WO2021185973A1 - Messvorrichtung zur vermessung von optischen strahlungsquellen und verfahren zur durchführung einer vermessung - Google Patents

Messvorrichtung zur vermessung von optischen strahlungsquellen und verfahren zur durchführung einer vermessung Download PDF

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WO2021185973A1
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Instrument Systems Optische Messtechnik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a measuring device for measuring an optical radiation source, comprising a carrying device holding the radiation source to be measured, at least one reference sensor, at least one reflector arranged separately and at a distance from the radiation source, at least one camera and at least one evaluation unit.
  • the invention also relates to a method for carrying out a measurement using such a measuring device.
  • the radiation sources to be measured are, for example, LEDs, LED arrays as well as headlights and other directional light sources. So-called far-field goniophotometers are used to determine the light intensity distribution of optical radiation sources, in particular vehicle headlights and similar light sources.
  • the measuring sensors for example a photometer, are usually permanently installed.
  • a goniometer is used as the carrying device and moves the respective radiation source into different positions in order to be able to measure each radiation direction of the optical radiation source in this way. Approaching the individual positions makes the measurement very complex and time-consuming.
  • several sensors forming a matrix can be used instead of a single sensor. This allows the measurement to be accelerated, but the hardware required is relatively complex and cost-intensive.
  • the reflector screen is arranged at a distance of approx. 10 m from the radiation source.
  • the optical radiation source shines on the large reflector screen.
  • the reflection is recorded and measured using a suitable camera.
  • the camera records the entire reflector screen as far as possible. While with the far-field goniophotometer each radiation direction of the optical radiation source has to be approached individually, the screen photometer delivers the measurement data in parallel in one image.
  • the problem of the scattered light reflected back by the reflector screen is mainly caused by the size of the reflector screen. This is usually built as large as possible, usually as large as the dimensions of the light channel allow, so that the largest possible solid angle range of the light distribution can be captured with an image by the camera. The throws a corresponding amount of scattered light
  • scattered light shutters are used between the optical
  • the lens hoods cause additional expenditure on equipment.
  • Techniques are also known to computationally compensate for the influence of scattered light. For this purpose, correction values are determined with a special light source before the actual measurement.
  • the invention proposes, based on a measuring device of the type mentioned at the beginning, that the reflector is designed as a narrow reflector strip, the reflector strip and the radiation source being arranged movably with respect to one another, in such a way that the direction of movement runs transversely to the longitudinal axis of the reflector strip, and that the camera is designed as a line camera, as a multispectral camera or as a hyperspectral camera.
  • Narrow is understood to mean a reflector strip whose longitudinal dimension (in the direction of the longitudinal axis) is at least ten times, preferably at least 100 times greater than its transverse dimension (in the direction transverse to the longitudinal axis).
  • the radiation source is moved transversely to the reflector strip during the measurement by means of the support unit, so that the light cone of the radiation source is guided transversely over the reflector strip.
  • the position of the radiation source is transmitted from the carrying device to the evaluation unit. This is implemented via a communication interface.
  • the line camera or the hyperspectral camera continuously or time-discrete recordings of the reflector strip and transmit them to the evaluation unit.
  • the evaluation unit synchronizes the recordings and the position progression of the radiation source.
  • the recordings are then combined and the luminance and / or the luminous intensity distribution of the radiation source is determined on the basis of the two-dimensional image formed therefrom.
  • the time required for the measurement remains similarly low compared to the use of a large reflector screen. While multispectral cameras have 3 to 19 spectral channels for measurement, hyperspectral cameras have 20 to well over 200 spectral channels.
  • the measurement can be spectrally resolved. In this way, both the spectral reflection properties of the reflector can be calculated out and the spatial spectral radiance distribution of the optical radiation source can be determined.
  • a spectrum is recorded for each pixel.
  • the measurement can be adapted with the appropriate resolution by the camera used in each case. This means that the spectral vector recorded for each pixel can have a large number of spectral channels (e.g. over 100) if a hyperspectral camera is used, so that a quasi-continuous spectrum is recorded. If necessary, however, only eight or even fewer channels can be sufficient. In some applications, the use of an RGB camera with only three (color) channels can be sufficient for the spectral adjustment.
  • the carrying device is set up to move the radiation source transversely to the reflector screen.
  • the carrying device When it comes to the mobility of the carrying device, particular care must be taken that the entire light distribution of the optical radiation source can be mapped onto the reflector screen in the course of the movement.
  • the carrying device is designed as a goniometer.
  • the radiation source can be optimally moved for the requirements of the measurement.
  • the movement is a rotation of the radiation source, the axis of rotation running parallel to the longitudinal axis of the reflector strip.
  • the support device can be set up to rotate the radiation source about further axes, e.g. transversely to the longitudinal axis of the reflector strip, e.g. to be able to measure the light intensity distribution over a larger radiation angle range, which is in particular not limited by the dimensions of the reflector strip.
  • the carrying device and the evaluation unit are connected via a communication interface. As a result, the position or angle profile of the radiation source located on the support unit can be synchronized with the recordings of the line camera or the hyperspectral camera during the movement in a particularly simple manner.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the reflector strip has an (optionally closable) opening and that the reference sensor is arranged on the side of the reflector strip opposite the radiation source.
  • the reference sensor By means of the reference sensor, reference measurements of the light passing through the opening can be carried out at suitable times, which are used for calibration in the evaluation and evaluation of the measurement data.
  • FIG. 1 schematically, a measuring device according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 schematically the sequence of movements in the method according to the invention
  • Figure 3 schematically an inventive
  • Measuring device in a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a measuring device according to the invention for measuring an optical radiation source (for example a car headlight), which is denoted by the reference number 1.
  • the radiation source 1 is arranged on a goniometer 2a, which serves as a support device 2 for the radiation source 1.
  • the radiation source 1 can be rotated by means of the goniometer 2a, indicated by the double arrows.
  • a reflector 3 is shown which, according to the invention, is designed as a narrow, planar reflector strip 3a.
  • the reflector strip 3a is arranged at a distance from the radiation source 1, in this exemplary embodiment approx. 10 m from the radiation source 1.
  • the reflector strip 3a has a longitudinal axis A.
  • the radiation source 1 throws light onto the reflector strip 3a, indicated by the directional arrows, and the light is reflected by the reflector strip 3a.
  • the reflected light is detected by a line camera 4 directed at the reflector strip 3a, indicated by the dashed arrows.
  • the line camera is aligned in such a way that the reflector strip 3a is imaged on the detector line of the line camera, that is to say that the image of the reflector strip 3a extends in the longitudinal direction A along the detector line.
  • the detector line covers the reflector strip 3a as completely as possible, ie over its entire longitudinal extent.
  • a reference sensor 6 is arranged on the opposite side of the reflector strip 3a, which directly measures the emitted light of the optical radiation source 1 through a closable opening 5 in the reflector strip 3a.
  • the reference sensor 6 is arranged approximately 25 m away from the radiation source 1.
  • the line camera 4 also has an evaluation unit which is connected to the goniometer 2a via a suitable communication interface. In the method according to the invention for measuring the radiation source 1, it is moved transversely to the longitudinal axis A of the reflector strip 3a with the aid of the goniometer 2a, ie about an axis of rotation running parallel to the longitudinal axis A of the reflector strip 3a.
  • the movement should be designed in such a way that, over the course of the movement, as much as possible all of the emitted light from the radiation source 1 hits the reflector strip 3a, so that the entire emission characteristic is scanned in a time-sequential manner.
  • the angular profile of the radiation source 1 is transmitted from the goniometer 2a to the evaluation unit via the communication interface.
  • the line camera 4 continuously creates one-dimensional recordings of the reflector strip 3a.
  • the recordings of the line camera 4 are synchronized with the position profile of the radiation source 1, so that an angular position of the radiation source 1 can be assigned to each recording.
  • the evaluation unit can then use the one-dimensional recordings from the line camera 4 create a two-dimensional image in which the luminous intensity and / or luminance distribution is shown as a function of position.
  • Reference measurements can be carried out at suitable times via the closable opening 5 and the reference sensor 6 (e.g. a photometer) by opening the actually closed opening 5.
  • the reference data are also transmitted to the evaluation unit in order to calibrate the absolute values of the data recorded by the line camera 4 in this way.
  • Such a measuring device according to the invention is often used in practice in a light channel, in particular for measuring
  • the light channel is usually several meters wide and as long as possible (for example over 100 m) in order to be able to examine the far-field properties of the headlights as well as possible.
  • Figure 2 shows schematically the movement of a light cone 1a of the radiation source 1 relative to the reflector strip 3a.
  • the reflector screen 3a only covers the outer right edge of the light cone 1a.
  • the radiation source 1 is only rotated to the right with the aid of the goniometer 2a transversely to the longitudinal axis A of the reflector screen 3a.
  • reflector screen 3a covers the entire center axis of light cone 1a, until finally only the outer right edge of the light cone is detected at time t3.
  • the entire light emitted by the radiation source 1 is thus recorded in that the entire light cone 1a is guided once over the reflector strip 3a by the transverse movement.
  • FIG. 3 shows schematically a second embodiment of a measuring device according to the invention.
  • a hyperspectral camera 7 is now used to record the reflector strip 3a.
  • the reflector strip 3a is also designed as a narrow strip in this exemplary embodiment, however somewhat wider than in the exemplary embodiment from FIG. 1. The wider design is possible because residual influences of scattered light can be calculated out by means of the recordings of the hyperspectral camera 7.
  • the hyperspectral camera 7 records a spectrally resolved vector for each point of the reflector strip along its length instead of a radiance value with a fixed spectral evaluation (e.g. luminance).
  • a fixed spectral evaluation e.g. luminance
  • the radiation source 1 is moved transversely to the longitudinal axis A of the reflector strip 3a, while the hyperspectral camera 7 creates position-synchronous recordings, which are then combined to form a two-dimensional, spatially and additionally spectrally resolved radiance distribution.
  • Both the imperfect spectral aselectivity of the reflector strips 3a can be compensated and, if the spectral resolution of the hyperspectral camera is sufficiently high, the V ⁇ ) evaluation (according to the spectrally dependent brightness perception of the human eye) of the luminance can be adhered to more precisely than with a camera -Full filtering is possible with conventional screen photometers.
  • the measured spectra can be evaluated directly or any other color measurements can be calculated from them.
  • the use of a hyperspectral camera 7 thus has considerable advantages even with reflector screens such as are used in known screen photometers or also with known goniophotometers.
  • Hyperspectral cameras based on imaging spectrometers are generally built with an imaging transmission or reflection spectrometer that generates the associated spectra for a strip-shaped area of the image of the measurement object.
  • an imaging transmission or reflection spectrometer that generates the associated spectra for a strip-shaped area of the image of the measurement object.
  • a multispectral camera with up to 19 Spectral channels are used instead of the hyperspectral camera with 20 or more spectral channels.
  • the spectral triggering is not as high as with a hyperspectral camera, but it is absolutely sufficient for the respective application.
  • the solution according to the invention is characterized by a very effective reduction in the scattered light.
  • the solution according to the invention requires a reflector strip 3a with only a fraction of the size of reflector screens that are used in conventional screen photometers. Tests and calculations have shown that the scattered light caused by multiple reflections decreases disproportionately by the approach according to the invention. Especially for measuring

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für die Vermessung einer optischen Strahlungsquelle (1), aufweisend eine die zu vermessende Strahlungsquelle haltende Tragvorrichtung (2), mindestens einen Referenzsensor (6), mindestens einen Reflektor (3), mindestens eine Kamera und mindestens eine Auswerteeinheit. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer Vermessung unter Verwendung einer solchen Messvorrichtung. Ziel der Erfindung ist es, das Streulicht solcher Messvorrichtungen weitestgehend zu reduzieren, ohne dabei den Messaufwand nennenswert zu erhöhen. Hierzu schlägt die Erfindung vor, dass der Reflektor (3) als schmaler Reflektorstreifen (3a) ausgebildet ist, wobei der Reflektorstreifen (3a) und die Strahlungsquelle (1) beweglich zueinander angeordnet sind, derart, dass die Bewegungsrichtung quer zur Längsachse (A) des Reflektorstreifens (3a) verläuft, und dass die Kamera als Zeilenkamera (4) als Multispektralkamera oder als Hyperspektralkamera (7) ausgebildet ist.

Description

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Verfahren zur Durchführunq einer Vermessung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für die Vermessung einer optischen Strahlungsquelle, aufweisend eine die zu vermessende Strahlungsquelle haltende Tragvorrichtung, mindestens einen Referenzsensor, mindestens einen von der Strahlungsquelle separat und beabstandet angeordneten Reflektor, mindestens eine Kamera und mindestens eine Auswerteeinheit. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer Vermessung unter Verwendung einer solchen Messvorrichtung.
Die zu vermessenden Strahlungsquellen sind beispielsweise LEDs, LED-Arrays sowie Scheinwerfer und andere gerichtete Lichtquellen. Zur Bestimmung der Lichtstärkeverteilung von optischen Strahlungsquellen, insbesondere von Fahrzeugscheinwerfern und ähnlichen Lichtquellen, werden sogenannte Fernfeld-Goniophotometer eingesetzt. Die Messsensorik, beispielsweise ein Photometer, ist in der Regel fest installiert. Als Tragvorrichtung dient ein Goniometer, das die jeweilige Strahlungsquelle in verschiedene Positionen fährt, um auf diese Weise jede Abstrahlrichtung der optischen Strahlungsquelle vermessen zu können. Das Anfahren der einzelnen Positionen macht die Vermessung sehr aufwendig und zeitintensiv. Um die Vermessung zu beschleunigen, können anstatt eines einzelnen Sensors mehrere eine Matrix bildende Sensoren verwendet werden. Hierdurch kann die Messung beschleunigt werden, allerdings ist die benötigte Hardware relativ aufwendig und kostenintensiv. Daher ist man dazu übergegangen, Messvorrichtungen mit einem großflächigen Reflektorschirm als Reflektor und einer Kamera, sogenannte Screenphotometer, einzusetzen, um kürzere Messzeiten mit relativ niedrigem Hardwareaufwand zu erzielen. Der Reflektorschirm ist hierbei beabstandet in ca. 10 m Entfernung von der Strahlungsquelle angeordnet. Die optische Strahlungsquelle leuchtet auf den großflächigen Reflektorschirm. Die Reflektion wird mittels einer geeigneten Kamera aufgezeichnet und vermessen. Die Kamera erfasst hierbei möglichst den gesamten Reflektorschirm. Während beim Fernfeld-Goniophotometer jede Abstrahlrichtung der optischen Strahlungsquelle einzeln angefahren werden muss, liefert das Screenphotometer die Messdaten parallel in einem Bild.
Ein Problem stellt allerdings das von dem großflächigen Reflektorschirm reflektierte Streulicht dar, welches nach weiterer Reflexion an den Raumwänden zurück auf den Reflektorschirm gelangt und speziell bei der Messung an Autoscheinwerfern mit ihren ausgeprägten Hell-Dunkel-Grenzen den messbaren Dynamikbereich stark einschränkt. Das Problem des vom Reflektorschirm zurückreflektierten Streulichts wird vor allem durch die Größe des Reflektorschirms verursacht. Dieser wird üblicherweise so groß wie möglich, meist so groß wie die Abmessungen des Lichtkanals es erlauben, gebaut, damit ein möglichst großer Raumwinkelbereich der Lichtverteilung mit einem Bild von der Kamera erfasst werden kann. Entsprechend viel Streulicht wirft der
Projektionsschirm in den Raum zurück. Ein weiteres Problem stellt der aufgrund des nicht aselektiv reflektierenden Reflektorschirms nur schwierig realisierbare Spektralangleich dar.
Zur Streulichtreduktion werden bei bekannten Realisierungen eines Screenphotometers vor allem Streulichtblenden zwischen der optischen
Strahlungsquelle und dem Reflektorschirm eingesetzt. Die Streulichtblenden verursachen einen zusätzlichen apparativen Aufwand. Weiterhin sind Techniken bekannt, den Streulichteinfluss rechnerisch zu kompensieren. Dazu werden vor der eigentlichen Messung mit einer speziellen Lichtquelle Korrekturwerte ermittelt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung der zuvor beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass die bei der Vermessung der Fernfeld-Eigenschaften einer Strahlungsquelle auftretenden Nachteile von bekannten Screenphotometern möglichst weitgehend überwunden werden. Hierbei besteht insbesondere der Zielkonflikt zwischen einer schnellen, einer genauen und aussagekräftigen sowie einer besonders wirtschaftlichen Messung.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einer Messvorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass der Reflektor als schmaler Reflektorstreifen ausgebildet ist, wobei der Reflektorstreifen und die Strahlungsquelle beweglich zueinander angeordnet sind, derart, dass die Bewegungsrichtung quer zur Längsachse des Reflektorstreifens verläuft, und dass die Kamera als Zeilenkamera, als Multispektralkamera oder als Hyperspektralkamera ausgebildet ist.
Durch Reduzierung des Reflektors von einem möglichst großflächigen Reflektorschirm zu einem schmalen Reflektorstreifen wird das Streulicht drastisch reduziert. Unter schmal wird ein Reflektorstreifen verstanden, dessen Längsabmessung (in Richtung der Längsachse) um mindestens das Zehnfache, vorzugsweise um mindestens das Hundertfache größer ist als dessen Querabmessung (in Richtung quer zur Längsachse). Erfindungsgemäß wird die Strahlungsquelle bei der Vermessung mittels der Trageinheit quer zum Reflektorstreifen bewegt, so dass der Lichtkegel der Strahlungsquelle quer über den Reflektorstreifen geführt wird. Der Positionsverlauf der Strahlungsquelle wird von der Tragvorrichtung an die Auswerteeinheit übermittelt. Dies wird über eine Kommunikationsschnittstelle realisiert. Die Zeilenkamera oder die Hyperspektralkamera erstellen kontinuierlich oder zeitdiskret Aufnahmen des Reflektorstreifens und übermitteln diese an die Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit synchronisiert die Aufnahmen und den Positionsverlauf der Strahlungsquelle. Anschließend werden die Aufnahmen zusammengefügt und anhand der daraus gebildeten zweidimensionalen Abbildung die Leuchtdichte- und/oder die Lichtstärkeverteilung der Strahlungsquelle ermittelt. Der Zeitaufwand der Vermessung bleibt gegenüber dem Einsatz eines großflächigen Reflektorschirms ähnlich gering. Während Multispektralkameras 3 bis 19 Spektralkanäle zur Vermessung aufweisen, verfügen Hyperspektralkameras über 20 bis weit über 200 Spektralkanäle.
Beim Einsatz der Multispektralkamera oder der Hyperspektralkamera kann die Vermessung spektral aufgelöst werden. Hierdurch können sowohl die spektralen Reflexionseigenschaften des Reflektors herausgerechnet als auch die räumliche spektrale Strahldichteverteilung der optischen Strahlungsquelle bestimmt werden. Bei der Vermessung wird für jeden Bildpunkt ein Spektrum erfasst. Je nach notwendiger Messgenauigkeit, kann die Vermessung mit entsprechender Auflösung durch die jeweils eingesetzte Kamera angepasst werden. D.h., dass der für jeden Bildpunkt erfasste Spektralvektor sehr viele Spektralkanäle (z.B. über 100) aufweisen kann, wenn eine Hyperspektralkamera eingesetzt wird, sodass ein quasikontinuierliches Spektrum aufgezeichnet wird. Gegebenenfalls können aber auch nur acht oder sogar weniger Kanäle ausreichen. In einigen Anwendungsfällen kann sogar die Anwendung einer RGB-Kamera mit nur drei (Farb-)Kanälen für den spektralen Angleich ausreichend sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Tragvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle quer zum Reflektorschirm zu bewegen. Bei der Beweglichkeit der Tragvorrichtung ist insbesondere darauf zu achten, dass die gesamte Lichtverteilung der optischen Strahlungsquelle im Verlauf der Bewegung auf dem Reflektorschirm abgebildet werden kann.
Besonders zweckmäßig ist es, dass die Tragvorrichtung als Goniometer ausgebildet ist. Mittels des Goniometers ist die Strahlungsquelle für die Anforderungen bei der Vermessung optimal beweglich. Die Bewegung ist in diesem Falle eine Drehung der Strahlungsquelle, wobei die Drehachse parallel zur Längsachse des Reflektorstreifens verläuft. Weiterhin kann die Tragvorrichtung dazu eingerichtet sein, die Strahlungsquelle um weitere Achsen, z.B. quer zur Längsachse des Reflektorstreifens zu rotieren, z.B. um die Lichtstärkeverteilung über einen größeren Abstrahlwinkelbereich, der insbesondere nicht durch die Abmessungen des Reflektorstreifens beschränkt ist, vermessen zu können. Zudem ist es besonders sinnvoll, wenn die Tragvorrichtung und die Auswerteeinheit über eine Kommunikationsschnittstelle verbunden sind. Flierdurch lässt sich auf besonders einfache Art und Weise der Positions- bzw. Winkelverlauf der auf der Trageinheit befindlichen Strahlungsquelle während der Bewegung mit den Aufnahmen der Zeilenkamera bzw. der Hyperspektralkamera synchronisieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Reflektorstreifen eine (optional verschließbare) Öffnung aufweist und dass der Referenzsensor auf der der Strahlungsquelle gegenüberliegenden Seite des Reflektorstreifens angeordnet ist. Mittels des Referenzsensors können zu geeigneten Zeitpunkten Referenzmessungen des durch die Öffnung hindurchtretenden Lichts durchgeführt werden, die bei der Aus- und Bewertung der Messdaten zur Kalibrierung dienen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : schematisch eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
Figur 2: schematisch den Bewegungsablauf bei dem erfindungsgemäßen Verfahren;
Figur 3: schematisch eine erfindungsgemäße
Messvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Vermessung einer optischen Strahlungsquelle (z.B. ein Autoscheinwerfer), die mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Die Strahlungsquelle 1 ist auf einem Goniometer 2a angeordnet, das als Tragvorrichtung 2 für die Strahlungsquelle 1 dient. Die Strahlungsquelle 1 kann mittels des Goniometers 2a rotiert werden, angedeutet durch die Doppelpfeile. Des Weiteren ist ein Reflektor 3 dargestellt, der erfindungsgemäß als schmaler, planer Reflektorstreifen 3a ausgebildet ist. Der Reflektorstreifen 3a ist beabstandet von der Strahlungsquelle 1 angeordnet, in diesem Ausführungsbeispiel ca. 10 m von der Strahlungsquelle 1 entfernt. Der Reflektorstreifen 3a weist eine Längsachse A auf. Die Strahlungsquelle 1 wirft Licht auf den Reflektorstreifen 3a, angedeutet durch die Richtungspfeile, und das Licht wird vom Reflektorstreifen 3a reflektiert. Das reflektierte Licht wird von einer auf den Reflektorstreifen 3a gerichteten Zeilenkamera 4 erfasst, angedeutet durch die gestrichelten Pfeile. Die Zeilenkamera ist so ausgerichtet, dass der Reflektorstreifen 3a auf der Detektorzeile der Zeilenkamera abgebildet wird, d.h., dass sich das Abbild des Reflektorstreifens 3a in Längsrichtung A entlang der Detektorzeile erstreckt. Die Detektorzeile erfasst den Reflektorstreifen 3a möglichst vollständig, d.h. über dessen gesamte Längserstreckung. Schließlich ist auf der gegenüberliegenden Seite des Reflektorstreifens 3a ein Referenzsensor 6 angeordnet, der durch eine verschließbare Öffnung 5 im Reflektorstreifen 3a das ausgestrahlte Licht der optischen Strahlungsquelle 1 direkt misst. Der Referenzsensor 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel ca. 25 m von der Strahlungsquelle 1 entfernt angeordnet. Die Zeilenkamera 4 verfügt zudem über eine Auswerteeinheit, die über eine geeignete Kommunikationsschnittstelle mit dem Goniometer 2a in Verbindung steht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermessung der Strahlungsquelle 1 wird diese mithilfe des Goniometers 2a quer zur Längsachse A des Reflektorstreifens 3a bewegt, d.h. um eine parallel zur Längsachse A des Reflektorstreifens 3a verlaufende Drehachse. Die Bewegung sollte dabei so ausgelegt sein, dass über den Verlauf der Bewegung möglichst das gesamte abgestrahlte Licht der Strahlungsquelle 1 auf den Reflektorstreifen 3a trifft, so dass die gesamte Abstrahlcharakteristik zeitsequentiell abgetastet wird. Der Winkelverlauf der Strahlungsquelle 1 wird über die Kommunikationsschnittstelle vom Goniometer 2a an die Auswerteeinheit übermittelt. Die Zeilenkamera 4 erstellt fortlaufend eindimensionale Aufnahmen des Reflektorstreifens 3a. Die Aufnahmen der Zeilenkamera 4 werden mit dem Positionsverlauf der Strahlungsquelle 1 synchronisiert, so dass jeder Aufnahme eine Winkelposition der Strahlungsquelle 1 zugeordnet werden kann. Anhand dieser Daten kann die Auswerteeinheit dann aus den eindimensionalen Aufnahmen der Zeilenkamera 4 eine zweidimensionale Abbildung erstellen, in der die Lichtstärke- und oder Leuchtdichteverteilung als Funktion der Position dargestellt wird.
Über die verschließbare Öffnung 5 und den Referenzsensor 6 (z.B. ein Photometer) können zu geeigneten Zeitpunkten Referenzmessungen durchgeführt werden, indem die eigentlich verschlossene Öffnung 5 geöffnet wird. Die Referenzdaten werden ebenfalls an die Auswerteeinheit übermittelt, um auf diese Weise die Absolutwerte der über die Zeilenkamera 4 erfassten Daten zu kalibrieren.
Eine solche erfindungsgemäße Messvorrichtung wird in der Praxis häufig in einem Lichtkanal eingesetzt, insbesondere zum vermessen von
Autoscheinwerfern. Der Lichtkanal ist hierbei in der Regel mehrere Meter breit und möglichst lang (beispielsweise über 100m), um die Fernfeld-Eigenschaften der Scheinwerfer möglichst gut untersuchen zu können. Wie oben beschrieben, wird durch den erfindungsgemäßen Einsatz des schmalen Reflektorstreifens 3a anstelle eines großflächigen Reflektorschirms das an den Wänden des
Lichtkanals reflektierte Streulicht minimiert.
Figur 2 zeigt schematisch die Bewegung eines Lichtkegels 1a der Strahlungsquelle 1 relativ zum Reflektorstreifen 3a. Zum Zeitpunkt t1 erfasst der Reflektorschirm 3a lediglich den äußeren rechten Rand des Lichtkegels 1a. Die Strahlungsquelle 1 wird nur mithilfe des Goniometers 2a quer zur Längsachse A des Reflektorschirms 3a nach rechts gedreht. Zum Zeitpunkt t2 erfasst der Reflektorschirm 3a die gesamte Mittelachse des Lichtkegels 1a, bis schließlich zum Zeitpunkt t3 nur noch der äußere rechte Rand des Lichtkegels erfasst wird. Insgesamt wird somit das gesamte abgestrahlte Licht der Strahlungsquelle 1 erfasst, indem der gesamte Lichtkegel 1a durch die Querbewegung einmal über den Reflektorstreifen 3a geführt wird.
Figur 3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung. Anstelle der Zeilenkamera 4 aus dem ersten Ausführungsbeispiel wird nun eine Hyperspektralkamera 7 für die Aufnahmen des Reflektorstreifens 3a eingesetzt. Der Reflektorstreifen 3a ist in diesem Ausführungsbeispiel auch als schmaler Streifen ausgeführt, allerdings etwas breiter als in dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1. Die breitere Ausführung ist möglich, weil mittels der Aufnahmen der Hyperspektralkamera 7 verbleibende Einflüsse von Streulicht herausgerechnet werden können.
Die Hyperspektralkamera 7 erfasst für jeden Punkt des Reflektorstreifens entlang seiner Längserstreckung statt eines Strahldichtewerts mit fester spektraler Bewertung (z.B. Leuchtdichte) einen spektral aufgelösten Vektor. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird die Strahlungsquelle 1 quer zur Längsachse A des Reflektorstreifens 3a bewegt, während die Hyperspektralkamera 7 positionssynchron Aufnahmen erstellt, die anschließend zu einer zweidimensional räumlich und zusätzlich spektral aufgelösten Strahldichteverteilung zusammengesetzt werden. Durch Faltung der spektralen Strahldichteverteilung mit einer geeigneten, die spektralen Eigenschaften des Reflexionsstreifens 3a berücksichtigenden spektralen Bewertungsfunktion kann eine zweidimensional räumlich aufgelöste Leuchtdichteverteilung mit einem theoretisch beliebig genauen Spektralangleich ermittelt werden.
Es kann sowohl die nicht perfekte spektrale Aselektivität der Reflektorstreifens 3a kompensiert werden, als auch bei ausreichend hoher spektraler Auflösung der Hyperspektralkamera die V^)-Bewertung (gemäß der spektral abhängigen Helligkeitsempfindung des menschlichen Auges) der Leuchtdichte genauer eingehalten werden, als es mit einer Kamera-Vollfilterung bei herkömmlichen Screenphotometern möglich ist. Zum anderen können die gemessen Spektren direkt ausgewertet oder daraus beliebige andere Farbmaßzahlen berechnet werden. Somit weist der Einsatz einer Hyperspektralkamera 7 selbst bei Reflektorschirmen, wie sie in bekannten Screenphotometern eingesetzt werden, oder auch bei bekannten Goniophotometern erhebliche Vorteile auf.
Hyperspektralkameras auf Basis von bildgebenden Spektrometern werden im Allgemeinen mit einem abbildenden Transmissions- oder Reflexionsspektrometer aufgebaut, das jeweils für einen streifenförmigen Bereich des Bildes des Messobjekts die zugehörigen Spektren erzeugt. Je nach Anwendungsfall kann anstelle der Hyperspektralkamera mit 20 oder mehr Spektralkanälen auch eine Multispektralkamera mit bis zu 19 Spektralkanälen eingesetzt werden. Die spektrale Auslösung ist bejm Einsatz der Multispektralkamera nicht so hoch wie bei einer Hyperspektralkamera, aber absolut ausreichend für den entsprechenden Anwendungsfall.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch eine sehr wirksame Reduktion des Streulichts aus. Wie oben beschrieben, benötigt die erfindungsgemäße Lösung einen Reflektorstreifen 3a mit nur einem Bruchteil der Größe von Reflektorschirmen, die bei herkömmlichen Screenphotometern verwendet werden. Versuche und Berechnungen haben gezeigt, dass das durch Mehrfachreflexion verursachte Streulicht durch den erfindungsgemäßen Ansatz überproportional stark abnimmt. Besonders für die Vermessung von
Automobilscheinwerfen ist dies ein wichtiger Vorteil, denn Lichtverteilungen von Autoscheinwerfern weisen oft sehr große Kontraste auf. Bei der Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Screenphotometern werden die dunklen Bereiche leicht vom Streulicht überstrahlt und können dann nicht mehr korrekt gemessen werden. Diese Nachteile werden durch die Erfindung überwunden.
Durch die erfindungsgemäß zusätzlich notwendige Bewegung der Strahlungsquelle 1 quer zur Längsachse A des Reflektorstreifens 3a, die parallelen Aufnahmen durch die Zeilenkamera 4 bzw. Hyperspektralkamera 7 und das anschließende Zusammenfügen der einzelnen Aufnahmen, wird zwar geringfügig mehr Zeit benötigt als bei herkömmlichen Screenphotometern, dies wird jedoch kompensiert durch die Vermeidung von Messungenauigkeiten aufgrund von Streulichtreflexionen.
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Bezugszeichenliste:
1 Strahlungsquelle
2 Trageinrichtung
2a Goniometer 3 Reflektor
3a Reflektorstreifen
4 Zeilenkamera
5 Öffnung
6 Referenzsensor 7 Hyperspektralkamera

Claims

Patentansprüche
1. Messvorrichtung für die Vermessung einer optischen Strahlungsquelle (1), aufweisend eine die zu vermessende Strahlungsquelle (1) haltende Tragvorrichtung (2), mindestens einen Reflektor (3), mindestens eine Kamera und mindestens eine Auswerteeinheit, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Reflektor (3) als schmaler Reflektorstreifen (3a) ausgebildet ist, wobei der Reflektorstreifen (3a) und die Strahlungsquelle (1) beweglich zueinander angeordnet sind, derart, dass die Bewegungsrichtung quer zur Längsachse (A) des Reflektorstreifens (3a) verläuft, und dass die Kamera als Zeilenkamera (4), Multispektralkamera oder als Hyperspektralkamera (7) ausgebildet ist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tragvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle (1) quer zur
Längsachse (A) des Reflektorstreifens (3a) zu bewegen.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragvorrichtung (2) als Goniometer (2a) ausgebildet ist.
4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragvorrichtung (2) dazu eingerichtet ist, die Strahlungsquelle (1) um mindestens eine Drehachse zu rotieren.
5. Messvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragvorrichtung (2) und die Auswerteeinheit über eine Kommunikationsschnittstelle verbunden sind.
6. Messvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorstreifen (3a) eine Öffnung (5) aufweist und dass ein Referenzsensor (6) auf der der Strahlungsquelle (1) gegenüberliegenden Seite des Reflektorstreifens (3a) angeordnet ist.
7. Messvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorstreifen (3a) mindestens 5 m, vorzugsweise mindestens 9 m von der Strahlungsquelle (1) entfernt angeordnet ist.
8. Messvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorstreifen (3a) plan ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Vermessung einer optischen Strahlungsquelle (1) unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei dem, eine Strahlungsquelle (1) mittels der Tragvorrichtung (2) quer zum Reflektorstreifen (3a) bewegt wird, der Positionsverlauf der Strahlungsquelle (1) von der Tragvorrichtung (2) an die Auswerteeinheit übermittelt wird, die Zeilenkamera (4), die Multispektralkamera oder die Hyperspektralkamera (7) kontinuierlich oder zeitdiskret Aufnahmen des Reflektorstreifens (3a) erstellen und diese an die Auswerteeinheit übermitteln, die Aufnahmen und der Positionsverlauf der Strahlungsquelle synchronisiert werden, die Aufnahmen anschließend zu einer zweidimensionalen Abbildung zusammengefügt werden und anhand der zweidimensionalen Abbildung die Leuchtdichte- und/oder die Lichtstärkeverteilung der Strahlungsquelle (1) ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spektralangleich durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Referenzsensors (6) Referenzmessungen durchführt werden und diese an die Auswerteeinheit übermittelt werden.
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