DE4421919A1 - Gerät zur Überprüfung der Konstanz der Farbtemperatur einer Lichtquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Über­ prüfung der Konstanz der Farbtemperatur einer Lichtquelle.

Beleuchtungseinrichtungen, die sowohl im Auflicht­ als auch Durchlichtbetrieb arbeiten, werden in Technik, Medizin, graphischem Gewerbe sowie Labora­ torien eingesetzt, um nach dem Auflegen die zu überprüfenden Vorlagen bis in kleinste Details be­ trachten und untersuchen zu können. Zur exakten farblichen Wiedergabe sowie insbesondere zur Schaf­ fung reproduzierbarer Verhältnisse ist im pro­ fessionellen Einsatz ein konstanter Farbort erfor­ derlich. Andernfalls würden sich bei den im Durch- oder Auflicht durchgeführten Betrachtungen und Überprüfungen der Farben Farbverschiebungen erge­ ben, die sich in Form eines Farbstiches als deut­ lich wahrnehmbare Veränderung der Farbwiedergabe bzw. als farbliche Verzerrung erkennen läßt. Grund­ sätzlich gilt, daß eine Verschiebung des Farbortes nicht zwingend eine Änderung der Farbtemperatur zur Folge haben muß; umgekehrt jedoch eine Verschiebung der Farbtemperatur die Änderung des Farbortes be­ dingt. Für den optimalen Einsatz ist ein zeitlich konstanter Farbort bzw. Farbtemperatur erforder­ lich. Die Erfahrung zeigt, daß mit zunehmender Be­ nutzungsdauer aufgrund der Alterung der Leucht­ stofflampe eine Verschiebung des Farbtemperatur eintritt. Jedoch ändert sich mit zunehmender Brenndauer nicht nur die Farbtemperatur sondern auch der Farbort, so daß im Ergebnis eine wärmere Farbe erhalten wird. Aber auch in der Anlaufphase ist eine Änderung des Farborts zu beobachten. Auch kommt es durch Fremdlichteinflüsse, wie z. B. das warme Licht von Glühlampen oder Tageslicht zu Farb­ verfälschungen im Betrachtungsfeld.

Um Farbveränderungen und Farbverzerrungen mit Si­ cherheit zu vermeiden, ist es bekannt, Warneinrich­ tungen vorzusehen, die nach einem bestimmten vorge­ gebenen Zeitintervall an den Austausch der Leucht­ stofflampe erinnern, das im Hinblick auf die Streu­ ung der Produktqualität unter Wahrung einer Sicher­ heitsmarge so bemessen ist, daß Alterungsprozesse der Leuchtstofflampe noch nicht spürbar werden. Diese Vorgehensweise beinhaltet die Nachteil, daß aufgrund der Sicherheitsmarge die Leuchtstofflampen in aller Regel zu früh, d. h. weit vor Erreichen der Alterungsgrenze ausgetauscht werden. Ein unnötig hoher Verbrauch an Leuchtstofflampen ist die Folge. Auch werden durch diese Warneinrichtungen die Fremdlicht- und anderen äußeren Einflüsse nicht erfaßt.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Schaf­ fung eines Geräts zur Aufgabe gemacht, das eine Überprüfung der Konstanz der Farbtemperatur an Vor­ richtungen zur Beurteilung der Farbe sowohl im Auf- als auch im Durchlichtbetrieb zuläßt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß ein Sensor den Farbort erfaßt, ein Komparator die Änderung des Farbortes ermittelt und eine An­ zeige oder bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes ein Warnsignal auslöst.

Der Kerngedanke vorliegender Erfindung besteht in der Erfassung des Farbortes, der Ermittlung von dessen Veränderung und in einer Anzeige oder der Auslösung eines Warnsignales, sofern die beispiels­ weise durch den Alterungsprozeß hervorgerufene Än­ derung über einen vorgegebenen Bereich hinaus er­ folgt. Der Austausch der Leuchtstofflampe ist nur dann durchzuführen, wenn eine Verschlechterung der Qualität tatsächlich eingetreten ist. Die Anzeige selbst kann im Rahmen der Erfindung auf unter­ schiedlichste Art und Weise erfolgen. So sind opti­ sche Anzeigen denkbar, die durch ein grünes Licht die weiterhin mögliche Nutzung anzeigt oder durch ein rotes Licht das Auswechseln signalisiert. Neben optischen Anzeigen sind auch akustische Warnsignale denkbar.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Verwendung eines Zeitgliedes vorgeschlagen, welches beginnend mit dem Einschalten der Leuchtstofflampe ein Warn­ signal abgibt, das solange aktiviert bleibt, bis die Zeit der Anlaufphase überschritten ist. Diese Anzeige gibt dem Benutzer kund, ab wann er die Be­ leuchtungseinrichtung benutzen kann, ohne während der Anlaufphase mögliche Änderungen des Farbortes, die zu Farbverzerrungen Anlaß geben, befürchten zu müssen. Ausdrücklich ist darauf hinzuweisen, daß der Einsatz dieses Zeitgliedes nicht nur im Zusam­ menhang mit der Lehre des Anspruchs 1 im Sinne ei­ ner Weiterbildung, sondern auch völlig unabhängig hiervon eingesetzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Gerät kann dazu genutzt wer­ den, die Alterungsprozesse einer Leuchtstofflampe zu überwachen und rechtzeitig die Notwendigkeit des Austausches gegen eine neue Leuchtstofflampe anzu­ zeigen. Bei Arbeiten im Durchlichtbereich hängt die Farbtemperatur im wesentlichen von der unter der Arbeitsvorlage befindlichen Leuchtstofflampe ab. In einem solchen Fall empfiehlt es sich, das erfin­ dungsgemäß vorgeschlagene Meßgerät in räumlicher Nachbarschaft zur Leuchtstofflampe anzubringen.

Im Gegensatz dazu findet sich bei Arbeiten im Auf­ lichtbereich die Leuchtstofflampe im Abstand zur Arbeitsfläche. Dann sind nicht die im Bereich der Leuchtstofflampe, sondern unmittelbar die im Be­ richt des Beleuchtungsortes, also dort, wo die zu betrachtende Vorlage aufgelegt wird, die jeweils vorhandenen Lichtverhältnisse bzw. deren Farbtempe­ ratur entscheidend. Dann ist die jeweils konkret am Beleuchtungsort herrschende Farbtemperatur zu er­ mitteln, die sich durch Überlagerung des von der Leuchtstofflampe herrührenden Lichtes mit Fremd­ lichteinflüssen, z. B. durch den Einfluß anderer Be­ leuchtungseinrichtungen oder durch Tageslicht im Betrachtungsfeld ergibt und somit eine Veränderung erfahren. Die Superposition der Lichteinflüsse al­ ler unterschiedlichen Beleuchtungsquellen ist der Messung und Überprüfung zugrundezulegen.

Im Zusammenhang mit den bisher beschriebenen Ausge­ staltungen wurde einzig die Abweichung, genauer der Abstand des Farbortes vom Normwert erfaßt und zur Anzeige oder zur Auslösung des Warnsignales ge­ nutzt. In einer Weitergestaltung wird der konkrete Farbort in der x-y-Ebene erfaßt. Die allgemein be­ kannte und für derartige Zwecke eingesetzte x-y- Ebene erstreckt sich in x-Richtung ausgehend vom Nullpunkt von der Farbe blau über die Farbe weiß bis zur Farbe rot und in y-Richtung ausgehend von magenta über weiß, gelb bis grün. In dieser Ebene verläuft die Plancksche Kurve des idealen schwarzen Strahlers. Um den Zeitpunkt der Notwendigkeit der Auswechslung der Leuchtstofflampe zu definieren, wird man den Ausgangspunkt (= Normwert) des Farbor­ tes durch ein den idealen Bereich darstellendes Normoval umgeben, bei dessen Überschreitung des konkret gemessenen Farbortes die Notwendigkeit der Auswechslung angezeigt wird. Die in der vorgenann­ ten Ausführungsform konkrete Bestimmung des Farbor­ tes macht es möglich zu berücksichtigen, daß die Richtung der Abweichung von Ausgangspunkt entspre­ chend ihrer physikalischen Bedeutung ein jeweils unterschiedliches Gewicht erfahren kann. So sind auch große Abweichungen entlang den Linien ähnlich­ ster Farbtemperatur nur von geringem Einfluß, hin­ gegen die Abweichungen des Farborts senkrecht zu den Linien ähnlichster Farbtemperatur von großem Einfluß und können bereits frühzeitig zu Farbver­ zerrungen Anlaß geben.

In einer konkreten Erfassung des Farbortes werden insgesamt zwei Sensoren eingesetzt, die jeweils die x- bzw. die y-Koordinate messen. So erfaßt die x- Richtung, wie bereits beschrieben, den äußeren sich von blau nach rot erstreckenden Spektralbereich; die y-Richtung beschreibt den Spektralbereich, der sich von magenta über gelb und weiß nach grün er­ streckt.

Im Hinblick auf die Tatsache der Existenz von Li­ nien ähnlichster Farbtemperatur ergibt sich der ideale Bereich in Form eines Ovales in der x-y- Ebene des Farbortes, das sogenannte Normoval. Es berücksichtigt, daß nicht der Abstand der Abwei­ chungen vom Idealfarbort sondern auch die Richtung für das Entstehen von Farbverzerrungen Anlaß geben kann. Für diese Farbmessungen sind zwei Sensoren ausreichend; empfehlenswert ist jedoch der Einsatz von demgegenüber mehr Sensoren.

Bereits erläutert wurde, daß im allgemeinsten Fall die Anzeige einer Veränderung der Farbtemperatur um einen gewissen Betrag angezeigt wird. Werden jedoch die Koordinaten des Farbortes erfaßt, empfiehlt sich eine demgegenüber wesentlich präzisere Wieder­ gabe des Meßwertes in Form einer digitalen Anzeige und/oder mit Hilfe von Leuchtdioden.

Zur Erlangung präziser Meßwerte ist es erforder­ lich, vor beiden Sensoren die gleiche Lichtmenge und die gleiche Lichtfarbe vor dem Eintritt in den Filterbereich sicherzustellen. Bei Unterschieden im Eintrittsbereich beider Sensoren würde es zwangs­ läufig zu fehlerhaften Messungen kommen. Notwendig ist die Erzeugung einer Homogenität der möglicher­ weise aus unterschiedlichen Richtungen einfallenden Lichtwellen. Zu diesem Zwecke ist die durch die Streuscheibe definierte Eintrittsebene in einem solchen Abstand zu den Filtern anzuordnen, daß er ein Mehrfaches des Abstands zwischen den beiden Sensoren beträgt. In der durch Streuscheibe und Filter begrenzten Aufstreukammer kann dann die not­ wendige Homogenisierung des einfallenden Lichtes erfolgen.

Im folgenden werden zur Messung des Farbortes ge­ eignete Sensoren beschrieben. Sie bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus wenigstens zwei Filtern, hinter denen in Ausbreitungsrichtung des Lichtes ein Intensitätsmesser beispielsweise in Form einer Diode angeordnet ist. Die Filter lassen jeweils un­ terschiedliche Spektralbereiche passieren, deren Intensität anschließend erfaßt wird. Wählt man bei­ spielsweise die Farben am Ende der x- (oder y-)Ko­ ordinate als jene Farbe, die durchgelassen wird, läßt sich anhand eines Intensitätsvergleiches die Position auf der Geraden ermitteln. Gleiches läßt sich mit einem weiteren Sensor in der y-Richtung durchführen, so daß sich im Ergebnis der durch die x- und y-Koordinate definierte Farbort bestimmen läßt.

Ein Abgleich der Verstärkungsfaktoren der beiden Sensoren ist erforderlich. Sofern dies auf elektro­ nischem Wege geschieht, ergibt sich bei Hellig­ keitsschwankungen das Problem eines systematischen Fehlers aufgrund Änderungen in der Differenz zwi­ schen den beiden Sensoren. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird in den Strahlengang des einen Fil­ ters zur Querschnittsveränderung eine Justier­ schraube mehr oder weniger weit hineingedreht und auf diese Weise der gleiche Verstärkungsfaktor der beiden Intensitätsmesser eingestellt. Helligkeits­ schwankungen bleiben - im Gegensatz zum elektroni­ schen Abgleich - dann ohne Einfluß.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert ist. Sie zeigt in schematisch gehaltenem Längsschnitt den prinzipiellen Aufbau des erfin­ dungsgemäßen Sensors.

In einem Gehäuse (1) trifft das zu messende Licht (2) über die Streuscheibe (3) in einem hinreichend großen Abstand hiervon, der der Homogenisierung des eintretenden Lichtes (2) dient, auf zwei Filter (4, 5), die unterschiedlichen Spektralbereiche des auf­ treffenden Lichtes (2) passieren lassen. Der durch Streuscheibe (3), den Filtern (4, 5) als auch das Gehäuse (1) begrenzte Raum definiert die Aufstreu­ kammer (9). In Strahlungsrichtung dahinter und im Bereich des Bodens des Gehäuses ist jedem durch einen Filter (4, 5) definierten Strahlengang eine Diode (6, 7) zugeordnet, die die Intensität des je­ weils durchgelassenen Lichtes erfaßt und zur An­ zeige bringt.

Zum Abgleich der Verstärkungsfaktoren der beiden Dioden (6, 7) wird in den Strahlengang hinter dem Filter (5) vor der Erfassung durch die Diode (7) eine Justierschraube (8) mehr oder weniger weit eingedreht und auf diesem Wege die auf der Diode (7) auftreffende Helligkeit des Lichtes geregelt. Ein Vergleich der gemessenden Intensität der Dioden (6, 7) gibt den Anteil des jeweils durch die Filter (4, 5) durchgelassenen Spektralbereiches an und läßt den Anteil der jeweils durch die Filter (4, 5) hindurchgelassenen Frequenzen erkennen. Bei Verwen­ dung von wenigstens zwei Sensoren mit entsprechen­ den Filtern läßt sich der Farbort in der x- und y- Koordinate erfassen.

Der Einsatz derartiger Sensoren läßt die exakte Er­ mittlung des Farbortes und demzufolge auch dessen Veränderung, die den Austausch der Lichtquelle not­ wendig macht, ohne weiteres zu.

Claims (11)

1. Gerät zur Überprüfung der Konstanz der Farbtem­ peratur einer Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor den Farbort erfaßt, ein Komparator die Änderung des Farbortes ermittelt und eine An­ zeige oder bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes ein Warnsignal auslöst.

2. Gerät zur Vermeidung von Farbabweichungen bei Leuchtstofflampen in der Einschaltphase, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitglied eingebaut ist, das nach dem Einschalten solange warnt, bis die An­ laufphase überschritten ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf ihre Alterung hin zu überwachende Leuchtstofflampe räumlich benachbart zugeordnet ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch Anordnung bei Auflichtbetrieb in Nähe zum Beleuchtungsort.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren der Farbort in der x- und y-Koordinate erfassen und bei Überschreiten ei­ nes den Normalwert umgebenden geschlossenen Kurve das Warnsignal auslöst.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die x- und y-Koordinate jeweils durch einen Sensor erfaßt wird.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung von zwei und mehr Sensoren.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten des Farbortes durch eine digitale Anzeige und/oder mit Hilfe von Leuchtdioden wiedergegeben werden.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Abstand zwischen Streuscheibe (3) und Filter (4, 5) definierte Länge der Aufstreukammer (9) ein Mehrfaches des Abstandes zwischen den beiden Sensoren (6, 7) beträgt.

10. Sensor zum Messen des Farbortes insbesondere gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Filter (4, 5) im Strahlengang angeordnet sind, die unterschiedli­ che Spektralbereiche passieren lassen und hinter denen in Ausbreitungsrichtung des Lichtes jeweils ein Intensitätsmesser, z. B. eine Diode (6, 7) ange­ ordnet ist.

11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß in den Lichtgang eines Filters (4, 5) eine in diesen eingreifende und der Querschnittsveren­ gung dienende Justierschraube (8) angeordnet ist, durch die ein Abgleich des Verstärkungsfaktors des Intensitätsmessers erfolgt.