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

1.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：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.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
[0007]-与规定安装位置的偏差，例如由于车身制造所导致的公差；
[0008]-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；
[0009]-车辆制造结束时的前照灯装设的质量。


技术实现要素：

[0010]
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。
[0011]
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。
[0012]
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)。
[0013]
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。
[0014]
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。
[0015]
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。
[0016]
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。
[0017]
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。
[0018]
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。
[0019]
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。
[0020]
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。
[0021]
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。
[0022]
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。
[0023]
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。
[0024]
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。
[0025]
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。
[0026]
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。
[0027]
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。
[0028]
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。
[0029]
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。
[0030]
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。
[0031]
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：
[0032][0033]
其中：
[0034]
i是发光强度，
[0035]
e是所测量的照度，
[0036]
d是光源和传感器之间的距离，以及
[0037]
(h,v)是平行于x轴固定取向的传感器被照亮的角度，即
[0038]
h对应于方位角φ，并且
[0039]
v对应于90
°
减去球坐标通常表示法中的极角θ。
[0040]
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。
[0041]
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。
[0042]
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。
[0043]
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。
[0044]
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。
[0045]
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。
[0046]
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。
[0047]
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。
[0048]
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。
[0049]
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。
[0050]
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。
[0051]
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。
[0052]
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。
[0053]
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。
[0054]
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。
[0055]
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。
[0056]
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。
[0057]
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。
[0058]
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。
[0059]
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。
[0060]
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：
[0061]-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，
[0062]-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)，
[0063]-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，
[0064]-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，
[0065]-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，
[0066]-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。
[0067]
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。
[0068]
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：
[0069]-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，
[0070]-至少一个传感器，其被设计成用于测量测量量，
[0071]-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，
[0072]-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，
[0073]-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。
[0074]
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。
[0075]
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。
[0076]
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。
[0077]
一个变型实施例规定，测角辐射计还具有：
[0078]-具有漫反射的反射性的测量壁，其反射辐射源发出的光，
[0079]-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，
[0080]-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，
[0081]-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。
[0082]
另一个实施例规定，
[0083]-至少一个传感器包括固定传感器，
[0084]-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，
[0085]-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。
[0086]
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。
[0087]
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。
[0088]
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。
[0089]
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。
[0090]
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)。
[0091]
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。
附图说明
[0092]
下面参考附图使用几个示例性实施例更详细地解释本发明。
[0093]
图1示出了测角辐射计的基本结构，其中，为了测角辐射测量，布置在转台上的物体旋转，辐射源在该物体中偏心地安装，并且传感器沿着杆件垂直移动；
[0094]
图2示意性地示出了柱坐标系，其原点在圆弧上移动。
[0095]
图3示意性地示出了根据图1的测角辐射计的测量几何。
[0096]
图4示意性地示出了图3的测量几何中的转台和物体的放大图；
[0097]
图5示意性地示出了从其原点在圆弧上移动的柱坐标系到原点在圆弧上移动的球坐标系的坐标映射。
[0098]
图6示出了图1的测角辐射计的变型，其中在距转台不同距离处设置有两个带有可以在其上移动的传感器的垂直杆；
[0099]
图7示出了测角辐射计的另一示例性实施例，除了旋转转台之外，测角辐射计还包括反射测量壁和相机；
[0100]
图8示意性地示出了一个球坐标系，其原点在一个圆弧上移动并且映射在投影壁上。
[0101]
图9示意性地示出了其原点在球面上移动的球坐标系。
[0102]
图10示出了球坐标系的示意图。
具体实施方式
[0103]
对于本发明的一般背景，首先参考图10。图10表示球坐标系，其示出角度phiφ和thetaθ的定义。如果辐射源处在该球坐标系的原点，则可以通过旋转辐射源或者移动传感器针对所有方向先后在-180
°
≤φ≤180
°
和0≤θ≤180
°
的角度范围内以测角方式测量辐射源的光学技术特征量和辐射度量学特征量。从而可以由两个角度φ、θ来定义发射方向。
[0104]
一般地，通过测角辐射测量，为多个发射方向i或角度对φi、θi分别匹配辐射源的特定的发光强度，或其他光学技术特征量或辐射度量学特征量，该特征量是借助传感器在球面或球面的子区域上测量得到的，或者是从传感器所检测的测量值导出的。这样，发光强度或所测量的特征量的空间分布得以确定，其限定了辐射源。对于诸如车辆前照灯来说，精确确定所涉及的特征量的空间分布或精确遵守所涉及的特征量的预设空间值是极为重要的。
[0105]
在对车辆前照灯进行测量时，可以首先使用常规的测角辐射计将前照灯(左或右)作为单独物体进行单独测量，然后叠加各个前照灯的光分布以模拟道路上的光分布。这种用测角仪进行的部件测量忽略了许多因素，尤其是没有考虑前照灯在车辆上的安装状态。
[0106]
图1示出了根据本发明的测角辐射计的第一示例性实施例。测角辐射计包括可绕旋转轴线31旋转的转台3。转台3位于基座35上。然而，这仅应被理解为示例。替代地，可以提供其他措施使得从转台3的平面向下辐射的角度范围可被以光学技术方式检测，例如将转台3布置在较高的夹层中。
[0107]
至少在车辆所在区域中，转台3具有平坦表面32，其与旋转轴线31一起限定第一坐标系，第一坐标系的原点由转台3的表面32与旋转轴线31的交点形成并且其空间轴线(z轴)与旋转轴线31重合。此处，旋转轴线31垂直地延伸。
[0108]
车辆1被布置在转台上，其通常具有两个前照灯2，对每个前照灯在光学技术或辐射度量学特征量方面进行测角辐射测量。在这种情况下，车辆1基本上布置在转台3的中心，使得前照灯2与如所述形成的第一坐标系的原点和旋转轴线31间隔开。
[0109]
为了进行测角辐射测量，还提供了垂直延伸的杆件40，传感器4可以在其上在不同的高度位置s之间垂直移动。杆件40从相对于转台3的平面较低的底面开始延伸，从而也可以检测到由前照灯2向下发射的辐射。
[0110]
还示出了测量壁5，其对于发出的前照灯光线进行漫反射。在所涉及的示例性实施例中，测量壁5与待实施的测角辐射测量无关，但可用于前照灯取向的可视化以及由前照灯产生的照明分布的视觉检查。旋转轴线31和测量壁5之间的最短距离用r表示。
[0111]
具有传感器4的杆件40和测量壁5都位于车辆1的前照灯的远场中，其中，例如，距离选择为25m的距离。
[0112]
由所示构造提供的测角辐射计是类型3的测角辐射计，其中围绕旋转轴线(此处是指转台3的旋转轴线31)的旋转与传感器(此处是指传感器4)沿垂直直线的移动相结合。测量以这样的方式进行，即，对于转台3的特定的旋转角度位置，传感器4垂直地移动，并记录与各个高度位置s相对应的多个测量值。对于转台3的多个旋转角度位置重复进行上述操作。替代地，给定传感器4的高度位置s时，转台3移动到不同的转台设定位置，并且这对于不同的高度位置s重复进行上述操作。
[0113]
在一次测量过程中，每次只有一个辐射源是激活的，在所示的示例性实施例中是左前照灯。
[0114]
原则上，传感器4可以是适合于测量从100nm到1μm的波长范围内或该波长范围的子范围内的光辐射的任何传感器。例如，其是光度计。可以规定，传感器1执行部分过滤或全部过滤，使得传感器的灵敏度与正常眼睛的灵敏度曲线相吻合。例如，传感器4提供亮度值作为输出值。
[0115]
例如，传感器4沿着杆件40移动到高度位置s，这些位置彼此之间的垂直距离对应于0.05
°
、0.1
°
、0.15
°
或0.2
°
的角度。但是，这仅应被理解为一种示例。
[0116]
然而，在以这种方式进行的测角辐射测量中，程序是这样的：对辐射源(前照灯)的待测特征量的与方向相关的检测在第一坐标系的多个发射方向上进行。因此，由测量确定的照度或其他特征量的空间分布并不能提供与辐射源的所述特征量的空间分布有关的信息。
[0117]
为了确定辐射源的所述特征量的空间分布，一方面考虑到光辐射源的辐射中心相对于第一坐标系原点的位置，并且另一方面考虑到在第一坐标系中方向相关地检测的特征量的值，将所涉及的特征量转换到第二坐标系中，在该第二坐标系中光辐射源的辐射中心位于坐标系的原点。
[0118]
需要指出的是，在下面对附图的描述中，为简单起见，术语“测量量”和“特征量”作为同义词使用。测量量是传感器所测量的测量值。特征量可以与测量量相同，也可以由测量量推导出。例如，如果测量量是照度，则作为辐射源特征量的发光强度可通过距离校正由照度计算得到，其中，距离校正考虑了当光斜入射时传感器或光度计的表面接收的光强减小这一事实，还进一步考虑了辐射源和传感器的距离。
[0119]
示例性地，光辐射源的辐射中心相对于第一坐标系的原点的准确位置可以使用触
觉测量系统来确定，其触探车辆上的特定标记并由此计算出相对位置。示例性地，这种触觉测量系统由flexagon metrology公司以名称“romer absolute arm”制造和销售。此处还应注意，安装在车辆中的前照灯的辐射中心通常已由制造商通过标记来指示，该标记集成到前照灯的封闭玻璃板中并且指示从封闭玻璃板中射出的辐射光束的几何中心。示例性地，以此方式可以精确地检测辐射中心相对于第一坐标系的原点的准确位置。
[0120]
通过映射或坐标变换将多个辐射方向的特征量转换为第二坐标系中的相应值。为此，参考图2-5，下面描述了一个变型实施例，其中发生这样的坐标变换，即，在作为柱坐标系的第一坐标系中检测检测值，第一步是将检测值转换到另一个柱坐标系上，辐射源的辐射中心位于该柱坐标系的原点，而第二步是将检测值转换到球坐标系上(同时考虑到距离问题)，辐射源的辐射中心位于该球坐标系的原点，其中，球坐标系是所期望的第二坐标系。
[0121]
图2和图5说明了这个过程。图2示出了柱坐标系，其原点在一个圆弧上移动。随原点而移动的柱坐标系的轨迹用t表示。轨迹d对应于转台3上的车辆1的所涉及的前照灯的移动。转台3或前照灯从起始位置a1旋转角度d。在图2的图示中，前照灯已经旋转到位置a2。图2示出了柱坐标系的常用参数。高度s表示根据图1的传感器4的高度位置。从前照灯到传感器4的平面距离在柱坐标系中以p来表示。
[0122]
需要指出的是，图2的柱坐标系表示前述的中间坐标系。测量值首先在第一坐标系中被记录，该第一坐标系经过原点o并绕旋转轴线31旋转，其中第一坐标系也是柱坐标系。现在的问题是将第一步中的测量值转换到基于旋转角度d的具有参数φ、p和s(其中p和s也可以被测量)的中间坐标系中，然后在第二步中由参数φ、p和s计算参数h和v，其中，根据图5右侧的图示，参数h是方位角，参数v是球坐标系中的仰角(定义为90
°
减去极角θ)。从而，相对于球坐标系来检测待检测的特征量的待确定的空间分布，在该球坐标系中，辐射源的辐射中心位于坐标原点。
[0123]
因此，每个旋转角度d关联于一个局部柱坐标系，对于该局部柱坐标系，确定局部方位角φ(相应于平面系统a,α中的h)，然后根据高度s和局部半径p计算前照灯物体系统中的局部仰角v＝90
°‑
θ，并且之后根据期望的特征量(例如，发光强度)进行距离校正。
[0124]
示例性地，测角辐射计算通过图1中示意性示出的计算单元6来执行，用于计算第二坐标系中的多个发射方向的特征量。计算单元6检测转台3的旋转角度、传感器4的高度s并且确定测量系统中的预设距离。传感器4测量的测量值也被馈送到计算单元6。同时，计算单元可以提供控制指令，例如将转台3转动特定角度d或者移动传感器4到特定的高度s。
[0125]
下面以图3和图4为例详细说明该计算，其中图4是图3左侧子区域的放大图。
[0126]
测量几何
[0127]
图3和图4中的测量几何结构如下。坐标系的原点o＝(0,0)是转台3的轴线31与转台3的表面32的交点。转台3与x轴的夹角等于d。x轴指向屏幕右侧，在正旋转方向上(规范地，即，光线来自左侧)y轴正方向在绘图平面中指向上方，并且z轴从纸平面指向上方。
[0128]
前照灯2位于参考线f上的起始位置a1处，距旋转中心的固定距离为a。然而，它们在空间中的位置必须在测量操作中确定，以便由此找到车辆1的零位置。前照灯到车辆1中心平面的横向距离为b，其中车辆1中心平面在制造公差和定位精度范围内沿x轴延伸。
[0129]
使用二维旋转矩阵和平面中的解析几何进行计算。出于基本的考虑，需要r2中的一个点p(x,y)旋转d：
[0130][0131]
所有重要的点在(x,y)平面中从零位置转出，然后计算相应的矢量，这些矢量附加到作为辐射源的前照灯2上。
[0132]
连续对车辆1的两个前照灯进行特征量测量和计算，也就是说，当测量一个前照灯2时，另一个前照灯关闭或被遮盖，反之亦然。本实施例考虑左前照灯2。
[0133]
由d计算h和p
[0134]
首先，根据旋转角度d确定局部柱坐标系中的方位角φ(或h)和局部半径p，其中，局部半径p是前照灯2和传感器4在所涉及平面中的位置的基点之间的距离。
[0135]
几何形状如下：
[0136]
转台角度d例如20.00
°
[0137]
参考线f-旋转中心的距离a测量，例如2.750m
[0138]
(相应于前照灯位置)
[0139][0140]
激活的前照灯的参数如下：
[0141]
h＝0时激活的前照灯的坐标
[0142]
前照灯相对于光轴的矢量角度(h＝0)
[0143]
(但之后并不需要)
[0144]
旋转d后有激活的前照灯的位置旋转d后有激活的前照灯的位置
[0145]
光度计位置参数如下：
[0146]
光度计到光轴(x)的横向距离，其由空间几何形状确定u
[0147]
光度计在xy方向上距中心(y)的距离v
[0148]
光度计偏移角α
[0149]
光度计坐标
[0150]
测量距离如下：
[0151]
矢量示出激活的前照灯至光度计：
[0152]
[0153]
前照灯至光度计的朝向与光轴成h
p
角
[0154]
激活的前照灯的消失点或光轴也被转动。在非旋转状态下(d＝0)，前照灯对准
[0155]
基于这样的几何形状和参数，局部柱坐标系中的方位角φ(或h)和局部半径p可以计算如下。
[0156]
当旋转了d时，被转动至从数学上讲，这是使用与相同的矩阵完成的：
[0157][0158]
矢量从激活的前照灯指向新的消失点
[0159][0160]
相对于光轴具有角度hc。hc与d相同。
[0161][0162]
因此，前照灯相对于光度计的角度为
[0163][0164][0165]
从而在局部柱坐标系(图2)中的h得以确定。
[0166]
局部半径p等于：
[0167][0168]
或
[0169][0170]
局部半径p不一定需要计算，因为根据定义，它与所涉及的测量几何形状中的d是一致的，因此在所涉及的示例中为25m。
[0171]
类似地，d可以反过来由h确定。这在实践中很重要，例如，当打算接近特定角度h时。
[0172]
下一步是确定根据图5右图的球坐标系中的球坐标h和v。
[0173]
方位角h与局部柱坐标系中相同：
[0174][0175]
角度v是用p和d从s和v之间的关系得出的：
[0176]
s＝p tan v
[0177]
以及
[0178][0179]
并且
[0180]
如果给定d和s，则可以相对容易地确定v。
[0181]
最后，球坐标系中的半径r也可以由v和s计算得到，例如：
[0182][0183]
由此待测量的特征量(例如发光强度)的空间分布可以在球坐标系中给出，辐射源的辐射中心位于在该球坐标系的中心。此外，可以进行距离校正。对方程式的进一步分析表明，在所涉及的定义或角度范围中存在着双射映射。
[0184]
图6示出了基于图1中的示例性实施例的另一示例性实施例。在这种情况下还设置有具有第二传感器4的第二杆件41，传感器也可以沿着杆件41在垂直方向上移动到不同的高度位置。此处，第二杆件41被布置成比第一杆件40更靠近转台3，例如相距5m，而转台3与第一杆件40的距离为25m。与图1一样，根据图6的布置包括计算单元，尽管其未单独示出。
[0185]
这种布置允许同时对多个辐射源进行测角辐射测量，示例性地，较近布置的传感器4用以最佳地测量车辆上的信号灯，例如转向信号灯。对于信号灯来说，远场在5m距离处已经存在，因此可以在相同的房间高度下测得更大的垂直角度。
[0186]
图7示出了一个示例性实施例，其中，为了测角辐射测量，在转台3上布置的车辆1至少被旋转到两个旋转位置，并且在测量壁5上反射的光由示意性示出的固定的相机7来检测。
[0187]
在这种情况下，相机7包括二维传感器芯片，其中，传感器芯片的像素能够被理解为本发明含义内的传感器。在此，二维传感器芯片的每个像素都匹配一个测量壁5的壁单元。示例性地，传感器芯片是二维ccd传感器或cmos传感器。相机7具有将入射光引导到传感器芯片上的光学器件。
[0188]
测量壁5的设计方式是通过漫反射、无定向反射在各个方向均匀地反射入射辐射。特别地，它是灰色或白色的，以便使反射的光谱影响尽可能小。因此，测量壁5不是具有满足反射定律的定向反射的镜子。
[0189]
相机7被布置和设计成用于检测在测量壁5上反射的光，其中，反射光被成像到相机7的传感器芯片上。对于转台3的至少两个位置，反射光被相机7检测为测量壁5上的亮度分布。仅示意性示出的相关计算单元6被设计成借助于坐标变换将由相机7记录的亮度分布转换成第二坐标系中的亮度分布。
[0190]
计算单元6执行测角辐射计算。它记录转台3的旋转角度d和来自相机7的测量数据。同时，计算单元可以提供控制命令，例如将转台3旋转特定角度。
[0191]
辐射源2在测量壁5上产生光分布9，其在所示的示例性实施例中对应于汽车前照灯的典型光分布。针对围绕轴线31的每次枢转运动，通过相机7的传感器芯片对光分布9进
行检测。测量壁5位于车内安装的辐射源的光分布的远场中。例如，它位于距前照灯或辐射源25m处。
[0192]
该示例性实施例的特征在于，代替根据图1中的示例性实施例的线性移动的光度计，使用光度校正的相机-测量壁系统，并且相机测量由车辆照明系统在测量壁上引起的亮度或照度的反射亮度。在这种情况下，只需要车辆的转向运动和相机-测量壁测量系统，就可以在单个亮度图像中检测整个角度范围。然后借助于坐标变换将相机在壁上测得的亮度分布转换为前照灯的发光强度分布。
[0193]
此处也使用了耦合坐标系，即，从壁坐标到前照灯参考系中的球坐标的转换随着前照灯在空间中的旋转而变化，其中亮度相机在壁坐标中确定测量值。如果已知前照灯的坐标取决于旋转装置角度，则又可以找到双射映射，利用该映射可以根据旋转装置的角度和前照灯的高度计算检测对象参考系统中的光分布。
[0194]
然后可以组合多个部分角度范围以形成整体的角度分布。这种方法的优点是，与基于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。
[0195]
然而，与使用光度计的直接测量相比，在使用相机7进行间接测量的情况下测量的动态范围较小。这是因为在使用相机7时，散射光的抑制在测量空间和物镜中都受到限制。因此，要达到100:1以上的对比度，需要付出很大的努力。考虑到这一点，可以规定具有更高动态范围的固定布置的传感器8来校测光分布的突出点。这种附加传感器8在图7中示意性地示出。为此，根据一个可选的实施例，在测量壁5中(例如在辐射源的光轴上)形成有开口(未示出)，由辐射源发射的光穿过该开口并由该附加传感器检测。这种情况下，轴线上的附加传感器要么位于测量壁5后要么位于开口处。理想情况下，传感器表面是测量壁的一部分，并且相对于入射光具有类似的反射或散射特性。替代地，这样的传感器8被布置在测量壁5的前方或旁边，其中，该传感器位于远场中。还可以规定的是，这样的传感器8可以移动，从而可以采用测量壁5前方的多个位置。
[0196]
这样的传感器8可用于精确校准由测量壁检测的整个光分布区域。由于这种附加传感器8的位置是已知的，所以测量壁5和相机7的组合仅需要用于确定光分布的突出点的角度。这与测量值的可追溯性的优点相关联，因为测量壁5和相机7的组合不必绝对校准，而是可以在测量期间用光度计校准。
[0197]
如前所述，相机7针对转台3的每个旋转位置检测由测量壁5限定的空间角。通过串联(aneinanderreihen)在转台3的不同旋转位置处的各个空间角，可以整合(zusammenfassen)所涉及的较大空间角范围内的整个光分布，特别是在辐射源或前照灯位于坐标原点的坐标系中。相应的投影由图8示出。
[0198]
另一个可选的示例性实施例规定了，图1的转台3也可以绕垂直于旋转轴线31的轴线倾斜，例如绕y轴倾斜。从而转台3本身在测量过程中实现了辐射源围绕第一轴线31和垂直于第一轴线31的第二轴线的移动，在这种情况下当然不是球体的所有空间方向都能被测角辐射测量地检测，而是只有前向取向空间角可以。然而，这对于测量前照灯照明的应用来说已经足够了。
[0199]
可选地，车辆也可以在转台上围绕横向轴线倾斜，例如通过抬升前部或尾部，这实现了与倾斜转台相同的效果。
[0200]
在这个实施例中，对于测角辐射测量来说，使用位置固定的传感器就足够了，它记
录了各种旋转角度和倾斜角度的组合下发出的辐射的测量值，该测量值等于待确定的特征量，或者待确定的特征量从该测量值中导出。使用位置固定的传感器是有利的，尤其是当房间高度有限时。
[0201]
可以规定，用合适的测量系统即时地检测车身倾斜度，车身倾斜度相当于转台倾斜度。
[0202]
这种布置的优点是，现在光度计不再需要为了调整耦合柱坐标系中的仰角而在线性轴线上移动，而是可以通过向前或向后倾斜车辆来完成。但是，必须检测并纠正上述车辆向底盘倾斜的缺点。例如，这可以通过安装在车辆左侧和右侧的相机来完成，这些相机测量贴附在车身上的标记点，从而检测车辆相对于水平零位置的真实倾斜角度，而不受车辆底盘影响，例如弹簧挠度或轮胎气压可以扭曲垂直角度。
[0203]
如图1所示，通过旋转其上放置有倾斜车辆1的平台3进行测量，使得前照灯围绕旋转装置的中心点在圆弧上移动。可以针对不同的倾斜角重复这种测量。
[0204]
在该示例性实施例中，测量几何由球坐标系描述，其原点在球面上移动。这是因为车辆1在转台上围绕两个相互垂直的轴线倾斜，得到相应于图9的内部的球坐标系的球面上的测量值，该球坐标系表示第一坐标系。现在必须将针对不同发射方向确定的相应测量值转换为外部的第二坐标系的坐标，其中辐射源的辐射中心位于第二坐标系的坐标原点。转换是通过两个耦合球坐标系之间的坐标变换进行的，其中，如第一个方程中所述，绝对值也通过距离定律和相对于光度计的入射角进行修改。
[0205]
所描述的发明使得在实验室中对处于安装状态的车辆的照明设备进行客观的计量学评估成为可能。与在户外和/或驾驶时执行(gewonnen)的方法相比，其优势在于可以排除道路(反射、干燥或潮湿条件)以及残余亮度或大气影响的影响。另一方面，所描述的发明使得可以将已经预组装的大型光功能组件偏心地定位在测角仪上，并通过双射将测量结果转换到测试对象的参考系中，即，一一对应的可逆(ein-eindeutig umkehrbar)映射。
[0206]
根据本发明的带有偏心布置的辐射源(其提供待评估的光功能)的方法使得可以在坐标系中检测待确定的特征量，在该坐标系中，辐射源的辐射中心位于坐标原点，尽管辐射源是偏心布置的。该方法的优点之一是不必通过移动车辆将待测辐射源移动到测角仪的坐标原点。一方面，这带来了空间优势，另一方面，它确保了待测车辆处于限定的位置，或者如果转台额外与滚轮试验台组合，则确保处于限定的行驶条件。
[0207]
需要指出的是，在偏心布置的辐射源的情况下，所描述的坐标系的变换原则上可以在任何测角辐射测量的状况下实施，即使是不使用根据图1的转台的测量布置，以及以不同的方式对具有偏心布置的辐射源的组件进行测角辐射测量，例如通过将组件围绕两个彼此垂直布置的轴线旋转(例如借助机器人)。
[0208]
应当理解，本发明不限于上述实施例，在不脱离本文所描述的构思的情况下，可以进行各种修改和改进。还应当指出的是，所描述的任何特征都可以单独使用或与任何其他特征结合使用，前提是它们不相互排斥。本公开延伸至并包括本文描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。如果定义了范围，则它们包括这些范围内的所有值以及落在一个范围内的所有子范围。