DE1133570B

DE1133570B - Colorimeter

Info

Publication number: DE1133570B
Application number: DEZ8560A
Authority: DE
Inventors: Dr Erwin Daniels
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1961-02-16
Filing date: 1961-02-16
Publication date: 1962-07-19

Description

Farbmeßgerät Die Erfindung betrifft ein Farbmeßgerät mit Strahlenabgleich und mit einer wechselweise über Probe und Standard beleuchteten Ulbrichtschen Kugel mit drei aus dieser beaufschlagten Photozellen verschiedener spektraler Empfindlichkeit, von denen eine auf die Helligkeit (Y-Komponente) der im Innern der Ulbrichtschen Kugel vorhandenen Strahlung anspricht, das insbesondere zum vergleichenden Abmustern von Proben, aber auch bei Verwendung entsprechender Filter zur Feststellung des Farbortes der Probe in einem zum genormten Farbdreieck (I. B. K.) transformierten Bereich geeignet ist.Color measuring device The invention relates to a color measuring device with beam adjustment and with an integrating sphere illuminated alternately via the sample and the standard with three photocells of different spectral sensitivity applied from this, one of which is based on the brightness (Y component) of the inside of the integrating Sphere addresses existing radiation, especially for comparative sampling of samples, but also when using appropriate filters to determine the Color locus of the sample in a standardized color triangle (I. B. K.) transformed Area is suitable.

Es sind bereits Anordnungen zur objektiven Farbmessung bekanntgeworden, bei denen das von dem farbigen Körper ausgehende Licht in mehrere Teile geteilt wird, von denen jeder auf eine lichtelektrische Zelle fällt, die nur auf Strahlen eines bestimmten Spektralbereiches anspricht. Zu diesem Zweck werden den lichtelektrischen Zellen entsprechend abgestimmte Farbfilter vorgeschaltet. Es ist auch bekannt, derartigen objektiven Strahlungsempfängern durch die vorgeschalteten Farbfilter den drei Normspektralwertkurven nach DIN 5033 (vgl. Fig. 4) entsprechende Empfindlichkeiten zu geben. Arrangements for objective color measurement have already become known, in which the light emanating from the colored body is divided into several parts each of which falls on a photoelectric cell that only acts on rays responds to a certain spectral range. For this purpose the photoelectric Correspondingly matched color filters are connected upstream of the cells. It is also known to have such objective radiation receiver through the upstream color filter the three standard spectral value curves to give corresponding sensitivities according to DIN 5033 (see. Fig. 4).

Auch ist eine Farbsortiereinrichtung bekanntgeworden, die eine mit drei verschiedenen Photozellen versehene Ulbrichtsche Kugel benutzt und bei der zur Anzeige des jeweiligen Farbortes der Probe die Photo ströme aller drei Zellen auf die Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre gegeben werden. Mit dieser bekannten Anordnung lassen sich jedoch nur Einzelmessungen und keine direkten Vergleichsmessungen durchführen. Will man hiermit den Farbort einer Probe mit dem Farbort eines Standards vergleichen, so sind bei der bekannten Anordnung zwei getrennte Einzelmessungen durchzuführen und dabei zwei nacheinander erscheinende Schirmbilder auszuwerten. A color sorting device has also become known which has a three different photocell equipped integrating spheres are used and the to display the respective color point of the sample, the photo currents of all three cells be placed on the baffles of a cathode ray tube. With this well-known However, only individual measurements and no direct comparison measurements can be arranged carry out. If you want to use the color coordinates of a sample with the color coordinates of a standard compare, so are two separate individual measurements in the known arrangement and evaluate two screens that appear one after the other.

Ferner ist auch ein Farbmeßgerät bekanntgeworden, das als Zweistrahlgerät arbeitet. Jedoch weist dieses bekannte Gerät keinerlei automatische Abgleichseinrichtungen auf. Die erforderlichen Abgleichsvorgänge müssen bei diesem bekannten Gerät einzeln von Hand eingestellt werden. Außerdem hat diese Anordnung den Nachteil, daß bei einer Geräteeinstellung jeweils nur eine Farbkomponente ermittelt werden kann. Furthermore, a color measuring device has also become known, which is a two-beam device is working. However, this known device does not have any automatic balancing devices on. With this known device, the necessary adjustment processes have to be carried out individually can be set by hand. In addition, this arrangement has the disadvantage that at one device setting can only determine one color component at a time.

Bei einem bekannten lichtelektrischen Verfahren zur Farbtoleranzprüfung und Farbsortierung bleibt die gegenüber einem Vergleichswert gemessene Größe der Helligkeitsschwankung d Y während der Messung der jeweiligen Probe unverändert erhalten und dient lediglich zur Regelung des Toleranzbereiches dX bzw. X Z der beiden anderen Farbkomponenten. In a known photoelectric method for color tolerance testing and color sorting remains the size of the measured against a comparison value Brightness fluctuation d Y retained unchanged during the measurement of the respective sample and serves only to regulate the tolerance range dX or X Z of the other two Color components.

Die bekannten, ebenfalls als Zweistrahlgeräte ausgebildeten Spektrometer, bei denen die von einem Probekörper und einem Vergleichskörper kommenden Strahlenbündel abwechselnd auf eine strahlungsempfindliche Zelle gerichtet werden und die in der Zelle durch die Intensitätsdifferenz der beiden Lichtbündel hervorgerufenen Stromimpulse gegebenenfalls nach Verstärkung eine Vorrichtung, beispielsweise einen reversiblen Wechselstrommotor, steuern, durch den Abgleichselemente, z. B. Blenden, derart verstellt werden, daß die Intensitätsdifferenz der Lichtbündel aufgehoben wird und gleichzeitig ein Registrierinstrument angetrieben wird, das ihre Verstellung anzeigt, erlauben lediglich die Aufzeichnung der spektralen Durchlaß- bzw. Rückstrahlkurven und sind nicht zur direkten Anzeige des Farbortes einer Probe geeignet. Der bei diesen bekannten Geräten angewendete Energieabgleich der beiden Strahlengänge erfolgt stets durch Beeinflussung des Standardsrahlenganges. Der sich einstellende Abgleichwert ändert sich somit von Probe zu Probe. The well-known spectrometers, also designed as two-beam devices, where the bundles of rays coming from a test specimen and a reference specimen alternately aimed at a radiation-sensitive cell and the one in the Cell caused by the difference in intensity between the two light bundles if necessary after reinforcement a device, for example a reversible one AC motor, control, through the adjustment elements, z. B. Apertures, adjusted in this way be that the intensity difference of the light beam is canceled and at the same time a registration instrument is driven, which indicates their adjustment, allow only the recording of the spectral transmission and reflection curves and are not suitable for direct display of the color location of a sample. The one known from these Devices applied energy balancing of the two beam paths is always carried out Influencing the standard beam path. The adjustment value that is set changes thus from sample to sample.

Während die bisher bekanntgewordenen Anordnungen zur objektiven Farbmessung, falls sie zur Festlegung des Farbortes einer Probe geeignet sind, eine recht aufwendige Apparatur darstellen und mehrere komplizierte Einstellmaßnahmen erfordern, bedarf das Gerät nach der vorliegenden Erfindung zur Sichtbarmachung des Farbortes einer Probe und der gegebenenfalls vorhandenen Ablage des Farbortes dieser Probe von dem Farbort eines Musters bzw. zur Bestimmung der Farbkoordinaten lediglich nur eines einzign Abgleiches, der dazu noch vollautomatisch erfolgt. While the previously known arrangements for objective color measurement, if they are suitable for determining the color location of a sample, a very expensive one Represent apparatus and require several complicated adjustment measures, needs the device according to the present invention for visualizing the color location of a Sample and the possibly existing deposit of the color point of this sample from the Color location of a pattern or only one to determine the color coordinates unique comparison, which is also carried out fully automatically.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Farbmeßgerät, insbesondere zum vergleichenden Abmustern von Proben, mit Strahlenabgleich und mit einer wechselweise über Probe und Standard beleuchteten Kugel mit drei aus dieser beaufschlagten Photozellen verschiedener spektraler Empfindlichkeit, von denen eine auf die Helligkeit (Y-Komponente) der im Innern der Ulbrichtschen Kugel vorhandenen Strahlung anspricht, dadurch erreicht, daß die die Helligkeit der Ulbrichtschen Kugel gleichhaltende Photozelle Phy über einen Verstärker und Nachlaufmotor die Öffnung einer im Probenstrahlengang zwischen Lichtquelle und Probe angeordneten verstellbaren Blende steuert, daß im Standardstrahlengang 1 eine fest einstellbare Blende zwischen Lichtquelle und Standard angeordnet ist, daß die beiden anderen Photozellen Phx, Ph2 über Verstärker und Gleichrichter in an sich bekannter Weise an die Ablenksysteme einer Braunschen Röhre angeschlossen sind, daß die den Photozellen vorgeschalteten Filter in an sich be kannter Weise den Photozellen eine spektrale Empfindlichkeit entsprechend den Normspektralwertkurven xn, YA, ZA verleihen und die die Helligkeit in der Ulbrichtschen Kugel steuernde Photozelle Ph, den spektralen Empfindlichkeitsverlauf nach y>. hat. According to the invention, this is in a colorimeter, in particular for comparative samples of samples, with beam adjustment and with a sphere with three of these illuminated alternately over the sample and standard applied photocells of different spectral sensitivity, one of which on the brightness (Y component) of the inside of the integrating sphere Radiation responds, achieved in that the the brightness of the Ulbrichtschen Phy photocell keeping the same ball via an amplifier and follow-up motor Opening of a arranged in the sample beam path between the light source and the sample adjustable aperture controls that in the standard beam path 1 a fixed adjustable Aperture between light source and standard is arranged that the other two Photocells Phx, Ph2 via amplifier and rectifier in a manner known per se are connected to the deflection systems of a Braun tube that the photocells upstream filter in a known manner be the photocells a spectral Give sensitivity according to the standard spectral value curves xn, YA, ZA and the photocell Ph controlling the brightness in the integrating sphere, the spectral one Sensitivity curve according to y>. Has.

Der sich bei der Anordnung nach der Erfindung einstellende Abgleichwert bleibt auch bei einem Probenwechsel erhalten. Dies hat den Vorteil, daß hierbei alle gemessenen Farbwerte der einzelnen Proben auf konstante Helligkeit (Y = konstant) normiert und somit das an sich dreidimensionale Problem der Farbmessung (XYZ-Komponenten) automatisch in eine einfach auszuwertende zweidimensionale Darstellung übergeführt wird, die einer Farbebene (Y = konstant) im Farbenraum entspricht. The adjustment value established in the arrangement according to the invention is retained even if the sample is changed. This has the advantage that here all measured color values of the individual samples for constant brightness (Y = constant) normalized and thus the three-dimensional problem of color measurement (XYZ components) automatically converted into a two-dimensional representation that is easy to evaluate which corresponds to a color plane (Y = constant) in the color space.

Die Erfindung sei nun an Hand der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 das Schema eines Ausführungsbeispieles des Farbmeßgerätes nach der Erfindung für Durchlässigkeitsmessungen, Fig. 2 einen Äquatorialschnitt durch die Ulbrichtsche Kugel nach Fig. 1, Fig. 3 das Schema eines Ausführungsbeispieles des Farbmeßgerätes nach der Erfindung für Remissionsmessungen, Fig. 4 dieNormspektralwertkurven nachDIN5033. The invention will now be based on that shown in FIGS Embodiments explained in more detail. 1 shows the diagram of an exemplary embodiment of the color measuring device according to the invention for transmittance measurements, Fig. 2 a Equatorial section through the integrating sphere according to FIG. 1, FIG. 3 shows the diagram of a Embodiment of the color measuring device according to the invention for reflectance measurements, 4 shows the standard spectral value curves according to DIN5033.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Lichtquelle Q durch zwei gleiche optische Anordnungen über je eine Zwischenabbildung Q1 bzw. Q2 durch zwei benachbarte Öffnungen O, bzw. O2 in der Ulbrichtschen Kugel UK in Q' abgebildet. In der Ebene der Zwischenbilder Q1 und Q2 befindet sich eine von einem Motor Mit angetriebene Modulationsscheibe M,, die bei ihrer Drehung abwechselnd entweder die Strahlengänge 1 oder 2 freigibt bzw. abdeckt, so daß der Punkt Q' in der Ulbrichtschen Kugel UK abwechselnd über die Strahlengänge 1 oder 2 beaufschlagt wird. Im Strahlengang 1 befindet sich eine fest einstellbare Blende M1 und im Strahlengang 2 eine veränderliche Meßblende M2.. Die Meßblende M2 ist vorzugsweise mit einer ihrer Durchlässigkeit reziproken Skala versehen, kann jedoch für spezielle Meßzwecke auch mit einer normalen Durchlässigkeitsskala versehen werden. Drei Photozellen Phx, Ph, und Ph2 mit vorgeschalteten Filtern Fx, F, und F2 (Fig. 2) sind durch die Kugelschale der U1-brichtschen Kugel UK geführt und derart ausgerichtet, daß sie von einem gemeinsamen Flächenstück E der Kugelinnenfläche, die nicht von den direkten Strahlengängen 1 und 2 getroffen wird, diffus reflektiertes Wechsellicht empfangen. Die Durchlaßgebiete der Filter Fx, F, und F2 sind vorzugsweise so gewählt, daß die Empfindlichkeiten der dahinterliegenden Photozellen Phx, Ph, und Ph2 weitgehend den in Fig. 4 dargestellten Normspektralwertkurven xt, y und zl entsprechen. Die Photozelle Ph, steht über einen Verstärker V, und einen Nachlaufmotor MN mit der verstellbaren Meßblende M2 in Verbindung, während die beiden anderen Photozellen Phx bzw. In the embodiment shown in Fig. 1, the light source Q by two identical optical arrangements, each with an intermediate image Q1 or Q2 through two adjacent openings O or O2 in the integrating sphere UK in Q 'pictured. In the plane of the intermediate images Q1 and Q2 there is one of a motor with driven modulation disc M ,, which alternate in its rotation either the beam paths 1 or 2 releases or covers so that the point Q 'in the integrating sphere UK is alternately applied via the beam paths 1 or 2 will. In the beam path 1 there is a permanently adjustable diaphragm M1 and in the beam path 2 a variable orifice plate M2 .. The orifice plate M2 is preferably with a Their permeability is provided on a reciprocal scale, but can be used for special measuring purposes can also be provided with a normal permeability scale. Three photocells Phx, Ph, and Ph2 with upstream filters Fx, F, and F2 (Fig. 2) are through the Ball shell of the U1 breaking ball UK guided and aligned so that they from a common area E of the inner surface of the sphere, which is not from the direct Ray paths 1 and 2 is hit, diffuse reflected alternating light is received. The passage areas the filters Fx, F, and F2 are preferably chosen so that the sensitivities of the photocells Phx, Ph, and Ph2 located behind are largely those shown in FIG Standard spectral value curves xt, y and zl correspond. The photocell Ph is above one Amplifier V, and a follow-up motor MN with the adjustable measuring orifice M2 in connection, while the other two photocells Phx resp.

Ph über Verstärker Vx bzw. V2 und Gleichrichter an die Ablenkplatten X bzw. Z einer Braunschen Röhre B angeschlossen sind. Natürlich können zur Anzeige der Photoströme der Zellen Ph, und Ph, auch andersgeartete Meßgeräte verwendet werden, jedoch hat die Anwendung der Braunschen Röhre den Vorteil der direkten flächenhaften Darstellung, wie sie zur Anzeige von Farborten im Farbdreieck zweckmäßig ist.Ph via amplifier Vx or V2 and rectifier to the deflector plates X and Z of a Braun tube B are connected. Of course you can display it of the photocurrents of the cells Ph and Ph, other types of measuring devices are also used, however, the use of the Braun tube has the advantage of direct areal Representation as it is useful for displaying color locations in the color triangle.

Zur Durchführung von vergleichenden Farbmessungen im Durchlicht wird nun im Strahlengang 1 vor der Öffnung Ot der Ulbrichtschen Kugel UK ein Standard St oder das Muster gebracht, mit der die im Strahlengang 2 vor die Öffnung 02. der Kugel gebrachte Probe Pr verglichen werden soll. Zur Durchführung von vergleichenden Remissionsmessungen von Farbproben werden die Strahlengänge 1 und 2 beispielsweise so geführt (Fig. 3), daß sie sich im Mittelpunkt der Ulbrichtschen Kugel kreuzen und auf zwei diametral zu den Öffnungen O und 09 gelegene Öffnungen 03 und 04 der Ulbrichtschen Kugel auftreffen. Bei dieser Messung wird der Standard St hinter die Öffnung 03 und die Probe Pr hinter die Öffnung 04 an die Kugel UK angelegt. To carry out comparative color measurements in transmitted light now a standard in the beam path 1 in front of the opening Ot of the integrating sphere UK St or brought the pattern with which the in the beam path 2 in front of the opening 02. the Ball brought sample Pr is to be compared. To carry out comparative For example, beam paths 1 and 2 are remission measurements of color samples so guided (Fig. 3) that they cross in the center of the integrating sphere and on two diametrically to the openings O and 09 located openings 03 and 04 of the Hit the integrating sphere. In this measurement, the standard St is placed behind the Opening 03 and the sample Pr placed behind the opening 04 on the ball UK.

Die Funktion des Gerätes nach der Erfindung ist nun folgende: Das modulierte Licht der Lichtquelle Q fällt bei rotierender Modulationsscheibe Mo wechselweise durch Standard St und Probe Pr (Durchlässigkeitsmessung nach Fig. 1) in die Kugel UK oder wird in der Anordnung nach Fig. 3 vom Standard St und Probe Pr die Kugel UK zurückgeworfen und erhellt das Kugelinnere infolge der an der inneren Kugelwandung auftretenden diffusen Mehrfachreflexion gleichmäßig. Die drei Photozellen Phx, Ph, und Ph2 werden alsdann von einem Flächenstück E, entsprechend der Durchlässigkeit der vorgeschalteten Filter Fx, F, und F2 von verschiedenen Farbkomponenten des Wechsellichtes beaufschlagt. Die Signalspannung der Zelle Ph, steuert nun über den Verstärker V, und den Nachlaufmotor MN die Meßblende M2 auf gleiche Helligkeit in der Kugel (gleiche Helligkeit bei Beleuchtung im Standardstrahlengang 1 und Probenstrahlengang 2). Die sich ergebende Einstellung der Öffnung der Blende M2 ist ein Maß für die Helligkeit der Probe. Durch diesen Abgleich sind zugleich die Signalspannungen der Zellen Phx und Ph2 normiert, die nach Verstärkung und Gleichrichtung auf zwei Meßinstrumente oder an das Ablenksystem der Braunschen Röhre B als Maß für die Differenz zwischen den Farbwerten von Standard und Probe gegeben werden. Bei gleicher Farbart von Standard und Probe sind nach dem Abgleich der Helligkeit durch die Zelle Ph, auch die die Photozellen Phx und Ph2 erreichenden Lichtintensitäten aus dem Standard 1 und Probenstrahlengang 2 gleich, so daß diese Zellen keinen verstärkbaren Wechselstrom führen. Daher wird der Elektronenstrahl der Braunschen Röhre B nicht abgelenkt, sondern zeigt auf den Farbort des Standards. Bei Ungleichheit der Farbarten von Standard und Probe sind jedoch die in den Photozellen Phx und Ph2 erzeugten Ströme unterschiedlich, und es entsteht ein Wechselstrom in diesen Zellen, der nach entsprechender Verstärkung zur Ablenkung des Elektronenstrahles von dem Standardfarbort an einen der Farbart der Probe entsprechenden Farbort führt. Durch Auflage eines geeigneten transparenten Koordinatensystems auf dem Bildschirm der Braunschen Röhre B lassen sich dann auch die jeweiligen Farbkoordinaten in einem transformierten Bereich bestimmen. The function of the device according to the invention is now as follows: The modulated light from the light source Q is incident alternately as the modulation disk Mo rotates by standard St and sample Pr (permeability measurement according to FIG. 1) into the ball UK or, in the arrangement according to FIG. 3, the standard St and sample Pr become the ball UK thrown back and illuminates the inside of the ball as a result of the on the inner wall of the ball occurring diffuse multiple reflection evenly. The three photocells Phx, Ph, and Ph2 are then made up of a patch E, corresponding to the permeability the upstream filters Fx, F, and F2 of different color components of the changing light applied. The signal voltage of the cell Ph, now controls via the amplifier V, and the follow-up motor MN the measuring diaphragm M2 to the same brightness in the sphere (same Brightness with illumination in standard beam path 1 and sample beam path 2). The resulting setting of the opening of the diaphragm M2 is a measure of the brightness the sample. As a result of this adjustment, the signal voltages of the cells are also Phx and Ph2 normalized after amplification and rectification on two measuring instruments or to the deflection system of the Braun tube B as a measure of the difference between given to the color values of the standard and sample. With the same color type of standard and sample are after the adjustment of the brightness by the cell Ph, also the die Photocells Phx and Ph2 achieve light intensities from standard 1 and sample beam path 2, so that these cells do not carry an alternating current that can be amplified. Hence will the electron beam the Braun's tube B is not deflected, but points to the color location of the standard. If the color types differ from standard and sample, however, the currents generated in the photocells Phx and Ph2 are different, and there is an alternating current in these cells, which after appropriate amplification for deflecting the electron beam from the standard color location to one of the color types corresponding to the sample. By placing a suitable transparent Coordinate system on the screen of the Braun tube B can then also determine the respective color coordinates in a transformed area.

Die Anordnung von Probe Pr und Meßblende M. im selben Strahlengang 2 erfolgt, um auch bei einem Wechsel der Proben stets gleiche Helligkeit in der Kugel zu erzielen. Dies bedingt eine Umeichung der Meßblende M2 in eine Reziprokskala, die wiederum nur bei der gleichen Helligkeit gilt. Bei einem Wechsel des Standards ist also darauf zu achten, daß die Bedingung Durchlässigkeitsgrad der Blende M1 mal Y-Wert des Standards = konstant erfüllt ist. The arrangement of sample Pr and measuring diaphragm M. in the same beam path 2 takes place in order to always have the same brightness even when the samples are changed Scoring ball. This requires a re-calibration of the measuring orifice M2 in a reciprocal scale, which in turn only applies to the same brightness. When changing the standard it is therefore important to ensure that the condition of the degree of permeability of the aperture M1 times the Y value of the standard = is constantly met.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Colorimeter, especially for comparative purposes Sampling of samples, with beam adjustment and with an alternating over sample and standard illuminated integrating sphere with three of these acted upon Photocells of different spectral sensitivity, one of which is based on brightness (Y component) that addresses the rays present inside the integrating sphere, characterized, that the same brightness of the integrating sphere Photocell (Phy) via an amplifier and follow-up motor to open one in the sample beam path between the light source and sample arranged adjustable diaphragm controls that im Standard beam path (1) a fixed adjustable aperture between the light source and The standard arrangement is that the other two photocells (Ph2, Ph2) have amplifiers and rectifiers in a manner known per se to the deflection systems of a Braunsche Tube are connected, that the photoelectric cells upstream filters in itself known way the photocells a spectral sensitivity corresponding to the Norm spectral value curves (xz, YA, zl) give and which the brightness in the Ulbrichtschen Sphere controlling photocell (Phy) the spectral sensitivity curve according to (YA) Has.

2. Color measuring device according to claim 1, characterized in that the Aperture in the sample beam path (2) with a reciprocal of the respective permeability Scale is provided.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1,094,481; German utility model No. 1 689 194; U.S. Patent No. 2483 452, 2856 811, 2,774,276; Deutsche Elektrotechnik, 11 (1957), H.1, pp. 30 to 33; Zeiss factory magazine, Nur. 31 (1959), pages 22 to 24; B rü g e l, introduction to the Ultrarot spectroscopy, Darmstadt, 1957, pp. 142 to 175.