Was ist ein Spektrodensitometer?

Farbreflexions-Densitometer werden seit vielen Jahren in der grafischen Industrie und im Druckwesen eingesetzt und sind wahrscheinlich die am weitesten verbreitete Art von Farbmessinstrumenten für die Prozesskontrolle, insbesondere beim Vierfarbdruck (CMYK). In den 1990er Jahren kamen Geräte auf den Markt, die zwar densitometrische Informationen lieferten, aber als „Spektrodensitometer“ bezeichnet wurden. Dies hat bei einigen zu Verwirrung geführt und wurde von anderen als hyperbolisches Marketing abgetan. Dies rührt von der Verwendung des Präfixes „Spektro“ her, das implizieren kann, dass es sich um ein „Spektralphotometer“ handelt. Um die Unterschiede zwischen Densitometern, Spektralphotometern und Spektrodensitometern am besten zu verstehen, wird eine kurze Historie sowie Informationen darüber gegeben, wann und wie die Unterschiede zwischen den Farbmessgeräten von Bedeutung sind.

In seiner einfachsten Form besteht ein Densitometer aus drei Komponenten, die darauf ausgelegt sind, reflektiertes Licht zu messen und anschließend das Farbmittel auf dem Substrat zu überwachen: eine Beleuchtungskomponente, eine Lichtsensor- und Messkomponente sowie eine Signalverarbeitungskomponente. Das Gleiche gilt für Farbreflexions-Spektralphotometer. Die Lichtsensor- und Messkomponente, die Photorezeptoren zur Erfassung des reflektierten Lichts enthält, unterscheidet Densitometer (hier als „traditionelle Densitometer“ bezeichnet) von ihren spektral basierten Gegenstücken.

Hier wird eine sehr kurze und zugegebenermaßen stark vereinfachte Einführung in die Farblehre gegeben; dies reicht für ein grundlegendes Verständnis der diskutierten Konzepte aus. Menschen mit normalem Farbsehvermögen nehmen reflektierte Farben wahr, weil Objekte das auf sie fallende Licht selektiv absorbieren und reflektieren; Wissenschaftler nennen das Beleuchtungslicht „incident“ (einfallend). Wenn das einfallende Licht weiß ist, enthält es gleiche Anteile des sichtbaren Spektrums (oft als Regenbogen bezeichnet). Die Wellenlänge des Lichts bestimmt seine Farbe; die Wellenlängen des sichtbaren Lichtspektrums können im Bereich von etwa 400 nm bis 700 nm gemessen werden. Die Wellenlängen um 700 nm können als Rot beschrieben werden, die Wellenlängen um 400 nm als Violett. Zwischen dem „R“ und dem „V“ beschreiben viele die aufeinanderfolgenden Farben als Orange (O), Gelb (Y), Grün (G), Blau (B) und Indigo (I): das berühmte „ROY G BIV“. Wenn das sichtbare Spektrum von 400–700 nm in drei gleiche Teile von 100 nm unterteilt wird, kann der Bereich von 400–500 nm als Blau, der Bereich von 500–600 nm als Grün und der Bereich von 600–700 nm als Rot bezeichnet werden – die Grundlage für die additive RGB-Farbmischung. Auf diese Weise würde ein Objekt, das von weißem Licht (400–700 nm) beleuchtet wird und 400–600 nm (den blauen und grünen Bereich) absorbiert und den Bereich von 600–700 nm reflektiert, wahrscheinlich als rot beschrieben werden … es reflektiert den roten Teil des einfallenden weißen Lichts.

Für die chromatischen Prozessfarben (C, M und Y) enthielt ein traditionelles Densitometer mindestens einen Satz von drei verschiedenfarbigen Filtern, die so ausgewählt wurden, dass sie nur bestimmte Teile des sichtbaren Spektrums an die Photorezeptoren weiterleiten. Diese Filter wurden aufgrund ihrer Fähigkeit ausgewählt, das sichtbare Spektrum in im Wesentlichen drei Regionen zu unterteilen: das bereits erwähnte Rot, Grün und Blau. Diese Filter haben einen interessanten Effekt; zum Beispiel wird ein gelbes Objekt, das mit weißem Licht beleuchtet und durch einen Blaufilter betrachtet wird, als fast schwarz wahrgenommen. Dies liegt daran, dass der Blaufilter die grünen und roten Anteile des einfallenden Spektrums weitgehend blockiert, also den Teil, den das gelbe Objekt normalerweise reflektieren würde. Da das gelbe Objekt das blaue Licht absorbiert, erscheint es fast schwarz. Dies bedeutet, dass kleine Änderungen am gelben Objekt von den Photorezeptoren des Densitometers leichter wahrgenommen werden können, wenn sie durch den Blaufilter betrachtet werden. Das Gleiche gilt für den Grünfilter, bei dem Magenta-Objekte als fast schwarz wahrgenommen werden, und den Rotfilter, bei dem Cyan-Objekte als fast schwarz wahrgenommen werden. Diese Rot-, Grün- und Blaufilter können als „Bänder“, „Passbänder“ oder sogar „Kanäle“ betrachtet werden. Dies bildet die Grundlage für die Reflexionsdichte chromatischer Prozessfarben: Auch hier würden traditionelle Densitometer Rot-, Grün- und Blaufilter enthalten, die für die Messung von Cyan-, Magenta- und Gelb-Tintenfilmen ausgelegt sind[1]. Die spezifischen Eigenschaften der Rot-, Grün- und Blaufilter sind Teil des „Status“ des Densitometers, also des Standards, auf dem das Densitometer basiert.

Andererseits sind Spektralphotometer darauf ausgelegt, über das gesamte sichtbare Spektrum zu messen. Beispielsweise würde ein „abgekürztes 10-nm-Spektralphotometer“ den Reflexionsgrad eines Objekts bei 400 nm, 410 nm, 420 nm usw. bis hin zu 700 nm erfassen. Diese 31 Datenpunkte könnten verbunden werden, um eine „Spektralkurve“ zu erstellen, die eine sehr vollständige Beschreibung der Reflexionseigenschaften eines Objekts darstellt. Einige bezeichnen die Spektralkurve als die DNA der Farbe eines Objekts; dies liegt daran, dass es mit den Spektralwerten möglich ist, viele verschiedene Metriken zu berechnen, einschließlich Kolorimetrik (z. B. CIE LAB, Delta-E), spezialisierter Indizes (z. B. Papierweiße) und sogar Status-Densitometrie. Da der Densitometrie-Status auf bekannten, standardisierten Filterreaktionen basiert, ist es lediglich eine Frage der richtigen Mathematik und der Spektralwerte, um die Statusdichte genau zu berechnen.

Das sogenannte Spektrodensitometer ist genau das: ein Instrument, das Dichtewerte aus Spektralwerten berechnen kann. Obwohl diese Methodik sehr reale Vorteile bietet, die im Folgenden erläutert werden, sind einige überrascht, dass nicht alle Spektrodensitometer auch kolorimetrische Messwerte anzeigen können. Die Situation ist vergleichbar mit der von Taschenrechnern; ein Bürobedarfsgeschäft verkauft sehr einfache, preiswerte Versionen und wissenschaftliche Taschenrechner mit einer Vielzahl von Funktionen, wenn auch für mehr Geld. Alle bestehen aus einer Stromversorgung, Schaltkreisen und einem Display, aber es sind die programmierten Fähigkeiten, die weitgehend die Preisunterschiede bestimmen. In gleicher Weise führen Spektrodensitometer spektrale Messungen durch und verfügen über die integrierte Fähigkeit, die Dichte zu berechnen. Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass sie kolorimetrische Werte oder andere Indizes, die auf Spektralwerten basieren können, berechnen und anzeigen können.

Spektrodensitometer bieten jedoch viele Vorteile im Vergleich zu traditionellen Densitometern. Dazu gehören:

MEHRERE DICHTE-STATI
Die Fähigkeit, mehrere Dichte-Stati zu lesen. Traditionelle Densitometer sind in Bezug auf den Status meist auf ein „Entweder-oder“ festgelegt; sie können entweder Status-T (am weitesten verbreitet in den USA) ODER Status-E (am weitesten verbreitet in Europa) lesen. Spektrodensitometer können normalerweise beide dieser gängigen Farbreflexionsstandards für die grafische Industrie lesen; der Benutzer wählt den gewünschten Status aus.

UPGRADE-FÄHIGKEIT
Obwohl viele Spektrodensitometer keine kolorimetrischen Werte anzeigen, könnten sie dies oft tun. Das bedeutet, dass ein heute erworbenes einfaches Spektrodensitometer, das nur densitometrische Attribute anzeigen kann, bei steigendem Bedarf wahrscheinlich auf die Fähigkeit zur Messung kolorimetrischer Werte und anderer Indizes aufgerüstet werden kann. Solche Upgrades sind bei traditionellen Densitometern in der Regel nicht möglich. Dies ermöglicht es Anwendern, ein Instrument für ihre aktuellen Bedürfnisse zu kaufen, mit der Option auf eine Aufrüstung, sollten zukünftige Anforderungen beispielsweise kolorimetrische Werte erfordern.

GENAUIGKEIT
Spektrodensitometer können genauer und wiederholbarer sein als traditionelle Farbreflexions-Densitometer. In einigen Fällen sind sie auch einfacher zu kalibrieren. Darüber hinaus nutzen Spektrodensitometer oft die Spektralwerte mit Attributen, die bei traditionellen Densitometern nicht möglich waren. Diese Attribute sind besonders nützlich für Drucker, die mit Sonderfarben und Projekten mit erweitertem Farbraum arbeiten, und umfassen die spektrale Dichte sowie die Dichteoptimierung auf Basis von Spektralwerten.

SPEKTRALE DICHTE (manchmal auch „Dichte-nach-Wellenlänge“ oder „Lambda-Dichte“ genannt)
Filterbasierte traditionelle Densitometer sind für die Messung von Prozessfarben optimiert. Ein Benutzer erhält zwar einen Wert, wenn Nicht-Prozess-Sonderfarben gemessen werden, aber sie sind nicht für diesen Zweck konzipiert. Spektrodensitometer haben oft die Möglichkeit, eine optimale Wellenlänge zu wählen, mit der die Dichte berechnet wird. Obwohl dies keine „Statusdichte“ ist, ist die spektrale Dichte für Prozesskontrollzwecke, wie die Optimierung und Anpassung von Farbschichtdicken bei Nicht-Prozessfarben, nützlicher als die Statusdichte. Die spektrale Dichte ist zudem wichtig für eine präzisere Prozesskontrolle beim Drucken mit erweitertem Farbraum.

DICHTEOPTIMIERUNG BASIEREND AUF SPEKTRALWERTEN
Bei Techkon SpectroDens-Geräten als InkCheck bekannt, beantwortet InkCheck die Frage: „Welche Dichte minimiert Delta-E für diese Probe?“ Mit dieser Funktion können Anwender an der Druckmaschine fundierte Entscheidungen über die Optimierung von Delta-E durch die Anpassung der Dichte treffen. Dies gibt oft Aufschluss darüber, ob eine Farbe neu gemischt werden muss oder ob eine einfache Dichteanpassung ausreicht, um dem Standard zu entsprechen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass traditionelle Densitometer zwar immer noch ihren Platz im Prozessfarbdruck haben, es jedoch wichtig ist zu bedenken, dass sie am besten für die Prozesskontrolle des CMYK-Drucks eingesetzt werden. Die erweiterten Möglichkeiten des Spektrodensitometers sind entscheidend für diejenigen, die Markenfarben oder erweiterten Farbraum drucken oder erweiterte Steuerelemente wünschen. Die zunehmende Bedeutung kolorimetrischer Informationen ist ebenfalls bemerkenswert: Solche Daten sind für viele Standardisierungsinitiativen der Branche erforderlich und von unschätzbarem Wert für andere, oft übersehene Anwendungen wie die Wareneingangskontrolle von Papier und Tinte.

[1] Heute verwenden viele traditionelle Densitometer keine Filter mehr, sondern nutzen Fortschritte in der LED-Technologie, um die Statusdichte zu erreichen; das Prinzip bleibt jedoch dasselbe.

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© Bruce Leigh Myers, Ph.D.