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Verfahren und Einrichtung zum messenden Vergleichen lichtstreuender
Medien. Neuerdings tritt in der Technik das Bedürfnis nach einem messenden Vergleichen
lichtstreuender Medien auf; diese sollen also in bezug auf ihr Streuvermögen geprüft
bzw. bestimmt werden. Es ist bekannt, daß beim Betrachten von Lichtquellen aus größerer
Entfernung durch beispielsweise opalisierende Gläser, die den Lichtquellen verhältnismäßig
nahe liegen, der Eindruck erweckt wird, die lichtstreuende Wirkung dieser Gläser
sei beinahe vollkommen, während bei der Betrachtung der Lichtquellen durch Gläser,
die in größerer Entfernung von diesen Lichtquellen, also dem Auge näher liegen,
deutlich erkennbar wird, daß diese lichtstreuende Wirkung nur eine teilweise ist,
insofern, als man ohne weiteres eine durch derartige Gläser betrachtete Lichtquelle
deutlich und klar zu erkennen vermag. Hieraus ist zu folgern, daß lediglich ein
Teil. der Gesamtheit aller das opalisierende Glas durchsetzender Lichtstrahlen diffus
zerstreut wird.
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Ein lichtstreuendes Medium zerlegt somit jedes hindurchtretende Lichtbündel
in zwei Komponenten, nämlich in i. geradlinig hindurchgelassenes Licht (geregelter
Strahlengang) und z. zerstreut hindurchgelassenes Licht.
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Es ergibt sich infolgedessen, daß das lichtstreuende Medium die Rolle
einer sekundären Lichtquelle spielt.
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Von dieser Eigenschaft wird gemäß der Erfindung Gebrauch gemacht,
die ein neuartiges Verfahren zum messenden Vergleichen lichtstreuender Medien darstellt.
Nach der Erfindung wird der Kontrast zwischen den Flächenhelligkeiten der urzerstreut
durchge-Iassenen und der durch das Medium zerstreutem Komponente verglichen mit
dem gleichartigen Kontrast eines anderen Mediums, das bei dem Verfahren als Vergleichsnormal
dient, dessen Eigenschaften folglich im Sinne des Verfahrens als bekannt angesehen
werden.
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Erfindungsgemäß werden die Kontrastbilder so erzeugt, daß im Gesichtsfelde
von einem Linsensystem die Lichtquelle scharf abgebildet wird. Das zu untersuchende
Medium wird dabei außerhalb des Gesichtsfeldes zwischen dieses und die Lichtquelle
in den Strahlengang des Instrumentes eingeschaltet. Es entsteht dann ein Bild der
Lichtquelle, dessen Umgebung entsprechend dem Streuvermögen des zwischen der Lichtquelle
und dem Abbildungssystem geschalteten Mediums aufgehellt ist. Das Verfahren nach
der Erfindung beruht nun darauf, ein so erzeugtes Kontrastbild mit einem ihm gleichartigen
Kontrastbild, das von einem als bekannt anzusehenden Medium hervorgerufen wird,
zu vergleichen unter Benutzung der gleichen Lichtquelle, die im wesentlichen flächenhaften
Charakters sein soll.
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Die schematischen Abb. i und a erläutern das Grundsätzliche des neuen
Verfahrens. In Abb. i ist das Bild dargestellt, das sich dem Beschauer beim Vergleich
zweier verschieden stark streuender Medien darbietet, wenn
als gemeinsame
Lichtquelle der zickzackförmige Faden einer elektrischen Glühlampe dient. Das Gesichtsfeld
ist in zwei gleiche Teile geteilt, so daß je ein linkes und rechtes Kontrastbild
vorhanden ist. Beide Bildhälften durchsetzt das reelle Abbild L1 und L2 des Glühfadens,
und die oberhalb und unterhalb von diesem Fadenbilde gelegenen linken und rechten
Flächen F1 und F2 des Gesamtbildes sind im allgemeinen aufgehellt.
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Im Regelfalle ist sowohl die Helligkeit des Fadenbildes im linken,
Li, und rechten, L2, Teil des Gesamtbildes als auch die Helligkeit der zugehörigen
linken, Fi, und rechten, F2, Restflächen verschieden; je heller das Fadenbild erscheint,
um so weniger ist die zugehörige Restfläche aufgehellt und umgekehrt. Im theoretischen
Grenzfalle des nichtstreuenden Mediums erscheint der Glühfaden helleuchtend auf
schwarzem Grunde, während im Grenzfalle des vollkommen streuenden Mediums Fadenbild
und Restfläche als gleich-2näßig aufgehellte Fläche erscheint.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Lichtquelle einen im wesentlichen flächenförmigen
Charakter hat. Dies ist mit hinreichender Genauigkeit der Fall bei einer großen
Anzahl von Metallfadenlampen. In noch besserer Weise wird eine derartige flächenhafte
Lichtquelle durch einen Lichtspalt verkörpert. In Abb.2 ist schematisch veranschaulicht,
wie sich die Kontrastbilder darstellen bei Verwendung eines leuchtenden Spaltes
als Lichtquelle. In. der linken Hälfte des Gesichtsfeldes kontrastiert das verhältnismäßig
helle Spaltbild S, mit der verhältnismäßig wenig aufgehellten Umgebung Fi, und in
der rechten Hälfte kontrastiert ein dunkleres Abbild S2 des Spaltes mit der mehr
aufgehellten Umgebung F2.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, die beiden je eine Hälfte
des gesamten Gesichtsfeldes einnehmenden Kontrastbilder miteinander zu vergleichen.
Man gelangt hierdurch zu einem messenden Verleich, d. h. zu einer zahlenmäßigen
Einordnung einer Vielzahl von Medien in bezug auf deren Lichtstreuungsvermögen.
Diese geordnete Abstufung läßt sich bisher mit einfachen Mitteln nicht durchführen
und bleibt im übrigen bei der Heranziehung eines umfangreichen Rüstzeuges weit ungenauer,
als es die Ergebnisse unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind.
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Das erwiesenermaßen zuverlässige Verfahren nach der Erfindung läßt
sich nun mit verhältnismäßig einfachen Einrichtungen ausüben. Eine derartige Einrichtung
ist ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung, und ihre Eigenart liegt darin, daß unter
Benutzung einer ausich bekannten optischen Vergleichseinrichtung, z. B. unter Benutzung
eines dem Photometer ,ähnlichen Instrumentes, dessen beide Seiten von ein und derselben
Lichtquelle, z. B. einem einfachen Glühfaden, beleuchtet werden, zwei vorgeschaltete
lichtstreuende Medien miteinander in. Vergleich gebracht werden, indem auf der einen
Seite ein eingeschaltetes Medium untersucht wird, wobei der Kontrast zwischen dem
unzerstreut durchgelassenen Licht des Glühfadenbildes und der danebenliegenden,
durch zerstreutes Licht beleuchteten Fläche- mit einem gleichartigen Bilde verglichen
wird, das durch entsprechende bekannte Medien erzeugt wird, die entweder verschiebbar
und auswechselbar oder kontinuierlich abgestuft sind, also beispielsweise keilförmig
ausgestaltet sind. Dieser Vergleich zwischen dem zu untersuchenden lichtstreuenden
Medium und dem bekannten Medium -gibt dann die Möglichkeit, entweder zu bestimmen,
daß das zu untersuchende lichtstreuende Medium entweder die oder jene zerstreuende
Wirkung habe, oder festzustellen, daß das untersuchte lichtstreuende Medium den
gewollten Anforderungen nicht entspricht und diese oder jene Mängel besitzt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist auf der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht, und zwar zeigt Abb.3 einen Schnitt durch den einem Photometer ähnlichen
Prüfapparat und Abb. q. die Ansicht eines mit verschiedenen bekannten lichtstreuenden
Medien ausgerüsteten Schiebers, der sich zum Vergleich mit dem zu untersuchenden
lichtstreuenden Medium zur Anwendung bringen läßt.
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Von einer Lichtquelle i, die beispielsweise in einem Halter 2 angeordnet
ist, der durch Stellschrauben 3 und q. auf der Grundplatte 5 des Apparates- verstellt
werden kann, treten Lichtstrahlen nach beiden Seiten, d. h. rechts und links, hinaus
und können durch Öffnungen. 6 bzw. 7 in die weiterhin angeordnete optische Einrichtung
eintreten. Diese optische Einrichtung ist im wesentlichen auf beiden. Seiten des
Instrumentes gleichartig ausgebildet und im übrigen für das Wesen der Erfindung
konstruktiv unerheblich, da sie naturgemäß zahlreichen Abänderungen unte,-liegen
kann.
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Von der erwähnten - Lichtquelle wird im Gesichtsfelde eine scharfe
Abbildung des Fadens herbeigeführt. Beispielsweise treffen die von der Lichtquelle,
z. B. einer Glühlampe mit senkrecht stehendem Glühfaden; ausgehenden Lichtstrahlen
nach Passieren einer üffnung 6 zunächst auf eine spiegelnde Fläche 8, werden .hier
rechtwinklig reflektiert und wandern alsdann durch einen Tubus, der zwei Linsen
g und io enthält, um dann erneut an einer spiegelnden_ Fläche i i rechtwinklig
reflektiert
zu werden, so daß die Lichtstrahlen in das rechte zweier mit der einen Kante sich
abdeckender Prismen 12 eintreten, von wo alsdann die Lichtstrahlen senkrecht nach
aufwärts in einen hier angeschlossenen Okulartubus, wie bei Photometern üblich,
gehen.
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Die von der Lichtquelle i nach links hinausgehenden Lichtstrahlen
gelangen zunächst durch die Öffnung 7 ebenfalls auf eine spiegelnde Fläche 13 und
wandern dann über Linsen 14 und 15 ebenfalls durch einen. Tubus, von wo sie durch
eine spiegelnde Fläche 16 rechtwinklig abgelenkt werden und dann über ein Prisma
12', welches ähnlich dem Prisma 12 ausgebildet ist, nach dem Okular hingelangen.
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Es werden nun beiderseitig möglichst vollkommene Diffusoren, z. B.
gute Milchgläser gleicher Dichte, eingesetzt. Durch Verschieben der Lampe nach rechts
oder nach links, also nach einer-der beiden Richtungen, werden die Gesichtsfeldhälften
gleich hell gemacht. Gegebenenfalls wird durch Stromregelung mehr oder weniger ein
Verdunkeln der Lampe herbeigeführt und damit Ungleichheiten in der Dichte unschädlich
gemacht, bis schließlich gar kein Fadenbild im Gesichtsfelde erkennbar ist.
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Es sei nochmals festgestellt, daß die konstruktive Einrichtung keineswegs
die eben dargestellte Ausbildung zu haben braucht und daE: die einzelnen Teile auch
andere Zusammenstellung haben können, ohne das Wesen der Erfindung zu beeinflussen.
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Zur genauen Einstellung des Instrumentes kann es zunächst zweckmäßig,
aber keineswegs erforderlich sein, auf beiden Seiten des Instrumentes gleichartige
lichtstreuende Medien anzuordnen, welche z. B. die Gestalt der in Abb..l dargestellten
Schieber haben können. In einem Rahmen, der auf beiden Seiten offen ist, sind eine
Anzahl lichtstreuender Medien angeordnet, die in Abb. q. durch Kreise 17, 18, 19,
2o und 21 veranschaulicht sind und die vor der Öffnung 6 oder 7 angeordnet sind
bzw. hier durch entsprechende Verschiebung eingestellt werden können. Es kann zunächst
auch zweckmäßig sein, solche Vergleichsmedien auf beiden Seiten anzuordnen und durch
entsprechende Verstellung der Lichtquelle i auf der Grundplatte 5 gleiche Helligkeit
auf beiden Seiten des Instrumentes herbeizuführen. Das ist z. B. leicht dadurch
erkennbar, daß im Okular des Instrumentes zunächst neben dem eigentlichen Glühfaden
der Lampe auch eine Aufhellung des den Glühfaden umgebenden Raumes in Erscheinung
treten muß, und zwar dadurch, daßa nunmehr im Gegensatz zu dem obenerwähnten Fall
nicht bloß der Glühfaden sichtbar wird, sondern auch infolge der diffusen Zerstreuung
in den Vergleichsmedien die den Glühfaden umgebende Fläche mehr oder weniger hell
erscheinen muß. Es ist z. B. dann möglich, diese Aufhellung der den Glühfaden umgebenden
Fläche in solchem Grade herbeizuführen, daß der eigentlich am hellsten leuchtende
Glühfaden vollkommen gegenüber der erhellten umgebenden Fläche im Okular verschwindet,
weil nämlich das jeweils zur Wahl herangezogene Vergleichsmedium solche lichtstreuende
Wirkung ausübt, daß die Streuung gleich oder gar größer ist als das Bild des durchscheinenden
erhellten Glühiadens. Naturgemäß ist es nicht notwendig, gerade solche Diffusoren
anzuwenden, bei denen der Glühfaden beim Vergleich verschwindet. Es genügt vielmehr,
die zur Anwendung kommenden Diffusoren zahlenmäßig ein für allemal nach festgesetzten
Normauen zu bestimmen und dann für den Vergleich zu verwenden.
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Hat man auf diese Weise das Instrument eilgestellt, nachdem evtl.
die Lichtquelle i mit Hilfe der Stellschrauben 3 und :1 auf der Grundplatte des
Instrumentes entsprechend eingestellt worden ist, so kann nunmehr die Untersuchung
derjenigen Medien bzw. Gläser vor sich gehen, deren lichtstreuende Wirkung festzustellen
ist. Dann wird das zu untersuchende Medium beispielsweise vor der öffnung 6 angeordnet,
während auf der gegenüberliegenden Seite vor der ü ffnung 7 das bekannte Medium,
z. B. der Schieber mit den Vergleichsmedien 17, 18, i9, 2o, 21, anzuordnen ist.
Durch Beobachtung im Okular des Instrumentes hat man es auch hier in der Hand, festzustellen,
welchen Kontrast das unzerstreut durchgelassene Licht des Glühfadenbildes zu dem
danebenliegenden, infolge der Zerstreuung entstehenden hellen Bilde im Gegensatz
zu dem Kontrast aufweist, der durch die Vergleichsmedien 17, 18, 19, 20 oder
21 entsteht, die dem Grad ihrer Wirkung nach dem Beobachter genau bekannt sind.
Man hat es mithin mit diesem Instrument in der Hand, sehr schnell die lichtstreuende
Wirkung irgendeines Mediums festzustellen. An Stelle der oben beschriebenen Lichtquelle,
bei welcher angenommen ist, daß es sich um einen Glühfaden handelt, kann z. B. auch
ein Spalt zur Anwendung kommen, der von irgendeiner Lichtquelle aus beleuchtet und
beispielsweise wagerecht angeordnet ist und durch optische Mittel auf den zu vergleichenden
Medien zur Abbildung gelangt.
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Es steht nichts im Wege, daß auch hinsichtlich der Vergleichsmedien
die in der Photometrie bekannten Ausbildungen gleichfalls Benutzung finden können.
So ist es möglich, diesen Medien z. B. keilförmige Gestalt zu erteilen, so daß bei
der Verstellung
eines Vergleichsmediums die Abstufung desselben
kontinuierlich erfolgt, im Gegensatz zu der schrittweisen Abstufung, die bei dem
in Abb. q. dargestellten Schieber zur Anwendung kommt.