DE69404643T2 - Goniophotometer - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Goniophotometer und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich ein Goniophotometer, welches bei der Charakterisierung glänzender Oberflächen verwendet wird.
• Glanz bezeichnet die Wahrnehmung des funkelnden oder glänzenden Erscheinigungsbildes einer Oberfläche, wie es von einem Beobachter aufgenommen wird, wenn Licht von dieser Oberfläche reflektiert wird. Er ist am ausgeprägtesten bei polierten Metalloberflächen, wie z.B. Spiegeln, bei denen eine plötzliche Helligkeitszunahme im Spiegelwinkel oder im Bereich des Spiegelwinkels auftritt, das heißt, wenn der Beobachtungswinkel gleich dem Einfallswinkel des Lichts auf die Oberfläche ist, wobei die Winkel zur Normalen der Oberfläche gemessen werden.
• Standard-Glanzmesser messen den Glanz über den Grad, zu dem die Oberfläche einen perfekten Spiegel hinsichtlich ihrer Fähigkeit simuliert, einfallendes Licht zu reflektieren. Ein paralleler Lichtstrahl wird auf die Oberfläche gestrahlt und die unter dem Spiegelwinkel reflektierte Lichtmenge gemessen. Die internationale Norm ISO 281301978 "Messung des Spiegelglanzes" gibt als bevorzugten Standard- Spiegelwinkel einen Winkel von 200 an, bei dem die Intensität des reflektierten Lichts im Bereich hohen Glanzes besser differenziert werden kann. Aus der üblichen Praxis ist auch die Verwendung eines hochpolierten schwarzen Glases mit einem Brechungsindex von 1,567 als Referenzoberfläche bekannt, welcher ein Spiegel-Glanzwert von 100 für alle Geometrien zugewiesen wird.
• Eine Verringerung des Glanzes entsteht hauptsächlich durch Oberflächenfehler und -rauhigkeit, durch die das Licht unter Winkeln reflektiert wird, welche vom Spiegelwinkel etwas abliegen. Ein Standard-Glanzmesser erfaßt einen Abfall im Glanz, gibt jedoch keine quantitative oder qualitative Information über die Winkelverteilung des reflektierten Lichts im Bereich um den Spiegelwinkel, was es ermöglichen würde, die hierfür verantwortlichen Oberflächenmerkmale zu charakterisieren.
• Die Charakterisierung des Glanzes erfolgte in Form von sechs unterschiedlichen visuellen Kriterien, welche auf Messungen des Reflexionsvermögens bei bestimmten Winkeln basieren (RS Hunter 1952, "Gloss Evaluation Materials" ASTM Bulletin No. 186). Diese Kriterien sind wie folgt:
• Subjektive Bewertungen des Glanzes sind weit verbreitet, wobei die übereinstimmung der Beurteilung von Beobachter zu Beobachter jedoch gering sein kann.
• Versuche, die Klarheit des Bildes, den Schleier, die Trübung und die Oberflächengleichförmigkeit zu bewerten oder zu messen, sind in der Literatur beschrieben. Die visuellen Verfahren machen allgemein von einem Beobachtungskasten mit einer Lichtquelle Gebrauch, in dessen Vorderseite ein durchscheinender Schirm vorhanden ist, welcher Reihen von zur Seite hin umgedrehten Buchstaben und Zahlen trägt.
• Die Höhe dieser Zeichen verringert sich von Reihe zu Reihe von oben nach unten. Eine Tafel mit der zu bewertenden Oberfläche wird am abliegenden Ende des Kastens angebracht und durch eine Öffnung oberhalb der Lichtquelle betrachtet. Die Bild-Klarheit ergibt sich als Bewertung in Form jenes Zeichens, von dem der Betrachter der Ansicht ist, daß es keine Bildverzerrung aufweist. Der genaue Endpunkt ist jedoch auch hier einer individuellen Interpretation unterworfen.
• Um das Beobachtungskasten-Verfahren besser zu objektivieren, wurde dieses insofern modifiziert, als der Lichtstrahl durch einen rotierenden optischen Kamm unterbrochen und das flackernde Licht von einem einzelnen als Photoelektronenvervielfacher ausgebildeten Detektor erfaßt wird.
• Ein Nachteil bei der Messung des Hell-Dunkel-Übergangs, welcher auf diese Weise oder durch Gittermuster bewirkt wird, ist, daß die Ergebnisse empirisch sind und weiterhin auf subjektive Weise mit beobachteten Wahrnehmungen von Glanz und Trübung verglichen werden müssen.
• Objektive instrumentelle Verfahren für die Bewertung von Glanz und Trübung verwenden eine Technik, welche Goniophotometrie genannt wird. Bei dieser wird die Winkelverteilung des von einer Oberfläche reflektierten Lichtes gemessen. Ein Goniophotometer umfaßt üblicherweise eine Lichtquelle und eine damit verbundene Optik, welche dazu dienen, eine Testoberf läche mit kollimiertem Licht unter einem gewünschten Einfallswinkel auszuleuchten, und einen einzelnen Lichtdetektor, welcher in einem Kreisbogen bewegt werden kann, dessen Mittelpunkt der Beleuchtungspunkt auf der Oberfläche ist. Die reflektierte Lichtintensität wird unter vielen unterschiedlichen Reflexionswinkeln auf diesem Kreisbogen gemessen. Mit den so erhaltenen Daten erhält man Informationen über die Lichtreflexionseigenschaften der Oberfläche.
• Eine als Glanzmesser bekannte Vorrichtung umfaßt einen os einzelnen Lichtdetektor, welcher fest steht. Da der Lichtdetektor nicht beweglich ist, müssen die Messungen durchgeführt werden, indem das Licht gemessen wird, welches auf den einen Detektor fällt. Die hierdurch erhaltene Information ist jedoch insofern unvollständig, als Licht, welches nicht auf den Detektor fällt, überhaupt nicht erfaßt wird.
• Um mehr Informationen zu erhalten, ist es somit notwendig, den einen Lichtdetektor um den Mittelpunkt der Beleuchtung zu bewegen, so daß die Intensität des Lichts gemessen wird, welches an verschiedenen um den Mittelpunkt herum liegenden Punkten, wie oben beschrieben, einfällt.
• In der Vergangenheit durchgeführte Untersuchungen der Bildschärfe und der Winkelverteilung des Lichts haben deutlich gemacht, wie wichtig es ist, den Grad der Streuung des gespiegelten Lichtes zu messen. Die relevanten Winkelbereiche oder Abweichungen vom Spiegelwinkel sind jedoch kleiner als 20. Es hat sich herausgestellt, daß es schwierig ist, in diesem Bereich reproduzierbare Meßwerte mit Goniophotometern variabler Geometrie zu erhalten.
• Qualitätsmerkmale, wie z. B. die Klarheit eines Bildes, hängen von derartig kleinen Abweichungen vom Spiegelwinkel ab, daß man an die Grenzen der Auflösung stößt, welche mit Instrumenten erzielbar ist, die einen einzigen Photodetektor verwenden.
• Die Benutzung der bekannten Goniophotometer ist zeitaufwendig, und zwar beim Ermitteln ebenso wie bei der Analyse der Ergebnisse, welche von den Abmessungen des Instruments beeinflußt werden, insbesondere von der Breite der Spaltöffnung am Detektor im Vergleich zu der an der Lichtquelle.
• Ein Instrument, mit dem die Klarheit eines Bildes erfaßt werden soll, muß darüber hinaus den schnellen übergang von der spiegelnden zur diffusen Reflexion auflösen können, welcher durch geringe Änderungen des Betrachtungswinkels bewirkt wird.
• Im Falle von Detektoren mit einer photoelektrischen Zelle wird dies dadurch erreicht, daß eine Sehfeldblende mit einer schmalen Öffnung verwendet wird, mit der der Aufnahmewinkel auf ein Minimum begrenzt wird, wobei die Öffnung jedoch nicht so schmal ist, daß zu wenig Licht am Detektor eintrifft und kein ausreichend starkes Signal erzeugt wird.
• Die Betrachtung der sechs unterschiedlichen oben aufgeführten Sichtkriterien hat die Fachleute auf diesem Gebiet dazu geführt, zu versuchen, das Verhältnis zwischen dem Spiegel-Reflexionsvermögen und sehr kleinen Winkeln des Spiegel-Reflektonsvermögens zu messen.
• Ein Verfahren, mit dem der Glanz von gekrümmten Oberflächen unter Verwendung eines Linien-CCD-Sensors gemessen werden kann, ist in "Electronics and Communications in Japan Part II-Electronics, Volume 69, No. 6, 1986, New York, USA, Seiten 91 bis 100", von T. Aida et al. offenbart.
• Erfindungsgemäß wird ein Goniophotometer geschaffen mit:
• einer Lichtquelle;
• einer Öffnung, durch welche Licht von der Lichtquelle auf eine zu prüfende Oberfläche gerichtet werden kann;
• und
• einer Detektoreinrichtung, welche eine Mehrzahl von Detektoreinheiten umfaßt, auf welche ein Bild der Öffnung durch eine Fokussiereinrichtung fokussiert wird, die so eingerichtet ist, daß im Gebrauch das Bild der Öffnung eine Breite aufweist, die im wesentlichen von derselben Größenordnung wie die Breite einer Detektoreinheit ist.
• Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann die Winkelverteilung des von der zu prüfenden Oberfläche reflektierten Lichts gemessen werden. Das erfindungsgemäße Goniophotometer mißt effektiv die Wirkung der Oberfläche auf das Bild der Öffnung, welches auf die Oberfläche der Detektoreinrichtung fokussiert wird.
• Indem eine Detektoreinrichtung vorliegt, welche eine Mehrzahl von Detektoreinheiten umfaßt, können detaillierte Informationen über die sich im Test befindende Oberfläche dadurch gesammelt werden, daß die Intensität des Lichtes gemessen wird, welches auf jeden der einzelnen Detektoren fällt, welche die Detektoreinrichtung bilden.
• Die vorliegende Erfindung mißt somit Variationen im reflektierten Lichtfluß im Spiegelwinkel oder im Bereich des Spiegelwinkels, wobei jedoch Signalverzerrungen vermieden werden, welche von engen Sehfeldblenden oder beweglichen Komponenten herrühren, welche den unteren Randbereich der goniophotometrischen Kurve undeutlich machen.
• Das Goniophotometer umfaßt vorzugsweise ferner eine Fokussiereinrichtung, mit welcher aus dem Licht ein kollimierter Strahl gebildet wird, nachdem es durch die Öffnung getreten ist, und mit welcher das Licht auf die zu testende Oberfläche und das reflektierte Licht auf die os Detektoreinrichtung fokussiert wird.
• Die Fokussiereinrichtung umfaßt vorzugsweise eine erste Linse, mit welcher das Licht kollimiert wird, bevor es die zu testende Oberfläche beleuchtet, und eine zweite Linse, mit welcher das reflektierte Licht auf die Detektoreinrichtung fokussiert wird.
• Die Breite der Öffnung ist vorzugsweise im wesentlichen gleich der doppelten Breite der Detektoreinheit.
• Eine individuelle Detektoreinheit und die Öffnung weisen vorteilhafterweise im wesentlichen dieselbe Form auf, welche vorzugsweise rechteckig ist.
• Alternativ kann die Öffnung kreisförmig und z.B. durch ein kleines Loch ("Pinhole") gebildet sein, wobei die Breite des Loches im wesentlichen gleich der Breite einer individuellen Detektoreinheit ist.
• In diesem Fall ist die Höhe der Öffnung kleiner als die Öffnung eines individuellen Detektors, so daß die Erfindung nicht so wirkungsvoll ist wie sie an sich sein kann.
• Standard-Glanzmesser verwenden eine Glühlampe als Lichtquelle, wobei jedoch deren Instabilität aufgrund der Wärmeexpansion des Glühfadens und ihre Zerbrechlichkeit nachteilig sind. Für die vorliegende Erfindung wird die Verwendung einer LED bevorzugt.
• Die Detektoreinrichtung umfaßt vorzugsweise einen linearen Photodioden-Array, welcher individuelle Photodioden umfaßt.
• Zwar kann ein herkömmliches Goniophotometer mit einem einzigen, jedoch beweglichen Detektor verwendet werden, um durch Bewegen des einzigen Detektors Informationen über eine zu testende Oberfläche zu erhalten. Es ist jedoch normalerweise nicht möglich, detaillierte Informationen von einer solchen Einrichtung zu bekommen. Durch die vorliegende Erfindung können die Daten in kleinen Schritten mit hoher Winkelauflösung quantifiziert werden.
• Anders ausgedrückt: Das erfindungsgemäße Goniophotometer kann die Veränderung der Lichtintensitat im Spiegelreflektionswinkel oder im Bereich des Spiegelreflektionswinkels in einer Reihe von hochauflösenden Schritten aufzeichnen und auswerten und so ein Intensitätsprofil des reflektierten Lichts geben.
• Die vorliegende Erfindung benötigt keinerlei Blenden, Feldöffnungen oder Filter im Weg des reflektierten Lichts und ermöglicht hierdurch die Durchführung detaillierter Messungen der Veränderung der Lichtintensität in einem Bereich von bis zu einigen Grad auf jeder Seite des Spiegelwinkels.
• Die vorliegende Erfindung schafft ein Goniometer, mit dem der Oberflächenglanz und die Oberflächentrübung gemessen werden können, ohne daß Teile bewegt werden müssen. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung zur Messung von Oberflächenglanz und -Trübung bei einer Geschwindigkeit verwendet werden, welche ausreicht, um den Glanz von bewegten Gegenständen messen zu können.
• Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Goniophotometer, mit dem Glanz und Trübung gemessen werden können, dessen Größe so kompakt ist und welches so wenig wiegt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung bequem transportiert und verwendet werden kann. Weiterhin verbraucht die erfindungsgemäße Vorrichtung wenig Energie und kann daher von einer Batterie gespeist werden.
• Im Betrieb wird Licht, welches durch eine Öffnung hindurchtritt, in einen Strahl kollimiert, welcher dann die auszumessende Oberfläche beleuchtet. Licht, welches im Spiegelwinkel oder im Bereich des Spiegelwinkels reflektiert wird, wird erfaßt und von einer Linse auf ein lineares Photodetektor-Array fokussiert, so daß ein Bild der Öffnung der Lichtquelle auf dem Array abgebildet wird. Das Signal von jedem einzelnen Fotodetektorelement des Arrays wird verarbeitet und im Speicher eines Mikroprozessors gespeichert. Auf der Basis der gespeicherten Daten werden Berechnungen angestellt, mit deren Hilfe ein Profil der Lichtintensität über dem Reflexionswinkel geplottet werden kann. Die Form dieses Profils liefert Informationen, mit denen Oberflächenfehler identifiziert und quantifiziert werden können.
• Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung anhand eines Beispiels beschrieben. In dieser zeigen:
• Figur 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Goniophotometers;
• Figur 2: eine schematische Darstellung des optischen Systems, welches einen Teil des Gerätes von Figur 1 bildet;
• Figur 3: eine schematische Darstellung des elektronischen Systems, welches einen Teil des Goniophotometers von Figur 1 bildet;
• Figur 4: das Profil der Winkelverteilung der Intensitäten des Reflexionsvermögens einer zu testenden Oberfläche, welches unter Verwendung des Gerätes von Figur 1 ermittelt wurde;
• Figuren 5a bis 5f: eine schematische Darstellung der Art des Signals, welches abhängig von der Position des auf eine bestimmte Diode einfallenden Lichts erhalten wird, wenn die Breite einer individuellen Photodiode ungefähr gleich der Breite der Öffnung ist und beide jeweils im wesentlichen rechteckige Formen aufweisen; und
• Figuren 6a bis 6f: das Signal, welches sich ergibt, wenn eine individuelle Photodiode halb so breit ist wie die Öffnung.
• In den Figuren ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 versehen. Die Details von deren optischen und elektronischen Subsystemen sind weiter unten mit Bezugnahme auf die Figuren 1, 2 und 3 beschrieben. In allen Figuren sind entsprechende Teile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
• Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des optischen Systems der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Die bevorzugten geometrischen und optischen Elemente dieses Instruments basieren auf Abmessungen, welche in den Normen ISO 2813-1978 und ASTM D523 beschrieben sind. Eine Lichtquelle 1 umfaßt eine Leuchtdiode (LED) und beleuchtet eine Öffnung 2. Das durch die Öffnung hindurchgestrahlte Licht wird von einer Linse 3 kollimiert. Die zu prüfende Oberfläche 4 wird hierdurch mit einem kollimierten Lichtstrahl unter einem festen Einfallswinkel θ (gemessen von der Oberflächennormalen (y-Achse)) beleuchtet. Die Sendediode 1 erscheint für stabile tragbare Instrumente geeignet, da sie kompakt ist, einen geringen Energieverbrauch aufweist, mechanisch stabil ist und eine dauerhafte Lichtquelle darstellt. Die Öffnung 2 hat in der Richtung senkrecht zur x-y-Ebene eine kleine Abmessung. Die Form der Öffnung der Lichtquelle ist passend zur Form der photoempfindlichen Elemente des Detektor-Arrays ausgebildet. Die Breite der Öffnung (senkrecht zur x-y-Ebene) ist doppelt so groß wie die Breite der photosensitiven Elemente des Detektor- Arrays. Die zu prüfende Oberfläche 4 liegt in der x-z- Ebene. Licht, welches im Spiegelwinkel oder im Bereich des Spiegelwinkels reflektiert wird, wird von einer Fokussierlinse 5 gesammelt. Ein Bild der Ebene der Öffnung der Lichtquelle wird in der Ebene des Photodetektor- Array 6 erzeugt. Die lichtempfindlichen Elemente des Photodetektor-Arrays sind Silizium- Photodioden, typischerweise in einer Anzahl von 128 bis 1024, welche auf 25 µm oder 50 µm-Mittelpunkten basieren. Ein zusätzlicher Photodetektor 7 (Bezugsdetektor) peilt die Lichtquelle vorzugsweise direkt an. Das Signal von diesem Detektor wird verwendet, um Veränderungen der Lichtausgangsleistung der Lichtquelle von Messung zu Messung zu korrigieren.
• Die hohe Auflösung dieses Instruments wurde anhand eines Beispieles berechnet, bei dem der Weg des reflektierten Lichtes 5 cm, die Anzahl der Elemente des Photodetektor- Arrays 256 und die Teilung zwischen diesen 50 µm beträgt. Bei diesem besonderen Beispiel ergibt sich eine Winkelauflösung von 3,44 min. bei Messungen im Bereich von +/- 7, 3º um den Spiegelwinkel herum.
• Jedes Element des Photodetektor-Arrays gibt ein elektrisches Signal ab, welches proportional zur Lichtmenge ist, die es während der Meßperiode empfangen hat. Die Signale von jedem Detektorelement werden zusammen mit dem Signal vom Bezugsdetektor sequentiell an den elektronischen Schaltkreis übermittelt. Eine typische Messung an einer Hochglanz-Oberfläche kann innerhalb von 200 Millisekunden abgeschlossen werden, wohingegen die Messung von niedrigem Glanz ungefähr eine Sekunde benötigen kann.
• Ein Ausführungsbeispiel des elektronischen Systems des Gerätes von Figur 1 ist genauer in Figur 3 dargestellt.
• Die von dem Photodetektor-Array kommenden Signale gelangen über einen Operationsverstärker 8 zu einem Multiplexer 10. Das Signal von dem Bezugsdetektor gelangt über einen Operationsverstärker 9 zum Multiplexer 10. Der Multiplexer 10 wird dazu verwendet, wahlweise entweder das Signal vom Detektor-Array oder das Signal vom Bezugsdetektor zu einem A/D-Wandler 11 zu leiten. Das digitalisierte Signal wird dann im Speicher eines Mikrocontrollers 12 für eine nachfolgende Datenbearbeitung gespeichert. Der Mikrocontroller kann entweder direkt mit einer Anzeige 13 (vorzugsweise einer Niedrigenergie-Flüssigkristallanzeige), mit der die Ergebnisse ausgelesen werden können, oder über ein entfernt angeordnetes Mikrocomputersystem 14 verbunden sein, so daß die Anzeige auf einer VDU erfolgt oder weitere Berechnungen durchgeführt werden können.
• Das Gerät erzeugt ein Profil der Winkelverteilung der Intensitäten des Reflexionsvermögens der Oberfläche, wie in Figur 4 dargestellt ist. Wenn man eine rechteckig geformte Öffnung der Lichtquelle mit gleichen Abmessungen wie die eines einzelnen Photodetektorelements an einer perfekt glänzenden Oberfläche verwendet, beleuchtet das Bild der Öffnung ein einzelnes Detektorelement, was zu dem Profil des Reflexionsverrnögens entsprechend der Kurve 30 führt. Mit zunehmender Anzahl der Oberflächenfehler, das heißt mit zunehmender Trübung, fällt das Bild der Öffnung auf einen größeren Bereich von Photodetektorelementen, so daß die Profile des Reflexionsvermögens, wie in den Kurven 32 und 34 dargestellt, breiter werden.
• Da die Vorrichtung eine hohe Winkelauflösung aufweist und die Daten eine pseudokontinuierliche Messung der reflektierten Lichtintensität gegen den Winkel ergeben, kann die Beziehung zwischen Glanz und Trübung vom Benutzer definiert werden. Folglich können zahlreiche Glanz- und Trübungs-Indizes definiert und berechnet werden, so daß die Indizes auf die Untersuchung jeder gewünschten Klasse von Oberflächenmerkmalen zugeschnitten werden können. So ist z. B. die Summe der Signale von den drei Photodioden, welche im Spiegelwinkel zentriert sind, äußerst empfindlich gegenüber einer geringen vorhandenen Trübung und fällt rasch vom Wert fur eine perfekt glänzende Oberfläche ab. Im Gegensatz dazu verändert sich die Summe der Signale von den äußersten 20 Dioden nur, wenn eine starke Trübung vorhanden ist. So kann z. B. ein Parameter für den Glanz die Breite der Kurve zwischen den Punkten sein, welche einem Viertel der Höhe der Spitze entsprechen. Ein anderer Parameter für den Glanz kann das Integral unterhalb der Kurve zwischen den Punkten sein, welche einem Viertel der Höhe der Spitze entsprechen.
• Nun wird der Fall einer rechteckigen Öffnung der Lichtquelle betrachtet, welche gleich breit wie das Photodetektorelement ist. Um einen Wert für einen echten hundertprozentigen Glanz zu erhalten, muß das Bild der Öffnung genau auf ein einziges Photodetektorelement fallen. Dies ist in Figur 5 dargestellt, in welcher die Position des Bildes der Öffnung (gestrichtelte Fläche) auf dem Photodetektor-Array und die entsprechend gemessenen relativen Signalstärken dargestellt sind. Figur 5b zeigt den Prozentsatz des Maximalsignals, welcher erhalten wird, wenn die Detektoren so wie in Figur 5a dargestellt beleuchtet sind. In ähnlicher Weise zeigt Figur Sd den Prozentsatz des Maximalsignals, welcher erhalten wird, wenn die os Beleuchtung wie in Figur 5c dargestellt ist; Figur 5f zeigt den Prozentsatz des maximalen Signals, welcher erhalten wird, wenn die Beleuchtung wie in Figur 5e dargestellt ist.
• In den Figuren 5a, 5c und 5e ist ein Abschnitt des linearen Photodetektor-Arrays insgesamt mit dem Bezugszeichen 50 versehen. Der Detektor-Array umfaßt eine Mehrzahl individueller Photodetektoren 55. Die Position des Bildes auf dem Array so ist durch eine gestrichelte Fläche dargestellt.
• In Figur 5a sind das Bild und eines der Photodetektorelemente vollkommen aufeinander ausgerichtet, was zum maximalen Signalwert, nämlich, wie in Figur 5b dargestellt, 100 % führt. In Figur 5c ist das Bild um ein Viertel der Breite einer Diode verschoben und das gemessene Signal beträgt 75 % des Maximalwertes (Figur 5d). In Figur 5e ist das Bild um die Hälfte der Breite einer Diode verschoben. Das gemessene Signal beträgt nur 50 % des Maximalwertes (Figur sf)
• Nun wird der Fall betrachtet, bei dem das Instrument dazu eingesetzt wird, eine Oberfläche mit einem gewissen Grad an Trübung zu prüfen. In diesem Fall vergrößert sich die Breite des Bildes. In dem in den Figuren 5a und 5b dargestellten Fall werden benachbarte Dioden beleuchtet und der gemessene Maximalwert fällt ab, was korrekt einen Abfall des Glanzes anzeigt. In dem in den Figuren 5c und 5e dargestellten Fall könnten jedoch, wenn die Verbreiterung des Bildes gering ist, weiterhin nur die beiden mittleren Dioden beleuchtet sein. Es würde daher kein Abfall des Glanzes beobachtet.
• Es liegt auf der Hand, daß das Bild der Öffnung einen Photodetektor jederzeit vollkommen beleuchten muß, um den os richtigen Wert für hundertprozentigen Glanz zu erhalten. Wenn die Öffnung gleich breit wie der Photodetektor ist, müßten das Bild der Öffnung und das Photodetektorelement immer perfekt aufeinander ausgerichtet sein. Dies ist bei einem gewerblich angewendeten tragbaren Instrument nicht praktikabel, da es zu einer seitlichen Bewegung des Bildes über die Photodetektorelemente kommen kann, wenn die vermessene Oberfläche nicht vollkommen flach ist.
• Zur Lösung dieses Problemes wird eine Öffnung bevorzugt, welche doppelt so breit ist wie jedes Photodetektorelement in dem Array, wie in den Figuren 6a bis 6f dargestellt ist. Die Figuren 6b, 6d und 6f zeigen das Maximalsignal, welches bei der jeweils in den Figuren 6a, 6c und 6e dargestellten Beleuchtung erhalten wird. Wie in diesen Figuren dargestellt, ist unabhangig von der seitlichen Position des Bildes mindestens ein Photodetektorelement vollständig beleuchtet. Wenn die gleiche Untersuchung wie in Figur 5 angestellt wird, zeigt sich, daß in allen Fällen ein Anstieg der Trübung zu einem Abfall des gemessenen Maximalwertes führt.
• Der Photodetektor, welcher das Maximalsignal liefert, liegt im Spiegelwinkel. Wenn dieser Winkel sich zwischen den Messungen z. B. aufgrund einer Winkeländerung der zu prüfenden Oberfläche gegenüber dem optischen System des Instrumentes ändert, dann kann dies dadurch berücksichtigt werden, daß die laterale Position des Bildes mit Maximalintensität als die der wahren Spiegelungsstellung definiert wird. Somit wird die Berechnung der Glanz- und Trübungsindizies nur wenig beeinflußt.
• Anders ausgedrückt, wenn die Position und/ oder Orientierung der zu prüfenden Oberfläche zur Folge hat, daß der Detektor, welcher die maximale Intensität aufweist, nicht mehr in der Mitte liegt, kann dies beim Interpretieren der Ergebnisse berücksichtigt werden.
• Es ist gängige Praxis, daß alle Messungen, welche an Testoberflächen durchgeführt werden, mit einer Messung verglichen werden, welche an einer Standard-Glanzoberfläche aus schwarzem Glas durchgeführt wurde. Diese Referenzmessung kann entweder unmittelbar vor jeder Messung einer Testoberfläche vorgenommen werden oder zu einem etwas früheren Zeitpunkt und dann im Speicher des Mikrocontrollers gespeichert werden. Es ist wichtig, daß diese Standardmessung einen richtigen Wert für 100-prozentigen Glanz ergibt, mit dem alle nachfolgenden Messungen verglichen werden können.
• Die Offenbarung in dieser Anmeldung ist nur exemplarisch zu verstehen. Es liegt auf der Hand, daß alternative Materialien, Abmessungen und Einrichtungen in dem Maße verwendet werden können, wie dies vom Fachmann für geeignet angesehen wird, welcher die Ziele und Vorteile des offenbarten Ausführungsbeispieles kennt. Desgleichen sollen die hier speziell offenbarten Merkmale, wenn sie in obigem Sinne in geeigneter Weise erweitert werden, eine Basis bilden, aus der Merkmale ausgewählt werden können, welche eine Erfindung definieren, die auf Neuheit und erfinderischem Schritt beruht. Eine derartige Auswahl kann in Übereinstimmung mit den Zielen und Vorteilen der offenbarten Ausführungsbeispiele erfolgen.
• Wo in der obigen Beschreibung bestimmte Merkmale in Kombination miteinander offenbart sind, müssen diese zur Erreichung der Ziele der allgemeinen Erfindung selbstverständlich nicht notwendigerweise in Kombination verwendet werden. Vielmehr können die hier offenbarten Merkmale für die Ziele der beanspruchten Erfindung unabhängig voneinander ausgewählt werden.

Claims (9)

1. Goniophotometer (100) mit:

einer Lichtquelle (1);

einer Öffnung (2), durch welche Licht von der Lichtquelle auf eine zu prüfende Oberfläche (4) gerichtet werden kann; und

einer Detektoreinrichtung, welche eine Mehrzahl von Detektoreinheiten (6) umfaßt, auf welche ein Bild der Öffnung (2) durch eine Fokussiereinrichtung (3;5) fokussiert wird, die so eingerichtet ist, daß im Gebrauch das Bild der Öffnung eine Breite aufweist, die im wesentlichen von derselben Größenordnung wie die Breite einer Detektoreinheit (6) ist.

2. Goniophotometer (100) nach Anspruch 1, bei welchem die Fokussiereinrichtung (3; 5) dazu dient, einen kollimierten Lichstrahl zu erzeugen, nachdem das Licht von der Lichtquelle die Öffnung passiert hat, und reflektiertes Licht auf die Detektoreinrichtung zu fokussieren.

3. Goniophotometer (100) nach Anspruch 2, bei welchem die Fokussiereinrichtung eine erste Linse (3) umfaßt, welche den kollimierten Strahl erzeugt, sowie eine zweite Linse (5), welche reflektiertes Licht auf die Detektoreinrichtung fokussiert.

4. Goniophotometer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Breite des Bildes der Öffnung (2) im wesentlichen gleich der doppelten Breite einer Detektoreinheit (6) ist.

5. Goniophotometer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine individuelle Detektoreinheit (6) und das Bild der Öffnung (2) im wesentlichen dieselbe Form aufweisen.

6. Goniophotometer (100) nach Anspruch 5, bei welchem sowohl eine individuelle Detektoreinheit (6) als auch das Bild der Öffnung (2) im wesentlichen rechteckig sind.

7. Goniophotometer (100) nach einem der Anprüche 1 bis 4, bei welchem die Öffnung (2) im wesentlichen kreisförmig ist, wobei der Durchmesser des Bildes der Öffnung im wesntlichen gleich der Breite einer individuellen Detektoreinheit (6) ist.

8. Goniophotometer (100) nach einem der vorhergehnden Ansprüche, bei welchem die Lichtquelle (1) eine lichtemittierende Diode umfaßt.

9. Goniophotometer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Detektor (6) ein lineares Photodioden-Array umfaßt, in welchem die Detektoreinheiten Photodioden sind.