Photoelektrisches Messgerät
Die Erfindung betrifft ein photoelektrisches Mess- gerät, bei welchem ein Mess-und ein Referenzlichtstrahl abwechslungsweise auf ein lichtempfindliches Element auftrifft und bei welchem jeweils einer von mindestens zwei auf einem gemeinsamen Träger sitzenden Filtern durch Verstellung dieses Trägers in den Mess-oder Referenzlichtstrahl einführbar ist.
Bei derartigen Messgeräten tritt oft das Problem auf, die Intensität des auf das lichtempfindliche Element auftreffenden Lichtstrahles bzw. die Grösse des Photostromes bei jedem der wahlweise in den Strahlengang eingebrachten Filter unabhängig voneinander zu beeinflussen. Hierbei soll die jeweilige Einstellung für die verschiedenen Filter meist eine gewisse Zeit lang gespeichert bleiben. Ein wichtiges Anwendungsbeispiel ist die sogenannte Nullstellung bei Densitometern.
Bekanntlich dienen Densitometer zur Ausmessung der optischen Dichte einer Aufsichts-oder Durchsichtsvorlage. Der Begriff der optischen Dichte ist definitionsgemäss auf einen Sollwert bezogen, der als Dichte Null angesehen wird. Absolutmessungen beziehen sich im Falle von Durchsicht auf eine ideell durchsichtige Vorlage, im Falle von Aufsicht auf eine ideell reflektierende Vorlage. Letztere kann mit guter Näherung durch die Oberfläche eines Körpers aus Magnesiumoxyd, Bariumsulfat oder dergleichen realisiert werden. Praktisch wichtiger als Absolutmessungen sind Relativmessungen, das heisst solche Messungen, bei denen die Messwerte auf eine willkürlich als durchsichtig bzw. weiss angesehene Vorlage bezogen werden.
Bei Densitometern ist eine Vorrichtung für die Eichung der Nullstellung unerlässlich. Diese Nullstellung wird dadurch realisiert, dass eine kleinere oder grössere als die tatsächlich hindurchtretende oder reflektierte Lichtmenge vorgetäuscht wird. Dies erfolgt bei elektronischen Densitometern meistens durch algebraische Addition eines elektrischen Stromes zum Logarithmus des Photostromes. Bekannt sind jedoch auch Vorrichtungen, in welchen ein optischer Dämp- fer in Form eines linearen Dichtekeiles oder einer Blende in den Strahlengang hineingeschoben wird.
Wenn man die obengenannten Möglichkeiten zur Farbdensitometrie verwenden will, stösst man auf verschiedene Schwierigkeiten. Zunächst hat man mit mindestens drei Messkanälen und entsprechenden Farbfiltern zu tun, die separat auf Null gestellt werden müssen. Ferner soll die Nullstellung für eine bestimmte Vorlage einmalig sein, das heisst es soll bei gegebener Vorlage nicht notwendig sein, bei jedem Kanalwechsel erneut eine Nullstellung vorzunehmen.
Die jeweilige Nullstellung in jedem Kanal muss also festgehalten, sozusagen gespeichert werden können.
Bei den üblichen elektrischen Nullstellungen wird diese Speicherung mittels einer kanalgleichen Anzahl von Potentiometern ausgeführt. Diese Methode ist einfach, besitzt jedoch die Nachteile des relativ gro ssen Aufwandes und der grossen Anzahl von Knöpfen, die in der richtigen Zuordnung zu den Kanälen be tätigt werden müssen. Auch besteht die Gefahr, dass durch ungeschickte Handhabung eines dieser Potentiometer verstellt wird und somit die Nullstellung erneut vorgenommen werden muss.
Optische und mechanische Dämpfungsglieder haben in kleinen Densitometern bisher keine Anwendung gefunden. Der hauptsächliche Grund hierfür dürfte darin zu suchen sein, dass die bisher bekannten optisch-mechanischen Dämpfungseinrichtungen relativ kompliziert sind.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine möglichst einfache und zweckmässige Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die Intensität des auf das Photoelement auftreffenden Lichtstrahles für jedes der wahl weise in den Strahlengang einführbaren Filter unabhängig geregelt werden kann, wobei vorzugsweise die für die einzelnen Filter vorgenommenen Einstellungen so lange als erwünscht speicherbar sein sollen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jedem Filter eine verstellbare Blende vorgelagert und allen diesen Blenden eine einzige gemeinsame Verstellvorrichtung zugeordnet ist, wobei jeweils die in den Mess-und Referenzlichtstrahl eingeführte Blende mit der Verstellvorrichtung kuppelbar ist.
Um diese Blendeneinstellung mit genügender Feinheit vornehmen zu können, ist die Verstellvorrichtung zweckmässig mit einem Drehwinkeluntersetzer ausgestattet.
Vorteilhaft erfolgt die Formgebung der Sektorblenden derart, dass zwischen dem Drehwinkel der Blende und der hierbei abgedeckten Filterfläche ein weitgehend linearer Zusammenhang besteht.
Nachstehend werden beispielsweise Ausführungs- formen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 ein allgemeines Schema eines Densitometers,
Fig. 2 das Filterrad mit den Sektorblenden im Grundriss,
Fig. 3 einen Aufriss der Anordnung zur Einstel- lung der Sektorblenden, wobei das Filterrad der Fig. 2 längs der Linie III-III geschnitten ist,
Fig. 4 eine Variante der Kupplung Sektorblende Verstellrad,
Fig. 5 einen Drehwinkeluntersetzer für die Verstellvorrichtung im Axialschnitt,
Fig. 6 eine spezielle Ausführung der Sektorblende im Grundriss,
Fig. 7 ein Diagramm der abgedeckten Filterfläche in Funktion des Einschwenkwinkels für verschiedene Ausführungsarten der Blenden.
Die Fig. 1 zeigt zunächst ein allgemeines Schema eines Densitometers, in welchem der erfindungsgemässe Gedanke vorzugsweise angewendet wird. Bei dieser Ausführungsart wird die Intensität eines von der auszumessenden Vorlage 6 reflektierten Messlicht- strahles 1 durch einen Graukeil 10 so lange verändert, bis sie mit jener eines Referenzlichtstrahles 2 überein- stimmt. Die Stellung des Graukeiles 10 ist dabei ein Mass für die Aufsichtsdichte der Messvorlage.
Der Messlichtstrahl 1 und der Referenzlichtstrahl 2 entstammen einer gemeinsamen Lichtquelle 3. Der Messlichtstrahl 1 besteht zunächst aus zwei Teilstrahlen la und 1b und wird über Umlenkspiegel 4 und Linsen 5 auf die Vorlage 6 geworfen und von dieser im Messfleck 7 reflektiert. Mittels einer Linse 8 wird anschliessend ein Teil des reflektierten Lichtes gesammelt und über eine Zerhackerscheibe 9, die Graukeilscheibe 10, eine weitere Linse 11 und das Filterrad 12 auf das als Elektronenvervielfacher 14 ausgebildete lichtempfindliche Element geworfen.
Der Referenzlichtstrahl 2 entsteht durch Reflexion eines Teiles des auf eine Reflexionsfläche 15 fallenden Lichtes der Lampe 3. Die Beschaffenheit dieser Fläche ist an sich beliebig, wird jedoch, wie bereits erwähnt, zumeist aus einer gut reflektierenden weissen Schicht, Magnesiumoxyd etwa, gebildet. Der Referenzstrahl wird anschliessend mittels einer Linse 16 gebündelt und über einen Umlenkspiegel 17, die Zerhackerscheibe 9 und das Filterrad 12 ebenfalls auf den Elektronenvervielfacher 14 geleitet.
Die Funktionsweise des beschriebenen Densitometers ist im wesentlichen folgende :
Auf den Elektronenvervielfacher 14 fällt abwechslungsweise, je nach augenblicklicher Stellung der gleichmässig umlaufenden Zerhackerscheibe 9, Licht des Messstrahles 1 oder des Referenzlichtstrahles 2.
Das vom Elektronenvervielfacher abgegebene entsprechende elektrische Signal steuert einen Verstärker 18, dessen Ausgang über einen mit der Zerhakkerscheibe 9 synchron laufenden Umpoler 19 auf den Motor 21 gelangt. Mit dem Rotor des Motors 21 sind die in den Referenzlichtstrahl 2 eingreifenden Graukeilscheibe 10 sowie über eine Achse 22 ein Zeiger 23 verbunden.
Während einer ersten Periode, in der die Zerhackerscheibe 9 ausschliesslich den Messlichtstrahl 1 durchlässt, erhält der Motor 21 das vom Messlichtstrahl herrührende Gleichstromsignal A, so dass sich sein Rotor in der Folge um einen Winkel a in der einen Richtung dreht. In der nächsten Phase, wäh- rend der die Zerhackerscheibe nur den Referenzlichtstrahl 2 durchlässt, wird dem Motor 21 das vom Referenzlichtstrahl stammende Gleichstromsignal B, aber diesmal umgepolt, zugefiihrt. Als Folge davon dreht sich in dieser zweiten Periode der Rotor des Motors 21 um den Winkel ? in der entgegengesetzten Richtung.
Sind beide Signale A und B gleich gross und damit a = fol, und ist die Frequenz des Zerhackers genügend gross, so verharrt der Rotor des Motors 21 in einer Ruhelage. tXberwiegt jedoch eines der beiden Signale, so wird a ? ; der Rotor dreht sich damit in der einen Periode weiter als in der nächsten wieder zurück, so dal3 er sich zusammen mit der Graukeilscheibe 10 und dem Zeiger 23 in einer Richtung hin fortbewegt. Die Verschiebung des Graukeils hat jedoch eine Anderung der Intensität des Referenzlichtstrahles zur Folge, und zwar derart, dass sich das System aperiodisch in eine stabile Ruhelage einschwingt.
Die Stellung des Zeigers 23 über der Skala 24 ist dann, je nach Eichung, ein Mass für die relative oder auch absolute Dichte der Messvorlage.
Die Speisung der verschiedenen elektrischen Bestandteile des Gerätes erfolgt durch eine Spannungsquelle 25 (Netz oder Batterie) ; über eine Leitung 26 werden die Lampe 3, der Verstärker 18 und der Zerhackermotor 20, iiber eine Leitung 27 und ein Hochspannungsgerät 28 der Elektronenvervielfacher 14 gespeist.
Als Dichte Null wird üblicherweise ein Sollwert bezeichnet, der dem Wert Weiss einer auszumessenden Vorlage entspricht ; da dieser Sollwert eine Materialgrösse ist, muss der Nullabgleich somit bei jedem Materialwechsel vorgenommen und in periodischen Abständen überprüft werden. Zur Bewerkstelligung dieses Nullabgleiches in grossen Grenzen dient die mit Farb-und Neutralfiltern ausgestattete Filterscheibe 12 mit den Sektorblenden 29. Diese Blenden lassen sich mit Hilfe der gesamthaft mit 30 bezeichneten Vorrichtung einzeln einstellen und bewirken eine Intensitätsregelung des durch diese Blende hindurchtretenden Strahles.
Grundsätzlich könnten diese Blenden über den Filtern für den Referenzlichtstrahl oder auch über jenen des Messlichtstrahles angeordnet werden. Da bekanntlich der Elektronenvervielfacher 14 bei höheren Intensitäten besser arbeitet als bei kleinen, ist es jedoch ratsam, nur den Referenzlichtstrahl als den zumeist lichtstärkeren der beiden Strahlen abzuschwächen. Wird eine die Dichte Null darstellende weisse Vorlage 6 gegen ein dichteres Weiss (Grau) ausgewechselt, so muss auch der Referenzlichtstrahl 2 durch Einschieben der Blenden und Verkleinerung der Filterflächen reduziert werden.
Das Filterrad 12 soll nun anhand der Fig. 2 näher beschrieben werden. Auf einem äusseren Kreis mit dem Radius ra sind sechs, je ein Farb-oder Neutralfilter enthaltende Löcher 31 angeordnet. Mit Hilfe einer Rastrolle 32 und Rastkerben 34 des Filterrades 9 in die richtige Lage gebracht, dienen sie der Filterung des Messlichtstrahles 1 im gewünschten Spektralbereich. Auf dem Innenkreis mit dem Radius ri befinden sich die sechs entsprechenden Löcher 33 mit Filtern und Sektorblenden 29 für den Referenzlichtstrahl 2. Um unkontrollierbare Verschiebungen der Blenden zu vermeiden, werden diese mit Befestigungselementen 35 selbsthemmend auf der Unterlage montiert.
Die Einstellung der Sektorblende kann nur dann vorgenommen werden, wenn sich das entsprechende Filter im Strahlengang des Referenzlichtstrahles befindet. Hierzu dient die in Fig. 3 im Detail erkennbare Vorrichtung 30. Das Filterrad 12, dessen Achse 36 in einem Gehäuse 37 gelagert ist, kann mittels eines Drehknopfes 38 betätigt werden. Im selben Gehäuse ist eine zweite Achse 39 mit einem konischen Reibrad 40 und einem Betätigungsknopf 41 gelagert.
Durch eine Feder 42 werden die Achse 39 und das Reibrad 40 nach oben gedrückt, so dass im Normalzustand das Filterrad, von der Rastung durch Rolle 32 abgeseheen, frei bewegbar ist. Beim Niederdrük- ken des Betätigungsknopfes 41 gelangt das Reibrad 40 mit dem Rand der entsprechenden Sektorblende 29 in Eingriff und kann durch eine Drehbewegung des Betätigungsknopfes infolge Haftreibung verstellt werden.
Die tYbertragung der Drehbewegung der Achse 3 9 auf die Sektorblende 29 kann natürlich auch auf eine andere Weise geschehen. Ein weiteres Ausführungs- beispiel zeigt Fig. 4, wobei hier ein Ritzel 43 in den gezahnten Umfang einer Sektorblende 29 eingreift.
Fig. 5 zeigt schliesslich eine verbesserte Ausführung der Verstellvorrichtung für die Sektorenblende, wobei mittels eines Untersetzergetriebes von an sich bekannter Bauart ein feinerer Nullabgleich des Densitometers ermöglicht wird. Kern dieser Untersetzung bilden die vier in einem feststehenden Käfig 46 gelagerten Kugeln 50. Durch eine Drehung der Achse 44 über den Betätiger 41 werden die Kugeln 50 infolge Haftreibung in der Achsenrille 49 an Ort gedreht. Auf der der Achsenrille gegenüberliegenden Seite bewirken die Kugeln, wiederum infolge Haftreibung, die Drehung der Gewindebüchse 47 und der Nabe 48 um deren Achse 51.
Massgebend für den Grad der Untersetzung ist dabei der Abstand d der Berührungspunkte der Ge windebüchse 47 bzw. Nabe 48 mit den Kugeln 50, wobei bei d = 0 die kleinste, bei d = Kugeldurchmesser dagegen die theoretisch grösste Untersetzung erreicht wird. Die Achse 51 übernimmt die Funktion der Achse 39 in Fig. 3.
Ein besonderes Problem stellt die Formgebung der Sektorblenden dar. Jede Blende wird so geformt und derart zum Filter angeordnet, dass zwischen dem Blenden-Einschwenkwinkel a und der damit verbundenen Dichteänderung Ad und damit dem Ausschlag des Densitometers ein logarithmischer Zusammenhang besteht.
Die Filterdichte betrage bei offener Blende d = di ; bei einem Einschwenkwinkel a ändert sie nach obiger Forderung : d = cla + dl ; bei geschlossener Blende bzw. bei Erreichen des maximalen Einschwenkwinkels ao beträgt die Dichte : d2 = ciao + dl.
Die Differenz Ad = d2-d = ciao ergibt den Bereich, in dem der Nullabgleich getätigt werden kann ; in der Praxis wird dabei ein Ad = 0,5 bis 1,0 gewünscht.
Filterfläche und Transparenz des Filters hängen linear zusammen : F= c2T ; Transparenz und Dichte dagegen logarithmisch :
EMI3.1
Das logarithmische Gesetzt bedingt, dass bei anfänglichem Einschwenken der Blende zunächst möglichst grosse, gegen Ende der Blendenschliessung aber nur noch kleine Flächen abgedeckt werden. Diese Forderungen erfüllt die in Fig. 6 dargestellte Blende 55 mit genügender Genauigkeit.
Die Offnung der Blende besteht einerseits aus einem Halbkreis 56, dessen Durchmesser zur Erfüllung der Bedingung maximaler Flächenabdeckung bei kleinem Einschwenkwinkel a gleich dem Durchmesser der Filteröffnung gewählt wurde, und anderseits aus einem Schlitz 58 mit der Länge a und der Breite b. Wie aus der gestrichelt eingezeichneten Endlage (a = ao) ersichtlich ist, wird die Flächenabdekkung in diesem Bereich im wesentlichen durch den Schlitz 58 bestimmt.
Die Grösse der Schlitzfläche richtet sich nach dem gewünschten Nullstellungsbereich dd, wobei dl der Filterfläche Fi =11 D2 und d2 der Fläche F2 = a b entspricht, und zwar nach dem Ver hältnis
EMI4.1
Wird beispielsweise ein Nullstellungsbereich dd = 1,0 gewünscht, so ergibt sich die Relation Fi = 10 F2 oder a b = 0, 1 4D2.
Das Diagramm der Fig. 7 zeigt Ad in Funktion von ce für Idealfälle Ad = 0,66 (Kurve Ki) und Ad = 1,0 (Kurve K2) und für drei verschiedene Schlitzflä- chen F2 = 0 (Kurve K3), F2 = 0,1 Fi (Kurve K4) und F2 = 0,2 Fi (Kurve K5), wobei sich die Flächen F2 der Kurven K4 und K5 nur durch ihre verschiedenen Breiten unterscheiden.
Die Kurven K4 und K5 genügen praktischen Anforderungen durchaus.