WO2018011223A1

WO2018011223A1 - Opto-elektronische messeinrichtung für ein farbmessgerät

Info

Publication number: WO2018011223A1
Application number: PCT/EP2017/067439
Authority: WO
Inventors: Wolf-Dieter PRENZEL
Original assignee: Net Se
Current assignee: Net Se
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: DE102016112750A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine opto-elektronische Messeinrichtung (1) für ein Farbmessgerät, insbesondere ein Handfarbmessgerät zur Anwendung an Bildschirmen, umfassend mindestens eine Primäroptik (2), mindestens eine Blende (3), mindestens einen Diffusor (4) und mindestens eine Sensoreinheit (5), wobei die Messeinrichtung (1) derart gestaltet ist, dass bei Vorliegen der Messeinrichtung (1) in einem Messzustand von einem Messobjekt (6) ausgehende Lichtstrahlen (7) auf die Primäroptik (2) treffen und mittels der Primäroptik (2) zumindest teilweise bündelbar sind, wobei die Primäroptik (2) derart relativ zu dem Diffusor (4) angeordnet ist, dass der Diffusor (4) zumindest im Wesentlichen im Fokus der Primäroptik (2) liegt, wobei die Blende (3) in Strahlungsrichtung der Lichtstrahlen (7) betrachtet vor dem Diffusor (4) angeordnet ist und einen Einfallswinkel der Lichtstrahlen (7) begrenzt, wobei die Lichtstrahlen (7) mittels des Diffusors (4) homogenisierbar sind, sodass sie ausgehend von dem Diffusor (4) gleichmäßig auf die Sensoreinheit (5) leitbar sind, wobei die Lichtstrahlen (7) mittels der Sensoreinheit (5) in elektrische Signale umwandelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Sensoreinheit (5) von einem integralen Mehrfachspektralsensor gebildet ist, der mindestens drei Teilflächen (8) zur Erfassung jeweils verschiedener Spektralanteile aufweist. Um ein Farbmessgerät hervorzubringen, das im Vergleich zum Stand der Technik möglichst einfach und zuverlässig anwendbar ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Primäroptik (2) mindestens einen zusammenhängenden Linsenkörper (29) aufweist, der zwei Bereiche unterschiedlicher Dispersion und/oder insgesamt mindestens drei refraktiv und/oder reflektiv wirksame Flächen (9) aufweist.

Description

Seite 1 von 19

Opto-elektronische Messeinrichtung für ein Farbmessgerät

Beschreibung

Einleitung

[01] Die vorliegende Anmeldung betrifft eine opto-elektronische Messeinrichtung für ein Farbmessgerät, insbesondere ein Handfarbmessgerät zur Anwendung an Bildschirmen, umfassend mindestens eine Primäroptik, mindestens eine Blende, mindestens einen Diffusor und mindestens eine Sensoreinheit, wobei die Messeinrichtung derart gestaltet ist, dass - bei Vorliegen der Messeinrichtung in einem Messzustand - von einem Messobjekt ausgehende Lichtstrahlen auf die Primäroptik treffen und mittels der Pnmäroptik zumindest teilweise bündelbar sind, wobei die Primäroptik derart relativ zu dem Diffusor angeordnet ist, dass der Diffusor zumindest im Wesentlichen im Fokus der Primäroptik liegt, wobei die Blende in Strahlungsrichtung der Lichtstrahlen betrachtet vor dem Diffusor angeordnet ist und einen Einfallswinkel der Lichtstrahlen begrenzt, wobei die Lichtstrahlen mittels des Diffusors homogenisierbar sind, sodass sie ausgehend von dem Diffusor gleichmäßig auf die

Sensoreinheit leitbar sind, wobei die Lichtstrahlen mittels der Sensoreinheit in elektrische Signale umwandelbar sind, wobei die Sensoreinheit von einem integralen

Mehrfachspektralsensor gebildet ist, der mindestens drei Teilflächen zur Erfassung jeweils verschiedener Spektralanteile aufweist.

[02] Weiterhin betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Die Messeinrichtung wird relativ zu dem Messobjekt ausgerichtet, sodass von

dem Messobjekt ausgehende Lichtstrahlen mittels der Messeinrichtung

erfassbar sind.

b) Eine Messung des Messobjekts wird durchgeführt, wobei Lichtstrahlen mittels

der Messeinrichtung erfasst auf deren Farbe hin analysiert werden.

c) Auf dieser Weise festgestellte Ist-Farbwerte werden mit Soll-Farbwerten der von dem Messobjekt ausgehenden Lichtstrahlen verglichen.

d) Das Messobjekt wird zumindest mittelbar angesteuert, um dessen

Farbwiedergabe derart zu verändern, dass die Ist-Farbwerte sich in Richtung der Soll-Farbwerte verändern.

[03] Unter einer„Primäroptik" wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Anordnung von mindestens einem Bauteil verstanden, das dazu geeignet ist, den Verlauf von Seite 2 von 19

Lichtstrahlen zu beeinflussen. Insbesondere kann eine Primäroptik eine oder mehrere Linsen umfassen, beispielsweise Sammellinsen oder Streulinsen.

[04] Unter einer„Blende" wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Einrichtung verstanden, die einen Durchtritt von Lichtstrahlen verhindert und auf diese Weise aperturbegrenzend wirken kann. Insbesondere kann im Zusammenhang mit der

vorliegenden Anmeldung die Blende von einer sogenannten Aperturblende gebildet sein.

[05] Unter einem„Diffusor" wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Einrichtung verstanden, mittels derer einfallendes Licht homogenisierbar ist, das heißt ein auf einen Diffusor treffendes Licht durch Wirkung des Diffusors derart zerstreut wird, dass das Licht ausgehend von einer Austrittsfläche des Diffusors gleichmäßig abstrahlt. An der

Austrittsfläche des Diffusors ist insbesondere keine diskrete, punktförmige Lichtquelle erkennbar. Stattdessen erscheint es typischerweise so, dass das Licht ausgehend von der Austrittsfläche des Diffusors vergleichsweise gleichmäßig abstrahlt.

[06] Unter einer„Sensoreinheit" wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Einheit verstanden, mittels derer es möglich ist, Lichtstrahlen in elektrische Signale umzuwandeln, wobei die Umwandlung in Abhängigkeit bestimmter Eigenschaften der Lichtstrahlen möglich ist. Auf diese Weise ist es insbesondere denkbar, radiometrische und farbmetrische Werte der jeweiligen Lichtstrahlung zu messen, insbesondere den Lichtstrom, die Lichtstärke oder die Leuchtdichte. [07] Unter einem„integralen Mehrfachspektralsensor" wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine Sensoreinheit verstanden, die dazu geeignet ist, verschiedene spektrale Anteile erfasster Lichtstrahlen zu bestimmen, wobei hierfür lediglich ein einzelne

Sensoreinheit notwendig ist. Folglich bedarf ein solcher integraler Mehrfachspektralsensor nicht mehrerer verschiedener, separat voneinander angeordneter Sensoreinheiten, die zudem womöglich mit einzelnen korrespondierenden Farbfiltern zusammenwirken müssen. Eine derartige platzraubende und somit nachteilige Anordnung ist beispielsweise der vorstehend genannten Europäischen Patentanmeldung entnehmbar.

Stand der Technik

[08] Messeinrichtungen der eingangs beschriebenen Art sind im Stand der Technik bereits bekannt. Sie können insbesondere in Kombination mit Farbmessgeräten verwendet werden, die zur Farbkalibrierung von Bildschirmen, beispielsweise Monitoren oder Fernsehern, einsetzbar sind. Hierzu wird von einer jeweiligen Messoberfläche, beispielsweise dem Bildschirm eines Monitors, abgestrahltes Licht mittels des jeweiligen Farbmessgerätes Seite 3 von 19 erfasst und auf seine Beschaffenheit hin untersucht. Diese Untersuchung kann in unterschiedlicher Hinsicht erfolgen; insbesondere kann es von Interesse sein, die

Farbwiedergabe des jeweiligen Messobjektes zu ermitteln. Basierend auf den jeweils erfassten Werten besteht sodann die Möglichkeit, den jeweils untersuchten Gegenstand derart einzustellen, dass beispielsweise die ausgegebenen Farben verändert werden und auf diese Weise an„reale" Farben angepasst werden. Eine derartige Farbkalibrierung eines Bildschirms ist sowohl im Vorfeld einer Inbetriebnahme desselben als auch zum Ausgleich von über die Nutzungsdauer des jeweiligen Bildschirms auftretenden Veränderungen der Farbwiedergabe geeignet. [09] Farbmessgeräte, die für derartige Messungen geeignet sind, ergeben sich beispielsweise aus den Dokumenten DE 10 2013 004 213 A1 , EP 2 505 973 A2 und US 7,671 ,991 B2. Insbesondere die genannte Europäische Patentanmeldung beschreibt den Aufbau der in dem dort vorgestellten Farbmessgerätes verwendeten Messeinrichtung.

Hierbei handelt es sich um eine Messeinrichtung der eingangs beschriebenen Art. Ein weiteres Beispiel für eine gattungsgemäße Messeinrichtung ist in der US Patentanmeldung 2013/0027696 A1 beschrieben.

[10] Die bekannten Farbmessgeräte weisen insbesondere den Nachteil auf, dass sie mit vergleichsweise sensibel in ihrer Anwendung sind. Insbesondere muss darauf geachtet werden, dass die Messeinrichtungen exakt zu dem jeweiligen Messobjekt ausgerichtet sind, um eine zuverlässige Messung durchführen zu können. In der Praxis führt diese Sensibilität der Messergebnisse relativ zu der Anordnung der Messeinrichtung häufig zu

Mehrfachmessungen ein und desselben Messobjekts, da eine jeweilige Messung entweder unmittelbar erkennbar Fehler beinhaltete oder zumindest einem Messergebnis nicht ohne Kontrolle getraut wird. Aufgabe

[11] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Farbmessgerät hervorzubringen, das im Vergleich zum Stand der Technik möglichst einfach und zuverlässig anwendbar ist.

Lösung [12] Die zugrunde liegende Aufgabe wird ausgehend von der Messeinrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Primäroptik mindestens einen zusammenhängenden Linsenkörper aufweist, der zwei Bereiche Seite 4 von 19 unterschiedlicher Dispersion und/oder insgesamt mindestens drei refraktiv und/oder reflektiv wirksame Flächen aufweist.

[13] Unter einem„zusammenhängenden Linsenkörper" wird ein Bauteil verstanden, durch den der Lichtstrahl in einer solchen Weise hindurchtritt, dass der Lichtstrahl an einer Eintrittsoberfläche ausgehend von der Umgebung in den Linsenkörper eintritt

(typischerweise Übergang Luft-Linse) und an einer Austrittsfläche ausgehend von dem Linsenkörper wieder hin zur Umgebung austritt (typischerweise Übergang Linse-Luft). Das einfachste Beispiel eines Linsenkörpers ist eine einzelne Linse. Ebenso ist es jedoch denkbar, dass ein Linsenkörper im Sinne der vorliegenden Anmeldung von einer Mehrzahl, insbesondere zwei, Linsen gebildet ist, die derart zusammenwirken, dass der Lichtstrahl von der ersten Linse auf die zweite Linse übergeht, ohne zwischenzeitlich in die Umgebung überzugehen. Stattdessen tritt der Lichtstrahl unmittelbar von der einen Linse in die andere Linse über. Eine solche Anordnung ist beispielsweise bei einem zweilinsigen Achromaten verwirklicht. [14] Die erfindungsgemäße Messeinrichtung hat viele Vorteile. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Primäroptik dazu geeignet, Abbildungsfehler, insbesondere Farbfehler (chromatische Aberration) und Schärfefehler (sphärische Aberration) zu reduzieren, vorzugsweise zu eliminieren. Durch diese Qualitätssteigerung wird die Anfälligkeit der Messeinrichtung als Ganzes gegenüber den typischen Optiken der Messeinrichtungen gemäß dem Stand der Technik deutlich reduziert. Dies hat letztlich zur Folge, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung im Vergleich zu denen gemäß dem Stand der Technik wesentlich weniger anfällig gegenüber einer„falschen" Ausrichtung gegenüber dem

Messobjekt ist. Dies schlägt sich konkret beispielsweise darin nieder, dass die

erfindungsgemäße Messeinrichtung auch dann verwertbare Messergebnisse erzielen kann, wenn sie schräg zu einer Messfläche des Messobjekts und/oder beabstandet von derselben ausgerichtet bzw. angeordnet ist.

[15] Hierfür ist insbesondere eine solche Primäroptik von Vorteil, die nichtabbildend ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Diffusor außerhalb einer Brennebene der

Primäroptik, weiter vorzugsweise von der Primäroptik aus gesehen diesseits der

Brennebene, liegt.

[16] Zusätzlich oder alternativ sollte die Primäroptik derart abgestimmt sein und mit der Blende zusammenwirken, dass zumindest im Wesentlichen nur solche Lichtstrahlen den Diffusor erreichen, die vor einer ersten Ablenkung oder Umlenkung mittels der Primäroptik zumindest im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse der Messeinrichtung verlaufen. Seite 5 von 19

Auf diese Weise wird die Messeinrichtung insgesamt sehr robust gegen seitlich einfallendes Fremdlicht, beispielsweise gegen einfallendes Umgebungslicht, da dieses aufgrund der Abstimmung der Optik nicht auf den Diffusor gelangt. Insbesondere kann die

Messeinrichtung derart ausgebildet sein, dass nur solche Lichtstrahlen auf den Diffusor, die unter einem Einfallswinkel von weniger als 10°, vorzugsweise weniger als 5°, auf eine Eintrittsfläche der Messeinrichtung treffen.

[17] In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Primäroptik beispielsweise einen Linsenkörper umfassen, der nur einen Bereich einer Dispersion aufweist, wobei der

Linsenkörper von einer TIR-Kollimatorlinse mit mindestens drei reflektiv und/oder refraktiv wirkenden Flächen gebildet ist. Eine solche Primäroptik erzielt eine Umlenkung der von dem Messobjekt ausgehenden Lichtstrahlen zumindest anteilig mittels Reflektion an einer asphärisch gekrümmten Rückfläche der zugehörigen Linse. Reflektionen führen nicht zu den bekannten Abbildungsfehlern, sodass die Primäroptik zumindest eine deutlich erhöhte Qualität der Lichtleitung auf den Diffusor aufweist. [18] Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn der Linsenkörper zwei Bereiche

unterschiedlicher Dispersion aufweist, wobei der Linsenkörper von einem zweilinsigen Achromaten gebildet ist. Bei diesem sind zwei Linsen des Achromaten unmittelbar miteinander verbunden, wobei eine der Linsen eine positive und die andere Linse eine negative Brechkraft aufweisen. Ein solcher Linsenkörper bzw. eine mit einem solchen ausgestattete Primäroptik ist ebenfalls zumindest im Wesentlichen frei von

Abbildungsfehlern, wobei vorzugsweise der Achromat in Form eines asphärischen

Achromaten ausgebildet ist, um neben einer Korrektur des Farbfehlers ferner eine Korrektur des Schärfefehlers zu erzielen.

[19] Neben der gesteigerten Zuverlässigkeit hat die erfindungsgemäße Messeinrichtung ferner den Vorteil, dass sie vergleichsweise kompakt baut. Die Verwendung des integralen

Mehrfachspektralsensors führt nämlich dazu, dass der Bauraum der Messeinrichtung„hinter dem Diffusor" im Vergleich zum Stand der Technik äußerst gering ausfallen kann.

Insbesondere ist es denkbar, einen integralen Mehrfachspektralsensor gewissermaßen unmittelbar an einer rückwärtigen Austrittsfläche des Diffusors anzuordnen. Die

Notwendigkeit einer Sekundäroptik, die das von dem Diffusor abgestrahlte Licht zunächst auf verschiedene Farbfilter und sodann auf die mit diesen korrespondierenden einzelnen

Sensoren verteilt, ist nicht länger gegeben.

[20] Die Reduzierung der Baulänge der Messeinrichtung ist aus den vorstehend genannten Gründen bereits als vorteilhaft zu bewerten. Umgekehrt kann die Seite 6 von 19

Konstruktionsweise auch bei Beibehaltung einer typischen Baulänge gleichermaßen dazu genutzt werden, die Messfläche des Messobjekts, von dem ausgehend Lichtstrahlen in die Messeinrichtung eintreten und somit ausgewertet werden können, im Vergleich zum Stand der Technik zu vergrößern. Insbesondere ist eine solche Ausgestaltung von Vorteil, bei der ein Verhältnis zwischen der Messfläche des Messobjekts und Sensoroberfläche der Sensoreinheit mindestens 1 :150, vorzugsweise mindestens 1 :125, weiter vorzugsweise mindestens 1 :100, beträgt.

[21] Vorteilhafterweise ist der integrale Mehrfachspektralsensor von einem integralen RGB Sensor gebildet, der mindestens drei verschiedene Arten von Teilflächen aufweist, wobei jeweils eine der Teilflächen zur Erfassung eines roten, eines grünen und eines blauen Spektralanteils der Lichtstrahlen ausgebildet sind. Insbesondere kann ein solcher integraler RGB Sensor von einer Vielzahl einzelner Sensoren gebildet sein, die jeweils drei Teilflächen aufweisen. Die unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Teilflächen für die gewünschten Spektralanteile können beispielsweise über integrale Farbfilter ausgebildet sein, die unmittelbar auf der jeweiligen Teilfläche angeordnet sind.

[22] In jedem Fall ist es erfindungsgemäß möglich, die Sensoreinheit der Messeinrichtung in einem besonders geringen Abstand hinter dem Diffusor anzuordnen, vorteilhafterweise in einem Abstand von maximal 2 mm, vorzugsweise maximal 1 mm, weiter vorzugsweise maximal 0,5 mm. Diese Abstandsangaben verstehen sich in Strahlungsrichtung der jeweiligen Lichtstrahlen betrachtet.

[23] Weiterhin kann es von besonderem Vorteil sein, wenn die Austrittsfläche des Diffusors und eine Sensoroberfläche der Sensoreinheit eine zumindest im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, übereinstimmende Apertur aufweisen. Mit anderen Worten sind bei dieser Ausgestaltung der Diffusor und die Sensoreinheit unmittelbar aufeinander abgestimmt, wobei aufgrund der Anordnung der beiden Bauteile unmittelbar hintereinander die Oberflächen derselben quasi identisch ausgebildet werden können.

[24] Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Messeinrichtung mit einer weiteren Linse mit positiver Brechkraft ergänzt werden. Eine solche Linse ist dazu geeignet, die auf sie treffenden Lichtstrahlen weiter zu bündeln und auf diese Weise die Baulänge der Messeinrichtung insgesamt zu verkürzen. Die weitere Linse ist vorteilhafterweise zwischen dem zusammenhängenden Linsenkörper und dem Diffusor angeordnet.

[25] Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Messeinrichtung mit einer Sekundäroptik ausgestattet ist, die in Strahlungsrichtung der Lichtstrahlen betrachtet zwischen dem Diffusor und der Sensoreinheit angeordnet ist. Die Sekundäroptik ist dazu Seite 7 von 19 geeignet, von dem Diffusor ausgehende Lichtstrahlen auf die Sensoreinheit zu leiten. Eine derartige Anordnung kann erforderlich sein, wenn die Sensoreinheit nicht unmittelbar hinter dem Diffusor angeordnet werden soll.

[26] Eine solche Sekundäroptik kann beispielsweise von einem Lichtleiter gebildet sein, wobei ein Querschnitt des Lichtleiters an seinen jeweiligen Enden jeweils den Aperturen des Diffusors bzw. der Sensoreinheit angepasst sein muss. Ebenfalls ist es vorstellbar, eine Sekundäroptik von einer Linse zu bilden, insbesondere von einer Gradientenlinse, und mittels der Sekundäroptik eine Angleichung zwischen den Aperturen des Diffusors und der Sensoreinheit zu erzielen. [27] Weiterhin ist es unabhängig von der übrigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messeinrichtung vorteilhaft, wenn der Diffusor von Quarzglas gebildet ist. Ein von Quarzglas gebildeter Diffusor weist insbesondere den Vorteil auf, dass die spektralen Eigenschaften der auf den Diffusor treffenden Lichtstrahlen nicht verändert werden. Zudem weist ein von Quarzglas gebildeter Diffusor eine Vielzahl interner Streuzentren auf, die für eine besonders ausgeprägte Homogenisierung des auf den Diffusor treffenden Lichts von Bedeutung sind. Ein solcher Diffusor strahlt Licht in alle Richtungen gleichmäßig ab und wirkt somit als Lambert-Strahler. Mit anderen Worten ist ein derartiger Quarzglas-Diffusor besonders gut geeignet, dass auf ihn treffende Licht zu zerstreuen. Weiterhin zeichnen sich im Vergleich zu üblichen Diffusoren Quarzglas-Diffusoren durch eine vollständige Depolarisierung sowie eine extreme Langzeitstabilität und UV-Beständigkeit aus.

[28] Dabei ist es unabhängig von dem Material, von dem der Diffusor gebildet ist, von besonderem Vorteil, wenn dieser eine in Strahlungsrichtung der Lichtstrahlen gemessene Dicke von mindestens 0,3 mm, vorzugsweise mindestens 0,5 mm, weiter vorzugsweise mindestens 1 mm, aufweist. Eine solche Dicke des Diffusors ist im Hinblick auf die

Homogenisierung der auf den Diffusor treffenden Lichtstrahlen besonders vorteilhaft, da in dem vergleichsweise großen Volumen des Diffusors eine höhere Anzahl von Streuzentren vorhanden ist, an denen die Lichtstrahlen zerstreut werden können.

[29] In verfahrenstechnischer Sicht wird die zugrunde liegende Aufgabe erfindungsgemäß durch den folgenden Verfahrensschritt gelöst:

e) Vor der Durchführung der Messung wird eine optische Achse der

Messeinrichtung gegenüber einer Flächennormalen, die senkrecht auf einer Abstrahloberfläche des Messobjekts steht, verdreht ausgerichtet, sodass die optische Achse und die Flächennormale gemeinsam einen Winkel von größer 0° einschließen. Seite 8 von 19

[30] Dieser Verfahrensschritt ist mittels der erfindungsgemäßen Messeinrichtung besonders einfach durchführbar. Das Verfahren ist insoweit vorteilhaft, als die verdrehte Ausrichtung der Messeinrichtung gegenüber dem Messobjekt überhaupt möglich ist, während im Stand der Technik in jedem Fall eine gewissenhafte fehleranfällige Ausrichtung erforderlich ist, die gleichwohl eine relativ hohe Fehleranfälligkeit aufweist. Das

erfindungsgemäße Verfahren ist demgegenüber besonders einfach und zügig durchführbar, wodurch der Komfort für den Anwender der Messeinrichtung deutlich erhöht wird.

Vorteilhafterweise wird die optische Achse in einem Winkelbereich zwischen und 20°, vorzugsweise zwischen 1 ° und 17,5°, weiter vorzugsweise zwischen 1 ° und 15°, relativ zu der Flächennormalen ausgerichtet.

[31] Insbesondere dann, wenn die Primäroptik dazu ausgebildet ist, lediglich nahezu parallel auf die Messeinrichtung treffende Lichtsfrahlen an den Diffusor weiterzuleiten, kann die Messeinrichtung vor der Messung in einem Abstand von dem Messobjekt angeordnet werden, wobei der Abstand maximal 40 cm, vorzugsweise maximal 35 cm, weiter vorzugsweise maximal 30 cm, beträgt. Der mit einer solchen beabstandeten Anordnung verbundene Lichteintrag von Umgebungslicht in die Messeinrichtung hat keine

nennenswerten Auswirkungen auf das Messergebnis, da die Messeinrichtung schräg einfallende Lichtstrahlen nicht„durchlässt" und diese daher für die Messung nicht herangezogen werden. Die mangelnde Notwendigkeit, die Messeinrichtung unbedingt unmittelbar auf der Messfläche des Messobjekts anzuordnen, ist für die

Anwendungsfreundlichkeit weiterhin besonders vorteilhaft.

[32] Weiterhin kann ein solches Verfahren von Vorteil sein, bei dem im Rahmen eines Messvorgangs eine Mehrzahl von Messungen des Messobjekts (6) vorgenommen werden, wobei die optische Achse der Messeinrichtung im Zuge der Durchführung der einzelnen Messungen in unterschiedlichen Winkelstellungen relativ zu der Flächennormalen des

Messobjekts ausgerichtet ist. Die einzelnen Messungen lassen sich sehr schnell und einfach durführen und führen insgesamt zu einer Art„Mittelwert" für die zu ermittelten Ist-Farbwerte des Messobjekts. Eine Einstellung des Messobjekts und eine dadurch zu erreichende Anpassung der Farbwiedergabe desselben hin zu Soll-Farbwerten ist dann mit einer besonders hohen Genauigkeit möglich.

Ausführungsbeispiele

[33] Die erfindungsgemäße Messeinrichtung ist nachstehend anhand von

Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt: Seite 9 von 19

Fig. 1 : Einen schematischen Querschnitt durch eine erste erfindungsgemäße

Messeinrichtung,

Fig. 2: Einen Querschnitt durch einen Quarzglas-Diffusor,

Fig. 3: Einen Querschnitt durch einen integralen Mehrfachspektralsensor, Fig. 4: Einen Querschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Messeinrichtung und

Fig. 5: Einen Querschnitt durch eine dritte erfindungsgemäße Messeinrichtung.

[34] Ein erstes Ausführungsbeispiel, das in Figur 1 gezeigt ist, umfasst eine

erfindungsgemäße Messeinrichtung 1. Diese umfasst eine Primäroptik 2, eine Blende 3, einen Diffusor 4 und eine Sensoreinheit 5. Die einzelnen Bauteile der Messeinrichtung 1 sind symmetrisch bezüglich einer optischen Achse 21 angeordnet. Eine Eingangsapertur der Messeinrichtung 1 ist mittels eines Gehäuses 20 eines nicht näher dargestellten

Handfarbmessgerätes begrenzt, in das die Messeinrichtung 1 eingebaut ist.

[35] Die Messeinrichtung 1 befindet sich in dieser in Figur 1 gezeigten Stellung in ihrem Messzustand, in der sie zur Erfassung von Lichtstrahlen 7 eingesetzt wird, die von einem Messobjekt 6 ausgehen. Durch das Gehäuse 20 ist eine Messfläche 18 des Messobjekts 6, von der ausgehend Lichtstrahlen 7 mittels der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 erfasst werden, begrenzt. In Figur 1 sowie in den übrigen Figuren 2 bis 5 sind Lichtstrahlen 7 mittels Pfeilen grafisch veranschaulicht. [36] Die Messeinrichtung gemäß Figur 1 verwendet eine Primäroptik 2, die einen zusammenhängenden Linsenkörper 29 in Form einer asphärische Linse 15 aufweist. Diese ist hier als TIR-Kollimatorlinse ausgeführt. Dies führt dazu, dass die auf Seiten des

Messobjekts 6 in die Linse 15 eintretenden Lichtstrahlen zumindest teilweise an einer inneren Fläche 9, die den Übergang von der Linse 15 zur Umgebungsluft begrenzt, vollständig reflektiert und dadurch nach innen zu optischen Achse 21 hin abgelenkt werden. Die asphärische Linse 15 weist hier in einem dem Messobjekt 6 abgewandten Endbereich eine Ausnehmung 30 auf. Diese hat zur Folge, dass die die Linse 15 durchströmenden Lichtstrahlen 7 an Flächen 9, an denen die Linse 15 zu der Ausnehmung 30 aneinander grenzen, vom Lot 28 weggebrochen werden. Dies ist in Figur 1 anhand der dargestellten Pfeile besonders gut erkennbar.

[37] Auf einer dem Messobjekt 6 abgewandten Seite der Primäroptik 2 ist die Blende 3 angeordnet, die den Einfallswinkel der Lichtstrahlen 7 begrenzt. Insbesondere ist die gezeigte Primäroptik 2 derart ausgebildet, das fast ausschließlich zu der optischen Achse 21 Seite 10 von 19 parallel in die Primäroptik 2 eintretende Lichtstrahlen 7 auf den Diffusor 4 gelangen. Letzterer ist in Strahlungsrichtung der Lichtstrahlen 7 betrachtet unmittelbar hinter der Blende 3 angeordnet. Mittels des Diffusors 4, der hier vor einer Brennebene der Linse 15 angeordnet ist, ist durch die Blende 3 hindurchtretendes Licht homogenisierbar. Der Diffusor 4 ist hier von Quarzglas gebildet. Er weist eine rückwärtige Austrittsfläche 10 auf, von der ausgehend Licht von dem Diffusor 4 abgestrahlt wird. Unmittelbar hinter dem Diffusor 4 ist die

Sensoreinheit 5 angeordnet, die hier in Form eines integralen Mehrfachspektralsensors ausgebildet ist. Die Sensoreinheit 5 verfügt über eine der Austrittsfläche 10 des Diffusors 4 zugewandten Sensoroberfläche 11. Ein Abstand zwischen der Austrittsfläche 10 des Diffusors 4 und der Sensorfläche 11 der Sensoreinheit 5 beträgt in dem gezeigten Beispiel ca. 0,5 mm. Anhand der Darstellung gemäß Figur 1 ist besonders gut erkennbar, dass die Sensoreinheit 5 gewissermaßen„unmittelbar" hinter dem Diffusor angeordnet werden kann, ohne dass eine Sekundäroptik oder dergleichen erforderlich ist. Es versteht sich, dass hierdurch eine insgesamte Baulänge 27 der Messeinrichtung 1 besonders kurz ausfallen kann.

[38] Der Diffusor 4 weist hier eine Dicke 14 von 0,5 mm und einen Durchmesser 23 von 3 mm auf. Er ist mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet und weist folglich ein

Volumen von ca. 3,5 mm³ auf. Der Diffusor 4 weist in seinem Inneren eine Vielzahl von Streuzentren 22 auf, an denen in ihn eintretende Lichtstrahlen 7 zerstreut werden. Diese Art der Zerstreuung führt dazu, dass die Lichtstrahlen nach Transluzens an der Austrittsfläche 10 des Diffusors 4 gleichmäßig entsprechend eines Lambert-Strahlers aus letzterem austreten. Eine Verteilung der Lichtstrahlung nach Austritt aus der Austrittsfläche 10 ist dem in Figur 2 dargestellten Diagramm entnehmbar, wobei die Achse 24 die Strahlungsintensität des von der Austrittsfläche 10 abgestrahlten Lichts in Abhängigkeit des Abstrahlungswinkels beschreibt.

[39] Eine Sensoreinheit 5, die erfindungsgemäß von einem integralen

Mehrfachspektralsensor gebildet ist, ist beispielhaft in Figur 3 gezeigt. Die dort gezeigte Sensoreinheit 5 ist von einem integralen RGB-Sensor gebildet, der insgesamt 19 einzelne Sensoren 25 aufweist, die auf einem Chipsubstrat integriert sind. Jeder dieser Sensoren 25 umfasst drei Teilflächen 8, wobei jeweils eine der Teilflächen 8 zur Erfassung grünen, roten und blauen Lichts ausgebildet ist. Insgesamt weist die Sensoreinheit 5 eine hexagonale Form auf, wobei auch die einzelnen Sensoren 25 jeweils hexagonal ausgebildet sind. Ein Durchmesser 26 der Sensoreinheit 5 weist hier ca. 3 mm auf. Die so ausgebildete

Sensoreinheit weist eine hohe Messsicherheit auf und führt lediglich zu geringen

Farbinterferenzeffekten. Zudem ist eine separate Anordnung von Farbfiltern nicht Seite 11 von 19 erforderlich; diese sind jeweils unmittelbar in den jeweiligen Sensor 25 integriert. Die Sensoreinheit 5 ist entsprechend kompakt.

[40] Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das in Figur 4 gezeigt ist, weist eine

Sekundäroptik 12 in Form eines Lichtleiters auf. Weiterhin ist die Primäroptik 2 der gezeigten Messeinrichtung 1 anders ausgebildet als diejenige gemäß Figur 1. Hierauf wird später gesondert eingegangen. Die Sekundäroptik 12 der Messeinrichtung 1 gemäß Figur 4 kann beispielsweise dazu verwendet werden, von dem Diffusor 4 ausgehendes Licht auf eine entfernt angeordnete Sensoreinheit 5 zu leiten. Zudem ermöglicht es die Sekundäroptik 12, die Apertur des Diffusors 4, die durch die Blende 3 begrenzt wird, an die Apertur der Sensoreinheit 5 anzupassen. Hierzu ist es erforderlich, dass ein Querschnitt des Lichtleiters an den jeweils korrespondierenden Enden an dem Diffusor 4 und der Sensoreinheit 5 den jeweiligen Aperturen angepasst ist.

[41] Die Primäroptik 2 der Messeinrichtung 1 gemäß Figur 4 ist hier von insgesamt drei Linsen 16, 17, 19 gebildet, wobei eine konvexe Linse 16 mit positiver Brechkraft mit einer konkaven Linse 17 mit negativer Brechkraft kombiniert als zusammenhängender

Linsenkörper 29 ausgeführt ist. Diese beiden Linsen 16, 17 sind im Hinblick auf ihre gemeinsame Fläche 9 sowie ihre Dispersionen derart aufeinander abgestimmt, dass der Linsenkörper 29 insgesamt zur Korrektur sowohl der chromatischen als auch der sphärischen Aberration geeignet ist. In Strahlungsrichtung der Lichtstrahlen 7 betrachtet ist den Linsen 16, 17 die weitere Linse 19 nachgeschaltet, die eine positive Brechkraft aufweist und dadurch die auf sie treffenden Lichtstrahlen 7 weiter bündelt. Durch die Kombination des von den Linsen 16, 17 gebildeten Linsenkörpers 29 mit der weiteren Linse 19 mit positiver Brechkraft kann eine Baulänge 27 der Messeinrichtung 1 insgesamt besonders gut reduziert werden, während gleichzeitig Darstellungsfehler durch Wirkung des Linsenkörpers 29 korrigiert werden. Alternativ zur Realisierung einer besonders kurzen Baulänge 27 ermöglicht diese Ausgestaltung es auch, bei Beibehaltung einer„normalen" Baulänge 27 eine vergleichsweise große Messfläche 18 zu erfassen und dadurch trotz einem kleinen

Blendendurchmesser eine vergleichsweise große Apertur der Messeinrichtung 1 zu erzielen.

[42] In dem gezeigten Beispiel ist der Diffusor 4 hinter der Brennebene der Primäroptik 2 angeordnet. Im Übrigen ist die Primäroptik 2 insgesamt derart gemeinsam mit der Blende 3 abgestimmt, dass fast ausschließlich solche Lichtstrahlen 7 den Diffusor 4 erreichen, die zumindest im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 21 ausgerichtet sind.

[43] In Abwandlung der Ausführungsform gemäß Figur 4 verfügt die Messeinrichtung 1 gemäß Figur 5 über eine andere Sekundäroptik 12, die hier von einer Gradientenoptik 13 Seite 12 von 19 gebildet ist. An die Sekundäroptik 12 schließt sich abseits des Diffusors 4 eine Sensoreinheit 5 an, die auch hier von einem integralen Mehrfachspektralsensor gebildet ist. Weiterhin ist beispielhaft dargestellt, dass das Messobjekt 6 unter einem Winkel gegenüber der optischen Achse 21 der Messeinrichtung 1 angeordnet ist. Eine Flächennormale des Messobjekts 6 schließt mit der optischen Achse 21 hier einen Winkel 31 von ca. 5° ein.

[44] Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele grundsätzlich unabhängig voneinander positiv wirken können und nicht auf die hier offenbarten Kombinationen eingeschränkt sind. Eine„freie Kombination" der einzelnen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele ist ohne weiteres denkbar, sofern die dem Fachmann technisch sinnvoll und möglich erscheinen muss.

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Bezugszeichenliste

1 Messeinrichtung

2 Primäroptik

3 Blende

4 Diffusor

5 Sensoreinheit

6 Messobjekt

7 Lichtstrahl

8 Teilfläche

9 Fläche

10 Austrittsfläche

11 Sensoroberfläche

12 Sekundäroptik

13 Gradientenoptik

14 Dicke

15 asphärische Linse

16 sphärische Linse

17 sphärische Linse

18 Messfläche

19 Linse

20 Gehäusewandung

21 optische Achse

22 Streuzentrum

23 Durchmesser des Diffusors

24 Achse

25 Sensor

26 Durchmesser der Sensoreinheit

27 Baulänge Seite 14 von 19 Lot

Linsenkörper

Ausnehmung

Winkel

Claims

Seite 15 von 19 Patentansprüche

1. Opto-elektronische Messeinrichtung (1 ) für ein Farbmessgerät, insbesondere ein Handfarbmessgerät zur Anwendung an Bildschirmen, umfassend

mindestens eine Primäroptik (2),

mindestens eine Blende (3),

mindestens einen Diffusor (4) und

mindestens eine Sensoreinheit (5),

wobei die Messeinrichtung (1) derart gestaltet ist, dass bei Vorliegen der

Messeinrichtung (1 ) in einem Messzustand von einem Messobjekt (6) ausgehende Lichtstrahlen (7) auf die Primäroptik (2) treffen und mittels der Primäroptik (2) zumindest teilweise bündelbar sind,

wobei die Blende (3) in Strahlungsrichtung der Lichtstrahlen (7) betrachtet vor dem Diffusor (4) angeordnet ist und einen Einfallswinkel der Lichtstrahlen (7) begrenzt,

wobei die Lichtstrahlen (7) mittels des Diffusors (4) homogenisierbar sind, sodass sie ausgehend von dem Diffusor (4) gleichmäßig auf die Sensoreinheit (5) leitbar sind,

wobei die Lichtstrahlen (7) mittels der Sensoreinheit (5) in elektrische Signale umwandelbar sind,

wobei die Sensoreinheit (5) von einem integralen Mehrfachspektralsensor gebildet ist, der mindestens drei Teilflächen (8) zur Erfassung jeweils verschiedener Spektralanteile aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Primäroptik (2) mindestens einen zusammenhängenden Linsenkörper (29) aufweist, der zwei Bereiche unterschiedlicher Dispersion und/oder insgesamt mindestens drei refraktiv und/oder reflektiv wirksame Flächen (9) aufweist.

2. Messeinrichtung ( ) nach Anspruch 1 , wobei der Linsenkörper (29) der

Primäroptik (2) nur einen Bereich einer Dispersion aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (29) von einer TIR-Kollimatorlinse mit mindestens drei reflektiv und/oder refraktiv wirkenden Flächen (9) gebildet ist. Seite 16 von 19

3. Messeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Linsenkörper (29) zwei

Bereiche unterschiedlicher Dispersion aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (29) von einem zweilinsigen Achromaten gebildet ist, wobei die beiden Linsen (16, 17) des Achromaten unmittelbar miteinander verbunden sind, wobei eine der Linsen (16, 17) eine positive und die andere Linse (17) eine negative Brechkraft aufweisen.

4. Messeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäroptik (2) von einer nichtabbildenden Optik gebildet ist, wobei vorzugsweise der Diffusor (4) außerhalb einer Brennebene der Primäroptik (2) liegt, weiter vorzugsweise von der Primäroptik (2) aus gesehen diesseits der Brennebene.

5. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäroptik (2) derart abgestimmt ist und mit der Blende (3)

zusammenwirkt, dass zumindest im Wesentlichen nur solche Lichtstrahlen (7) den Diffusor (4) erreichen, die vor einer ersten Ablenkung oder Umlenkung zumindest im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse (21) der

Messeinrichtung (1 ) verlaufen.

6. Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (5) von einem integralen RGB-Sensor gebildet ist, der drei Teilflächen (8) zur Erfassung jeweils eines roten, eines grünen und eines blauen Spektralanteils aufweist.

7. Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Austrittsfläche (10) des Diffusors (4) und eine Sensoroberfläche (11 ) der Sensoreinheit (5) eine zumindest im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, übereinstimmende Apertur aufweisen.

8. Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Sekundäroptik (12), die in Strahlungsrichtung der Lichtstrahlen (7) betrachtet zwischen dem Diffusor (4) und der Sensoreinheit (5) angeordnet ist, wobei von dem Diffusor (4) ausgehende Lichtstrahlen (7) mittels der

Sekundäroptik (12) auf die Sensoreinheit (5) leitbar sind.

9. Messeinrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die

Sekundäroptik (12) mindestens eine Gradientenoptik (13) umfasst. Seite 17 von 19

10. Messeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäroptik (2) mindestens eine weitere Linse (19) umfasst, die eine positive Brennkraft aufweist, wobei die weitere Linse (19) vorzugsweise dem zusammenhängenden Linsenkörper (29) nachgeschaltet ist.

11. Messeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einer Messfläche (18) des Messobjekts (6), die mittels der Messeinrichtung (1 ) erfassbar ist, und einer Sensoroberfläche ( 1 ) der Sensoreinheit (5) mindestens 1 :150, vorzugsweise mindestens 1 :125, weiter vorzugsweise mindestens 1 :100, beträgt.

12. Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

a) Die Messeinrichtung (1 ) wird relativ zu dem Messobjekt (6)

ausgerichtet, sodass von dem Messobjekt (6) ausgehende Lichtstrahlen (7) mittels der Messeinrichtung (1 ) erfassbar sind.

b) Eine Messung des Messobjekts (6) wird durchgeführt, wobei

Lichtstrahlen (7) mittels der Messeinrichtung (1 ) erfasst auf deren

Farbe hin analysiert werden.

c) Auf dieser Weise festgestellte Ist-Farbwerte werden mit Soll- Farbwerten der von dem Messobjekt (6) ausgehenden Lichtstrahlen (7) verglichen.

d) Das Messobjekt (6) wird zumindest mittelbar angesteuert, um dessen Farbwiedergabe derart zu verändern, dass die Ist-Farbwerte sich in Richtung der Soll-Farbwerte verändern,

gekennzeichnet durch den folgenden Verfahrensschritt:

e) Vor der Durchführung der Messung wird eine optische Achse (21 ) der Messeinrichtung (1) gegenüber einer Flächennormalen, die senkrecht auf einer Abstrahloberfläche des Messobjekts (6) steht, verdreht ausgerichtet, sodass die optische Achse (21 ) und die Flächennormale gemeinsam einen Winkel von größer 0° einschließen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (21 ) in einem Winkelbereich zwischen 1 ° und 20°, vorzugsweise zwischen und 17,5°, weiter vorzugsweise zwischen und 15°, relativ zu der Flächennormalen ausgerichtet wird. Seite 18 von 19

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die

Messeinrichtung (1 ) vor der Messung in einem Abstand von dem Messobjekt (6) angeordnet wird, wobei der Abstand maximal 40 cm, vorzugsweise maximal 35 cm, weiter vorzugsweise maximal 30 cm, beträgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels der Messeinrichtung (1 ) im Rahmen eines Messvorgangs eine Mehrzahl von Messungen des Messobjekts (6) vorgenommen werden, wobei die optische Achse (21) der Messeinrichtung (1 ) im Zuge der Durchführung der einzelnen Messungen in unterschiedlichen Winkelstellungen relativ zu der Flächennormalen des Messobjekts (6) ausgerichtet ist.