわたって発光位置、ひいては軸線の交差点を通って延びているように、旋回アーム２８，３０；３２，３４の端部区分に配置されている。従って、測定ヘッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄの光軸は各旋回軸線４６，４８，４４，５０に対して４５°を成している。

図１の概略図では、両方の旋回アーム３０，３２は仮想の球の赤道位置（大円位置）を占めており、該赤道位置では該旋回アームは外方旋回させられた状態で各腕部分２２，２４に対する延長線上を延びていて、即ち、伸ばされた延長位置にある。従って旋回アーム３０，３２の測定ヘッド５ｂ，５ｃは、回転軸線１８を中心とした両方の回転アーム１０，１２の回転に際して仮想の球の赤道（大円）を掃引する。
別の両方の旋回アーム２８，３４は球の極位置を占めており、該極位置では測定ヘッド５ａ，５ｄは、旋回アームの内方旋回させられた状態で回転軸線１８上に位置していて、球の各極に向けられている。これらの位置を測定の開始位置と仮定する。測定中に、外方旋回させられていた旋回アーム３０，３２は、各回転毎に所定の旋回角度若しくは旋回ピッチにわたって歩進的に内方旋回させられるのに対して、測定開始のために内方旋回させられていた旋回アーム２８，３４は逆向きに歩進的に外方旋回させられる。４つのすべての測定ヘッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄを同一に形成してある場合には、１つの装置ユニット２，４の測定ヘッドはそれぞれ共通の１つの運動軌道に沿って移動させられるか、若しくは互いにずらされた運動軌道に沿って移動させられてよい。第１の例では、測定点は両方の測定ヘッド５ａ，５ｂによってそれぞれ一回ずつ走査されるのに対して、後に述べた例では各測定ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄはそれぞれ異なる測定点を検出する。完全な１つの測定サイクル中に、両方の装置ユニット２，４の制御に依存して、仮想の球上の０≦θ≦１８０°及び０≦ψ≦３６０°の角度領域内のほぼすべての各測定点は走査される。実際には１つの測定サイクル中にほぼ６４８００個の測定点を検出して、光束の確定のために積分する。

同じ４つの測定ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを用いると、測定時間は、１つの測定ヘッドを備える従来の手段に比べて四分の一に減少される。各装置ユニット２，４に互いに異なる測定ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを設けてあるとより有利であり、この場合にはランプ及び小さい電球又は光源の光束の確定及び完全な光分布の検出のほかに、別の特性値、例えば三次元的な色分布、スペクトル分布若しくは輝度分布も測定可能である。各装置ユニット２，４は同じ測定ヘッド対（それぞれ異なる２つの測定ヘッド）を備えていてよく、これによって例えば１つの三領域測色光度計と１つのスペクトル放射計を用いると、あらゆる測光量、刺激値やスペクトル放射量などは、１つの測定ヘッドを備える従来のゴニオフォトメーターで必要とされた測定時間の四分の一の時間で測定可能になる。従来の装置では、それぞれ１つの測定ヘッドによる完全な測定サイクルを二回実施しなければならず、従って測定ヘッド交換のための時間が必要になる。

異なる４つの測定ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを用いる場合には、測定対象物ホルダー６は回転可能に支承されていてよく、第１の測定の終了の後にランプ８は第２の測定（半サイクル）のために１８０°回転される。これによって、異なる４つの測定機構によるすべての測定値は部品組み替えなしに、全立体角領域において方向に依存して分析して得られており、この場合に測定時間は従来のゴニオフォトメーターの一回の測定の時間に相応するものである。

同じ複数の測定ヘッドを用いた同時の測定に際しては、測定値は相関定数の規定によって不安定性の検出及び補正に用いられ、このような性能は従来のゴニオフォトメーターには備わっていない。

図２には、半球形・ゴニオフォトメーターの具体的な実施例を示してある。回転アーム１０，１２及び該回転アームに枢着された旋回アーム２８，３０；３２，３４を備えた両方の装置ユニット２，４は、それぞれブラケット５２，５４を介して測定室の基礎５６に設置されている。図示の実施例では、ブラケット５２，５４は基礎５６上の案内部分５８，６０に沿って移動可能であり、これによって、装置ユニット２，４は一面でランプ８の発光位置若しくは保持位置に合わせて正確に位置決めでき、かつ他面で、重い装置ユニット２，４は測定室へのアクセスを容易にするために、測定位置から待機位置へ移動させられ得る。測定機構の表面全体及び測定室の壁は、反射率の低い被覆を施されていてよい。

基礎５６は両方の装置ユニット２，４間に基礎切欠き部６２を有しており、該基礎切欠き部（基礎凹設部）内に、完全に赤道位置へ旋回させられる旋回アーム２８，３０，３２，３４は測定サイクル中に沈み込む（入り込む）ようになっている。ランプ若しくは電球は図示の実施例では吊り下げられた測定対象物ホルダー６によって発光位置に保持されている。後で述べるように、ランプ若しくは電球は別の形式で、ランプ若しくは電球をできるだけ覆わないようにして保持されてよい。

ゴニオフォトメーターにおいては測定ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの極めて正確でかつ再現可能な位置決めが重要であるので、装置ユニット２，４のすべての支持構造部分は著しく安定的に、即ち剛性に形成され、しかも慣性モーメントを最小にするためにできるだけ軽量に作られている。

ブラケット５２は溶接構造でほぼＬ字形の構成部分であり、該構成部分は補強リブ６４によって補強されている。Ｌ字形のブラケット５２の水平な短い方の脚部に案内シュー６６を設けてあり、案内シューは両方の平行案内部６０に沿った移動を可能にするものである。ブラケット５２の垂直に延びる長い方の脚部は支持プレート６８として形成されており、該支持プレートに回転アーム１０の主駆動部１４をフランジ結合してある。図示の実施例では主駆動部１４は、交流同期機直接駆動部として形成され、軸線方向で著しく短くなっていて高い精度で制御可能である。主駆動部１４の軸に回転アーム１０を取り付けてあり、該回転アームは図示の実施例ではダブルＴ形成形体（Ｉ形成形体若しくはＨ形成形体とも呼ばれる）として形成されており、該ダブルＴ形成形体は前側（ランプ８に向いた側）の幅を後ろ側の幅よりも狭くされている。回転アーム（ダブルＴ形成形体）の両方の腕部分２０，２２は、該腕部分を互いに結合する垂直なベース７０からＶ字形に外側へ延びており、この場合にダブルＴ形成形体は端部区分に向かって先細になっている。主駆動部１４の、回転アーム１０を支持する軸は中空軸として形成されていて、回転アーム１０のベース７０と相対回動不能に結合されている。図３に示してあるように、中空軸のランプ側の端部区分内に、若しくはベース７０の適当な凹設部内に位置決めレーザー７２を設けてあり、該位置決めレーザーの光軸は回転軸線１８と合致している。旋回軸線４４，４６，４８，５０の箇所並びに測定ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄにも、適当な位置決めレーザー（図示省略）を設けて、ランプ８の正確な位置決め及び装置全体の調整を容易にするようになっていてよい。

主駆動部１４の軸はブラケット５２の支持プレート６８を貫通して後ろ側（図３で左側）へ延長されていて、スリップリング装置７４を支持しており、該スリップリング装置を介して、すべての測定信号並びに旋回駆動部３６，３８，４０，４２のための制御信号の伝達を行うようになっている。主駆動部１４の制御のための制御ユニット（図示省略）は、支持プレート６８の背面に取り付けられている。駆動部のための増幅器７６，７８及び測定装置８０，８２への電流供給も、スリップリング装置７４を介して行われる。

両方の腕部分２０，２２の自由な端部区分に、それぞれ各旋回アーム２８，３０のための旋回駆動部３６，３８を取り付けてある。旋回駆動部３６，３８はコンパクトなギヤードモータとして形成されていて、増幅器７６，７８を介して制御可能である。本発明に基づき増幅器も、図３に破線で示すように、支持機能のある回転アーム（支持アーム）１０に取り付けられており、従って、旋回駆動部３６，３８の制御のための出力パルス信号の供給は短い距離で行われる。増幅器７６，７８への制御信号はドライブバスの形式でスリップリング装置７４を介して伝達される。

測定ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに所属する構成部分である測定装置及びＡ／Ｄ・変換機８０，８２は、支持機能のある回転アーム１０に配置されており、従って測定ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄによって検出された測定信号は、短い導線を介して測定装置８０，８２へ伝達され、かつそこでデジタル化されて、バス、例えばプロフィバス(Profibus, IEEE 488, CAN)及びスリップリング装置７４を介して取り出される。旋回駆動部３６，３８の制御のための出力パルス信号はスリップリング装置を介して伝達されないので、測定信号と出力パルス信号との間の干渉は避けられている。主駆動制御部から主駆動部への短い伝達距離及び増幅器７６，７８から旋回駆動部３６，３８への短い伝達距離、並びに測定ヘッド５ａ，５ｂと測定装置８０，８２との間の短い信号伝達距離によって、測定誤差は最小にされている。構成は、回転アーム１０における測定装置８０，８２及び増幅器７６，７８の配置が構成部分の変形にも回転運動の精度にも影響を及ぼさないように頑丈に行われている。原理的には信号処理のためのコンピュータを回転アーム１０に配置することもでき、この場合にはデータは例えばエーテルネット又はWLANなどを介して伝達される。

旋回アーム２８，３０は、重量を最小にするために横断面三角形の骨組み構造物若しくはスケルトン構造物として形成されており、該骨組み構造物は測定ヘッド５ａ，５ｂに向かって先細になっている。旋回アーム２８，３０の端部区分にホルダー８４，８６を設けてあり、該ホルダーは測定ヘッド５ａ，５ｂの取り付けのための受容部を備えている。ホルダー８４，８６は、測定ヘッド５ａ，５ｂを旋回アーム２８，３０の旋回運動並びに回転アーム１０の連続的な回転運動中に常に発光位置に向けているように、旋回アーム（支持アーム）２８，３０に配置されている。このことは、測定ヘッド５ａ，５ｂの光軸をそれぞれの旋回駆動部３６，３８の旋回軸線に対して４５°にすることによって達成される。

図示の実施例において、回転アーム１０の両方の腕部分２０，２２の幾何学形状並びに腕部分に枢着された両方の旋回アーム２８，３０の幾何学形状は、旋回アームを内方へ、即ち回転アームの各腕部分と重なり合う方向へ旋回させた際に、各腕部分２０，２２と各旋回アーム２８，３０との間の隙間が旋回駆動部３６，３８から測定ヘッド５ａ，５ｂに向かって増大しているように選ばれており、この場合に測定ヘッド５ａ若しくは測定ヘッド５ｂは、旋回アーム２８若しくは３０を完全に内方へ旋回させた状態、即ち回転アームの各所属の腕部分と重なり合う位置に旋回させた状態では回転軸線１８上に位置するようになっている。両方の測定ヘッド５ａ，５ｂは、回転軸線上の位置には順次に到達させられる。

装置のすべての駆動部、即ち回転駆動部及び旋回駆動部に対応して回転角センサーを配置してあり、該回転角センサーを介して回転アーム１０，１２並びに旋回アーム２８，３０の角度位置、ひいては回転速度若しくは旋回速度を検出するようになっている。回転角センサーの信号は、同じくバスユニット及びスリップリング装置７４を介して伝達される。

図３に示す実施例ではランプ８は、吊り下げられた所定の発光位置に保持される。図４に示す実施例では、ランプ８は水平方向で片側から保持されており、この場合に測定対象物ホルダー６は中空軸及びスリップリング装置７４を軸線方向に貫通して、後ろ側で固定されている。両端に口金を備えた光源、例えば蛍光灯の取り付け（保持）のためには、装置ユニット４も測定対象物ホルダー６によって貫通されていてよく、これによって蛍光灯は水平方向で両側から保持される。同様に、ランプを垂直方向（鉛直方向）で両側から保持することも可能であり、この場合には別の測定対象物ホルダーを基礎切欠き部６２内に垂直（鉛直）に固定してある。原理的にはランプ８を一方の装置ユニット２によって保持することも可能であり、この場合には他方の装置ユニット４によって一方の半球を走査し、次いでランプ８を１８０°回転させた後に他方の半球を走査するようになっている。このことは二次的な役割にすぎない。しかしながらランプの角度位置に依存した放射量を容易に調べることができる。

各装置ユニット２，４の両方の旋回アーム２８，３０；３２，３４は、図示の実施例では１つの測定サイクルの開始時点及び終了時点で互いに異なる相対位置を占めている。旋回アームは原理的には、互いにほぼ対称的な位置を占めていて、これによって静的及び動的なアンバランスを最小にしていてよい。例えば一方の旋回アーム２８，３０は極位置からスタートするのに対して、他方の旋回アーム３０，２８は、測定ヘッド５ａ，５ｂ間の衝突を避けるために１角度ピッチ若しくは２角度ピッチだけずらされて旋回させられる。一方の回転アーム１０の両方の旋回アーム２８，３０は、例えばほぼ内方旋回させられた位置（図１で旋回アーム２８，３４の位置、極位置）を占めるのに対して、他方の回転アーム１２の両方の旋回アーム３２，３４は、外方旋回させられた位置（図１で旋回アーム３０，３２の位置、球赤道位置）を若しくは該位置の近傍の位置を占めるようになっていてよい。１つの装置ユニット２；４の測定ヘッド５ａ，５ｂ，；５ｃ，５ｄは同じ運動軌道、即ち同じ走査軌道上を案内される（二重の測定）か、若しくは互いに異なる運動軌道を案内される（測定時間の短縮）。この場合に、運動軌道は球の極と赤道との間を螺線状に延びているか、若しくは各角度ピッチ毎にそれぞれ１つの円に沿って延びており、円に沿って延びる運動軌道においては測定ヘッドは球若しくは半球を輪切り状に走査する。

図５は、装置ユニット２を回転軸線１８の方向で見た正面図であり、この場合、両方の旋回アーム２８，３０は極位置の近傍に位置している。該図示の相対位置では、いずれの測定ヘッド５ａ，５ｂも主駆動部の回転軸線１８上には存在していない。旋回アーム２８，３０の占める該位置は、ランプ８を図４に示すように水平方向で保持する場合にあり、これによって測定ヘッド５ａ，５ｂと測定対象物ホルダー６との衝突を防止している。別の装置ユニット４の両方の旋回アーム３２，３４は、図６に示すように完全に外方旋回させられて赤道位置を占めており、該赤道位置では測定ヘッド５ｃ，５ｄは、ランプ８を中心とした例えば５９５０ｍｍの最大直径の運動軌道（環状軌道）に沿って案内される。続いて、旋回アーム２８，３０は互いに逆向きに外側へ旋回移動させられるのに対して、旋回アーム３２，３４は互いに逆向きに内側へ旋回移動させられる。

旋回アーム２８，３０；３２，３４の前述の相対位置では、旋回アームは互いにほぼ対称的に配置されている。図７は、１つの測定サイクルの開始時点若しくは終了時点の位置を示しており、この場合に旋回アーム３０は極位置に内方旋回させられており、その結果、測定ヘッド５ｂは回転軸線１８上に位置しているのに対して、旋回アーム２８は赤道位置に外方旋回させられており、測定ヘッド５ａは最大円に沿って循環する。旋回アーム２８，３０のこのような非対称的な相対配置に基づき、ある程度の静的及び動的なアンバランスが装置内に生じるものの、このような相対配置も頑丈な構造によって問題なく実施可能である。

両方の装置ユニット２，４の前述の構成によって、各測定ヘッド５は半球の各点で装置中央（ランプ８の中心点）に向けて位置決めされている。本来の測定駆動は連続運動で行われ、それというのは例えばΔθ＝Δψ＝１°の角度解像度にとって６４８００箇所の位置でのストップ＆ゴー・運動による測定時間は著しく長くなるからである。

ゴニオフォトメーター１の運転に際して測定ヘッド５の衝突を避けるために、次に述べる条件を守る：
ａ） 極位置は各装置ユニット２，４の両方の測定ヘッド５によって順次に占められる。
ｂ） 赤道位置において測定ヘッド５間の衝突は、回転アーム１０，１２の回転を同じ方向にかつ互いに例えば９０°ずらして行うことによって避けられる。これによって光入口面での反射による散乱光の影響も避けられる。
ｃ） 旋回アーム２８，３０，３２，３４の赤道位置では、測定ヘッド５は鉛直に延びる測定対象物ホルダー６と衝突することになるものの、ホルダーに位置は正確にわかっているので、衝突は、それぞれ個別に制御可能な旋回駆動部の回避操作によって避けられる。

個別に制御可能な駆動部は、互いに異なる軌道に沿った測定ヘッドの運動を、例えば一定の軌道速度若しくは一定の立体角ピッチで、或いは測定すべき光度分布を考慮して最適な条件下で可能にする。

旋回アーム２８，３０，３２，３４にそれぞれ複数の旋回軸線を設けることによって、球の半径、即ち測定ヘッド５の軌道半径を所定の限度内で変化させることができる。

開示の半球形ゴニオフォトメーターにおいては回転可能な各回転アームに２つの旋回アームを枢着してあり、該旋回アームはそれぞれ１つの測定ヘッドを保持している。該測定装置の幾何学形状は、測定ヘッドが回転アームの３６０°にわたる回転及び旋回アームの１８０°にわたる旋回に際して半球の包絡面に沿って運動するように選ばれている。

本発明に基づく半球形・ゴニオフォトメーターの概略側面図 半球形・ゴニオフォトメーターの斜視図 図２のゴニオフォトメーターの１つの装置ユニットの拡大斜視図 図２の、水平方向に延びる測定対象物ホルダーを備えたゴニオフォトメーターの斜視図 図３の装置ユニットの１つの測定サイクルの開始時点での平面図 図２のゴニオフォトメーターの別の装置ユニットの１つの測定サイクルの開始時点での平面図 ゴニオフォトメーターの１つの装置ユニットの、一方の旋回アームが仮想の球の極位置に旋回させられかつ他方の旋回アームが赤道位置に旋回させられている状態で平面図

符号の説明

１ 半球形・ゴニオフォトメーター、 ２，４ 装置ユニット、 ５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄ 測定ヘッド、 ６ 測定対象物ホルダー、 ８ ランプ、 １０，１２ 回転アーム、 １４，１６ 主駆動部、 １８ 回転軸線、 ２０，２２；２４，２６ 腕部分、 ２８，３０；３２，３４ 旋回アーム、 ３６，３８；４０，４２ 旋回駆動部、 ４４，４６，４８，５０ 旋回軸線、 ５２，５４ ブラケット、 ６０ 平行案内部、 ６２ 基礎切欠き部、 ６４ 補強リブ、 ６６ 案内シュー、 ６８ 支持プレート、 ７０ ベース、７２ 位置決めレーザー、 ７４ スリップリング装置、 ７６，７８ 増幅器、 ８０，８２ 測定装置、 ８４，８６ ホルダー

Claims (14)

1. 光源若しくは放射源（８）の光放射の物理特性値を測定するためのゴニオフォトメーターであって、光源若しくは放射源は測定対象物ホルダー（６）によって発光位置に保持されており、光源若しくは放射源（８）に向けられた少なくとも１つの測定ヘッド（５）を備えており、測定ヘッドは光放射の物理特性値の測定のために、駆動部によって駆動可能な案内装置を用いて、仮想の半球若しくは球の包絡面上の所定の運動軌道に沿って光源若しくは放射源の回りを運動可能である形式のものにおいて、相互に結合された２つの腕部分（２０，２２；２４，２６）、及び該各腕部分の端部区分に枢着された旋回アーム（２８，３０，３２，３４）を備えた回転可能な回転アーム（１０，１２）から成る単数若しくは複数の装置ユニット（２，４）を設けてあり、前記旋回アーム（２８，３０，３２，３４）にそれぞれ測定ヘッド（５）を保持してあり、前記旋回アーム（２８，３０，３２，３４）の旋回軸線（４４，４６，４８，５０）と前記回転アーム（１０，１２）の回転軸線（１８）とは、前記光源若しくは放射源（８）の測定位置で交差しており、前記旋回アーム（２８，３０，３２，３４）は旋回駆動部（３６，３８，４０，４２）を用いて、前記回転軸線（１８）によって規定された極位置と、前記光源若しくは放射源（８）を中心とした最大直径の赤道位置との間を任意の小さいピッチで旋回させられるようになっており、前記旋回アーム（２８，３０，３２，３４）の前記旋回軸線（４４，４６，４８，５０）は、前記回転アーム（１０，１２）の前記回転軸線（１８）に対して４５°の角度を成していることを特徴とするゴニオフォトメーター。
2. ２つの装置ユニット（２，４）を互いに点対称に設けてあり、装置ユニット（２，４）の回転軸線（１８）は互いに同軸に延びており、一方の前記装置ユニット（２）の１つの旋回アーム（２８）の旋回軸線（４４）と他方の前記装置ユニット（４）の１つの旋回アーム（３４）の旋回軸線（５０）とは互いに同軸に延びており、かつ一方の前記装置ユニット（２）の別の旋回アーム（３０）の旋回軸線（４６）と他方の前記装置ユニット（４）の別の旋回アーム（３２）の旋回軸線（４８）とは互いに同軸に延びている請求項１に記載のゴニオフォトメーター。
3. 回転アーム（１０，１２）の腕部分（２０，２２；２４，２６）は互いにほぼＶ字形に配置されている請求項１又は２に記載のゴニオフォトメーター。
4. 回転アーム（１０，１２）は、主駆動部（１４，１６）を保持するブラケット（５２，５４）に回転可能に支承されており、該ブラケットは案内部分（５８，６０）に沿って移動可能になっており、前記主駆動部（１４，１６）の回転軸線（１８）は、前記案内部分（５８，６０）を有する基礎（５６）に対して平行に延びている請求項１から３のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。
5. 主駆動部（１４，１６）及び旋回駆動部（３６，３８，４０，４２）は互いに個別に制御されるようになっており、これによって装置ユニット（２，４）の測定ヘッド（５）は互いに異なる運動軌道若しくは同じ運動軌道に沿って移動させられるようになっている請求項１から４のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。
6. 主駆動部（１４，１６）は、回転アーム（１０，１２）に直接に組み付けられた交流同期電動機によって形成されており、かつ旋回駆動部（３６，３８，４０，４２）は、増幅器（７６，７８）を介して制御可能なギヤードモータとして形成されており、前記増幅器は前記回転アーム（１０，１２）に保持されている請求項１から５のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。
7. 測定ヘッド（５）は、測色計、三領域測色光度計、スペクトル放射計、若しくは分光光度計、或いは輝度計の構成部分であり、該測定ヘッドのＡ／Ｄ変換機は回転アーム（１０，１２）に配置されている請求項１から６のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。
8. 旋回アーム（２８，３０，３２，３４）は、互いに同じ若しくは異なる測定ヘッド（５）を支持しており、両方の装置ユニット（２，４）は互いに同じ対の測定ヘッドを備えている請求項２から７のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。
9. デジタルの測定信号、アナログの測定信号及び／又は駆動部（１４，１６，３６，３８，４０，４２）のための制御信号は、回転軸線（１８）に対して同軸に配置されたスリップリング装置（７４）及びバス装置を介して伝達されるようになっている請求項５から８のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。
10. 主駆動部（１４，１６）は、スリップリング装置（７４）を保持した中空軸を備えており、該中空軸は測定対象物ホルダー（６）並びに電流供給導線若しくは測定導線によって同軸に貫通されている請求項９に記載のゴニオフォトメーター。
11. 回転アーム（１０，１２）は測定運転中に回転角度を互いにずらさして回転されるようになっており、測定の開始時に一方の装置ユニット（２，４）の両方の旋回アーム（２８，３０；３２，３４）は、前記極位置に若しくは前記極位置の近傍に配置されており、他方の装置ユニット（４，２）の両方の旋回アーム（３２，３４；２８，３０）は、前記赤道位置に若しくは前記赤道位置の近傍に配置されている請求項２から１０のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。
12. 旋回アーム（２８，３０；３２，３４）は３６０°にわたって旋回可能になっている請求項１から１１のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。
13. 駆動部軸線（１８，４４，４６，４８，５０）に対応して、回転アーム（１０，１２）及び／又は旋回アーム（２８，３０；３２，３４）の回転位置及び回転速度の検出のための回転角センサーを配置してある請求項１から１２のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。
14. 光源若しくは放射源（８）の一方の半球を走査した後に、前記光源若しくは放射源（８）の他方の半球を走査するために、測定対象物ホルダー（６）は、回転可能に支承されている請求項１から１３のいずれか１項に記載のゴニオフォトメーター。

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