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Kolorimeter.
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Man kennt bereits eine ganze Reihe von Kolorimetern, welche chromatische
Meßangaben im allgemeinen als Farbwertänderungen entsprechend dem sogenannten C.I.E.-System
oder dem Normalvalenzsystem abgeben. Mittels derartiger numerischer Werte, welche
die jeweilige Größe einer jeden Lichtwellenlänge in einer Farbe darstellen, kann
eine Farbe spezifiziert werden. Diese Information in Form von langen Zahlengebilden
kann jedoch nicht ohne Schwierigkeiten und direkt zur Identifizierung der Farbe
verwendet
werden, vielmehr müssen bekanntlich zeitaufwendige mathematische Berechnungen durchgerührt
werden. Selbstverständlich könnte ein derartiges Kolorimeter mit einem entsprechend
programmierten Computer zur Durchführung einer derartigen Berechnung gekoppelt werden,
doch würde dadurch das Gerät kompliziert und preisaufwendig, sodaß seine Verwendung
für verschiedenste kommerzielle Zwecke praktisch unmöglich würde.
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Bei derartigen konventionellen Kolorimetern wird ganz allgemein eine
elektrische Glühlampe als Lichtquelle zur Erzeugung eines ausreichend hellen, weißen
Lichtes verwendet, welches auf das zu untersuchende ObJekt gerichtet wird, von welchem
das reflektierte Licht dann auf drei Filter und die jeweils Zugeordneten fotoelektrischen
Wandlerelemente fällt, um die Farbwerte zu erhalten. Bei derartigen Geräten stört
naturgemäß der Lichteinfall von durch Fremdkörper abgestrahltem Licht, sodaß spezielle
Vorkehrungen getroffen werden müssen, um derartiges Fremdlicht abzuschirmen. Außerdem
schwankt naturgemäß die Lichtstärke der elektrischen Lampen, sodaß häufige Neueinstellungen
erforderlich sind, und es dauert reichlich lange, bis die elektrische Glühlampe
ausreichend erhitzt ist, um das erforderliche stabile weiße Licht zu erzeugen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Kolorimeter zu schaffen,
bei welchem die Nachteile der bisher bekannten Ausführungen einwandfrei überwunden
sind.
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Bekanntlich hängt das Reflektionsvermögen einerseits von der Farbe
des bestrahlten Gegenstandes ab und andererseits ergeben
sich Jeweils
unterschiedliche Reflektionswerte, wenn zwei Arten farbigen Lichtes, deren Spektralwellenlängenbereiche
eindeutig voneinander getrennt sind, auf den farbigen Gegenstand gerichtet werden.
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Eine diese beiden Fakten in Kombination miteinander ausnutzendes erfindungsgemäßes
Kolorimeter ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß es zwei farbige Lichtquellen
mit deutlich getrennten Lichtwellenlängen aufweist, eine Zeitteilungs-Erregerschaltung
zur abwechselnden Erregung der beiden farbigen Lichtquellen, ein die farbigen Lichtstrahlen
auf den Prüfgegenstand als Lichtfleck richtendes optisches System, einen vom Prüfgegenstand
reflektiertes Licht auffangenden und zwei Arten elektrischer Signale abwechselnd
erzeugenden fotoelektrischen Wandler, zwei parallel geschaltete synchrone Zeitteilungsschaltungen
zur Teilung der elektrischen Signale in Synchronismus mit der Erregung der Lichtquellen
und zur Spannungsverstärkung und Wellenformung eines Jeden elektrischen Signals
und schließlich eine die Gesamtspannung beider Signale mit einer Bezugs spannung
vergleichende Anordnung, durch welche die beiden Signale in ein prozentuales Spannungsverhältnis
zu einer Höhe der Bezugsspannung bringbar sind.
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Wenn eine Anzahl derartiger Spannungsverhältnisse vorher kodiert werden,
um die entsprechende Anzahl von Farben darzustellen, welche in dem Spektralwellenlängenbereich
zwischen den beiden Wellenlängen des von den Leuchtdioden ausgestrahlten Lichtes
verteilt sind, so bezeichnet das resultierende Verhältnis automatisch direkt die
Farbe.
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Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen: Figur 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild
der Erfindung; Figur 2 die elektrische Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels;
und Figur 3 Wellenformen der Jeweiligen elektrischen Signale an den Punkten Pl -
PlO im Fototransistor PTr sowie am Ausgang Pio des Verstärkerkreises aus Figur 2.
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Wie Figur 1 zeigt, besitzt ein erfindungsgemäßes Kolorimeter im wesentlichen
einen Lichtprojektor A mit einer rotes Licht abgebenden Leuchtdiode Dr und einer
grünes Licht abgebenden Leuchtdiode Dg, welche jeweils mit einem geeigneten optischen
System gekoppelt sind, um das jeweilige farbige Licht auf einen Gegenstand 0 zu
richten, ferner eine Erregerschaltung B mit zeitlicher Verschiebung zur abwechselnden
Erregung der Dioden, eine Lichtempfangs- und Verstärkerschaltung C, welche im wesentlichen
einen Fototransistor aufweist, parallel zum Ausgang der Empfangs-und Verstärkerschaltung
angeordnete synchrone Zeitteilungsschaltungen D und D', welche jeweils synchron
mit der Abstimmung der Erregung der Dioden arbeiten, parallel geschaltete Spannungsverstärker-
und Formschaltungen E und E', welche Jeweils mit den vorhergehenden Schaltungen
D und D' koppelbar sind, eine
Operationsverstärkerschaltung F, welche
die Gesamtspannung der Ausgänge der vorhergehenden Schaltungen E und E' mit einer
speziellen genormten Bezugsspannung vergleicht und auf deren Spannungshöhe bringt
und darauf stabilisiert, und schließlich einen Meßkreis G mit Jeweils mit den Ausgängen
der vorhergehenden Schaltungen E und E' verbundenen Eingängen.
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Die elektrische Schaltung des erfindungsgemäßen Kolorimeters soll
anhand der Figur 2 lediglich zur besseren Erläuterung im einzelnen beschrieben werden.
Im Lichtprojektor A sind die beiden Leuchtdioden als Festkörperbauteile eingesetzt,
und zwar die Diode Dr als Type GaAsP, welche rotes Licht von 6600 R abgibt, und
die Diode Dg als GaP-Type, welche grünes Licht mit 5500 R abgibt, und welche beide
überall im Handel erhältlich sind. Diese beiden Leuchtdioden werden vorzugsweise
so dicht wie möglich nebeneinander angeordnet und mit einem entsprechenden optischen
System versehen, sodaß ein abwechselnd erzeugtes farbiges Licht auf einen Teil des
zu untersuchenden Gegenstandes gerichtet werden kann und auf diesem einen Lichtfleck
mit einem Durchmesser von etwa l mm erzeugt.
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Die mit zeitlicher Verzögerung arbeitende Erregerschaltung B weist
eine Multivibratorschaltung l auf, ferner eine durch dessen Ausgangs impulse erregbare
Flipflopschaltung 2, zwei Wellenform erzeugende Frequenzteilerschaltungen 5, 5',
welche parallel geschaltet sind und jeweils durch Uberlappung von Kippschwingungsignalen
seitens der Flipfiopschaltung 2 und der Multivibratorschaltung 1 betätigte UND-Schaltungen
3, 3' besitzen. Schließlich sind noch zwei Synchron-Impulserzeugerschaltungen 6,
6' vorvorgesehen,
welche im wesentlichen Zenerdioden CD, CD' und
Verstärkungstransistoren Trl, Trl' aufweisen, sodaß zweidavon in Zeitteilung erzeugte
Reihen von Ausgangssignalen Jeweils durch Verstärkertransistorgruppen Tr2-Tr), Tr2'-Tr3'
verstärkt werden, um abwechselnd die Leuchtdioden Dr und Dg im Lichtprojektor A
zu erregen.
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Die am Punkt Pl oder dem Ausgang der Multivibratorschaltung 1, an
den Punkten P2 oder den Ausgängen der Flipflopschaltung 2, an den Punkten P), P4
oder den Ausgängen der Wellenform-Umkehrschaltungen 4, 4', den Punkten P5 und P6
oder den Ausgängen der Synchron-Impulserzeugerschaltung 6 und 61 erscheinenden wellenförmigen
Impulse sind in Figur 7 dargestellt. Die Impulssignale P5 und P6 weisen Jeweils
einander pberlappende Bestandteile auf.
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Die Lichtempfangs- und Verstärkerschaltung C besitzt einen Fototransistor
PTr, welcher mittels einer eine konstante Spannung erzeugenden Stromquelle 7 erregt
wird. Vom Gegenstand 0 reflektiertes Licht wird durch ein nicht dargestelltes optisches
System auf den Fototransistor PTr gerichtet, welcher entsprechend der Eingangslichtenergie
eine elektrische Ausgabe erzeugt. Die Schaltung C weist außerdem einen mit dem Fototransistor
PTr in Darlington-Schaltung verbundenen Transistor Tr4 auf, einen vom Licht der
Umgebung ausgehende Störungen ausschaltenden Kondensator Cl und einen den Fototransistorausgang
verstärkenden Verstärker 8. Wie bereits erwähnt, werden die beiden Rot- bezw.
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Gründlicht ausstrahlenden Leuchtdioden Dr und Dg abwechselnd erregt,
um die Jeweiligen farbigen Lichtstrahlen abwechselnd in genauen Zeitabständen zu
erzeugen, sodaß sich zwei abwechselnd
erzeugte Arten von reflektierendem
Licht ergeben, welche in Abhängigkeit von der Farbart des Prüfgegenstandes unterschiedliche
Lichtenergien ergeben. Dieses reflektierte Licht kann Licht der Umgebung als Störung
in sich bergen. Die Wellenform des im Fototransistor PTr in Figur 3 erscheinenden
elektrischen Signals zeigt die auf diese Weise abwechselnd erscheinenden beiden
Sorten von elektrischen Signalen und Störungen. Die Wellenform des Ausganges dieser
Schaltung C ist in Figur 3 als Pio dargestellt, wobei die Störung entfernt wurde.
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Die Synchron-Zeitteilungsschaltungen D und Dt besitzen Jeweils Feldeffekttransistoren
FETr und FETg, welche parallel zu einer Ausgangsleitung 9 liegen, die an den Ausgang
Pio der vorgeschalteten Schaltung C angeschlossen ist. An Jedes Gatter dieser Transistoren
FETr und FETg sind die Ausgänge P7 und P8 synchroner Ausgangsverstärkerschaltungen
10 und 101 angeschlossen, an welche als Eingänge die Ausgänge P5 undt P6 der'synchronen
Impulserzeugerschaltungen 6 und 6t im Zeitteilungserregerkreis B angeschlossen sind,
sodaß vor und nach dem Aufdrücken der Spannung des Ausganges Pio, die von der Schaltung
C entsprechend dem reflektierenden Licht bei Erregung der Leuchtdioden Dr bezw0
Dg erzeugt wurde, auf den Feldeffekttransistor FETr bezw. FETg die am Ausgang P7
bezw. P8 des Verstärkerkreises 10 bezw. 10' erscheinende Spannung synchron dem Gatter
des Transistors FETr bezw. FETg aufgedrückt werden kann, sodaß der Jeweilige Transistor
leitend wird. Dadurch wird der Ausgang Pio als Eingang zu den Schaltungen D und
D' in zwei Ausgänge P9 und P10 geteilt, deren Wellenformen als Ausgänge dieser Schaltungen
ebenfalls in Figur 3 dargestellt sind. Die Spannungsverstärkungs- und Formschaltung
E
bezw. E' besitzt Verstärker 11 bezw. 11', 12 bezw.
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12' und einen Integrierkreis 13 bezw. 15', welcher mit dem Ausgang
P9 bezw. P10 der vorhergehenden Schaltung D bezw. D' in Reihe liegt, sodaß ein geglättetes
und verstärktes Gleichspannungssignal an einem Ausgang 14 bezw. 14' der Integrierschaltung
13 bezw. 13' erzeugt wird. Das an diesen Ausgängen 14 und 14' gewonnene prozentuale
Spannungsverhältnis ist im wesentlichen proportional dem prozentualen Verhältnis
der Intensitäten des reflektierten Lichtes, welches von dem Fototransistor PTr aufgenommen
und von der Leuchtdiode Dr bezw. der Leuchtdiode Dg erzeugt wird.
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Die Operationsverstärkerschaltung F besitzt Leitungen 15 und 15' mit
jeweils einer Diode D1 bezw. D1', von denen jeweils das eine Ende in Pll bezw. P12
an Ausgangsklemmen 14 bezw. 14' der Schaltungen E, B' angeschlossen sind, während
die anderen Enden miteinander verbunden sind. Mit dieser gemeinsamen Verbindung
ist eine Leitung 16 verbunden, an welche in PIS eine Leitung 18 angeschlossen ist,
um die durch einen Bezugsspannungsregler 17 erzeugte Bezugsspannung aufzudrücken,
um den Vergleich durchzuführen und zwischen den Gesamtspannungen an Pll und P12
sowie der an der Klemme 15 erscheinenden Bezugsspannung einen Plus-oder Minusbetrieb
durchzuführen. An das andere Ende dieser Leitung 16 ist ein Operationsverstärkerkreis
19 angeschlossen, dessen verstärkter Ausgang an die Synchronverstärkerkreise 10
bezw. 10' durch eine Rückkopplung 20 zurückgeführt wird. Bei dem Verstärker 11 bezw.
11' und 12 bezw. 12' ist der mu-Faktor größer, wenn die Verstärkungsregelspannung
des Operationsverstärkers 19 an der Klemme P14 positiv ist und kleiner, wenn
diese
Spannung negativ ist. Durch diese Schaltung wird die Gesamtspannung, welche an den
Ausgangsklemmen 14 und 14' erscheint, auf die gleiche Höhe gebracht wie die Bezugsspannung.
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Es leuchtet ein, daß das prozentuale Verhältnis der Spannungen an
diesen Klemmen 14 und 14' sich entsprechend dem Farbton oder der Farbart eines Lichtfleckes
auf dem Prüfgegenstand ändert, auf welchen die farbigen Lichtstrahlen abwechselnd
gerichtet werden.
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Der Nachweis- oder Kennkreis G ist derart ausgebildet, daß er die
Farbe des Prüfgegenstandes entsprechend dem sich ergebenden prozentualen Spannungsverhältnis
wie beispielsweise 92,5 : 7,5 oder 7,5 : 92,5 genau feststellt, indem vorher verschiedene
prozentuale Spannungsverhältnisse, welche an den Klemmen 14 und 14' erscheinen,
auf den gleichen Wert wie die Bezugsspannung kodiert werden, wobei diese Verhältnisse
entsprechend der Farbe des Prüfgegenstandes verändert werden. Diese Schaltung kann
beispielsweise mehrere UND-Schaltungen aufweisen, bei denen jeweils die Ausfallspannung
in ihrem prozentualen Verhältnis entsprechend der festgestellten Farbe verändert
wird, und zwar jeweils in Kombaintion mit zwei Zenerdioden unterschiedlicher Merkmale.
Die Eingänge der Jeweiligen UND-Schaltungen sind parallel zu den Ausgangsklemmen
14, 14' der Schaltung E, E' geschaltet.