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    • 专利摘要:

    公开号:WO1983003137A1
    申请号:PCT/CH1983/000025
    申请日:1983-03-03
    公开日:1983-09-15
    发明作者:Otto Kraus
    申请人:Otto Kraus；
    IPC主号:G01N21-00
    专利说明:
    [0001] Optisch-geometrische Vorrichtung für kolorimetrische und spektralfotometrische Geräte
    [0002] Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine optisch-geometrische Vorrichtung für die Beleuchtung, bzw. die Einsammlung von einfallendem bzw. remittiertem Licht seitens eines Musters während dessen fotometrischer oder spektralfotometrischer Analyse.
    [0003] Fotometrische Geräte für die Bestimmung der Farbparameter (Normfarbwerte, Remissionswerte und davon abgeleiteten Werten) benützen eine Beleuchtungsmethode bei dem zu prüfenden Muster gemäss internationalen Normen, wie sie von der C.I.E. (Commissioπ International d'Eclarage) empfohlen werden. In diesen Normen sind auch die Seobachtuπgsmethoden vorgeschrieben. In dieser Hinsicht spricht man von der optischen Geometrie des Messgerätes. Man unterscheidet zwischen diffuser Beleuchtung oder unter einem- 45 -Winkel und einer Beobachtung unter 0º,-sowie auch umgekehrt : Beleuchtung unter 0º und diffuse Beobachtung oder unter 45º (*) . Fig. 1 zeigt z.B. den Fall der diffusen Beleuchtung und Beobachtung unter 0º. In derselben Fig. 1 ist die Beleuchtungsquelle mit A angezeigt, wobei sie sich ausserhalb der integrierenden Kugel B (Ulbricht-Kugel) befindet. Das auf eine hohe oder mittelhohe Remission aufweisende Innenwand der Kugel einfallende Licht wird von dieser diffus in der ganzen Kugel remittiert und beleuchtet demzufolge das zu analysierende farbige Objekt C (künftig "Muster" genannt) . Von dem Muster wird das Licht remittiert und gelangt auf diese Weise, unter 0º, zum Fenster D, durch welches es vom Fotometer gesehen und ausgewertet
    [0004] (*) Judd & Wiszecki, Color in Business, Science and Industry,
    [0005] 1975, Seite 124 wird. Eine solche optische Geometrie wird mit d/0º bezeichnet. Die anderen üblichen optischen Geometrien sind : 45º/0º, 0º/d und 0°/45°.
    [0006] Die Messungen beeinflussende Umstände sind hauptsächlich folgende : der Beleuchtungstyp (diffus, oder 45°), die gleichmössige Verteilung der Beleuchtung auf der ganzen Oberfläche des Musters, die Oberflächeneigenschaften des Musters (z.B. flach, gleichmässig, ungleichmässig, richtungsempfindlich, usw.) und die beleuchtete und analysierte Oberfläche des Musters.
    [0007] Durch die bis heute benützten optischen Geometrien werden nicht alle nötigen Eigenschaften für präzise und somit wiederholbare Messungen zugesichert, mit Ausnahme der einfachsten Fälle, d.h., wenn das Muster eine flache und gleichmössige Oberfläche aufweist, die gleichmässig beleuchtet-ist. In den schon öfters vorkommenden Fällen von Mustern die eine gewisse Richtungsempfindlichkeit aufweisen (z.B. Textilfasern), können die Messungen nicht vollständig zufriedenstellend sein.
    [0008] Zweck der vorliegenden Patentanmeldung ist Mittel vorzuschlagen, die die Durchführung von präzisen und wiederholbάren Messungen erlauben, auch in solchen Fällen, die bis heute als schwierig oder undurchführbar betrachtet wurden, wie z.B. ungleichmäεsige Oberflächen, Textilfasern, verschiedene körnige Materialien, metallisierte Lacke, usw. Diese Mittel können im Zusammenhang mit bereits vorhandenen Messgeräten benützt oder auch in noch nach den neuen Kriterien aufzubauende Geräte eingegliedert werden.
    [0009] Die vorliegende Patentanmeldung geht von einer optisch-geometrischen Vorrichtung für fotometrische Messinstrumente aus, z.B. einem Kolorimeter oder Spektralfotometer, die in sichtbaren, ultravioletten und infraroten Bereichen benützt werden kann und deren Zusammensetzung aus zwei Kugeln -die eine innerhalb der anderen- besteht, wobei die äussere, integrierende (Ulbricht-) Kugel als Diffusor des Lichtes betätigt wird und die innere Wand dieser letzteren mit einer hoch- oder mittelhoch remittierenden Schicht belegt wird, während die interne Kugel, deren kolorimet rische Eigenschaften im Sichtbaren oder Ultravioletten (UV) oder im Infraroten (IR) zu bestimmen sind, das Muster darstellt, wobei die Gestaltung der Vorrichtung eine solche ist, dass die äussere Kugel wenigstens ein Fenster hat, durch welches die Zweikugeleinheit in optischer Verbindung mit dem fotometrischen Messinstrument steht.
    [0010] Fig. 2 zeigt eine praktische Ausführung des Patentes. Sie betrifft einen Fall, wobei ein schon vorhandenes fotometrisches Instrument mit seiner eigenen optischen Geometrie mit der Struktur, die Gegenstand dieser Patentanmeldung ist, verbunden wird, um dessen Eigenschaften zu verbessern. In Fig. 2 wird die integrierende (Ulbricht-) Kugel mit 1, das auszumessende sphärische Muster -in der Kugel 1 konzentrisch aufgestellt- mit 2 bezeichnet, mit 3 das Fenster, durch welches die Zweikugeleinheit 1 und 2 mit dem fotometrischen Messgerät 4 (Kolorimeter, Spektralfotometer) in Verbindung steht. Die Beleuchtung kommt durch das Fenster 3 aus dem Messinstrument 4. Das Fenster 3 ist vorzugsweise so angeordnet, um direkte Sichtbarkeit der Kugel 2 nicht zu gestatten. Durch das im Innern dex Kugel 1 ankommende Licht wird eine diffuse und gleichmössige Beleuchtung -charakteristisch für eine Ulbricht-Kugel- hergestellt. Dieses Licht beleuchtet gleichmässig das sphärische Muster 2 und wird unendliche Male zwischen Muster 2 und der inneren Wand von Kugel 1 zurückgeprallt, wobei die innere Wand der Kugel 1 einen hohen Remissionsgrad aufweist. Der so hergestellte Lichtstrom ist Zeuge der Farbe von Muster 2, .dessen Funktion er ist. Wenn eine zu diesem Lichtstrom proportionale Grosse mit Messinstrument 4 gemessen wird, kann man daraus die für die Farbe des Musters 2 charakteristischen Parameter ableiten.
    [0011] Die jetzt beschriebene und in Fig. 2 abgegebene Struktur stellt eine neue optische Geometrie dar, welche als sphärisch-diffus (Beleuchtung) / sphärisch-diffus (Beobachtung), abgekürzt sd/sd bezeichnet werden kann. Eine solche Geometrie ist durch eine hohe Gleichmässigkeit der Beleuchtung, durch die integrierende Eigenschaft der integrierenden (Ulbricht-) Kugel 1 und durch eine grosse Messoberfläche des Musters 2 charakterisiert. Typische Ausmasse sind : 300 mm Durchmesser für die Kugel 1 und
    [0012] 80 mm Durchmesser für die Muster-Kugel 2, wobei letztere eine beleuchtete Oberfläche von ca. 200 m2 aufweist, gegenüber den cc.
    [0013] 3 - 12 m2 von flachen Mustern (Durchmesser eines kreisförmigen, flachen Musters zwischen 2 und 4 cmj, wie sie mit den üblichen optisch-geometrischen Strukturen der bekannten Kolorimeter und Spektralfotometer messbar sind.
    [0014] Die bemerkenswerte integrierende Fähigkeit der neuen optisch-geometrischen Einheit wird z.B. durch Messungen cn einem sphärischen Muster 2, dessen eine Hälfte in rot, die andere Hälfte in blau gefärbt wurde, gezeigt. Wenn dieses letztere mit verschiedenen Winkeln in der Kugel 1 aufgestellt wird, weisen die kolorimetrischen Parameter nur eine winzige Veränderung auf.
    [0015] Die in Fig. 2 angebrachte Vorrichtung stellt nur eine der verschiedenen Möglichkeiten dar. Als Alternative kann man eine Lichtquelle benützen, die nicht die des Messinstrumentes 4 in Fig. 2 ist, sondern in der Kugel 1, oder ausserhalb der.Kugel 1, angebracht ist und mit der letzteren durch ein passendes Fenster in Verbindung steht. Im Falle der Vorrichtung in Fig. 2 ist die Beziehung auf eine gewisse Wellenlänge zwischen der scheinbaren Remission (RA), welche durch das Messinstrument 4 am Fenster 3 gemessen werden kann und der effektiven Remission (RE) der Farbe des Musters 2, in Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur sind die Diagramme betreffend drei verschiedener Grossen des Musters 2, d.h. mit einem Durchmesser von 80, 60 und 40 mm, gezeigt. Es ist ersichtlich, dass der 0 bis 100 % Bereich, innerhalb welchem die effektive Remission sich verändert, sich auf ca. 50 bis 100 % verkleinert. Das bedeutet, dass -um die effektive Remission zu kennen- eine grafische Darstellung, eine Tabelle oder -noch besser- eine elektronische Konversionseinheit im Messgerät 4 vorhanden sein muss, in welch letzterem Falle die effektive Remission direkt und augenblicklich erhaltbar ist.
    [0016] Das sphärische Muster 2 der Fig. 2 kann z.B. eine metallische Kugel sein, lackiert mit der zu analysierenden Farbe. Es könnte auch -wenn nötig- eine leere Glaskugel sein, in welche das zu analysierende Material eingefüllt wird : Pulver, kornförmige Materialien, Textilfasern, Fleisch, usw.
    [0017] Kugel 2 -metallisch, aus Glas oder aus anderen Materialien- wird im Zentrum der Kugel 1 mittels einer Achse,, die sich auf die Wände der Kugel 1 stützt, aufgehängt, da letztere aus zwei Halbkugeln besteht.
    [0018] Wenn Muster 2 ein Festkörper, z.B. eine lackierte Kugel, ist, erfolgt die 100%-Eichung der scheinbaren Remission mit der Achse des Musters 2 allein in ihrer üblichen Lage. Wenn dagegen die Messung bei Anwenden einer Glaskugel durchgeführt wird, erfolgt die 100%- Eichung mit der erwähnten leeren Glaskugel in der gewohnten zentralen Lage innerhalb der Kugel 1. Ausser undurchsichtigen Materialien kann das Muster auch durchsichtig, diffus-durchsichtig oder eine Flüssigkeit sein. Die Konversionskurven sind in diesen Fällen im allgemeinen nicht wie die in Fig. 3 und die Prozedur, um die gewünschten Parameter zu erhalten, besteht auch in diesen Fällen in einer grafischen Konversion oder einer Tabelle oder einer elektronischen Schaltung.
    [0019] Was das Messinstrument 4 der Fig. 2 betrifft, ist dieses offenbar ein Einstrahl-Typ, d.h. mit einem einzigen Fenster des Typs 3 der Fig. 2 nach aussen hin versehen, das Fenster, wo normalerweise flcche Muster gelegt werden. Es gibt auch fotometrische Instrumente, wobei der Lichtstrahl wechselweise das am Fenster gelegene Muster und danach eine interne Referenzfläche des Gerätes analysiert. Das vorliegende Patent ist auch in solchen Fällen anwendbar.
    [0020] Was das Messinstrument 4 dex Fig. 2 betrifft, so kann anstatt einer Aussenanbringung, die Kugel 1- und Kugel 2-Einheit in das Messgerät 4 eingegliedert werden, um damit dessen optische Geometrie zu werden. Fig. 4 zeigt ein Anwendungs-Beispiel.
    [0021] In dieser Figur wird die Ulbricht'sehe integrierende Kugel mit 1 angegeben, wobei 2 die Muster Kugel darstellt, 3 ist das Fenster, durch welches dex Lichtstrahl das Innere der Kugel 1 beleuchtet und 5 ist das Fenster, welches den Lichtstrom -der aus dem Innern der Kugel 1 kommt- gegen die geeigneten Organe des fotometrischen Instrumentes 4 hinführte Fenster 3 und 4 sind so gelegen, um eine direkte Sichtbarkeit der Muster-Kugel 2 zu verhindern.
    [0022] Die in Fig. 2 und so auch in Fig. 4 dargestellten Einheiten können nicht nur mit fotometrischen Geräten im Sichtbaren, sondern auch mit solchen, die im Ultravioletten und im Infrarot arbeiten, angewendet werden.
    权利要求:
    Claims A n sprücheA. H a u p t a n s p r u c h
    1. Optisch-geometrische Vorrichtung für fotometrische Instrumente, z.B. Kolorimeter und Spektralfotometer, die in dem Bereich der sichtbaren, ultravioletten und infraroten Strahlungen benützt werden, bestehend aus 2 Kugeln, die eine innerhalb der anderen, wobei die äussere als Diffusor in der Form einer integrierenden (Ulbricht-) Kugel angewendet wird und deren innere Wand mit einer hoch- oder mittelhoch remittierenden Schicht ausgestattet ist, wobei die innere Kugel das Muster darstellt, dessen kolorimetrische Eigenschaften in dem sichtbaren, oder ultravioletten (UV), oder infraroten (IR) Bereich zu bestimmen sind, sowie aus einem gewöhnlichen fotometrischen Messinstrument, wobei die äussere Kugel wenigstens mit einer Oeffnung versehen ist, durch welche die Zweikugel-Einheit mit dem fotometrischen Messinstrument in Verbindung steht.
    B. U n t e r a n s p r ü c h e
    1. Optisch-geometrische Vorrichtung, gemäss dem Hauptanspruch, wobei die Lichtquelle, anstatt die des fotometrischen Instrumentes, eine ausserhalb der Kugel 1 sich befindende ist, welche mit der Lichtquelle durch eine Oeffnung in der Wand der Kugel 1 in Verbindung steht.
    2. Optisch-geometrische Vorrichtung, gemäss dem Hauptanspruch, wobei die Lichtquelle innerhalb der Kugel 1 angeordnet ist, anstatt die des fotometrischen Instrumentes zu sein.
    3. Optisch-geometrische Vorrichtung, gemäss dem Hauptanspruch, wobei die Muster-Kugel 2 konzentrisch zur integrierenden Kugel ist.
    4. Optisch-geometrische Vorrichtung, gemäss dem Hauptanspruch und gemäss einer der Kombinationen 1 +3, oder 2+3 der Unterσnsprüche.
    5. Optisch-geometrische Vorrichtung, gemäss dem Hauptanspruch, wobei die Einheit, bestehend aus den zwei Kugeln 1 und 2, durch eine einzige Oeffnung 3 mit dem Messinstrument in Verbindung steht, wobei diese Oeffnung gleichzeitig dem Zuleiten des beleuchtenden Lichtes und zur Einsammlung des remittierten Lichtes dient.
    6. Optisch-geometrische Vorrichtung, gemäss dem Hauptanspruch, wobei die aus den Kugeln 1 und 2 bestehende Einheit mit dem Messinstrument durch Oeffnung 3 und 5. in Verbindung steht, die eine um Licht aus der Lichtquelle des Fotometers zuzuleiten und die zweite um das vom Muster remittierte Licht gegen den Detektor des fotometrischen Instrumentes zu leiten.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0102970A1|1984-03-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1983-09-15| AK| Designated states|Designated state(s): JP US |
    1983-09-15| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): AT BE CH DE FR GB LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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