Apparatur zur kontinuierlichen Messung des Wassergehaltes photographischer Schichten
Die Erfindung betrifft eine Apparatur zur kontinuierlichen Messung des Wassergehaltes photographischer Schichten bei der Herstellung photographischer Filme, welche Apparaturvorrichtungen zur Erzeugung eines Lichtbündels von einer Wellenlänge von 1,95 u zum Messen des Wassergehaltes und eines weiteren Lichtbündels von einer Vergleichswellenlänge zwischen 1,7-1,8 u, wobei diese Lichtbündel praktisch an der gleichen Stelle die zu messende, wasserhaltige Schicht durchdringen und einen hinter dem Messobjekt angeordneten Empfänger aufweist, der die Intensität der beiden Strahlenbündel vergleicht.
Photographische Filme bestehen im allgemeinen aus einer oder mehreren lichtempfindlichen Schichten sowie verschiedenen llilfsschichten. Insbesondere bei modernen Farbfilmen werden dabei an die Giessgenauigkeit sehr hohe Anforderungen gestellt, da die Menge des pro m2 aufgetragenen Silberhalogenids innerhalb sehr enger Toleranzgrenzen von etwa 1-2 % liegen muss. Bei der Messung des aufgetragenen Silbers zur Überwachung des Begiessvorganges stösst man insofern auf Schwierigkeiten, als bei mehrschichtigen Filmen auch das Silber der darunterliegenden Emulsionsschichten mitgemessen wird. Zur Ermittlung des aufgetragenen Silbers s sollte man da- her den Silberhalogenidgehalt der darunter liegenden Schichten kennen und von dem gemessenen Ergebnis subtrahieren.
Ein derartiges Verfahren genügt jedoch insbesondere bei Farbfilmen mit mehreren Schichten den Anforderungen an die Messgenauigkeit nicht.
Grundsätzlich wäre es auch möglich, den Silbergehalt indirekt dadurch zu bestimmen, dass man das beim Begiessen der Schicht aufgetragene Wasser misst. Sofern dann die unter der aufgetragenen Schicht liegenden weiteren Schichten nur Wasser in vernachlässigbaren Mengen enthalten, kann man aus diesem Wasserauftrag bei Kenntnis des Verhältnisses der Konzentration des Wassers zu der des Silber den Silberauftrag ermitteln.
Hierzu sind jedoch nicht die bekannten Photometer brauchbar, die beispielsweise zur Bestimmung des Wassergehaltes in Folien verwendet werden. Die Bestimmung der Wasserkonzentration wird mit dem bekannten Gerät z. B. wie folgt durchgeführt:
Mit einer optischen Anordnung werden zwei Lichtbündel der Wellenlänge 1,95 c und der Wel- lenlänge von z. B. 1,8 cz hergestellt und die Ex tinktion der Folie bei diesen Wellenlängen verglichen. Bei der Wellenlänge von 1,95 a befindet sich eine Wasserabsorptionsbande, während bei 1,8 u das Wasser nur vernachlässigbar absorbiert.
Sofern nun die wasserfreie Folie bei den beiden genannten Wellenlängen gleiche Extinktion aufweist, ergibt der oben erwähnte Vergleich der Extinktionen bei den beiden Wellenlängen einen Messwert, der dem Wassergehalt in der Folie proportional ist. Das genannte bekannte Verfahren funktioniert nur dann, wenn die Extinktion der trockenen Grundsubstanz bei der Messund Vergleichswellenlänge die gleiche ist.
Derartige bekannte Geräte sind in vorliegendem Fall ungeeignet, da die lichtempfindlichen Schichten ein wellenlängenabhängiges Streuvermögen besitzen.
Es kommt hinzu, dass auch bereits vorhandene lichtempfindliche oder Hilfsschichten beispielsweise Lichthofschutz- oder Haftschichten und schliesslich auch die Filmunterlagen in dem in Betracht kommenden Spektralbereich in mehr oder weniger starkem Masse durch Streuung oder Absorption die Messung beeinflussen. Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass wegen Lichtempfindlichkeit der photographischen Materialien für die Messungen nur Strahlen aus dem infraroten Bereich in Frage kommen. Ausserdem sind diese störenden Streuungen und Absorptionen wellenlängen abhängig.
Die Messung des Wasserauftrages mit den bekannten Geräten würde beeinflusst werden nicht nur vom Wasserund Silbergehalt der zu messenden Schicht und der Art ihres Streuverhaltens, sondern auch von diesen Eigenschaften aller darunterliegenden Schichten und zudem auch noch von der Lage der zu messenden Schicht zu den optischen Teilen.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass bei geeigneter Wahl der Mess- und Bezugswellenlänge mit Hilfe einer speziellen optischen Apparatur der Wassergehalt gemessen werden kann. Die erfindungsgemässe Apparatur ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Messobjekt oder zwischen Messobjekt und Empfänger optische Mittel angeordnet sind, die bewirken, dass die den Empfänger erreichende Strahlungsleistung der beiden Lichtbündel mindestens angenähert von dem Winkel unabhängig ist, unter dem die Strahlen das Messobjekt verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Apparatur ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.
Ihre Wirkungsweise wird im folgenden beschrieben:
Es werden zwei Lichtbündel hergestellt, das eine 1 bei einer Wellenlänge (Messwellenlänge), bei der Wasser absorbiert, das andere 2 bei einer Vergleichswellenlänge. Mit Hilfe des rotierenden Unterbrechers 3 werden die Bündel auf den halbdurchlässigen Spiegel 4 geleitet, der sie zu einem Bündel vereint. Dieses Bündel durchsetzt die Unterlage mit der zu messenden Schicht 6. In der Nähe der Schicht befinden sich optische Mittel 7, deren Wirkung weiter unten diskutiert wird. Schliesslich gelangt das Lichtbündel 5 auf den photoelektrischen Wandler 8, der ein der momentanen Intensität proportionales Signal abgibt. Das Signal steuert mittels eines Servomechanismus den in dem Strahlenbündel 1 befindlichen Graukeil 9 so lange, bis die den Wandler verlassenden Signale für beide Strahlengänge gleich sind.
Befindet sich im Strahlengang der beschriebenen Apparatur keine Schicht 6, so vermittelt jeder der beiden Strahlengänge eine gewisse Intensität an den Empfänger. Wird jetzt der Träger des Films, der mit den interessierenden lichtempfindlichen und sonstigen Schichten begossen sei, wobei diese Schichten alle einen vernachlässigbaren Wassergehalt haben sollen, in den gemeinsamen Strahlengang gebracht, so wird die Intensität in jedem der Strahlengänge beträchtlich geschwächt, wobei jedoch der Schwächungsfaktor in beiden Strahlengängen der gleiche ist. Wird zusätzlich noch eine wasserhaltige Schicht der interessierenden Dicke aufgebracht, so ändert sich im wesentlichen nur die Lichtleistung im Messstrahlengang 1, und zwar monoton mit der Wasserauftragsdichte.
Die in der beschriebenen Apparatur verwendete Wellenlänge des Messstrahls beträgt 1,95- die des Vergleichsstrahls liegt zwischen etwa 1,7 und 1,8 c. Diese Wellenlänge wurde gewählt, weil sich in dem Bereich von etwa 1,7 bis 2,0 0, u die Extinktion der interessierenden, trockenen Schichten nur vernachlässigbar ändert.
Anders verhält es sich bei der Streucharakteristik der Schichten in diesem Wellenlängenbereich. Es zeigt sich nämlich, dass diese Eigenschaft in einem Ausmass wellenlängenabhängig ist, dass eine Messung ohne zusätzliche Massnahmen nicht die erforderliche Genauigkeit besitzt. Der Kern der Erfindung besteht darin, diese Veränderung der Streucharakteristik durch geeignete optische Mittel 7 unschädlich für die Messung des Wasserauftrages zu machen.
Es wurde hierbei gefunden, dass diese optischen Mittel die Wirkung haben müssen, dass die den Empfänger erreichende Strahlungsintensität in möglichst geringem Masse von dem Winkel abhängt, unter dem die Strahlung die Messstelle verlässt.
Verschiedene Möglichkeiten für diese optischen Mittel sind in den Fig. 2 bis 5 dargestellt. Dabei ist im Teil a dieser Figuren jeweils der Strahlengang vor Einbringen des Messobjektes und in dem Teil b danach wiedergegeben.
In Fig. 2 wird beispielsweise als optisches Mittel hinter der Schicht eine Integrationskugel 7 verwendet. Wird nun in den ursprünglich freien Strahlengang die zu messende Schicht eingebracht, so ändert sich zwar die Verteilung der in der Kugel eintretenden Strahlung, nicht jedoch die Intensität, die den Wandler 8 erreicht. Das gilt für jeden der beiden Strahlengänge.
Fig. 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen der optischen Mittel 7. Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 wird ein Lichtleiter verwendet, bei der Anordnung gemäss Fig. 4 eine Optik, die einen extrem hohen Raumwinkel der die Schicht verlassenden Strahlung erfasst (z. B. eine Fresnellinse). Die Wirkung der Anordnung nach den Fig. 3 und 4 ist die gleiche wie die der Anordnung nach der Fig. 2. Das Gemeinsame aller drei Ausführungsformen besteht darin, dass sie einen möglichst grossen Teil des die Schicht verlassenden gestreuten Lichtes erfassen.
Eine weitere Ausführungsform der optischen Mitel zeigt Fig. 5. Hier befindet sich dicht vor der Stelle, an die die Schicht gebracht wird, eine Streuscheibe. Sie macht das Licht ideal diffus. Beim Einbringen der Schicht kann sich dann an der Verteilung des Lichtes nichts mehr ändern. Die Streuscheibe kann übrigens auch ebensogut dicht hinter der Schicht angebracht werden.
Bei jeder der beschriebenen Anordnungen ändert sich beim Einbringen einer feuchten Schicht die den photoelektrischen Wandler erreichende Intensität in gleicher Art wie bei den bekannten Einrichtungen.
Diese Änderung kann daher in der bekannten Weise zur Messung der Wasserkonzentration benutzt werden.
Der Befund, dass die durch die Wellenlängenabhängigkeit der Streucharakteristik der zu messenden Schichten auftretenden Fehler durch rein opti sche Mittel beseitigt werden können, ist für den Fachmann insbesondere deshalb überraschend, weil die wasserhaltigen Schichten nicht nur eine Vorwärtsstreuung, sondern auch eine erhebliche Rückwärtsstreuung verursachen.
Es sei an dieser Stelle betont, dass in der beiliegenden Zeichnung nur schematische Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Bei dem praktischen Bau einer Messapparatur wird man die Grösse und die Ausführung der Apparatur und der einzelnen Bauelemente ohne Schwierigkeiten den jeweiligen Anforderungen anpassen können. So kann man beispielsweise die Integrationskugel (Ulbrichtkugel) in einen gewissen Sicherheitsabstand von einigen Millimetern von dem Film entfernt anordnen. Allerdings erfasst man dann nicht die gesamte aus der Schicht austretende Strahlung, der auftretende Fehler ist jedoch so gering, dass die Messung hierdurch nicht gestört wird.
Die Genauigkeit, die sich mit der beschriebenen Apparatur erreichen lässt, liegt bei etwa + 1 ,u Was- serauftragsdicke.