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Regelbare Blende für photometrische Einrichtungen zum Messen der Rückstrahlung
des Lichtes von festen Oberflächen Wenn man die diffuse Rückstrahlung einer Fläche
messen will, ist es notwendig, die Rüdcstrahlung für alle Richtungen 4es Raumes
zu bestimmten und hierüber das Mittel zu bilden. Man verwendet zweckmäßig dabei
Einrichtungen, die diese M ittelwertshiltdung selbsttätig ausführen, damit nur eine
einzige Helligkeitseinstellung notwendig wird. Es ist bekannt, daß man sich vorteilhaft
der Einrichtung der Ulbrichtschen Kugel, also einer innen weißen Hohlkugel bedient,
in welcher ein Teil der Wand durch die zu messende Probe ersetzt wird. Man kann
dabei entweder so vorgehen, daß man nur auf die zu messende Probe Licht fallen läßt
und nun auf irgendeiner Stelle der Kugelwand die Beleuchtungsstärke mißt. Es ist
hierzu notwendig, daß dde Stelle der Kugelwand gegen das von der Probe selbst kommende
Licht abgeschirmt wird. Man kann auch so vorgehen, daß ein Teil der Kugelwand beleuchtet
wird, Wobei wieder die Probe vor dem von diesem Teil kommenden Licht zu schützen
ist un'd das von der Probe zurückgestrahlte Licht zur Messung gelangt. Man kann
sich bei solchen Messungen als Vergleticbshelligkeit tder von einem Teil der Kugelwand
ausgestrahlten Lichtmenge bedienen. In diesem Falle herrscht, wenn die Fläche der
Probe genügend klein ist, verglichen mit der Innenfläche der Kugel, eine nahezu
vollkommene Proportionalität zwischen dem gemessenen Helligkeitsverhältnis und der
wahren Rückstrahlung (der Probe. Es ist aber gelegentlich im Interesse einer guten
Lichtausheute notwendig, die Kugel ziemlich klein auszuführen. Dann macht
es
Schwierigkeiten, einen Teil der Kugelwand als Vergleichshellisvkeit zu verwenden.
In diesem Falle bedient man sich einer zweiten Kugel, die Licht von der gleichen
Lichtquelle empfängt. Das Licht, das in diese Kugel eintritt, läßt man eine Schwächungsvorrichtung
passieren, die zur DvleLssung der Helligkeit dienen soll. Man vergleicht nun die
Helligkeit einer Stelle der ersten Kugel (Probenkugel) mit der Helligkeit einer
Stelle der zweiten Kugel- (Meßkugel) und regelt die Schwächungsvorrichtung so, daß
man die gleiche Helligkeit beobachtet.
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Die einfachste Schwächungsvorrichtung ist eine Blende von regelbarer
Öffnung. Eine solche Vorrichtung in der bisher bekannten Form mit kreisförmiger
oder rechteckiger Öffnung verursacht aber Fehler im Meßresultat, denn es herrscht
aus zwei Gründen nicht die gewünschte Proportionalität zwischen der Schwächungsvorrichtung
der Meßvorrichtung und der gesuchten Rückstrahlung der Probe.
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Eine Schwierig,keit besteht darin, dafür zu sorgen, daß die Beleuchtungsstärke
an allen Stellen der vollständig geöffneten Blende genau die gleiche ist. Ferner
wäre, selbst wenn man dliese Bedingung erfüllen kann, die Proportionalität noch
nicht gewährleistet, da schon die Beleuchtungsstärke auf einer Wandstelle der Probenkugel
der Rückstrahlung der Probe um so weniger proportional ist, je größer die von der
Probe eingenommene Fläche der Kugelwand verglichen mit der ganzen Wandfläche ist.
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Man kann trotzdem eine solche Einrichtung, d. h. also eine Blende
von regelbarer öffnung, bei einem Gerät der obenbeschriebenen Gattung verwenden,
wenn man gemäß der Erfindung die gegeneinander verstellbare Teile enthaltende Blende
so ausbildet, ,daß zur Erzielung einer Proportionalität zwischen der Verstellung
und der tatsächlichen Rückstrahlung der zu messenden Probe bei einer proportional
mit der Einstellbewegung ihrer Antriebsvorrichtung erfolgenden Verstellung eine
Fläche freigegeben wird, deren Größenänderung der Einstellbewegung weder direkt
noch dem Quadrat davon proportional ist.
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Es sind bereits Blenden, z. B. Spaltblenden und Irisblenden, bekannt,
denen man eine beliehige andere als dem linearen oder quadratischein Gesetz folgende
Kennlinie erteilt, indem man sie entweder mit Profilausschnitten versieht oder den
betreffenden Antrieb über eine Kurvensdieibe besorgt, die eine entsprechende Verzerrung
bzw. Entzerrung der Kennlinie in gewollter Weise ergibt, beispielsweise um eine
lineare Teilung verwenden zu können. Der Zweck der Anwendung der erfindungsgemäßen
Blendenformen ist es.
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WIeßfehler infolge unvermeidl icher Beleuchtungsungleidimäßigkeiten
bei der Messung der Rückstrahlnng des Lichts von festen Oberflächen zu beseitigen.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Blendvorrichtung
so ausgebildet, daß sie Blendenränder aufweist, die eine von der rechteckigen Gestalt
abweichende Gestalt der vom Licht durchsetzten Öffnung hervorrufen.
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So ist es z. B. möglich, daß man die Blende aus bewegten und festen
Teilen zusammensetzt, wobei die bewegten Teile der Blende begrenzung parallele gerade
Kanten besitzen, während die festen Teile zwei unter einem Winkel zueinander verlaufende,
gerade Kan ten aufweisen. In der geschlossenen Stellung der Blendenvorrichtung fällt
zweckmäßig der Scheitel des Winkels mit den Blendenkanten der bewegten Teile zusammen.
Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung wird durch eine Blendvorriditung
dargestellt, bei der die Ränder der festen Blendenteile krummlinig berandet sind.
Weitere Beispiele für die erfindungsgemäße Form einer Blendvorrichtung sind dadurch
gegeben, daß die Öffnung für den Lichtdurchtritt durch die Kanten bewegter Blendenteile
begrenzt wird, die z. B. eine sechseckige Fläche freigeben. \ATeiterhill können
die Blendenkanten auch eine rechteckige Fläche freigeben, wobei jedoch die Verbindungsgerade
zweier bei der Verstellung der Blendenteile sich auf dieser Geraden gegeneinander
bewegender Punkte mit den Diagonalen der rechteckigen Fläche einen Winkel miteinander
bilden, der zwischen Oo und 450 veränderlich ist. Dieser Winkel kann für jede Einstellung
der Blende konstant auf einen Wert eingestellt werden; die Einrichtung kann aber
auch so getroffen werden, daß der Winkel sich mit der Einstellbewegung der Blendvorrichtung
verändert.
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Von den zwei eingangs erwähnten Gründen, die eine Abweichung von
dem linearen Zusammenhang zwischen der Einstellbewegung der Blendvorrichtung und
der Größe der freigegebenen Öffnung bewirken, nämlich -mangelhafte Gleichmäßigkeit
in der Beleuchtung der Blendenfiäche und mangelhafte Proportionalität zwischen der
zu messenden Rückstrahlung und der Helligkeit an der Wand der Probenkugel, ist insbesondere
diese letztere Erscheinung von der Farbe abhängig.
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Der Zusammenhang zwischen der Rückstrahlung der Probe und der Wandhelligkeit
der Kugel wird beeinflußt durch das Verhältnis der Probefläche zur Kugelinnenfläche
und durch die Rückstrahlung der Wand. Wenn diese Rückstrahlung aber von der Farbe
abhängt, dann ist auch die Abweichung von der Proportionalität von der Farbe abhängig.
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Auf Grund dieser Tatsache besteht also eine weitere Forderung, die
gemäß weiterer Ausgestaltung
der Erfindung verwirklicht wird, beim
Messen mit verschiedenen Farben eine verschieden starke Korrektion anzubringen.
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Zu diesem Zweck wird gemäß dieser weiteren Ausgestaltung eine zusätzliche
Blende vorgesehen, die am Ort der Hauptblendvorrichtung eine weitere, veränderliche
Ausbiendung des die Blendvorrichtung durchsetzenden Lichtstromes bewirkt. Nach einer
Ausführungsform der Erfindung weist die zusätzliche Blende rautenförmige Gestalt
auf und ist um eine Achse senkrecht zur Lichtrichtung drehbar angeordnet. Dabei
kann die zusätzliche Blende unmittelbar neben der Blendvorrichtung angeordnet sein.
Es ist auch möglich, die zusätzliche Blende als Bild eines rautenförmigen Blendenteils
in der Ebene der Hauptblendvorrichtung zu entwerfen. Die zusätzliche Blende besteht
aus einem Material, das den von ihr bedeckten Teil der Öffnung der Blendvorrichtung
für jedes Licht undurchlässig macht.
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Es besteht noch eine andere Möglichkeit, die Abhängigkeit der Rückstrahlung
von der Farbe und damit die Abhängigkeit der Korrektionsgröße vorder Farbe zu kompensie
ren. Wenn man z. B. für die Messung im Roten eine stärkere Korrektion braucht, so
kann man die Einrichtung so treffen, daß man die Raute nicht aus einem für jedes
Licht undurchlässigen Mater,ial, z,B. also aus Metall macht, sondern aus einem Material
herstellt, das lediglich für rotes Licht undurchlässig, für blaues dagegen durchlässig
ist.
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Eine solche Raute braucht nicht gedreht zu werden, man kann sie daher
entweder in der Ebene der Hauptblende abbilden, oder aber man kann die Ränder der
Blendenbegrenzungen der Hauptblende aus einem Material herstellen, das xden von
den Begrenzungen bedeckten Teil der Öffnung der Hauptblende nur für einen bestimmten
Teil des farbigen Spektrums, z. B. also für den roten Teil, undurchlässig macht.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur meßbaren Schwächung,des Lichts
ist in allen Anordnungen zur- Messung der Rückstrahlung anwendbar, also bei Anordnung
zur visuellen Photometrie- als auch bei lichtelektrischen Photometeranordnungen.
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Einilge AusführunNgsbeispiele der Erfindung sind in den im folgenden
näher beschriebenen Abbildungen dargestellt, wobei Abb' I schematisch ein Beispiel
einer bekannten Meßeinrichtung zur Veranschaulichung der Strahlengänge zeigt, Abb.
2, -3 und 4 stellen Ausführungsformen von Blenden gemäß der Erfindung dar, während
in Abb 5 eine Blentie gemäß der Erfindung mit veränderlichem Korrekturwert gezeichnet
ist.
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Abb. 6 stellt eine Ausführungsform einer Einrichtung dar, bei der
nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine zusätzliche Blende in der Ebene
der Hauptblende abgebildet wird.
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Abb. 7 und 8 zeigen verschiedene Stellungen der in der Ebene der
Hauptblende abgebildeten zusätzlichen Blende, während in Abb. g eine Blende mit
für einen bestimmten Teil des Spektrums undurchlässigen Kanten dargestellt ist.
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Im einzelnen ist in Abb. I mit I eine Licht quelle bezeichnet, von
der eine zu untersuchende Probe 2 beleuchtet wird, die mit einer nicht gezeichneten
Haltevorrichtung von unten an eine Kugel 3 angedrückt wird. Die Beleuchtung erfolgt
über ein geeignetes Kondensorsystem 4. Das Licht, das die Probe zurückstrahlt, wird
von der Kugel aufgenommen und auf einen ' Lummer-Brodhunschen Würfel 5 geleitet.
Dieser besteht aus einem Glaswürfel, der aus zwei mit ihren Hypothenusenflächen
gut àufeinander passenden rechtwinkligen Prismen besteht. An dem Prisma 6 ist eine
Kugelfläche angeschliffen. An der Berührnngsfläche a-b sind die Prismen zur Erzielung
optischen Kontaktes fest aneinandergepreßt. Das von dem Innern der Kugel 3 ausgehende
Licht passiert den Würfel und gelangt durch die Kreisfläche a-b zu dem mit Hilfe
der Linse 7 auf das Fetd der Hypothenusen akkomodierten Auge 8. Ein Teil des von
der Lichtquelle I ausgehenden Lichtstromes wird über eine Linsenanordnung 9 zu einer
zweiten Kugel 10 geleitet und passiert eine Blendenvorrichtung II, die erfindungsgemäß
mit Blendenkanten ausgestattet ist, die eine von der reckteckigen abweichende Gestalt
der vom Licht durchsetzten Öffnung bewirken.
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Das aus der Kugel 10 austretende Licht gelangt nun nach totales Reflexion
an der Hypothenusenflächle c-d des Glasprismas 12 zum Auge 8, so daß das beobachtete
Feld das Aussehen einer Kreisfläche hat, in der ein Feld von unterschiedlicher Helligkeit
eingelagert ist. Zu Meßzwecken muß nun auf gleiche Helligkeit der beiden Flächen
eingestellt werden, was dann der Fall ist, wenn die Öffnung der Blendenanordnung
II so weit verkleinert ist, daß die Beleuchtungsstärke der betrachteten Wandstelle
der Vergleichskugel Io gleich derjenigen der Meßkugel 3 ist.
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Die Abb. 2 veranschaulicht ein Beispiel einer Blendenanordnung gemäß
der Erfindung, bei der bewegte Teile 12 mit parallelen geraden Kanten vorgesehen
sind, die feste Teile 13 überdecken, die zwei unter einem Winkel zueinander verlaufende
Kanten besitzen.
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In Abb. 3 ist eine Blendenanordnung gemäß der Erfindung dargestellt,
bei der eine krummlinige Begrenzung der festen Blendenteile 13
vorgesehen
ist, während die bewegten Teile 12 ebenfalls parallele, gerade Kanten aufwei sen.
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Das Ausführungsbeispiel einer Blendenanordnung nach Abb. 4 weist
nur bewegte Blendenteile 14 auf, welche eine sechseckige Fläche freigeben.
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In den Beispielen gemäß den Abb. 2, 3 und 4 werden die bewegten Blendenteile
von einer Spindel I5, die mit einer Meßtrommel I6 versehen ist, verschoben, wobei
die eine Hälfte der Spindel und die von dieser bewegte Mutter I7 Linksgewinde, die
andere Hälfte mit der Atutter 18 Rechtsgewinde aufweisen.
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Die Abb. 5 stellt ein Ausftihrungsbelspiei einer Blende gemäß der
Erfindung dar, bei der von den Bfendefflcanten eine rechteckige Fläche freigegeben
wird. Zwei bewegliche Blendenteile 19 und 20 sind in krei1sbogenförmigen Führungsstücken
21, 22, 23 und 24 drehbar eingesetzt, wobei die unteren Führungsstüde 21 und 22
mit Hilfe der Muttern I7 und I8 von der Spinclel 15 mit der Meßtrommeln6 verschoben
werden können. Die Blendenteile 19 und 20 können mit Hilfe einer weiteren Spindel
25 gemeinsam so verstellt werden, daß die Diagonalen der rechteckigen Fläche mit
der Bewegungsrichtung der Einstellung einen Winkel bildet. Die Versteilmig der beiden
Blen denteile erfolgt zlveckmäßig dann, wenn die Blende vollständig geöffnet ist,
weil in diesem Falle die kreisförmigen äußeren Begrenzungen der Blendenteile zur
Deckung gebracht sind und die Spindel 25 beide Blendenteile gemeinsam verdrehen
kann.
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Zu diesem Zwecke können die Begrenzungen der Blendenteile eine Zähnung
aufweisen, in die die Spindel 25 zum Eingriff gebracht werden kann, wenn die Blende
vollständig geöftnet ist. Sofern eine gleichzeitige Verstellung des Winkels bei
jeder Öffnung der Blende erforderlich ist, kann statt der Spindel 25 eine Drehung
beider Blendenteile, z. B. mittels einer Parallelogrammführung. vorgenommen werden.
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In der Abb. 7, die die Abbildung einer Blende von rautenförmiger
Gestalt 26 zeigt sind zusätzlich zu den Elementen der Abb. I noch eine Linse 27,
die die Blende 26 in der Ebene der Hauptblende II abbildet, und eine Feldlinse 28
vorgesehen, die die Abbildung der Öffnung der Linse g auf die Linse 27 zu 1-eisten
hat. Die Abb. 7 und 8 zeigen verschiedene Stellungen der zusätzlichen Blende 26,
deren Bild 26' einen Teil der Öffnung der Haupthlende abdeckt. Mit Hilfe dieser
zusätzlichen Abblendung kann man dieselbe Wirkung erzielen, wie wenn man den Winkel,
den die Begrenzungskanten der festen Blendenteile 13 miteinander bilden, verändert.
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Die Abb. g zeigt als Abänderung der Blenden formeln gemäß der Abb.
2 die Anordnung von für einen bestimmten Teil des Spektrums undurchlässigen Berandungen
28 des Blendenteils 13.