JP6588708B2 - 表面特性調査装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面特性調査装置及び方法、特に、これに限定されないが、色、色相、表面粗度などの光学的な表面特性を調査する方法に関する。

このタイプの装置は先行技術によって長年知られている。例えば乗り物のボディの特別な塗料などのような高品質な表面は、多様な大きく異なる光学特性をしばしば有する。特定の条件下において、これらの特性を客観的に決定する、又はこれらの光学特性が異なる照明下でどのような効果を持つかについて測定値を取得することが役立つ場合がある。このため、これらの表面特性を決定することができる様々な装置及び方法が先行技術によって知られている。このような点から、例えば米国特許２００７／０２０６１９５では表面特性を決定するための装置を開示している。この装置は、調査表面により散乱された放射線を検出できる複数の検出素子を有する。回転ベルトを使用することにより、様々なフィルタエレメントは、それぞれ、これらの検出装置の前に押し込むことができる。しかし、この場合には、この装置は操作及び製造の両方が比較的複雑となる。さらに、このように配置することで、異なる波長の光でサンプルを連続的に照射せず、また同時に、検出光がスペクトル分解されるため、例えば調査表面の蛍光などのような作用は検出できない。

米国特許７，４３３，０５５ Ｂ２も同様に、光学的表面特性調査装置が記載されている。この文献では、この装置は、異なる発光スペクトルを有する複数の光源が配置されたキャリアを有する。これにより、表面の応力が特性の異なる光を得ることによって調査することができる。

しかし当該装置には、可動キャリアに配置された個々の光源に電流を供給しなくてはいけないという欠点がある。さらに、このタイプでは個々の光源の故障によりキャリア全体を取り替えなくてはならない。この出願の場合、発光スペクトルに対して光源の正確な特性化及び選択が付加的に要求される。

従って本発明の目的は、先行技術で知られている装置と比較して、操作及び製造がより簡単でありながら、故障発生度もより低く、さらに蛍光の測定の可能性を提供する、表面特性調査装置及び方法を利用可能にすることである。

これは独立請求項の主題により、本発明により達成される。有利な実施態様及びさらなる発展が従属請求項の主題を形成する。

表面特性の調査又は表面特性の決定のための本発明による装置は、ハウジング（以下、光学ブロックともいう）及び当該ハウジングの開口部を通して、調査表面に光を当てる光源をそれぞれ有する。さらに本装置は、ハウジング内及び／又はハウジング上に、光源によって表面に放射された光に対して第一のプリセット角度で配置された第一の検出装置を有する。さらに本装置は、ハウジング内及び／又はハウジング上に、光源によって表面上に放射された光線に対して第二のプリセット角度で配置された第二の検出装置、及び、ハウジング内及び／又はハウジング上に、光源によって表面上に放射された光線に対して第三のプリセット角度で配置された第三の検出装置を有する。

本発明によると、本装置は互いに異なる光学特性を持つ少なくとも２つのフィルタエレメントを有し、これらのフィルタエレメントの各々は光源と表面との間の光線路上を任意に移動できるように、光源に対して移動可能な共通キャリアに配置される。

従って、フィルタエレメントは放射方向側、すなわち光源と調査表面との間に配置するべきであることが本発明の範囲内で提案される。この方法では、放射光のパワーの大部分は最初から各フィルタエレメントによって除去され、測定不可能となるため、この手段は、始めは非実用的に思えるであろう。しかし一方で、本装置はそれぞれ光源を１つのみ、又は特定の１タイプの光源を使用して作動する可能性を提供する。加えて、これらの光源は定位置に配置することができるため、可動キャリアに電流を供給する必要がない。これにより、故障のリスクは最小化することができ、さらに、光源の取り換えは、複数の光源を有するキャリア全体を取り換える必要もある前述の先行技術の場合より、簡単である。しかし、本発明による装置及び本発明による方法は、表面により反射及び／又は散乱された光を記録する２つの検出装置のみを使用することが可能であることも指摘される。けれども、第三の検出装置又は第三の測定角度はそれぞれ正確な測定をもたらす。従って、本出願人は検出装置を２つのみ備える装置についても請求する権利を有する。

さらに、フィルタは一次側には一度のみ取り付ける必要があるが、二次側においては各検出装置の前面にフィルタの配置が必要となる。さらに、例えば半導体光源と比較して、干渉フィルタは照明の分光放射特性を正確に定義及び実施する可能性を提供する。結果として、例えばエッジ急峻度若しくは全体的な輝度を事前に決定することができ、又は第２の極大値も意図的に生成若しくは抑制できる。フィルタエレメントのまさに１つが、各々の場合において、光源と表面との間の光の光線路を移動できることが好ましい。２つの異なるフィルタエレメントは、それらを光線内に連続して配置する場合には、２つの異なるフィルタエレメントは接続操作において光を実質的に通さないように設計することが好ましい。２つのフィルタの透過波長範囲は明確に区別されていることが好ましい。本装置は、放射装置又は単独の光源若しくは光源群よりも検出装置を多く有することが好ましい。これにより、フィルタのセット数は低く抑えられ、特に好ましくは１つのフィルタのセットのみで操作することができる。

フィルタエレメントを検出装置側ではなく放射方向側に配置するため、表面の蛍光の測定も可能になる。検出装置を光学ブロック内に配置することは、検出エレメント自体を幾何学的に光学的測定空間の外に位置する可能性があったとしても、光学的測定空間の内部から実質的に排他的に生じる放射、特に調査表面から生じる放射が検出装置に到達するように、検出装置を配置することが好ましいことが理解される。

光学的測定空間には、光を表面に放射するための前述の開口部を除けば、外からの光又は周囲光のそれぞれがハウジングに入り得る開口部が他には一切ないことが好ましい。光源及び放射装置の両方が一般的にそれぞれ放射することができる空洞は、光学的測定空間の内部に形成することが好ましい。

検出装置は、この空間内で生じる放射を検出できるように配置する。これにより、表面によって散乱及び／又は反射された放射が個々の検出装置に到達する経路を、この空間の境界をなす壁に配置してもよい。レンズ、ダイアフラム、拡散板、ビームスプリッタなどの光学素子は、これらの経路内又は経路上に配置することができる。少なくとも一部はハウジングの壁を通り抜けることが好ましいこれらの経路を使用することにより、複数の検出装置を互いに隣接して配置することが可能となる。

個々の検出装置は１つの面上に配置することが好ましい。これは、放射光及び検出装置が記録する光のそれぞれが共通の面上に位置することを意味する。しかし、この面に対して個々の検出装置を横に変位させることも可能である。この場合では、特に蛍光放射の検出装置については、サンプルによって放射された蛍光はあらゆる方向に放出されるため、放射源を有する１つの面に位置する必要はない。

本発明による装置の場合、表面に放射された光はこうして異なる角度、すなわち各検出装置が配置されている角度の表面によって決定することができる。これにより、異なる観察角度で表面の色の印象を観察できる。これはまた、特に調査する表面が効果顔料で着色された表面、例えば顔料が含まれる効果塗装と呼ばれるものの場合に有利である。これらは例えばアルミニウム、ブロンズ、干渉、マイカ、パール及びガラスの顔料又はヘリコンであってもよいが、これに限定されない。

表面特性は、調査表面の色特性であることが好ましい。これにより、個々の検出装置も、特に表面の色特性の決定のために使用される。

検出装置は、検出された放射の強度値を出すことができる検出装置であることが有利である。例えばＣＣＤチップ又はカメラ素子などの、放射を空間的に分解して解像する検出装置を用いることもできる。

これに限定されないが特にレンズ、ダイアフラム、ビームスプリッタ又は拡散板などの光学素子が、光源とフィルタエレメントとの間に配置されていることが好ましい。光学素子、例えばレンズ、ダイアフラム、拡散板などの光学素子が、フィルタと調査表面との間に配置されていることが好ましい。

２つの異なるフィルタエレメントは、波長依存性透過度に関しては、すなわちこれらのフィルタエレメントに当たる光の波長に依存するように異なることが好ましい。

３２０から７２０ｎｍの可視スペクトル領域又はスペクトル領域を実質的に均一な間隔でカバーし、例えばそれぞれ１０から２０ｎｍの通過領域を有する帯域通過フィルタを使用することが好ましい。従って、個々の帯域通過フィルタの通過領域は５ｎｍと３０ｎｍの間、好ましくは８ｎｍと２５ｎｍの間であることが好ましい。例えば人間の眼が特に敏感な領域においては、スペクトルの緑色の範囲などのようにより小さい通過領域が提供できるような、通過領域が異なる帯域通過フィルタが提供されることが好ましい。

さらに有利な実施態様の場合、本装置は少なくとも１つの温度測定器を有する。この温度測定器は、光源の温度を決定する温度測定器であることが好ましい。このタイプの光源の放射特性は、この光源の作動温度にも依存する。温度の決定によってこのような放射特性の変化を考慮に入れることも可能である。しかしさらに、例えば作動電流及び／又は作動電圧のような光源の作動可変特性を決定する測定器を提供することも可能である。これらのパラメータから相互に関係する温度の表示を決定することも可能である。加えて、同様に測定値に影響することがある周囲温度を、温度測定器によって測定することも可能である。こうして、測定結果をゆがめる可能性のある条件を検出し補正することができる。

少なくとも１つの検出装置はカメラであることが有利であり、スペクトルカメラであることが特に好ましい。後者は、サンプルにより反射された光の異なる色成分又は色域それぞれの空間解像度の利点を提供する。従来のカラーカメラは目の前では自然に動作する色彩印象を実現するが、実際に我々にとって可視光である、そこに存在する帯域幅全体は決してカバーできない。空間解像度に加え、スペクトルカメラは色情報の実質的により高精度な分解能を提供する。

さらに、スペクトル発光が異なるｎ個の照明経路を有する白黒カメラを使用してもよい。ＲＧＢカメラが３つのみの波長領域を提供するのに対し、ｎ個の個別の波長を照明するカメラは、ｎ個の色経路を有するサンプルを調査できる。さらに、ここで提案した３つの方法を組み合わせてもよい。

このように比較的高価なスペクトルカメラに頼ることも可能である一方で、付加構造により従来のカメラをこのタイプのスペクトルカメラに変換することも可能である。この場合、撮影対象物（この場合は表面）から来る光を、レンズにより光学格子上に撮像することができる。この格子は、例えばプラスチック材の特殊な箔であってもよい。この箔は、光線がカメラに到達する前に、波長によって異なる角度に光線を偏向させる。

このように、異なる色の光がカメラセンサの異なる位置に到達する。すると、センサの測定データから−それぞれ数学的に又はソフトウェアにより−、表面の光学特性が決定される。さらに、フィルタホイールが組み込まれたカメラを使用してもよい。

さらに有利な実施態様において、光学ブロック又は隣接するベースプレートそれぞれに、これに限定されないが特に表面に対して装置の理想的な配置が観測されるかどうかを確認する機械式感知装置などのセンサ装置を配置してもよい。この場合、３つの押しスイッチがすべて作動する場合、表面に対して装置の配置が理想的であると仮定できるように、３つの押しスイッチを配置できる。

ここで説明する装置を、例えば乗り物のボディ又はその塗料のための、例えば色配合の決定に使用するための色測定に使用することは有利である。さらに本装置は、これに限定されないが特に自動車両において、しかし任意選択的に例えば家具においても、塗料又は再仕上げの分野においてデータベース検索のためにも使用できる。

本装置は、一般的に塗料又さらにはプラスチック材表面の制御又は分析に使用できる。加えて、蛍光又は蛍光増白剤の検出も可能である。実際しばしばこのようにして、高価な顔料、特に白色顔料を、より安価な蛍光物質に置き換えて使用されている。

さらに有利な実施態様において、本装置は、調査表面に対してカバーされる距離を決定する測定器を有する。この場合、装置を表面に対して変位させること、また、この場合にカバーされる経路を決定することが可能である。これにより、ハウジングに１つ以上のホイールを配置し、これらのホイールのうちの少なくとも１つを距離の決定に使用することができる。

さらに有利な実施態様において、本装置は、光源に対する可動キャリアの位置を決定する位置検出素子を有する。これにより、キャリアには、例えば特定の設定においてキャリアの位置が検出できるように検出装置に信号を送る、例えば鏡などの、特定の位置において反応を起こす素子を配置することができる。リフレクション型又はフォーク型光バリアも同様の方法で使用できる。しかし、例えば可視領域全域における透過、可視領域における完全遮断又はＵＶ若しくはＩＲ領域において正確に定義された透明性など、特別な特性を有するフィルタによってフィルタホイールの位置を決定することも可能である。この決定は、そのために検出装置による正確な決定及びフィルタリングによる光学検知、並びに適切な評価ロジックによりなされる。

さらに有利な実施態様において、少なくとも１つの検出装置は、入射放射に反応して検出装置が生成した信号を増幅させる増幅装置を有する。この場合、この増幅装置は、波長領域の違いによって増幅の程度が変わるように、波長領域に依存していることが好ましい。これにより、それぞれの検出装置において増幅の程度を変えることで波長スペクトルにおける変動を意図的に等しくすることができる。

さらに有利な実施態様のケースにおいて、少なくとも１つのフィルタエレメントは帯域通過フィルタエレメントである。このタイプの帯域通過フィルタは、特定の１つの光波長帯のみを通すことができる。この領域の域外においてフィルタエレメントの透過性はかなりの程度低下することが好ましい。フィルタエレメントは、透過波長領域外の波長を通すのは１％未満の割合のみ、好ましくは０．１％に（有意に）満たない割合のみ、特に好ましくは０．０５％未満の割合のみであることが好ましい。蛍光の測定についても、光学濃度が少なくとも５（ＯＤ５）のフィルタを使用することが有利である。従って、光の異なる波長領域を透過する、又はそれぞれを通させる、このタイプの複数のフィルタエレメントを使用することが有利である。これらのフィルタ全体が光の可視領域全体を完全にカバーすることが有利である。帯域通過フィルタは有利に干渉フィルタを有する色フィルタであることが有利である。これにより、少なくとも１つのフィルタエレメントは干渉フィルタを有することが好ましい。

さらに有利な実施態様において、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、特には白光ＬＥＤである。このＬＥＤは、好ましくは１ワットから５ワットの範囲内、好ましくは１ワットと２ワットの間の出力を有することが好ましい。光源はその放射で少なくとも光の全可視スペクトルをカバーすることが好ましい。さらに、光源は光のＵＶ及びＩＲ部分を放射することもできる。光源は、光の可視領域に隣接する紫外線領域をもカバーすることが特に好ましい。この領域は、可視波長領域から始まって少なくとも３００ｎｍまで、好ましくは少なくとも３２０ｎｍまで、好ましくは少なくとも３４０ｎｍまで、そして特に好ましくは少なくとも３６０ｎｍまで及ぶことが好ましい。これらの特定された波長から始まって可視波長領域の範囲まで、連続した領域がカバーされることが好ましい。光の可視波長領域は約４００ｎｍから７００ｎｍまで及ぶ。

この場合、このＬＥＤは可視波長領域全体、すなわち約４００ｎｍと７００ｎｍの間に放射される初期放射を有利に有する。フィルタが利用可能とされる時及び個々の検出装置の増幅器の設計時ともに、この放射される放射の波長特性を考慮に入れることは有利である。これにより、個々の検出装置の増幅装置の増幅因子は、各フィルタに依存するように適応させることができる。

光源はりん光材料を有することが有利である。この材料は生成又は放射された光の周波数偏移を引き起こす。これにより、出力がより均一な光源のスペクトルが実現される。これにより、すべての経路の増幅が有利に同レベルに導かれ、これは同様のノイズ挙動を伴う。ランプのスペクトルの均一な出力は、フィルタの透過度の調整によっても実現できる。この場合、フィルタは、いかなる帯域通過間隔においてもＬＥＤの製品及びフィルタの透過度が同レベル又は実質的に同じレベルにそれぞれ引き上げられるように設計される。

さらに有利な実施態様において、光源に対して可動な前述のキャリアは回転可能なホイールである。任意選択的に光源と調査表面との間の光線路上に変位させられるように、複数のフィルタエレメントをこのホイールに配置することが有利である。本装置は、予め決められた順序で、特にプログラム制御による方法で、フィルタを光源と表面との間に移動できるように、フィルタホイール用のモータ駆動装置を有することが有利である。モータ駆動装置は、ステップモータ駆動装置であることが有利である。しかし、直流モータも使用できる。回転運動は、変位センサ及び／又は角度センサで測定することが好ましい。その結果、回転運動は意図的に監視され、又は例えば各フィルタの中間のように特定のポイントで停止させることができる。照明は、回転運動中に連続的に作動させる、又は各フィルタで意図的にオン／オフさせることができる。

さらに、本装置はモータ駆動装置を制御するための制御装置を有することが好ましい。この場合、この制御装置は、プリセットされたシーケンスでフィルタエレメントを光源と表面との間の光線路上に変位させることができる。また、この制御装置で光源及び／又は個々の検出装置を制御することが有利である。これにより、測定シーケンスの範囲内で、例えば１つ目のフィルタエレメントを使用してまず複数の検出装置で測定を実施し、その後さらなるフィルタエレメントを使用して測定を実施することができる。

さらに有利な実施態様において、本装置は調査表面上に同様に光を当てる第二の光源を有する。この第二の光源は、第一の光源とは異なる照明角度で測定平面内に配置できる。この第二の光源に基づいて、例えばさらなる角度内における色変化の増加の決定、色分布、カラーフロップ、輝度フロップ、光沢、ヘイズ、オレンジピールなどの表面の光学特性のさらなる検出が可能となる。

第二の光源と調査表面との間の光線路上にも、少なくとも１つのフィルタエレメントを移動できることが好ましい。この場合、第一の光源と表面との間に変位させることができるフィルタエレメントと同じキャリアに、このフィルタエレメントを配置できる。さらに、キャリアの特定のフィルタエレメントを、第一光源と表面との間の光線路上及び第二光源と表面との間の光線路上の両方に変位させることができる。すべてのフィルタエレメントを、第一の光源と表面との間の光線路上及び第二の光源と表面との間の光線路上の両方にそれぞれ変位させる又は移動させることが可能であることが有利である。

加えて、さらなる光源の提供により、異なる角度（表面に対して）での光の放射も可能となる。

この場合、それぞれの異なるフィルタが光線路上に変位されて、第一の光源、その後に第二の光源が交互に動作することが好ましい。

さらなる実施例では、例えば白色ＬＥＤのような光源をフィルタホイールの上方に配置してもよい。さらに有利な実施態様において、本装置は総合的な色測定が可能な検出装置、及び散乱された又は反射された光の空間的な分解の決定が可能な検出装置の両方を有する。これにより、例えば効果顔料によってもたらされた塗面の不均質性をより正確に測定及び空間的に分解させることができる。

さらに有利な実施態様において、本装置は調査表面と少なくとも１つの検出装置との間にビームスプリッタ装置を有する。これにより、例えば照明レンズの場合、例えば照明の強度又はスペクトルを測定するために、参照の光線路の減結合を可能にするビームスプリッタを備えることができる。こうして測定された信号は、次に装置のキャリブレーション又は測定補正に使用できる。

さらに有利な実施態様において、本装置は蛍光測定器を有する。この蛍光測定器、又は蛍光測定経路もそれぞれ本来は光学ブロック全体又はハウジングそれぞれの任意の所望の領域に配置できる。しかし、これらのセンサ装置は調査表面に向けられることが有利である。このタイプの蛍光測定器のうちの少なくとも１つはハウジングの横壁に配置することが好ましく、測定領域の上側又は調査表面の上側それぞれが好ましい。蛍光測定器は、異なる波長領域に反応する−好ましくはフィルタ方法により−複数の経路を有することが好ましい。これにより、サンプルは、照明の異なる波長領域で照射されることができ、これによりサンプルの蛍光の発現は、蛍光検出装置で測定されることができる。蛍光測定器は、例えば格子又はプリズムを基準として、分光器部品と一緒に実装することも可能である。従ってこの蛍光測定器は、好ましくは互いに独立して、検出する光の多様な波長領域を記録するのに適し、またそれを記録することを意図するものであり、また好ましくはそれらの評価をも行う。

蛍光測定器は、この場合も同様に、ハウジングの壁に組み込むことができる。この場合、表面から蛍光測定器に蛍光放射が到達する際に通る経路も同様にハウジングの壁に配置することができる。しかし蛍光測定器は、調査表面から生じる放射を排他的に検出するように配置することが好ましい。

前述のとおり、ハウジングは、光源の放射先となる空洞又は測定空間をそれぞれ有する。この場合、この空洞の境界をなす壁は放射線を吸収するようにすることが好ましい。これにより、検出装置には実質的に表面からのみ生じる光が到達可能となる。

拡散光を生成するために使用でき、よってサンプルを拡散状態に照射するために使用できる拡散状態に反射する素子又は拡散状態に照射する素子が光学ブロックの壁又は光学的測定空間にそれぞれ装着される場合、これらの拡散領域から検出装置に直接通過する光は一切ない又はごくわずかであることを構造的に確実にする必要がある。

本発明はさらに、表面特性を調査する方法又は表面特性を決定する方法それぞれに関する。この場合、光は、光源を用いて、ハウジングの開口部又は測定空間それぞれを通して調査表面に放射され、この放射の結果、表面により反射及び／又は散乱された光を、光源によって表面に放射された光線に対して第一のプリセット角度の第一の検出装置によって検出し、光源によって表面に放射された光線に対して第二のプリセット角度の第二の検出装置によって検出し、光源によって表面に放射された光線に対して第三のプリセット角度の第三の検出装置によって検出する。

本発明によると、当該方法が実施される間、光源に対して移動可能な共通キャリアに配置された互いに異なる光学特性を有する少なくとも２つのフィルタエレメントは、光線路上にこれら２つのフィルタエレメントのうちの１つのみが存在するように、それぞれ光源と表面との間の光線路を時間差で移動する。

従って本方法に関して、フィルタエレメントは光線路上の放射方向側に配置すべきであることも提案される。前述のとおり、これらは特定の波長領域のみを通すことができるフィルタエレメントであることが好ましい。測定の間、光源と表面との間の光線路上に複数のフィルタエレメントを配置することが有利である。

少なくとも１つの検出装置により、また好ましくはすべての検出装置により、これらの（光線路上の）フィルタエレメントの各々で画像記録又は強度測定それぞれが実施されることが好ましい。このように、異なる波長の光での放射及び表面からもたらされる反射又は散乱される放射の記録によって表面を決定するため、特に色特性又はその蛍光の発生に関して調査される。

これにより、表面特性は調査する表面の色特性であることが有利である。表面は塗料層、特に乗り物の塗料層であることが有利である。表面はさらに効果顔料を有する塗料層であることが有利である。この方法のため、輝度フロップ若しくは色フロップ、又は明度の絶対値は、例えばＬ,ａ,ｂ軸を使用して決定できる。効果顔料は、表面全体のそれらの色、サイズ、放射強度などに関して特徴付けることができる。

さらに好ましい方法において、蛍光放射は少なくとも一時の間は検出される。これは特に、調査表面から生じる蛍光放射である。この蛍光放射をさらなる放射検出装置で記録することが有利である。さらに好ましい方法において、この蛍光放射は少なくとも一時の間は別の放射と同時に記録できる。

さらに有利な方法において、調査表面もまたさらなる光源で照射される。この場合において、この第二の光源が第一の光源から独立していることが好ましく、また特に第一の光源から独立して制御可能であることが好ましい。フィルタエレメントを第二の光源と表面との間に配置することもまた有利である。

さらなる利点及び実施態様は添付図面から明らかである。

図面において
図１は、本発明による装置の図式的解説であり、 図２は、フィルタホイールの平面図であり、 図３は、図２に示されるフィルタホイールの斜視図であり、 図４は、図３に示されるフィルタホイールの拡大図である。

図１は、表面１０の光学特性の調査に関する本発明による装置１の図式的解説である。この装置１は、複数の異なる測定機器が供され、また測定空間を囲い込む光学ブロック１２を有する。この場合、参照番号２は、光を放出し、破線Ｓ１（すなわち表面１０を照らす光線を示す破線）に沿って表面１０の測定空間の開口部３０を通って表面１０を照射する光源を示す。すなわち、表面１０によって特に散乱し及び／又は反射した、照り返しの光は、複数の検出装置によって記録される。

この方法では、参照番号４は、放射方向Ｓ１に関して決定された角度ａ１で到達し、表面１０によって反射され、及び／又は散乱される放射を記録する第一の検出装置を示す。参照番号６は、角度ａ２で表面１０によって散乱される光を記録する第二の検出装置を示す。参照番号８は、角度ａ３で散乱する放射を記録する第三の検出装置を示す。このように、この異なる角度からの観察が表面１０の全体としての光学的印象の特徴を示すため、表面１０は異なる角度から観察される。

個々の検出装置４、６、８はそれぞれこれらの検出装置に到達する特有の放射強度値を出力する。表面１０の光学的印象はこれらの強度値に関連して異なる角度からの観察によって決定されうる。検出装置６は図１に示された断面上に位置しておらずこの面に対して横にずれて位置しているため、ここでは図式的にのみ説明されている。参照番号５８は、放射装置に対してさらなる角度で配置されているさらなる（第四の）放射検出装置を示す。

複数のフィルタエレメントを有するフィルタホイール２０は、光源２と表面１０の間、すなわち光線路Ｓ１の領域内に供される。この場合、参照文字Ｄは周囲にフィルタホイールを回転させる回転軸を示す。この回転軸はこの場合は実質的に光線方向Ｓ１と並行しており、実質的に並行とは回転軸の方向と光線方向Ｓ１が互いに１５°以下で異なり、望ましくは５°以下であり、特に好ましくは３°以下であると理解される。参照番号４６は光学ブロック１２の内部を示す。この場合、内部は半球状又は半楕円形状にもできる。この内部４６内で起こった放射は個々の検出装置に到達することができる。

このフィルタホイール２０の回転設定を変えることにより、光源２と表面１０との間の光線路上に異なるフィルタをそれぞれ移動又は変位することができる。参照番号２４はフィルタエレメントに隣接し、光が通過する経路を示す。

参照番号２６はレンズなど、光線に影響を与える光学素子を示す。

参照番号１８はフィルタホイール２０の回転設定を変更できるモータなどの駆動装置を示す。このモータはこの場合、特定のフィルタエレメントを意図的に光線路上に変位して置くことができるように、測定手順の範囲内で作動させることができる。

加えて、個々の検出装置４、６及び８はそれぞれレンズ４ａ、６ａ、及び８ａを有する。参照番号１６は、この場合表面の上部に垂直に配置されている画像記録装置を示す。表面から検出装置１６に到達する光の特定の部分は、例えば追加の自然発色測定のためにビームスプリッタ４２を用いて切り離すことができる。

参照番号３４は、空間的な分解を検出するためのサンプルの照明に利用されるさらなる照明装置を示す。参照番号４４ａ及び４４ｂはハウジングの下部に配置されている二台の感知装置を示す。本装置が表面１０に関して正しく位置していれば、この二台の感知装置４４ａ及び４４ｂが作動し、またさらなる感知素子（図示せず）も作動する。

参照番号３６は測定箇所を照らすさらなる照明装置を示す。この照明装置は例えば光源２から放射された光の反射角度に設置され、同時に照明源２の直接反射された放射の光トラップとして作動する。

参照番号４０は蛍光検出装置を示すが、この場合図式的にのみ描かれている。この蛍光測定器４０は表面１０に整列されているが、表面１０からの蛍光放射を検出する。この対応する蛍光放射は同様に表面の光学特性評価に利用することができる。

参照番号３２は、表面１０の照明に同様に利用されるさらなる光源を概略的図式的に示す。表面は、このさらなる光源を利用して第二の角度で照射されることができる。この場合、光源３２から発する光がフィルタホイール２０を通り、したがって特定のフィルタも通ることができるよう光源が配置されている。レンズ、ダイアフラム、散光器又はビームスプリッタ（図示せず）などのさらなる光学素子によって、光は測定箇所を直接照射することができる。参照番号５７はビームスプリッタを示す。

図２はフィルタホイール２０の図式的解説である。このフィルタホイールはこの場合特定の外周線Ｋに沿って配置されている複数のフィルタエレメント１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…を有することが分かる。前術のとおり、個々のフィルタエレメントはそれぞれ光の特定のスペクトル帯域のみを通過させる帯域通過フィルタであることが好ましい。

図３は図２で示されたフィルタホイール２０の斜視図である。ここでもまた、個々のフィルタエレメントの環状配列が明白である。

図４は図３で示されたフィルタホイールの拡大図である。この場合においてフィルタは凹所５２にそれぞれ配置されていることが分かる。凹所はウエブ５４によって互いに区切られている。凹所又は切り離した部品５２はそれぞれ完璧にバリ取りがなされていると有利である。切断面が個々の凹所に存在しないことが望ましい。ウエブは、単なるフィルタの位置づけ又は付着又はスナップインにために用いられ、又はフィルタ間の光学的相互干渉を防ぐこともできる。さらに有利な実施態様においては、フィルタホイール２０又はキャリア２０の下部全体（すなわち表面１０に向かって側面）はそれぞれ黒く、好ましくは無光沢の表面であるよう維持されている。このようにして、測定結果がこの表面から影響（特に不都合な影響）を受けないようにすることが可能である。

参照番号５６はフィルタホイールの特定の回転設定を決定できる整列素子を示す。整列素子は、例えばこの回転設定が意図的に割り当てられるように特定の位置における信号を検出する鏡面素子又は金属素子であってもよい。

出願人は、本発明の要点として本出願書類にて開示したすべての特徴が、単体又は組み合わせのいずれにおいても先行技術と比して新規性を有している限り、権利を主張する権利を保有する。

ａ１ 角度ａ１
ａ２ 角度ａ２
ａ３ 角度ａ３
Ｓ１ 放射光、光線路
Ｋ 環状線
１ 装置
２ 光源
４ 検出装置
４ａ レンズ
６ 検出装置
６ａ レンズ
８ 検出装置
８ａ レンズ
１０ 表面
１２ ハウジング、光学ブロック
１４ａ フィルタエレメント
１４ｂ フィルタエレメント
１４ｃ フィルタエレメント
１６ 画像記録装置、検出装置
１８ 駆動装置
２０ フィルタホイール、（移動可能）キャリア
２４ 経路
２６ 光学素子
３０ 開口部
３２ 光源
３４、３６ さらなる光源
４２ ビームスプリッタ
４４ａ 感知装置、感知素子
４４ｂ 感知装置、感知素子
５２ 凹所
５４ ウエブ
５６ 整列素子
５７ 放射源の参照測定のためのビームスプリッタ
５８ さらなる検出装置

Claims (16)

1. 表面特性調査装置（１）であって、
   ハウジング（１２）と、
   光学ブロック（１２）の開口部を通して、調査する表面（１０）に可視光を当てる光源（２）と、
   前記光源（２）によって前記表面（１０）に放射された光線（Ｓ１）に対して第一のプリセット角度（ａ１）で前記光学ブロック（１２）内に配置された第一の検出装置（４）と、
   前記光源（２）によって前記表面（１０）に放射された光線に対して第二のプリセット角度（ａ２）で前記光学ブロック（１２）内に配置された第二の検出装置（６）と、
   を備え、
   前記装置（１）は、互いに異なる光学特性を有する少なくとも２つのフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）を有し、これらのフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）の各々は、任意選択的に前記光源（２）と前記表面（１０）との間の光線路を移動できるように、前記光源（２）に対して移動可能に共通のキャリア（２０）に配置され、
   前記装置（１）は、前記表面（１０）からの蛍光放射を検知する蛍光測定器をさらに備えることを特徴とする装置。
2. 前記キャリア（２０）は、複数のフィルタエレメントがそれぞれ配置される凹所を有する回転可能なホイールであり、前記凹所はウェブにより互いに区切られて前記フィルタエレメント間の光学的相互干渉が防止されることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記キャリア（２０）は、前記表面（１０）から不都合な影響を受けることがないように前記表面（１０）に向かう側面であって、黒く、かつ無光沢の表面であるよう維持された側面を有することを特徴とする、請求項２に記載の装置（１）。
4. 少なくとも１つのフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）は、帯域通過フィルタエレメントであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 前記光源（２）は、ＬＥＤであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記光源（２）は、蓄光材を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 前記キャリア（２０）は、回転可能なホイールであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置（１）。
8. 前記装置（１）は、調査する前記表面（１０）に可視光を当てる第二の光源（３２）を有することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 少なくとも１つのフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）は、前記第二の光源（３２）と前記表面（１０）との間の光線路上を移動できることを特徴とする、請求項８に記載の装置（１）。
10. 前記装置（１）は、調査する前記表面（１０）と少なくとも１つの検出装置（４、６、８）との間にビームスプリッタ装置を有することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置（１）。
11. 前記蛍光測定器（４０）は、少なくとも部分的に前記表面（１０）で生じた放射を記録することを特徴とする、請求項１乃至１０いずれか一項に記載の装置（１）。
12. 表面特性調査方法であって、光源（２）により可視光が光学ブロック（１２）の開口部（３０）を通して、調査する表面（１０）に放射され、この放射の結果、前記表面により反射及び／又は散乱された光が、前記光源（２）から前記表面（１０）上に放射される光線（Ｓ１）に対して第一のプリセット角度（ａ１）で第一の検出装置（４）により検出され、前記光源（２）から前記表面（１０）に放射される光線（Ｓ１）に対して第二のプリセット角度（ａ２）で第二の検出装置（６）により検出され、当該方法が実施される間、前記光源（２）に対して移動可能な共通のキャリア（２０）に配置された互いに異なる光学特性を有する少なくとも２つのフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）が、前記光源（２）と前記表面（１０）との間の光線路を時間差で移動することにより、各ケースにおいて前記光線路上にフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）が１つのみ存在し、前記表面（１０）からの蛍光放射も少なくとも一時的に検出されることを特徴とする方法。
13. 前記キャリア（２０）は、複数のフィルタエレメントがそれぞれ配置される凹所を有する回転可能なホイールを含み、前記凹所はウェブにより互いに区切られて前記フィルタエレメント間の光学的相互干渉が防止される、ことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 調査表面が第二の光源によっても照射されることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 表面特性調査装置（１）であって、
    ハウジング（１２）と、
    光学ブロック（１２）の開口部を通して、調査する表面（１０）に光を当てる第一の光源（２）と、
    前記第一の光源（２）によって前記表面（１０）に放射された光線（Ｓ１）に対して第一のプリセット角度（ａ１）で前記光学ブロック（１２）内に配置された第一の検出装置（４）と、
    前記第一の光源（２）によって前記表面（１０）に放射された光線に対して第二のプリセット角度（ａ２）で前記光学ブロック（１２）内に配置された第二の検出装置（６）と、
    を備え、
    前記装置（１）は、互いに異なる光学特性を有する少なくとも２つのフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）を有し、これらのフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）の各々は、任意選択的に前記第一の光源（２）と前記表面（１０）との間の光線路を移動できるように、前記第一の光源（２）に対して移動可能に共通のキャリア（２０）に配置され、
    前記装置（１）は、調査する前記表面（１０）に光を当てる第二の光源（３２）をさらに備え、
    前記第二の光源（３２）は、前記第一の光源（２）と異なる照明角度で測定平面内に配置され、
    少なくとも１つのフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）が、前記第二の光源（３２）と前記表面（１０）との間の光線路上で移動可能である、ことを特徴とする装置。
16. 前記少なくとも１つのフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）は、前記第一の光源（２）と前記表面（１０）との間で変位可能であるフィルタエレメント（１４ａ、１４ｂ）として同じキャリア（２０）に配置されることを特徴とする、請求項１５に記載の装置（１）。

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