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Vorrichtung zur Feststellung bzw. Messung von Lichtstreuungen
Die Erfindung
betrifft die Feststellung und Messung von Lichtstreuungen an durchlässigen Schichten,
wie beispielsweise Gläsern, Filmen und Folien aller Art, Rauch und Nebel, sowie
an Flüssigkeiten.
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Es ist bekannt, zur Messung von Lichtstreuungen ein Lichtbündel durch
die zu messende Substanz zu schicken und die Helligkeit des abgebeugten Lichtes
subjektiv unter einem rechten Winkel zum einfallenden Licht zu bestimmen. Der Winkel
kann dabei auch kleiner sein, er beträgt vielfach 450, gegen die Richtung des einfallenden
Lichtes gesehen. Die Messung erfolgt im allgemeinen subjektiv, z. B. mit dem Pulfrich-Photometer,
da die geringe Streuintensität und der geringe Raumwinkel, unter dem die Streustrahlung
beobachtet wird, eine objektive Messung mittels Photozelle od. dgl. nicht zulassen.
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Es sind ferner auch Verfahren bekannt, bei denen die Streuung mittels
einer Differenzmethode gemessen wird, indem nämlich der Streukörper das eine Mal
in die Nähe der Photozelle, wobei auch das Streulicht zum Teil auf diese auffällt,
zum anderen genügend weit weg von dieser in den Gang eines Lichtstrahles gebracht
und die Differenz beider Ausschläge zur Bestimmung der Streustrahlung herangezogen
wird.
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Mit diesen bekannten Methoden gelingt es nicht, Lichtstreuungen,
insbesondere solche kleinen Ausmaßes mit den Anforderungen der Praxis Genüge leistender
Genauigkeit festzustellen oder zu messen bzw. zu registrieren. Es sind auch lichtelektrische
Trübungsmesser bekannt, bei denen die Streustrahlung auf die Photozelle konzentriert
wird.
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Es ist auch schon die Lehre gegeben worden, alle an optischen Grenzflächen,
wie z. B. Linsen, entstehende Streustrahlen vom Meßstrahlengang fernzuhalten.
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Hierdurch wird jedoch nur der Weg gewiesen, optische Elemente, die
zur Streuung Anlaß geben, überhaupt nicht im Meßstrahlengang anzuordnen. Für axialsymmetrischen
Strahlengang ist außerdem eine Vor-
richtung bekannt, bei der der
Beleuchtungskondensor ringförmig ausgebildet und die Beobachtungsoptik in dem Schattenkegel
angeordnet ist, so daß sie nicht vom direkten Licht getroffen werden kann. Diese
Anordnung ist aber verhältnismäßig lichtschwach und erfordert große und sehr genau
korrigierte Kondensorlinsen. Auch gilt diese Lösung nur für kleine Aperturen des
Beobachtungsstrahlenganges.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Vorrichtung, die diese Nachteile
behebt und mit deren Hilfe es möglich ist, Lichtstreuungen jeder Art, besonders
auch kleinere und sogar sehr geringe Lichtstreuungen, wie z. B. solche von kleinen
Bruchteilen eines Promille, in einwandfreier Weise zu bestimmen.
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Erfindungsgemäß wird zur Feststellung bzw. Messung der beim Strahlendurchgang
durch einen Streukörper entstehenden Lichtstreuung eine Vorrichtung vorgeschlagen,
bei der die von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen durch eine Kondensorlinse
gesammelt, durch den zu untersuchenden Streukörper auf eine Linse geführt werden,
vor welcher zur Ausblendung der gesammelten Strahlen eine Blende angebracht ist,
und die Streustrahlung unter Mitwirkung -der Linse auf eine Photozelle konzentriert
wird, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Ausblendung der in der Kondensorlinse
entstandenen Streustrahlung eine zweite Blende E und eine zweite Linse F angeordnet
sind, durch die zusammen mit der ersten Linse die Streustrahlung auf die Photozelle
konzentriert wird. Der ursprüngliche Lichtstrahl wird dabei nach Durchtritt durch
den StreukörperH mittels der Blende C ausgeblendet. Das besondere Merkmal der Erfindung
besteht darin, daß die beim Durchgang der Strahlen durch die Kondensorlinse B entstehende
Streustrahlung mittels einer weiteren Linse D und der Blende E ebenfalls ausgeblendet
wird. Es bleibt lediglich-noch die beim Durchgang der Strahlen durch den Streukörper
H entstehende, zu bestimmende Streustrahlung übrig, die mittels eines aus den beiden
Linsen D und F bestehenden optischen Systems auf der PhotozelleG konzentriert wird,
wo sie gemessen wird. Es können Photozellen der verschiedensten Art verwendet werden,
wie Alkali- und Selenzellen, sowie auch Elektronenvervielfacher und Photowiderstände,
wie z. B. Cadmiumsulfidzellen.
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Die beiden Blenden C und E können, wie in der Abbildung gezeigt,
direkt mit den Linsen verbundensein, sie können aber auch im Raum zwischen dem Streukörper
H und der Linse D bzw. zwischen der Linse D und der Linse F angeordnet sein. Der
zu untersuchende Streukörper H wird zweckmäßig im Brennpunkt der Linse D angebracht.
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Die in der Abbildung gezeigte Apparatur kann ferner in der Weise
abgeändert werden, daß an Stelle der Linse F beispielsweise ein Hohlspiegel angeordnet
ist, der die vom Streukörper ausgehende Streustrahlung auf eine im Raum zwischen
der Linse D und dem Hohlspiegel vorgesehene Photozelle od. dgl. wirft. Auf der Rückseite
der Photozelle kann in einem solchen Falle zweckmäßig die Blende E zum Ausblenden
der in der Kondensorlinse B entstandenen Streustrahlung angeordnet sein. Geeignet
ist jedes optische System, das es gestattet, die zu messende, in dem Streukörper
H erzeugte Streustrahlung subjektiv oder objektiv zu bestimmen.
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Beispielsweise kann man mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit
besonderem Vorteil die Messung der Streuung von Dreischichtengläsern vornehmen,
die bekanntlich aus zwei Glasplatten mit einer Zwischenschicht aus einem klebenden
Kunstharz bestehen. Für die praktische Anwendung solcher Gläser als Windschutzscheibe
bei Kraftfahrzeugen ist es besonders wichtig, die Lichtstreuung der Zwischenschicht
so niedrig wie möglich zu halten, denn diese Streuung verursacht z. B. tagsüber
bei Sonnenschein und des Nachts bei Beleuchtung durch entgegenkommende Scheinwerfer
eine diffuse Aufhellung der gesamten Scheibe, wodurch die Sicht stark beeinträchtigt
werden kann. So ergab z. B. die Bestimmung des Streuanteils bei derartigen Dreischichtengläsern,
gemessen an mehreren Stellen, im Mittel den Betrag von 0,2990/00. Da der- Streuwert
der Gläser allein mit 0,in5 °/00 festgestellt wurde, erhält man für die Zwlschenschicht
als solche einen Streubetrag von 0,Ig4°/o0.
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Weiterhin kann die Erfindung auch bei der Bestimmung der Streuung
von Gelatineschichten und Gelatineschichtträgern für photographische Zwecke angewendet
werden oder für die Bestimmung von streuenden Partikeln in Flüssigkeiten und Gasen.
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Die Zuverlässigkeit, die beim Arbeiten gemäß der Erfindung zu erreichen
ist, ersieht man daraus, daß der Nulleffekt, d. h. wenn man keinen Streukörper in
den Strahlengang einschaltet, ein äußerst geringer ist.
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Er beträgt, wie Versuche ergeben haben, etwa 4/1000 Promille des
einfallenden Lichtstromes. Ein erheblicher Teil dieses Wertes ist dabei durch den
Staubgehalt der Luft im Apparat bedingt. Er verschwindet naturgemäß, wenn die Apparatur
mit gefilterter Luft versorgt wird.
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Ein weiterer Vorteil ist der, daß es gelingt, eine axialsymmetrische
Streustrahlungsverteilung zur Messung heranzuziehen, wobei für einen bestimmten
Raumwinkel, unter dem die Streustrahlung erfaßt wird, naturgemäß der Streuwinkel
selbst weniger differiert, als wenn z. B. der Strahl unter dem gleichen Raumwinkel
von der Seite her nach einer nicht axialen Anordnung beobachtet worden wäre. Schließlich
ist ein weiterer Vorteil noch durch folgende Verhältnisse begründet. Die Streustrahlungsverteilung
verläuft in den meisten Streustrahlern, nämlich solchen, deren Streuzentren größer
sind als 1/20 der Lichtwellenlänge, nicht mehr richtungsunabhängig, wie dies in
der Rayleighschen Beziehung gefordert wird, sondern der Anteil der in der Strahlrichtung
gestreuten Strahlung wird immer erheblicher, je größer die Streuzentren werden.
Eine Meßmethode, die gerade diesen Anteil speziell zu erfassen in der Lage ist,
wird daher eine viel empfindlichere Messung der Strahlung erlauben als eine solche,
die mit größeren Streuwinkeln arbeitet, wo die Intensität der Streustrahlung im
allgemeinen viel geringer ist.