-
Verfahren und Einrichtungen zur selbsttätigen und registrierenden
Bestimmung der Gesamtwirkung einer Strahlungsquelle auf einen Strahlungsempfänger
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie Einrichtungen zur Bestimmung der Gesamtwirkung
einer Strahlungsquelle auf einen Strahlungsempfänger gegebener spektraler Empfindlichkeitsverteilung,
wie z. B. eine photographische Platte, eine lichtelektrische Zelle oder die Netzhaut
des menschlichen Auges.
-
Die Wirkung von Strahlungsenergie auf einen Empfangsmechanismus, wie
z. B. die photographische Platte ,oder die Netzhaut, hängt einmal von der Spektralzusammensetzung
der Strahlungsenergie, sodann von der Spektralempfindlichkeit des Aufnahmemechanismus
ab. Im Falle, daß eine photographische Platte verwendet wird, kann die durch einen
bestimmten Betrag von Strahlungsenergie ausgeübte Gesamtwirkung beurteilt werden,
`nenn die zusammengehörigen Ordinaten der Kurve, die die spektrale Empfindlichkeit
der photographischen Platte angibt, miteinander multipliziert werden. Hieraus ergibt
sich eine Kurve, deren Flächeninhalt die auf die Platte ausgeübte Gesamtwirkung
angibt.
-
Erfindungsgemäß werden mittels einer mechanischen Integrierv orrichtung
die Integralwerte der Produkte einander entsprechender Werte der durch einen Farbmesser
o. dgl. registrierten spektralen Energieverteilungskurve der Strahlungsquelle und
der vorgegebenen Spektralempfindlichkeitskurve des -Strahlungsempfängers innerhalb
desselben Spektralbereiches gebildet und diese Werte registriert.
-
Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung ist
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein sich. entsprechend den durch einen
Farbmesser gemessenen Werten der spektralen Energieverteilung der Strahlungsquelle
hin und her bewegendes Registrierelement und eine sich entsprechend dem bei der
Messung durchlaufenen Spektralbereich drehendeRegistriertrommel des Farbmessers
in der Weise mit einer mechanischen Integriervorrichtung gekoppelt sind, daß die
Achse der Registriertrommel über Zahnräder mittels einer Antriebsscheibe und eines
Reibungskupplungsrades, dessen Angriffspunkt auf der Vorderfläche der Antriebsscheibe
entsprechend der Stellung der Randkurve einer ebenfalls von der Achse angetriebenen,
entsprechend der
gegebenen spektralen Empfindlichkeitskurve gestalteten
Kurvenscheibe n i,ittels eines Mitnehmers verlegt wird, eine Trommel antreibt, die
ihrerseits. ein mit der Ableseskala ver sehenes Reibungskupplungsrad antreibt, des
sen Angriffspunkt auf der Vorderfläche de@ Trommel entsprechend der Stellung einer
nnit' dem 'Registrierelement vorzugsweise durch einen Hebel verbundenen Achse verlegt
wird.
-
Eine besonders brauchbare Einrichtung besteht darin; daß zur Registrierung
der spektralen Energieverteilung der Strahlungsquelle ein Farbmesser dient, bei
dem eine von der zu untersuchenden Strahlungsquelle und einer Vergleichsquelle aus
abwechselnd in rascher Folge bestrahlte lichtelektrische Einrichtung vorgesehen
ist, in deren Strahlengang eine gleichzeitig mit der Registriertrommel des Farbmessers
bewegte optische aVorrichtung, beispielsweise ein drehbares Prisma, eingeschaltet
ist, derart, daß durch einen Spalt hindurch die lichtelektrische Einrichtung nacheinander
von verschiedenen spektralen Bereichen bestrahlt wird und die verstärkten elektrischen
Ströme der lichtelektrischen Einrichtung einer umkehrbaren Antriebsvorrichtung,
beispielsweise dem Rotor eines reversiblen Motors, zugeführt werden, der je nach
dem Überwiegen der Energie der Strahlungsquelle oder der Vergleichsquelle ein Registrierelement
in der einen oder anderen Richtung bewegt.
-
An Stelle einer mechanischen Integriervorrichtung kann auch eine elektrisch
wirkende benutzt werden, indem ein sich entsprechend den durch einen Farbmesser
gemessenen Werten der spektralen Energieverteilung der Strahlungsquelle hin und
her bewegendes Registrierelement und eine sich entsprechend dem bei der Messung
durchlaufenen Spektralbereich drehende Registriertrommel des Farbmessers in der
Weise mit einer elektrischen Integriervorrichtung gekoppelt sind; daß die Achse
der Registriertrommel die Verschiebung eines Potentiometerschiebers bewirkt, während
das Registrierelement (Schreibstift) die Verschiebung eines anderen- Potentiometerschiebers
bewirkt und die Ströme beider Potentiometer einem integrierenden Wattstundenmesser
zugeführt werden.
-
Die-Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
-
Abb. i zeigt -die mechanische Integriervorrichtung in Verbindung mit
einem Farbmesser.
-
Abb. 2 stellt eine Aufsicht auf die mechanische Integriervorrichtung
dar.
-
Abb.3 zeigt Kurven, die sich aus der Registriertrommel des Farbmessers
ergeben, als objektives Maß für das relative Reflexionsvermögen der beiden Proben,
woraus die entsprechenden Gelb-Blau-Empfindungen .abgelesen werden können.
-
..abgelesen q. zeigt Kurven, die die spektrale Zusmensetzung zweier
häufig benutzter Lichtquellen angeben. Die ausgezogene 'Kurve stellt den Mittelwert
des Mittagssonnenlichtes und die punktierte Kurve künstliches Sonnenlicht dar, wie
es durch eine Speziallampe erzeugt wird.
-
Abb. 5 zeigt die relative spektrale Empfindlichkeit der drei Hauptempfangsmechanisxnen
der menschlichen Netzhaut für Violett, 'Grün und Rot, wenn sie einem Spektrum gleicher
Energieverteilung ausgesetzt ist.
-
Abb.6 zeigt die Form einer Kurvenscheibe, mittels deren entsprechend
einer bestimmten Funktion oder dem Produkt von Funktionen einer der Anzeigeskalen
eine drehende Bewegung gegeben wird.
-
Zum besseren. Verständnis der Wirkungsweise der Anordnung soll zunächst
eine beispielsweise Form eines Farbmessers beschrieben werden und im Anschluß daran
das mechanisch integrierende Zusatzgerät erläutert werden.
-
In Abb. i bedeutet i ein Grundbrett, auf dem verschiedene Teile der
Anordnung befestigt sind. Auf dem Brett i befindet sich die Lichtquelle 2, vorzugsweise
eine Glühlampe mit einem breiten Faden 3, dessen Ebene so liegt, wie in der Zeichnung
dargektellt. Auf der einen Seite der Lampe ist eine Tragvorrichtung q. vorgesehen
zur Aufnahme der Meßprobe oder der Vergleichsprobe. In der Zeichnung ist der letzte
Fall dargestellt. Die Tragvorrichtung besitzt einen Schirm 5 mit einer Öffnung,
durch die die Oberfläche 6 der Normalprobe 7 dem Licht der Lampe ausgesetzt wird.
° Auf der entgegengesetzten Seite derLampe in dem gleichen Abstand von der Lampe
wie die Tragvorrichtung q. ist eine zweite Tragvorrichtung 8 vorgesehen, die ebenfalls
einen Schirm 9 besitzt. Dieser Schirm ist mit einem Schlitz oder einer Blende versehen,
durch die die zu messende Probe i i dem Licht der Lampe ausgesetzt -wird.
-
Sowohl zwischen Lampe und Tragvorrichtung q. als auch zwischen Lampe
und Tragvorrichtung 8 befinden sich Kondensorlinsen 12 und 13. Um eine Überhitzung
der Proben 'zu vermeiden, sind an geeigneten Stellen zwischen Lampe und Tragvorrichtung
Kühltröge 1q. und 15 vorgesehen. Außerdem befinden sich zwischen Lampe und den Tragvorrichtungen
q. und 8 ein Paar Verschlüsse oder Blenden 16 und 17, die mehr oder weniger Licht
von der Lampe her durchlassen und so den relativen Betrag an Licht bestimmen, das
'von den Oberflächen der Normal- und Meßi,
probe reflektiert wird.
Die Blendvorrichtungen werden im einzelnen noch näher erläutert.
-
Auf dem Grundbrett ist weiterhin eine Achse 29 gelagert, die ebenfalls
parallel mit den optischen Achsen der Linsen 12 und 13
verläuft, d. h. also
im wesentlichen senkrecht zu den dem Licht ausgesetzten Oberflächen 6 und io der
Proben. Die Achse 29 besitzt ein Zahnrad 30, das mit einem Zahnrad auf der Achse
eines Synchronmotors 31 in Eingriff steht. Dieser Motor ist an die Leiter 32 und
33 angeschlossen, die Wechselstrom bestimmter gleichbleibender Frequenz (z. B. 6o
Perioden pro Sekunde) liefern. Die Achse 29 trägt eine Einrichtung 34 zur Erzeugung
von abwechselnden Lichtblitzen. Sie besteht zweckmäßigerweise aus einer Glasscheibe,
die aus abwechselnd durchsichtigen und reflektierenden Sektoren besteht. Die reflektierenden
Flächen der Sektoren sind dem von der Probe i i her reflektierten Licht zugewandt.
Die Ebene der Scheibe ist dabei so angeordnet, daß sie mit den Lichtstrahlen BI
und B2, die von den Proben 7 und i i herrühren, gleiche Winkel bildet. Um die Richtung
dieser Lichtstrahlen zu justieren, sind die Linsen 37 und 38 vorgesehen. Hat ein
durchsichtiger Sektor der Scheibe 34 die richtige Stellung, so geht der Lichtstrahl
Bi von der Normalprobe 7 durch die Linse 37, den durchsichtigen Sektor und dann
durch einen in dem Schirm 4o befindlichen senkrechten Schlitz 39 und verläuft dann
weiter in Richtung L. Während der Strahl BI von der Normalprobe her durch die Scheibe
tritt, tritt auch der Strahl B2 von der Meßprobe durch die Scheibe, aber in entgegengesetzter
Richtung, und gelangt damit nicht zur Wirkung. Dreht sich nun die Scheibe, so daß
ein reflektierender Sektor in den Weg des Lichtstrahles B2 tritt, so wird dieser
reflektiert und verläuft in der gleichen Richtung L wie vorher der Lichtstrahl BI.
Während dieser Zeit ist aber der Lichtstrahl BI durch den undurchsichtigen reflektierenden
Sektor abgeblendet, so daß nur Licht von der Probe ii in Richtung L gelangt. Bei
Drehung der Achse 29 gelangen also abwechselnd Lichtblitze von der Normalprobe ?
und der Meßprobe i i durch den Schlitz 39 in Richtung L.
-
Die Geschwindigkeit des Motors 31 und das Übersetzungsverhältnis
des Getriebes für die Achse 29 ist so gewählt, daß die Wechsel der Lichtblitze in
der gleichen Periode erfolgen, die der Wechselstrom der Leitungen 32 und 33 besitzt.
Hat also der Wechselstrom eine Periode von 6o pro Sekunde, so liefert die Scheibe
34 ebenfalls 6o Lichtblitze in der Sekunde.
-
Die Lichtblitze gelangen durch die Linse 41 auf das Prisma 42, das
sie in ein Spektrum S auflöst. Hinter das Prisma ist noch eine Linse 43 geschaltet.
Das rote Ende des Spektrums liegt bei R, das violette bei V.
-
Das Prisma befindet sich auf einer drehbaren Unterlage 44, die durch
eine Verbindung 45 leicht kontinuierlich oder stufenweise in seiner Stellung verändert
werden kann. Die Verbindung 45 wird durch eine Kurvenscheibe 46, die auf der Achse
28 sitzt, angetrieben. Diese Drehung der Unterlage44 mit dem Prisma hat die Wirkung,
daß die Lage des Spektralbandes S in seitlicher Richtung verschoben wird.
-
Weiterhin ist ein Schirm 47 mit einer schmalen öffnung 48 vorgesehen,
durch die ein schmaler Wellenlängenbereich des Spektrums hindurchtritt und auf das
Fenster 49 einer photoelektrischen Zelle fällt.
-
Bei Drehung der Achse 28 mit ihrer Kurvenscheibe 46 schwingt die Unterlage
44 hin und her und verschiebt so auch das Spektrum S hin und her. Infolgedessen
wird die Zelle 5o nacheinander dem Licht von verschiedener Wellenlänge ausgesetzt.
Ist bei bestimmter Wellenlänge die Lichtenergie, die die Zelle von der Normalprobe
erhält, größer als die von der Meßprobe oder umgekehrt, so wird in der Lichtzelle
ein pulsierender Strom erzeugt, wobei die Periode dieser Schwankungen mit der Periode
der Lichtblitze übereinstimmt. Diese Schwankungen halten so lange an, als ein Unterschied
in der Lichtintensität aufeinänderfolgender Lichtblitze besteht. Ist die Stärke
der Lichtblitze gleich, so hören die Pulsationen in der Zelle auf. Der Strom der
Photozelle kann nun dazu benutzt werden, um die Unterschiede oder die Gleichheit
der Lichtintensität von der Normal- und Meßprobe anzuzeigen. Da aber die photoelektrischen
Ströme in der Größenanordnung von io-10 Ampere liegen, können diese Ströme nicht
direkt beobachtet werden und auch nicht direkt zur Betätigung einer Anzeigevorrichtung
benutzt werden, sondern müssen zunächst verstärkt werden. Dies geschieht mit Hilfe
eines üblichen Röhrenverstärkers. Wie ersichtlich, wird der vom Verstärker kommende
Strom dem Rotor des reversiblen Motors 54 zugeführt, während das Feld des Motors
mit Wechselstrom von den Leitungen 32 und 33 her gespeist wird.
-
Die Achse des Motors 54 trägt ein Getriebe 55, das in das Antriebsrad
56 der Achse 57 eingreift. Diese Achse treibt das bewegliche Element der Blende
16 an, so daß also je nachdem, in welcher Richtung der Motor läuft, die Blende geöffnet
oder geschlossen wird.
-
Die Achse 28 trägt eine Registriertrommel 58, die als Oberfläche einen
Wachszylinder
oder ein Blatt Papier oder irgendeine andere Oberfläche
besitzt, auf der Aufzeichnungen gemacht werden können. Außerdem trägt die -Achse
28, wie erwähnt, Kurvenscheiben 27 und 46 zur Betätigung der Blende 17 und zur Bewegung
des Prismas 42, wodurch die Photozelle nacheinander verschiedenen Teilen des Spektrums
ausgesetzt wird.
-
Ein Getriebe 59 auf der Achse 28 greift in eint Schraubengewinde auf
der Achse 6o. Die Achse 6o wird durch das Zahnradgetriebe 61 und 62 von dem Motor
63 angetrieben. Dieser Motor erhält Wechselstrom von den Leitungen 322 und
33. Ein Teil der Achse 57 besteht aus einem Schraubengewinde 6q., auf dein eine
Schraubenmutter 65 sitzt, die wiederum einen Teil eines hin und her gehenden Laufwagens
66 bildet. Dieser Wagen besitzt einen Hebel 67, der die Oberfläche der Trommel mittels
eines Stiftes beschreibt.
-
Der Laufwagen besitzt einen nach hinten und unten verlaufenden Halteteil,
der mit einem Schlitz. zur Aufnahme einer Führungsschiene 7o aus Metall' versehen
ist. Diese Schiene ist mittels isolierter Stützen auf dem Grundbrett r 'festgelagert.
Sie trägt zwei Stromunterbrecher 71 und 72, die nach den beiden Enden der
Trommel 58 zu liegen. Die Unterbrecher liegen im Stromkreis des Motors 54. Jeder
Stromunterbrecher besitzt normalerweise geschlossene Kontakte, von denen der eine
beweglich ist und in der Bahn des Stiftes 73 liegt, der an dem Laufwagen besfestigt
ist. Nähert sich nun der Laufwagen dein Ende der Trommel, so betätigt der Stift
den betreffenden Stromunterbrecher und verhindert so, däß der Wagen zu weit läuft.
-
Soll das Gerät in Betrieb genommen werden, so* wird die Normalprobe,
die zweckmäßigerweise aus einem Stück Magnesiumcarbonat mit glatter Oberfläche besteht,
auf dem Träger 4 und die Meßprobe i i auf dem Träger 8 befestigt, so daß ihre Oberfläche
io durch den Schlitz des 'Schirmes 9 dem Licht ausgesetzt ist. Die Lampe 2 wird
nun in Betrieb gesetzt und sendet ihr Licht durch die Linsen 12 und 13 und beleuchtet
die Proben 7 und i i. Das von den Flächen 6 und io zurückgeworfene Licht geht durch
die Linsen und wird durch die sich drehende Scheibe 34 in abwechselnde Lichtblitze
aufgelöst, die längs der Bahn L durch die Linse 41 zum Prisma 42 gelangen.. Nach
der Zerlegung im Prisma gelangt das Licht durch die Linse 43 und bildet bei S ein
Spektrum, das aus abwechselnden, von den Lichtblitzen der Normal- und Meßprobe herrührenden
Spektren besteht. In Abb. i ist die Unterlage 44 gerade so eingestellt, daß das
violette Ende des Spektrums dem Spalt 48 gegenüberliegt, so daß also die Photozelle
nur der violetten Komponente des von der Normal- und Meßprobe reflektierten Lichtes
ausgesetzt ist.
-
Angenommen, dieLichtquelle sei dem roten Ende des Spektrums ausgesetzt
und die Blenden 16 und 17 so eingestellt, daß von der Normalprobe ein größerer Betrag
an rotem Licht reflektiert wird als von der Meßprobe. Es werden dann im roten Teil
des Spektrums die von der Normalprobe herrührenden Lichtblitze einen größeren Energiebetrag
aufweisen als die von der Meßprobe herrührenden Blitze. In der Photozelle entsteht
dann ein pulsierender Strom, dessen Periode mit der Periode des Wechselstromes der
Leitungen 32 und 33 übereinstimmt, da die Flimmerscheibe 34 durch den Motor 31 mit
dem passenden Übersetzungsverhältnis angetrieben wird. Der pulsierende Strom der
Zelle 5o wird nun verstärkt und in Form eines Wechselstroms dem Rotor des Motors
54 zugeführt. Hat dieser Wechselstrom im Rotor die gleiche Phase wie der Wechselstrom
im Feld des Motors, so wird die Motorachse in einer bestimmten Richtung gegedreht,
und zwar wenn, wie angenommen, die rote Komponente der Normalprobe stärker ist als
die der Meßprobe, dreht der Motor 54 die Wellen 74 und 75 (Abb. i) in solcher Richtung,
daß sich die Blende 16 nach und nach schließt und so einen Teil des Lichtes von
der Normalprobe abfängt. Gleichzeitig wird durch den Motor der Laufwagen 66 längs
der rotierenden Trommel 58 bewegt, wodurch der Stift am Hebel 67 eine
Markierung auf der Trommel hervorruft. Die Bewegung des Motors 54 und damit der-Wellen
sowie des Stiftes und der Blende 16 hält so lange an, bis in dem gerade der Beobachtung
unterliegenden Teil des Spektrums die Photo-Zelle von der Normalprobe und der Meßprobe
Licht gleicher Stärke erhält. Sobald der Gleichgewichtszustand erreicht ist, hört
der Zellenstrom auf zu pulsieren, dadurch hört die Verstärkung auf, und es wird
in der Sekundärwicklung des Transformators kein Strom mehr hervorgerufen. Der Rotor
des Motors 54 erhält damit keinen Strom und bleibt stehen.
-
Wenn der Motor 54 steht, dreht aber der Motor 63 die Trommel 58 und
die Welle 28 und damit die Kurvenscheibe 46 weiter und bringt dadurch die Unterlage
44 in eine neue Stellung. Nach dem Stehenbleiben des Motors 54 verschiebt sich also
die Lage des Spektrums S derartig, daß ein neuer Teil des Spektrums auf die Lichtzelle
fällt. Ist in dieser neuen Stellung die Lichtstärke der Normal- und Meßprobe, wieder
voneinander verschieden, so wiederholen sich die gleichen Vorgänge, wie bereits
angegeben, und zwar
dreht sich der Motor, wenn das Licht der Normalprobe
wieder stärker ist als das der Meßprobe, in der gleichen Richtung und schließt damit
die Blende 16 noch weiter.
-
Angenommen dagegen, das Licht von der Meßprobe sei stärker als das
der Normalprobe, so entsteht in der Lichtzelle wieder ein Strom. Da jedoch das Licht
der Meßprobe von denjenigen Flächen der Scheibe 34 reflektiert wird, die um 9o°
von denjenigen' Sektoren entfernt stehen, die das Licht zier Normalprobe durchlassen,
so ist die Phase der Stromschwankungen in der Lichtzelle verschoben. Dieser Phasenverschiebung
entspricht eine Phasenverschiebung des Rotorstromes. Da die Phase des Stromes im
Feld des Motors 54 nicht geändert wird, ergibt sich eine entgegengesetzte Drehung
des Motors. Infolgedessen wird die Achse 57 in entgegengesetzter Richtung gedreht
wie vorher. Dadurch bewegt sich auch der Wagen 66 in entgegengesetzter Richtung
längs der Trominel und gleichzeitig öffnet sich nach -Lind nach die Blende 16. Dieser
Vorgang hält so lange an, bis das von der Normalprobe herrührende Licht die gleiche
Stärke wie das der Meßprobe besitzt, so daß dann der Zellenstrom wieder aufhört
zu pulsieren.
-
Diese Vorgänge wiederholen sich mit großer Schnelligkeit, während
die Photozelle Schritt für Schritt den verschiedenen Teilen des Spektrums ausgesetzt
wird. Obgleich diese Vorgänge sich sehr viele Male, z. B. einige hundert Male, beim
vollständigen Durchlaufen des Spektrums wiederholen, so ist doch der ganze Vorgang
etwa innerhalb i Minute beendet. Die kombinierte Bewegung der Trommel
58 und des Stiftes am Hebel 67 zeichnet -auf der Trommel dabei eine Kurve
auf von der Form, wie sie in Abb. 3 beispielsweise dargestellt ist. Die dargestellten
Kurven geben den allgemeinen Verlauf einer vorwiegend blauen und einer vorwiegend
gelben Farbprobe wieder.
-
Da das Reflexionsvermögen der versilberten Oberflächen der Scheibe
3,4 etwas mit der Wellenlänge variiert, ist eine Kompensationsvorrichtung vorgesehen,
die aus der einerseits von der Zugfeder, andererseits über einen Schnurzug 26 von
der Kurvenscheibe 27 gesteuerten Blende 17 besteht. Die Kurvenscheibe besitzt eine
solche Form, daß sie in den verschiedenen Teilen des Spektrums die "Änderungen des
Reflexionsvermögens durch entsprechende Veränderung der Blendenöffnung gerade ausgleicht.
-
Das Zusatzgerät zur mechanischen Integration besteht nun aus einem
doppelt-U-förmigen Rahmen 76 (Abb. z und 2), dessen unterer Teil auf dem Grundbrett
i befestigt ist. Der Rahmen endigt in einer Reihe von Arenen 77, von denen jeder
eine der Anzeige-oder Registriervorrichtungen trägt. Die letzteren werden jede für
sich betätigt und zeigen ihre Winkeländerung mittels besonderer Skalen an, wie noch
näher auseinandergesetzt wird. Der Mechanismus zur Betätigung der Skalen besteht
im wesentlichen aus einer Welle 78, die sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
dreht. Eine volle Drehung der Welle 78 entspricht einem vollen Durchlaufen des Spektrums
vor der Photozelle. Zweckmäßigerweise ist die Welle 78 durch eine Kupplung 79 mit
der Achse 28 des Farbmessers verbunden, so daß sie mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit
angetrieben wird wie die Registriertrommel58. Die Welle 78 trägt eine Reihe Zahnräder
8o, die mit anderen drehbaren Zahnrädern 81 in Eingriff stehen. Diese Zahnräder
sitzen auf Wellen, die durch die Rahmen 76 gehen und an ihrem von den Zahnrädern
abgewandten Ende kreisförmige Platten 82 tragen. Zwischen diesen Platten und den
Rahmen ist eine Druckfeder 83 angebracht. An jedem Rahmen ist außerdem ein gebogenes
Seitenstück 84 angebracht, das etwa die Form eines Hufeisens besitzt und an seinem
offenen Ende eine Trommel 85 trägt, die rotieren kann und durcheine kleine Reibungskupplungsscheibe
86 von derScheibe82 her angetrieben wird. Die kleine Kupplungsscheibe 86 sitzt an
dem freien Ende eines hin und her gehenden Armes, der an dem Mitnehmer 87 einer
Kurvenscheibe 88, die auf der Welle 78 sitzt, gesteuert wird. Jede Trommel
85 ist durch Reibungskupplung mit einer Skala oder Anzeigewelle 89 verbunden.
Diese Skalen sind vorzugsweise in ioo Teile eingeteilt und rotieren frei auf einer
Achse 9o, die von dem Rahmen getragen wird. Um eine Schlüpfung zwischen Trommel
und Anzeigewelle zu verhindern, kann der letzteren ein vorspringender Rand 9i gegeben
werden, der aus Reibungsmaterial besteht. Gegebenenfalls kann auch noch die Trommel
durch eine Druckfeder 92 einen dauernden Gegendruck erhalten. Die Achse 9o kann
sich nur in ihrer Längsrichtung verschieben, aber sich nicht drehen. Sie erhält
ihre Längsbewegung durch den hin und her gehenden Laufwagen 66 (Abb. i) des Farbmessers,
der über die Registriertrommel58 läuft. Eine Hebelübersetzung 93, die die Bewegung
herabsetzt, kann benutzt werden, um die hin und her gehende Bewegung des Wagens
auf dieAchse 9o zu übertragen. Die Achse 9o besitzt mehrere in einer geraden Linie
liegende Zeiger 9q., um für jede Skala die Winkelbewegung während eines vollen Umlaufs
der Kurvenscheibenwelle 78 und damit einer vollständigen Spektralanalyse anzuzeigen.
Um
eine zahlenmäßige Angabe über einen Farbeindruck, wie ihn das Auge erhält, zu gewinnen,
ist es nötig, wie bereits auseinandergesetzt, die betreffende Energieverteilungskurve
des Lichtes mit den entsprechenden Ordiuaten der relativen Empfindlichkeitskurve
des Empfangsmechanismus, also der menschlichen Netzhaut, zu multiplizieren. Wie
ersichtlich, "ergibt nun die hin und her gehende Bewegung des Laufwagens 66 längs
der Trommel 58 eine Kurve, wie sie beispielsweise in Abb. 3 dargestellt ist.
Der Inhalt dieser Kurve ist ein direktes Maß für die Energieverteilung der betreffenden
Lichtquelle. Hieraus folgt, daß die relative Bewegung zwischen Laufwagen 66 und
Trommel 58 ein Maß für dieselbe Größe ist. Diese relative Bewegung wird aber auf-
das integrierende Gerät durch die kombinierte rotierende und hin und her gehende
Bewegung der Wellen 78 und go übertragen. Neben der spek-,tralen Energieverteilungskurve,
die der Farbmesser liefert, sind die anderen Faktoren zur Charakterisierung der
durch einen Farbreiz hervorgerufenen Farbempfindung die Farbreaktion der Netzhaut,
die durch die drei elementaren Erregungsfunktionen dargestellt werden kann. Diese
Funktionen sind aus der Abb.5 ersichtlich. Es ist augenscheinlich, daß, wenn die
Oberfläche einer Probe weiß ist und ein Reflexionsvermögen besitzt, das gleich der
Einheit ist, dann das Produkt aus jeder Ordinate der drei Farberregungskurven der
Abb. 5 und der entsprechenden Ordinate der spektralen Energieverteilungskurve der
betreffenden Lichtquelle, also z. B. der voll ausgezogenen Linie der Abb. q., die
die Verteilungskurve des Sonnenlichtes zur Mittagszeit darstellt, drei Kurven ergibt
(wenn die Wellenlänge als, Abszisse aufgetragen wird), deren Flächeninhalt ein.
Maß für den Grad der Erregung der primären Empfangsmechanismen durch diese Probe,
wenn sie im Sonnenlicht gesehen wird, darstellt. Die Kurve der Abb.5 ist vorbildlich
für die spektrale Zusammensetzung aller anderen Lichtquellen.
-
Es ist zu beachten, daß die soeben genachten Annahmen über die Energieverteilung
der Lichtquelle und die spektrale Empfindlichkeit der Aufnahmemechanismen vollkommen
getrennt sind von den Ergebnissen des Farbmessers. Die Ergebnisse, die der letztere
liefert, sind durchaus objektiv, und es muß jetzt noch die Art beschrieben werden,
wie das integrierende Gerät aus diesen objektiven Messungen unter Zugrundelegung
der oben angenommenen Werte der Energieverteilungskurven und Empfindlichkeitskurven
eine- Beurteilung der subjektiven Wirkungen ermöglicht. Es ist bekannt, daß zwei
in objektivem Sinne ganz verschiedene Materialien unter bestimmten Bedingungen denselben
subjektiven- Eindruck hervorrufen können. Mit anderen Worten: Diese beiden Proben
erscheinen dem normalen Beobachter in bestimmter Beleuchtung völlig gleich, erscheinen
jedoch bei anderer Beleuchtung nicht mehr gleich. Ebenso erscheinen zwei Proben,
die einem normalen. Beobachter subjektiv gleich erscheinen; im allgemeinen einem
Farbblinden nicht mehr gleich, wenn sie objektiv verschieden sind. Durch Benutzung
des beschriebenen Farbmessers zusammen mit dem integrierenden Zusatzgerät ist jemand,
auch wenn er ein mangelhaftes Farbunterscheidungsvermögen besitzt, in der Lage,
Farben genau anzugeben in Werten, die für jeden normalen Beobachter gültig sind.
-
Wiebereits auseinandergesetzt, erhält zu diesem. Zweck das Zusatzgerät
eine kombinierte hin und her gehende und drehende Bewegung vom Farbmesser her, die
ein direktes Maß für die spektrale Verteilung der von der Oberfläche io der gerade
untersuchten Probe herrührenden Lichtenergie ist. Um nun diese Bewegung mit einer
Bewegurig zu kombinieren, 'die das Produkt aus der Violett-, Grün- und Roterregungskurve
und der spektralen Verteilungskurve der Leuchtfläche darstellt, sind die Kurvenscheiben
88 so ausgebildet, daß sich ihre entsprechenden Mitnehmer in einem Abstande bewegen,
der dem betreffenden Produkt entspricht. Da dieser Mitnehmer am Rande der betreffenden
Kurvenscheibe _lungsscheiben entlang gleitet, 86 wird vom der Mittelpunkt Abstand
der der Kupp- sich 'gleichförmig drehenden Scheiben 82 dauernd geändert mit dem
Erfolg, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit jeder Trommel 85 auch verschieden ist.
Ebenso stehen die Skalen 89 in Reibungskontakt mit den Trommeln 85 und haben deshalb
auch verschiedene Drehgeschwindigkeit. Außerdem führt jede Skala noch entsprechend
der Bewegung der Achse go eine hin und her gehende Bewegung aus, und zwar bewegen
sich alle Skalen um die gleiche Entfernung vom Mittelpunkt der Trommel 85 fort,
wobei diese Entfernung ein Maß für diejenige Ordinate der spektralen Verteilungskurve
ist, wie sie durch den Farbmesser an der Oberfläche io der Probe gemessen und beispielsweise
in Abb. 3 dargestellt ist. Die Umfangsgeschwindigkeit der Kupplungsräder gi der
Skala
89 ändert sich also derartig,. daß jede Skala in Einheiten der Winkeländerungen
die hin und her gehende Bewegung des betreffenden Mitnehmers und ebenfalls der Achse
go registriert. Die Winkeländerung der, Skala entspricht dabei dem Produkt dieser
beiden Faktoren.
Abb. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Kurvenscheibe.
Die Wirkungsweise jeder dieser Kurvenscheiben besteht darin, daß sie ihren Mitnehmer
in einer Reihe verschiedener Abstände führen, die den Ordinaten der verschiedenen
Erregungskurven proportional sind. Diese Kurven stellen das Produkt einer der Erregungskurven
der Abb.5 und der spektralen Zusammensetzungskurve der Beleuchtungsquelle, wie sie
sich aus Abb. 4. ergibt, dar. Z. B. ergibt sich die Form der Kurvenscheibe für die
Roterregung auf Grund folgender Tabelle, die aus den betreffenden Kurven der Abb.
4 und 5 abgeleitet ist.
| Länge der Ordinaten Länge der |
| der spektralen Ordinaten der Produkt aus Abstand in Einheiten, |
| Wellenlänge Verteilungskurve Roterregungskurve gerechnet vom
Einheits- |
| nach Abb. 4 nach Abb. Spalte t und 2 umfang ab |
| Spalte r Spalte 2 spalte 3 |
| 400 0,56 0 0 43 X 0 = 0 |
| 425 0,7#q, 0 0 43 X 0 - 0 |
| 450 o19 0 0 43 X 0 = 0 |
| 475 1,03 0 0 43X0 - = 0 |
| 500 1,o6 0,o8 0,o85 43 X o585 == 3,65 |
| 525 1,o6 0,27 o,286 43 X o,286 =-. 12,29 |
| 550 1,o6 0,425 0,450 43 X 0,450 =19,35 |
| 575 1,03 0,52 0535 43 X 0,535 23 |
| 60o 0199 0,51 0,500 43 X 0,500 #- 21,5 |
| 625 0,97 0,33 0,320 43 X 0,320 = 1376 |
| 65o 0,94 0,12 0,113 43 X 0,113 = 4,85 |
| 675 o,g 0,03 0,027 43 X 0,027 -- 1,16 |
| 700 o,85 0 0 43 X 0 = 0 |
| Summa - 2,316 |
| Zoo |
| -z 316 -43 |
| (Verhältnisfaktor) |
Wie ersichtlich, sind die Produkte der Spalten 2 und 3 für die verschiedenen Wellenlängen
addiert. Die Summe in ioo geteilt, ergibt den Verhältnisfaktor von etwa 43. Jedes
der Produkte ist dann mit diesem Faktor multipliziert, woraus sich dann die Abstände
ergeben, nach denen die Kurvenscheibe konstruiert werden kann. Diese mathematische
Umformung hat den Zweck, die Werte der Anzeigeskala für die Roterregung auf die
willkürlich gewählte Einheit ioo zu bringen, wobei die Einheit für einen vollkommen
weißen reflektierenden Körper gilt. Angenommen, der Meßkörper i i und der Normalkörper
7 bestehen beide aus Magnesiumcarbonat, so ergibt sich statt der Kurven der Abb.3
eine gerade Linie parallel zur Abszisse, deren Abstand gleich der Einheit ist und
angibt, daß das Reflexionsvermögen ioo Prozent ist bzw. daß das Reflexionsvermögen
der Meßprobe gleich dem der Normalprobe ist. Die Kurvenscheibe für die Roterregung
muß deshalb zweckmäßig so gezeichnet werden, daß unter diesen Umständen die Anzeigeskala
als Endablesung ioo ergibt, damit andere Proben mit geringerem Reflexionsvermögen
in Bruchteilen dieser Einheit erscheinen. In Abb. 6 sind die Strahlen der Kurvenscheibe
in solchem Abstand gewählt, daß sich der gewünschte Spektralbereich auf den ganzen
Umfang der Scheibe verteilt. Auf diesen Strahlen sind dann vom Einheitsumfang beginnend
die auf ioo als Einheit bezogenen Produkte für die betreffende Wellenlänge abgetragen.
Entsprechend werden die Kurvenscheiben für die Grün- und Violetterregung gezeichnet.
Die Stellung der Kurvenscheiben 88 auf der Welle 78 muß dann durch Versuche geeicht
werden, die an einer weiß reflektierenden Probe vorgenommen werden, und durch Ablesungen
kontrolliert werden, die an Proben vorgenommen werden, deren Farbzusammensetzung
durch zuverlässige spektral-photomnetrischeMessungen bekannt ist.
-
Proben, die die Strahlungsenergie weniger reflektieren als reine weiße
Substanzen, ergeben natürlich nicht eine Ablesung von ioo Einheiten an den Skalen,
sondern andere 'Zahlenkombinationen. Z. B. ist eine grüne Farbprobe charakterisiert
durch die Zahlen 20, 45, 18, d. h. 2o Einheiten Violetterregung, 45 Einheiten Grünerregung,
i8EinheitenRoterregung.
Handelt es sich um die Beurteilung einer
photographischen Platte, so ist die Kurvenscheibe entsprechend den verschiedenen
Graden der spektralen Empfindlichkeit der Platte zu bemessen und auf ioo als Einheit
zu beziehen.
-
Sollen die Farbproben für eine andere Beleuchtung als das Sonnenlicht
beurteilt werden, so muß ein Satz von Kurvenscheiben benutzt werden, der dieser
anderen Beleuchtung entspricht. Solche Sätze von Kurvenscheiben können vorrätig
gehalten werden, da sie leicht ausgewechselt werden können.
-
Wie oben erwähnt, können auch andere Integriervorrichtungen für die
vorliegenden Zwecke benutzt werden; z. B. kann der Schreibstift des Farbmessers
mit dein Schieber eines Potentiometers verbunden werden. Man erhält dann Ströme,
die in jedem Augenblick proportional dem Reflexionsvermögen bei der betreffenden
Wellenlänge sind. Wird dann mit dem Mitnehmer in ähnlicher Weise der Schieber eines
zweiten Potentiometers verbunden, so können die Ströme in diesem Stromkreis proportional
der Erregungskurve bei der betreffenden Wellenlänge gemacht werden. Werden die beiden
Ströme dann durch die Spulen eines integrierenden Wattmeters geschickt, so ergeben
die Ablesungen an diesem Instrument, wenn die ganze Kurve durchlaufen ist, die Gesamtwirkung
der Strahlungsenergie auf den Empfangsmechanismus.