190892. lajstromszámú szabadalom • Sík felületek reflexióját mérő berendezés, különösen csillogásmérő
1 190.892 2 A találmány tárgya síkfelületek reflexióját mérő berendezés, különösen egyetlen közös optikai mérőfejjel rendelkező, villamos választókapcsolóval kiválasztható több mérési geometriában üzemeltethető csillogásmérő. A tárgyak normális megjelenését a tárgyak felületének optikai tulajdonságai, így reflexióképességük ill. ennek térbeli eloszlása döntően befolyásolják. A vizuális megjelenés mérésére az ún. csillogásmérőket alkalmazzák, melyek alkalmasan kiválasztott egy vagy több beesési szög mellett, a felületről a tükrözési szögek környezetében visszavert sugarak intenzitását mérik. A csillogásmérők szerkezeti paraméterértékeit, azok tűréseit szabványok pl. ISO 2813, ASTM D523-67, DIN 67 530 rögzítik. Az ismert csillogásmérők pl. Reflektométer (B. LANGE), Glossgard II (Gardner Lab.) azonban több hátránnyal rendelkeznek:- az egyes mérőgeometriákhoz tartozó vizsgált mintafelületek ugyanazon készülékben sem egyformák, és emiatt a különböző mérőgeometriákhoz tartozó mérőszámok korrelációja nem biztosítható- nem biztosított a mérést zavaró környezeti háttérfény hatásának kiküszöbölése- nem biztosított a megvilágító és mérőnyalábok polarizálatlan állapota, ami a pontos mérések egyik feltétele- erősen kérdéses az optikai leképzés jósága, mivel a megkívánt, gyakorlatilag torzításmentes leképzés, nagy nyitásviszony és széles (380-760 nm) spektrumtartomány esetén csak igen nehezen biztosítható. A találmány célja olyan csillogásmérő kialakítása, mely fenti hátrányokat nem mutatja, és előállítása egyszerűbb és olcsóbb. A megoldás lényege az a felismerés, hogy ha a csillogásmérést impulzus üzemben üzemeltethető fényforrásokkal és közel monokromatikus fénynyalábokkal végezzük, ezen hátrányok aránylag egyszerű módon elkerülhetők. Számításokkal kimutatható ugyanis, hogy a szabványokban előírt A fényforrás és CIE V(A), észlelő érzékenység eloszlás mellett mérhető csillogásértékek, és a V(A) érzékenységi görbe maximumához közeli hullámhossztartományú közel monokromatikus fénynyalábbal mérhető csillogásértékek eltérése csupán kb. 0,1% nagyságrendű, ami a megkívánt 1 csillogási szám pontosság mellett elhanyagolható. A közel monokromatikus fénynyalábok alkalmazása lényegesen egyszerűsíti a felhasználásra kerülő optikai lencsék kialakítását, gyártását és szerelését, mivel a gyakorlatilag képhibamentes leképzést egy hullámhosszra (és nem széles spektrumtartományra akromatizálva) kell megvalósítani. Különösen előnyös az eleve közel monokromatikus 565 nm hullámhosszúságú fényt kibocsátó világító diódák (LED-ek) alkalmazása, mivel ez az érték a CIE V(A görbe 555 nm-es maximumához igen közel fekszik, felületi fénysűrűsége nagy, ami lehetővé teszi a készülék méreteinek csökkentését, emellett impulzus üzemben is üzemeltethető. Az impulzusüzem lehetőséget nyújt olyan elektromos kapcsolások alkalmazására, melyek a fényforrások „sötét” állapotában mért jelek felhasználásával a zavaró háttérfények hatását kiküszöbölik. Ezen előnyök mellett biztosítjuk a különböző mérési geometriákban a vizsgált mintafelületek azonosságát, az optikai nyalábok polarizálatlan állapotát is. A találmány szerinti berendezés sík felületek reflexióját mérő berendezés, különösen több fix mérési geometriában üzemeltethető csillogásmérő, melyben minden mérési geometriában külön párhuzamos fénynyalábot előállító megvilágító egység, ill. külön fotoelektromos észlelőegység, továbbá közös mintatartó egység, jelfeldolgozó egység és a megvilágító, ill. észlelőegységek üzemeltetését kiválasztó villamos választókapcsoló van elrendezve, azzal jellemezve, hogy a fénynyalábok közel monokromatikus nyalábok, hogy a megvilágító egységekben levő fényforrások villamos vezérlőegységgel impulzusüzemben üzemeltethető fényforrások, hogy az összes fényforráshoz optikai referenciajelek átvitelére alkalmas fényvezető elemek közbeiktatásával, mely fényvezető elemek belépő nyílásai a mintát megvilágító hasznos optikai nyalábokon kívül fekszenek, legalább egy referenciaészlelő van csatlakoztatva, hogy a megvilágító nyalábokban a megvilágított mintafelület alakját és méretét meghatározó nyalábhatároló blendék vannak elrendezve, hogy a megvilágító, ill. a mintafelületről az észlelőkre jutó észlelőnyalábok esetleges eltérését végző terelő elemek olyan totálreflexiós prizmák, melyek ki- és belépő sík felületei az optikai tengelyre merőlegesen vannak elhelyezve továbbá, hogy a villamos választókapcsoló által kiválasztott mérőészlelő és referenciaészlelő villamos jelvezetékei, az ugyancsak a villamos választókapcsolóval kiválasztott fényforrásnak valamely villamos vezérlőegység által meghatározott „sötét” és „világos” periódusaiban, villamos vezérelt kapcsolókon át más-más villamos tárolók bemeneteire, míg ezen tárolók kimenetei a vezérlőegység által meghatározott „mérő” periódusban, valamely aritmetikai egység bemenetére vannak kapcsolva. A találmány szerint kialakított mérőberendezés impulzusüzemben üzemeltethető fényforrásokat alkalmaz, ami egyébként ismert módon, lehetővé teszi a zavaró háttérfényeknek a mérési eredményeket meghamisító hatásának kiküszöbölését. A hasznos mérőjelet úgy származtatjuk, hogy a mérési ciklus „sötét” periódusában mért értéket, amikor a megvilágító fényforrások sötétben vannak, vagyis a fényelemeket csak a zavaró háttérfény világítja meg, villamos tárolóban tároljuk, majd a ciklus „világos” periódusában mért értéket, amikor a megvilágító fényforrások be vannak kapcsolva és a fényelemek jele, mely a hasznos jelet és a háttérfényből származó jelet együttesen tartalmazza, az alkalmazott aritmetikai egységtől függően vagy tároljuk, és utána vonjuk le belőle a korábban tárolt „sötét” jelet, vagy a „sötét” jel levonását közvetlenül a mérési ciklus „világos” periódusában végezzük el. A hosszú idejű stabilitás érdekében a találmány szerinti mérőberendezésben a mérések referenciaészlelő(k) közbeiktatásával kétfényutas optikai rendszerben történnek. További előny, ha egyetlen közös referenciaészlelőt és azonos típusú észlelőket használunk, mivel ekkor az észlelők érzékenységének időbeni, hőmérsékletfüggő stb. változása közel azonos. A mérőberendezés egy célszerű kiviteli alakjában a fényforrások kis villamos fogyasztású monokromatikus fényt emittáló diódák, ami egyrészt a mérőberendezés telepről történő 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
