旨在測量BRDF、BSDF以及BDTF的光學系統技術方案

光學系統(1)旨在測量物體(7)的至少一部分的表面(10)的BRDF、BDTF以及BSDF，所述系統依次包括：-消球差透鏡(2)，具有打開角度，所述打開角度的絕對值在45°與嚴格地低于90°的值之間；-會聚場透鏡(3)，位于平面P的下游；-圖像拾取透鏡(4)，所述圖像拾取透鏡的場角高于或等于從場透鏡中顯現的散射光束的會聚角；以及-視頻傳感器(5)，所述消球差透鏡(2)、會聚場透鏡(3)、圖像拾取透鏡(4)以及視頻傳感器(5)被設置為允許在表面(10)與圖像拾取透鏡(4)的入射光瞳之間的第一共軛C1和在強度圖案與視頻傳感器(5)之間的第二共軛C2。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】光學系統和測量裝置
本專利技術涉及一種光學系統，旨在測量物體的至少一部分的反射的和/或在透射中操作的表面的雙向反射和/或透射分布函數BRDF、BTDF以及BSDF。而且，本專利技術還涉及一種裝置，用于測量物體的至少一部分的反射的和/或在透射中操作的表面的發光強度。
技術介紹
傳統上，通過雙軸測角儀測量雙向反射分布函數BRDF(‘雙向反射分布函數’的英語首字母縮略詞)、雙向透射分布函數BTDF(‘雙向透射分布函數’的英語首字母縮略詞)或雙向散射的函數BSDF(‘雙向散射分布函數’的英語首字母縮略詞，BSDF使BRDF和BTDF組合成單個函數)。通過在空間的所有方向可移動的大型鉸接臂，逐個點地測量散射光的強度。因此，需要幾個小時來進行完整的測量。此外，雙軸測角儀龐大、笨重并且難以運輸。其僅僅用于實驗室中，并且不適合于現場測量。因此，提供一種用于測量BRDF、BTDF以及BSDF的雙共軛系統，似乎較為合適，該系統緊湊、沒有移動部分、比較便宜、并且其測量快速。文檔FR2860869(J.Delacour–OPTIS)描述了一種裝置，用于測量物體的發光強度，該裝置包括例如由會聚的非球面透鏡構成的折射中心部分以及反折射外圍部分，諸如在其頂部穿孔的拋物面反射器。會聚的非球面透鏡和拋物面反射器被設置為使其光軸H及其焦點F1一致。要測量物體、發光強度或其BRDF、BTDF或BSDF，該物體位于該焦點F1上。由會聚的非球面透鏡(在光線相對于光軸H略微傾斜時)或者由拋物面反射器(在光線相對于光軸H強烈傾斜時)收集由該物體散射的光。在略微傾斜與強烈傾斜之間的界限位于30度角附近。因此，文檔FR2860869描述了一種測量裝置，該裝置不如角度儀龐大，但是該裝置不允許尤其通過大散射角來獲得良好的分辨率，因為該裝置是圍繞點目標設計的并且該裝置不考慮所有打開像差(彗形像差)和場像差(場曲率)。一個結果是，根據所執行的測量的角度，該分辨率不恒定。此外，在透鏡與拋物面反射器之間的不連續性產生了干擾測量的偽影。文檔FR2749388(T.Leroux–ELDIM)描述了一種BRDF測量設備，該設備限于低場角。實際上，測量透鏡執行傅里葉變換，該變換暗中引起打開像差和場像差的正確校正，但是無論所考慮的角度多大，光束的直徑始終具有相同截面這一事實將打開角度(openingangle，張開角度)限制為40°。這表示入射光與散射光的角度的總和不超過測量透鏡的打開角度，即，40°。因此，使用該裝置不能測量散射角超過40°的表面(尤其是高度漫射的表面)。
技術實現思路
本專利技術的一個目標在于，克服這些缺點中的一個或幾個。為此，并且根據第一方面，本專利技術對于物體具有光學系統，其旨在測量物體的至少一部分的反射的和/或在透射中操作的表面的雙向漫射分布函數BRDF、BTDF以及BSDF，所述系統在散射光的傳播方向依次包括：-消球差透鏡，其具有打開角度，所述打開角度的絕對值包含在45°與嚴格地低于90°的值之間，能夠在位于消球差透鏡的下游的中間觀察平面P上投射由反射的和/或在透射中操作的表面散射的光的強度圖案的圖像，-會聚場透鏡，其位于平面P的下游，-圖像拾取透鏡，所述圖像拾取透鏡的場角高于或等于從場透鏡中顯現的散射光束的會聚角，以及-視頻傳感器，所述消球差透鏡、會聚場透鏡、圖像拾取透鏡以及視頻傳感器被設置為允許在反射的和/或在透射中操作的表面與圖像拾取透鏡的入射光瞳之間的第一共軛，并且在散射光的強度圖案與視頻傳感器之間的第二共軛。因此，在執行圖像拾取透鏡的聚焦時，由于該系統獲得這兩個共軛，所以該配置允許獲得散射光的強度圖案的清晰圖像。“消球差透鏡”表示具有角度分辨率的透鏡，該分辨率包含在10°與嚴格地高于0°的值之間，優選地包含在5°與嚴格地高于0°的值之間，并且依然更優選地包含在1°與嚴格地高于0°的值之間，以便打開像差的校正適合于測量的角度分辨率。在透鏡嚴格地為消球差的(或者其角度分辨率包含在1°與嚴格地高于0°的值之間)時，校正第一共軛的打開像差。因此，在所有級別校正球面像差，并且在物體焦點與中間觀察平面P之間的光學路徑始終相同。該條件(也稱為嚴格的散光)轉化成以下公式：Σni*ei＝常數，其中，ei表示光沿著光線穿過的材料的厚度，并且ni表示相關的折射率。而且，在所有級別校正慧形像差，以便在出射光線與光軸H之間的高度h可由方程“h＝f′sinα”定義，f’表示透鏡的焦距，并且α表示所考慮的光線的打開角度。通過這種方式，根據本專利技術的系統允許根據所考慮的打開角度測量各種漫射表面(從低漫射表面到高漫射表面)的BRDF、BTDF以及BSDF。而且，對于小尺寸或大尺寸的研究的表面(例如，直徑為2mm)，測量的分辨率非常好，同時提出了一種系統，該系統緊湊、沒有移動部分并且具有非常短的測量時間。根據本專利技術的一個實施方式，會聚場透鏡是消球差的，以便第一共軛總體上是消球差的，以便提高光學系統的分辨率并且適當地限定漫射物體的實際測量的表面。根據另一個實施方式，會聚場透鏡包括至少兩個透鏡，所述透鏡被設置為使所述會聚場透鏡是消球差的，以便簡化光學設計。根據一種可能性，會聚場透鏡具有厚度和外傾角，外傾角的值高于所述會聚場透鏡的焦距的10％，以便能夠產生負場曲率并且補償消球差透鏡的場曲率。實際上，場透鏡的負曲率允許補償消球差透鏡的正場曲率，以便校正場曲率的第二共軛并且提高散射角的角度分辨率。或者，會聚場透鏡是雙凸形或平凸形單球面或非球面透鏡，以便獲得尺寸并且容易實現，但是在這種情況下，未為場像差(尤其是場曲率)校正第二共軛，這是因為未控制其場曲率。消球差透鏡具有例如打開角度，所述打開角度的絕對值包含在0°與嚴格地低于90°的值之間，優選地，所述打開角度的絕對值包含在45°與嚴格地低于90°的值之間，更優選地，所述打開角度的絕對值包含在60°與嚴格地低于90°的值之間，并且依然更優選地，所述打開角度的絕對值包含在85°與嚴格地低于90°的值之間，以便能夠觀察各種散射表面，尤其是高度漫射的表面。根據一個實施方式，消球差透鏡包括至少一個非球面透鏡，優選地，所述消球差透鏡包括兩個非球面透鏡，并且更優選地，所述消球差透鏡包括兩個非球面透鏡，所述非球面透鏡的每個表面相對于在其表面的中心測量的局部曲率半徑具有偏差，偏差高于或等于所述消球差透鏡的焦距的10％。因此，在消球差透鏡這樣由兩個高度非球面透鏡構成時，其打開角度非常大。因此，在為打開像差和場像差校正第一和第二共軛時，能夠觀察擴展表面(例如，2mm)并且能夠具有良好的角度分辨率以及更小的尺寸。此外，朗伯強度圖案的圖像在視頻傳感器上提供均勻的光分布，其最大化動態。而且，所有散射光由視頻傳感器恢復，并且在測量黑暗物體的反射的和/或在透射中操作的表面期間，沒有允許限制敏感度問題的漸暈。而且，與觀察角度無關，在相同的測量期間，傳感器看到的物體的外表面都始終相同，以便在測量期間，該表面始終相同。最后，通過良好的分辨率以高入射角進行測量。如果消球差透鏡由單個非球面透鏡構成，那么成本和尺寸減小，但是打開角度限于+/-45°，這限制了對低漫射表面進行的測量。根據一個替換的實施方式，消球差透鏡包括至少兩個透鏡，這些透鏡被設置為校正消球差透鏡的打開像差。所述至少本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光學系統(1)，旨在測量物體(7)的至少一部分的反射的和/或在透射中操作的表面(10)的雙向反射和/或透射分布函數BRDF、BTDF以及BSDF，所述系統在散射光的傳播方向上依次包括：?消球差透鏡(2)，具有打開角度，所述打開角度的絕對值包含在45°與嚴格低于90°的值之間，能夠在位于所述消球差透鏡(2)的下游的中間觀察平面P上投射由反射的和/或在透射中操作的所述表面(10)所散射的光的強度圖案的圖像，?會聚場透鏡(3)，位于所述平面P的下游，?圖像拾取透鏡(4)，所述圖像拾取透鏡的場角高于或等于從所述場透鏡中顯現的所散射的光束的會聚角，以及?視頻傳感器(5)，所述消球差透鏡(2)、所述會聚場透鏡(3)、所述圖像拾取透鏡(4)以及所述視頻傳感器(5)被設置為允許在反射的和/或在透射中操作的所述表面(10)與所述圖像拾取透鏡(4)的入射光瞳之間的第一共軛C1和在所述散射光的強度圖案與所述視頻傳感器(5)之間的第二共軛C2。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.01.31 FR 12/508861.一種光學系統(1)，旨在測量物體(7)的至少一部分的反射的和/或在透射中操作的表面(10)的雙向反射和/或透射分布函數BRDF、BTDF以及雙向散射分布函數BSDF，所述系統在散射光的傳播方向上依次包括：-消球差透鏡(2)，具有打開角度，其中，h＝f'sinα，f’表示透鏡的焦距，α表示入射光線的所述打開角度，并且h表示在相應的出射光線與光軸之間的高度，所述打開角度的絕對值包含在45°與低于90°的值之間，能夠在位于所述消球差透鏡(2)的下游的中間觀察平面P上投射由反射的和/或在透射中操作的所述表面(10)所散射的光的強度圖案的圖像，-會聚場透鏡(3)，位于所述平面P的下游，-圖像拾取透鏡(4)，所述圖像拾取透鏡的場角高于或等于從所述會聚場透鏡中顯現的所散射的光束的會聚角，以及-視頻傳感器(5)，所述消球差透鏡(2)、所述會聚場透鏡(3)、所述圖像拾取透鏡(4)以及所述視頻傳感器(5)被設置為允許在反射的和/或在透射中操作的所述表面(10)與所述圖像拾取透鏡(4)的入射光瞳之間的第一共軛C1和在所述散射光的強度圖案與所述視頻傳感器(5)之間的第二共軛C2。2.根據權利要求1所述的光學系統(1)，其特征在于，所述會聚場透鏡(3)是消球差的。3.根據權利要求1或2所述的光學系統(1)，其特征在于，所述會聚場透鏡(3)包括至少兩個透鏡，所述至少兩個透鏡被設置為使得所述會聚場透鏡(3)是消球差的。4.根據權利要求1或2所述的光學系統(1)，其特征在于，所述會聚場透鏡(3)具有厚度和外傾角，所述外傾角的值高于所述會聚場透鏡(3)的焦距的10％，使得能夠產生負場曲率并且補償所述消球差透鏡(2)的場曲率。5.根據權利要求1或2所述的光學系統(1)，其特征在于，所述消球差透鏡(2)具有打開角度，所述打開角度的絕對值包...

【專利技術屬性】
技術研發人員：讓皮埃爾·洛雷，
申請(專利權)人：讓皮埃爾·洛雷，
類型：發明
國別省市：法國;FR