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Einrichtung zur objektiven Farbmessung mittels Photozellen Die Erfindung
betrifft Einrichtungen zur objektiven Farbmessung oder Kontrolle mittels Photozellen.
Sie ermöglicht es, z. B. farbige Gegenstände vollkommen exakt je nach ihrer Farbe
zu sortieren. Diese Aufgabe tritt z. B. bei der Herstellung von Kacheln, bei der
Textil-, Papier-, Farben-, Zigarrenfabrikation, in der Gerberei und vielen anderen
Zweigen der Technik auf.
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Sortiervorrichtungen, die allein die verschiedene Helligkeit der zu
sortierenden Gegenstände anzeigen, reichen nicht aus, da es häufig vorkommt, daß
vollkommen verschiedenfarbige Gegenstände den gleichen Photostrom erzeugen. Um dieser
Schwierigkeiten Herr zu werden, hat man bereits Einrichtungen zur objektiven Farbmessung
konstruiert, bei denen das vom zu prüfenden Körper kommende Licht spektral zerlegt
und mittels einer Photozelle die Intensität in den einzelnen Spektralbereichlen
nacheinander gemessen wird. Eine solche Einrichtung besitzt aber verschiedene Nachteile.
Es ist nämlich erstens sehr zeitraubend und umständlich, von einem jeden Körper
die Farbe splektral zu zerlegen und festzustellen, und man leistet zweitens mit
einem derartigen Verfahren eine Arbeit, die weit über dasjenige hinausgeht, was
zur Kontrolle der Farbe notwendig ist. Es genügt nämlich bekanntlich, eine Farbe
durch drei Bestimmungsstücke festzulegen, und man kommt hierzu, wenn man von der
Helligkeit absieht, sogar mit zwei Größen aus. Wenn also die spektrale Intensitätsverteilung
des von dem zu untersuchenden Körper kommenden Lichtes bestimmt wird, so mißt man
mehr Bestimmungsstücke, als zur Festlegung der Farbe erforderlich ist, und kann
dadurch unter Umständen zwei solche Körper verschieden anordnen, deren physiologischer
Farbeindruck der gleiche ist und die also bei subjektiver Kontrolle in die gleiche
Gruppe eingeordnet werden.
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Es sind nun bereits Anordnungen zur objektipen Farbmessung bekanntgeworden,
bei denen das von dem farbigen Körper ausgehende Licht in mehrere Teile geteilt
wird, deren 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.
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Ferner ist bekannt, derartigen objektiven Strahlungsempfängern durch
die vorgeschalteten Farbfilter den drei Grundempiindungen nach K ö n i g entsprechende
Empfindlichkeiten zu geben.
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Die vorliegende Erfindung besteht darin, daß bei einer Einrichtung
zur objektiven Farbmessung mittels dreier Photozellen, die durch an sich bekannte
Mittel, z. B. durch Farbfilter, in ihrer spektralen Empfindlicllkeit
abgestimmt
sind, die spektralen Empfindlichkeiten der Zellen lineare Transformationen der König-Kurven
darstellen. Unter solchen linearen Transformationen ist folgendes zu verstehen:
Man kann drei beliebige FarbenR, G, B durch Aufstellung von folgenden drei linearen
Gleichungen aus den Werten r, g, b der König-Kurven entwickeln: ar+ßg+ffb=R :, αr+ß2g+γb=G,
αr+ß3g+γb=B.
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Dabei sind α1, ß1, γ1#γ3 die neun Kon= stanten,
die durch die Filterbeschaffenheit gegeben sind, entsprechend den drei Koordinaten
der drei Filter in bezug auf die drei Grundempfindungen.
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Es hat sich nämlich gezeigt, daß es in den meisten Fällen sehr schwierig
ist, Photozellen so abzustimmen, daß ihre Empfindlichkeiten den König-Kurven genau
entsprechen.
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Andererseits erhält man abler auch bei einer Abstimmung auf beliebige
lineare Transformationen der König-Kurven genaue Meßergebnisse. In diesem Falle
zeigen die Zellen zwar nicht die auf die Grundempfindungen bezogenen Koordinaten
der untersuchten Farbe an. Es sind jedoch zwei Farben dann und nur dann physiologisch
übereinstimmend, wenn alle drei Zellen den gleichen Strom oder die gleiche Spannung
liefern. Sieht man dabei noch von der Helligkeit der zu prüfenden Farbe ab, so genügt
es, zwei voneinander unabhängige Quotienten aus den drei Meßwerten zu bilden, um
festzustellen, ob zwei Farben physiologisch übereinstimmen oder nicht. Zu beachten
ist dabei nur, daß die spektrale Intensitätsverteilung des von der für die Prüfung
dienenden Lichtquelle ausgesandten Lichtes übereinstimmt mit der Intensitätsverteilung
in demjenigen Licht, für das die Farben gemessen oder verglichen werden sollen.
Im allgemeinen blezieht man die Farbe der Gegenstände auf Tageslicht.
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Will oder kann man Idie Lichtquellen nicht in geeigneter Weise anpassen,
so muß man hierauf bei der Bestimmung der Empfindlichkeiten der Zellen Rücksicht
nehmen.
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Die Anpassung der Empfindlichkeiten der Photozellen an die betreffenden
linearen Transformationen der König-Kurven kann dann in an sich bekannter Weise
durch geeignete Sensibilisierung der Zellen und des zu ihrer Herstellung verwandten
Materials und gegebenenfalls durch das Vorschalten passend gewählter Farbfilter
erreicht werden.
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Die Farbfilter stellt man vorzugsweise so her, daß man den Quotienten
aus den beiden Funktionen bildet, die die spektrale Empfindlichkeit der Zelle tatsächlich
und in der erstreben Form darstellen, und daß man die auf diese Weise neu gewonnene
Funktion als Transparenzkurven des vorzuschaltenden Filters betrachtet. Filter mit
gewünschter Durchlässigkeit lassen sich, wie bekannt, in bequemer Weise, z. B. durch
Färben von Gelatine, herstellen.
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Die vorliegende Erfindung wird dadurch weiter ausgestaltet, daß die
Umrechnung auf die Grundempfindungen (König-Kurven) oder andere Farbdreiecke durch
elektrische Netzwerke bewirkt wird. Gemäß weiterer Erfindung sind als Netzwerke
drei Transformatoren mit je ; drei Primär- oder drei Sekundärwicklungen vorgesehen.
Ferner sind erfindungsgemäß die drei Primär- bzw. Sekundärwicklungen des gleichen
Transformators gegenseitig abgeschirmt.
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Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in der Figur dargestellt.
I ist der zu prüfende Körper, auf den das Licht in Richtung der Pfeile 2 auftrifft.
Das Licht kann vorzugsweise intermittierend sein, um leichter die Möglichkeit zu
hablen, die Photozellenströme zu verstärken. Das vom Körper reflektierte Licht wird
durch die Linse 3 gesammelt. Es trifft auf Seine Lichtzerlegungsvorrichtung 4, die
es in drei Strahlenbündel aufspaltet. Die Lichtzerlegungsvorrichtung kann z. B.
in der Weise ausgebildet sein, wie sie für die Herstellung von Farbfilmen an sich
bekannt ist. Im Ausführungsbeispiel besteht sie aus zwei sich unter goO kreuzenden
Gittern von Spiegeln, die einen Teil des Lichtes nach rechts, leinen anderen Teil
nach links reflektieren und einen dritten Teil gerade hindurchtreten lassen. Das
von der Lichtzerlegungsvorrichtung kommende Licht wird durch die drei Linsen 5,
6 und 7 auf die lichtempfindliche Schicht der drei Photozellen 8, 9 une 10 konzentriert.
Vor den Photozellen können sich die drei Farbfilter 20, 21 und 22 befinden. Die
Photozellen erhalten ihre Spannung von der gemeinsamen Batterie 1 1. In den Photozellenkreisen
befinden sich Transformatoren 12, I3 und 14, deren Sekundärwicklungen an die Gitter
von drei Verstärkerröhren I5, I6 und I7 gelegt sind. Die Verstärkerröhren können
vorzugsweise so vorgespannt sein, daß sie teilen Gleichstrom liefern. Der vom Rohr
I6 gelieferte Anodenstrom durchfließt nacheinander je eine Wicklung von Kreuzspulinstrumenten
I8 und 19.
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Die andere Wicklung des Instrumentes 18 wird von dem vom Rohr 15 gelieferten
Strom durchflossen, während der Anodenstrom des Rohres 17 die zweite Wicklung des
Kreuzspulinstrumentes 19 durchfließt. Die Instrumente sind in an sich bekannter
Weise so ausgebildet, daß sie die Quotienten der hindurchfließenden Ströme anzeigen.
An Stelle
der Meßgeräte oder außer diesen können auch Relais vorgesehen
sein, die zur Betätigung von Einrichtungen dienen, die den Prüfling I je nach der
Farbe sortieren.
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Man kann außerdem auch ein Meßinstrument oder entsprechendes Relais
vorsehen, das zur Anzeige der Summe der von den drei Photozellen gelieferten Ströme
dient.
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Dieses Instrument kann z. B. in der Weise ausgebildet sein, daß es
eine dreifache Wicklung hat und jeder Teil dieser Wicklung von je einem der drei
Anodenströme durchflossen wird. Die Windungszahlen der drei Wicklungen müssen entsprechend
den physiologischen Helligkeiten gewählt sein.
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Zwei verschiedene Körper sind nun dann und nur dann in ihrer physiologischen
Farbe gleich, wenn die Anzeigen der Instrumente I8 und 19 übereinstimmen. Sie besitzen
außerdem die gleiche Helligkeit, wenn das Instrument 23 für beide Körper den gleichen
Strom anzeigt.
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Um nun die auf die Grundempfindungen bezogenen Koordinaten der zu
untersuchenden Farbe festzustellen, müssen die drei Photozellenströme mittels der
drei linearen Gleichungen auf die Grundempfindungen, wie sie durch die König-Kurven
gegeben s:ind, umgerechnet werden. Diese Umrechnung kann gemäß der Erfindung durch
elektrische Netzwerke erfolgen.
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Falls es sich darum handelt, Farbmessungen vorzunehmen, z. B. um
die für die Wiedergabe nötigen Anteile dreier Wiedergabefarben festzustellen, so
kann man mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung auch die Umrechnung auf ein von
Iden Grundempfindungen verschiedenes Farbdreieck vornehmen.
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Als Netverle für die Umrechnung der Photozellenströme sind in dem
Ausführungsbeispiel drei Transformatoren mit je drei Sekundärwicklungen 24a, 24b...
26e vorgesehen, deren Primärwicklungen 24, 25, 26 mit den Primärwicklungen der drei
Transformatoren 12, 13, 14 in Reibe geschaltet sind.
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Das Kopplungsverhältnis zwischen jeder Primär- und Sekundärwicklung
ist veränderbar, um die neun Konstanten α1, ß1, γ1#γ3 der drei
linearen Gleichungen einstellen zu können. Die Sekundärwicklungen des gleichen Transformators
sind erfindungsgemäß so gegeneinander abgeschirmt, daß ihre gegenseitigen Kopplungsglieder
gleich Null sind.
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Die Wicklungen 24a, 25a und 26a sind hintereinandergeschaltet. Das
Entsprechende gilt für die mit dem Index und ebenso für die mit dem Index bezeichneten
Sekundärwicklungen. Die auf diese Weise erhaltenen Ströme werden durch die Röhren
27, 28 bzw.
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29 verstärkt und gleichgerichtet. Ihre Anodenströme können mit Hilfe
der Instrumente 30, 31 und 32 abgelesen werden. Diese geben dann die auf die drei
Grundempfindungen bezogenen Werte r, g, b an.
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An Stelle der beschriebenen Transformatoren mit je drei Sekundärwicklungen
können auch solche benutzt werden, die je drei Primärwicklungen und nur eine Sekundärwicklung
besitzen. Auch kann man statt dessen eine Widerstands- oder Kapazitätskopplung benuten.