NO171523B - Maalehode - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et målehode for et fotoelektrisk måleapparat, særlig et spektralt remisjonsmåleapparat, omfattende en lyskilde, belysningsoptikk som på en forutbestemt avstand stråler mot en på et måleplan beliggende måleflate med en forutbestemt, stor innfallsvinkel, måleoptikk hvis objektiv oppfanger det fra måleflaten tilbakestrålte målelys innenfor et lite målevinkelområde rundt normalen på måleflaten, og som gjennom en lysbølgeleder er tilkoplet til en fotoelektrisk omvandleranordning, særlig et spektrometer.

Et målehode for bestemmelse av optiske remisjonsegenskaper og som omfatter projeksjonsoptikk for belysning av måleflaten, og ringspeilomfattende samleoptikk for lyset som remitteres fra måleflaten med en forutbestemt vinkel i forhold til projeksjonsoptikkens eller belysningsoptikkens optiske akse, er kjent fra DE-PS 2 600 604.

For forbedring av fargeføringsstyringen for en offset-trykkemaskin er det allerede også kjent å vurdere på trykkearkene anordnede fargemålefelter, ikke ganske enkelt densitometrisk, men fargemetrisk ved hjelp av spektral måling. For avstemning av fargen benyttes derved de spektrale remisjoner, og ut fra disse utregnes fargekoordinater som sammenliknes med tilsvarende bør-fargekoordinater for ut fra de derved fremkomne fargeavstander å danne signaler for styringen av fargeføringen. For å unngå målefeil og dermed fargestyringsfeil, er det nødvendig å gjennomføre fargestedsbestemmelsen for de samtidig trykte fargemålefelter med en høy nøyaktighet over hele bølgelengdeom-rådet. Mens det ved densitometre kan aksepteres lysforskjeller av størrelsesorden 2,5% som følge av avstandsendringer mellom belysningsoptikken og måleflaten, fører sådanne målefeil ved en spektralanalyse til uønskede målefeil. Ifølge EP-A-209 860 blir det forsøkt å fjerne dette problem ved at lyskilden er anordnet i brennpunktet til en kondensor eller samlelinse, og at måleflaten er mindre enn kjerneområdet innenfor bestrålingsflaten på måleplanet. Derved blir imidlertid forholdsvis mye lys ødslet bort, og dessuten er nøyaktigheten av denne kjente anordning fremdeles i stand til å forbedres.

Med utgangspunkt i denne kjente teknikk er formålet med oppfinnelsen å tilveiebringe et målehode av den innledningsvis angitte type som tillater at en måleflate kan belyses under en stor vinkel, og at det under en liten vinkel remitterte lys for alle farger kan registreres på nøyaktig måte, uavhengig av de i praksis aldri fullstendig uunngåelige avstandsendringer, som for eksempel er betinget av uensartet understøttelse av trykkearket på sitt underlag.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved at lyskilden er anordnet på den optiske akse til en anordning av to parallelt med måleplanet innrettede, ringformede Mangin-speil som vender mot hverandre med sine konkave sider og som avbilder den på avstand fra Manginspeilene anordnede lyskilde på måleflaten gjennom et koaksialt aplanat som kompenserer for Manginspeilenes fargefeil, at objektivets inngangslinse er anordnet på Manginspeilenes optiske akse, og at det i brennpunktet til objektivets inngangslinse befinner seg en måleblender til hvilken lysbølge-lederen er tilkoplet.

Belysningsoptikken tillater at en måleflate på alle sider kan påvirkes med det fra lyskilden stammende lys under en innfallsvinkel på i hovedsaken 45° ± 5°, idet det fra måleflaten i måleoptikken tilbakestrålte målelys mottas under en målevinkel på i hovedsaken 0° ± 5°. Belysningsoptikkens Mangin-speilanord-ning tillater sammen med det koaksiale aplanat at lyskilden kan avbildes nøyaktig på måleplanet. Da de to Manginspeil er symmetrisk oppbygget og anordnet og samvirker med et aplanat, elimineres den sfæriske aberrasjon og komaen ved oppfyllelse av sinusbetingelsen. Manginspeilanordningens fargefeil kompenseres ved hjelp av aplanatet. På denne måte oppstår det i måleplanet for hver farge like store avbildninger av lyskilden, slik at man unngår målefeil som oppstår når det ikke bare i måleplanet, men også over og under måleplanet, foreligger avbildninger av lyskilden i forskjellige spektralfarger.

Som følge av anordningen og justeringen ifølge oppfinnelsen registrerer måleoptikken eller samleoptikken, også ved de nevnte, uunngåelige avstandsendringer av måleflaten, alltid det i den samme romvinkel remitterte målelys. Intensitetsfluktuasjo-ner på grunn av sådanne avstandsendringer blir således i vidtgående grad unngått.

Hensiktsmessige utførelser og videreutviklinger av oppfinnelsen er gjenstand for underkrav.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvis ene figur viser et snitt gjennom målehodet.

Det på tegningen viste målehode tjener til fortløpende optisk avsøkning på et måleplan 1 av separate måleflater 2 som ved påtrykking av trykkeark er blitt samtidig trykket som fargemålefelter, og hvis farge skal registreres meget nøyaktig for fargemetrisk overvåkning og styring av en trykkemaskin. Det på tegningen viste målehode avbilder en skjematisk fremstilt lyskilde 3 noe forminsket på måleflaten 2 og mater en del av det remitterte lys inn i en lysbølgeleder 4 som er forbundet med et spektrometer ved hjelp av hvilket den spektrale fargeanalyse gj ennomføres.

Målehodet disponerer en ringformet fatning 5 med en ytterdiameter på ca. 80 mm. Fatningen 5 er forsynt med flere løperuller 6 som holder avstanden til måleplanet 1 konstant, én på målehodet festet, på tegningen ikke vist fjær tjener til nedtrykking av det på måleplanet 1 liggende trykkeark. Oppmålin-gen eller lokaliseringen av de samtidig trykte fargemålefelter må skje med en sådan nøyaktighet at det også ved avstandsendringer på eksempelvis ± 0,2 mm i forhold til målehodet (uensartet understøttelse) sikres en forfalskning av de registrerte måleverdier på mindre enn 1 0/00 over hele bølgelengdeområdet. Dette krav er et resultat av at det skal muliggjøres en farge-stedsbestemmelse med en nøyaktighet på 0,1 E, hvilket svarer til grensen for fargeoppløsningen for et øvet øye.

Avbildningen av lyskilden 3 skjer på den nedenfor nærmere beskrevne måte ekstremt akromatisk for å sikre at avbildningen av den hvite lyskilde 3 for alle spektralfarger skjer i det samme plan, og ikke i flere parallelle, forskjøvne plan for de forskjellige spektralfarger.

Fatningen 5 befinner seg sammen med lyskilden 3 i et felles hus, hvorved det til lyskilden 3 for unngåelse av avbildningsfeil ikke er tilordnet noe ref leks jonsspeil. Lyskilden 3 består av en flatspiral-hallogenlampe med en fargetemperatur på 3000°. Flatspiralen dekker en rektangelformet flate med en lengde på 2,6 mm og en bredde på 1,3 mm. Effektforbruket til flatspiral-hallogenlampen beløper seg i det foretrukne utførel-seseksempel til 30 watt. Flatspiralens plan strekker seg parallelt med måleplanet 1, hvilket er skjematisk fremstilt på tegningen.

Målehodets ringformede fatning 5 disponerer en traktformet bunn 7 med en ringformet nese 9 som omgir en sirkelformet åpning 8, og en ringformet rundtgående skulder 10 i området for den største diameter av den traktformede bunn 7.

Den rundtgående skulder 10 tjener til understøttelse av et ringformet, første Manginspeil 11 hvis speilflate 12 befinner seg på den konvekse side av Manginspeilet 11. Slik det fremgår av tegningen, oppviser det ringformede Manginspeil 11 en sirkelformet, sentral åpning 13 i hvilken den rundtgående nese 9 på den ringformede fatning 5 rager inn fra undersiden.

Til det første Manginspeil 11, som vender oppover med sin konkave side, er det tilordnet et andre Manginspeil 14 som med sin konkave side vender nedover og hvis speilflate 15 er anbrakt på den oppadvendende, konvekse side. Liksom det første Manginspeil 11 disponerer det andre Manginspeil 14 en sirkelformet, sentral åpning 16. Med en ytterdiameter på 69 mm har de sirkelformede åpninger 13 og 16 en diameter på 39 mm. I den ringformede fatning 5 er det i nærheten av dens øvre kant anordnet en innergjenge i hvilken det er innskrudd en klemring 17 for befestigelse av Manginspeilene 11, 14 i fatningen 5.

For forklaring av lysets (rotasjonssymmetriske) strålegang er de ved hjelp av en blender 38 definerte randstråler 18 og 19 av en fra lyskilden 3 utgående strålebunt vist på tegningen, idet lyskilden er anordnet på Manginspeilenes 11, 14 optiske akse 20 over det andre Manginspeil 14. På grunn av hele anordningens rotasj onssymmetri tilsvares de til venstre innteg-nede randstråler 18 og 19 også av randstråler på den høyre side, hvilke stråler for oversiktens skyld ikke er inntegnet.

Den ved hjelp av randstrålene 18, 19 anskueliggjorte lysbunt fra lysekilden 3 ankommer gjennom åpningen 16 i det andre Manginspeil 14 til hulrommet 21 mellom de identisk oppbyggede Manginspeil 11, 14 og brytes ved inntreden i det første Mangin-speils 11 glasslegeme 22. Etter refleksjonen mot speilflaten 12 trer lysbunten etter en gjentatt brytning ut av glasslegemet 22 på en slik måte at den brutte og spellede, på tegningen ikke viste midtstråle mellom randstrålene 18, 19 forløper parallelt med målehodets optiske akse 20. Dette kan oppnås ved justering av lyskildens 3 avstand fra symmetriplanet mellom de to Mangin-speil 11, 14.

Slik det fremgår av tegningen, er krumningsradien til de spellede flater 12, 15 større (ca. 71 mm) enn krumningsradien til de konkave innersider (ca. 49 mm). Etter refleksjonen ved speilflaten 15 ankommer de fra Manginspeilets 14 glasslegeme 23 uttredende lysstråler, særlig randstrålene 18, 19, til det første linselegeme 24 av et aplanat 25. Aplanatets 25 første linselegeme 24 har en kalott formet utforming, idet den i retning mot lyskilden 3 vendende, konvekse, sfæriske flate er forsynt med en avfasing 26.

Til aplanatets 25 første linselegeme 24 er det tilordnet et andre linselegeme 27 som har den på tegningen viste, ytre form av en kjeglestump med en konkav, sfærisk utgangsflate 28. Aplanatet 25 består på vanlig måte av to forskjellige glass, idet det første linselegemes ytterradius i et utførelseseksempel beløper seg til ca. 17 mm, og det andre linselegemes 27 inner-radius beløper seg til ca. 12 mm. Aplanatet er dimensjonert og avstemt til den selv aplanatiske Manginspeilanordning på en slik måte at sistnevntes fargefeil kompenseres, slik at anordningen altså som helhet er akromatisk, og da over hele det interes-serende bølgelengdeområde.

Det av linselegemene 24, 27 bestående aplanat 25 er fra undersiden fastklemt mot den rundtgående nese 9 ved hjelp av en gjengering 29. Etter å ha krysset aplanatet 25 treffer lysstrå-lene i den av randstrålene 18, 19 begrensede ring-lysbunt måleplanet 1 under en innfallsvinkel på 45° ± 5°. På tegningen er bare vist det venstre snitt gjennom ring-lysbunten, men imidlertid er det til stede tilsvarende lysstråler som fra alle sider innfaller på skrå og påvirker måleflaten 2 på måleplanet 1. Liksom den noe forminsket avbildede lyskilde 3 har måleflaten

2 en rektangulær form, idet måleflaten 2 danner en kromatisk korrigert lysflekk eller måleflekk. Slik det fremgår av tegningen, er fatningens 5 åpning 8 forsynt med et lokk eller deksel 30 som i sitt midtre område oppviser en traktformet spredelysblender 31. Spredelysblenderens 31 åpning 32 har en innerdiameter på eksempelvis 5 mm og ender med sin nedre kant ca. 0,5 mm over måleplanet 1.

Av tegningen fremgår det videre at det på dekselet 30 er anordnet en føringskanal 33 for en referanselysbølgeleder 34 som tillater at det på en referanseflate 35 innfallende lys kan utkoples for dannelse av en referanseintensitet som ved ytelses-endringer av lyskilden 3 tillater en korreksjon av måleverdiene som følge av en endret lysstyrke. Referanselysbølgelederen 34 rager radialt utenfra inn i området for lysbunten 18, 19 og er avfaset ved sin fremre ende, slik at det ovenfra innfallende lys omstyres i bølgelederens 34 lengderetning.

Den ovenfor beskrevne anordning med de to symmetrisk utformede Manginspeil 11, 14 og aplanatet 25 tillater at det på måleplanet 1 kan frembringes et kromatisk korrigert bilde av lyskilden 3, slik at det ved avstandsendringer som følge av en uensartet understøttelse av trykkearket på sitt underlag ikke opptrer noen kromatisk forskyvning av det fra måleflaten spredte lys, hvilket ville være tilfelle dersom avbildningen av lyskilden 3 hadde bestått av flere over hverandre liggende bilder med forskjellige spektralfarger.

Til den beskrevne, kromatisk korrigerte belysningsoptikk er tilordnet den i det etterfølgende beskrevne måleoptikk som er ufølsom overfor avstandsendringer mellom målehodet og måleplanet. Måleoptikken disponerer over en inngangslinse 40 som er utformet som sfærisk flate av en glasstav 41. Glasstaven 41 befinner seg i en lysugjennomslippelig hylse 42 som strekker seg langs målehodets optiske akse gjennom den akromatiske linse 25. Glasstaven 41 har en lengde på ca. 15 mm. Dens inngangslinse 40 med en radius på ca. 7 mm befinner seg i en avstand på ca. 5 mm over måleplanet 1.

Ved den bakre ende 43 er glasstaven 41 sammenkoplet med et bryte- eller avbøyningsprisme 44 som befinner seg i et avbøyningskammer 53 og ved hjelp av hvilket det fra måleflekken remitterte lys avbøyes inn i symmetriplanet mellom de to Manginspeil 11, 14. Avbøyningsprismet 44 disponerer på den på tegningen til høyre viste side over en sfærisk flate mot hvilken det ligger an en måleblender 45. Måleblenderen 45 ligger derved i inngangslinsens 40 brennpunkt, slik at linsen 40 transformerer måleblenderens 45 avstand til uendelig. Derved blir systemet ufølsomt overfor de nevnte, uunngåelige avstandsendringer. Måleblenderen 45 har en innerdiameter på eksempelvis 2,2 mm. Slik det fremgår av tegningen, munner et lysbeskyttelsesrør 54, som inneholder flere optiske komponenter, ut i det på aplanatets 25 bakside anordnede avbøyningskammer 53. Lysbeskyttelsesrøret 54 strekker seg i radial retning langs symmetriplanet mellom de to Manginspeil 11 og 14 frem til disses kantområde.

For å hindre at spredelys fra utenfor måleflaten 2 registreres, avbildes måleflaten 2 ved hjelp av en linse 46 (og flatene 40 og 45) på en spredelysblender 47 som har en fri diameter på 4,5 mm og som befinner seg i en avstand på ca. 11 mm fra linsen 46.

På grunn av målefeltenes fine rasterstruktur kan det ved fiberoptiske lysbølgeledere med et stort antall fibrer oppstå en Moirée-effekt. For å unngå dette, er det sørget for en anordning med to ytterligere linser 48, 49. Linsen 48 er plankonveks liksom linsen 46. Linsen 49 dannes ved hjelp av en sfærisk flate ved den på tegningen venstre side av en overgangsglasstav 50. Overgangsglasstaven 50 tjener på den ene side til veiforlengelse og på den annen side til tilpasning av lysbølge-lederens 4 diameter. Overgangsglasstaven 50 har en diameter som avtar i to trinn i retning mot lysbølgelederen 4. Linsene 48, 49 avbilder måleblenderen 45 på den på tegningen til høyre beliggende endeflate 51 av overgangsglasstaven 50. På endeflaten 51 er det anordnet en linse 52 som parallelliserer det til lysbølge-lederen 4 utkoplede lys. Selv om lysbølgelederens 4 åpningsvinkel eksempelvis beløper seg til ± 11°, benyttes lysbølgelederen 4 bare med en åpningsvinkel på 9<0>, for å tilby en større sikkerhet for at det ved bøyning av lysbølgelederen 4 ikke forårsakes noen endring av lysintensiteten. Lengden av overgangsglasstaven 50 beløper seg til ca. 18 mm.

Claims (10)

1. Målehode for et fotoelektrisk måleapparat, særlig et spektralt remisjonsmåleapparat, omfattende en lyskilde (3), belysningsoptikk (11, 14, 25) som på en forutbestemt avstand stråler mot en på et måleplan (1) beliggende måleflate (2) med en forutbestemt, stor innfallsvinkel, måleoptikk (40, 41, 44-51) hvis objektiv (41) oppfanger det fra måleflaten (2) tilbakestrålte målelys innenfor et lite målevinkelområde rundt normalen på måleflaten (2), og som gjennom en lysbølgeleder (4) er tilkoplet til en fotoelektrisk omvandleranordning, særlig et spektrometer, KARAKTERISERT VED at lyskilden (3) er anordnet på den optiske akse (20) til en anordning av to parallelt med måleplanet (1) innrettede, ringformede Mangin-speil (11, 14) som vender mot hverandre med sine konkave sider og som avbilder den på avstand fra Manginspeilene (11, 14) anordnede lyskilde (3) på måleflaten (2) gjennom et koaksialt aplanat (25) som kompenserer for Manginspeilenes fargefeil, at objektivets (41) inngangslinse (40) er anordnet på Manginspeilenes (11, 14) optiske akse (20), og at det i brennpunktet til objektivets inngangslinse (40) befinner seg en måleblender (45) til hvilken lysbølgelederen (4) er tilkoplet.

2. Målehode ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at aplanatet (25) strekker seg inn i mellomrommet mellom de to Manginspeil (11, 14) og langs sin optiske akse oppviser en gj ennomgangsåpning i hvilken det rager inn i en i forhold til aplanatet (25) optisk frakoplet glasstav (41) som ved den mot måleflaten vendende, fremre ende oppviser en sfærisk lysinngangsflate (40) og ved sin bakre ende oppviser måleblenderen (45).

3. Målehode ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at måleblenderen (45) ved hjelp av et avbøyning spri sme (44) er sammenkoplet med glasstavens (41) bakre ende (43).

4. Målehode ifølge krav 2 eller 3, KARAKTERISERT VED at det til måleblenderen (45) er tilordnet en linseanordning som avbilder måleflaten (2) på en spredelysblender (47).

5. Målehode ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at det i strålegangen bak spredelysblenderen (47) er anordnet en linseanordning (48, 49) som avbilder måleblenderen (45) på endeflaten (51) ved målehodets utgang mot lysbølgelederen (4).

6. Målehode ifølge krav 5, KARAKTERISERT VED at linsean-ordningen (49) er anordnet på den mot spredelysblenderen (47) vendende, fremre ende av en overgangsglasstav (50), og endeflaten (51) er anordnet som koplingsflate ved overgangsglasstavens (50) bakre ende.

7. Målehode ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at lysbølge-lederens (4) endeflate er sammenkoplet med overgangsglasstavens (50) bakre ende (51).

8. Målehode ifølge ett av kravene 3-7, KARAKTERISERT VED at måleblenderen (45), spredelysblenderen (47) og overgangsglasstaven (50) med de aktuelle, tilordnede linser (46, 47) er anordnet i et lysbeskyttelsesrør (54) som strekker seg i radial retning langs symmetriplanet mellom de to Manginspeil (11, 14) frem til disses kantområde.

9. Målehode ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at lysbeskyt-telsesrøret (54) i nærheten av Manginspeilenes (11, 14) optiske akse munner ut i et avbøyningskammer (53) som er understøttet av aplanatets (25) avfasede bakside (26) og i hvilket glasstaven (41) med avbøyningsprismet (44) rager inn.

10. Målehode ifølge ett av de foregående krav, KARAKTERISERT VED at det er anordnet en referanselysbølgeleder (34) hvis fremre ende (35) rager inn i den fra aplanatet (25) uttredende lysbunt.