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Der Multiple-Color-Sensor ist ein kompakter und robuster Halbleitersensor mit Interferenzfilter on Chip
Die Sensorspektren erreichen dabei in Abhängigkeit der Interpolationsalgorithmen gute Resultate, verglichen mit denen eines Spektrometers.

In der Prozessmesstechnik sind kleine, robuste und langzeitstabile Sensoren im unteren Preissegment gefragt, die Farbe online detektieren oder messen. Die Genauigkeit solcher Sensoren auf Basis kolorimetrischer Verfahren ist mit dem menschlichen Auge vergleichbar, aber um ein Vielfaches schneller. Beispiele dafür sind RGB- oder True-Color-Sensoren nach CIE1931 für relative oder absolute Farbmessung. Die Lichtquelle und die Kalibrierung der Sensoren bestimmt dabei die Genauigkeit dieser Sensoren. Auch sind dem Drei-Filter-Prinzip in Applikationen mit höheren Ansprüchen an die Farbgenauigkeit oder bei der Notwendigkeit spektraler Auswertung natürliche Grenzen gesetzt. Für solche Anwendungen empfehlen sich spektrale Technologien, die eine Auflösung von mehr als drei Kanälen haben. Nach solchen Prinzipien arbeiten optische Spektrometer, die genau und fein aufgelöst Spektren messen. Auf Basis dieser Spektren lassen sich genau Farbwerte im CIE-Farbraum ableiten. Spektrometer kommen üblicherweise in der Labormesstechnik zum Einsatz, in der Genauigkeit vor Messgeschwindigkeit der bestimmende Parameter einer Gerätelösung ist. Betrachtet man also beide Technologien nebeneinander, so hat jede ihre eigene Präferenz in bestimmten Applikationsfeldern. Eine Mischung der Vorzüge beider Verfahren in Form eines spektral messenden Sensors wäre ideal, zum Beispiel für eine schnelle spektrale Online-Messung in der Produktion. So mehren sich die Anforderungen in der Automobilindustrie nach einer Farbverifizierung von Zulieferteilen wie Griffen, Armaturen und Sitzen: unabhängig von der Beleuchtung oder sich wechselnden Bedingungen, bei jederzeit 100 %iger Zuverlässigkeit, berührungslos und inline, aber auch einfach und robust handhabbar unter industriellen Bedingungen.

Der spektrale Farbsensor: präzise und schnell

Einen spektral messenden Sensor-IC bietet die Firma Mazet innerhalb ihrer Jencolor-Farbsensorfamilie. Der neue Multiple-Color-Sensor schließt die Lücke zwischen den Dreibereichs-Sensoren und spektralen Messgeräten für Sensoranwendungen. Der Sensor realisiert auf Halbleiterbasis, mit dünnen optischen Schichten direkt auf dem Sensor, eine spektrale Farbmessung mittels 6+1 spektraler Kennlinien im sichtbaren Bereich VIS (visual). Die Bewertung der Farbe findet bei diesem Sensor auf der radiometrischen Ebene statt. Als Ergebnis erhält man wie bei einem Spektrometer das Spektrum einer Farbe, die dann zur Berechnung des Farbortes innerhalb eines jeden Farbraumes herangezogen wird. Die Vorteile einer solchen Technologie bestehen darin, dass eine höhere Informationsdichte in der Messung erreicht wird. Das führt in der Farbmessung zu genaueren Ergebnissen und für die weitere Analytik stehen beide Resultate – Spektrum und Farbort – zur Verfügung. Der Sensor bietet damit den Vorteil, dass beim Erfassen und Bewerten von Farben Metamerieeffekte herausgefiltert werden beziehungsweise diese messbar sind. Als Metamerieeffekte werden in der Optik unterschiedliche Spektren bezeichnet, die bei dem Menschen für eine definierte Lichtart denselben Eindruck erzeugen.

Die sechs spektralen Kennlinien des Multiple-Color-Sensors sind so angeordnet, dass sich diese in ihren Grenzbereichen überlappen. Hieraus ergibt sich, dass möglichst wenige Lücken in dem sichtbaren Spektrum vorhanden sind. Somit lässt sich die Fehlinterpretation der Farben verringern und die Messgenauigkeit erhöhen. Eine Filterkennlinie ist ergänzend zu den anderen ein breitbandiger Filter über VIS und wird für das Monitoren der Lichtquelle empfohlen oder ist in Verbindung mit einer schmalbandigen LED als zusätzlicher spektraler Peak nutzbar. Der Sensor arbeitet weitgehend unabhängig von der Güte der Lichtquellen. Durch die spektrale Approximation der gemessenen Farbe können auch dort Farbunterschiede bestimmt werden, bei denen das menschliche Auge versagt.

Simulationstools unterstützen

Der spektrale Multiple-Color-Sensor steht sowohl als Sensor-IC, als auch in Kombination mit Sensorsignal-Verstärkern und als OEM-Hardwarelösung mit einer Softwarebibliothek für genaue und schnelle Farbmessung für beispielsweise Handheld- oder Inline-Messungen zur Verfügung. Als Verstärker-ICs sind mehrkanalige analoge und digitale Sensor-ICs mit programmierbaren Verstärkerstufen im Angebot. Für erste Testmessungen sind Evaluation-Boards verfügbar, die sich über DLLs in eigene Testsoftware einbinden lassen. Darüber hinaus werden in der Design-In-Phase Applikationen vor dem eigentlichen Entwurf durch Simulationstools unterstützt, die neben der Beleuchtung insbesondere die Kalibrieralgorithmen zwecks Systemoptimierung simulieren.