HU186311B - Method and apparatus for detecting brightness the colurs by comparison - Google Patents

Description

A találmány tárgya összehasonlító mérési eljárás színek világosságának meghatározására, továbbá az eljárás foganatosítására szolgáló berendezés, amely fényforrást, mérendő mintára és színes referenciára eső fénynyalábot alakító és irányító optikai eszközt, a mintáról és a színes referenciáról reflektált fénysugárra érzékeny és elektromos jelet szolgáltató fényérzékelőt és ezen elektromos jeleket feldolgozó és öszszehasonlító elektronikus áramkört tartalmaz.

Színek mérésére különböző eljárások és berendezések ismeretesek, amelyek összehasonlító elven alapulnak, nevezetesen a mérendő mintát színes referenciával hasonlítják össze. Néhány ezek közül valódi színmérésre alkalmas oly módon, hogy a szín összetevőit analizálja valamely nemzetközileg elfogadott rendszer, például a Munsell-rendszer szerint, amely a színeket színezetük, világosságuk és telítettségüktől függő krómájuk alapján határozza meg. Mások ipari létesítmények, berendezések szabályozás céljaira szánnak valamely termék színének befolyásolásához, vagy például válogatásra, például változó színű termékekhez. Ezen esetekben a valódi szín teljes mérése gyakran nem felel meg, de ismeretesek olyan eljárások, amelyek a vizsgálandó színnek csupán egyetlen összetevőjét mérik, például a világosságuk vagy színezetük alapján.

Függetlenül attól, hogy a szín teljes méréséről vagy pedig csupán egyetlen komponens méréséről van szó, meglehetősen általánosnak nevezhető, hogy az ismert berendezések kezelését még egyszerűbbé lehetne tenni, még ha a legtökéletesebb, legmodernebb készülékeket alkalmazzuk is.

Egy újabban ismertté vált koloriméternél — az összehasonlításos színmérés előtt — ismert színes referenciát kell helyezni a készülékbe, amelynek el kell végeznie a referencia analízisét és megjegyeznie, majd ezután az ismeretlen színű mintát kell behelyezni színének meghatározásához.

Egy másfajta ismert koloriméter fényforrást, a fényforrás fényéből két fénynyalábot előállító optikai eszközt és két fotocellát tartalmaz, amelyek egyike egy színes referenciáról, a másik pedig a mintáról visszavert fényt detektálja. A készülék kezelőjének állandóan ki kell egyenlítenie a fotocellához csatlakozó áramköröket, hogy a két mért érték összehasonlítása értékelhető eredményt adjon.

Bizonyos rutin jellegű színmérésekhez — mikor a színek mindig hasonlóak, vagy például szabályozásokhoz, esetleg válogatáshoz — hasznos lenne olyan eljárás és berendezés alkalmazása, amely olyan összehasonlító jellegű mérésen alapul és amely gyakorlatilag állandóan történik anélkül, hogy a kezelőnek bármiféle beállító vagy kiegyensúlyozó gombot kellene működtetnie és nincs szükség túl gyakori kalibrálásra sem.

A találmánnyal célunk olyan egyszerű mérési eljárás és berendezés létrehozása, amely alkalmas színek világosságának mérésére, működési elve automatikus és gyakorlatilag állandó összehasonlításon alapul.

A fenti cél elérésére olyan mérési eljárást dolgoztunk ki, amelynek során a vizsgált színt oly 5 módon hasonlítjuk össze egy ismert színű mintával, hogy egymás után és ciklikusan a mérendő mintát, fekete referenciát és legalább egy, a vizsgált színhez hasonló színű referenciát világítunk meg ugyanazzal a beeső fénysugárral. A 10 mintáról és a referenciákról egymás után reflektált fénynyalábokat fotoelektromos úton meghatározzuk. Elektronikus úton meghatározzuk egyrészt a mintáról és a színes referenciáról, másrészt a fekete referenciáról és a színes refe15 renciáról reflektált fénynyalábok intenzitásának arányát. A második arányt elektronikus úton kivonjuk az elsőből, és minden megvilágítás vagy mérési ciklus alatt az arányok különbségéből automatikusan a vizsgált minta világosságával egyenesen arányos mérőszámot képezünk.

A fenti eljárás foganatosítására a találmány szerinti berendezést dolgoztuk ki, amelyben fekete referencia és legalább egy színes referencia van, amelynek színe hasonló a vizsgált min25 ta színéhez. Van benne továbbá a vizsgálandó mintát, a fekete referenciát és a színes referenciát egymás után és ciklikusan megvilágító egység, két elektronikus összehasonlító egység, amelyek egyike a mintáról és a színes referenciáról, másika a fekete referenciáról és a színes referenciáról reflektált fénynyalábok intenzitásainak arányait határozza meg. A berendezés különbségképző egységgel van ellátva, amely minden egyes megvilágítás vagy minden egyes mérési ciklus alatt a két arány különbségét képezi, amely egyenesen arányos a vizsgált minta színének világosságával.

A találmánnyal kapcsolatban a leírásban va40 lamely szín világosságát a Munsell-rendszer szerinti értelmezésben használjuk. A világosság valamely szín fényének intenzitását jelenti öszszehasonlítva színezetével, amely viszont egy domináns hullámhosszal jellemezhető, továbbá telítettségével, tisztaságával — másképpen krómájával — összevetve. A világosság a CIErendszerben (Comission Internationale de I’Eclairage) az Y komponensnek felel meg, amely zöld szűrőn át kapható meg. A CIE-rendszer há50 rom színes összetevőre, X, Y és Z komponensre bontja az egyes színeket, amelyek vörös, zöld és kék szűrőn átjutó fényből határozhatók meg.

A fentiek alapján a találmány szerinti eljárás és berendezés a vizsgált minta színének világos55 ságára jellemző, és azzal egyenesen arányos mérőszám meghatározását teszi lehetővé, mégpedig ciklikusan és előre meghatározott mérési frekvencián. Tulajdonképpen mikor a mintáról és a színes referenciáról reflektált fénynyalábok in60 tenzitásának különbségét képezzük, ezen intenzitások valamennyi arányos változását kiküszöböljük, különösen azokat, amelyek bizonyos elemek, pl. a fényforrás és a fényérzékelő vagy az eljárást foganatosító elektronikus áramkörök túlhevülésének, öregedésének következményei.

-3186311

Sőt ezen túlmenően, az ezen arány és a másik — azaz a fekete referenciáról és a színes referenciáról reflektált fénynyalábok intenzitásának aránya — közötti különbség képzése révén különböző parazita fénysugarak hatása is kiküszöbölhető. Ilyen parazita fénysugárnak tekintendő az olyan fény, amely nem a mintáról, hanem valami másról verődik vissza.

Amennyiben a szín világosságát grafikusan ordinátaként ábrázoljuk, a találmány szerinti eljárással nyert értéket pedig abszcisszaként, akkor emelkedő egyenes vonalat kapunk, amelynek meredekségét úgy változtathatjuk meg, ha az első arányt egy első konstanssal elektronikusan megszorozzuk, kezdőpontját pedig a második aránynak egy második konstanssal való elektronikus szorzása révén tolhatjuk el. Ha egyszer ennek az egyenesnek a meredékségét és a kezdőpontját rögzítjük, akkor a későbbiekben a mérések során a kezdőpont nem változik. A fentiekben említett okok következtében beálló bármely eltérés minden mérési ciklusban kompenzálódik és hatása kiküszöbölődik. Ennek következtében elmondható, hogy minden egyes mérési ciklusban automatikus kalibrálás és nullázás történik, mégpedig a fekete referenciával és legalább egy színes referenciával való összehasonlítás révén.

A találmány szerint előnyös két hasonló színű referencia alkalmazása, amelyeknek világossága ismert, mégpedig az egyiké közepes, a másiké pedig nagy. Ilyenkor egyrészt a mintáról és a világosabb színes referenciáról reflektált fénynyalábok intenzitásának arányát, másrészt a fekete referenciáról és a közepesen világos színes referenciáról reflektált fénysugarak intenzitásának arányát határozzuk meg. Ezen megoldásnak az az eredménye, hogy még jobban befolyásolható a minta színének világossága és a találmány szerinti eljárás révén nyert mérőszám közötti egyenes arányosság. A valóságban a vonatkozó paraméterek jobban kézben tarthatók és feldolgozásuk pontosabbá válik, aminek következtében a fentebb említett egyenes meredekség pontosabban beállítható, ha az nagy világosságú színes minta alapján történik. (A világosabb színes referencia az egyenes végénél helyezkedik el.) Az egyenes kezdőpontjának helyzete is pontosabbá válik, ha közepes világosságú színes referencia figyelembe vételével állítjuk be (az egyenes alsó részén található).

A találmány szerinti eljárás előnyös foganatosítási módjánál és ennek mgfelelően a berendezés előnyös kiviteli alakjánál szaggatott fénysugarat alkalmaznak a megvilágításra. A szaggatás előírt frekvenciával történik és a fényérzékelés eredményeként kapott elektromos jelekből azokat a jeleket, amelyeknek frekvenciája eltér a szaggatási frekvenciától, kiszűrjük. Ez az intézkedés különösen külső eredetű parazita jelek kiküszöbölésére alkalmas. Ilyen például a természetes környezeti fény (amely állandó intenzitású összetevő), avagy mesterséges környezeti fény (amelynek intenzitása a hálózati frekvencia kétszeresével változik).

A találmányt a továbbiakban a rajz alapján ismertetjük részletesebben, amelyen a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakját tüntettük fel.

A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti berendezés oldalmetszete, a 2. ábra megvilágító tárcsát, a 3. ábra szinkronizáló tárcsát, a 4. ábra fényszaggató tárcsát mutat felülnézetben, az 5. ábra az elektronikus összehasonlító és különbségképző áramkörök blokkdiagramját tünteti fel.

Az 1. ábrán vázlatosan bemutatott találmány szerinti berendezés fényzáró 1 készülékházában 2 fényforrás, 3 száloptikából és 4 fényelosztóból álló optikai szerkezet 5 fényérzékelő, és megvilágító 6 tárcsa van. Az 1. ábra szerinti berendezés 1 készülékházában, továbbá fényszaggató 8 tárcsa és pl. járulékos 10 fényforrásból, szinkronizáló 9 tárcsából, valamint járulékos 11 fényérzékelőből kialakított szinkronizáló szerkezete van.

A berendezés elektronikus részének erősítő 12 egysége van, amely az 1 készülékházon belül van elrendezve, kívül pedig 13 demodulátora, két összehasonlító 14, 15 egysége, különbségképző 16 egysége, kijelző 17 egysége, szinkronizáló 18 egysége és szabályozó 19 egysége van.

A berendezés a következőképp működik. A 2 fényforrásról — amely pl. halogén lámpa is lehet— a fényt a 3 száloptika a körkörös 4 fényelosztóra vezeti, amely kúpos fénynyalábot alakít ki, de legalábbis olyat, amelynek összetartó 20, 21 fénysugarai vannak, vagyis vannak olyan sugarai, amelyek ugyanazon kúpnak az alkotóival egybeesnek. A mérendő felületekről, vagyis a 22 mintáról és a 6 tárcsáról (25—27 referenciák a 2. ábrán) reflektált fénynyalábot az 5 fényérzékelő detektálja, amely például szilícium fényelem és a 4 fényelosztóval koncentrikusan van elrendezve. Az 5 fényérzékelő előtt 84 rács van, amely leárnyékolja azokat a fénysugarakat, amelyek nem a mérendő felületről jönnek,

A 2. ábra forgatható 6 tárcsaként kialakított megvilágító eszközt mutat, amelynek 24 nyitott szektora, további szektorain fekete 25 referencia és két hasonló színű szektora, azaz közepesen és nagyon világos színes 26, illetve 27 referencia van. A forgatható 6 tárcsa 7 tengelyre van erősítve, amely 28 motorral van hajtókapcsolatban. A 28 motor forgási sebessége fordulat/másodpercben kifejezve a mérési frekvenciát adja meg Hertz egységben. Amikor a 24 nyitott szektor 23 ablak felett halad el, a fényt a 22 minta reflektálja. A fényt ezután a fekete 25 referencia, majd színes 26, 27 referenciák reflektálják, amint a vonatkozó szektorok egymás után elhaladnak a 23 ablak és az 5 fényérzékelő között. A mérési frekvencia például mintegy 1 Hertz értékű lehet. A fordulatszámot szinkronizáló szerkezet szabályozza.

A 3. ábra a szinkronizáló szerkezet egy lehet-4I séges formájának szinkronizáló 9 tárcsáját mutatja, amely 29—32 lyukakkal van ellátva. Ez a forgatható 9 tárcsa is a 28 motor által hajtott 7 tengelyre van rögzítve. A 9 tárcsán a lyukak azért vannak, hogy a mérési frekvencia ütemében legalább egy járulékos 10 fényforrás és legalább egy járulékos 11 fényérzékelő között áthaladva elektromos szinkron jeleket állítsanak elő. A 3. ábra szerinti kiviteli alaknál a 29—32 lyukak négy koncentrikus kör mentén vannak. Mindegyik körhöz egy-egy járulékos fényforrásfényérzékelő pár, például fénykibocsátó diódafototranzisztor pár tartozik.

A 9 tárcsa legbelső körén levő 29 lyukak — és az általuk létrehozott jelek — szolgálnak a hajtás szabályozására, vagyis a 7 tengelyre rögzített 6 tárcsa és a 28 motor fordulatszámának beállítására. A létrehozott szinkron jeleket feldolgozó szinkronizáló 18 egység, majd a 28 motort vezérlő szabályozó 19 egység dolgozza fel.

A további körökön levő 30, 31, 32 lyukak által létrehozott jelek az összehasonlító 14 és 15 egységeket szinkronizálják a szinkronizáló 18 egység közvetítésével.

A 4. ábra fényszaggató 8 tárcsaként kialakított fényszaggatót ábrázol. A 8 tárcsán a kör mentén elrendezve számos 33 nyílás van, és szintén a 28 motorral van hajtókapcsolatban, csak éppen forgási sebessége a 7 tengely forgási sebességének néhányszorosa. A 8 tárcsa a 2 fényforrás fényét felváltva átengedi és megszakítja viszonylag magas szaggatási frekvenciával. Ha például 200 Hz-es szaggatási frekvenciát akarunk elérni és a fényszaggató 8 tárcsán tíz nyílás van — amint a 4. ábrán látható — akkor a 8 tárcsa fordulatszámának húszszor nagyobbnak kell lennie, mint a fényszaggató 6 tárcsának, ha annak forgássebessége kb. 1 Hz értékűre van szabályozva.

Az erősítő 12 egység és a 13 modulátor dolgozza fel az 5 fényérzékelő által szolgáltatott jeleket. Az erősítő 12 egység célszerűen az 1 készülékházon belül van elrendezve, hogy az 5 fényérzékelő által szolgáltatott igen kicsi jeleket ne zavarják különböző parazita jelek a többi elektronikus áramkört tartalmazó külső dobozba való továbbításig. A 13 demodulátor állítja helyre a szaggatási frekvenciával érkező jelekből a reflektált fénynyalábokra jellemző állandó feszültség szinteket. Az erősítő 12 egység és a 13 demodulátor kiküszöböl bármilyen jelet, amelynek frekvenciája eltér a szaggatási frekvenciától.

Az összehasonlító és különbbségképző 14, 15, 16 egységek kialakítása és működése az 5. ábra alapján követhető. Az 5. ábra az összehasonlító 14 és 15 egységek blokkvázlatát szemlélteti. A 13 demodulátorról érkező periodikus demodulált jelek jelalakját 34 hivatkozási szám jelzi. A jelnek négy különböző feszültségszintje van, amelyek egyenként a 22 mintáról és a 25—27 referenciákról visszavert fénynyaláb intenzitásainak felelnek meg. A szintek mindegyikét négy elválasztó 351—354 egység választja el egymástól és tartja állandó értéken a megvilágító 6 tár186311 csa egy teljes körülfordulásának idejéig. A 351— 354 egységeket a szinkronizáló 9 tárcsa által előállított jelek szinkronizálják, amelyek a 6 tárcsa szektorainak előhaladását jelzik. A szink5 ronjeleket a szinkronizáló 18 egység dolgozza fel és továbbítja a 351—354 egységekhez.

A négy elválasztó 351—354 egység kimenetén négy különálló feszültség van, amelyeket négy feszültség-frekvencia 361—364 átalakító alakít 10 át négy külön frekvenciára. Az átalakítás javítja a következő műveletek pontosságát és stabilitását. Az összehasonlítás ezután következik, vagyis a frekvenciák arányát páronként egyegy, azaz összesen kettő 37 és 38 osztó állítja 15 elő, amelyek oly módon vannak kialakítva, hogy egy első osztó (nincs ábrázolva) számlálja az egyik frekvenciát, egy második (nincs ábrázolva) visszafelé számlálja egy referencia frekvencia ütemében, amelyet óragenerátor (nincs ab20 rázolva) állít elő.

A két viszonylagosan csökkentett frekvenciát, amelyet a két-két frekvencia arányában a 37, 38 osztók állítanak elő, 39 és 40 szorzók ugyanazzal a tényezővel megszorozzák, hogy maga25 sabb frekvencia legyen elérhető.

A 39 és 40 szorzó jeleinek frekvenciái arányosak egyrészt a 22 mintáról és a világosabb 27 referenciáról, másrészt a fekete 25 referenciáról és a közepesen világos 26 referenciáról vissza30 vert fénynyalábok intenzitásának arányaival. Ezen frekvenciák közül a másodikat a különbségképző 16 egység kivonja az elsőből. A különbségképző 16 egység olyan számláló (nincs ábrázolva), amelynek tartalma az egyik jel ha35 fására növekszik, a másikéra csökken, valamely más, óragenerátor (nincs ábrázolva) által előállított referencia frekvencia ütemében.

A mérési frekvencia ütemében ily módon előállított különbség egyenesen arányos a minta színének világosságával. A különbség dekódert magában foglaló kijelző 17 egységre kerül, amely lehetővé teszi a mérési ciklusonként meghatározott és a 22 minta színének világosságával egyenes arányban álló mérőszám folyama45 tos kijelzését.

Claims (9)

1. 50 1. Eljárás színek világosságának mérésére, amelynek során a vizsgált szint ismert mintával hasonlítjuk össze, azzal jellemezve, hogy egymás után és ciklikusan mérendő mintát, fekete referenciát és legalább egy, a vizsgált színhez ha55 sonló színű referenciát világítunk meg ugyanazzal a beeső fénynyalábbal, — fotoelektromos úton meghatározzuk a mintáról és a referenciákról egymás után rekflektált fénynyalábot,

   60 — elektronikus úton meghatározzuk egyrészt a mintáról és a színes referenciáról, másrészt a fekete referenciáról és a színes referenciáról reflektált fénynyalábok intenzitásának arányát, — majd a második arányt elektronikus úton

   65 kivonjuk az elsőből, továbbá

   -5186311 — az egyes megvilágítási vagy mérési ciklusok alatt az arányok különbségéből megválasztott mérési frekvenciával a vizsgált minta színének világosságával egyenesen arányos mérőszámot képezünk automatikusan.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy színes referenciaként két hasonló színű, egy viszonylag nagy és egy közepes világosságú referenciát alkalmazunk és — meghatározzuk egyrészt a minta és világosabb referencia, másrészt a fekete referencia és a közepesen világos referencia által visszavert fénynyalábok intenzitásának arányát.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a beeső fénynyalábot előírt szaggatás! frekvenciával szaggatjuk, és a fotoelektromos úton nyert elektromos jelekből a szaggatási frekvenciától eltérő frekvenciájú jeleket kiszűrjük.
4. 4. Mérőberendezés az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás foganatosítására, amely berendezésben fényforrás, megvilágító fénynyalábot alakító és a mérendő mintára, valamint a színes referenciára irányító optikai eszköz a minta és a referencia által reflektált fénynyaláb mérésére alkalmas, elektromos jeleket szolgáltató fényérzékelő, továbbá az elektromos jelek feldolgozására és összehasonlítására alkalmas elektronikus áramkör van, azzal jellemezve, hogy fekete referenciával (25) és legalább egy olyan színes referenciával (26, 27) van ellátva, amelynek színe hasonló a vizsgált minta (22) színéhez, továbbá a beeső fénynyalábot (20, 21) egymás után és ciklikusan a mintára (22), a fekete referenciára (25) és a színes referenciára (26, 27) bocsátó megvilágító egysége, két, a mintáról (22) és a színes referenciáról (26, 27), valamint a fekete referenciáról (25) és a színes referenciáról (26, 27) reflektált fénynyaláb intenzitásából arányt képző elektronikus összehasonlító egysége (14, 15), továbbá a megvilágítási vagy mérési ciklus ideje alatt az arányokból a minta színének világosságával egyenesen arányos mérőszámot meghatározni képes elektronikus különbségképző egysége (16) van.
5. 5. A 4. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy az optikai eszköz a fényforrás (2) fényét fényelosztóra (4) vezető száloptika (3), és a fényérzékelő (5) a kúpos vagy néhány összetartó fénysugarat előállító fényelosztó (4) középvonalában van elrendezve.
6. 6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti berendezés

   5 azzal jellemezve, hogy a megvilágító egység forgatható tárcsa (6), amelyen nyitott szektor (24) fekete referenciát (25) hordozó szektor, és két, egy közepes és egy nagyobb világosságú referenciát (26, illetve 27) hordozó szektor van, az

   10 optikai eszköz által irányított beeső fénysugár a megvilágító tárcsa (6) széle és kerülete közötti szakaszra irányul, továbbá a reflektált fénysugarak intenzitásának arányát meghatározó első összehasonlító egység (14) a mintával (22) és vi15 lágosabb színes referenciát (26) hordozó szektorral, míg a második összehasonlító egység (15) a fekete referenciát (25) és a közepesen világos színes referenciát (27) hordozó szektorral van a visszavert fénynyalábok intenzitásarányának

   20 meghatározására alkalmas kapcsolatban.
7. 7. A 4—6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy szinkronizáló szerkezettel van ellátva, amelynek lyukakkal ellátott forgatható szinkronizáló tárcsája (9) járu25 lékos fényforrása (10) és járulékos fényérzékelője (11) van, a tárcsa (9) forgó állapotában a nyílásoknak a fényforrás (10) és a fényérzékelő (9) közötti elektromos szinkronjelet létrehozó áthaladási gyakorisága azonos a mérési frekvenciá30 val, továbbá elektronikus szinkronizáló egysége (18) van, amely a megvilágítást vezérlő forgatható tárcsa (
8. 8) hajtásával szabályozó, az elektronikus összehasonlító egységekkel (14, 15) pedig szinkronizáló kapcsolatban van.

   35 8. A 4—7. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy körmén ti lyukakkal ellátott, előírt frekvenciájú fényszaggatásra alkalmas forgatható fényszaggató tárcsával (8), valamint a fényérzékelő (5) által szolgál40 tatott elektromos jeleket erősítő és demoduláló elektronikus egységgel (12) van ellátva.
9. 9. A 4—8. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy mérési ciklu45 sónként meghatározott és a minta (22) színének világosságával egyenesen arányos mérőszámot állandóan mutató kijelző egységgel (17) van ellátva.