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Gerät für das optische Mischen von Farben und für das Messen von Farben
Die
Erfindung schafft eine einfache Vorrichtung für das optische Mischen von Farben.
sowie ein Farbmeßgerät, das mit dieser Vorrichtung ansgestattet ist und bei Tageslicht
solwie auch mit einer kleinen künstlichen Lichtquelle verßvendet werden kann.
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Die bisher bekanntgewordenen Farb.meßgeräte basieren fast durchweg
auf der sogenannten Gleichheitsmethode und erfordern ein.e Vorrichtung zur optischen
Älischung einer Farbe, die der zu prüfenden Farbe möglichst ähnlich sein soll. Erfolgt
die Mischung auf subtraktivem Wege dann ergeben sich Schwierigkeiten bei der verläßlichen
Ausführung der dazu notwendigen Farbskalen. Auch ist es nicht leicht, aus den abgelesenen
Werten die zahlenmäßige Bezeichnung der Farbe festzustellen.
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Vofrichtungell hingegen, welche die optische 51 ischung auf additivem
Wege hewirken, nutzen das Licht ungünstig aus. S-ie sind überdies umfangreich und
kompliziert in der Rolnstruktion. In der Regel wird die Farbe (auch da.s Weiß) aus
drei Grundfarben gemischt, so daß schon d'a,durch zwei Drittel des Lichtes verloerengehen.
Außerdem hat sich gezeigt, daß d.ie von verschiedenen Beobachtem vorgenommenen Einstellungen
voneinander stark abweichen. Es sind zwar auch Geräte bekannt, bei welchen die zu
messende Farbe sta,tt aus drei Grundfarben aus dem unveränderten Weiß und zwei Farben
gemischt wird, deren Ton zu beiden Seiten der Farbe des Prüflings liegt. Aber auch
diese Geräte nutzen nur einen kleinen Teil des auf das optische System fallenden;
Lichtes zur Erzeugung des Weiß und der beiden anderen Farbkomponenten aus. überdies
erfolgt die Mischung nicht nach dem einfachen Verfahren, das der vorliegenden Erfindung
zugrunde liegt, sonden unter
Verwendung der bekaiinten - Ulhrichtsclien
Igelf die einen erheblichen Raum einnimmt und weiteren Lichtverlust zur Folge hat.
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Die Erfindung vermeidet diese. Nachteile. der. bekannten Farbmeßgeräte
durch Schaffung einer Farbmischvorrichtung, die trotz einfacher Bauart zufriedenstellend
arbeitet. Diese Vorrichtung umfa,ßt ein System von Sammellinsen, das mit einer Blende
ausgestattet ist und ein scha,rf eingestelltes. reelles Bild eines Gegenstandes,
z. B. einer Lichtquelle, auf einen weißen Schirm wirft. In die öffnung der Blende
sind Filter von verschiedenen Farben eingesetzt, so daß das scharfe reelle Bild
in einer Farbe auf den Schirm geworfen wird, die aus den in der Blendenöffnung wirksamen
farbigen Filtern gemischt sind. Der Farbton entspricht dem Verhältnis der Flächen,
welche die einzelnen Filter in der Offoung der Blende einnehmen und ändert sich
mit diesem Verhältnis, da jeder Punkt des reellen Bildes Licht von der ganzen Blendenöffnung
erhält und jede Flächeneinheit der Blendenöffnung den gleichen Beitrag zur Erzeugung
des Bildes liefert.
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Versuche haben gezeigt, daß an diesen Verhältnissen nichts geändert
wird, wenn man; eine lichtzerstreuende Scheibe, z. B. ein Mattglas, in den Gang
der projizierenden Strahlen einschaltet, um das Bild des Gegenstandes, z. B. der
Lichtquelle, über eine großere'Fläche zu zerstreuen. Das ist insbesondere geboten,
um bei Lichtquellen, die ein sehr kleines Leuchtsystem haben, auf dem Schirm ein
Vergleichsfeld von genügender Größe zu scharfe fen. Bei Verwen<iung einer ausgedehnten
Lichtquelle, wie es z. B. der gleichmäßig bedeckte Himmel ist, kann die Mattscheibe
entfallen. Um das Licht möglichst gut auszunutzen, wird gemäß der Erfindung die
ganze Öffnung der dem Linsensystem zugeordneten Blende für die Erzeugung des in
der Mischfarbe erscheinenden Bildes herangezogen.
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Erfindungsgemäß sind mehrere oder alle an der Bildung der Mischfarbe
beteiligten Filter innerhalb der Blendenöffnung sowohl untereinander wie auch relativ
zum Weiß- und Schwarz anteil der Blendenöffnung einstellbar. Die Blendeniiffnung
wird so in Felder von verschiedener Farbe, in farblose und abgedeckte opake Felder
unterteilt, deren Flächenausmaß der Anordnung der Mischfarbe entspricht, die in
der Bildebene erwünscht ist. Dabei können die Filter auch so angeordnet sein, daß
nur ihre Randteile mehr oder weniger in die Blendenöffnung eingeschoben. werden.
Ein derartiges mehrteiliges Filtersystem ist übrigens auch für- andere Farbmischgeräte
als die vorstehend beschrìebenen verwendbar.
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ErfindungsgemäB wird die ehen beschriebene Farbmischvorrichtung für
F arbmeßgeräte verwendet, die nach der sogenannten Gleichheitsmethode a.rbeiten.
Bei dieser Methode wird die Farbe des zu prüfenden Objekts durch additive Mischung
aus mindestens zwei Farbmeßkomponenten ferner aus Weiß und Schwarz nachgemischt.
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Rlon der Lichtquelle wird ein Strahlenbündel über (las Objekt, ein
zweites Strahlenbündel durch <las Filiersystem der Farbmischvorrichtung in das
Gesichtsfeld des Betrachters geworfen, wobei als optische Vergleichsfarbe das farbige,
in der Mischvorrichtung erzeugte Bild der Lichtquelle dient.
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Bei Übereinstimmung der beiden Farben werden die Einstellungen der
Filter an korrespondierenden Skalen abgelesen.
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In der Blend'enöffnung der Farbmischvorrichtunb befinden sich demnach
z. B. vier unmittelbar aneinanderstoßende Felder. Zwei Felder sind von Farbfiltern
ausgefüllt, die so ausgewählt sind, daß der Farbton des Prüflings zwischen ihnen
liegt, das dritte'Feld ist frei und richtet sich nach dem Anteil an Weiß, das vierte,
dem Anteil an Schwarz entsprechende Feld ist von einem undurchsichtigen Schieber
abgedeckt. Wenn die Farbe des Prüflings Weiß ist, so bleibt die ganze )ffnung der
Blende frei und das ganze von der Lichtquelle kommende Licht wirkt unverändert.
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Fig. I zeigt schematisch das Farbmischgerät gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein mehrteiliges Filtersystem für dieses Farbmischgerät in Ansicht; Fig.
3 zeigt ein Filtersystem, bei welchen die Bewegung einzelner Filter gekuppelt erfolgt;
Fig. 4 zeigt ein Farbmeßgerät gemäß der Erfindung im Schnitt; Fig. 5 zeigt dieses
Farbmeßgerät von der Seite gesehen; Fig. 6 zeigt ein Detail im Schnitt nach der
Linie I-I der Fig. 5, und Fig. 7 und 8 zeigen die Filter eines abgeänderten Filtersystems
gemäß der Erfindung in zwei verschiedenen Stellungen.
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In den Fig. I bis 6 der Zeichnung bezeichnet Q b, c, d die Eckpunkte
der Blendenöffnung 0, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel quadratische Form
hat. I ist ein Halterahmen für mindestens zwei auswechselbare Filter 2 und 3. Der
Rahmen ist z. B. gleichfalls quadratisch gestaltet mit einer Seitenlänge, die doppelt
so groß ist wie die Seite der quadratischen Blendenöffnung. Jedes der beiden Filter
ist mindestens so groß wie die Blendenöffnung. Sie liegen ohne Zwischenraum riebeneinsander
und ihre in die Blendenöffnung ragenden freien Ränder schließen, mit der gegenüberliegenden
Kante des Rahmens eine freie Fläche ein, die mindestens so groß ist, wie die Blenden
öffnung o und die mit einem farblosen Filter ausgefüllt werden kann, das die Filter
2, 3 in ihrer Lage hält. Der Rahmen I ist in einem Führungsrahmen 4 nach den Richtungen
des Doppelpfeiles P (Fig. 2) verschiebbar. Der Führungsrahmen 4 ist mit einer kurzen
vertikalen Schiene 5 ausgestattet, an der ein horizontaler Ansatz 6 mit einem Führungsschlitz
A ausgebildet ist. Mit 7 ist ein drittes Filter, z. B. ein undurchsichtiger Deckschieber
bezeichnet, dessen horizontaler Ansatz 8 einen horizontalen Führungsschlitz B bildet.
Überdies weist der Schieber 7 einen vertikalen Schlitz g auf, während die Wand des
Apparatgehäuses kurze, in den Schlitz 9 eingreifende Führungsbolzen ni, -)i trägt.
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Zur zwangsl äufigen Kupplung der gleichgerichteten Bewegungen, welche
die Schiene 5 und mit ihr der Rahmen 4 sowie der Deckschieber 7 vollführen, ist
der Hebel C vorgesehen, der um den an der Wand des Apparatgehäuses fest angeordneten
Zapfen 10 verschwenkt werden kann und mit einem nach rückwärts ragenden Bolzen 1
1 versehen ist. der in den Schlitz B eingreift. Ein zweiter nach vorn ragender Bolzen
I2 sitzt auf einem Schlitten 15, der längs des Hebels C verschiebbar ist und in
der jeweils eingestellten Lage am Hebel festgeklemmt wird. Ein Verschwenken des
Hebels C bewirkt somit gleichgerichtete Verschiebungen der Teile 4 und 7 in einem
Verhältnis, das durch die Abstände der Bolzen II und I2 vom Zapfen IO hestimmt ist.
So kann das Verhältnis der Bewegungen, welche die Teile 4 und 7 beim Verschwenken
des. Hebels C ausführen, variiert werden. Mit I6 ist eine Skala am Rahmen 3, mit
I7 und IS sind Skalen am Gehäuse des Apparates bezeichnet. An diesen drei Skalen
werden die Verschiebangen der Rahmen I und 4 bzw. der Deckschiene 7 und damit die
Einstellungen der korrespondierenden Filter abgelesen.
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Dlie Fig. 4 und 5 zeigen ein Farbmeßgerät gemäß der Erfindung.
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Die Lichtquelle für die Beleuchtung des Prüflings und für die Farbmischvo,rrichtung
ist mit 2I bezeichnet, mit 22 das sammelnde Linsensystem des Mischgerätes, mit 23
der in der Bildebene angeordnete Schirm und mit 24 ein lichtstreuendes Organ, z.
B. eine Mattscheibe. Ein von 21 kommendes Strahlenbündel L wird einerseits vom aufklappbar
angeordneten Spiegel 25 (Pfeil in Fig. 4) um go0 umgelenkt, passiert daun das Linsensystem
22, die Filter der Farbmischvorrichtung, den Schirm 23 und wird schließlich von
der unter 450 geneigten Fläche s des Prismas 26 neuerlich um go0 in optische Achse
der Linsen 27, 28 abgelenkt.
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Diese Linsen bilden das Okular für die vergleichende Betrachtung des
in der Mischfarbe erscheinenden Bildes der Lichtquelle 21 und des Bildes, das diese
Lichtquelle vom Objekt T erzeugt, in dem ein Strahlenbündel t durch die Linse 30
gesammelt und volm Spiegel 31 auf das Objekt T geworfen wird, von dem es durch die
Optik 32 und durch das Prisma 26 (ohne 13rechnung) in das Okular 27, 28 gelangt.
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Die eben beschriebene Gesamtanordnung ist im Gehäuse 40 eingebaut,
das mit Hilfe des Handhebels 42 um den Zapfen 43 am Stativ 44 schwenkbar angeordnet
ist. Entfernt man. die künstliche Lichtquelle 21 und klappt den Spiegel 25 im Sinne
des Pfeiles nach aufwärts, so kann das ganze Gerät so verschwenkt werden, daß in
die beiden Objektive 22 und 30 das Tageslicht unter dem günstigsten Winkel einfällt.
Die Prüfung im Tageslicht ergibt erfahrungsgemäß die besten Resultate. Dabe!i ist
zu beachten, daß die horizontale Kante r des Prismas 26 eine scharfe Trennung zwischen
dem Bild des Prüflings und dem in der Mischfarbe erscheinenden Ärergleichsbild bewirkt.
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Es sei angenommen, daß die Blendenöffnung o ganz von einem Filter,
z. B. dem Filter 2, bedeckt ist. Dann ermöglicht die horizontale Bewegung des Rahmens
I, dieses Filter allmählich durch das andere Filter 3 zu ersetzen, wobei der Ton
der Farbe stetig vom Ton des Filters 2 in den Ton des Filters 3 übergeht. Die zweite,
vertikale Bewegung des Rahmens 4 ermöglicht es, die Filter in der Stellung, welche
sie momentan. einnehmen, aus der Blendenöffnung nach oben herauszurücken, so daß
auch weißes Licht durch einen Teil der Blenden öffnung gehen kann. So kann man die
Sättigung des Farbtones allmählich bis zu reinem Weiß verringern, ohne daß sich
der Farbton selbst dabei ändert. Der Deckschieber 7 wird zur Verdunkelung der Farbe
in vertikaler Richtung von unten her über die Öffnung der Blende geschoben. Da aber
der Deckschieber vorerst nur weißes Licht abdeckt, so müßten anschließend die Filter
2; 3 weiter nach oben gerückt werden, wenn die ursprüngliche Sättigung wiederhergestellt
werden soll.
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Diese Kofrekturbewegung der Filter wird durch die bereits beschriebene,
mechanische Kupplung des Deckschiebers 7 mit dem Rahmen 4 erreicht. Dabei ist der
Deckschieber so bemessen, daß seine obere horizontale Kante bei vertikaler Stellung
des Hebels C mit der Kante c-d bei horizontaler Stellung des Hebels C dagegen mit
der Kante a-b der Blenden öffnung koinzidiert. F'ixiert man nach Einstellung des
Rahmens 4 und damit der'Filter 2, 3 auf eine bestimmte Sättigung der Farbe den Schlitz
ten I5 am Hebel C, sol wird bei jeder nachfollgelllden Einstellung des Deckschiebers
mittels des Hebels C auch der Rahmen 4 eine vertikale Verstellung erfahren, die
proportional ist dem Verhältnis der Abstände der Zapfen II, 12 von der Drehachse
10 des Hebels C. Das Verhältnis der Strecken f-b und Zl-b, welche die Sättigung
bestimmen, wird immer gleichbleiben.
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Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann man auch andere
mechanische Kupplungen als die eben beschriebene verwenden. Auch könnte man für
andere Einstellungen, z. B. für die Einstellung des Farbtones und der Sättigung
gékup pelte Bewegungen von gleicher Richtung vorsehen, während die Bewegung des
Deckschiebers dann senkrecht zu dieser Richtung und ohne jeden störenden Einfluß
erfolgt.
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Um mit möglichst wenig Farbültern auszukommen, verwendet man zweckmäßig
drei Filter, von denen jedes ein Drittel des Spektrums absorbiert. Man benutzt dann
sowohl die Farben dieser Filter (Gelb, Purpur und Eisblau) als auch die durch Übereinanderlagerung
von zwei dieser Farben gebildeten substraktiven Mischfarben, (Grün, Gelbrot und
Blauviolett) als Filterfarben im Farbmischgerät und als Meßkomponenten im Farbmeßgerät.
Dabei dlient für die Messung im 'Farbmeßgerät immer sowohl ein Einzelfilter wie
auch die Kombination eines Einzelfilters mit einem der bei den anderen Filter, z.
B. Gelb und ein substralStiv aus Gelb und Eisblau gemischtes Grün. Die beiden zur
Messung verwendeten Farben sind stets so zu wählen, daß der erwünschte Farbtones
in der
Farbmischvorrichtung erzeugten Bildes bzw. der Farbton des
Prüflings zwischen ihnen liegt. Das durch diese sechs Farbmeßkomponenten erfaßte
Farkengebiet ist im Farbenraum ein Parallelepiped mit den sechs Farbmeßkomponenten
und mit Schwarz und Weiß als Eckpunkten.
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In den Fig. 7 und 8 1der Zeichnung ist eine solche Anordnung von
drei Filtern. 5I, 52, 53 in zwei verschiedenen Betriebsstellungen relativ zur Blendenöffnung
o und relativ zueinander dargestellt. In beiden Figuren sind diejenigen Felder der
Blençdenöffnung, wo sich alle drei Filter überdecken, schwarz gezeichnet. Es sind
das diejenigen Felder, die in der resultierenden Mischfarbe den Schwarzanteil bestimmen.
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Wenn; ein größeres Fa,rbengebiet erfaßt werden solll und gefordert
wird, daß aus den Einstellungen am Farbmischer ohne Umrechnung die von Ostwald zur
Charakterisierung der Farbe eingeführten Meßzahlen für den Farbton, Weißanteil und
Schwarzanteil direkt ablesbar sind, so wird wie folgt vc,rgega.ngen: Gesetzt den
Fall, daß die Fläche aob-e-f (Fig. 2) von einem einzigen in einer Vollfarbe gefärbten
Filter bedeckt ist, so würde die vom Farlimischer erzeugte Mischfarbe einen Anteil
an dieser Vollfarbe haben, der gleich ist dem Verhältnis der Fläche aob-e-f zur
Gesamtfläche a-b-c-d der Blendenöffnung. Der Weiß anteil der Mischfarbe wäre gleich
dem Verhältnis der unbedeckten Fläche e-f-g-h und ihr Schwarzanteil gleich dem Verhältnis
der vom undurchsichtigen Schieber 7 bedeckten Fläche c-d-g-k zur Gesamtfläche der
Blendenöffnung, alles unter dler Voraussetzung, daß die bei völlig unbedeckter Blendenöffnung
auf dem Schirm entstehende Farbe als Weiß festgesetzt wird. Das geschieht vor jeder
Messung dadurch, daß eine an Stelle des Prüflings gesetzte, normalweiße Fläche durch
Regelung ihrer Beleuchtung gleich hell mit dem Schirm des Farbmischers gemacht wird.
Das obengenannte Verhältnis der Fläche arb-g-h zur Gesamtfläche der Blendenöffnung
ist aber gleich dem Verhältnis der Strecke b-h zur StI-ecke b-d. Ebenso ist das
zweitgenannte Flächenverhältnis gleich dem Verhältnis der Strecke Zz-f zur Strecke
b-d und endlich das drittgenannte Flächenverhältnfis gleich dem Verhältnis der Strecke
J-d zur Strecke b-dC. Ein am beweglichen Rahmen 4 befestigter Zeiger gibt also auf
einer Skala, auf der die Strecke b-d gleich I ist, den Volllfarbcn.anteil an. Ein
am Deckschieber 7 befestigter Zeiger gibt auf einer zweiten Skala den Schwarzanteil
an, und die Summe beider Ablesungen von I abgezogen ergibt den Weißanteil.
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Ist der Teil aob-f-g der Blendenöffnung von zwei oder mehr Filtern
bedeckt, so ist es wesentlich, daß diese Filter gemischt eine Vollfarbe ergeben.
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Es ist nun jedem Fachmann geläufig, daß die anteilige Mischung zweier
im Farbenkreis genügend naheliegender Vollfa,rben auch eine Vollfarbe ist.
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Es wird deshalb erfindungsgemäß eine größere Zahl von Lichtflltern
hergestellt, z. B. zwölf, die gemäß ihrer spektralen Lichtinsammensetzung möglichst
angenähert Voll farben darstellen und von denen zwei benachbarte einander nahe genug
stehen, daß dies auch bei ihren Mischungen der Fall ist. Bei vielen Farben ist aber
eine genügende Annäherung an die Vollfarben deshalb nicht möglich, weil die verfügbaren
Farbstoffe eine zu geringe Transparenz haben, so daß sich zwar Farben genügender
Sättigung herstellen lassen, die aber dunkler als die Vollfarben sind.
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Diese Schwierigkeit wird erfindungsgemäß überwunden, wenn man im
Rahmen des Farbmischers neben den Filtern statt der farblos durchsichtigen Fläche
ein helles Graufilter a.nolrdnet, welches das weiße Licht um ebensoviel schwächt,
als die Lichtfilter dunkler sind als die betreffende Vollfarbe.
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Wird dann die Beleuchtung des F'arbmischers bei Verwendung desselben
im Farbmeßgerät in demselben Verhältnis verstärkt oder die Beleuchtung des Prüflings
ebensoviel herabgesetzt, was dadurch feststellbar ist, daß ein an Stelle des Prüflings
gesetztes Nolrmakveiß und das Weiß im Farbmischer gleich erscheinen, so wirken die
Farben der Lichtfilter wie exakte Vollfarben.
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Wie schon erwähnt, ist die Nummer des Farbtones, korrespondierend
zu Stellung des Rahmens I (Fig. I) und entsprechend den Nummern. der beiden Farbfilter,
an der Skala 16 abzulesen. Der Weißanteil ist aus der relativen Stellung des Rahmens
4 (Fortsatz 5) gegen den Deckschieber 7 und der Anteil an Schwarz aus derStellung
d'esDecks,chiebers 7 selbst an den Skalen I7 und Ig abzulesen. Liegt die zu messende
Farbe außerhalb ' d'es betreffenden, farbtongleichen Dreiecks, was sich durch einen
negativen Anteil an Weiß oder an Schwarz ausdrückt, so kann sie durch Zumischen
von Weiß bzw. durch Verdunkelt in den gewünschten Farben bereich, z. B. in den Meßb!ereich
gebracht werden.
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Diese Maßnahme macht die Gesamtheit aller Körperfarben der Darstellung
mit der erfindungsgemäßen Farbmischvorrichtung herstellbar und der Messung zugänglich,
die im Farbenraum durch den Litherschen Farbkörper dargestellt sind.
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Um bei künstlichen Lichtquellen (bei blauem Himmel) die Abweichung
vom normalen weißen Licht (energiegleiches Spektrum, R-Beleuchtung) sowohl bei der
Prüflingsbeleuchtung als auch im Farbmischer mit einem einzigen Filter zu korrigieren,
wird erfindungsgemäß dieses Filter in der Einblicköffnung angeolrdnet.
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Schließlich sei noch bemerkt, daß die Helligkeit der Beleuchtung
des Prüflings veränderlich sein muß. Hierzu kann eine verstellbare Blende dienen,
mit der die zur Beleuchtung dienende Linse ausgestattet wird. Diese Blende wird
vor jeder Messung so eingestellt, daß ein an Stelle des Prüflings gesetztes Normalweiß
mit dem Weiß des Farbmischers gleich erscheint.