Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Intensität einer Strahlungsquelle sowie deren Farbtemperatur.
1)ie Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen sowohl der Intensität einer Strahlungsquelle als auch deren Farbtemperatur.
Erfindungsgemäss wird das Verfahren in der Weise ausgeführt, dass man die Strah iungsquelle zweimal auf eine photoelektrisehe Einrichtung einwirken lässt, wobei bei wenigstens einer dieser Einwirkungen mittels einer Filteranordnung nur ein Teil des Spektrums der Strahlungsquelle auf die photoelektrisehe Einriehtung zur Wirkung gelangt, und dass durch einen Vergleich der beiden Intensitätsanzeigen, welche durch die photoelektrische Einrichtung bei diesen beiden Einwirkungen crhalten werden, die Farbtemperatur unmitteilbar zur Anzeige gebracht wird.
Zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens dient das Diagramm der Fig. 1, welches die relative Energieverteilung des schwarzen Körpers in Funktion seiner Temperatur darstellt. Auf der Ordinate links ist die prozentuale Energieverteilung und auf der Abszisse die Wellenlänge des sichtbaren Teils des Spektrums von 0,4 bis 0,75 u angegeben. Die Kurven zeigen die relative Energieverteilung des schwarzen Körpers bei verschiedenen Temperaturen, bezogen auf die Energie bei 560 m (Empfindliehkeitsmaxinuun des Auges) gleich 100. Aus dem Diagramm wird die starke relative Zunahme der Intensität der Rotorstrahlung bei abnehmender Temperatur augenfällig.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird zur Bestimmung der Farbstofftemperatur zweekmässig diese rapide Zunahme des Rotanteils mit abnehmender Farbstofftem- peratur ausgenützt. Zu diesem Zweck kann durch eine strahlungsempfindliche Vorriehtung einmal die Gesamtintensität der Strah lungsquelle ermittelt werden.
Ferner kann dann die Intensität der Rotstrahlung der Strahlungsquelle für sich allein gemessen werden, und zwar derart, dass durch ein einer strahlimgsempfindlichen Vorrichtung vorgeschaltetes Rotfilter nur die Wellenlängenanteile auf die photoelektrische Einrichtung gelangen können, die grösser sind als beispielsweise 0,6 u. Bei einer andern zweckmässigen Ausführungsform des Verfahrens wird durch eine Regelanordnung der auf die strahlungsempfindliche Vorrichtung fallende Liehtstrom auf die nämliche Intensität geregelt, für welche die Eichkurve aufgenommen wurde. wobei nach erfolgter Einregelung der Intensität die Energie des roten Spektralanteils mit einem blauen Spektralanteil verglichen wird.
In Fig. 2 ist durch die Kurve I die spektrale Empfindlichkeit einer Sperrschichtvorderwandzelle dargestellt, während die Kurve II die Durch] asskurve eines Rotfilters bestimmter Dichte darstellt. Das durch ttber schneidung beider Kurven entstehende schraffierte Gebiet ist der Anteil der Rotstrahlung, welcher durch die photoelektrische Zelle zur Anzeige gelangt.
Die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens besitzt erfindungsgemäss eine photoeldttrische Einrichtung und eine Filteranordnung, durch welche nur ein Teil des Spektrums der Strahlungsquelle zur Wirkung auf die photoelektrisehe Einrichtung gelangt, wobei das Anzeigeinstrument der photoelektrischen Anordnung durch die Differenz zweier Anzeigen, welche bei verschiedenen Wirkungsstellungen der Filteranordnung erhalten werden, die Farbtemperatur der Strahlungsquelle unmittelbar zur Anzeige bringt.
Auf der Zeichnung sind in Fig. 3 bis 6 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur wahlweisen Messung der Intensität einer Strahlungsquelle oder deren Farbtemperatur.
Fig. 4 und 5 zeigen je ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.
Fig. 6 zeigt einen Skalenaussehnitt der photoelektrischen Anzeigevorrichtung mit zwei verschiedenen Skalen zur Ablesung der Intensität der Lichtquelle oder deren Farbtemperatur.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird in der gezeiehneten Stellung des limschalters 1 die von der Sperrschichtzelle 2 abgegebene elektromotorische Kraft, welche ein Mass für die auf die Zelle auftreffende Lichtstärke ist, durch das Messinstrlunent 3 ZtU Anzeige gebracht. Parallel zu den beiden Belegen der Zelle ist der Ballastwiderstand 4 geschaltet. Dieser Widerstand, der für Vorderwandzellen vorteilhaft 100 bis 200 Ohm beträgt, gestattet die Anschaltung eines Millivoltmeters mit grossem Innenwiderstand.
In der dargestellten Schalterstellung, in weleher nur. die Zelle 2 wirksam ist, wird durch diese unmittelbar die Intensität der Strah- lungaquelle zur Anzeige gebracht. Zur Bestimmung der Farbtemperatur dieser Strah lungsquelle ist eine nicht dargestellte Regelanordnung vorgesehen. Diese Regelanordnung kann z. B. ein Spannungsteiler sein, welcher bewirkt, dass nur ein Teil der Zellenspannung auf das Messinstrument zur Einwirkung gelangt, oder eine Blende sein. Der Ausschlag des Messinst. rumentes wird durch diese Regelanordnung auf eine an dem Instrument angebrachte Eichmarke eingeregelt.
Hierauf wird durch Niederdrücken der Taste 5 die Sperrsehichtzelle 6 mit ihrem Ballastwiderstand 7, zusammen mit der Zelle 2 und ihrem Ballastwiderstand 4, derart in den Stromkreis eingeschaltet, dass hierdurch die Spannung der Zelle 2 durch die Spannung der Zelle 6 teilweise kompensiert wird. Während die zu messende Strahlung unmittelbar auf die Zelle 2 einwirkt, ist vor der Zelle 6, welche die glei chen photoelektrischen Eigenschaften aufweist wie die Zelle 2, ein Rotfilter 8 angeordnet.
Ilierdureh gelangen nur die Anteile der Rotstrahlung auf die Zelle 6, wodurch sieh die Gesamtspannung entsprechend dem Rotanteil der Lichtquelle verkleinert.
Bei dieser Anordnung ist das Instrument 3 zweckmässig direkt in Graden Kelvin ge eicht. Ein Beispiel einer solchen Ausfül- rungsform ist in Fig. 6 dargestellt, wobei die obere Skala 9 in Belichtungszeiten für photographische Zwecke oder in Lux eingeteilt ist, während auf der untern Skala 10 die Farb- temperatur abgelesen wird.
Die Wiilnmgsweise der beschriebenen An- ordnung ist folgende: Angenommen, die Lichtquelle habe einen geringen Rotanteil, so wird dadurch bei Niederdrücken des Umsehalters 1 die von der Zelle 2 gelieferte Spannung durch die Zelle 6 nur sehr wenig kompensiert. Das Instrument 3 erhält daher eine wenig verminderte Spannung und zeigt deshalb eine hohe Farbtemperatur an. Im Ulll- gekehrten Fall, das heisst wenn die Lichtquel] c vorwiegend aus roter Strahlung besteht, wir,1 die Spannung der Zelle 2 durch die Spannung der Zelle 6 weitgehend kompensiert, und das Instrument 3 erhält eine sehr geminderte Spannung und zeigt somit eine niedrigere Farbtemperatur.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind zur Erhöhung der Empfindlichkeit mehrere Zellen 11, 12,13, 14 gleicher Beschaffenheit in Serie geschaltet, so dass bei Bestrahlung deren elektromotorischen Kräfte sich addieren.
Diese Summenspannung wird durch ein Anzeigeinstrument 15 zur Anzeige gebracht. Die Bestimmung der Farbtemperatur erfolgt bei dieser Ausführungsform in etwas abweichender Weise. Durch die beiden Blendenschieber 16, 17 wird bei herausgezogenem Rotfilter 18 der auf die Photozellen fallende Lichtstrom derart eingeregelt, dass der Zeiger des Messinstrumentes auf einer Eichmarke (z. B. 19, Fig. 6) steht. Daraufhin wird das Rotfilter 18 vollständig hereingesehoben, wodurch nur noch die Rot strahlung der Lichtquelle auf die Zellen gelangt. Bei offener Blende wird die Gesamt intensität der einfallenden Strahlung gemessen. Das Anzeigeinstrument besitzt wie deren wenigstens zwei Skalen (Fig. 6), die eine in Grad Kelvin und die andere in Lux eingeteilt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird die Photozelle 20 zur Hälfte durch das Rotfilter 21 abgedeckt. Vor der Photozelle befindet sieh noch ein Schieber 22 aus optisch undurchlässigem Material, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass auf die Photozelle entweder nur weisses Licht oder nur rotes licht von der Strahlungsquelle gelangen kann, und zwar dadurch, dass der Sehieber 22 sieh nach rechts bewegen lässt und das Rotfilter 21 vollständig deckt. Hierdurch gelangt die von der Lichtquelle durch die Sammellinse 23 aufgefangene Strahlung auf den nicht abgedeckten Teil der Photozelle 20. Parallel zu der Photozelle ist ein als Potentio meter ausgebildeter Widerstand 25 geschaltet.
An den einen Pol des Potentiometers ist der eine Pol des Messinstrumentes 24 angesehlossen, während der andere Pol desselben mit denl Sehiehekontakt 26 des Potentiometers verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform wird zuerst durch Abdecken des Rot filters 21 durch den Sehieber 22 die Strahlung direkt auf die Photozelle gelangen. Bei dieser Stellung kann eine feste Einstellung am Potentiometer vorgesehen sein, wodurch die Gesamthelligkeit der Lichtquelle wiederum direkt angezeigt wird. Soll dagegen die Farbtemperatur dieser Lichtquelle gemessen werden, so wird wieder um durch eine entsprechende Einstellung des Gleitkontaktes am Potentiometer der Ausschlag des Messinstrumentes auf die Eichmarke (19, Fig. 6) eingeregelt.
Nach erfolgter Einregelung wird der Schieber 22 nach links in die gezeichnete Stellung gezogen, wodurch nur noch Rotstrahlung durch das Filter 21 auf die Zelle 20 gelangt und somit ein Mass für die Farbtemperatur der - Lichtquelle gibt.
Die beschriebenen Ausfülirungsbcispiel e lassen sieh in verschiedener Weise niodifizie- ren. Beispielsweise kann bei der Zweizellenmethode, wie sie an Hand der Fig. 3 beschrie hen ist, vor jeder Zelle ein Farbfilter angebracht sein, z. B. ein Rot- bzw. ein Blaufilter, wobei die Einrichtung getroffen werden kann, dass sich das eine Filter von der Zelle entfer ncii lässt, während das andere Filter fest mit der Zelle verbunden bleibt. Eine solche Anordnung ist ähnlich derjenigen nach Fig. 5, wenn der lichtundurchlässige Schieber 22 durch ein Blaufilter ersetzt wäre.
Oder es wird bei einer ähnlichen Ausführungsform, wie diejenige nach Fig. 3, der auf die mit dem Rotfilter versehene Photozelle 2 gelangende Lichtanteil geregelt, bis der Zeiger des Messinstrumentes sich auf der Eichmarke befindet, wonach durch Niederdrücken der Taste 5 die Spannung der Zelle 2 durch die Spannung der mit einem Blaufilter versehenen Zelle 6 teilweise kompensiert wird.
Oder es kann eine ähnliche Anordnung wie nach Fig. 4 vorgesehen sein, wobei mit dem Rotfilter 18 noch ein weiteres nicht dargestelltes Blaufilter eingesehoben wird. Auch hier wird die Messung so durchgeführt, dass zur Bestimmung der Farbtemperatur zuerst das eine, z. B. das Rotfilter, vor die Zelle ge hracht und dann durch Verstellung der Blenden 16, 17 das Messinstrument auf die Eiehmarke eingeregelt wird. Hierauf wird das Rotfilter entfernt und durch das Blaufilter ersetzt, worauf die Farbtemperatur wiederum direkt abgelesen wird.
Method and device for measuring the intensity of a radiation source and its color temperature.
1) The invention relates to a method and a device for measuring both the intensity of a radiation source and its color temperature.
According to the invention, the method is carried out in such a way that the radiation source is allowed to act twice on a photoelectric device, with at least one of these effects only having a part of the spectrum of the radiation source acting on the photoelectric device on the photoelectric device by means of a filter arrangement Comparison of the two intensity displays, which are obtained by the photoelectric device for these two effects, the color temperature is displayed in an unmistakable manner.
The diagram in FIG. 1, which shows the relative energy distribution of the black body as a function of its temperature, serves to explain the method according to the invention. The percent energy distribution is indicated on the ordinate on the left and the wavelength of the visible part of the spectrum from 0.4 to 0.75 u is indicated on the abscissa. The curves show the relative energy distribution of the black body at different temperatures, related to the energy at 560 m (sensitivity maxinuun of the eye) equal to 100. The diagram shows the strong relative increase in the intensity of the rotor radiation with decreasing temperature.
In the method according to the invention, this rapid increase in the red component with decreasing dye temperature is used to determine the dye temperature. For this purpose, the total intensity of the radiation source can be determined once by a radiation-sensitive device.
Furthermore, the intensity of the red radiation of the radiation source can then be measured on its own, in such a way that a red filter connected upstream of a radiation-sensitive device can only reach the photoelectric device those wavelengths that are greater than, for example, 0.6 u. In another expedient embodiment of the method, the light current falling on the radiation-sensitive device is regulated to the same intensity for which the calibration curve was recorded. after the intensity has been adjusted, the energy of the red spectral component is compared with a blue spectral component.
In FIG. 2, curve I shows the spectral sensitivity of a barrier layer front wall cell, while curve II shows the passage curve of a red filter of a certain density. The hatched area resulting from the intersection of the two curves is the portion of the red radiation which is displayed by the photoelectric cell.
According to the invention, the device for carrying out the method according to the invention has a photoeldttric device and a filter arrangement through which only part of the spectrum of the radiation source has an effect on the photoelectronic device Filter arrangement are obtained, which brings the color temperature of the radiation source directly to the display.
3 to 6 of the drawing show exemplary embodiments of the device according to the invention.
Fig. 3 shows an embodiment of the device for the optional measurement of the intensity of a radiation source or its color temperature.
4 and 5 each show a further embodiment of the device.
6 shows a scale section of the photoelectric display device with two different scales for reading off the intensity of the light source or its color temperature.
In the embodiment according to FIG. 3, in the shown position of the limit switch 1, the electromotive force emitted by the barrier cell 2, which is a measure of the light intensity striking the cell, is displayed by the measuring instrument 3 ZtU. The ballast resistor 4 is connected in parallel to the two occupations of the cell. This resistance, which is advantageously 100 to 200 ohms for front wall cells, allows a millivoltmeter with a large internal resistance to be connected.
In the switch position shown, in which only. the cell 2 is effective, the intensity of the radiation source is displayed by this directly. To determine the color temperature of this radiation source, a control arrangement, not shown, is provided. This control arrangement can, for. B. be a voltage divider, which causes only part of the cell voltage to affect the measuring instrument, or be a diaphragm. The rash of the Messinst. rumentes is regulated by this rule arrangement to a calibration mark attached to the instrument.
Then, by pressing the button 5, the barrier cell 6 with its ballast resistor 7, together with the cell 2 and its ballast resistor 4, is switched into the circuit in such a way that the voltage of cell 2 is partially compensated for by the voltage of cell 6. While the radiation to be measured acts directly on the cell 2, a red filter 8 is arranged in front of the cell 6, which has the same photoelectric properties as the cell 2.
Only the portions of the red radiation reach the cell 6, whereby the total voltage is reduced in accordance with the red portion of the light source.
With this arrangement, the instrument 3 is expediently calibrated directly in degrees Kelvin. An example of such an embodiment is shown in FIG. 6, the upper scale 9 being divided into exposure times for photographic purposes or in lux, while the color temperature is read off on the lower scale 10.
The aim of the described arrangement is as follows: Assuming that the light source has a low red component, when the switch 1 is pressed down, the voltage supplied by the cell 2 is only very slightly compensated by the cell 6. The instrument 3 therefore receives a slightly reduced voltage and therefore displays a high color temperature. In the opposite case, that is, if the light source consists predominantly of red radiation, the voltage of cell 2 is largely compensated for by the voltage of cell 6, and instrument 3 receives a very reduced voltage and thus shows a lower voltage Color temperature.
In the embodiment according to FIG. 4, several cells 11, 12, 13, 14 of the same nature are connected in series to increase the sensitivity, so that their electromotive forces add up when irradiated.
This total voltage is displayed by a display instrument 15. The color temperature is determined in a somewhat different manner in this embodiment. With the red filter 18 pulled out, the two diaphragm slides 16, 17 regulate the luminous flux falling on the photocells in such a way that the pointer of the measuring instrument is on a calibration mark (e.g. 19, FIG. 6). The red filter 18 is then lifted in completely, so that only the red radiation from the light source reaches the cells. With the aperture open, the total intensity of the incident radiation is measured. Like theirs, the display instrument has at least two scales (FIG. 6), one in degrees Kelvin and the other in lux.
In the embodiment according to FIG. 5, half of the photocell 20 is covered by the red filter 21. In front of the photocell there is also a slide 22 made of optically opaque material, the arrangement being such that either only white light or only red light from the radiation source can reach the photocell, namely by making the slide 22 look to the right can move and the red filter 21 completely covers. As a result, the radiation captured by the light source through the converging lens 23 reaches the uncovered part of the photocell 20. A resistor 25 designed as a potentiometer is connected in parallel with the photocell.
One pole of the measuring instrument 24 is connected to one pole of the potentiometer, while the other pole of the same is connected to the visual contact 26 of the potentiometer.
In this embodiment, the radiation will first reach the photocell by covering the red filter 21 with the sight glass 22. In this position, a fixed setting can be provided on the potentiometer, whereby the overall brightness of the light source is again displayed directly. If, on the other hand, the color temperature of this light source is to be measured, the deflection of the measuring instrument to the calibration mark (19, FIG. 6) is adjusted again by a corresponding setting of the sliding contact on the potentiometer.
After the adjustment has been made, the slide 22 is pulled to the left into the position shown, so that only red radiation passes through the filter 21 onto the cell 20 and thus provides a measure of the color temperature of the light source.
The exemplary embodiments described can be niodified in various ways. For example, in the two-cell method, as described with reference to FIG. 3, a color filter can be attached in front of each cell, e.g. B. a red or a blue filter, whereby the device can be made that one filter can be removed from the cell, while the other filter remains firmly connected to the cell. Such an arrangement is similar to that of FIG. 5 if the opaque slide 22 were replaced by a blue filter.
Or in a similar embodiment, like that according to Fig. 3, the portion of light reaching the photocell 2 provided with the red filter is regulated until the pointer of the measuring instrument is on the calibration mark, after which the voltage of cell 2 is set by pressing button 5 is partially compensated for by the voltage of the cell 6 provided with a blue filter.
Or an arrangement similar to that according to FIG. 4 can be provided, with the red filter 18 being raised with a further blue filter (not shown). Here, too, the measurement is carried out in such a way that to determine the color temperature, first one, e.g. B. the red filter, ge in front of the cell and then by adjusting the aperture 16, 17, the measuring instrument is adjusted to the Eiehmarke. The red filter is then removed and replaced by the blue filter, whereupon the color temperature is read off directly.