Spektralphotometer

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Was ist ein Spektralphotometer?

Farbe ist eine subjektive Empfindung und hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Ein dunkles Grün auf einem Teppich wirkt ganz anders als auf einem Hochglanzprospekt. Der Prospekt wiederum ändert seine grüne Farbanmutung bei Betrachtung unter strahlendem Sonnenlicht, künstlichem Licht oder von verschiedenen Blickwinkeln. Um diese metamerischen Abweichungen zu isolieren, benötigt man einen Spektralphotometer. Dieser misst das gesamte Spektrum von infrarot bis ultraviolett, das heißt von Blau mit einer Wellenlänge von ca. 400 nm bis Rot mit ca. 700 nm und konvertiert die Messergebnisse in digitale Messwerte von Koordinaten in einem Farbraum, beispielsweise CMYK oder RGB.

Wie ist die Funktionsweise eines Spektralphotometers?

Die Farbe eines Gegenstandes hängt davon ab, welche Wellenlängen in welcher Intensität vom auftreffenden Licht absorbiert oder reflektiert werden. Eine weiße Tapete reflektiert die gesamte Lichtpalette und eine Tapete, die wir als gelb empfinden, reflektiert vorwiegend Wellen des roten und grünen Lichtanteils. Die Mischung dieser beiden Farben ergibt Gelb. Schwarze Gegenstände reflektieren kein Licht und absorbieren alle Lichtanteile.

Ein Spektralphotometer (auch Spektralfotometer) zerlegt das gesamte Lichtspektrum von ca. 400 bis ca. 700 nm in Wellenintervalle von 10 bis 20 nm. Ein Sensor misst den Grad der Reflexion pro Intervall. Die Reflexionsgrade pro Intervall über das gesamte Spektrum hinweg lassen sich in der sogenannten Remissionskurve darstellen. Diese Kurve ist für jedes Objekt charakteristisch und stellt eine Art farblichen Fingerabdruck dar.

Spektralphotometer in der grafischen Industrie

Durch ihre exakte Messung und Darstellung mittels Remissionskurven haben sich Spektralphotometer im Printbereich immer mehr durchgesetzt, da sie im Farbmanagement von Offset- und Digitaldruckanwendungen die umfassendste Lösung darstellen. Sie werden unter anderem in laufende Prozesse integriert, um die Einstellungen der Tinten und Toner zu regulieren.

Im Digitaldruck gewährleisten spektralphotometrische Messungen eine gleichbleibende Farbqualität über mehrere Geräte hinweg. So erhält der Kunde exakt die Farbe, die in der ursprünglichen Bemusterung vereinbart wurde. Dadurch entfallen kostspielige Reklamationen und
Ausschussproduktion.

Auch für eine effektive ICC-Profilierung sowohl für Druck in CMYK, als auch für Bildschirm in RGB, ist die exakte Kontrolle des Test-Targets mit einem Spektralphotometer erforderlich.

Welche Arten von Spektralphotometern gibt es?

In der Praxis entstehen unterschiedliche Farbanmutungen beispielsweise durch diffuses Licht, durch unterschiedliche Blickwinkel oder durch Interferenzen von verschiedenen Lichtquellen. Spektralphotometer sollen diese Effekte durch geeignete Messgeometrien weitestgehend isolieren. Je nach Anwendung und Anforderung wählt man in daher verschiedene Mess-Geometrien, die in der DIN Norm 5033 festgelegt sind. Für die grafische Industrie sind vor allem zwei Methoden relevant.

Kugelgeometrie

Bei der Kugelgeometrie erfolgt die Bestrahlung durch diffuses Licht, das aus einer weißbeschichteten Hohlkugel generiert wird. Der Sensor befindet sich in der Kugel und betrachtet die Probe aus einem Winkel von 8º. Mit diese Methode werden Interferenzen durch Oberflächeneigenschaften weitgehend ausgeschlossen und daher vor allem bei strukturierten Oberflächen wie Textilien zum Einsatz.
 
Interferenzen durch Glanz können durch eine sogenannte Glanzfalle ausgeschlossen werden. Im SPIN Modus ist die Glanzfalle geschlossen und liefert somit Ergebnisse über die tatsächliche Farbgebung. Diese Methode ist geeignet um einheitliche Farbgebungen, also die reine Pigmentierung, unabhängig von Oberflächeneigenschaften sicherzustellen, wie beispielsweise in der Teppichherstellung. Die offene Glanzfalle wird als SPEX Modus bezeichnet und beinhaltet die Farbeffekte der Oberfläche und entspricht so der menschlichen Wahrnehmung. 

Winkelgeometrie

Bei diesen Systemen misst der Spektralphotometer die Reflexionen von Licht aus einem Winkel von 45º. Die Betrachtung selbst erfolgt jedoch senkrecht bei 0º. Daher bezeichnet man diese Messmethode als 45º/0º Geometrie. Die Messwerte schließen Effekte von Glanz und Textur mit ein und korrelieren weitestgehend mit der menschlichen Sinneswahrnehmung.

In der grafischen Produktion kommen sie daher am häufigsten zum Einsatz. Diese Methode ist besonders geeignet für die Messung von Farbvergleichen aus verschiedenen Chargen und der Farbkonstanzkontrolle bei Produkten, die aus unterschiedlichen Einheiten zusammengestellt werden.

Unterschiede zwischen Colorimeter, Densitometer und Spektralphotometer

Colorimeter, auch Photometer genannt dienen hauptsächlich zur Kalibrierung von Monitoren. Und werden an den USB-Port des Computers angeschlossen. Sie messen Farben und Grauwerte und vergleichen sie mit den Idealwerten. Wenn beispielsweise ein sattes blau dargestellt werden soll und es erscheint tatsächlich leichter Violettstich, reagiert das System mit einem Offset, um die korrekte Farbe darzustellen.

Ein Spektralphotometer misst die Farbe eines Objekts, indem er den Lichtstärkewert der reflektierten Farben von verschiedenen Wellenlängen des Lichts ermittelt. Die reflektierten Werte werden von einem Sensor erfasst und in einer Remissionskurve dargestellt und in standardisierte Farbwerte nach CIE-LAB und CIE-XYZ konvertiert. Diese Methode wird aufgrund ihrer umfassenden Ermittlung zur Qualitätskontrolle in der grafischen Industrie eingesetzt.

Ein Densitometer misst nur die Helligkeit der Farben, nicht den Farbton selbst. Die Messung beschränkt sich lediglich auf die Farbdichte der Skalenfarben Cyan, Magenta und Yellow (Gelb) und die Schwärzung. In der grafischen Industrie werden sie vor allem zur Ermittlung des Farbauftrags und zur korrekten Schwärzung eingesetzt.

Kauf eines Spektralphotometers – Darauf sollten Sie achten

Tragbare Spektralphotometer oder Tischgeräte?
Die Vorteile von leichten, tragbaren Geräten liegen natürlich in der flexiblen Anwendung vor Ort. Bluetooth-Verbindungen erlauben simultane Farbanalysen zum sofortigen Gegensteuern bie Prozessabweichungen. Die Nachteile liegen zunächst in de geringeren Genauigkeit, jedoch hat die technische Entwicklung in den letzten Jahren Riesenfortschritte gemacht. So erreichen tragbare Geräte so hohe Genauigkeiten wie Tischgeräte früherer Generationen.

Die hohe Geräteübereinstimmung der Serie CM-26dG / CM-26d / CM-25d von Konica Minolta beispielsweise, gewährleistet nun maximale Vergleichbarkeit der Messergebnisse über die gesamte Lieferkette hinweg. Somit entfallen umständliche und langwierige physische Versendungen von Farbmustern und verbessern die Qualitätskontrolle in Produktionsprozessen.

Tragbare Geräte kommen vor allem dann in Frage, wenn die Farbe von Flüssigkeiten gemessen werden soll. Im Gegensatz zur Reflexionmessung,
die die Farbintensitäten der vom Objekt reflektierten Farbe ermittelt, messen diese Benchtop-Geräte die Lichtwellen, die durch die
Flüssigkeiten durchgelassen werden. Desweiteren umfassen tragbare Geräte weit mehr Farbräume als nur RGB und CYMK.

Spektralphotometer mit oder ohne UV-Messung?
Der sichtbare Bereich liegt in Wellenlängen zwischen 400 und 800 nm. Für Farbmessungen der Praxis genügt dieser Bereich. Für Laboranwendungen werden Wellenlängen im Infrarot oder infraviolett und darüber hinaus benötigt.

Spektralphotometer und optische Aufheller – Neue M Standards für das Farbmanagement  

Weißer als weiß, so lauten moderne Anforderungen der grafischen Industrie. Damit das gelingt und Hochglanzprospekte ihre volle Wirkung entfalten, benötigt man optische Aufheller. Diese haben jedoch eine unangenehme Nebenwirkung. Unter verschiedenen Lichtbedingungen bewirken sie deutlich unterschiedliche Farbanmutungen, was das Farbmanagement und die Kommunikation zwischen Produktionseinheiten erheblich erschwert. Aus diesem Grund wurden in der betreffenden Norm ISO 13655 vier verschiedene Messbedingungen definiert, um die Anforderungen der Instrumente zu kategorisieren.

Messbedingung M0 legt die Messbedingungen am weitesten aus. Sie definiert nicht den UV-Anteil und legt auch die Sollbedingungen für die Beleuchtung nicht fest. Diese Messbedingung schließt Prozesse mit Fluoreszenz – Anteil aus und schafft so die nötige Klarheit, um Qualitätskonflikte zu vermeiden.

Messbedingung M1, dagegen wurde ausdrücklich zur Verringerung der Messabweichung durch Fluoreszenzbildung durch optische Aufheller festgelegt. Die spektrale Energieverteilung der Lichtquelle muß der Lichtart D50 entsprechen. Außerdem dürfen Ausgleichsmethoden für die Messung von optisch aufgehellten Papieren nur mit kontrollierten Anpassungen des UV – Anteils angewendet werden. Die aufhellende Wirkung aufgrund dieser Aufhellerentsteht nämlich nicht nur durch Reflexion, sondern auch durch das emitierte Licht selbst.

Messbedingung M2 liefert Ergebnisse ohne UV-Anteil. Damit erhält man harmonische Ergebnisse auch bei optischen Aufhellern, da diese die nicht sichtbaren UV-Wellen unter 400 nm absorbieren und erst beim Floureszenzprozess emitieren. In der grafischen Industrie wird diese diese Messbindingung selten angewendet.

Messbedingung M3 misst zusätzlich zum Ausschluss der UV-Wellen noch den Polarisationsgrad mit einem Filter. Damit sollen Oberflächenreflexionen verhindert werden, die konventionelle Messergebnisse beeinflussen

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