-
Optisches Photometer. Vorliegende Erfindung betrifft ein Photometer,
welches unter Benutzung von an sich in der Photometri° bekannten Elemen Len diese
Elemente in einer solchen Weise kombiniert und anordnet, daß ein außerordentlich
handliches, kleines, bequem zu tragendes und doch präzise Messungen gestattendes
Phototreter entsteht, das sowohl zu Beleuchtungsmessungen wie auch zu Lichtstärkemessungen
verwendet werden kann.
-
Krach der vorliegenden Neuerung hat der Beobachter die zu messende
Fläche durch den durchscheinenden Teil einer Oberfläche zu hetrachten, die halb
reflektierend und halb durchsichtig ist. Der reflektierende Teil dieser Fläche empfängt
das Licht entweder von einer Vergleichslichtquelle oder von einem Vergleichsschirm,
der von dieser Vergleichslichtquelle beleuchtet wird.
-
Die Beleuchtung des reflektierenden Teils der Fläche wird. entweder
durch einen Spaltapparat mit veränderlicher Spaltbreite, welche die benutzte Ausdehnung
der Lichtquelle zu ändern gestattet, verändert, oder durch Verschiebung des Vergleichsschirms
mit Hilfe eines Übersetzungsmechanismus, oder indem die gegenseitige Lage zweier
Nicalscher Prismen verändert wird, welche sich zwischen Lichtquelle und Schirm befinden,
oder durch andere bekannte Verfahren.
-
Der Kasten, in welchem die gesamte Anordnung angebracht ist, enthält
noch ein Meßinstrument, welches zum Beobachten der Stromstärke oder der Spannung
der Vergleichslichtquelle dient.
-
Die Erfindung ist beispielsweise in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt.
Fig. i ist ein Längsschnitt des gesamten Apparates längs der Linie A-B der Fig.
2. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Apparat nach Entfernung des Deckels. Fig.
3 ist ein Seitenschnitt längs der Linie C-D der Fig. z. Die Nebenfig. 3 bis zeigt
den Anblick, den der Beobachter hat, wenn er durch das Okular sieht, um eine Einstellung
zu machen.
-
Fig. ¢ ist eine Draufsicht auf den geschlossenen Apparat. Die Fig.
5 und 6 stellen ein sogenanntes doppeltes Katzenauge dar, welches in einer Ausführungsform
des Apparates verwendet werden kann.
-
Die Fig. 7 und 8 zeigen einen senkrechten und einen wagerechten Schnitt
durch eine Abart des Apparats. Ebenso stellen die Fig. 9 und io eine andere Abart
dar.
-
Das tragbare Phototrieter, welches in den Fig. i, 2, 3 uhd 4 dargestellt
ist, besitzt einen
hasten i, der durch einen Deckel 2 geschlossen
werden kann. Im Innern des Kastens i sind die Apparate angeordnet, welche die Vergleichung
der zu untersuchenden Lichtquelle bzw. der Fläche, deren Beleuchtung bestimmt werden
soll, mit einer Lichtquelle von gleichmäßiger Flächenhelle, deren Oberfläche in
bekannten Verhältnissen geändert werden kann, gestatten.
-
Das Licht der zu untersuchenden Lichtquelle dringt durch die Öffnung
3 (Fig. 2) in den Kasten. Vor diese Öffnung kann nach Bedarf ein Opalglas 4 geschoben
werden, das sich in der Fassung 5 befindet, die in die Öffnung 3 eingelassen ist,
je nachdem es sich darum handelt eine Lichtstärkenmessung einer Lichtquelle oder
eine Beleuchtunigsniessung einer beleuchteten Fläche auszuführen.
-
Die halb reflektierende und halb durchsichtige Fläche wird durch die
Trennungsfläche zweier dreieckiger, rechtwinkliger Prismen 6 nach Lummer=Brodhunscher
Art gebildet, von denen eines auf der gemeinsamen Basisfläche mit Silber belegte
Teilchen 30 (Fig. 3 bis ) besitzt, während der übrige Teil 28 der Oberfläche durchsichtig
ist. Die Vergleichslichtquelle besteht beispielsweise aus einer elektrischen Glühlampe
B. Der Strom wird von einer kleinen tragbaren Akkumulatorenbatterie geliefert und
fließt über die Klemmen g in den regulierbaren Widerstand io, in die Lampe 8 und
in den Strommesser i.i. Die Stromstärke der Lampe wird durch Verschiebung des Gleitkontaktes
12 des Widerstandes io eingestellt. - Die Glühlarfipe 8 ist eine solche mit geradlinigem
Glühkörper. Dieser Glühkörper 54 ist wagerecht angeordnet und senkrecht zur Richtung
der Lichtstrahlen, welche in den Apparat von der zu -messenden Lichtquelle gesandt
werden.
-
Die Veränderungen der- Beleuchtung, welche von der Vergleichslichtquelle
ausgeht, werden- mit Hülfe eines Diaphragmas bewirkt, welches durch eine Öffnung
13 von veränderbärer Breite gebildet wird und dem Glühkörper 54 gegenübersteht.
Die Breite der Öffnung 13 wird durch die Lage eines Schiebers 14 bestimmt, welch
letzterer durch die Schraube 15 unter Vermittlung einer Gleitmuffe 16 mit Gradeinteilung-
auf einer Parallelen zur Achse der Schraube 15 verschoben werden kann. Dieser Schieber
14 gleitet vor einem breiten Spalt 51 (Fig. 3), der sich in einer festen Platte
5ä befindet, die parallel zur Achse der Schraube 15 steht. Ein fester Maßstab i7"steht
seitlich zum Kasten und parallel zur Achse der Schraube 15 und tr.--t eine oder
mehrere feste Teilungen 53, welche die Verschiebung - der Gleitmuffe 16 und des
:Schiebers 14 auszuwerten gestatten. Zur Erhöhung der Genauigkeit der Ablesung ist
auf dem Bolzen der Schraube 15 eine Trommel 18 angebracht, welche auf ihrem Umfang
eine Anzahl von- Teilstrichen trägt. Die Ganghöhe der Schraube 15 ist derart. gewählt,
daß sie gleich der Entfernung der Teilstriche ist, welche sich auf der Muffe 16
befinden. Die Teilstriche der Trommel 18 -gestatten Bruchteile einer Schraubendrehung
zu ermitteln. Das durch die Öffnung 13 und den Schieber 14 gebildete Diaphragama
kann beispielsweise derart eingerichtet sein, daß es eine Verstellung des Schiebers
um die fünffache Ganghöhe der Schraube gestattet, und wenn die mikrometrische Trommel
ioo Teilstriche trägt, so ist ohne Schwierigkeit eine Ablesung von 1j", ermöglicht.
-
Der Beobachter, welcher Messungen- vornimmt, blickt im allgemeinen
durch die Öffnung i9, welche sich in der Wand des Kastens i gegenüber der Öffnung
3 befindet. In gewissen Fällen kann er auch (s. Fig. i) durch eine Öffnung 2o sehen,
welche sich im Deckel 2, befindet. In diesem Falle werden die Lichtstrahlen, welche
von der Öffnung 3 und von der Vergleichslichtquelle ausgehen, von einem Spiegel
21 reflektiert, der auf einem Schieber z2 angeordnet ist. Dieser Schieber kann um
die Achse 23 gedreht werden und eLn Knopf 25 gestattet, ilrn in wagerechter Lage
oder unter einem Winkel von 45° festzustellen. Damit das Auge des Beobachters in
die geringste Entfernung der Unterscheidungsfähigkeit der zu prüfenden Oberflächen
gebracht werden kann, kann man auf die Öffnungenig oder 2o ein Teleskoprohr aufschrauben,
das im Bedarfsfalle ein Okular 27 trägt.
-
Der Strahlengang im Apparat ist folgender: Die von außen, also von
der zu messenden Lichtquelle kommenden Lichtstrahlen fallen durch die Öffnung 3
ein und treffen auf den nichtversilberten Teil 28 des Prismas 6; sie gehen nach
- dem Austritt aus diesem Prisma längs der Längsseite des Apparats in das Auge des
Beobachters, und zwar entweder direkt, wenn dieses Auge. sich bei 7 befindet (Fig.
i) oder indirekt durch Reflexion an dem Spiegel 21, wenn das Auge sich in der Stellung
24 befindet. Die Strahlen, die von der Vergleichslichtquelle ausgehen (vgl. die
Pfeile in Fig. 2), gehen durch den Spalt 13, fallen auf den versilberten Spiegel
2,9, der sich, wenn der Kasten wagerecht gehalten wird, in einer senkrechten Ebene
befindet, die um 4.5° zur Seitenwand des Kastens geneigt ist, werden von diesem
Spiegel zurückgeworfen, gelangen auf die kleinen versilberten Teile 30 des Prismas
6, an denen sie reflektiert werden und laufen von-hier an parallel den Strahlen;
welche. von der außerhalb des Kastens
befindlichen Lichtquelle kamen.
Eine Blende 31, welche unter dem Deckel 2 angebracht ist, bewirkt, daß die Lichtstrahlen
der Vergleichslichtquelle nicht auf die andere Seite des Diaphragmas 13 treten und
durch den einstellbaren Spalt hindurch müssen. Der Deckeln des Apparats trägt drei
Linsen (Fig. 4). Die Linsen 32 und 33 dienen zum Ablesen der Teilstriche der Gleitmuffe
16 und der Trommel 18. Die Linse 34. dient zum Ablesen der Teilstriche des Strommessers
i i, der zur Prüfung der Konstanz der Stromstärke des Stromes dient, welcher durch
die Vergleichslichtquelle fließt. Die Teilstriche der Muffe 17, der Trommel 18 und
des Strommessers i i werden von der Lampe 8 aus beleuchtet. Die Anordnung des versilberten
Teiles 3o der Fig. 3 bis ,kann auch vorteilhaft durch eine Versilberung in Gestalt
eines senkrechten Streifens von i bis q. mm Breite ersetzt werden.
-
Das Diaphragma kann, wie es Fig. 5 und 6 zeigen, auch eine-andere
Gestalt besitzen als das in Fig. 2 dargestellte. Bei dieser zweiten Ausführungsform
gehört das Diaphragma zu der Art; welche unter dem Namen Katzenauge-bekannt ist,
und besteht aus zwei beweglichen Wänden 35 und 36 (Fig. 6), welche an zwei mit Gewinde
versehenen Muffen befestigt sind, die in entgegengesetztem Sinne vermittels der
Schraube 39 bewegt werden können; die Schraube ist mit zwei entgegengesetzten
Gewinden versehen (4ö bzw. ¢1) und wird von außen her gedreht durch den Vierkant
42 und den abnehmbaren, geriffelten Knopf 43.
-
Der Apparat wird in folgender Weise gehandhabt. Der Beobachter, der
beispielsweise durch die Öffnung ig blickt, sieht direkt durch die durchsichtigen
(nicht versilberten) Teile 28 des Prismas 6 auf die leuchtende Fläche, deren Beleuchtung
er messen will. Wenn die Vergleichslichtquelle stromlos ist, sieht der Beobachter,
wie es Fig. 3 bis zeigt, eine Reihe dunkler Stellen, welche den wer= silberten Teilen
3o des Prismas entsprechen und sich von dem hellen Untergrund abheben, der durch
die durchsichtigen Teile gebildet wird. Setzt man nun die Lampe 54 unter Stroru,
so gehen- die von ihr ausgesandten Lichtstrahlen durch den Spalt 13, werden am Spiegel-g_
reflektiert und fallen auf die versilberten Teile-3o des Prismas, welche sie beleuchten.
Diese versilberten Teile heben sich jefzt nicht mehr dunkel ab, sondern sie erscheinen
erleuchtet und ihre Beleuchtung kann, je nach der Lichtstärke der Vergleichslichtquelle,
stärker oder schwächer als die der durch die durcbsichtigeii "Teile des Prismas
28 "gebilde"ten- Fläche sein.- Man kann nun durch Drehung der: Schraube 15 des.
Diaphragmas 13 bewirken, daß die Beleuchtung der versilberten Teile gleich der Beleuchtung
der durchsichtigen Teile 28 wird, so daß das Auge nunmehr nur eine gleichmäßig beleuchtete
Fläche erblickt. Um Messungen zu ermöglichen, ordnet man eine Reihe lichtabsorbierender
Gläser an, welche man in den Strahlengang der von der Vergleichslichtquelle ausgehenden
Lichtstrahlen schieben kann, z. B. bei 44 zwischen den Spiegel 29 und das Prisma.
Man kann anderseits auch lichtabsorbierende Gläser in den Strahlengang der Lichtstrahlen
einschieben, welche von der Lichtquelle ausgehen, die gemessen werden soll. Diese
Gläser können in Rahmen ¢7 und .18 eingesetzt sein und durch die Stangen 49 ünd
5o verschoben werden. Unter Verwendung dieser Gläser gelingt es stets, dem Auge
eine gleichmäßig beleuchtete Fläche darzubieten. Die Ablesung der mikrometrischen
Teilstriche, welche die Breite der Öffnung 13 oder des Katzenauges angeben, gestattet
dann ohne Schwierigkeit die Lichtstärke der zu anessenden Lichtquelle zu ermitteln.
-
Will man den Apparat zur Messung der Beleuchtung einer beleuchteten
Fläche benutzen, so stellt man direkt auf diese Fläche ein, so daß man gewissermaßen
das Prisma 6 auf die zu messende Fläche projiziert sieht. Man eicht den Apparat,
indem man die öffnung des Diaphragmas oder des Katzenauges maßt, welche auf den
versilberten Teilen 3o dieselbe Beleuchtung ergibt, wie sie auf dem durchsichtigen
Teil 28 ein weißes Papier hervorbringt, das in einer bekamen Entfernung von einer
Lichtquelle von bekannter Lichtstärke beleuchtet wird. Es ist zweckmäßig, die Stromstärke
der Vergleichslichtquelle derart zu regulieren, daß die für die Öffnung des Diaphragmas
erhaltene Konstante des Apparats eine runde Zahl wird, z. B. indem für ein weißes
Papier, welches eine Beleuchtung von 5o Lux besitzt, Beleuchtungsgleichheit auf
den Flächen 28 und 3o der Prismen 6-hergestellt wird bei einer Öffnung des Katzenauges
von 5oo Teilstrichen.
-
Um die Lichtstärke von Lichtquellen zu messen, setzt man das Opalinglas
4. auf den Rahmen 5 und stellt dieses Opalinglas senkrecht zur Richtung der von
der zu messenden Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen, nachdem der Apparat in eine
bekannte Entfernung zur Lichtquelle eingestellt ist. Man ändert dann die öffnung
des Diaphraginas, um gleiche Beleuchtungen auf den Flächen 28 und 30 zu erhalten.
. Dann. ersetzt man- die zu messende Lichtquelle durch eine Lichtquelle von bekannter
Lichtstärke, die in dieselbe Entfernung gebracht wörden .ist und das Verhältnis
der Öffnungen des Katzenauges in den beiden Fällen -ergibt das Verhältnis
der
Lichtstärken. Man kann die -Konstanten des Apparats auch derart einrichten, indem
man die Anzahl der Teilstriche bestimmt, welche z. B. einer Lichtstärke von io Kerzen
entspricht, die sich in der Entfernung von einem .Meter vom Opalinglas befindet.
-
Um die Beleuchtung in Straßen zu messen, blickt man durch das Prisma
auf stets ein und dieselbe Vergleichsfläche, z. B. einen Schirm aus mattiertem,
emailliertem Blech cder ein mattes Papierkartonblatt (Bristol;, welches an die Stelle
gebracht wurde, deren Beleuchtung bestimmt werden soll, wobei das Kartonblatt j
e nach dem Meßzweck wagerecht oder senkrecht angeordnet wird.
-
Der vorliegende Apparat unterscheidet sich von den bekannten Apparaten
dadurch, daß die Entfernung der Vergleichslichtquelle von der Fläche, auf welcher
man die beiden Beleuchtungen vergleicht, unveränderlich ist und daß man nach Bedarf
die benutzte Lichtmenge verändert, wobei der Apparat -Meßinstrumente enthält, welche
die Stromstärke der Vergleichslichtquelle konstant zu halten gestatten. Man kann
auch in einem festgelegten Verhältnis die Beleuchtung der zu messenden Lichtquelle
finit Hilfe von Opaliiigläsern schwächen. Der Apparat enthält also alle zu einer
Messung notwendigen Elemente in sich selbst und kann, obwohl er tragbar und handlich
ist und wenig Platz beansprucht, zu sehr genauen Messungen von Flächenhelligkeiten,
von Beleuchtungen oder von Lichtstärken beliebiger Flächen oder Lichtquellen verwendet
werden. Die Messung kann außerordentlich schnell ausgeführt werden, so daß der Apparat
selbst von Photographen benutzt werden kann, um die Zeitdauer der Exposition zu
bestimmen, was für die Photographie in Farben besonders wertvoll ist.
-
Die Fig. 7 und 8 stellen in senkrechtem und wagerechtem Schnitt eine
Abart des vorbeschriebenen Apparats dar, in welcher die Veränderung der durch die
Vergleichslichtquelle hervorgebrachten Beleuchtung nicht mehr durch eine Veränderung
einer SpaltbIffnung bewirkt wird, sondern durch die Verschiebung des Vergleichsschirms.
In diesen Fig. 7 und 8 kann der Vergleichsschirm 6o durch irgend ein Mittel verschoben
werden, z. B. mit Hilfe einer Schnur ohne Ende 6i, welche über zwei Rollen 62 und
63 geführt ist und den Wagen 6¢ zieht, der den Schirm trägt. Dieser Wagen wird von
zwei Gleitschienen 65 geführt. Man kann auf diese Weise die Entfernung des Schirmes
6o von dem Lämpchen 66 von i bis io verändern; das Lämpchen 66 dient als feststehende
Vergleichslichtquelle. Die Bewegung wird durch einen Knopf 67 bewirkt. Man kann
auch eine Visiervorrichtung 68 vorsehen, welche festzustellen gestattet, ob der
Glühkörper der Glühlampe sich immer an derselben Stelle des Raumes befindet. Die
Entfernungen werden auf der durchsichtigen Skala_69 mit Hülfe einer Teilung
70 gemessen, die von dem Wagen des Schirms getragen wird. Die Skala kann
direkt in Lichtstärken nach bekannten Verfahren geeicht werden. Im übrigen bleiben
die photometrischen- Einrichtungen dieselben wie für die vorbeschriebenen Fig. i
und 2.
-
Die Fig. 9 und io stellen ebenfalls in senkrechtem und wagerechtem
Schnitt eine andere Abart dar, in welcher die von der feststehenden Lampe 66 auf
einem ebenfalls feststehenden Vergleichsschirm 6o erzeugte B;:-leLichtungs,%tärke
nach Bedarf durch zwei Nicolsche Prismen 7 1 und 72 verändert wird. Das eine
dieser Prismen, z. B. 72, ist in einen Rohr angebracht, das um seine Achse gedreht
werden kann; diese Drehung wird durch eine Schraube ohne Ende 73 bewirkt, welche
man mit Hilfe des geriffelten Knopfes 7.1. bewegt. Die Drehung des Prismas 72 kann
auf beliebige Weise gemessen werden. So kann man z. B. die Oberfläche 75 des drehbaren
Rohres finit Teilung versehen und gegenüber dieser Teilung einen Index 76 anbringen;
oder man kann auf die Schraube ohne Ende eine Mutter 7,7 setzen, deren Teilung sich
gegenüber einem Index 78 verschiebt. Die übrige Anordnung bleibt dieselbe wie in
den Hauptfiguren i und 2.