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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur visuellen Prüfung des winkelabhängigen Reflexions- oder Transmissionsverhaltens eines Gegenstandes durch einen Beobachter.
Aus der EP 0 530 818 A2 ist ein Farb-Reflexionsgerät bekannt, bei weichem die unter verschiedenen Winkeln abgestrahlten Lichtstrahlen von drei Lichtleitern aufgefangen und Photosensoren zugeführt werden. Vor den Lichtleitereintrittsöffnungen sind schaltbare Abdeckklappen bzw Blenden angeordnet, so dass immer nur ein Lichtleiter Licht zum Photosensor leitet, welcher eine Farbanalyse durchführen kann.
Farben mit winkelabhängigem Reflexions- oder Transmissionsverhalten werden beispielsweise bei Geldscheinen oder Autolacken verwendet Das winkelabhängige Verhalten entsteht z. B. durch konstruktive und destruktive Interferenz und ergibt wechselnde Farb- und Luminanzeindrücke bel unterschiedlichen Lichteinfällen und Betrachtungswinkeln.
Zur Kontrolle in der Fertigung und für Prüfzwecke, insbesondere bei Geldscheinen, wäre es wünschenswert, über eine einfache, störungsunanfällige Vorrichtung zur raschen visuellen Prüfung dieses Verhaltens zu verfügen. Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine derartige Vorrichtung zu schaffen.
Dieses Ziel wird mit Hilfe einer Vorrichtung zur visuellen Prüfung des winkeiabhängigen Reflexions- oder Transmissionsverhaltens eines Gegenstandes durch einen Beobachter erreicht, die sich auszeichnet durch eine Halteeinrichung, weiche ein Messfenster, das in eine vorgegebene Relativlage zu dem Gegenstand bringbar ist, sowie ein Beobachtungsfenster aufweist, das für den Beobachter sichtbar ist, eine Lichtzufuhr, die von der Halteeinrichtung getragen ist und Lichtstrahlen unter vorgegebenen Winkeln auf das Messfenster richtet, und eine Lichtlenkeinrichtung, weiche von der Halteeinrichtung getragen ist, zumindest zwei unter verschiedenen vorgegebenen Winkeln von einem Punkt des Messfensters ausgehende Lichtstrahlen einfängt und im Beobachtungsfenster parallel oder konvergierend darbietet.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht auf überaus einfache und damit störungsunanfällige und rasche Weise die visuelle Prüfung des winkeiabhängigen Reflexions- oder Transmissionsverhaltens eines Gegenstandes in beliebig vielen (zumindest zwei) ausgewählten Ab- oder Durchstrahlungsrichtungen.
Gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welche zur Prüfung des winkelabhängigen Reflexionsverhaltens dient, sind die Lichtzufuhr und die Lichtlenkeinnchtung auf der gleichen Seite des Messfensters angeordnet. Alternativ können zur Messung des Transmissionsverhaltens die Lichtzufuhr und die Lichtlenkeinnchtung auf verschiedenen Seiten des Messfensters angeordnet sein.
Das Beobachtungsfenster kann ein Schaurohr sein, ein Okular, die Oberfläche einer Linse usw. ; gemäss einer speziellen Variante der Erfindung kann im Beobachtungsfenster auch ein Sichtschirm angeordnet sein, auf weichem die Lichtstrahlen nebeneinander auftreffen. Ein derartiger Sichtschirm kann besonders einfach mit Skalierungen, Markierungen, Farbreferenzskalen od. dgl versehen werden, weiche einen einfachen Vergleich der abgebildeten Lichtstrahlen mit Sollwerten ermöglichen.
Die Vorrichtung kann zur Messung des Reflexions- oder Transmissionsverhaltens bel bestimmten Wellenlängen, in vorgegebenen Wellenbereichen oder im gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich eingesetzt werden. Zweckmässigerweise werden weisse Lichtstrahlen auf das Messfenster gerichtet, so dass die Prüfung den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich umfasst. Im Falle von wellenlängenumwandelnden Farben, z. B. UV-Wandlern, könnte selbstverständlich auch Licht ausserhalb des sichtbaren Wellenlängenbereiches auf das Messfenster gerichtet werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtzufuhr eine Lichtquelle aufweist, bevorzugt eine weisse Lichtquelle, besonders bevorzugt eine Leuchtdiode. Alternativ kann die Lichtzufuhr auch Umgebungslicht einfangen und auf das Messfenster richten, bevorzugt indem die Lichtzufuhr ein Lichtführungskanal ist, beispielsweise ein Rohr oder ein Lichtleiter.
Auch die Lichtlenkeinrichtung kann auf verschiedene Arten realisiert sein. Gemäss einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Uchtlenkeinrichtung eine Sammellinse, wobei das Messfenster in der Brennebene der Sammellinse liegt. Eine derartige Lichtlenkeinrichtung fängt Lichtstrahlen In
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einem ganzen, kontinuierlichen Bereich von unterschiedlichen Winkeln ein, so dass anders ausgedrückt jene Winkel bestimmt werden können, bei weichen ein Farbeindruck zum nächsten wech- selt, insbesondere bei OVls (Optically Variable Inks) mit ausgeprägt stufenförmig sich veränderndem Verhalten.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Sammellinse eine zylindrische Linse 1St. Dadurch wird das winkelabhängige Verhalten nur in der Ebene normal zur Zylinderachse bestimmt, und das Beobachtungsfenster kann z. B. mit beiden Augen betrachtet werden.
Besonders günstig ist es, wenn die Sammellinse ein Halbzylinder ist, wobei das Messfenster auf der Flachseite des Halbzylinders liegt. Diese Art von Linse kann direkt auf den zu prüfenden Gegenstand aufgelegt werden.
Dabei ist es insbesondere auch möglich, die Lichtzufuhr direkt in den Halbzylinder einzubetten, was zu einer besonders einfachen, kompakten Ausführungsform führt.
Anstelle einer Linse kann die Lichtlenkeinrichtung auch aus Prismen oder bevorzugt aus ein- zelnen Lichtleitern gebildet sein, wie sie aus der EP 0 530 818 A2 an sich bekannt sind und die jeweils einem der genannten, unter verschiedenen Winkeln reflektierten Lichtstrahlen zugeordnet sind. Mit anderen Worten empfängt jeder Lichtleiter einen unter einem bestimmten Winkel vom Messfenster ausgehenden Lichtstrahl und führt ihn zum Beobachtungsfenster. Dadurch kann das Reflexions- oder Transmissionsverhalten unter bestimmten, diskreten Winkeln überprüft werden.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Enden der Lichtleiter im Beobachtungsfenster nebeneinander ausmünden. Die Lichtleiterenden stellen so farbige Lichtpunkte dar, welche das Reflexons- oder Transmissionsverhalten unter bestimmten Winkeln repräsentieren und mit einem raschen Blick einfach erfasst werden können.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung einer Anlage zum visuellen Verlei- chen des winkelabhängigen Reflexions- oder Transmissionsverhaltens eines Prüfgegenstandes mit jenem eines Referenzgegenstandes durch einen Beobachter. Diese Anlage zeichnet sich aus durch zumindest zwei der beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtungen, die miteinander verbunden sind und deren Beobachtungsfenster nebeneinander liegen. Dadurch können mit einem einzigen Blick beide Beobachtungsfenster erfasst und einfach miteinander verglichen werden.
Bevorzugt wird vorgesehen, dass die eine Vorrichtung eine Aufnahme für den Referenzgegenstand und die andere Vorrichtung einen Anschlag zur Positionierung des Prüfgegenstandes aufweist. Der Referenzgegenstand kann dadurch in der einen Vorrichtung dauerhaft verbleiben und der Prüfgegenstand gegenüber dem Referenzgegenstand ausgerichtet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Anlage, insbesondere für flache, biegsame Referenzgegenstände, zeichnet sich dadurch aus, dass die Aufnahme eine Trommel enthält, auf welche ein oder mehrere Referenzgegenstände befestigbar sind. Wenn die Trommel rund ist, kann durch Verdrehen der Trommel zwischen mehreren Referenzgegenständen umgeschaltet werden. Unabhängig von der Form der Trommel ergibt sich bel flachen, biegsamen Referenzgegenständen eine beträchtliche Platzeinsparung, da diese auf die Trommel aufgewickelt werden können.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung schematisch im Schnitt, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung im Schnitt, die Fig 3 und 4 eine erste Ausführungsform einer Anlage im Schnitt und in der Draufsicht, und Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Anlage in einer Perspektivansicht.
Die in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung umfasst eine Halteeinrichtung 2, die in Form eines Drahtgestelles ausgeführt ist und an der Oberfläche 3 eines abschnittsweise dargestellten Gegenstandes 4 zur Anlage bringbar ist. Die Halteeinrichtung 2 definiert auf der Oberfläche 3 des Gegenstandes 4 ein Messfenster 5 und relativ zu diesem die Lage einer Lichtzufuhr 6 sowie eines Beobachtungsfensters 7, das an der Oberseite der Vorrichtung 1 für einen Betrachter 8 sichtbar ist.
Die von der Halteeinrichtung 2 getragene Lichtzufuhr 6 richtet ein Bündel im wesentlichen paralleler Lichtstrahlen 9 unter einem vorgegebenen Winkel a auf das Messfenster 5. Der Winkel a kann innerhalb des Bündels von Lichtstrahlen 9 auch variieren, beispielsweise um einige Grad oder um einige zehn Grad.
Die von jedem Punkt des Messfensters 5, genauer gesagt der Oberfläche 3 des Gegenstandes 4 unter verschiedenen Winkeln ss1, ss2 usw. reflektierten Lichtstrahlen 10 (gleichgültig, ob der unterschiedliche Reflexionswinkel ss auf die Diffusoreigenschaft der Oberfläche 3 zurückzuführen ist
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oder auf den variierenden Einfallswinkel a) werden von einer Lichtlenkeinrichtung 11 eingefangen und von dieser im Beobachtungsfenster 7 parallel oder konvergierend dem Beobachter 8 dargeboten. Die Lichtlenkeinrichtung 11 wird von der Halteeinrichtung 2 getragen und ist im gezeigten Beispiel eine Sammellinse, deren Oberseite das Beobachtungsfenster 7 bildet.
Wenn die Oberfläche 3 des Gegenstandes 4 z. B. eine winkelabhängige Farbschicht trägt, bietet sich dem Beobachter 8 eine Nebeneinanderanordnung von unterschiedlichen Farbeindrücken 13-16 dar, weiche den unter den einzelnen Winkeln ss1, ss2 usw. reflektierten Farben entsprechen.
Es ist ersichtlich, dass zum Messen des winkeiabhängigen Transmissionsverhaltens eines transparenten oder transluzenten Gegenstandes 4 die Vorrichtung 1 einfach dadurch abgewandelt werden kann, dass die Lichtzufuhr 6 und die Lichtlenkeinrichtung 11 auf verschiedenen Seiten des Messfensters 5 angeordnet werden. Beispielsweise besitzt die Halteeinrichtung 2 eine entsprechende Ausnehmung, in welche der Gegenstand 4 eingelegt werden kann, so dass er zwischen Uchtzu- fuhr 6 und Lichtlenkeinrichtung 11 liegt. Alle vorstehenden und nachstehenden Ausführungen gelten daher in analoger Weise auch für Transmissionsprüfvorrichtungen.
Die Lichtzufuhr 6 kann, wie in Fig. 1 gezeigt, eine eigene Lichtquelle 17 enthalten. Alternativ könnte die Lichtzufuhr 6 auch Umgebungslicht einfangen und unter dem oder den Winkel (n) a auf das Messfenster 5 richten. Die Lichtzufuhr 6 kann sowohl weisses Licht als auch Licht mit einem vorgegebenen Amplitudenprofil im Wellenlängenbereich zuführen, beispielsweise durch entsprechende Filterung des Umgebungslichtes, durch den Einsatz mono- oder mehrchromatischer Lichtquellen 17 od. dgl. Im gezeigten Fall ist die Lichtquelle 17 eine weisses Licht abgebende Leuchtdiode.
Die Lichtlenkeinrichtung 11 kann sowohl eine sphärische Sammellinse als auch eine zylindrische Sammellinse sein. Das Messfenster 5 liegt etwa im Bereich der Brennebene der Sammellinse.
Fig. 2 zeigt eine besonders einfach und kompakt ausgeführte Vorrichtung 1. Die Lichtlenkeinrichtung 11 ist hier eine zylindrische Sammellinse in Form eines Halbzylinders, und die Figur zeigt einen axialnormalen Schnitt durch den Zylinder. Das Messfenster 5 liegt auf der Flachseite des Halbzylinders, das Beobachtungsfenster 7 liegt auf einer Seite der gekrümmten Oberseite der Linse. Die Lichtzufuhr 6 ist ein in die gegenüberliegende Seite der gekrümmten Oberseite gebohrter Kanal, welcher an seinem Eingang Umgebungsiicht einfängt und auf das Messfenster 5 richtet. Die Lichtzufuhr 6 ist somit direkt in die halbzylinderförmige Lichtlenkeinrichtung 11 eingebettet ; mit anderen Worten bildet die Lichtlenkeinrichtung 11 ihrerseits gleichzeitig die Halteeinrichtung 2 zur Relativpositionierung von Lichtzufuhr 6, Messfenster 5, Lichtlenkeinrichtung 11 und Beobachtungsfenster 7.
Um den Einfluss von einfallendem Umgebungslicht auszuschalten, ist der Halbzylinder mit Ausnahme der Einfallsmündung der Lichtzufuhr 6, des Messfensters 5 und des Beobachtungsfensters 7 mit einer opaken Beschichtung 18 versehen.
Anstelle eines Lichtführungskanales kann die Lichtzufuhr 6 auch eine in den Halbzylinder eingebettete oder an diesen angesetzte Leuchtdiodeneinrichtung sein.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Anlage dient zum Vergleichen des winkeiabhängigen Reflexions- oder Transmissionsverhaltens eines Prüfgegenstandes 4'mit jenem eines Referenzgegenstandes 4", wobei sowohl für den Prüfgegenstand 4'als auch für den Referenzgegenstand 4" jeweils eine eigene Prüfvorrichtung 1'bzw. 1"vorgesehen ist. Die Vorrichtungen 1', 1" sind nebeneinander angeordnet und miteinander verbunden (siehe Fig. 4), wobei ihre Beobachtungsfenster 7 nebeneinanderliegen, um mit einem raschen Blick einen Vergleich zu ermöglichen. Jede der Vorrichtungen 1', 1" weist wieder eine Lichtzufuhr 6, ein Messfenster 5, eine Lichtlenkeinrichtung 11 und ein Beobachtungsfenster 7 auf.
Bei der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 wird die Lichtlenkeinrichtung 11 aus einzelnen Lichtleitern 19 gebildet, die jeweils einem unter einem der Winkel ss1, ss2 usw. ausgehenden Lichtstrahl 10 zugeordnet sind und diesen mit ihrem entsprechend angeordneten Ende 20 einfangen. Die gegenüberliegenden Enden 21 der Lichtleiter 19 münden an der Oberseite der hier in Form eines Gehäuses ausgebildeten Halteeinrichtung 2 im Beobachtungsfenster 7 aus bzw. bilden das Beobachtungsfenster 7.
Die Vorrichtung 1" weist eine unterhalb des Messfensters 5 fest angeordnete Aufnahme 22 für den Referenzgegenstand 4" auf. Dieser ist im gezeigten Beispiel ein Geldschein und auf eine abgeflachte Trommel 23 aufgewickelt, die seitlich in die Aufnahme 22 einschiebbar ist. Die Trommel 23 kann auch Platz für mehrere verschiedene Referenz-Geldscheine 4" bieten und drehbar ausge-
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führt sein, so dass zwischen diesen umgeschaltet werden kann. Die Aufnahme 22 kann aber auch für einen wahlweisen Austausch verschiedener Referenzgegenstände ausgebildet sein.
Die Vorrichtung 1" weist eine unterhalb des Messfensters 5 positionierte Auflage 24 zur Anordnung des Prüfgegenstandes 4', beispielsweise eines Geldscheines, auf. Zur genauen Ausrichtung des Prüfgegenstandes 4'sind entsprechende Anschläge 25 auf der Auflage 24 vorgesehen.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anlage aus zwei miteinander verbundenen Vorrichtungen 1', 1". Die Anlage besteht aus einer einzigen, durchgehenden Halbzylinderlinse 11 ähnlich der Ausführungsform von Fig. 2, an weiche eine Lichtzufuhr 6 mit einer integrierten Lichtquelle 6 angesetzt ist. Auf der Oberseite der Halbzylinderlinse 11 ergeben sich Beobachtungsfenster 7, die nicht näher eingegrenzt oder eingefasst sein müssen. Die Anlage ist auf einer Auflage 24 auflegbar oder mit dieser bei 26 fest oder gelenkig verbunden ; auf der Auflage 24 sind Anschläge 25 zur Positionierung des Prüfgegenstandes 4'und des Referenzgegenstandes 4" angeordnet.
Neben dem oder den Beobachtungsfenster (n) 7 können in jeder Ausführungsform Skalierungen, Farbskalen usw. 27 angebracht werden. Dadurch ist auch bei einer Einzelvorrichtung 1 ein Vergleich mit vorgebbaren Soll- oder Referenzwerten möglich.
In einer (nicht dargestellten) Ausführungsform kann im Beobachtungsfenster 7 auch ein Sichtschirm angeordnet werden, auf welchem die Lichtstrahlen 10 nach ihrem Durchtritt durch die Lichtlenkeinrichtung 11 auftreffen und durch die Diffusorwirkung des Sichtschirmes ein aus mehreren Richtungen ablesbares Bild liefern. Die Lichtzufuhr 6 muss bei dieser Ausführungsform entsprechend leistungsfähig sein.
Die vorgestellten Vorrichtungen und Anlagen sind für alle Arten von Gegenständen und Refle- xions-oder Transmissionsstrukturen verwendbar, so z. B. auch für Kinegramme, Auflicht- und Durchlichthologramme usw. Auch ist es möglich, das im Beobachtungsfenster dargebotene Bild maschinell weiter auszuwerten, beispielsweise durch Aufnahme mit einer photographischen Kamera oder Weiterverarbeitung mit Hilfe einer CCD-Kamera und anschliessenden Bildübertragungs-, Bildauswertungs-, Bildverarbeitungs- und Bildarchivierungsverfahren, wie sie in der Technik bekannt sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur visuellen Prüfung des winkelabhängigen Reflexions- oder Transmissions- verhaltens eines Gegenstandes durch einen Beobachter, gekennzeichnet durch eine Halteeinrichung (2), welche ein Messfenster (5), das in eine vorgegebene Relativlage zu dem Gegenstand (4,4', 4") bringbar Ist, sowie ein Beobachtungsfenster (7) aufweist, das für den Beobachter (8) sichtbar ist, eine Lichtzufuhr (6), die von der Halteeinrichtung (2) getragen ist und Lichtstrahlen (9) un- ter vorgegebenen Winkeln (a) auf das Messfenster (5) richtet, und eine Lichtlenkeinrichtung (11), welche von der Halteeinrichtung (2) getragen ist, zumindest zwei unter verschiedenen vorgegebenen Winkeln (psi, ss2) von einem Punkt des Mess- fensters (5) ausgehende Lichtstrahlen (10) einfängt und im Beobachtungsfenster (7)
paral- lel oder konvergierend darbietet.