Vi ser världen i reflektion:Nästan allt ljus som kommer in i våra ögon har studsat av något först, ta med sig information om arten av de föremål den stötte på under vägen. Men den informationen påverkas starkt av vinkeln vid vilken ljuset träffar föremålet, och även vinkeln vid vilken det reflekterade ljuset når betraktarens öga.

Det är därför ljusets egenskaper reflekteras i olika vinklar och intensiteter är enormt viktiga, till exempel, till hur bilar målas, tyger är gjorda, plast och beläggningar är färgade, tryckt material produceras, optiska system är konstruerade, och fjärranalyserade bilder skapas och tolkas, för att bara nämna några.

Dessutom, instrument som används för många public service- och nationella säkerhetsanvändningar - såsom satellitövervakning av väder och naturkatastrofer, eller detektera aktivitet av potentiella motståndare - innehålla komponenter som måste kalibreras exakt mot en känd standard för att säkerställa korrekt karakterisering av effekterna av ljusreflektion och spridning.

NIST upprätthåller den nationella skalan för reflektion, och nu är det på väg att lansera ett dramatiskt förbättrat system för att mäta intensiteten och spektrumet av ljus som reflekteras och sprids från prover så stora som 30 cm kvadrat i praktiskt taget vilken riktning som helst. Kallade Robotic Optical Scattering Instrument (ROSI), det kommer att erbjuda nya möjligheter som efterfrågas av industri och vetenskap, men var inte tidigare tillgängliga på NIST.

"Vi började arbeta med att utveckla detta system för år sedan, "säger projektledaren Heather Patrick från NIST:s fysiska mätningslaboratorium, "kommer fram till successivt mer sofistikerade mönster före den nuvarande versionen av ROSI. I mitten av 2017 räknar vi med att göra den första uppsättningen funktioner tillgängliga för kunderna. Ungefär ett år senare, alla systemets funktioner kommer att vara fullt fungerande. "

Kanske viktigast av allt, ROSI tillåter både in- och out-of-plane mätningar. (Se diagram nedan.) I det förra, ljuskällan, provexemplaret, och mottagaren är alla i samma plan; i det senare, mottagaren är i ett annat plan.

Mätningar utanför planet var inte möjliga med ROSI:s föregångare, NIST:s arbetshäst Spectral Tri-function Automated Reference Reflectometer (STARR). "Men de är viktiga för alla som gör reflektansmätningar i fältet, som de som studerar havsfärg eller infraröd övervakning av värmesignaturer, "säger NIST -forskaren Catherine Cooksey." Dessutom de är viktiga för 'gonioapparent' beläggningar - det vill säga beläggningar som reflekterar olika färger beroende på visningsriktningen eller belysningen, som iriserande färger. Till exempel, bilfärg som verkar ändra färger när du rör dig runt bilen. "

Dessutom, ROSI utökar våglängden från ultraviolett till nära infrarött, och kan ge 100 gånger mer infallande ljus än STARR, möjliggör detaljerade mätningar av prover med låg reflektans och öppnar nya möjligheter för forskning.

ROSI -systemet kombinerar tre integrerade, helautomatiska komponenter (se diagram). Den ena är en laserbaserad ljuskälla som kan ställas in på en specifik önskad färg, intensitet, och polarisering innan det fokuseras på provet som ska studeras. Strålen gör en fläck 1 cm i diameter när den lyser exakt vinkelrätt mot ytan av provet, men utvidgas till en allt bredare och svagare ellips när vinkeln mellan källan och provet blir allt snedare.

Provet är monterat på slutet av ROSI:s andra huvudkomponent, en 6-axlig robotarm som kan flytta provet i nästan vilken vinkel som helst i förhållande till strålen. Den tredje komponenten är mottagaren som detekterar mängden ljus som sprids från provet vid en specifik betraktningsvinkel. Mottagaren kan flyttas runt robotarmens axel, en design som underlättar planmätningar.

Den kapaciteten är kritiskt viktig för att karaktärisera de material som satellitsystem som den långvariga Landsat-serien-som kartlägger förändringar i det globala landskapet-använder för att kalibrera sina inbyggda sensorer. Dessa enheter tar emot reflekterat och spritt ljus som kommer från en mängd olika vinklar, och kvaliteten på observationer beror på att förstå hur dessa vinklar påverkar signalen. Effekten är stor:Sedan Landsat 8 lanserades 2013 har mer än 30 miljoner bilder har laddats ner från programplatsen.

NASA förser många av sina andra satellitprojekt med reflektansmätningar, och NASA:s reflektansskala går att spåra till den nationella reflektansskalan genom årliga NIST -kalibreringar.

ROSI är utformat för att göra tre sorters mätningar. Det minst komplexa innebär spegelprover, där nästan allt infallande ljus reflekteras i en vinkel. Det är den första funktionen som kommer online senare i år. Den andra typen går under namnet Bidirektionell reflektansdistributionsfunktion (BRDF), vilket i princip innebär att både vinkeln vid vilket det infallande ljuset träffar provet och vinkeln mellan provet och mottagaren kan justeras separat för att mäta hur förändringarna förändrar egenskaperna hos det reflekterade/spridda ljuset.

Till sist, ROSI kommer att kunna producera "halvklotformiga" mätningar där ljus som reflekteras från provet registreras på många punkter som utgör ett komplett halvklot och producerar en omfattande datamängd.

"Denna nya anläggning erbjuder NISTs kunder en utökad kapacitet, och NIST själv med utökad forskningspotential, "Cooksey säger." Tidigare har vi kunde bara mäta inom ett enda plan. Nu kan vi mäta hela halvklotformigt utrymme ovanför ett prov punkt för punkt med signifikant ökad intensitet av infallande ljus. Detta ökar de typer av material vi nu kan mäta, såsom beläggningar med intressanta BRDF eller mycket mörka, svarta prover. "