DE1472092A1

DE1472092A1 - Spektralfotometer

Info

Publication number: DE1472092A1
Application number: DE19651472092
Authority: DE
Inventors: Morton James Hogg; Shelley Meville Leslie
Original assignee: Communications Patents Ltd
Current assignee: Communications Patents Ltd
Priority date: 1964-12-18
Filing date: 1965-10-30
Publication date: 1969-03-27
Also published as: FR1469021A; GB1072139A

Description

Spektralfotometer Die Erfindung betrifft ein Spektralfotometer und insbesondere ein solches, bei welchem die Anzeigen des Instrumentes selbsttätig erfolgen.
Bei der Beatimmung der Anteile von Farbstoffen, die für eine Mischung benötigt werden, um eine bestimmte rabe zu erzeugen, ist es üblich, ein Verauohemuster der Mischung zu verwenden una es mit einem Bezugemuster der gegebenen Farbe zu vergleichen unter Benutzung eines Spektralfotometers zur Messung des Unterschiedes der Reflexion oder der Durchlässigkeit zwischen dem Versuchs- und dem Vergleichsmuster für eine Anzahl von Spektralpunkten. Bisher waren Spektralfotometer nur in der Lage, das Spektralverhalten eines einzigen Musters getrennt festzustellen und es war daher für den Benutzer notwendig, die Ergebnisse voneinander abzuziehen, um den Unterachied der einzelnen Messungen zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft demgegenüber ein Spektralfotometer, in welchem mit großer Genauigkeit der Unterschied im Reflexions-oder DurchlaBvermogen zwisehen zwei Mustern selbsttäti abgeleitet wird.
Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung ein Spektralfotometer für die Messung der optischen Kennlinien von mindestens zwei Nüstern in Abhängigkeit von einem Bezugsmuster vor. lestes Spektralfotometer enthllt Mittel zur Beleuchtung des Bezugskdrpers und der Muster sowie eine fotoelektrische Vorrichtung zur Ressung der abgeleiteten Lichtstärke und der Erzeugung entsprechender Ausgangssignale, sowie Mittel, ut abwechselnd einen von dem Bezugxkörper und von den Mustern abgeleiteten Lichtstrahl auf die fotoelektriaohe Vorrichtung zu lenken, sowie eine Mehrzahl von Lichtfiltern, um aus dem Lichtstrahl ein bestimmtes Frequenzband iEr das übertragene Licht auszuwählen, weiterhin ge-. trennte Speichermittel für die Speicherung der durch die fotoelektrische $vorrichtung in abhänigkeit von dem empfangenen Licht getrennt vom Bezugskörper und von den Mustern orzeugten elektrischen Ausgangssignale., wobei die getrennten Speichermittel wechselweise duroh Schaltmittel an die fotoelektrische Vorrichtung angeschlossen werden, die synchron mit den Lichtstrahlenrichtmitteln betätigt werden. Berner sind Vergleichsmittel fUr den Vergleich der getrennt gespeicherten Signale sowie fdr die Erzielung einer Ausgangsleistung vorgesehen, die ein MaS ist fWr den Unterschied im Lichtausgang der Muster innerhalb des durch ein einzelnes Liohtfilter festgelegten Frequenzbandes, wobei der Lichtauegang jedes Musters als Verhältniswert zum Lichtausgang des Bezugakdrpers erscheint.
Der Bezugskörper und die zwei oder mehr Muster können matte Oberflächen besitzen, in welchem Falle der wechselweise vom Bezugskbrper und von den Mustern abgeleitete Lichtstrahl durch wechaelweise Reflexion von den erwähnten Oberflächen erhalten-wird. In anderen Fällen können die Muter mindestens durchscheinend sein, wobei dann der Lichtstrahl, der von den Mustern abgeleitet wird, einerseits durch Reflexion von einer geeichten Reflexionsoberfläche und andererseits nach Durchgang durch das betreffende Muster gewonnen wird.
Zur besseren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden drei Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Von diesen zig-en Fig. 1 eine schematische Seitenanscht mit Darstellung der der Bestandteile eines erfindungsgemäßen Spektralfotometers, Fig. 1 A eine schematische Endensicht des Spektralfotomettra der Fig. 1, Fig. 2 ein Schema einer elektromechanischen Steuereinrichtung zur Erzielung der Instrumentanzeigen, Fig. 3 ein Schema einer gegenUber Fig. 2 abgewandelten Ausfuhrungaform, Fig. 4 das Schema einer weiteren Abwandlung eines erfindungsgemäßen Spektralfotometers, bei welchem die Untersuchungsmuster una der Vergleichskörper auf einem hin-und hergehenden Wagen oder Schlitte befeatigt aind, Fig. 4 A eine schematische Perspektivansicht des hin-und hergehenden Wagens oder Schlittens des Spektralfotometers der Fig. 4.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 1 A ist eine Sammelkugel vorgeeehen, die durch die innere Wand einer Kugelachale 10 mit einer hoohreflektierenden mattweißen Überzugsschicht gebildet wird. Sie wird erleuchtet durch das Licht einer elektrischen Lampe 11, deren Heisdraht is Mittelpunkt 0 der Kugelschale 10 angeordnet ist, Die Lampe ist auf eines MohrtrXger gehalten, der in den Zeichnung nicht dargestellt ist una am einen Ende dusch eine Gewinuemuzter 12 (Fig. 1 AJ an der Kugelochale 10 gehalten wird.
Elektrischer Strom wird der Lampe* 11 von einer in den Zeichnungen nicht dargestellten stabiliaierten Stromquelle aber isolierte Leitungen 13 zugefuhrt, welche durch die Bohrung des rohrartigen Trdgers hindurchgeführt sind. Der Durchmesser des rohrförmigen Trägers ist so gewählt, daß er kein wesentliches Hindernis finir die von der inneren Wand der Kugelachale reflektierten Lichtstrahlen bildet.
Die Kugelachale 10 besitzt drei kreisförmige Offnungen 14, 15 una 16 von gleichem Durchmesser, welche in Fig. 1 A durch gestrichelte Linien angedeutet sin. Zwei der Offnungen, 14 unu 15, sind in Fig. 1 dargestellt und die Kugelachale 10 ist in dieser Figur in einer Mittelebene durch den Mittelpunkt 0 geschnitten dargestellt.
Die Mittelpunkte der Öffnungen 14, 15 und 16 haben vom Punkt P (Fig. 1 A) gleichen Abstand, tihrend eine Achse A - A' der Kugelschale deren äußere Oberfläche an diesel Punkte P durchbricht. Die Öffnungen haben auch voneinander gleichen Abstand.
Der Abstand des Punktes P von dem Mittelpunkt roder der Öffnungen ist so gewählt, daß eine Linie, welche den Mittelpunkt einer Öffnung mit dem Mittelpunkt 0 verbindet, einen Winkel von annähernd 30° mit der Aehse A-A' bildet. Die Linien 0-B und 0-C, welche die Mittelpunkte der Offnungen 14 und 15 mit dem Mittelpunkt 0 verbinden, sind in Fig. 1 dargestellt.
Drei Dunkelachirme von Kreisform, von denen zwei in Fig.
1 bei 17 und 18 dargestellt sind, befinden sich nahe der Lampe 11.
Jeder der Dunkelschirme ist so angeordnet, daB eine Mittelpunktslinie, welche den Mittelpunkt einer Offnung mit dem Mittelpunkt 0 verbindet, auch durch den Mittelpunkt des Schirmes und senkrecht zu dessen Oberfläche hindurchfart. Die Schirme 17 und 18 verhindern somit, daB unmittelbare Lichtstrahlen der Lampe 11 die Öffnungen 14, 15 und 16 erreichen.
In der Zeichnung nicht dargestellte Tragstäbe, die an dem rohrartigen Träger befestigt sind, halten die Schrme in den gewünschten Stellungen. lbons Oberflächen, die in Berührung mit den bffnungen 14, 15 und 16 angeordnet sind, empfangen Licht durch Réflexion von der Innenwand der Kugelschalie und demgemäß sind diese Oberflächen gleichförmig erleuchtet bzw. ist die auf jede der Oborfl£lohon fallende Lichtmenge (dex Flux) für alle gleich.
Federklammern 19, die mit einem Ende an der äußeren Oberfläche der Kugelachale befestigt sina, halten einen geeigneten Reflexionsoberflächenkörper 20 in Berührung mit der Offnung 14, ferner ein eratea Untersuchungsmuster 21, in BerUhrung mit der Öffnun 15 und ein drittes Vergleichsmuter 22 in BerUhrung mit der Offnung 16.
Die Federklammern geatatten sowohl den geeichten Reflexionskörper 20 ale auch die Muster 21 und 22 je nach Wunsch schnell auszuwechseln.
Die Kugelschale 10 besitzt eine vierte bffnung 23 ebenfalle von Kreieform, duroh deren Mittelpunkt die Mittelpunktalinie A - A' führt. Die Öffnung 23 ist duroh eine kreisförmige Platte 24 geschlossen, die von einem Kugellagerring 25 derart getraget wird, daß die Platte 24 um die e Achse A - A' gedreht werden kann. Sie wird dadurch gehalten, daß der äußere Käfig dea Kugellagers 25 mit der Vante der Öffnung 23 unu der innere mit einer Schulter 26 der Platte 24 kraftschlüsaig im Eingriff eind.
Die Platte 24 trägt eine positive Linge 27, die so angeordnet ist, daß ihr Mittelpunkt annähernd in der Mitte zwischen dem Mittelpunkt der Platte und der Kante des inneren Käfigs des Kugellagers 25 liegt.
Die Linse. 27 ist auf der Platte 24 etwas schräg befestigt und die Brennweite der Linse so gewählt, daß ein Bild der Innenwand der Kugelschale 10 oder irgendeiner der Öffnungen 14, 15 oder 16 in der Ebene eine Kreisblende 28 erzeugt wird. Die Blende 28 ist so angeordnet, daß durch ihren Mittelpunkt die Achse A - A' führt und letzteres senkrecht auf der Ebene der Blende steht.
Um ein scharfes Bild Eu erhalten, ist dafür gesorgt, daß die Miteelpunkte der Öffnungen 14 (oder 15 oder 16), der Linse 27 und der Blende 28 miteinander fluchten und ihre Ebenen einander auf einer gemeinsamen Linie schneiden.
In der Zeichnung liegen die Mittelpunkte der Offnung 14, der Linse 27 und der Blende 28 auf der gestrichelten Linie L - L'.
Einer aus einer Ansahl von verschiedenen Farbfiltern kann in den optischen Weg zwiechen der Linge und der Blende 28 eingebracht werden. Die Farbfilter sind in Locher gehalten, die in regelmäßigen Abständen nahe der Außenkante einer Scheibe 29 angeordnet sind. In Fig. 1 ist die Scheibe 29 im Schnitt geseigt, um zwei der Farbfilter 29'und 29"darzustellen.
Die Scheibe 29 sot auf einer Welle 30 befestigt, auf deren einem Ende außerhalb des Gerätekörpers ein Bedienungsknopf 31 angeordnet ist, um die Scheibe drehen und einen gewünschten Farbfilter in den Lichtweg bringen su können.
An der Welle 30 ist ein Zahnmechanismu@ 32 befestigt, durch welchen der ausgewählte Farbfilter jeweils in der richtigen Stellung im Lichtweg gehalten wird.
Eine Skalenscheibe 33, die mit der Welle 30 verbunden ist, und eine entsprechende Marke 33', die am Gerätekörper angebracht ist, ergeben eine Anzeige fUr den jeweils ausgewthlten Farbfilter. In der Zeichnung ist der Gerätekörper durch die gestrichelte UmriBlinie 34 angedeutet.
Ublicherweise besitzt die Skala 33 24 Stellungen. Die Scheibe 29 kann in Locher enteprechend den Stellungen 1-18 Rarbfilter in Stufen von 20 Millimikron aufnehmen, welche dan Sichtspektrum liber den Bereich von 360-700 Millimikron umfassen, wahrend in Licher enteprechend den Stellungen 20-22 Farbfilter fUr drei Hauptfarben zur Erzielung von Dreifarbenwerten angeordnet sind. Die Löcher entsprechend den Stellungen 19 und 23 sind durch Dunkelblenden geschlossen. In der Stellung 24 ist das enteprechende Loch offengelaseen. Bei diesem Beispiel sind Interferenzfilter vorgesehen.
Das durch die auagewthlten Farbifilter dbertragene Licht tritt durch die Blende 28 und wird durch eine Fotozelle 35 umgewandelt. Letztere ist so angeordnet, daß die Achse A - A' annähernd durch den Mittelpunkt der Potozellenkathode hindurchtritt. Dwr Durohmesser der Blende 28 ist eo gewählt, da8 nur von dem geeichten Weißreflektor 20, vom Muster 21 oder 22 reflektiertes Licht auf die Fotozellenkathode wihrend desjenigen Toiles jeder Umdrehung der Platte 24 fällt, in welchem die Linse genau in Fluchtlinie mit der Offnung 14, der ffnung 15 oder der Öffnung 16 liegt. Der Auegang der Fotozelle 35 wird über eine Leitung 36 an eine Anzeigeeinheit 37 geleitet, welche weiter unten näher beschrieben wird.
Zwei Schlitze 38 und 39 sind im Gerätekörpor vorgesehen, um durchacheinende oder durchsichtige Musterkorper in den Lichtweg zwischen der Linse 27 und der Filterscheibe 29 einzubringen, so daß mit dem Gerät auch Durchleuchtungsmessungen gemacht werden können. In Fig. 1 ist einer der beiden Schlitze 38 durch die gestrichelte Umrißlinie 38" angedeutet.
Wenn das Gerät fEr Durohleuchtungameasungen verwendet wird, wird das Untersuchungemuster in Form eines Rechteckschnittes an seinen Kanten in zwei Führungen 38', die mit U-förmigen Rillen versehen sind, gehalten. Die Führungen sind so ausgerichtet, daß eine durcn den Mittelpunkt der Offnung 15 und den Mittelpunkt der Blende 28 führende Achse auch durch den ungeithren Mittelpunkt des durchscheinenden oder durchsichtigen Musters führt, so daß das Muster sich im Lichtweg befindet, wenn die Linse 27 der Öffnung 15 gegenüberliegt. Der andere in Fig. 1 nicht dargestellte Schlitz besitzt zwei zugeordnete Führungen, die so angeordnet sind, daß ein Versuchumuster ebencalle in Form eines rechteckigen Schnittes durch seine Kanten im Lichtweg gehalten wird, wenn die Linse 27 der Öffnung 16 gegenüberliegt. Für Durchlkeuchtungsmessungen sina die ffnungen 14, 15 und 16 jeweils mit einem genormten WeiBreflektor abgedeckt.
Während der Tätigkeit des Instrumentes wird die Platte 24 mit einer Geschwindigkeit von 1 oder 2 Umdrehungen je Sek. gedreht. Das Drehen erfolgt durch einen von einer nicht dargestellten Stromquelle gespeisten elektrischen Motor 40 üoer ein Reduktionegetriebe 41. Zu diesem Zweck ist der Umfang der Platte 24 mit Getriebezähnen versehen, in welche ein Ritzel 42 eingreift, das auf der ersten Ausgangswelle 43 des Geschwindigkeitsreduktionegetriebee 41 angebracht ist.
Der Elektromotor kann ein Schittschalmotor sein, oder ein Matheserkreuz-oder elliptisches Getriebe kann im Geschwindigkeitereduktionsgetriebe 41 vorgesehen werden, um die Bewegung der Platte 24 und damit auch der Linse 27 bei einer Anzahl von Winkeletellungen, einschließlich derjenigen Winkelstellungen, in denen die Linse den bffnungen 14, 15 und 16 gegenüberliegt, anzuhalten oder zu verlangsamen.
Mit einer zweiten Ausgangswelle 44 des Gewindigkeitareduktionsgetriebes 41 sind drei Nocken 45, 46 una 47 verbunuen. Diese Nocken betätigen Kontakte 48, 49 und 50 una die Getriebeverhältnisse und die UmriBform der Nocken sind so gewählt, dau die Kontakte te während etwa 4° jeder Umdrehung der Platte 24 geeahloseen werden. Die Auerichtung der hocken ist eo, daß die Kontakte 48 während desjenigen Teiles jeder Umdrehung der Platte 24 geschlossen werden, in welchem die Linse 27 der bffnung 14 gegenüberliegt. Die Kontakte 49 werden gescnloaeen während desjenigen Teils jeder Umdrehung der Platte 24, in welchem die Linse 27 der Offnung 15 gegen-Uberliegt und die Kontakte 50 werden wahrend desjenigen Teiles jeder Umdrehung der Platte geschlossen, in welchem die Linse 27 der Öffnung 16 gegenüberliegt.
Die Konhkte 48, 49 und 50 sind durch drei Paare von Leitungen 51, 52 und 53 an die Anzeigeeinheit 37 angeschlossen.
Drei Zeiger 54, 55 und 56, die an Ausgangswellen 57, 58 una 59 der Anzeigeeinheit 37 angebracht sind, arbeiten mit Skalenteilungen 54', 55'und 56'zusammen, die auf dem Gerätekörper befestigt sind und liefern dadurch die Anzeigen des Instrumentes..
Die Anzeigeeinheit 37 soll nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher beschrieben werden. In der Zeichnung sind die Fotoselle, die Leitungepaare von den Kontakten 48, 49 und 50 unu die Zeiger und Skalensaheiben durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet.
Gemäß Fig. 2 ist ein Widerstand 60 liber die Leitung 36 an die Kathode der Fotozelle 35, Fig. 1 und an das Gehäuse angeschlossen. Er liefert ein der Stirke do* auf die =athode der Fotozelle fallenden Lichtea verhältnisgleiches Signal.
Das freie Ende des Widerstandes 60 ist über ein Leitungspaar 51 und Kontakte 48 an den Eingang eines Gleichstromverstärkers 61, ferner über ein Leitungepaar 52 una Kontakt 49 an den Eingang eines Gleichstromverstärkers 62 und über das Leitungapaar 53 und Kontakt 50 an den Eingang eines Gleichstromverstärkers 63 angeachlossen. Demgemäß wird das durch die Fotozelle 35 erzeugte Signal dem Verstärker 61 zugeführt, wenn der Kontakt 48 geschlossen ist, dem Verstärker 62, wenn der Kontakt 49 geschlossen ist und dem Verstärker 63, wenn der Kontakt 50 geachlossen ist. Der Ausgang des Verstärkers 61 wird einem Zeichenumkehrverstarter 61'zugeführt, der eine Ausgangsspannung von negativer Polarität erzeugt. Die Veretärker 62 und 63 liefern Ausgangsspannungen von positiver Polarität.
Die Kapazitäten 64, 65 und 66 liegen zwischen den Ein-und Ausgangsanschlüssen der Verstärker 61, 62 und 63. Die Werte der Kapazitäten 64, 65 und 66 und die Eingangsimpedanzen der Verstärker {1, 62 und 63 aipd so gewählt, daß die Ausgangaspannungen, welche die Verstärker liefern, gsspeichert werden unu während des Zeitabschnittes zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Schließungen der Kontakte 48, 49 und 50 im wessentlichen konstant bleiben. Wie bereits angegeben, kann eine unterbrechungaweise Bewegung der Platte 24 vorgeaehen sein, um die fUr die Wiederauffüllung der gespeicharten Auagangaapannungen der Verstkrker 61, 62 und 63 vertilgbare Zoit zu erhöhen.
Dia gespeicherten Ausgangsspannungen der VerstErker 61, 62 und 63 werden einer elektromechanischen Stellmotoreinrichtung zugeführt, die aus einem Veratärker 67, dem Motor 68, dem Geschwindigkeitsreduktionsgetriebe 69 und einem abgeglichenen Paar von linearen Potentiometern 70 und 71 sowie einem abgeglichenen Paar von Hüllpotentiometern (nichtlinearen Potentiometern) 72 und 73 besteht.
Das Geschwindigkeitsreduktionagetriebe besitzt zwei Auegangswej-len 74 und 75, welche durch elektromagnetische Kupplungen 76 bzw. 77 mit den Auagangswellen 57 und 59 gekuppelt sind.
Die Schieber der Potentiometer 70 und 72 sina mit der Welle 57 una die Schieber der Potentiometer 71 und 73 mit der Welle 59 gekuppelt. Die Wellen 57 und 59 bilden ferner die Eingänge finir ein mechanirches Diferentialgetriebe 78 mit einer Auegangswelle 58. Die Winkelverschiebung der Welle 57 wird durch den Zeiger 54 und die Skalenscheibe 54'angeseigt. Die Winkelverachiebung der Welle 59 wird durch den Zeiger 56 und die Skalenxcheibe 56'angezeigt. Der unterachied in den Winkelveraohiebungen der Wellen 57 und 59 wird durch den Zeiger 55 und die Skalenscheibe 55'angezeigt, wobei der Zeiger 55 mit der Auegangswelle 58 des Diferentialgetriebee 78 verbunden ist.
Der Ausgang des Verstdrkers 61'wird über einen voreingeatellten Wideratand 79 dem einen Knde der Wicklung jedes der Potentiometer 70, 71, 72 und 73 zugeführt, deren anderes Ende an Gehäuse angeschlossen ist.
Die Schieber der Potentiometer 70 und 72 sinu auf der Welle 57 in solche Stellung gebracht, daß ein bullspannungeauegang in Bezug auf das Gehäuse entsteht, wenn der Zeiger 54 auf Null zeigt. Die Schieber der Potentiometer 71 und 72 sind auf der Welle 59 so eingestellt, daB sich eine Nullausgangsspannung gegenüoer dem GehOuee ergibt, wenn der Zeiger 56 auf bull zeigt.
Die AuegangeanschlUese der Verstärker 62 und 63 sina an Kontakte 80' und 80" eines Abschnittes 81 eines zweistelligen Schalters angeschlossen, der allgemein mit 88 bezeichnet ist und vier Abschnitte 81, 85 und 87 aufweist. Die vier Abschnitte des Schalters 88 sind durch eine gemeinsame Welle, die in der Zeichnung bei 89 gestrichelt dargestellt ist, miteinander gekuppelt.
Mit der Welle 89 ist ein Bedienungsknopi 90 verbunden, der gestattet, den Schalter in die Stellung S zu bringen, wenn Reflexions-oder Durchleuchtungemessungen des zu untersuchenden Musters gemacht werden sollen und ihn in die Stellung P zu bringen, wenn Reflexione-oder Durchleuchtungsmessungen von dem Vergleichsmuster gemacht werden eollen.
Kontakt 80 des Schalterabaohnittes 81 ist an den Eingangswiderstand 91 des Verstärkers 67 angeschlossen. In der Stellung S des Schalters 88 sind die Kontakte 80 und 80' des Schalterabschnittes 81 geschloseen und der Ausgang des Verstärkers 62 dem Widerstand 91 zugeführt.
In der Stellung T des Schalters 88 sind die Kontakte 80 und 80"des Schalterabschnittes 81 geschlossen und der Auügang des Verstarkers 63 wird dem Widerstand 91 zugefuhrt.
Die Schieber der Potentiometer 70 una 71 sinu enteprechend an die Kontakte 84'und 84"des Schalterabechnittes 85 angeschlossen. Die Schieber der Potentiometer 72 und 73 sind an die Kontakte 86'bzw. 86"des Schalterabschnittes 87 angeschlossen. Die Kontakte 84 una 86 der Schalterabschnitte 85 und 87 sind an die Kontaxte 92'und 92"eines Schalters 93 angeschloseen,. der zwei Stellungen R und C besitzt.
In der Stellung S des Schalters 88 sinu die Kontaxte 84 unu 84''des Schalterabschnittes 85 geschlossen unu die Kontakte 86 und 86' des Schaiteräbschnittes 87 ebenfalla geschlossen, wKhrend der Ausgang des Potentiometers 70 dem Kontakt 92' und der Ausgang des Poteniometers 72 dem Kontakt 92"zugefuhrt sind. In der Stellung T des Schalters 88 sinu die Kontakte 84" des Schalterabschnittes 85 und ebenfalls die Kontakte 86 unu 86"des Schalterabschnittes 87 geschlossen, während der Au@-gang des Potentiometers 71 dem Kontakt 92'und der Ausgang des Potentiometers 73 dem Kontakt 92" zugefüßrt sind.
Kontakt 92 des Schalters 93 ist an einen Rückkopplungseingangwideretand 94 des VeratWrkers 67 angeschlossen. In der Stellung R des Schalters 93 sind die Kon@akte 92 und 92'geschlossen. Demgemäß wird eine Stellungsrückkopplung durch dae Potentiometer 70 erzeugt, wenn der Schalter 88 sich in der Stellung S, unu durch das Potentiometer 72 enn der Schalter 88 sich in der Stellung T befindet. Die durch das Instrument gelieferten Anzeigen sina Reflexions-und Durchleuchtuhgswerte, wie im weiteren Verlauf der Beschreibung noch erläutert wird. In der Stellung C des Schalters 93 sina die Kontakte 92 una 92"geschlossen. Demgemäß wird eine Stellungeruckkopplung durch das Potentiometer 72 erzeugt, 88 wenn der Schaltery sich in der Stellung S befindet unu. durch das Potentiometer 73, wenn der Schalter sich in der Stellung T befindet. Die durch das Instrument erzielten Anzeigen sind erte einer bestimmten Abhanzgkeit von der Reflexion oder Durchleuchtung, wie später noch näher erläutert wird.
Die elektromagnetischen Kupplungen 76 una 77 werden durch die Spulen 95 bzw. 96 betätigt. Die Spule 95 ist mit dem Kontakt 821 des Sohalterabschnittes 83 una mit dem Gehäuse verbunden. Die Spule 96 ist mi dem Kontakt 82 des Schalterabschnittes 83 und mit dem Gehduoe verbunden. Kontakt 82 des Schalterabschnittes 83 ist an eine Gleichstromspeisequelle angeschlossen, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
In der Stellung S des Schalters 88 sind die Kontakte 82 unu 82'geschloSeen, die Kupplung 76 in Eingriff und die Welle 57 mit der Welle 74 gekuppelt. Demgemäß werden die Schieber der Potentiometer 70 und 72 gedreht, wenn eine Spannung dem Eingangswiderstand 91 aufgeprägt wird, wobei die Drehrichtung so gewhhlt i~t, daß die kombinierte Eingangespannung des Veratärkers 67 auf Null herabgesetzt wird.
In'der Stellung T des Schalters 88 sind die Kontaxte 82 unu 82"geschlossen, die Kupplung77 ist im Eingriff una die Welle 59 mit der Welle 75 gekuppelt. Demgemaß werden die Schieber der Potentiometer 71 una 73 gedreht, wenn dem Eingangswiderstand 91 eine Spannung aufgeprägt wird. Die Drehrichtung ist so gewahlt, daß die kombinierte Eingangsspaunung des Verstärkers 67 auf Null heruntergedrückt wird.
Wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 1 A angegeben, werden ein genormter Weißreflektor mit der Öffnun 14 unu ein zu untersuchendes Muster mit der Öffnung 15 und ferner ein Vergleichamuster mit der Offnung 16 in Beruhrung gebracht, wenn Reflexionsmessungen durchzufuhren sind.
Die Stdrke der durch den Verstärker 61 gespeicherten Spannung verkörpert die von dem Sichkörper reflektierte Lichtmenge und der Wert der im Verstärker 62 gespeicherten Spannung verkdrpert die durch das zu untersuchende muser reflektierte Lichtmenge wahrend die durch den Verstärker 63 gespeicherte Spannung die von dem Vergleichsmuster reflektierte Lichtmenge verkörpert, alles in einem Spektralgebiet, welches festgelegt ist durch den Farbfilter, der im Lichtweg zwischen der Linse 27 und der Fotozelle 35, Fig. 1, eingeschaltet ist.
Unter der Annanme, daß der Schalter 93 in die Stellung R una der Schalter 88 in die Stellung S gebracht sind, werden die Ausgänge der Verstärker 61'und 62 in der Hilfamotoreinrichtung in der Weise verglichen, daß die Winkelverschiebung der Ausgangswelle 57 ein Maß fUr die Ausgangsspannung des Verstärker 62 ale Verhältniswort der Ausgangspannung des Verstärkers 61'dargestellt.
Wenn der Schalter 88 in die Stellung T gebracht ist, werden die Auagange der Veretärker 61'und 63 miteinander verglichen und die Winkelverschiebung der Ausgangswelle 59 ist dann ein Ma für die Ausgangsspannung des Verstärkers 63 ale Verhältniswert der Ausgangsspannung des Verstärkers 61'.
Die Werte der Widerstände 91 und 94 sind so ausgewählt, daß die grUBte Winkelverechiebung der Welle 57 oder der Welle 58, welche 100% Reflexion bedeuten, z. B. 300° beträgt.
Der Wert des feet eingestellten Widerstandes 79 ist so gewahlt, daß ein Ausgleich für die durchschnittliche Abweichung des Bezugsmörpers von reinem Weiß geschaffen wird. Demgemäß liefert der Zeiger 54 eine Anzeige des Reflexionsvermögens Ru des zu untersuchenden Musters, während der Zeiger 56 eine Anzeige des Reflexionsvermögene RT des Vergleichskörpers und der Zeiger 55 eine Anzeige des Unterschiedes , zwischen den beiden Reflexionen in demjenigen Tell des Spektruse liefert, das durch die Durchleuchtungskennlinien des ausgewählten Farbfilters gemäß der Einstellung des Steuerknopies 31, Fig. 1, bestimm ist.
Eine Uberprütung der richtigen Arbeibsweise des Instrumentes wird durchgeführt durch Einstellung des Steuerknopres 31 auf die Stellungen"19"oder"23", wo eine Nullanzeige erhalten werden sollte, una durch Einstellung des Steuerknopfes 31 auf die Stellung"24", wo eine Anzeige enteprechend dem Reflexionsvermögen eines ausgewählten Vergleichsmusters erhalten werden sollte.
Bei der Berechnung von Farbstoffmischungen ftir Farbangleichung ist. es manchmal wünschenwert, Anzeigen betreffend die Verwendung einer bestimmten Veränderlichen zu erhalten in AbhSngigkeit des absoluten Reflexionevermögens, z. B. eine Inverse@@nktion, die in dieser Beschreibung mit C bezeichnet ist.
PUr diesen Zweck werden erneut bezugnehmend auf Fig. 2 die Windungen des Potentiometers 72 und 73 so auagelegt, daß sie eine Spannungsabhä@@gkeit entsprechend der gewünschten inveren Funktion besitzen.
Der Schalter 93 ist auf die Stellung C eingestellt, so daß bei Einstellung des Schalters 88 auf die Stellung"S"ouer"T* die Ausgangsspannung des Potentiometers 72 oder des Potentiomutera 73 dem Eingangawiderstand 94 zugeführt wird. Wenn Nulleingand am Verstärker 67 fdr beide Einstellungen S und T des Schalters 88 erhalten wird, erscheinen die durch die Zeiger 54 und 56 gelieferten Anzeigen CS und CT unmittelbar in diesen Bezugeinheixen, zu welchem Zweck die Skalen 54' und 56'mit einer zusätzlichen Einteilung hierfür versehen sind.
Die Skala 55 ist in ähnlicher Weise mit einer zusätzlichen Einteilung versehen, so daß derUNterschied # C zwischen den durch die Zeiger 54 unu 56 erhaltenen Anzeigen unmittelbar in diesen Bezugseinheiten erscheint.
Sina Durchleuchtungomessungen vorzunehmen, so werden, bezugnehmenu auf die Fig. 1, 1 A und 2, genormte Weißreflektoren in Berhrung mit den Öffnungen 14, 15 unu 16 gebracht.
Das Untersuchungemuster und das Vergleichamuater werden in den Schlitzen 38 und 39 in Stellung gebracht unu der Steuerknopf 31 so gedreht, daß hintereinander Farbfilter in den Lichtweg gebracht werden, welche das ganze oder einen Teil des Spektrums decken, in welchem die Durchstrahlungakennlinien verglichen werden sollen. Der Wert des fest eingestellten Widerstandes 79 wird so gewahlt, daß die Zeiger 54 und 56 100% Durchstrahlung anzeigen, wenn die Muster aus den Schlitzen 38 unu 39 entfernt sind un@ der Steuerknopf 31 in die Stellung 0240 gebracht ist.
Wenn bei Farbanglelchungen die Farben mit großer Genauigkeit bestimmt werden sollen, ist es notwendig, daß die Werte von #C inerhalb enger Grenzen bestimmt werden, besondere da, wo der Wert von #C Klein ist, damit der Untersuchende nicht veranlaßt wird, unnötige Vergleichsmuster herzustellen.
Daher ist es wünchenswert, auch die kleinen Irrtumer auszuschalten, die sich aus der Verwendung von getrennt bemeSsenen Potentiometern für die Erzeugung der inveraen Funktion ergeben konnten. Solche Potentiometer können nur schwierig mit genugender Genauigkeit paarweise hergestellt werden, weil Spurenanzeigen immer noch eracheinen können, wenn tatsächlich die Reflexions-oder Durchstrahlungsverhältnisse genau gleich sind.
Eine abgewandelte Ausführungsform eines Anzeigers, die im Hinblick auf geringste Nullanzeigen entworfen ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Hierbei sina die Ausgangsspannungen der Verstärker 61', 62 und 63 (Fig. 2) den Eingangsanschlüssen 100, 101, 102 der Anzeigeeinrichtungen zugeführt. Die Ausgangaspannungen der Verstärker 61', 62 und 63 sind in einer elektromechanischen Hilfsgetriebeeinrichtung zu vergleichen, die einen Verstärker 1 03, einen blotor 104, ein Geschwindigkeitsreduktionsgetriebe 105 una lineare Potentiometer 106, 107, 108 und 109 hoher Genauigkeit enthält. Das Geschwindigkeitsreduktionsgetriebe 1Q5 hat vier Ausgangswellen 110, 111, 112 und 113 mit gleichem Geschwindigkeitsverhältnis, welche mit den Wellen 114, 115, 116 und 117 mit hile der elektromagnetinchon Kupplungen 118, 119, 120 und 121 gekuppelt sind.
Die Gleitkontakte der Potentiometer 106 una 107 sind mit den Wellen 114 und 115 gekuppelt und liefern Singangsgrößen für ein mechanisches Differential 122. Die Wellen 114 una 115 und eine Auagangawelle 123 des mechanischen Differentials 122 besitzen mit ihnen verbundene Zeiger und liefern in Verbindung mit den Skalen 124, 125 und 125 Anzeigen des Reflexionsvermögens RS und RT und des Reflexionsunterschiedes #R der Muster.
Die Gleitkontakte der Potentiometer 108 und 109 sind mit den Wellen 116 una 117 gekuppelt und liefern Eingänge für ein mechanisches Differential 127. Die Wellen 116 und 117 7 und eine Auagangswelle 128 des mechanischen Differentials 127 besitzen mit ihnen verbunuene Anzeiger unu liefern in Verbindung mit den Skalen 129, 130 und 131 Anzeigen, weiche eine gewünschte Abhangigkeit vom Reflexions-oder Durchstrahlungsvermögen der Muster darstellen.
Die Anseige des Spektrofotometers wird erhalten durch Einatelluag eines Fünfstellungs-Vielfachschalters, der in Fig.
3 allgemein mit des Bezugazeichen 132 versehen ist, in jede der fünf Stellungen. Der Schalter 132 hat acht Abschnitte 133 bis 140. Die Aufeinanderfolge der Betätigungen ist die folgende* In Stellung"1"des Schalters 132 werden die Ausgänge der VerotArker 61'und 62 in der Hilfsgetriebeeinrichtung in solcher Weise verglichen, daß die Winkelverschiebung der Welle 114 ein Maß ist fUr die Reflexion RT (oder Durchstrahlung) des zu untersuchenden Musters una durch den Zeiger und Skala 124 angezeigt wird. Zu diesem Zweck wird die Au$gangsspannung des Verstärkers 61'der Wicklung des Potentiometers 106 liber einen vorher eingeetellten Widerstand 144 und die geschlossenen Kontakte des Schaiterabschnittes 133 zugeführt. Die Spule 133 der elektromagnetischen Kupplung 118 wird mit Hilfe von Schließkontakten des Schalters 136 gespeist unu die Auegangeepannung des Verstärkers 62 dem Eingangswiderstand 141 des Verstärkere 103 liber die geschlossenen Kontakte des Schalters 140 zugeführt. Eine Spannungsstellungeriickkopplung ist vorgesehen, die vom Gleitkontakt des Potentiometers 106 zu einem Eingangswiderstand 142 des Verstärkers 103 liber die geschlossonen Kontakte des Schalterabschnittee 139 führt. Die Stromspeisung der Spule der elektromagnetischen Kupplungeeinrichtung 118 wird von einer in der zeichnung nicht dargestellten, Anam schluß 143 angelegten Speisestromqeulle gespeist.
In der Stellung"2"des Schalters 132 werden die Ausgkngc der Verstärker 61' und 63 in Hilfsgetriebe so verglichen, da8 die Winkelverachiebung der Welle 115 ein Maß des Reflexions (oder Durchstrahlungs)vermögens RT des Vergleichsmusters darstellt und durch dn Zeiger und die Skala 125 angezeigt wird.9 Für diesem Zweck wird die Ausgangsspannung des Verstärkere 61'der Wicklung des Potentiometers 107 dber den festen Widerstand 144 und die geachloesenen Kontakte des Schalterabschnittes 133 zugefwirt. Dabei wird die Spule der elektromagnetischen Kupplung 119 liber die geschlossenen Kontakte des Schalters 133 gespeist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 63 wird dem Eingangswiderstand 141 liber die goschlossenen Kontakte des Schalters 140 zugeführt. Die Spannungsstellungsrückkopplung erfolgt vom Gleitkontakt des Potentiometers 107 auf dem Weg über die geschlossenen Kontakte des Schalterabschnittes 139 zum Eingangswiderstand 142.
Der vorher eingestellte Widerstand 144, der in Reihe mit den Wicklungen der Potentiometer 106 una 1Q7 liegt, ist so gewahlt, daß ein ausgleich iAr die durchschnittliche Abweichung des genormten munsters von vollständigem WeiS erzielt wird.
Da die Potentiometer 106 und 107 eine gemeinsame Speisung besitzen, und ihre Einstellung durch das gloiche Hilegetriebe bewirkt wird, ao ergibt sich daraus, daß, wenn die beiden Reflexionseingangswerte einander gleion sind, die Eingangs-/Ausgangsspannungsverhältnisse der Potentiometer 106 und 107 mit der Genauigkeit einander gleichen, bis zu welcher da Hilfsgetriebe in der Lage ist, eine gegebene Stellung wiederzugeben. Wenn s. B. die Wicklungen der Potentiometer 106 und 107 nicht genau liner sind, so besitzen die Antriebswellen 114 und 115 gewisse winkelfehler.
In der Stellung "3" des Schalters 132 besitzt die Wicklung des Potentiometers 106 eine Bezugsspannung una die Ausgangsspannung des Schiebers oder Agriffes wird dem Eingang des Hilfsgetriebee über einen Punktionagenerator 145 derart zugeführt, daß die Winkelverschiebung der Welle 116 ein Maß ! die gewünschte Funktion des Reflexionevermogens au (oder des Durchstrahlungsvermögens) des su untersuchenden Musters ist und das Eingangs-/Ausgangsspannungsverhältnis des Potentiometers 108 wird entsprechend eingestellt. Zu diesem 2week wird der Wicklung des Potentiometers 106 eine Bezugsspannung von positiver Polarität über die geschlossenen Kontakte des Schalterabschnittes 133 von einer Spannungsquelle aufgeprägt, die in der Zeichnung nicht dargestellt und au die Anschlüsse 146 angeschlossen ist. Die Wicklung des Potentiometers 108 erhält eine Bezugsspannung negativer Polaritä tuber die geschlossenen Kontakte der Schalterabschnitte 134 unu 135 von einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Spannungsquelle, die an 147 angeschlossen ist. Die Spule der elektromagnetischen Kupplun g 120 wird liber die geschlossenen Kontakte des Schalterabschnittes 136 gespeist.
Die Eingangsspannung fUr das Hilfsgetriebe wird dem Widerstand 141 Uber die geschlossenen Kontakte der Bohalterabsohnitte 138 und 140 zugeführt und eine positive Rückkopplungsspannung wird von dem Schieber des Potentiometers 108 dem Eingangswiderstand 142 über die geschlossenen Kontakte des Schalterabeohnittes 139 zugeleitet.
In der Stellung "4" des Schalters 132 erhilt die Wicklung des Potentiometers 107 eine Bezugespannung und die Ausgangsspannung des Schiebers wird dem Eingang des Hilfsgetriebes tiuar den Funktionegenerator 145 zugeführt, so daß die Winkelverechiebung der Welle 117 ein Maß für die gewünschte Reflexionsabhängigkeit C, des Untersuchungsmuaters bildet und das Eingangs -/Ausgangsspannungsverhältnis des Potentiometers 109 wird enteprechend eingestellt. Zu diesem Zweck erhilt die Wicklung des Potentiometers 107 eine BesugospannAng po-Kontakte des Schalters 133 von einer an 146 angeschlossenen sitiver Polarität über die geschlossenen/Speisestromquelle, unu. die Wicklung des Potentiometers 109 erhalt eine Bezugsspannung negativer Polaritlt über die geschlossenen Kontakte der Schalterabschnitte 134 und 135 aus einer bei 147 angeschlossenen Speisequelle. Die Spule der elektromagnetischen Kupplung 121 wird Uber die geschlossenen lontakto des Schalterabschnittes 136 gespeist. Die Eingangsspannung des Hilfsgetriebee wird dem Widerstand 141 über die geschlossenen Kontakte des Schalterabschnittes 140 zugeführt. und eine positive Rückkopplungsspannung wird vom Schieber des Potentiometers 108 des Eingangswiderstand 142 über die geechloseenen Kontakte des Schalterabachnittes 139 zugeleitet.
Der Funktionsgenerator 145 liefert eine Auegangsspannung, deren Wert eine inverse Funktion des ihr aufgeprägten Spannungwertes ist. Zweckmäßigerweise kann ein Funktionsgenerator benutzt werden, der eine Vielzahl von Konduktanzen in Parallelachaltung aufweist, von denen jede einen Widerstand und eine vorgespannte Diode aufweist.
Der Funktionsgenerator hat einen hohen Genauigkeitsgrad, zeigt aber gewisse Irrtdmer bei der Durchführung. Die Wirkung dieser Irrtdmer wird jedoch vermindert, wenn die Binrichtung so getroffen wird, daß der gleiche Funktionsgenerator und das gleiche Hilfsgetriebe für die Einstellung der Potentiometer 108 und 109 benutzt werden. DarEberhinaus werden die Wicklungen der Potentiometer 106 und 107 mit Strom aus der gemeinsamen Speiseqeulle beechickt, die bei 146 angeschloseen ist und die Wicklungen der Potentiometer 108 und 109 werden mit Strom aus der gemeinsamen Speisequelle beschickt, die an 147 angeschlossen ist.
Die Einriuhtung ist so getroffen, daß der Funktionagenerator 145 und die an den Anschlüssen 146 und 147 angelegte ßpelsequelle finir die Zeitepanne, wkhrond der die Schaltbetätigungen "3" und "4" ausgeführt werden, stabil sind. Demgemäß sind die auf den Potentiometern 108 und 109 eingestellten Eingangs -/Ausgangsspannungsverhältnie ungleich su den Eingangs-/Ausgangsspannungsverhältnissen der Potentiometer 106 unu. 107 und demgemäß auoh zum Reflexionsverhalten (Durchstrahlungsverhalten) v und R Die Werte der Ausgangsspannungen der Potentiometer 108 und 109 sind CS und CT. Eür die Potentiometer 106 und 107 stellen die Winkelverschiebungen der Wellen 116 und 117 die Veränderlichen CS und CT mit den Ungenauigkeiten dar, die durch irgendwelche Nichtlinearitäben in den Wicklungen der Potentiometer 108 und 109 bedingt sind.
In der Stellung "5" des Schalters 132 sind die Wicklungen der Potentiometer 108 und 109 so geschaltet, daß sie eine Bruche bilden, um von einem Auegangsanschluß 151 eine Wechselstromauagangespannung abzunehmen, deren Wert dem Wert C entspricht. Ebenso sind die Wicklungen der Potentiometer 106 und 107 so geschaltet, daß sie Wechaelatromausgangaspannungen an den Anschldssen 152 una 153 liefern, deren Werte den Reflexions- (Durchstrahlungs-)Verhaltensweisen RS und RT entsprechen. Für diesen Zweck werden die Wicklungen der Potentiometer 106 unu 107 liber die geschlossenen Kontakte des Schalterabschnittes 133 von einer Wechselstromquelle gespeist, die bei 148 angeschlossen ist, und die Wicklungen der Potentiometer 108 und 109 werden liber die geschlossenen Kontakte der Schalterabschnitte 134 und 135 von einer Wechaeletromquelle gespeist, die an 149 und 150 angeschlossen ist. Der Schieber des Potentiometers 108 liegt liber die geschloseenen Kontakte des Schalterabschnittes 137 am Gehäuse und die elektromagnetischen Kupplungen 118 und 121 sind außer Eingriff.
Wegen der genauen Ubereinstimmung zwischen den Eingangs-/ Ausgangespannungen der Potentiometer 108 und 109 und der Potentiometer 106 una 107, wenn Rg gleich RT ist, wird der Brüokenausgang vom Anschluß 151 in Bezug auf des Gehäuse Null sein. Wenn R8 una R1, nicht gleich sind, entspricht die Ausgangsspannung #C genau dem Unterschied zwiechen den durch den Funktionsgenerator bei diesen Werten gelieferten Funktionswerten und ist im dorien unabhängig von allen anderen Bestandteilen in dem System.
Die Ausgangsspannung ist geeignet zur Verwendung in einem Wechselstrom-Datenübertragungssystem. Wenn eine MeBauzeige erforderlich ist, wird die Gleichstromspeisung fUr die Brükke ersetzt durch eine Wechselstromspeisung udn die gewUnschte Anzeige wird durch einen Hochwiderstandsmesser geliefert, der quer zur Brdoke geschaltet ist.
Die Figuren 4 und 4 A zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Vergleichamuster, ein genormter Weißkörper und ein Untersuchungsmuster einzeln und aufeinanderfolgend in eine gemeinsame optidche Achee des Spektrofotometers bewegt werden, um die drei entsprechenden optischen Messungen durchzuführen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine diffuse Beleuchtung un. normale Betrachtung des Musters vorgesehen.
Bezugnehmend auf Fig. 4 wird die Innenfläche einer Integrationakugel 160 durch zwei elektrische Lampen 161 und 162 erleuchtet. Die Fäden der Lampe sind nahe und in gleichem Abetand von dem Mittelpunkt 0 der Integrationskugel 160 auf einer gemeinsamen Aches angeordnet, die in der Zeichnung durch die gebrochene Linie B - B' dargestellt ist, welche durch den Kugelmitteipunkt führt. Jede Lampe wird von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Halter getragen, der an der Wand der Kugel befestigt ist. Elektrischer Strom wird den Lampen£§den von einer in der Zeichnung nicht dargestellten Speisestromquelle sugeführt.
Die Kugel hat zwei kreisförmige Öffnungen 163 und 164 von annähernd gleichem Durchmesser, die in der Kugelwand so angeordnet sind, daß ihre Mittelpunkte auf einer in der Zeicnnung durch die gebrochene Linie A-A'dargestellten Aches liegen, welche ebentalle durch den Mittelpunkt 0 der Kugel htt und senhrecht auf der Aches B - B' steht.
Der Lampe 161 zugeordnete Dunkelschirme 165 una 165' sowie der Lampe 162 zugeordnete Dunkelsohirme 166 und 167 sind gegendber den Lampon so angeordnet, daß unmittelbare Lichtstrahlen jfon den Lampen aux die Öffnungen 163 und 164 nicht erreichen können.
Die Lampen haben solche Abstänae von dem Mittelpunkt 0, daß der Lichtweg zwischen den Öffnungen durch die Lampen oder die Schirme nicht behindert wird.
Es wird jetzt Bezug genommen auf Fig. 4 A, in welcher nur derjenige Teil der Integrationekugel in der Zeichnung dargestellt ist, der die Offnung 163 enth Außerhalb der Kugel 160 und benachbart der Öffnun 163 ist ein Karren oder Schlitte 167 angeordnet. Dieser wird in einerin der Zeichnung nicht dargestellten Gleitführung so gehalten, daß er in den Pfeilrichtungen 16t$ und 168'parallel zu einer in der Zeichnung durch die gebrochene Linie C-C' dargestellten Achse frei hin-und herbewegt werden kann, wobei die erwdhnte Achee C-C' senkrecht zur Acnse A-A' verläuft und diese schneidet. In der Zeichnung ist der Abstand zwischen der Öffnung 163 und dem Schlitte 167 aus Gründen größerer Anschaulichkeit Ubertrieben dargestellt.
Der Schlitten 167 ist mit drei Öffnugnen 169, 170 und 171 von Kreisform versehen. Ihre Mittelpunkte liegen auf der Aches C-C', Die Gestalt des Schlittens iat so, daß die Bbenen der OffnunL, en 169, 170 und 171 senkrecht auf der Aches A-A'stehen.
Drei Federklammern 175 sind am Schlitte 167 befeatigt, damit ein Vergeleichamuster 172, ein weißer genormter Körper 173 und ein Untersuchungsmuster 174 in BerUhrung mit den Offnunsen 169 und 170 oder 171 entaprechend gehalten werden kbnnen.
Der Schlitte 167 wird so angetrieben, daß ihm eine hinuna hergehende Bewegung aufgeprägt wird, so daß das Vergleichemuster, der weiBe henormte Kdrper, das Untersuchungsmuster, der weiBe genormte Körper, das Vergleichsmuster usw. nacheinander in Fluchtlinie mit der Offnung 163 in der Integrationskugel gebracht werden. Die hin-und hergehende Bewegung wird dem Schlitte durch eine an diesem angebrachte Platte 176 ausgeprägt. Ein Schlitz 177 in der Platte ist im Eingriff mit einem Stift 178, der exzentrisch an einer Scheibe 179 befestigt ibt. Die Scheibe wird durch einen Elektromotor 180 gedreht und die Ausgangswelle deeselben ibt mit einem Reibungsantrieb 181 versehen, welcher am Umfang der Scheibe angreift. Zweckmäßigerweise sind die Motorgeschwindigkeit unu das beim Reibungaantrieb vorgesehene Geschwindigkeitsreduktionsgetriebe so ausgewählt, daß der Schlitte einmal in der 80tune hin-und herbewegt wird.
Drei Einzelpolschalter 182, 183 und 184 sind so angeordnet, daß ihre Kontakte durch Betätigungsglieder 185, 186 und 187 geschlossen werden, die am Schlitten 167 befestigt sind. Die Betätigungsglieder sind so eingerichtet, daß die Kontakte der Schalter 184, 183 und 182 nur während derjenigen Zeitabschnitte geschlobsen sinu, in denen das Vergleichsmuster 172, der weiße Normörper 173 und das zu untersuchende Muster 174 nacheinander sich in Fluchtlinie mit den offnungen 163 in der Wand der Integrationskugel befinden.
Bezugnehmend wieder auf Fig. 4 wird die b££nung 163 durch eine positive Linse 168 wiedergegeben, die in einem Rohrtrier 189 gehalten wird, der sich von der Öffnung 164 der Integrationskugel bis zur Ebene eines kreisfbrmigen Anechlags 190 erstreckt, dessen Mittelpunkt auf der Aches A liegt. Von dem Vergleichsmuster, dem weißen Normkörper oder dem zu untersuchende@@uster reflektiertes Lich wird beim Vorbeigang am (festen) Anschlag von der Kathode eines Fotoverstärkers 191 empiangen der so angeordnet ist, daß die Aches A-A'durch den ungefähren Mittelpunkt der Kathode führt.
Biner aus einer Anzahl von Parbfiltern kann in den optischen Weg zwischen den Anschlag 190 und dem FotoveratErker 191 eingeführt werden. Die Farbfilter sind in Löchern gehalten, die in regelmäßigen Abständen nahe der Kante einer Scheibe 192 angeordnet eind. In der Fig. 4 ist die Scheibe 192 in Schnitt dargestellt, damit zwei der Farbfilter 192' und 192" veranschaulicht werden können.
Zweckmäßigerweise let die Scheibe mit 24 Locher versehon und trägt 18 Farbfilter, die das sichtbare Spektrum abdecken und drei Primärfarben, um Dreifarbenwerte zu erhalten, wie bereits in Verbindung mit dem Spektrofotometer der Fig. 1 beachrieben wurde.
Die Scheibe 192 wird gedreht, um den gewünschten Filter durch eine übliche Stellvorrichtung, die einen Hilfsmotor 193, einen Hilfsverstärker 194 und ein Rückkopplungspotentiometer 195 enthält in Arbeitestellung zu bringen. Der Umfang der Scheibe 192 set im Bingriti mit einem Reibungeantrieb 196, der auf der Auegangswelle des Motors 193 befestigt ist. Der Durchmesser des Reibungsantriebes ist geringer ale derjenige der Scheibe, so daM eine Drehzahlverringerung der Scheibe eintritt. Der besondere in den Lichtweg eingebrachte Filter wird durch die Skala 197 angezeigt, welche 24 Einteilungen und einen Zeiger 197' besitzt. Der Zeiger ißt mechanisch durch ein Kegelgetriebe der Welle gekuppelt, auf welcher die Scheibe 192 befestigt iet.
Eine Wicklung 193' des Motors 193, der ein Zweiphaseninduktionsmotor ist, wird mit 50 Perioden-Wechselstrom vom Augang des Hilfsverstärkers 194 aux gespeist. In den VeratErkor ist ein Zerhacker eingeschaltet, durch welohen Gleichstromeingangsspannungen des Verstärkers in Weoheeletrom umgewandelt werden. Ein@ 50 Perioden-Spannung mit einer quadratlsohen PhaBenbeziehung zur Ausgangespannung des Verstärkers 194 wird einer zweiten Wicklung 193"des Motors sugeiUhrt.
Die quadratische Spannung und eine 50 Perioden-Spannung für die Betätigung des Zerhackers werden einer gmeisneamen, in der Zeichnung nicht dargestellten, Stromquelle entnommen.
Der Hilfsverstärker 194 wird über die Eingangswiderstände 199 und 200 mit Rückkopplungs-und Steuersignalspannungen gespeist. Das Rückkopplungsignal wird vom Rückkopplungspotentiometer 195 abgeleitet, welchem der Strom aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Gleichstromspeisequelle negativer Polarität geliefert wird, die bei 201 angeschlossen ist. Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Geschwindigkeitsrückkopplung kann vorgesehen sein, um die Arbeitsweise der Hilfeeinrichtung zu stabilisieren.
Die Steuersignalspannung wird auf zwei Wagon abgeleitet, je nachdem, ob Hand-oder Fernbetätigung erforderlich ist.
Das durch den ausgewählten Farbfilter hindurchgelassene Licht wird durch den Fotoverstärker 191 umgewandelt unu am Ausgang des Potoverstdrkers eine Spannung entwickelt, welche der Stärke des auf die Kathode fallenden Lichtes entepricht. Diese Spannung wird dem Eingang eines 8peicherverstärkers 205 liber einen Widerstand 206 zugeführt, wenn die Kontakte des Schalters 182 geschlossen sind, dem Eingang eines Speicherverstärkers 207 liber einen Widerstand 208, wenn die Kontakte des Schalters 183 geschlossen sina, und dem Eingang eines Speicherverstärkers 209 über einen Widerstand 210, wenn die Kontakte des Schalters 184 geschlossen sind. DemgemaB entsprechen die Ausgangsspannungen, welche von den Speicherverstärkern 209, 207 und 205 geliefert werden, jeweils den durch das Vergleichamuster 172, den genormten Weißkorper 173 und das Untersuchungsmuster 174 auf die Kathode des FotoverstErkers reflektierten Lichtstärken innerhalb des durch den ausgewählten Farbfilter festgelegten Frequenzbandes.
Für Handbetätigung wird die Steuereingangespannung aub einem 24stelligen Potentiomerter 202 erhalten, dessen Schiebekontaxt mechanisch mit einem Steuerknopf und einer Skala 203 gekuppelt ist und der nach einem Index 203' eingestellt wird. Die Wicklung des Potentiometers 202 wird aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten und bei 2 04 angeschloneenen Gleichstromquelle positiver Polaritdt gespeist. Für die selbsttätige Arbeitsweise wird die Steuereingangsspannung aus einem Rechengerät in einer Weise erhalten, die weiter unien noch beschrieben wird.
Die Ausgangsspannung des 8peicherveretärkers 207 wird mit Hilfe des Widerstandes 212 einem Zeichenumkehrverstärker 211 zugeiUhrt, um eine Auegangespannung negativer PolaritAt fAr die Verwendung bei einem äußeren Rechengerät zu erhalten, Der Ubertragungefaktor dee V*rstkrkere 211 wird duroh sine Rückkopplung stabilisiert, die durch einen Widerstand 216 erzeugt ist.
Kapazitäten 213, 214 und 215 sind zwischen die Einganga-und Ausgangsanschlüsse der Speicherverstärker 205, 207 und 209 eingeschaltet. Die Werte der Kapazitäten zusammen mit den Eingangaimpedanzen der Speicherveratärker aind ao , gewahlt, daß die Ausgangsimpedanzen der Speicherveratärker derart sind, daß die von ihnen gelieferten Auagangsspannungen gespeichert werden und während der Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Schließungen der Kontakte der Schalter 182, 183 und 184 möglichst genau konstant bleiben. Die Empfindlichkeit des Fotoveratärkers 191 wird durch Rückkopplung g stabilisiert, die vom Ausgang des Speicherverstärkers 207 zu einer Elektrode des Potoversthrkers geleitet wird.
Ein zweistelliger Schalter 217 besitzt 6 Abschnitte 218-223, die mechanisch durch eine Welle 224 miteinander gekuppelt aind. An der Welle 224 ist ein Steuerknopf 225 befestigt, fUr die Einstellung des Schalters auf"selbsttätige"und "Hand-" Betätigung. In derZeiohnung ist der Schalter 217 in der"Hand-"Stellung dargestellt.
In der "selbsttätigen" Stellung sind die, Kontakte der Schalterabachnitte 220 und 221 so verbunden, daß die Ausgänge der Speicherveratärker 205 und 209 an die Anschlüsse 226 und 227 und der Auagang des Zeiohenumkehrveratärkera 211 Eber die Kontakte des Schalteraboohnittes 222 sum Anschluß 228 geführtsind, um Eingangsspannungen für die Betätigung einee Ruieren Rechengerätes zu erhalten. In letsterem ist eine Vergleichseinrichtung (Komparator) z.B. eine elektromechanische Hilfseinrichtung vorgeeehen, um die getrennt gespeicherten Signale miteinander su vergleichen und elektrische Signale entgegengesetzter Polarität zu erhalten, deren Unterschied ein Ma9 fUr den Unterschied der Lichtaustritteleistungen der Muster ist. $in mit dem Schalterabschnitt 223 verbundener Anschluß 229 geetattet ein von dem Rechengerät geliefertes Steuersignal positiver Polarität dem Hilfeverstärxer 194 aufzuprägen, so daB die Stellung der Filterecheibe 192 selbsttätig festgelegt wird.
Die Ausgangsspanungen der Speicherverstärker 205 und 209 werden auch dem Kontakt eines zweisteiligen Schalters 230 zugeführt. Mit der Welle des Schalters 230 ist ein Steuerknopf 231 ftir die Einstellung des Schalters verbunden, um zu gestatten, dab die Reflexionen des Vergleichemusters und des Untersuchungsmusters bestimmt werden können. In der Zeichnung sind die Schalteretellungen mit Aufschriften "Vergleich"und"Prüfung"versehen, wobei der Schalter in der "Prüfstellung" dargestellt ist.
Der Arm des Schalters 230 ist mit dem einen Ende eines mittelpunktsgeerdeten Anzelgelnetrumentes 232 verbunden.
Ist, der Schalter 217 auf Handbetätigung eingestellt, so ist das andere Ende des Instrumentes 232 über die Kontakte 'des Schalterabschnittes 218 an den Schieber des Potentiometers 233 angeschlossen, so daß ein Brückenkreis gebildet wird.
Das Potentiometer 233 besitzt eine Schraubenwioklung. Die Stellung des Schiebers wird zahlenmäßig durch einen Mechanismus im Körper einer Steuereinriohtung 234 in Schritten von einer Einheit von 0 bis 999 angezeigt, wenn ein Knopf 235 der Steuereinrichtung von Hand gedreht wird.
Ein Ende der Potentiometerwicklung 233 ist mit dem Gehäuse verbunden und das andere liber einen voreingestellten Widerstand 236 und Kontakte des Schalterabe¢hnittes 219 an den Ausgang des Speicherverstärkers 2Q7 angeschlossen.
Iet die Steuereinrichtung 225 in der Handbetätigungsstelluhg und die Steuereinrichtung 203 so eingestellt, daß der gewünschte Farbfilter sich im Lichtweg befindet, so wird der Steuerknopi 235 so weit gedreht, bis das Instrument 232 Null anzeigt. Die durch den Mechanismus der Steuereinrichtung 234 gelieferte zahlenmaßige Anzeige verkörpert das Reflexionbvermdgen des Vergleichsmusters oder des Untersuchungemusters je nach der Einstellung der Steuereinrichtung 231 innerhalb des durch den besonderen Lichtfilter aus dem Lichtstrahl ausgewählten Frequenzbandes. Der Wert des voreingestellten Widerstandes 236 wird so gewählt, daß fUr die durchsohnittliche Abweichung des Normörpers von vollständigem Weiß ein Ausgleich geschaffen ist.

Claims

P a t e n t a n e p r ü ¢ h e -.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-. ~ 1. Spektralfotometer fUr die Messung optischer Kennlinien von mindestens zwei Mustern in Abhängigkeit von einem Bezugswert, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektralfotometer f2r die Beleuchtung des Bezugskörpers und der blister zur Messung der einfallenden Lichtstärke eine fotoelektrioche Einrichtung enthält, die entsprechende Ausgangssignale liefert una daß Minitel vorgesehen sind, um einen abwechselnd von dem Bezugskörper und von den hustern abgeleiteten Lichtstrahl auf die fotoelektrioche Vorrichtung zu richten und daß fUr die Auswahl eines Frequenzbandes aus dem Lichtstrahl eine Mehrzahl von Lichtfiltern sowie für die Speicherung von, durch die fotoelektrische Vorrichtung, in Abhängigkeit von vom Bezugskörper una von den Mustern getrennt emprangenem Licht erzeugten elektrischen Signalen getrennte Speichermittel angeordnet sind, und daß die getrennten Speichermittel abwechselnd durch Schaltvorrichtungen synchron mit den Lichtstrahlrichtmittein der fotoelektriaohen Vorrichtung zugeführt werden unu dab Vergleichsmittel vorgesehen sina, um die getrennt gespeicherten Signale zu vergleichen und eine Auagangaapannung zu erzeugen, die innerhalb des durch einen bestimmten Lichtfilter aus dem Lichtatrahl ausgewählten Frequenzbandes ein Mati iUr den Unierachied der von den Mustern übertragenen Lichtstarkere bilden una dab der Liohtauagang jedee Mutera ale Verhältniswert des Lichtausganges des Bezugskörpers erscheint.
2. Spektralfotometer nach Anspruch 1 für die Messung von dunklen Mustern, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl abwechselnd vom Bezugskörper unu von den Mustern durch Reflexion von der Oberfläche jedes Körpers im Wechsel abgeleitet wird.
3. Spektralfotometer nach Anspruch 1 fur die Messung von durchecheinenden oder durchsichtigen Mustern, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl einerseits durch Reflexion von einem genormten BEzugskörper und andererseits im Wechsel von dem durch eines der Muster hindurchtretenden Licht abgeleitet wird.
4. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrische Vorrichtung mindestens eine Linse enthält, und der erwähn Bezugskörper und die Muster eine Mehrzahl von Lichtwegen bilden, von denen je einer vom Bezugskörper und von den Mustern su der fotoelektrischen Vorrichtung führt und die einzeln und aufeinanderfolgend wirksam gemacht werden.
5. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dam eine Kugelachale mit einer attierten inneren Reflexionaoberfiäohe und eine Lichtquelle zur gleichmäßigen Nrleuohtung der inneren Oberfläche, sowie eine Mehrezahl von offnungen in der inneren Oberfläche vorgesehen sind, die einzeln durch den Bezugskörper und die Muter geaohloaaen werden können, während eine eizeln,e in einem drehbaren Träger gehaltene Linse abwechselnd in jeden der Lichtwege eingeschaltet wird.
6. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtelektrische Vorrichtung und eine Linse jeweile einen einzelnen Arbeitslichtweg daratellen und der Bezugskorper und die Muster aufeinanderfolgend in den Lichtweg gebracht werden.
7. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB der Bezugskdrper und die Muster auf einem beweglichen Glied angeordnet sind, das so angetrieben ist, daß der Bezugskbrper und die Muster hintereinander in eine solche Stellung gebracht werden, daß sie die btinung verschlieBen.
8. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bia 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Lichtfiltern auf einer drehbaren Welle so angeordnet sind, daß sie einzeln in den Arbeitelichtweg gebracht werden kUnnen.
9. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bib 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsentrlger fortschreitend gedreht wird und mit einer Mehrzahl von Schaltern zusammenwirkt, die einzeln betätigt werden, wenn einer der Liohtwege wirksam gemacht wird.
10. Spektraifotometer nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Linsenträger unterbrechungsweise gedreht wird, wobei jedem Lichtweg mindestens ein Aufenthalt zugeordnet ist.
11. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche träger gleichmEßig angetrieben ist und mit einer Mehrzahl von Schaltern zueammenwirkt, von denen je einer betätigt wird, wenn der Bezugskörper oder eines der Muster in den Lichtweg gebracht ist.
12. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugskörper und die Muzter in Fluchtlinie auf dem beweglichen Glied angeordnet sind und letzteres in hin-und hergehender Bewegung angetrieben wird.
13. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugskorper, ein zu untersuchendes Muster und ein Vergleichsmuster vorgesehen sind, wobei der Bezugskörper zwischen den beiden Mustern angeordnet ist.
14. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter bei ihrer Einzelbetätigung die Auegangssignale der fotoelektribchen Vorrichtung je einem getrennten Verstärker zuführen, der sein Auegangssignal je einer getrennten kapazitiven Speichervorrichtung zuführte
15. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Speichervorrichtung gespeicherten Signale getrennt einer elektromechaniochen Hilfssteuereinrichtung zugefdhrt werden.
16. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Steuervorrichtung einen summierenden Verstärker enthält, in welchem die von den Mustern abgeleiteten und geepeicherten Signale aufeinanderfolgend einem Hilfsmotor zugeführt werden, der durch das Ausgangssignal des Verstärkers angetrieben wird und seinerseits eine Mehrzahl von Wellen antreibt, die getrennt in Eingriff kommen, wenn das getrennte Speichersignul dem Verstärker zugeführt wird, und daß jede Welle einen Zeiger trkgt zur Anzeige der Auagangslichtstärke des betreffenden Musters, unu daB mindestens ein Potentiometer angetrieben wird, das mit einem Signal gespeist ist, das von dem Bezugekorper abgeleitet wurde, und einen Auagang liefert, der proporional dem Bezugskörpersignal und der enteprechenden Wellendrehung ist, wobei das proporionale Auagangssignal zu dem Bingang des summierenden VeratErkere zurückgeleitet ist.
17. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmotor getrennt zwei Wellen antreibt, welche die beiden Eingangswellwn eines Differentialgetriebes antreibon, dolmen Aungangswelle einen Zeiger trägt zur Anzeige des Unterschiedes im Lichtausgang der beiden Muster. lo.
Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hilfamotor angetriebene Welle ein lineares Potentiometer und ein nicht lineares Potentiometer antreibt, welche beide mit dem von dem Bezugokbrper abgeleiteten Signal gespeist werden, und daß Schaltmittel vorgesehen sind, um den Auagang jedes Potentiometers dem Eingang des summierenden Verstärkers zuzuführen.
19. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daB Mixtes vorgesehen sind, um einen ausgewählten Liohtfilter in Abhängigkeit von einem äußeren Steuersignal in den Lichtweg zu bringen.
20. Spektralfotometer nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daB ein handbetätigtes Potentiometer mit einem Anzeiger verbunden und das Potentiometer mit einem Signal gespeist ist, das von dem Bezugskdrper abgeleitet ist, und daß proportional dem Bezugsxdrpersignal una der Stellung, in welche das Potentiometer von Hand eingestellt ist, ein Auegangßignal erzeugt wird, das mit dem gespeicherten getrennt von einem der quater abgeleiteten Signal verglichen wird.
21. 8pektralfotometer nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nullanzeigeinstrument vorgesehen ist, um die Gleiohheit den Potentiometerausgangaeignalea und des ausgewählten Mustersignales anzuzeigen.