DE3421577C2 - Gerät zur Reflexionsmessung an farbigen Objekten - Google Patents

Abstract

Das Gerät ist zur Reflexionsmessung an farbigen Objekten bestimmt. Nach der Erfindung sind im Meßkopf (5') des Gehäuses über der rundum gleichmäßig unter 45° beleuchtbaren Meßöffnung (1') mindestens drei Fotozellen (7) angeordnet. Zwischen Meßöffnung (1') und den Fotozellen (7) sind zu deren gleichmäßigen Meßlichtbeaufschlagung Lichtführungselemente innerhalb einer rohrförmigen Lichtabschirmblende (9) mit maximal 10° Öffnungswinkel angeordnet. Die Fotozellen (7) sind lichtdicht am oberen Ende der Lichtabschirmblende (9) eingebunden.

Description

a) das lichtdichte Gehäuse (5) des Meßkopfes (5') enthält eine Beleuchtungseinrichtung für die Meßäffnung (Γ), bestehend aus einer Lichtquel-Ie (3) und Mitteln (2, 4) zum Beleuchten der Meßöffnung (V) rundum unter 45°;

b) gegenüber der Meßöffnung (1') und senkrecht zu dieser ist eine rohrförmige Blende (9) vorgesehen;

c) an dem der Meßöffnung (V) abgewandten Ende der Blende (9) definiert die Eingangsapertur eines optischen Systems einen öffnungswinkel von maximal 10°;

d) das auf die Eingangsapertur fallende, von dem an der Meßöffnung (V) anliegenden Objekt reflektierte Licht wird vom optischen System mindestens drei Photozellen (7) zugeführt;

e) das optische System ist derart ausgebildet, daß jede Photozelle (7) in gleicher Weise von dem von der ganzen Meßöffnung (1') ausgehenden Licht beaufschlagt wird;

f) die Photozellen (7) sind in Fortsetzung des Lichtweges des reflektierten Lichts über Blende (9) und optisches System symmetrisch angeordnet und

g) jeder farblichtmessenden Photozelle (7) ist wenigstens ein Farbfilter (12) zugeordnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System für die Lichtführung zu den Fotozellen (7) als für jede Fotozelle (7) separater Lichtleiter (8) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System für die Lichtführung zu den Fotozellen (7) in Form eines für alle Fotozellen (7) wirksamen Linsensystems (11) ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System für die Lichtführung zu den Fotozellen (7) in Form einer vor jeder Fotozelle (7) angeordneten Sammellinse (14) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Meßöffnung (V) und dem optischen System für die Lichtführung zu den Fotozellen (7) ein oder mehrere zusätzliche Filter (10), wie Polarisationsfilter, Farbtemperatur-Beeinflussungsfilter, Filter zur Beeinflussung der spektralen Helligkeitsempfindlichkeit, angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilter (12) als Beschichtungen der Sammellinsen (14) ausgebildet sind.

65 Die Erfindung betrifft ein Geräc zur Reflexionsmessung an farbigen Objekten gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Geräte der genannten Art sind allgemein bekannt und für den genannten Zweck in Benutzung. De;· Reflexionsmessung an farbigen Objekten liegen im wesentlichen zwei Aufgaben zugrunde. Die erste besteht darin, den Farbort von Körperfarben zu bestimmen, wobei der Farbort durch zwei Farbkoordinaten und eine Helligkeitskoordinate eindeutig definiert ist. Die zweite Aufgabe hat Farbdichtemessungen zum Ziel. Hierbei wird das Reflexions- bzw. Absorptionsvermögen von Farben im Verhältnis zur farblos weißen Fläche festgestellt Besonders für den zuletzt genannten Anwendungsbereich sind schon leistungsfähige Geräte im Sinne der eingangs genannten Art entwickelt worden, darunter vor allem auch leichte, kompakte Handgeräte. Bei diesem Stand der Technik waren die Bemühungen hauptsächlich darauf gerichtet, die Bedienbarkeit der Geräte hinsichtlich einer schnellen und fehlerfreien Handhabung zu verbessern. Ein wesentlicher Mangel solcher vorbekannter Geräte besteht darin, daß sie mit einem Filterrad bestückt sind, das von Hand für die Messung einer bestimmten Farbe in eine entsprechende Filterposit'on gedreht werden muß. Die manuelle Einstellung der Filterposition ist besonders umständlich in Verbindung mit der sog. Nullkalibrierung. Hierbei ist es notwendig, das Filterrad nacheinander in alle Filterpositionen einschließlich der filterlosen Weißposition zu drehen. Die Nullkalibrierung, die mit Rücksicht auf die Sicherheit der Meßwerte möglichst oft und vor jeder größeren Meßreihe durchgeführt werden sollte, wird dadurch zu einem umständlichen und auch zeitraubenden Prozeß.

Unter diesem Aspekt sind Geräte gemäß »Schweizer Archiv, Febr. 60. S. 60-65/Der Spectromat als Farbmeßgerät« entwickelt worden, die ein motorisch angetriebenes, ständig rotierendes Filterrad aufweisen. Dadurch entfällt die manuelle Anwahl, und die Farbdichten der verschiedenen Meßfilter stehen in kurzer zeitlicher Folge abrufbereit zur Verfügung. Unbefriedigend an dieser vorbekannten Lösung bleibt jedoch der dafür notwendige mechanische Aufwand und die damit verbundene Störanfälligkeit. Außerdem verkürzt der Stromverbrauch des Antriebsmotors die Betriebsdauer der heute üblicherweise mit kleinen Akkumulatoren gespeisten Handmeßgeräte.

Aus dieser Erkenntnis heraus sind Versuche unternommen worden, das Filterrad ganz zu umgehen. Das Ergebnis sind Geräte, die in Verbindung mit einer O/450-Meßgeometrie für die Lichtsammlung unter 45° zur Meßfläche mit mehreren im Kreisverband angeordneten Fotoelementen versehen sind. Für jede Filterfarbe sind mehrere, bspw. drei Fotoelemente vorgesehen, wobei vor das Fenster jedes Fotoelements ein entsprechendes Filter gestellt wird, was für die drei Filterfarben und weiß und für drei Fotoelemente pro Farbe insgesamt zwölf Fotoelemente ergibt. Deren Anordnung im Kreis ist derart getroffen, daß die Filterfarbe von Fotoelement zu Fotoelement wechselt. Hierin besteht der grundlegende Mangel dieser vorbekannten Geräteausbildung. Die aus mehreren Gründen vorteilhafte und in den einschlägigen Normen vorgeschriebene ringförmige Beleuchtung oder Lichtsammlung existiert nämlich nicht mehr, sondern ist auf drei oder maximal vier Punkte pro Farbe reduziert. Hinzu kommt der Aufwand von zwölf oder mehr Fotoelementen einschließlich deren Filter, das Problem einer raumsparen-

den und geometrisch exakten Anordnung und die Notwendigkeit, die unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Fotoelemente innerhalb einer Farbe korrigieren zu müssen.

Der weitere einschlägige St-d.T. wird durch folgende Druckschriften repräsentiert: DOS 32 26 371, 32 26 370 und 19 40 579.

Beim Gegenstand der DOS 32 26 371 sind mehrere Sender (Lichtleiter) zur Rundumausleuchtung auf das Meßfeld gerichtet, und zur Aufnahme der vom Meßfeld reflektierten Strahlung ist senkrecht über dem Meßfeld ein Empfänger angeordnet mit der speziellen Maßgabe, daß die Abstrahlungsfläche der Sender parallel zur Meßfeldebene verlaufen soll.

Beim Gegenstand der DOS 32 26 370 liegen im Vergleich zur DOS 32 26 371 praktisch umgekehrte Verhältnisse vor, d. h., eine Mehrzahl von Empfängern ist rings um einen zentralen Sender angeordnet.

Beim Gegenstand der DOS 19 40 579 handelt es sich schließlich um ein Gerät für die Blutuntersuchung, bei der das zu untersuchende Blut durch eine mit Durchsichtsfenster versehene Kammer geleitet wird. Die filterbewehrten Fotozellen erhalten das zu messende Licht über jeweils einen Lichtleiter, die als Bündel mit ihren Enden unmittelbar auf das Fenster aufgesetzt sind. Dies gilt auch für das ebenfalls via Lichtleiter zentral dem Fenster und damit der Probe zugeführte Meßlicht. Für eine optimale Reflexionsmessung farbiger Objekte ist dieses vorbekannte Gerät insbesondere auch in Rücksicht auf die normativen Vorgaben aus zwei Gründen nicht geeignet: Einmal ist hiermit eine gleichmäßige Rundumbeleuchtung des Meßfeldes nicht möglich und zum anderen kann keines der Lichtleiterenden das ganze Meßfeld erfassen, sondern sieht nur den darunter befindlichen Teilabschnitt des Meßfeldes, was sicherlich für den dort vorgesehenen Zweck einer Blutuntersuchung akzeptabel sein mag, aber nicht für die Zielsetzung gemäß vorliegender Anmeldung, die darin besteht, bei grundsätzlich beizubehaltender einfacher Handhabung des Gerätes und Erfüllung normativ vorgegebener Forderungen durch spezielle Anordnung mehrerer Fotozellen die gleichmäßige Rundumbeleuchtung der Meßöffnung unbeeinträchtigt zu lassen und die Zahl von Fotozellen und Farbmeßfiltern auf das notwendigste Maß zu reduzieren und damit die Möglichkeit zu schaffen, diese in der beengten Gehäusegeometrie unterbringen zu können, und zwar mit der Maßgabe, daß jede Fotozelle das gleiche und zwar ganze Meßfeld zu sehen bekommt.

Diese Aufgabe ist mit einem Gerät der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die Kombination der im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten, an sich bekannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen. Grundlage für diese Lösung ist die Anwendung der gleichfalls normentsprechenden 45/0° Meßgeometrie, einer Meßanordnung, bei der die Beleuchtung unter 45° und die Lichtsammlung senkrecht zur Meßfläche erfolgen. Hierbei kann für die ringförmige Beleuchtung auf bekannte und kostengünstige Lösungen zurückgegriffen werden. Voraussetzung dafür ist aber die erfindungsgemäße Konzentration aller notwendigen Fotozellen im Zentrum des Meßkopfes über der Meßöffnung, wobei durch die Lichtführungselemente für eine gleichmäßige Beaufschlagung der Fotozellen mit dem Meßlicht gesorgt ist, verbunden mit dem Vorteil, Zusatzfilter in den nur einen vor der Meßöffnung in das innere des Meßkopfes gehenden Meßlichtstrahl einschalten zu müssen, der erst danach auf die Fotozellen aufgeteilt wird.

Das erfindungsgemäße Gerät wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen schematisch

F i g. 1 das Gerät in perspektivischer Darstellung;

F i g. 2 eine Vorderansicht des Gerätes und

F i g. 3 — 5 Schnitte zu verschiedenen Ausführungsformen des Meßkopfes.

Zunächst wird auf die F i g. 3 — 5 Bezug genommen und der Meßkopf erläutert. Für die ringförmige Beleuchtung der Meßfläche 1 wird das bekannte Prinzip einer Lichtquelle 3 benutzt, die aus einem Parabolspiegel 2, einer gasgefüllten Wolframlampe und einer asphärischen Linse 4 als Mittel zur Beleuchtung der Meßöffnung Γ besteht Die genannten Elemente sind in einem als lichtdichtes Gehäuse 5 ausgebildeten Metalltubus angeordnet, der zur Meßfläche hin mit einer Blende 6 abschließt, die das Meßfeld begrenzt und gegen das Raumlicht abschirmt. Das Gehäuse 5 ist Teil des gesamten Meßkopfes 5'. Für die Lichtsammlung sind vier Fotozellen 7 vorgesehen, von denen allerdings jeweils nur zwei dargestellt sind. Drei der Fotozellen 7 haben vor ihrem Eingar.gsfenster jeweils ein Farbmeßfilter 12 stehen, wobei für Farbmessungen an Druckkontrollstreifcn im allgemeinen genormte, schmalbandige Filter mit den Farben Rot, Grün und Blau verwendet werden. Die vierte Fotozelle ist für Weißmessungen bestimmt und hat kein Filter. Für die Lichtverteilung dient ein vierstrangiger Glas- oder Kunststofflichtleiter 8, der im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 das Lichtführungselement 13 bildet. Die Querschnitte der Stränge und der Querschnitt des gemeinsamen Teils werden zweckmäßigerweise kreisförmig ausgebildet. Um Lichtverluste klein zu halten, sind die Austrittsflächen der Lichtleitarme unmittelbar an die Filter 12 und an das Fenster der Fotozelle für die Weißlichtmessung herangeführt. Um den öffnungswinkel der Lichtsammlung auf den genormten Winkel von maximal 10° zu begrenzen, stekken die Lichtleiter 8 in einem Metallrohr, das die rohrförmige Blende 9 bildet und deren Durchmesser und Länge entsprechend abgestimmt sind. Im oberen Teil ist das Metallrohr der Blende 9 als Träger für die Fotozellen 7 ausgebildet.

Eine weitere Vereinfachung des Meßkopfes 5' ist erreichbar, wenn anstelle von vier Fotoelementen 7 nur drei Fotoelemente für die Messung der Farbsignale verwendet werden und auf ein eigenes Fotoelement für das Weißsignal verzichtet wird. In diesem Fall wird das Weißsignal durch eine geeignete elektronische Auswertung der drei Farbsignale gewonnen. Zusätzlich zu den Farbfiltern vor den Fotoelementen werden in den Strahlengang des von der Meßfläche 1 ankommenden Lichts häufig weitere Filter eingefügt. Zweck dieser Filter ist es, das ankommende Licht insgesamt (also für alle vier oder drei Fotozellen gemeinsam) in einer bestimmten Weise zu beeinflussen. Derartige Filter 10 sind deshalb vorteilhaft, wie dargestellt, unmittelbar vor den Lichtführungselementen 13 angeordnet. Im wesentlichen kommen dafür drei Filterarten in Betracht, nämlich Polarisationsfilter, insbesondere Zirkularpolarisationsfilter, die dazu beitragen, daß an nassen und getrockneten Druckfarben gleichhohe Dichtewerte gemessen werden; Filter zur Korrektur der Farbtemperatur des Meßlichts, bspw. auf den von der Norm vorgeschriebenen Wert und schließlich Filter zur Anpassung der spektralen Helligkeitsempfindlichkeil der Fotoelemente an

die Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges oder bestimmter Fotomaterialien.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist geeignet, die Funktion eines Filterrades voll zu ersetzen und dessen Nachteile zu vermeiden. Neben dem Fortfall jeglieher beweglicher Teile besteht ein zusätzlicher Vorteil darin, daß die Fotozellen 7 und ihre Filter hermetisch nach außen abgeschlossen sind und demgemäß sind Staub und Beschädigungen jeglicher Art an den Filtern und an den Eingangsfenstern der Fotozellen 7 ausgeschlossen. Alle vier Fotozellen werden vom Licht der Meßfläche gleichmäßig und gleichzeitig beaufschlagt. Damit sind die Meßwerte für alle Farben jederzeit durch einfachen Tastendruck abrufbereit oder können gleichzeitig angezeigt werden. Durch eine geeignete elektronische Auswertung der Meßsignale kann eine automatische Farbbestimmung ermöglicht werden. In diesem Falle wird die Anzeige der Dichtewerte automatisch mit der Angabe der entsprechenden Filterfarbe ergänzt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist der Lichtleiter gemäß Fi g. 1 durch ein Linsensystem 11 ersetzt, das im wesentlichen aus einer Sammellinse und einer Streulinse besteht. Die Farbmeßfilter 12 befinden sich vor den Fotozellen 7. Zusätzliche Filter 10, die das gesamte ankommende Licht verändern, können vor oder hinter dem Linsensystem angeordnet werden. Die Ausführungsform gemäß Fig.4 gewährleistet wieder eine Lichtsammlung mit einem öffnungswinkel von 10° und eine gleichmäßige Lichtverteilung auf die vier oder drei Fotozellen 7. Bis zu einem gewissen Grade nachteilig sind aber höhere Lichtverluste, weil die Eintrittsfenster der Fotozellen nur mit einem Teil des gesamten verfügbaren Lichtes beaufschlagt werden. Dabei sind die Lichtverluste für nur drei Fotozellen 7 kleiner als für vier Fotozellen, weil drei Fotozellen eine raumgünstigere Anordnung zulassen. Versuche haben jedoch ergeben, daß auch mit dieser Ausführung bei entsprechender Wahl der Lichtstärke der Lichtquelle hinreichend starke Meßsignale erhalten werden. In allen anderen Punkten ist diese Ausführungsform gleichwertig zu der gemäß F i g. 3.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist für eine wirksame Lichtverteilung jede Fotozelle 7 mit einer eigenen Sammellinse 14 bestückt, die das von der Meßfläehe 1 ankommende Licht auf das lichtempfindliche Gitter der Zelle fokussiert. Besonders geeignet sind lichtstarke asphärische Linsen, die mit Rücksicht auf kleine Abmessungen eine Brennweite von wenigen Millimetern besitzen. Allerdings wird ein optimaler Grad der Lichtausbeute in der Regel nur mit Linsen erreicht, deren optische Werte exakt auf die geometrischen Verhältnisse des hier vorliegenden Meßkopfes 5' abgestimmt worden sind. Die Farbfilter 12 können vor der Sammellinse 14 oder zwischen Sammellinse 14 und Fotozelle 7 angeordnet werden. Weiterhin können die Linsen 14 selbst mit einer Filterschicht versehen sein, wofür im Falle plankonvexer Asphären vor allem die Planfläche in Betracht kommt Wie in den vorbeschriebenen Ausführungsformen können auch hier in den gemeinsamen Strahlengang zusätzliche Filter 10 eingefügt werden, wobei diese Filter zugleich dazu benutzt werden können, das optische System staubdicht abzuschließen. Der öffnungswinkel des ankommenden Lichtes kann wiederum durch eine Blende oder eine gleich-wirksame Einrichtung auf einen bestimmten Wert begrenzt werden.

Allen drei Ausführungsformen ist gemeinsam, daß sie grundsätzlich auch für Transmissionsmessungen verwendbar sind. Hierbei ist die Funktion des optischen Systems des Meßgerätes auf die Lichtsammlung beschränkt, d. h., die Lichtquelle 3 wird einfach nicht eingeschaltet, und die Beleuchtung des Meßfeldes erfolgt durch eine Lichtquelle außerhalb des Meßgerätes. Je nach Anforderung kann als Lichtquelle ein einfacher Leuchttisch dienen, oder es wird eine speziell dafür konstruierte Beleuchtungseinrichtung verwendet, wobei für Farbdichtemessungen in der Regel Lichtquellen erforderlich sind, die ein gerichtetes und entsprechend intensives Meßlicht mit einer bestimmten Farbtemperatur liefern.

Nur der Vollständigkeit halber sei unter Bezug auf Fig. 1, 2 ergänzt, daß die gemessenen Werte in einem Anzeigefeld 23, neben dem sich entsprechende Schalttasten 24 befinden, angezeigt werden. Zwecks Übertragung bestimmter Meßdaten kann das Gehäuse 15 des Gerätes mit einem Meßdaten-Sendefenster 16 versehen sein, von dem aus mittels eines dahinter im Gehäuse befindlichen Meßdatensenders die Meßdaten direkt, d. h. ohne Kabei an den Empfänger bspw. eines Drukkers übertragen werden können. Vorzugsweise werden für die Datenfernübertragung Impulse des infraroten Lichtes verwendet.

Wie ferner aus F i g. 1 erkennbar, gehört zum Gerät ein formangepaßter Absetzsockel 17 mit Netzanschluß-Ladungsadapter 18, wobei in den Formanschlußflächen 21, 22 von Sockel 17 und Gehäuse 15 Ladungsstrom-Übertragungskontakte 19,20 angeordnet sind.

Durch diese an solchen Geräten erstmalig benutzte Ausbildung ist gewährleistet, daß die im Gehäuse 15 angeordnete Stromquelle (nicht dargestellt), die eine kabelführungsfreie Handhabung des Gerätes ermöglicht, bei Absetzung auf den Sockel 17 ständig aufgeladen wird, was für die einwandfreie Funktion des Gerätes bei den beschriebenen Meßvorgängen nicht unwesentlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur optischen Reflexionsmessung an farbigen Objekten in Form eines in einem eine Stromquelle enthaltenden und mit Meßwertanzeigefeld (23) versehenen Gehäuse (15) angeordneten, auf ein zu messendes Objekt aufsetzbaren, eine Meßöffnung (I') aufweisenden Meßkopfes(5'), gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale