用于对安装在物体中的光辐射源的至少一个光学技术或辐射度量学特征量进行与方向相关的测量的方法和测角辐射计与流程

本发明涉及一种方法和一种测角辐射计，其用于对安装在物体中的光辐射源的至少一个光学技术特征量或辐射度量学特征量进行与方向相关的测量。

背景技术：

1、测角辐射计通常用于测量灯和发光器的光学技术或辐射度量学特征量。这些是机械-光学测量系统，通过这些系统可以确定用于描述光辐射的量的方向依赖性。例如，根据所使用的传感器或测量装置头，可以确定光源的发光强度分布或颜色分布体。光源或辐射源布置成其光中心位于测角辐射计的中心和球坐标系的坐标原点。在这种情况下，通过旋转光源或辐射源或先后移动传感器到不同角度，可以对光学技术或辐射度量学特征量的测量值进行测角测量，即，在所有方向上进行测量。

2、通过对各个方向的评估和/或通过在分布体的子区域或整个空间角上的测量结果的积分得到源的光学技术或辐射度量学特征量。

3、光学技术或辐射度量学特征量(例如发光强度)是方向相关的量，其发射方向通常可以由与光源相关联的球坐标系中的两个角度来指定。用特定的被称为a平面、b平面和c平面的平面系统进行描述已经很普遍了。这些平面在文件cie no 70(1987)：“绝对发光强度分布的测量”(cie的中央局,isbn 3 900 734 054)中有所描述。

4、在实践中，某些类型的测角辐射计已被证实有效，这些也在cie no.70(1987)文件中进行了定义。对于类型1.1至1.3的测角辐射计，光源在测量过程中旋转，而传感器是静止的。在类型3测角辐射计中，辐射源绕轴线旋转，传感器沿平行于旋转轴线的直线移动。在这一情况下，光源或辐射源的光中心或辐射中心位于测角辐射计的中心。

5、人们对于检测灯和发光器在使用时所处状态(即安装状态)下的光学技术或辐射度量学特征量产生了越来越大的兴趣。这里的一个重要应用是测量在安装状态中车辆的前照灯照明质量和/或光学技术信号功能。这种测试不同于对车辆光学技术部件(前照灯、发光器)的常规测试，因为还检测了这些组件在车辆上的安装所造成的影响和公差。这些影响主要由

6、-与规定安装位置的偏差，例如由于车身制造所导致的公差；

7、-车辆偏离水平面，例如由底盘公差引起，特别是弹簧的浸入距离，其由负载(乘员人数、驱动燃料，即满油箱或空油箱)或轮胎中的空气压力的影响所导致；

8、-车辆制造结束时的前照灯装设的质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种方法和一种测角辐射计，其用于对光辐射源的至少一个光学技术或辐射度量学特征量进行与方向相关的测量，其允许在辐射源的安装状态中检测辐射源的特征量。

2、根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求20的特征的方法和具有权利要求21的特征的测角辐射计来实现。本发明的进一步改进在从属权利要求中说明。

3、因此，本发明的第一方面提供了一种用于对安装在物体中的光辐射源的至少一个光学技术或辐射度量学特征量进行与方向相关的测量的方法，该方法包括下述步骤(不一定按给出的顺序实施)。

4、物体被布置在具有旋转轴线的转台上，其中转台的旋转轴线限定了第一坐标系，示例性地，其原点由转台的表面与旋转轴线的交点形成并且其空间轴线与旋转轴线重合。物体以如下方式布置在转台上，即，光辐射源的辐射中心与第一坐标系的原点间隔开。示例性地，如果物体是车辆，则整车布置在转台上，而前照灯的辐射中心不在转台的轴线上。

5、进行测角辐射测量，其包括物体绕轴线的旋转，其中，测角辐射测量在第一坐标系中进行，转台上的物体从起始位置开始绕转台的旋转轴线旋转并且转台的旋转轴线构成测角辐射测量的轴线。在这种情况下可以设置为如下方式，即，转台的旋转轴线在垂直方向上延伸，但这不是强制性的。

6、在测角辐射测量中，针对多个发射方向或测量角度，对辐射源的测量量进行与方向相关的检测，其中，第一坐标系中所限定的发射方向分别匹配于测量量的测量值。例如，第一坐标系中所限定的每个发射方向都匹配于由传感器检测到的测量量的值。测角辐射测量在第一坐标系中进行。

7、此外，光辐射源的辐射中心的位置(示例性地，在初始位置)相对于第一坐标系的原点被确定。这可以在测角辐射测量开始之前完成。现在规定，在第二坐标系中针对多个发射方向计算测量量，在第二坐标系中光辐射源的辐射中心位于坐标系的原点。这是基于在第一坐标系中方向相关地测量的测量量的值和相对位置(即，光辐射源的辐射中心相对于第一坐标系原点的位置)进行的。测量量的空间分布因此从第一坐标系中所测量的分布转换成了光辐射源的辐射中心处于中心位置的情况下的空间分布。

8、测量量可以是待测的特征量，或者待测的特征量是由测量量计算出的。例如，如果测量量是由传感器测量的照度，则可以由此导出辐射源的发光强度作为待测的特征量。根据权利要求9的实施方式，这是通过校正相对于传感器的距离和入射角进行的。

9、所实施的方法可以提供关于辐射源的特征量的空间分布的情况，尽管该辐射源并不位于执行测角辐射测量的坐标系的原点。

10、因此，本发明基于如下构思：不把待检测的特征量或待测试的功能定位在测角辐射计的轴中心，而是首先通过辐射源的偏心定位进行测角辐射测量。通过了解辐射源在转台上的偏心位置，可以计算出在测试物体的系统或辐射源的系统中的相应测量角度。该转换基于各个坐标系之间的坐标变换。

11、换句话说，本发明规定，辐射源的光分布或特征量分布通过两个耦合的坐标系来确定。移动发生在第一坐标系中，而光分布或待测的特征量的分布在第二坐标系中计算。

12、两个耦合坐标系的选择使得第一坐标系的角度(d/s)和第二坐标系的角度(h/v)之间的关系是双射的，即，存在一个一一对应(eineindeutig)的数学计算函数，以便从一个坐标系转换到另一个坐标系，还有一个一一对应的(eindeutig)反函数，以便从第二个坐标系转换回第一个坐标系。

13、本发明的优点在于，即使辐射源不在辐射测量的原点，安装状态下辐射源的待测的特征量也可以被方向相关地检测并且可以被定量地评估。这使得测量还考虑到将辐射源安装到物体(例如，车辆)中所引起的影响和公差。

14、如已经提到的，本发明的一个实施方式规定，所涉及的物体是汽车或车辆。其被整个放在转台上。在此情况下，可依次测量各种内置辐射源，例如左前照灯、右前照灯、转向灯等信号灯。当然，前照灯可以在近光灯、远光灯和驻车灯等各种工作模式下进行测量。然而，示例性地，本发明也可以在空间扩展组件上实现，该空间扩展组件被布置在转台上并且包括偏心安装的辐射源。

15、根据本发明的一个实施例，转台的旋转轴线沿垂直方向延伸。因此，这使得能够将物体的重量均匀地分布在转台上。然而，原则上也可以设想的是，转台在空间中被取向为具有一定的倾斜度，使得其旋转轴线与垂直方向成一定角度。

16、当然，不可能检测每个发射方向的特征量，因为有无数个发射方向。相反，检测特定的发射方向网格，其中每个网格代表特定的空间角度，即总空间角度的特定部分。为了根据这样的网格限定发射方向，只需要将转台步进旋转即可，其中，转台所采取的旋转位置分别对应于发射方向。或者，转台连续旋转，其中，在特定时间点或以定义的角度检测测量值，然后每个测量值对应于特定的发射方向。

17、本发明的一个实施例规定，除了物体在转台上的旋转之外，测角辐射测量还包括沿着直线根据沿该直线的位置检测特征量。在该实施例中，测角辐射计是类型3的测角辐射计，其中，(在转台上并且在该处偏心的)辐射源绕轴线旋转并且传感器沿直线移动。

18、在一个实施例中，采用传感器进行测角辐射测量，该传感器沿着直线移动并对于该直线上的预定位置检测发射的辐射的测量值。传感器优选地在平行于转台的旋转轴线延伸的垂直线上移动，使得沿着垂直线检测测量量，这与旋转相结合产生正交网格。然而，原则上，传感器可以沿着空间中的任何直线移动。作为一个传感器的替代方式，也可以提供沿直线布置的多个传感器，从而不需要传感器的移动。

19、选择类型3的测角仪的优点是物体或车辆不必绕水平轴线倾斜。通过这种倾斜，由于重力会在车辆悬架中产生力，该力反过来会影响车辆与构造相关的相对于假想水平面的取向。为了能够以常规方式使用这种类型的测角仪测量安装于车辆时的光学技术功能，即，不使用两个耦合坐标系，待测量的光源(近光灯、转向灯等)必须移动到旋转轴线的中心，并且在将其固定安装在车辆上后，必须横向移动整个车辆然后再次进行固定。除了机械方面的挑战外，这还会导致更大的空间需求，因此实验室的尺寸必须大很多倍。

20、因此，根据本发明的这一方面，在不影响精度的情况下，本发明提出将车辆任意定位于旋转装置上，随后精确测量相对于旋转轴线的待测光功能的位置。

21、物体或车辆所在转台的高度代表街道高度，在进一步评估所有光学技术测量量时都参考该高度，以确定车辆在街道上造成的照明情况。

22、一个实施例规定，作为测量量，对照度进行测量并且使用以下公式由该照度计算作为待测的特征量的辐射源的发光强度：

23、

24、其中：

25、i是发光强度，

26、e是所测量的照度，

27、d是光源和传感器之间的距离，以及

28、(h,v)是平行于x轴固定取向的传感器被照亮的角度，即

29、h对应于方位角φ，并且

30、v对应于90°减去球坐标通常表示法中的极角θ。

31、例如，为了由所测量的照度来计算发光强度，必须知道光源和传感器之间的距离d以及角度h和v。该公式假定传感器被取向为平行于x轴(h＝0)。该距离校正考虑了当光线以一定角度落下时传感器或光度计的传感器表面暴露于减弱的发光强度，以及辐射源和传感器之间的距离。

32、一个变型实施例规定了，除了物体在转台上的旋转和沿直线根据沿该线的位置检测特征量之外，测角辐射测量包括沿第二直线根据沿该第二直线的位置检测特征量，其中，第一直线和第二直线平行并且布置在距第一坐标系的原点不同的距离处。两条线或线性轴线优选地布置在不同的距离处，例如在不限于一般性的情况下布置在25m和5m处。通过这样的布置，可以在车辆的调设中最佳地测量前照灯和信号功能。

33、在此指出，辐射源的辐射中心基本上可以用不同的方式定义。例如，它可以是发光灯丝的中心。另一种方式是将辐射源的辐射中心定义为穿过将辐射源与环境分开的封闭玻璃板(abschlussscheibe)的辐射束的几何焦点。示例性地，封闭玻璃板是前照灯玻璃，光束从中射出。以这种方式定义的辐射中心通常由制造商通过封闭玻璃板中的标记来识别。

34、本发明的另一个实施例规定了，第二坐标系中的与方向相关的特征量的计算是根据测量量在第一坐标系中的方向相关的检测值进行的，这通过将在第一坐标系中检测到的测量值的坐标映射到对应的第二坐标系中的坐标来实现。基本上可以使用任何坐标系，例如笛卡尔坐标系、柱坐标系和球坐标系。示例性地，在球坐标系中，每个发射方向由方位角和极角定义。

35、具有转台和线性轴线的变型实施例规定，第一坐标系是柱坐标系，第一坐标系中所检测的值的坐标在第一步中被转换到另一个柱坐标系，辐射源的辐射中心位于其原点处，在第二步中被转换为球坐标系，辐射源的辐射中心位于其原点处，其中球坐标系为第二坐标系。因此，向着以辐射源的辐射中心为原点的球坐标系的转换通过中间坐标系中的坐标的中间计算发生。然而，这仅是示例性实施例。原则上，也可以进行第一坐标系和第二坐标系之间的直接转换。这里可以使用任何合适的数学方法。

36、上述变型实施例规定，对于每个发射方向，传感器在第一坐标系中的位置由转台的旋转角d和传感器的高度s来计算，并且以此来计算第二坐标系中传感器位置的方位角h和仰角v，并将所考虑的传感器测量的测量参数的值匹配于由方位角和仰角定义的发射方向。相应的测量值还通过相对于传感器的距离和入射角进行校正，以便从测量量获得特征量，特别是由照度计算发光强度。

37、根据另一实施例，测角辐射测量不是根据类型3而是使用相机来实施的。这里规定，除了物体在转台上的旋转之外，测角辐射测量还包括通过固定相机检测测量量，其中，由辐射源发射的辐射在反射测量壁上以漫反射、无定向反射的方式被反射，并且针对转台的至少两个位置由相机检测测量壁上的亮度分布。通过坐标变换将相机检测的亮度分布转换为第二坐标系下的亮度分布。亮度分布表示测量量。

38、这种测量装置基本上基于如wo 2016/116300 a1中所述的测角辐射测量装置。

39、根据该变型实施例，对于测角辐射测量仅需要车辆的旋转运动和相机-测量壁测量系统，以便能够在单个亮度图像中检测整个角度范围。然后使用坐标变换将相机测得的在壁上的亮度分布转换为前照灯的发光强度分布。

40、此处，在物体位于转台上的设置下，测量壁上呈现的亮度分布已经定义了一个较大的空间角，也就是说，在测量壁所限定的空间角中通过相机的物镜检测到各个发射方向的二维测量值。如果测量壁足够高，使得可以完整地描绘出远场辐射源的垂直分布，那么根据测量壁上的呈现或亮度分布，就可以确定待测的特征量对极角的依赖性。通过转动转台，其他方位角的其他空间角呈现在测量壁上。根据测量壁的宽度，检测转台至少两个位置的亮度分布(否则就不是测角辐射测量)，其中，整个光分布由各个空间角网格的排列组成。

41、耦合坐标系也用于带相机的变型实施例中，即，从壁坐标(其中亮度相机确定测量值)到前照灯参考系统中的球坐标的转换随着前照灯在空间中的旋转而变化。如果已知前照灯的坐标是取决于旋转装置角度，则又可以找到双射映射，利用该双射映射可以由旋转装置的角度和前照灯的高度来计算检测物体的参照系中的光分布。

42、然后可以将几个子角度范围组合成总角度分布。这种方法的优点是，与基于传感器或光度计的顺序网格测量相比，结合车辆旋转和相机测量可以更快地获得数据，同时对于前照灯在转台上的位置并没有要求-只需准确确定即可。

43、一个实施方式规定，测量壁布置在辐射源的光分布的远场中，也就是说，处在可以将辐射源近似视为点光源的距离处。例如，测量壁在其起始位置距离辐射源25m。

44、另一个实施方式规定，辐射源的光还直接照射另一传感器并且该传感器检测到的信号被用于校准相机。由于相机测量的测量不确定性远大于传感器测量(通常使用光度计)，因此可以使用传感器选择性地校正相机获得的数据。另一传感器可以是布置在测量壁前面或侧面的传感器。传感器也可以布置在测量壁后面并且通过测量壁中的开口被照射。

45、使用另一传感器进行校正的优点除了降低测量不确定性外，还在于，测量值的可追溯性通过传感器或光度计来实现，并且测量壁-相机组合不必绝对校准。

46、本发明的另一个实施方式规定，除了物体在转台上的旋转之外，测角辐射测量还规定，转台或物体绕垂直于旋转轴线的轴线倾斜，其中，物体在转台上以多个倾斜角旋转，并且针对旋转角和倾斜角的每个组合检测测量量，其中，基于围绕辐射源的辐射中心的球形表面上的测角辐射测量对测量量进行检测。特别地，物体还绕水平轴线倾斜(通过倾斜转台或倾斜物体)。可以规定，位置固定的传感器被用于测角辐射测量，该传感器针对旋转角和倾斜角的每个组合记录发射的辐射的测量值。

47、在这种情况下，使用合适的测量系统来检测转台或物体倾斜的角度，其中，(如果安装辐射源的物体是车辆)检测转台的倾斜角度或车身的倾斜角度。

48、这种布置的优点是无需为进行测角辐射测量而在线性轴线上移动传感器以测量耦合坐标系中的仰角，而是可以通过向前或向后倾斜车辆来完成。因此，光度计可以设计成固定的，示例性地，当房间高度有限时，这是有利的。然而，对于该变型实施例，需要检测和纠正最初提到的车辆向底盘倾斜的缺点。示例性地，这可以通过附接到车辆左侧和右侧的相机来完成，相机测量车身上的标记点并从而检测车辆相对于水平零点位置的实际倾斜角度，使得例如弹簧偏转或轮胎气压等底盘影响不会歪曲垂直角度。

49、在该示例性实施方式中，通过其上放置有倾斜车辆的平台的旋转并结合倾斜来进行测量，使得前照灯在倾斜了倾斜角的圆弧上围绕旋转装置的中心点移动。然而，现在的测量几何是通过耦合球面坐标系来描述的，原点在球面上。

50、一个变型实施例规定，第二坐标系中与方向相关的测量量是根据第一坐标系中测量量的与方向相关的检测值计算的，其通过如下方式进行，即，将在第一坐标系中检测到的值的坐标映射到第二坐标系中的相应坐标，其中，第二坐标系是原点在球面上移动的球坐标系。

51、根据本发明的第二方面，本发明涉及一种用于对安装在物体中的光辐射源的至少一个光学技术或辐射度量学特征量进行与方向相关的测量的方法，其包括以下步骤：

52、-将物体布置在保持元件处或保持元件上，该保持元件被设置并被设计成围绕第一轴线以及垂直于第一轴线的第二轴线旋转物体，其中，物体在保持元件上被布置成使得光辐射源的辐射中心位于由第一轴线和第二轴线形成的第一坐标系的原点之外，

53、-确定光辐射源的辐射中心相对于第一坐标系的原点的位置(相对位置)，

54、-进行测角辐射测量，其包括物体绕两个轴线的旋转，其中，测角辐射测量在第一坐标系中进行，

55、-借助对多个发射方向的测角辐射测量，对辐射源的测量量进行方向相关地检测，其中，在第一坐标系中定义的发射方向分别匹配于所述测量量的测量值，

56、-根据方向相关地检测的、在第一坐标系中确定的与方向相关的测量量的值以及相对位置，在第二坐标系中针对多个发射方向计算测量量，在第二坐标系中光辐射源的辐射中心位于坐标原点，

57、-其中，测量量等于待测的特征量，或待测的特征量是根据测量量计算出的。

58、该方法不同于根据权利要求1的方法之处在于，物体没有被布置在转台上，而是围绕两个轴线旋转，对应于使用类型1的测角辐射计的经典测角辐射测量，尽管此处辐射源的辐射中心位于进行测量所在的坐标系的原点之外，然后进行向第二坐标系的转换。物体被布置在空间中的任何地方并且被作为保持元件的机器臂保持，保持元件可以围绕多个轴线来旋转物体。

59、本发明的另一个方面涉及一种测角辐射计，其用于对安装在物体中的光辐射源的至少一个光学技术或辐射度量学特征量进行与方向相关的测量，其中，该测角辐射计包括：

60、-具有旋转轴线的转台，其中，转台的旋转轴线限定了第一坐标系，其原点由转台的表面与旋转轴线的交点形成，并且其空间轴线与旋转轴线重合，并且其中转台设置为承载物体，使得光辐射源的辐射中心与第一坐标系的原点间隔开，

61、-至少一个传感器，其被设计成用于测量测量量，

62、-其中，转台和至少一个传感器被设计成在第一坐标系中执行测角辐射测量，其包括物体绕转台的旋转轴线的旋转，其中，借助针对多个发射方向的测角辐射测量，对测量量进行与方向相关的检测，其中，在第一坐标系中限定的发射方向分别匹配于测量量的测量值，

63、-计算单元，其用于针对第二坐标系中的多个发射方向计算测量量，其中光辐射源的辐射中心位于坐标系的原点，该计算根据光学辐射源的辐射中心相对于第一坐标系的原点的位置以及根据在第一参考系中所确定的测量量的与方向相关的检测值来进行，

64、-其中，计算单元还被设计成根据测量量计算待测的特征量，只要测量量还不是待测的特征量。

65、使用这样的测角辐射计，可以实施根据权利要求1的方法。特别地，测角辐射计可以是类型3的测角辐射计，其中，至少一个传感器沿着直线根据沿该直线的高度位置检测测量量。

66、特别地，借助根据本发明的测角辐射计可以在安装状态下评估车辆的前照灯照明质量或光学技术信号功能。这种测试不同于对车辆光学技术组件(前照灯、车灯)的常规测试，因为还检测了这些组件在车辆上的安装所造成的影响和公差。

67、在本发明的实施方式中，测角辐射计被设置并设计成用于实施权利要求2-18所给出的方法变型。

68、一个变型实施例规定，测角辐射计还具有：

69、-具有漫反射的反射性的测量壁，其反射辐射源发出的光，

70、-位置固定且不可移动地布置的相机，其具有二维传感器芯片，其中，传感器芯片的像素形成至少一个传感器，

71、-其中相机被布置并设计成使得其针对转台的至少两个位置检测在测量壁上反射的光，其中，反射光在相机的传感器芯片上成像，并且其中反射光被相机检测为测量壁上的亮度分布，

72、-其中计算单元被设计为使用坐标变换将相机所检测的亮度分布转换为第二坐标系中的亮度分布。

73、另一个实施例规定，

74、-至少一个传感器包括固定传感器，

75、-转台被设计成除了绕旋转轴线旋转之外还使得布置在其上的物体绕垂直于旋转轴线的轴线倾斜，或者物体被布置成可绕该轴线倾斜，

76、-其中，转台或物体和至少一个传感器在测角辐射测量中协同作用，使得物体在测角辐射测量中以多个倾斜角在转台上旋转，并且位置固定的传感器针对旋转角度和倾斜角度的每个组合，对待测的特征量进行检测。

77、需要指出的是，为了本公开的目的，下文提及的术语定义如下。

78、术语光学技术(lichttechnisch)和光度学(photometrisch)也可以包括术语辐射度量学(radiometrisch)，只要有测量红外线(ir)或紫外线(uv)特征量n。

79、术语传感器包括用于测量波长范围从100nm(uv-c)到1mm(ir-c)的光辐射(紫外线、可见光和红外线)的所有实施例。根据一个示例性实施例，传感器被设计为光度计。

80、当使用任何传感器(光度计或辐射计)检测光学技术设备的光分布时，术语测角光度计和测角辐射计可互换使用。在谈论测角辐射计时，无论使用哪种传感器，总是涉及所有的实施方式。

81、术语车辆可以包括所有类型的车辆，特别是用于公路、铁路、水上或空中交通的车辆。下面的示例性实施例总体上涉及用于载人机动车辆(pkws)。

82、除了用于照亮道路的前照灯或车辆中的信号装置外，术语光学技术设备还可以包括用于交通路线的光学技术设备。