專利名稱：用于特效涂料的光學(xué)性能的建模和仿真和用于確定分光光度計的照射和測量幾何條件的 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對特效涂料/特殊涂料/特效漆的光學(xué)性能進行建 模和仿真的方法和設(shè)備，具體涉及一種用于對具有各向同性光散射色素和 各向異性光散射色素的特效涂料的光學(xué)性能進行建模和仿真、并用于對特
效涂料的顏色模板(Tonvorlage)的色調(diào)和/或配方進行復(fù)制的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
利用不同的物理模型、例如根據(jù)Kubelka-Munk法和Giovanelli法，
來進行對涂料的最初配方和修正配方的計算，所述物理模型實現(xiàn)了對涂料 光學(xué)性能的計算和仿真。這些光學(xué)性能主要由涂料所含色素的類型決定。 各向同性與各向異性的光散射色素可被區(qū)分開。各向同性光散射色素引起 入射光的多次散射，使得反射或散射的光的強度既獨立于入射光的射入方 向也獨立于觀察方向。多次散射的結(jié)果是，反射和散射的光的強度至少大 致上各向同性。相反，對于各向異性的光散射色素，反射光的強度與入射 光的射入方向和觀察方向都相關(guān)，下面將更為詳細(xì)地介紹。
分別用于計算和仿真涂料的光學(xué)性能的物理模型都使用所謂的"輻射 傳輸方程"(STG)，其中以相函數(shù)的形式描述與涂料的光散射色素的散 射方向相關(guān)的光強度。對于在常規(guī)涂料中使用的各向同性光散射色素的情 況，相函數(shù)為一常量。因此，與角度和層厚相關(guān)的輻射傳輸方程可近似地 表示為一具有常系數(shù)的線性微分方程系統(tǒng)，并可借助特征值法簡單地、以 經(jīng)濟的運算時間求解。從而以線性微分方程系統(tǒng)代替輻射傳輸方程。然而， 這些物理模型的近似簡化只可用于具有各向同性光散射性能的色素。與常規(guī)涂料不同，所謂的特效涂料除含有具有各向同性光散射性能的 色素外，還含有各向異性光散射色素，這種各向異性光散射色素使相應(yīng)涂 料具有各向異性光散射性能。這種色素包括鋁和/或干涉色素、如云母顆粒 或云母，其例如在汽車涂料中產(chǎn)生所謂的"珠光效果，，。
因為，各向異性光散射色素的應(yīng)用在相應(yīng)的涂料層被照射時引起反射 或散射光的光強度的變化的分布，該光強度與照射方向和觀察方向、以及 光學(xué)層厚相關(guān)，所以在這種情況下相函數(shù)不是常量，這與純各向同性光散 射色素不同。因此對于特效涂料，必須使用與角度相關(guān)的相函數(shù)，但不再 能得出可簡單求解的線性微分方程系統(tǒng)。這不能封閉求解，因此必然會消 耗顯著增加的數(shù)值運算時間。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明提出 一種對具有各向異性光散射色素的特效涂料使用各向 同性光散射色素的物理模型的方法，通過該方法，即使對于各向異性光散 射色素，也可以近似地提供具有常系數(shù)的線性微分方程系統(tǒng)，以簡單和時 間有效地進行求解。
該方法實現(xiàn)了對既含有具各向同性光散射性能的色素又含有具各向異 性光散射性能的色素的特效涂料的光學(xué)性能的建才莫和仿真，所述特效涂料 在適當(dāng)?shù)妮d體上形成至少一層材料層或涂料層。
該方法還實現(xiàn)了對這種特效涂料的顏色模板的色調(diào)的復(fù)制，所述復(fù)制
通過以下方式進行確定并通過一比較程序來比較所述顏色模板的光學(xué)性 能與涂料實體模型、例如顏色測試板的配方的顏色測試樣品的光學(xué)性能。 利用所述比較來計算對所述涂料實體模型的配方的修正，從而能夠使兩種 涂料一一顏色模板的涂料以及顏色測試樣品或涂料實體模型的涂料一一的 色調(diào)一致。
根據(jù)所提出的方法，所述各向同性光散射色素和所述各向異性光散射 色素在空間上被虛擬地這樣分開，使得所述各向同性光散射色素虛擬地形 成至少一層材料層、而所述各向異性光散射色素虛擬地布置在所述材料層的邊界面上，從而借助于線性微分方程確定由所述各向同性光散射色素形 成的虛擬材料層的光學(xué)性能。另一方面，借助確定的特效算子
(Effectstoffoperator)將所述各向異性光散射色素的光學(xué)性能考慮為用于 求解所述線性孩i分方程的邊界條件。在附錄2中詳細(xì)說明了該特效算子。
所述材料層例如可具有雙層結(jié)構(gòu)，其中各向異性光散射色素虛擬地設(shè) 置在所述雙層結(jié)構(gòu)的內(nèi)邊界面上。"內(nèi)邊界面"是指設(shè)置在所述雙層結(jié)構(gòu) 的兩層之間的邊界面。
根據(jù)所提出的方法，這意味著"常規(guī)的"各向同性光散射色素與各向 異性光散射色素在空間上虛擬地分開。顯然，這種分開無需局限于虛擬材 料層或雙層結(jié)構(gòu)。相反，各向同性光散射色素的虛擬材料層可具有虛擬堆 疊的多層結(jié)構(gòu)或由這種多層結(jié)構(gòu)形成，該多層結(jié)構(gòu)具有一定數(shù)量的虛擬層。 對于所述虛擬層中的每一層，所述各向異性光散射色素都被布置在所述虛 擬層的相應(yīng)邊界面上。
根據(jù)另 一實施形式，各向異性光散射色素僅設(shè)置在相應(yīng)的內(nèi)邊界面上。
一般地，在垂直或環(huán)形的照射幾何條件中，處入特效涂料的涂料層中 的各向異性光散射色素不具有任何方位角依賴性，因而也能以與方位角無
關(guān)的方式處理輻射傳輸方程。因此假設(shè)，常規(guī)的各向同性光散射色素在所 述虛擬層或所有虛擬層上連續(xù)分布。因此，借助于一專門研發(fā)出的特效算 子，將各向異性光散射色素的作用變換為線性微分方程系統(tǒng)的邊界條件。
因此，能夠通過微分方程系統(tǒng)的邊界條件，來考慮僅在邊界面上(必要時 只在內(nèi)邊界面上)的各向異性光散射色素的特效性能。特效算子本身可通 過適當(dāng)?shù)木仃嚦朔ū硎?，如附?中通過示例詳細(xì)示出的。
如上文所述，這些邊界條件作用在虛擬層的邊界面上(必要時只作用 在內(nèi)邊界面)。這樣，在虛擬層內(nèi)，常規(guī)的各向同性光散射色素的作用可 另外通過相應(yīng)的輻射傳輸方程的固定的相函數(shù)來描述，因此，在本方法中， 對輻射傳輸方程的計算也保持了簡單性和時間有效性。這允許對特效涂料 的輻射傳輸方程進行有效地、與角度相關(guān)的計算，所述特效涂料具有不同 層厚，其中照射方向與方位角無關(guān)。該方法還實現(xiàn)了 ，在考慮相應(yīng)涂料的折射率和離散的角度的情況下， 對分光光度測量裝置的、與仿真的物理模型相匹配的照射角度進行計算， 所述離散的角度由用于求解輻射傳輸方程的、與基本問題相對應(yīng)的積分公 式得出。
在計算照射角度時，必須考慮到例如從空氣至涂料的光學(xué)相變。通過
所謂的"Fresnel"公式，這引起入射光在過渡到涂料層中時改變光路的方 向。在此能將照射裝置的入射方向選擇成，使得在涂料層中由于相變而改 變的射束方向與由積分公式給出的方向一致。這里參考下文將進一步詳細(xì) 描述的圖4a和圖4b、以及用于調(diào)節(jié)入射方向的裝置506和506b。
除對虛擬地構(gòu)造成多層結(jié)構(gòu)的特效涂料的單個層進行建模和仿真外， 也可設(shè)想將本方法應(yīng)用于實際的多層涂料結(jié)構(gòu)。這意味著，虛擬堆疊的多 層結(jié)構(gòu)與特效涂料的實際多層結(jié)構(gòu)相一致或等效。例如，該實際的多層涂
料結(jié)構(gòu)可包括電解沉積底層、填漆層(Ftillerlackschicht)、底漆/底色漆 (Basislack)和在上該底漆上面的清漆。在這種情況下，可在用于求解相 應(yīng)的線性微分方程的邊界條件中考慮涂料層的確定光學(xué)性能。所述方法因 此也適于確定彩色基底或清漆對多層涂料結(jié)構(gòu)的實際色調(diào)的影響。
如上文所述，作為特效材料添加到現(xiàn)代涂料中的各向異性光散射色素 包括例如金屬反射顆粒(例如所謂的"銀元(Silberdollar)")或反射率 例如大約為11=3的云母片或云母顆粒。這些各向異性光散射色素為尺寸達 幾]Lim的色素或顆粒，顯著大于尺寸大約為O.linm的、常規(guī)的各向同性光 散射色素。
各向異性光散射色素在虛擬層的邊界面上的所述虛擬實施的布置結(jié) 構(gòu)，使得各向異性光散射色素不必在微分方程中處理，而是通過邊界條件
加以考慮。必須考慮到各向異性光散射色素的表面密度(n)、它們的角
分布(0)和各向同性光散射色素的涂料層的光學(xué)層厚(T)。與此考慮有
關(guān)的詳細(xì)說明在附錄2中提供。
如上文所述，在涂料的生產(chǎn)中、借助于物理才莫型對適當(dāng)?shù)拇胧┮灰蝗?修正配方一一進行計算，利用該措施能夠根據(jù)預(yù)定的顏色模板或色調(diào)規(guī)定
7對產(chǎn)品批次進^f亍調(diào)節(jié)。這稱為所謂的"模型輔助工藝控制"。
然而如本文所述，特效涂料的生產(chǎn)特別需要一種模型，該模型能夠考 慮到各向異性光散射色素的與角度相關(guān)的影響。
此外，在生產(chǎn)期間，可借助于添加劑來改變特效涂料的光學(xué)性能，所 述添加劑使各向異性光散射色素的角分布改變。此外，也可改變各向異性 光散射色素的影響角分布的性質(zhì)和溶劑平衡，因為溶劑的揮發(fā)動力學(xué)會影 響到各向異性光散射色素的角分布。也可通過利用所述方法、適當(dāng)?shù)仄ヅ?用于各向異性光散射色素的邊界條件或特效算子，對這些光學(xué)性能的變化
力口以考慮。
因此，利用所述方法，可通過實際測量對顏色模板進行復(fù)制，所述復(fù)
制通過以下方式進行測量和比較顏色模板和涂料實體模型一一例如來自 生產(chǎn)運行的顏色測試板一一的配方的顏色測試樣品的光學(xué)性能，利用差別 對修正配方進行計算和仿真。
此外，使用所述方法，也可對具體涂料或?qū)ν苛系纳{(diào)進行顏色配方 的虛擬仿真，所述虛擬仿真通過以下方式進行選擇性地虛擬組合以下物 理參數(shù)色素的濃度和光學(xué)常數(shù)(K, S)、進而它們的光學(xué)層厚、各向異 性光散射色素的濃度、進而它們的表面密度、角分布、色素或顆粒尺寸和 厚度以及折射率，以考慮到光學(xué)相變。
這意p木著，利用所述對顏色配方進行仿真的方法，可選擇性地虛擬組 合一定數(shù)量的已知顏色模板的光學(xué)性能，進而能夠基于顏料的物理參數(shù)復(fù) 制已知顏色才莫板的光學(xué)性能。
此外，本發(fā)明提供一種用于應(yīng)用所述方法的設(shè)備，所述設(shè)備具有基本 上實際的或虛擬的均勻照射裝置，所述照射裝置以確定的入射角或照射角 提供平行的入射。此類均勻照射裝置例如可通過一環(huán)形光源實現(xiàn)。此外， 該i殳備包括用于確定照射幾何條件的器件。為此，該設(shè)備包括用于確定照 射裝置的入射角的器件，所述照射裝置在附錄3中更詳細(xì)地說明。垂直或 環(huán)形照射幾何條件的主要優(yōu)點是，處于涂料層中的各向異性光散射色素或 特效色素在這種照射幾何條件下平均不具有方位角依賴性，從而能以與方位角無關(guān)的方式處理輻射傳輸方程。
從說明書和附圖可以清楚地看出所提出的方法的其它實施形式。 應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，上述特征和將在下文中
說明的特征不僅能以(本文)指定的具體組合進行應(yīng)用，也可以其它組合
或者單獨地進行應(yīng)用。
下面在附圖中示意性地示出并參照附圖詳細(xì)說明了可能的實施例。


圖1示出一具有各向異性和各向同性光散射色素的特效涂料層的剖面
圖2示出一實際的多層涂料結(jié)構(gòu)的剖面圖； 圖3示出在內(nèi)邊界面上設(shè)置有各向異性光散射色素的虛擬多層涂料結(jié) 構(gòu)的剖面圖4a示出用于進行環(huán)形照射的裝置的示意圖4b示出用于進行虛擬環(huán)形照射的裝置的示意圖5示出復(fù)制顏色才莫板的程序的流程圖6示出對一新的顏色配方進行建才莫和仿真的程序的流程圖7示出根據(jù)各向同性光散射色素的模型的、與涂料層厚相關(guān)的輻射
強度；
圖8示出根據(jù)用于各向異性光散射色素的本發(fā)明模型的、與特效涂料 層厚相關(guān)的輻射強度；
圖9示出當(dāng)^f吏用單個照射裝置時的完整的測量指示線/測量特征曲線/ 測量指示量；
圖io示出對在一虛擬環(huán)形照射裝置下的測量程序的仿真。
具體實施例方式
圖1示出一特效涂料層200的剖面圖，該特效涂料層具有設(shè)置在涂料 層內(nèi)的各向異性光散射色素或特效色素202、以及各向同性光散射色素201。該涂料層因此包括各向異性光散射色素202和各向同性光散射色素 201的組合。各向異性光散射色素202不規(guī)則地或隨機地分布在該涂料層 內(nèi)，尺寸顯著大于各向同性光散射色素。
圖2示出了在承載材料301上的實際的多層涂料結(jié)構(gòu)300的剖面圖。 該涂料結(jié)構(gòu)300由電解沉積底層302、填漆層303、底漆304和處于上面的 清漆305組成。在這種情況下，當(dāng)解線性微分方程時，可以在邊界條件中 考慮各層302、 303、 304、 305的確定光學(xué)性能。這樣，可確定彩色基底 302、 303或清漆305對底漆304或多層涂料結(jié)構(gòu)300的固有色調(diào)的影響。
圖3示出了虛擬的多層涂料結(jié)構(gòu)400，該多層涂料結(jié)構(gòu)被分成多個各 向同性光散射層402,在各向同性光散射層中僅設(shè)置有各向同性光散射色 素403。相反地，將各向異性光散射色素或特效色素404虛擬地設(shè)置在各 向同性光散射層402的邊界面401上。各向異性光散射色素404在該虛擬 多層涂料結(jié)構(gòu)400中、即在層402的邊界面401上的布置形式，使得各向 異性光散射色素404不必在微分方程中進行處理，而是通過邊界條件進行 考慮，進而簡化;微分方程的求解。多層涂料結(jié)構(gòu)400的層數(shù)可任意選擇并 與具體要求相適應(yīng)。
圖4a示出了用于進行環(huán)形照射的裝置501的示意圖。在此提供一平行 的環(huán)形輻射505,該環(huán)形輻射與涂料面502的法線503成角度a504。因此 角度a 504是入射角，并可例如通過一裝置506相應(yīng)于基礎(chǔ)物理模型來調(diào) 節(jié)，裝置506將在附錄3中更詳細(xì)地說明?；诖怪被颦h(huán)形照射幾何條件， 處于涂料面502中或涂料層中的各向異性光散射色素在所述照射幾何條件 中平均不具有方位角依賴性，從而也能以獨立于方位角的方式處理輻射傳 輸方程。
圖4b示出了類似于圖4a的裝置，其中通過環(huán)形地疊加具有入射角a 504b的、實際平行的單個照射裝置501b而虛擬地產(chǎn)生環(huán)形照射。利用將 在附錄3中更詳細(xì)地說明的裝置506b，角度a504b可對應(yīng)于用于計算的物 理模型或數(shù)學(xué)模型進行調(diào)節(jié)。
圖5示出了用于復(fù)制特效涂料的顏色模板611的色調(diào)的程序的流程圖。
10在此，利用所述方法分別在測量步驟612和622中確定顏色才莫板611和涂 料實體模型621 (運行樣品(Anfallmuster)或顏色測試樣品)的光學(xué)性能， 并對二者進行比較630，從而能夠通過借助基于所述方法的模型640的修 正計算，提供涂料實體模型621的修正顏色配方650,利用所述修正顏色 配方650能使顏色模板611的色調(diào)與涂料實體模型621的色調(diào)相一致。為 此，在第一步中，使用所述方法確定顏色模板611的光學(xué)性能，并將其作 為所謂的額定值或以額定曲線612的形式記錄下來。然后同樣利用所述方 法測量涂料實體模型621的光學(xué)性能，所述涂料實體模型是在使用臨時顏 色配方的情況下作為運行樣品提出的，并將測量值622與顏色模板611的 額定值612進4亍比較。如果兩個測量值612、 622彼此不同，則可利用所述 方法、基于所述模型640對^^正顏色配方650進行計算和仿真。利用該<務(wù) 正顏色配方650,可使涂料實體模型621的色調(diào)與顏色模板611的任一色 調(diào)相一致。
除了復(fù)制現(xiàn)有的顏色模板外，所述程序和所述方法也適合于對新的顏 色配方進行建模和仿真。
圖6示出了對一新顏色配方或初始顏色配方740進行建才莫和仿真的程 序的流程圖。為此，通過對新顏色樣品711進行測量712，利用所述^=莫型 731和固有原材料721的特征722計算出相應(yīng)的顏色配方。以這種方式， 可相應(yīng)于基扣漠型731虛擬地準(zhǔn)備新的顏色配方或初始顏色配方，由此精 確地求得所述新顏色配方或初始顏色配方的成分732。以所述方式和方法， 該程序或該方法尤其適合于特效涂料及其顏色配方的建^=莫和仿真。
圖7示出了根據(jù)各向同性光散射色素的模型的、與涂料層厚相關(guān)的輻 射或照射的強度。可清楚地看到，所述強度曲線81隨著層厚的增加而連續(xù) 降低。利用該模型、可近似地通過常系數(shù)線性微分方程系統(tǒng)來描述光學(xué)性 能，所述微分方程系統(tǒng)能夠比較簡單地、以經(jīng)濟的運算時間求解。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明用于各向異性光散射色素的模型的、與特效涂 料層厚相關(guān)的輻射或照射強度。據(jù)此，考慮在邊界面上的各向異性光散射 色素的光學(xué)性能。特征是，強度曲線僅逐段地連續(xù)降低。在這些具有連續(xù)
ii曲線91的分段中，通過線性微分方程描述各向同性光散射色素的光學(xué)性 能。在所述層之間的邊界面上，通過相應(yīng)匹配的邊界條件考慮各向異性光 散射色素的特效材料的特有性能，所述性能通過強度曲線中的"臺階"92 表示。
圖9示出了當(dāng)使用以特定入射角(照射)的單個照射裝置時的完整的 測量指示線，其中所述測量指示線及其確定在附錄3中更全面地說明。在 此，所示的x-y平面表示將涂料與周圍區(qū)域或環(huán)境空氣分界的涂料表面。 在此，所示的z坐標(biāo)指向涂料或涂料層的厚度方向。以91表示在測量指示 線的x-y平面的范圍內(nèi)、由各向同性光散射色素產(chǎn)生的小區(qū)域。相反，測 量指示線的、空間上在涂料層內(nèi)延伸的其余部分92由各向異性光散射色素 產(chǎn)生。
圖IO示出了對在虛擬環(huán)形照射下的測量程序的仿真(結(jié)果)，所述仿 真通過以單個照射源的方位角的數(shù)量n、疊加圖9中的完整測量指示線進 行，以這種方式提供虛擬環(huán)形照射。所述仿真的更為詳細(xì)的說明在附錄3 中提供。
對色調(diào)以及相應(yīng)的顏色配方的虛擬建模、仿真和復(fù)制實現(xiàn)了，在將實 際的顏色混合之前對一一尤其是疊置的色層的一_新顏色模板或色調(diào)及顏 色組合進行測試的、比較快速和簡單的可能方案。特別地，這種程序可借 助所述方法應(yīng)用于具有各向異性光散射色素的特效涂料。所述方法因此提 供了一種節(jié)省原材料和材料成本以及人力成本的可能方案，所述各成本在 其它實驗中由實際的色調(diào)混合引起。附錄l
對輻射傳輸方程的詳細(xì)說明
輻射傳輸方程(STG)的一般形式可表示為如下的積分-微分方程
,X，") 二"r，A^)—^ J" j ^r ;/A< ;/^，力《幾〃，^W^^'(1.1)
該方程中 I為期望輻射密度， p為相函數(shù)，
T為光學(xué)厚度，以及 (p為方位角。
iu通過以下關(guān)系式由高度角s求得
H = cos( 9) (1.2) 在照射裝置旋轉(zhuǎn)對稱且相函數(shù)p固定的情況下，p=(D,則STG簡化為
= 7(r," + i7(r,(1 '3 )
如果例如根據(jù)Gauss-Radau方法，在區(qū)間卜1，1中、以n個節(jié)點(離散 點)的數(shù)值積分算法(近似地)解出STG右側(cè)的積分，則得到具有常系數(shù) ai，j， i， j = 1， ...， n的線性微分方程系統(tǒng)。
如果在一矩陣中規(guī)范地排列各系數(shù)，則將微分方程(DGL)表示成以 下形式
# = I' = AI (1.4)
該DGL的解為(類似于一維情況n=l):
邵(A (r=0) (1.5)
(多維)指數(shù)函數(shù)"exp()"的計算可使用矩陣A的特征值和特征向量 通過線性代數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法進行，從而得到STG的封閉的近似解。附錄2
對特效算子的詳細(xì)說明
如果通過以數(shù)值積分方法近似STG的積分，來求解附錄1所示的、用 于"常規(guī)的"涂料(即呈現(xiàn)顏色的、各向同性的光散射色素在涂料層中連 續(xù)分布)的輻射傳輸方程(STG)，進而如附錄l所述地、由具有常系數(shù) 的線性微分方程系統(tǒng)來代替STG，則必須在涂料的邊界側(cè)或外表面上給出 考慮到照射裝置的輻射強度的適當(dāng)邊界值。
在特效涂料的情況下，必須另外基于對設(shè)置有特效材料的內(nèi)部虛擬分 界面或邊界面所使用的模型、以公式表示邊界條件或連接條件。
如果將附錄1所示的線性DGL (1.5 )中的n維強度向量I在邊界層 或邊界面以上表示為"I_S1",而在邊界層或邊界面以下表示為"I—S2"， 并且將所述n維強度向量I的、與照射裝置的向上指向的射束或光束相關(guān) 的第一個n/2分量表示為帶下標(biāo)"up"，而其余的n/2分量帶下標(biāo)"dn"， 則例如得到以下強度向量
I Sl:
「I S2un、
- upI—S2:=— up
、1-_sidJL1—S2J
(2.1)
然后應(yīng)當(dāng)對光學(xué)厚度T,在內(nèi)分界面或邊界面上附加以下"內(nèi)，，邊界條
件或連續(xù)性條件
I—Slup=" SPRI—Sldn + (1 S2叩+ " * SPL * I—S2叩 (2.2) I—S2dn=Ti SPRI一S2叩+ (1 -ri)I—Sldn+Ti* SPL*I—Sldn (2.3) 這里"SPR，，和"SPL"表示(n/2xn/2)的矩陣，例如對于11=8的情形，
其定義如下
SPL::
P3p40)00P1]
P3P400SPR:=00p2
P40000p,p2p3
00o乂、Ap2p3
(2.4)
以顯而易見的方式類似地獲得與n相應(yīng)的一般情況。所述矩陣具有一般矩陣系粉矩陣元素Pi，所述矩陣系數(shù)表示各向異性
光散射色素或特效色素的角分布。參數(shù)n表示它們的表面密度。
通過標(biāo)準(zhǔn)代數(shù)轉(zhuǎn)換可以以緊湊的矩陣形式、以(nxn)矩陣M表示連 續(xù)性條件
I—S2 =MI—Sl。 該矩陣M被稱為特效算子。
15附錄3
與用于確定照射裝置的入射角的器件相關(guān)的說明
對于使用用于確定照射裝置的入射角的器件的情況，首先必須確定照 射裝置的適當(dāng)?shù)娜肷浣莂。對此必須指出，從照射裝置到測量對象上的入 射光，在存在光學(xué)相變的情況下，例如在大氣(nQ=l)和涂料或固化的涂 料粘合劑(n產(chǎn)l,5)之間，在穿過相關(guān)的相界時沿著其傳播方向偏斜或變 形。根據(jù)存在于相變處的介質(zhì)的給定折射率、借助于所謂的"Fresnel"公 式和相應(yīng)的積分算法，首先計算出至少一個合適的入射角a。
在具有用于確定照射裝置的入射角的器件的分光光度測量裝置中，可 調(diào)節(jié)計算出的照射角度。然而，普通測量儀器不具有此類用于確定入射角
的器件，而是具有固定的照射裝置入射角。這導(dǎo)致必須使用具有固定的入 射角的相應(yīng)測量儀器，該入射角盡可能接近通過所述積分算法和"Fresnel"
公式計算出的入射角。
用于確定照射裝置入射角的器件在圖4a和圖4b中示意性地示出為裝 置506和506b。
如果根據(jù)圖4b的說明、借助一虛擬照射裝置進行照射，則類似于上述 說明地調(diào)節(jié)入射角a。
此外，當(dāng)使用虛擬環(huán)形照射時，對所述測量補充附加步驟。虛擬環(huán)形 照射裝置是指例如點光源形式的單獨光源，該單獨光源以沿一定方向的一 定入射角和一定的方位角射在測量對象上，并在圍繞測量對象的環(huán)形軌跡 上、以入射角不變但方位角變化的方式轉(zhuǎn)動。因此可用單個照射裝置虛擬 地代替環(huán)形照射裝置，而不使用環(huán)形照射裝置或光源。
首先，在入射角恒定和方位角恒定的情況下、在測量對象外測量從測 量對象反射的光的強度。通過對由測量得到的測量值的變換，可使用 "Fresnel" ^^式確定測量對象的涂料內(nèi)的強度的與測量值相關(guān)的值。例如， 僅測量少數(shù)測量值和僅確定少數(shù)相關(guān)的強度值。
在另一個步驟中，可用一適當(dāng)?shù)乃^的"擬合"函數(shù)對強度值進行適應(yīng)或"擬合，，，并對虛擬強度值進行補充，通過以一入射余角(Glanzwinkel) 適當(dāng)轉(zhuǎn)動"擬合"曲線而形成所謂的完整"內(nèi)"測量指示線。
這意味著，由在測量對象外部測得的測量值出發(fā)，首先通過變換來確 定測量對象的涂料內(nèi)存在的強度值，這些強度值通過一 "擬合，，函數(shù)來近 似。通過以傳遞到涂料內(nèi)的入射余角進行旋轉(zhuǎn)，計算出三維強度分布或測 量指示線。入射余角提供一可與前大燈相似的反射角，該反射角通過入射 光在涂料的光滑平面上的反射確定。完整的"內(nèi)"測量指示線的一示例在 圖9中示出。術(shù)語"內(nèi)"表明，涉及在涂料"內(nèi)部"出現(xiàn)的強度分布，而 不是從外部執(zhí)行的測量的一部分。
所述"擬合"函數(shù)例如可表示如下
a . exp( ^ ， ) + 6
這里，e表示涂料層內(nèi)的測量指示線的相關(guān)的開口角/孔徑角
(Offnungswirkel)。
然后使用虛擬環(huán)形照射進行測量程序仿真。通過疊加數(shù)量為n的、不 同方位角的、完整的測量指示線進行該仿真，分別以一定的方位角建立所 述測量指示線。不同方位角的測量指示線的疊加因此對應(yīng)于所-使用的照射 裝置沿一環(huán)形軌跡圍繞測量對象轉(zhuǎn)動，以仿真來自不同方位角的照射、進 而仿真虛擬環(huán)形照射。圖10中示出在虛擬環(huán)形照射下的這種仿真或測量程 序的圖象，其中n=36。
權(quán)利要求
1.一種用于對特效涂料的光學(xué)性能進行建模和仿真的方法，所述特效涂料包括具有各向同性光散射性能的色素和具有各向異性光散射性能的色素，其中所述特效涂料在一適當(dāng)?shù)妮d體上形成至少一層材料層或涂料層，所述方法還用于復(fù)制這種特效涂料的顏色模板的色調(diào)，其中確定并通過一比較程序來比較所述顏色模板的光學(xué)性能與涂料實體模型配方的顏色測試樣品的光學(xué)性能，從而能夠利用所述比較實現(xiàn)對所述涂料實體模型的配方的修正，并使所述顏色模板和涂料實體模型的色調(diào)一致，其特征在于，所述各向同性光散射色素和所述各向異性光散射色素在空間上被虛擬地分開，使得所述各向同性光散射色素虛擬地形成材料層、而所述各向異性光散射色素虛擬地布置在所述材料層的邊界面上，從而借助于線性微分方程確定由所述各向同性光散射色素形成的虛擬材料層的光學(xué)性能，并借助確定的特效算子將所述各向異性光散射色素的光學(xué)性能考慮為邊界條件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述各向同性光散射色素的 虛擬材料層具有虛擬堆疊的多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)具有一定數(shù)量的虛擬層， 其中對于所述虛擬層中的每一層，所述各向異性光散射色素都被布置在所 述虛擬層的相應(yīng)邊界面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述虛擬堆疊的多層結(jié)構(gòu)與 特效涂料的實際多層結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。
4. 一種用于應(yīng)用根據(jù)上述權(quán)利要求1至3中任一項的方法的設(shè)備，所 述設(shè)備具有基本上實際的或虛擬的均勻照射裝置，所述照射裝置具有平行 的入射方向，其中，所述設(shè)備包括用于確定所述照射裝置的入射角的器件。
5. —種借助于根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的方法來復(fù)制顏色模板的 方法，其中，測量和比較顏色模板的光學(xué)性能和涂料實體模型的配方的顏 色測試樣品的光學(xué)性能，并根據(jù)差別對修正配方進行計算和仿真。
6. —種借助于才艮據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的方法對顏色配方進行仿 真的方法，其中，基于涂料原料的物理參數(shù)對已知的顏色模板的光學(xué)性能進行纟莫擬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對特效涂料的光學(xué)性能的進行建模和仿真方法，所述特效涂料包括具有各向同性光散射性能的色素和具有各向異性光散射性能的色素，其中所述特效涂料在一適當(dāng)?shù)妮d體上形成至少一層材料層或涂料層。本方法還用于復(fù)制這種特效涂料的顏色模板的色調(diào)，其中確定并通過一比較程序來比較所述顏色模板的光學(xué)性能與涂料實體模型配方的顏色測試樣品的光學(xué)性能，從而能夠利用所述比較實現(xiàn)對所述涂料實體模型的配方的修正，并使所述顏色模板和涂料實體模型的色調(diào)一致。本方法的技術(shù)特征為，所述各向同性光散射色素和所述各向異性光散射色素在空間上被虛擬地這樣分開，使得所述各向同性光散射色素虛擬地形成材料層、而所述各向異性光散射色素虛擬地布置在所述材料層的邊界面上，從而借助于線性微分方程確定由所述各向同性光散射色素形成的虛擬材料層的光學(xué)性能，并借助確定的特效算子將所述各向異性光散射色素的光學(xué)性能考慮為邊界條件。
文檔編號G01J3/46GK101646928SQ200880010640
公開日2010年2月10日 申請日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者C·博爾內(nèi)曼, C·鮑邁斯特, H·貝爾林, J·卡爾拉特 申請人:巴斯夫歐洲公司