DE640416C - Verfahren zum Auswerten einer spektralen Energieverteilung - Google Patents

Description

Bei spektralen Intensitätsuntersuchungen ist man, um ausreichende Intensitäten zu erhalten, gezwungen, mit Spalten und Spektralbereichen gewisser Breite zu arbeiten. Aus dieser Integrierung entspringt eine gewisse Unreinheit des Spektrums, durch welche, worauf F. Paschen erstmalig in prinzipieller Formulierung des Problems hingewiesen hat, starke Schwankungen im Intensitätsverlauf (etwa bei Absorptionsstreifen], unter Umständen z. B. bei bolometrischen Messungen, so weit verwischt werden können, daß sie völlig verzerrt werden. Eine rechnerische Methode, um diese unerwünschte Integration der Apparate durch eine Art Diffe-

X₅ rentiation auszugleichen, ist, fußend auf dem Paschenschen Ansatz, von C. Runge ausgebildet und von Paschen und anderen in ausgedehntem Maße bei der Reduktion von spektralbolometrischen Messungen verwendet worden (vgl. F. Paschen, Wiedemanns Ann. Bd. 60,

Hierin bedeuten:

A*F{x) = {F{x Ä^lF{x) =

1897, S. 712; C. Runge/ Z. f.. Math. 1897, S. 216).

Das Päschen-Rungesche Reduktionsverfahren benutzt, um die auf einen unendlich schmalen Spalt (reines Spektrum) reduzierten Intensitätswerte zu ermitteln, für den Fall, daß die spektrale Spaltbildbreite gleich der Spaltbreite α ist, außer dem direkt mit endlichem Spalt von der Breite α für eine Wellenlänge χ spektralbolometrisch gemessenen Energiewert F (%) noch die Energiewerte, die in den benachbarten Wellenlängenbereichen bei (x -f- a) bzw. bei [x — a) mit dem gleichen Bolometerstreifen in der Größe F (x -j- a) bzw. F (x — a) beobachtet werden. Eventuell können F-(x -j- a) und F (x—a) aus der punktweise gewonnenen Energie verteilungskurve graphisch entnommen werden.

Nach C. Runge ergibt sich dann für die Ermittlung des wahren Energiewertes f (x) bei der Wellenlänge χ folgende Reihenentwicklung:

(1)

x) -F(x-a)} x)\—[A²F (x) —

(2)

lⁿ-'i F{x)—

Sind die beobachteten F (x) so tabellarisch gegeben, daß das Tabellenintervall der χ = α ist, so kann man nach Pasch en-Run ge durch sukzessive Differenzbildung Δ ²F (χ) usw. berechnen. Ist F {%) hingegen in Form einer Energiekurve gegeben, so ist die folgende Reihenform zweckmäßig:

af{x) = F(x) —Ξ--

(3)

wo

ίο und

F₁(X) =

__ρ{χ)

(4)

(5)

bedeuten.

Paschen reduzierte seine bolometrischen ¹S Beobachtungen an den untersuchten Energiekurven in der Weise, daß er die beobachteten Intensitäten F (δ) als Funktion der Minimalablenkung ö graphisch darstellte und aus dieser Kurve für jeden Beobachtungspunkt F₁ (δ) berechnete. Dann wurden die Werte .F₁ (<5) graphisch aufgetragen, aus dieser neuen Kurve in gleicher Weise die Werte .F₂ (^) für ^au<e "Beobachtungspunkte berechnet und schließlich af(d) für jeden Beobachtungswert aus den vorstehend ermittelten Werten F₁(O), F₂(O) nach der Formel (3) berechnet. Von Paschen veröffentlichte Kurven über die Absorptionen in 30 cm dicken Schichten von Kohlensäure zeigen in der Tat, daß die ursprünglich beobachtete, nur 90 % betragende Absorption sich durch diese überaus wichtige Korrektionsmöglichkeit auf den richtigen Wert von 100 % erhöhte.

Immerhin ist ein solches rechnerisch-graphisches Korrektionsverfahren naturgemäß sehr mühsam, wenn es sich um viele Punkte, z. B. zahlreiche Absorptionseinsattelungen, handelt • oder eine größere Zahl von Kurven, z. B. Absorptions- oder Emissionsspektren, genau auf reines Spektrum korrigiert zu gewinnen sind.

Insbesondere für registrierende Spektrendurchmusterungen, wie die Ermittlung von Farbglas- oder Farbstoffabsorptionskurven, kommt seine Anwendung praktisch" kaum in Frage, weil derartige Registrierungen an sich größere Energie benötigen, deshalb breitere Spektralbezirke zusammengefaßt werden müssen und dieser Umstand wieder umfangreiche Korrektionsformeln nach sich zieht. Andererseits ist aber die genaue Kenntnis des reinen Spektralverlaufs gerade in der Nähe von Unstetigkeiten für Wissenschaft und Technik von außerordentlicher Bedeutung, da hieraus wichtige Schlüsse über den Atombau und die chemische Konstitution von Verbindungen (z. B. von Farbstoffen und anderen Materialien) vor allem auch hinsichtlich der. Abhängigkeit von anderen Energieformen gewonnen werden können.

Angesichts der Kompliziertheit der vorerwähnten rechnerischen Methoden ist nirgends bisher auch nur die Möglichkeit ins Auge gefaßt worden, das Berichtigungsproblem experimentell anzufassen, d. h. Einrichtungen in Erwägung zu ziehen, welche direkt die reduzierten Intensitätswerte, z. B. Helligkeitswerte bei Farbstoffspektren, ergeben.

Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung entsprang nun aus der Erkenntnis, daß es möglich sein müsse, die bisher rechnerisch in Wirkung gesetzten Störungsfaktoren experimentell zur Einwirkung so heranzuziehen, daß unter dem Einfluß ihrer Wirkung das gewünschte Ergebnis mehr oder weniger unmittelbar auf experimentellem Wege zustande kommt, und zwar in der Form eines technisch verwertbaren Verfahrens, das nicht nur zum Auswerten eines verzerrten Spektrums anwendbar ist, sondern auch zum Auswerten von örtlichen oder zeitlichen Energieverteilungen, die nach Art eines Spektrums verlaufen und ähnlich, z. B. durch endliche Abmessungen der Meßelemente, verzerrt sind.

Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß dem Betrag (Primärbetrag) eines verhältnismäßig breiten Abschnitts der Energieverteilung, in dem der Hauptmeßpunkt liegt, für welchen die Energie auszuwerten ist, Beträge (Sekundärbeträge) von auf beiden Seiten des Hauptmeßpunkts liegenden Abschnitten, multipliziert mit einer bestimmten Apparatekonstante, überlagert werden. Der Begriff Apparatekonstante ist dabei in der Weise zu verstehen, daß es sich hierbei um eine Größe handelt, die keineswegs konstant im engeren Sinne zu sein braucht, sondern von Fall zu Fall optimal zu ermitteln ist. Auch ist sehr wohl denkbar, daß die durch die Erfindung zu erzielende Korrektur in manchen Fällen, wenn auch weniger vollkommen, dadurch erreicht werden kann, daß der Sekundärwert nur von einem auf der einen Seite des Hauptmeßpunktes liegenden Abschnitt abgeleitet wird.

Im folgenden sei das Erfindungsprinzip zunächst allgemein an einer Energiefolge veranschaulicht.

Hat man beispielsweise eine Energiefolge 1,2,3,..., bei der die Energien sich verwischend in der Wirkung übereinandergreifen, so läßt

man erfindungsgemäß an jedem Energiepunkt ι, 2, 3, ... auf irgendeinen Empfänger ein Meßgerät o. dgl. außer der Energie des jeweiligen Punktes in gewissem Maße, entsprechend dem Grad der Vermischung weitere Energien (Nebenenergien), mitwirken, und zwar z. B. für den Energiepunkt 3 die seitlich von ihm ^zwischen den Energiepunkten 2 "und 4 liegenden Energien χ und y oder auch der Energien 2 und 4 selbst oder mehrere Nebenstellen gleichmäßig usw. Bei geeigneter Kombinierung dieser Haupt- und Nebenenergien erhält man, wie die Praxis gezeigt hat, die reinen Energiewerte ohne Rechnung.

In dem Falle eines verwischten unreinen Spektrums kommt man unter Berücksichtigung des 'dem neuen Verfahren zugrunde liegenden Erfindungsgedankens beispielsweise für die Paschensche Meßanordnung zu folgender einfacher Beziehung, in der die Nebenenergien (Sekundärbeträge) als einfache Summenglieder übersichtlich erscheinen und dadurch im Sinne der Erfindung eine unmittelbare experimentell technische Auswertung gestatten:

und

(bei einem Korrektionsglied) ^- El = E_x —{E++ E-) + — (£+++ Et -)

37 ^{λ λ} 222 III

(bei zwei Korrektionsgliedern).

In diesen Formern, die sich an vorhandenem Beobachtungsmaterial als richtige Lösung er-' wiesen haben, bedeuten: X die Wellenlänge, E_x die bei X gemessene Intensität, E_x die auf reines Spektrum reduzierte Intensität, a die Spaltbreite bzw. spektrale^ Spaltbildbreite, E_x und E~ bzw. E+⁺ und E~~ die Intensitäten, die in den um α bzw. 2 α rechts bzw. links von λ liegenden Spektralbereichen gemessen werden, wenn man jeweils Bereiche^% von der Breite a zusammenfaßt.

Bei den meisten Anwendungen wird es zur Ermittlung der wahren Energiekurve nur auf das richtige Verhältnis der wahren Intensitäten El₁, E_Xi für verschiedene Wellenlängen X₁ und X₂ ankommen. Die Proportionalitätsfaktoren ⁶I₇ bzw. ³⁰J₃₇ in den Formeln (6) und (7) können dann für die konstruktive experimentelle Ausgestaltung unberücksichtigt bleiben.

Aus den Formeln (6) und (7) ergibt sich, daß der gesuchte Intensitätswert nach Formel (6) proportional ist dem Werte, welchen man erhält, wenn man von der bei X direkt gemessenen Intensität E_x ¹I₁₁ der Summe der Intensitäten E* und E~ abzieht, welche bei den links und rechts angrenzenden Wellenbereichen gemessen werden. Analog ergibt sich der mit zwei Korrektionsgliedern berechnete verbesserte Näherungswert El proportional einem Ausdruck, der erhalten wird, wenn man die direkt für E_x gemessene Intensität um ¹I₁₁₁ der Intensitätssumme der zweiten Korrektions-Intensitäten E+⁺ beziehungsweiseE~~ vermehrt und hiervon ²³/₂₂₂ der Summe der Nachbarintensitäten E+ bzw. E~ abzieht. Ist die Kenntnis der Absolutwerte der reduzierten Intensitäten E^ erwünscht, so ist das Resultat -60 der Formel (6) bzw. (7) noch mit ⁷/_e bzw. ³⁷I₂₀ zu multiplizieren. Die Prüfung der Formel (6) und (7) an dem Paschenschen Beobachtungsmaterial ergibt ihre völlige Gleichwertigkeit mit dem komplizierten Rungeschen Rechnungsverfahren.

Unter Benutzung dieser Formelwerte (6)und (7) kann man zunächst z.B. mannigfache graphische Korrektionsgeräte ausbilden, bei denen'sich die Werte E°_x ohne weitere Umrechnung leicht ablesbar oder festlegbar ergeben. Ein einfaches Gerät wäre z. B. eine harfenplanimeterartige durchsichtige Auflegskala mit zwei Ordinatenteilungen (z. B. mit ausgezogenen und punktierten Linien), welche Ordinaterdinien in Abständen gleich der Bolometerbreite besitzt und bei denen die punktierte Nebenskala I4mal größere Intervalle enthält (Fig. 1 der Zeichnung). Zum- Gebrauch legt man dieses Harfenplanimeter so auf der Kurve auf, daß die Kurvenabszissenachse mit der Abszissenachse des Planimeters zusammenfällt, und liest dann für einen Kurvenpunkt den Wert E_x in der schwarzen Skala ab, z. B. gleich 95, und die Nebenordinaten SJ und E~ von der gestrichelten Skala, die I4tnal größere und entsprechend weniger Intervalle hat. Ist gemäß der Fig. ι E_x = 95, St = 84, E~ = 70, so

E⁺ E—

ergibt die Nebenskala—— = 6 und —— = ς. ^ö 14 14

Man kombiniert diese Werte gemäß der Formel(6) woraus sich ergibt ⁶/₇ E⁰ — 95 — (6 + 5) = 84. Auch rein mechanische Surnmationsvorrichtungen sind mannigfach denkbar, z. B. indem man dreüineale auf die drei Werte E_x, E+, E~ einstellt und durch entsprechende Übersetzung (z. B. 1:7) E* und E~ so unter sich und mit E_x kuppelt, daß der Halter des Lineals E um die Summe von ¹Z₁₄ (E+ -j- E~) zurückgezogen wird, also der freie Endpunkt von E_x, z. B. ein'Schreibstift oder Markierungsteil, sich auf die gewünschte Ordinate I?° einstellt (dies

kann ζ. B. durch entsprechende Hebel oder Zahnradübersetzungen auf die Enden eines von E+ und E~ betätigten' Verbindungsstückes geschehen, das mit einer Mitte an dem Linealhalter von E angreift); bei fortlaufender Verschiebung der drei Linealendpunkte längs der unkorrigierten Spektralkurve (die eventuell auch vertieft oder erhöht, z. B. auf photomechanischem Wege ausgebildet werden könnte) ίο wird sich dann automatisch, die gewünschte reduzierte Kurve ergeben. Analoge Einrichtungen kann man sinngemäß für die mehr-, gliederigen Formen treffen.

In Fig. 2 ist ein derartiges Entzerrungsgerät mit drei Einstellzeigern und einem die definitive Kurve schreibenden, differenzierenden Schreibstift schematisch angedeutet.

Es besteht aus einem Gleitstück i, das in einer Schiene 4 parallel zur Abszissenachse der ao zu entzerrenden Kurve 5, 6, 7, 8 von links nach rechts verschoben werden kann. In den vertikalen Seitenschienen 2, 3 des Gleitstücks ist ein Schlitten 9 vertikal (in Richtung der Kurvenordinaten) verstellbar, dessen einen Schlitz aufweisendes oberes Ende 10 mit einem Querstrich 11 versehen ist; der ideale Schnittpunkt dieses Querstrichs 11 mit der Schlitzmitte 10 bildet die Einstellspitze E_x, welche auf den jeweiligen unkorrigierten Kurvenpunkt 0 eingestellt wird. Die Einstellung der Nebenkurvenpunkte E+, und E~ erfolgt mittels der Enden zweier Linealzeiger 12 und 13, welche links und rechts von der Einstelhnarkierung 10 und 11 auf die Kurvenpunkte E^, E~ vertikal einstellbar sind. Um diese vertikale Verschiebung zu ermöglichen, ■ sind die Linealzeiger 12 und 13 in Führungen 14 bzw. 15 auf dem Schlitten 9 verschiebbar gelagert. Außerdem trägt jedes Lineal 12 bzw. 13 ein Zahnrad 16 bzw. 17, welches in seitliche Zahnstangen 18 bzw. 19 eingreift, welche an den äußeren Seitenschienen 2, 3 des Gleitschiebers i, 2, 3 sitzen. Bei vertikaler Verschiebung der Lineale 12, 13 rollen daher diese Zahnräder auf 18 bzw. 19 ab und drehen dabei gleichzeitig spiralige Nockenscheiben 20, 21, welche auf ihnen befestigt sind. Durch diese Nockenscheiben wird ein Hebel 22 verstellt, welcher gegen die Nockenscheiben durch eine Feder 23 gedrückt wird und die Bewegung seines Mittelpunktes 24 durch eine Zwischenstange 25 auf eine Zahnstange 26 überträgt, die durch ein auf i, 2, 3 gelagertes Zahnradpaar 27, 28 ihre vertikale Bewegung um ⁷/_e vergrößert auf die daneben gleitende Zahnstange 29 überträgt, dessen Spitze den differenzierenden Schreibstift 30 trägt, welcher die korrigierte Kurve aufzeichnet. Die-Formen und Dimensionen der Zahnräder und Nockenscheiben sind sq gewählt, daß die maximalen Kurvenhöhen mit einer halben Zahnradumdrehung von 16, 17 umfaßt werden und der Hub der Nocken 20, 21 die Enden des Hebels 22 um je 1 mm gegen sie hebt, wenn die Zahnräder 16, 17 um 7 mm auf den Zahnstangen 18, 19 sich senkend abrollen.

Unter diesen Verhältnissen erfährt, wenn die drei Einstellzeiger 10, 11 bzw. 12 bzw. 13 auf drei benachbarte Kurvenpunkte E,, E\, E^ entsprechend der Meßstreifenbreite eingestellt -werden, der Schreibstift 30 jeweils automatisch auch dem absoluten Betrage nach die richtige Ordinateneinstellung, welche in erster Annäherung dem Intensitätsverlauf £" gemäß der Formel (6 a)

εό _/_ r-

entspricht.

Daß dem so ist, ergibt sich aus der Betrachtung der resultierenden Bewegungen, welche insbesondere der Mittelpunkt 24 des Querhebels 22 bei Einstellungen erfährt.

Werden die drei Einstellzeiger 11, 12, 13 von der Kurvennullinie auf Kurvenpunkte mit den Ordinaten E>, £+, E~i eingestellt durch Verschieben der Gleitteile 9 bzw. 12, 13, so erfährt der Punkt 30 zunächst eine allgemeine Aufwärtsbewegung Ε_λ durch die Aufwärtsbewegung des Schlittens 9. Der Betrag dieser Aufwärtsbewegung wäre, wenn die Endpunkte des Querhebeis 22 sich nicht relativ zum Schlitten 9 ändern wurden, gleich der Verschiebung des Schlittens 9, d. h. gleich dem ersten Glied in der eckigen Klammer.

Durch das Abrollen der Zahnräder 16, 17 und die dadurch bedingte Drehung der Nockenscheiben 20, 21 kommt indes eine Senkung der Endpunkte des Querhebels 22 korrigierend hinzu.' Die hierdurch bewirkte Senkung der Hebelmitte 24 gegenüber dem Schlitten 9 ist dem Mittel der Aufwärtsbewegung proportional, welche die Seitenlineale 12, 13 beim Einstellen von der Kurvennullachse (Ordinate 0) auf die Ordinaten E* bzw. E~ erfahren, d.h.p (E*+Ej). Der Proportionalitätsfaktor p ist infolge der vorerwähnten Nockenübersetzung aber = ¹J₁, d. h. es kommt zu der großen Hebung, die der Punkt 24 vermöge der Aufwärtseinstellung des Schlittens 9 im Betrage von E_k erfährt, korrigierend dazu eine gleichzeitige Senkung durch

E⁺ 4- E— die Zahnradnocken, welche = — ¹J₁ —^ —

ist, d.h.= — ^x/₁₄ (E+ 4- E~) und damit gleich dem zweiten Gliede in dem Formelausdruck (6a). Durch dies Zusammenarbeiten der Bewegungen erfährt also die Hebelmitte 24 eine Aufwärtsbewegung (Ordinateneinstellung) gleich dem Inhalt der eckigen Klammer in (6 a). Es fehlt nur noch zur vollkommenen Berichtigung in den Wert £° bei Formel (6a) der Faktor ⁷/₆. Um auch diesem Korrektionsfaktor voll zu entsprechen, wirkt der Punkt 24 nicht direkt auf

den Schreibstift 30, sondern zunächst mittels einer Zahnstange 26 auf das kleinere im Gleitstück i, 2, 3 gelagerte Zahnrad 27, welches mit dem um ⁷/<v größeren Zahnrad 28 festgekuppelt ist. Vermöge dieses Zahnrades 28 wird gegenüber der Basis 1, 2, 3 (welches die Ordinate 0 repräsentiert) die Vertikalbewegung von 24 und 26, die dem eckigen Klammerinhalt entsprach, um ⁷/₆ vergrößert auf den Schreibstift 30 übertragen, d. h. die Ordinateneinstellung des Stiftes 30 entspricht stets automatisch dem wahren Wert Ε°_λ der Formel (6 a).

Noch wesentlich unmittelbarer, einfacher und genauer gelangt man zu der reduzierten Kurve, wenn man die Bildung des reduzierten Intensitätswertes unmittelbar bei der Aufnahme durch entsprechendes Zusammenwirken der in dem Summenausdruck der resultierenden Formeln vorkommenden Werte bewirken läßt.

a 0 Von den zahlreichen wichtigen Ausgestaltungsmöglichkeiten dieses Erfindungsgedankens seien im folgenden wenigstens einige Beispiele kurz angedeutet. Arbeitet man beispielsweise mit einem linearen Thermoelement oder ähnliehen radiometrischen Empfänger als spektralem Meßgerät, so gelangt man im Sinne der Erfindung zu einem unmittelbar berichtigenden Empfänger- durch folgende Kombination von drei linearen Thermoelementen.

In Fig. 3 und 4 ist perspektivisch ein Spektralapparat dargestellt, dessen Kollimatorspalt 91 von einer Lichtquelle (Nitrabandlampe 92) mittels einer Linse 93 intensiv beleuchtet wird. Das_ in 91 eintretende Lichtbündel durchsetzt die Kollimatorlinse 94 und wird von dieser parallel gemacht, durch das Prisma 95 geleitet und in 95 in spektrale Lichtbündel zerlegt. Die Fernrohrlinse 96 bildet aus diesen Lichtbündeln ein in Fig. 4 vergrößert gezeichnetes Spektrum 97 am hinteren Teil des Spektrographengehäuses 98 aus, dessen Oberteil 99, um Einblick zu gewähren, aufgeklappt gezeichnet ist. In der Ebene dieses Spektrums 97 ist verschiebbar ein Schlitten 100 angeordnet, der durch die Schraubspindel in und eine Gegenfeder 112 längs des Spektrums verschiebbar ist und an der Meßtrommel 113 in bekannter Weise nach Wellenlängen eingestellt werden kann. In den Strahlengang zwischen der ,Beleuchtungslinse 93 und dem Spalt 91 ist ein Absorptionsgefäß 114 eingeschaltet, dessen Inhalt in dem Spektralband 97 an verschiedenen Stellen Absorptionen oder Schwächungen hervorruft, die in der Fig. 4 als dunkle Streifen angedeutet sind.

Auf dem Schlitten 100 sind parallel zu den Spektrallinien drei streifenförmige Thermoelemente 31,32, 33 aus verschiedenenMaterialien parallel zueinander montiert und mäanderartig hintereinander in Reihe geschaltet. Die Breite jedes Streifens ist im vorliegenden Beispiel gleich der Breite des Spalts 91 bzw. gleich der Breite des Spaltbildes, das bei monochromatischer Beleuchtung entsteht. Welche Breite für den Spalt und die Thermostreifen zulässig ist, hängt von der Dispersion und den linearen Abmessungen des Spektralapparates ab, welche die lineare Ausdehnung des Spektrums bedingen, und von der Feinheit der im Spektrum vorhandenen und auszumessenden Absorptionsbanden. Als Anhalt kann dienen, daß ein Thermoelementstreifen, welcher vom Prisma aus gesehen im Winkelmaß von 7 Bogenminuten erscheint, bereits für viele Aufgaben genügende Schmalheit besitzt. Das mittlere Thermoelement 31 ist das Hauptthermoelement, welches so zur Meßtrommel 113 justiert ist, daß es jeweils symmetrisch beiderseits des Spektralbereichs 97-97 liegt, der auf der Meßtrommel angezeigt wird.

Das Thermoelement 31 liefert dementsprechend eine Thermokraft, die jeweils der Energie E_x des umfaßten, beiderseits λ liegenden Spektralbezirks proportional ist.

Links und rechts vom Thermoelement 31 liegen zwei Nebenthermoelemente 32,33, die von den Nachbarspektralbereichen, d. h. von den Nebenenergien E* beziehungsweise E~, getroffen werden. Diese Thermoelemente haben gleich breite Auffangflächen, aber nur je ¹Z₁₄ der spezifischen Thermokraft wie das Hauptelement 31.

Die drei Thermoelemente 31, 32, 33 sind so in Reihe geschaltet, daß die Thermokräfte der Nebenelemente 32, 33 sich addieren, jedoch der Thermokraft von 31 entgegenwirken. Alsdann wirken die drei Elemente offenbar nach Art der Summanden der Formel (6) zusammen, und die resultierende Thermokraft, die in einem angeschlossenen Galvanometer 115 einen der Bestrahlung proportionalen Ausschlag bewirkt, ist dann gemäß Formel (6) der spektralen Intensität jE° bei λ für unendlich schmalen Spalt proportional, an welcher Stelle des Spektrums auch mit Hilfe der Meßschraube in der Schlitten 100 und die von ihm getragene Thermoelementkombination 31, 32, 33 eingestellt wird.

Als thermoelektrische Materialien für ein solches dreifaches Thermoelement könnte z. B. für die aneinanderstoßenden Abschnitte fölgende Materiahreihe gewählt werden:

Nickeleisen (mit 2 °/₀ Ni)

GÖM ^{: :}

Silber

Wismut Nickeleisen (mit 2 °/₀ Ni).
Gold

Die für das Hauptelement 31 gewählte Thermoelementkombination Wismut-Silber gibt pro ι ° Temperaturerhöhung der bestrahlten Lötstelle 72 Mikrovolt; die für die Nebenthermo-

elemente 32, 33 gewählte Kombination Gold Nickeleisen hat demgegenüber nur 5 Mikrovoll Thermokraft pro 1 °, d. h., wie verlangt, nur ¹Z₁₄ derjenigen des Hauptelements. Statt drei lineare Thermoelemente nachFig. 3 mäanderartig zu montieren, könnte man auch z. B. ähnlich der Fig. 5 einen einzigen aus vier verschiedenen Materialien bestehenden Thermoelementstreifen verwenden, .der hinter dem Okularspalt des Spektrums längs desselben liegt und außer der Hauptlötstelle 34 noch zwei Kompensationslötstellen 35, 36 von kleiner Gegenkraft gegen 34 enthält. Derartige Anordnungen dürften sich u. a. für Mikroradiometer eignen, bei denen eine Thermoelementschleife als Galvanometerspule in einem Magnetfeld hängt (Spektrum entweder vertikal angeordnet oder optisch gedreht).

Ähnlich kann man die reduzierende Wirkung der Summenformel(7) verwirklichen, indem man beiderseits des Hauptthermoelements ein gegen-

- wirkendes Thermoelementpaar .E⁺ und E~, abgeglichen auf ²³/₂₂₂ der Thermokraft des

Hauptelements, und beiderseits von diesem noch ein Thermoelementpaar anordnet, welches

das Hauptelement mit dem Wirkungsfaktor ¹I₁₁₁ unterstützt, also dem GHeU¹I₁₁₁ (E^ ⁺ +E-") entspricht, ,vgl. die schematische Fig. 6, in der 34' und 35' die zusätzlichen Thermoelementglieder zweiter Ordnung bedeuten. Auch ein Heranziehen weiterer Korrektionselemente würde keine Schwierigkeiten bieten.

Um die Werte auch im absoluten Maß richtig zu erhalten, hat man z. B. nur nötig, die Galvanometerausschläge entsprechend einzustellen.

Die durch den Fortfall jeder Korrektionsberechnung in dieser Weise nach dem Erfindungsprinzip erreichbaren Fortschritte in der Vereinfachung, Präzision und Schnelligkeit der Messungen für subjektive wie registrierende automatische Spektrendurchmusterung ist ohne weiteres einleuchtend.

Statt der Thermoelemente können auch alle anderen Arten von radiometrischen Empfängern dienen, insbesondere auch solche zu absoluten Strahlungsmessungen, beispielsweise Radiometer, Mikroradiometer, Differentialthermometer, Bimetallgeräte, 'Bolometer, Ionisationskammern für Röntgenstrahlen, radioaktive Strahlen usw.

Bei den auf der Änderung des elektrischen Leitvermögens beruhenden bolometrischen Meßgeräten kann für die Erzielung der Formelwirkungen (6) und (7) bezüglich der subtrahierenden oder additiven Wirkung der Zusatzglieder (E⁺, E-, E⁺⁺, E-- usw.) z.B. von dem Umstand Gebrauch gemacht werden, daß bei der für Bolometer üblichen Wheatstone-■ sehen Widerstandsbrückenschaltung (Schal· tungsschema Fig. 7) sich | Bestrahlungen von gegenüberliegenden temperaturempfindlichen Widerstandszweigen 37, 40 in der Potentialverschiebung und Einwirkung auf das Galvanometer 42 addieren, daß hingegen Bestrahlungen von nebeneinanderliegenden Wider-Standszweigen 37, 38 oder 37, 39 einander abschwächen (43 ist eine Stromquelle). Die Zusammenfassung der Effekte, welche zusammengehörigen Summanden in der Formel (6) entsprechen, kann auch durch Teilung eines Widerstandszweiges in zwei parallel geschaltete Zweige, die z. B. links und rechts vom Zentralstreifen angeordnet sind, bewirkt werden, ferner die Einbeziehung weiterer Korrektionsglieder durch Ausgestaltung von Brücken- zweigen nach Art einer Doppelbrücke erzielt werden.

Eine weitere apparative Vereinfachung kann dadurch erreicht werden, daß die beiden Teile eines zusammengehörigen Summandenpaares, ζ. B. E⁺ und E~, als zusammenhängender Bauteil (z. B. eine zusammenhängende Fläche) ausgebildet werden, in der sich z. B. durch Wärmeoder Stromausgleich automatisch die mittlere Summenwirkung als Endeffekt mit entsprechendem Proportionalitätsfaktor ausbildet.

Als Ausführungsbeispiel sei dies für Bolometer an Hand der Aufrißfigur 8 und des Schaltungsschemas Fig. 9 angedeutet. In Fig. 8 ist durch die punktierte Linie s-s ein von einem Spektralapparat geliefertes Spektrum angedeutet, das senkrecht zur Papierebene stehe. Die Bestrahlung treffe in Richtung der Pfeile auf. Durch Blenden 44,45, zwischen denen ein vorderseitig geschwärzter Bolometerstreifen 46 steht, wird ein dreiteiliger Spektrenabschnitt ausgegrenzt. Der mittlere Spektrenstreifen, welcher E_x entspricht, fällt erwärmend auf den schmalen Hauptbolometerstreifen 46, in dem er durch Widerstandserhöhung erhöhten Potentialabfall erzeugt. Die seitlichen Spektralbereiche E+. und E~ fallen durch die Lücken weiter rückwärts auf einen breiteren Bolometerstreifen 47, der von dem staffeiförmig davorliegenden schmaleren Streifen 46 zum Teil abgeschirmt ist. Der Streifen 47 erfährt, weil sich auf ihm die Strahlung auf eine größere Gesamtfläche verteilt, eine verhältnismäßig geringere Erwärmung. Die Abmessungen von 47 sind so abgestimmt, daß die mittlere Erwärmung von 47 nur ^x/₁₄ von denjenigen Gesamtwärmeeffekten beträgt, die in den beiden Spaltlücken zusammen bei dort mgesetzten schmalen Bolometerstreifen eintreten würden. Bei einer Bolometerschaltung gemäß Fig. 9, in der 46 und 47 aneinanderstoßende Brückenzweige sind, tritt dann, wie nach dem Vorigen ohne weiteres deutlich, eine Gegenwirkung beider auf, entsprechend der Forderung der Formel (6). Im Zusammenhang hiermit sei betont, daß auch diejenige besondere Art von Elektronenbolometern verwertet werden kann, bei denen thermische Elektronenemissio-

nen von ähnlicher Art wie bei Verstärkerröhren durch^ Bestrahlungserwärmung beeinflußt werden.

In ähnlicher Weise können die Energien,

' 5 welcheit+ ⁺oderE~~entsprechen,als Gitternebenteile mit E_K vereinigt werden oder bei weiteren Korrektionsgliedern 2t+⁺⁺und El mit E^ mit E-

Für die Wirkungseinstellung der Korrektionsempfänger auf den richtigen Teilfaktor bieten sich viele Wege: Bei Thermoelementen besteht z. B., wie angedeutet, die einfache Möglichkeit, die Thermokraft der Nebenelemente E\ bzw. E~ usw. durch entsprechende [Materialaus-

X5 wahl auf ¹Z₁₄. bzw. ²³/₂22 bzw. ¹I₁₃₁ unter eventueller Berücksichtigung von Nebenwirkungen, nötigenfalls unter Zuhilfenahme von Legierungen zu bemessen oder auf andere Werte einzustellen, wie sie anders entwickelte Korrektionsformeln oder besondere Versuchsbedingungen oder apparative Besonderheiten ergeben.

Bei Bolometern kann man nach Art der Fig. 8 und g z. B. die Strombelastung oder Spannungsbelastung verschieden wählen oder den Widerstandskoeffizienten entsprechend abgestuft gestalten. Andere allgemeine Wege zur richtigen Abstufung der Summenteilwirkungen bestehen in der entsprechenden Bemessung der Auffangflächen, der Begrenzung oder Schwächung der Nebenbezirke, in der zeitlichen Strahlungsbeschränkung, der Verwendung von wechselnden Stromrichtungen oder 'Nebenschlüssen von bestimmter Stärke oder Dauer, ferner in der entsprechenden Einstellung der Abkühlungsbedingungen und Berücksichtigung eventueller gegenseitiger Beeinflussung, ferner in der Verwendung von Differentialmeßgeräten, z. B. Galvanometern mit mehreren z. B. einander entgegenwirkenden Wicklungen, an die die einzelnen Empfängerteile angeschlossen sind.

Das Prinzip, die Korrektionsglieder durch entsprechende Bestrahlungsdauer in richtigem Ma₁Be zur Wirkung zu bringen, läßt sich weiter dahin ausgestalten, daß man nur einen spektralen Empfänger etwa in der Lage von E_x benutzt und daß man durch entsprechende Hilfsmittel ihn zum Spektrum oder das Spektrum zu ihm gegebenenfalls so unter Umpolungen im Wechsel verschiebt, daß die Energien der Nachbarbezirke E+, E~ bzw. E^⁺, E~~ in genügend raschem Wechsel und richtigem Verhältnis sich den Formeln gemäß addieren bzw. vermöge der jeweiligen Umpolungen subtrahieren.

Wird z. B. als Empfänger eine lichtelektrische

Vorrichtung benutzt, bei der die Belichtung genügend trägheitslos einen der Beleuchtungs-

o stärke entsprechenden Strom auslöst, so kann man im Prinzip folgendermaßen verfahren: Man schickt den ausgelösten elektrischen Strom in abwechselnder Richtung durch ein Galvanometer oder eine elektrometrische Meßanordnung, dessen Einstellträgheit groß ist gegenüber der Geschwindigkeit der Stromrichtungswechsel. Das Galvanometer o.· dgl. wird dann nur integrierend den Überschuß der einen Art Stromrichtungen anzeigen. Verschiebt man nunmehr in ähnlichem Wechsel, wie die Stromwendungen erfolgen, gleichzeitig das Spektrum in ähnlichem Wechsel relativ zu der lichtelektrischen Zelle, so werden die Energien E^ und E~ der Nebenbezirke sich gegenüber der Einwirkung des* Zentralbezirkes in der Galvanometereinstellung subtrahieren, und zwar nach der Zeit "ihrer Einwirkung. Läßt man daher die Energie Ε_λ beispielsweise ¹Z₁₀ Sek. auf die Zelle wirken unter positivem Stromfluß durch das Galvanometer, in der Zwischenzeit aber periodisch kurzzeitiger die Nebenbezirke Εξ und Ε~ζ während ¹In' ¹IiO = ¹InO Sek. auf die Zellen wirken bei negativem Stromfluß durch das Galvanometer, so wird offenbar der integrierende Galvanometerausschlag jeweilig der Reduktionssummenformel = E_x — ¹Z₁₄ (■£t + &t) entsprechen.

Die zur örtlichen richtigen Überlagerung der E~l~- und 2?7- Korrektionen erforderliche periodische Spektrenverschiebung kann, um nur einige Möglichkeiten für feststehende Empfänger anzudeuten, z. B. durch schwingende Bewegung des Kollimatorspalts αχ in Fig. 3 erfolgen oder durch wechselnde Kollimatorspalte bzw. durch ablenkende Vorrichtungen besorgt werden.

Eine andere Möglichkeit, die Nachbarspektralbereiche dem Empfänger periodisch zuzuführen, besteht darin, daß man den Empfänger in an sich bekannter Weise hinter einem Okularspalt anordnet und durch Verschieben dieses Spaltes und Wechseln der Spajtlage oder des Spaltausschnittes entsprechende Bezirke und Energien durch den Okularspalt hindurchtreten und auf den Empfänger wirken läßt.

Betont sei ferner, daß man die Abgrenzung und Abstimmung der Korrektionswirkungen auch in Zwischengeräten, z. B. Verstärkeran-Ordnungen, Nebenschlüssen u. dgl., vornehmen kann.

Bei Empfängern, die mit hohen Widerstandsänderungen arbeiten, wie Selenzellen oder ähnlichen Stoffen, oder die in der Energieumsetzung und Steuerung solchen Widerstandsänderungen äquivalent sind (Photozellen, Ionisationskam-· mern für Röntgenspektroskopie), kann man die subtraktiv zu kombinierenden Nebenwirkungen außer in Brückenschaltung auch dadurch zur Geltung bringen, daß man von dem durch die Hauptzelle ausgelösten Strom, der beispielsweise einem Galvanometer oder Elektrometer zuströmt, einen Bruchteil ableitet, welcher dem subtraktiven Glied äquivalent ist, beispielsweise durch eine ähnliche Zelle, die von den Nebenspektralbereichen belichtet wird und evtl.

mit geringer Spannung und anderer Füllung betrieben sein kann.

Auch das schon erwähnte Hilfsmittel der Verwendung oder Auslösung von Spannungen wechselnder Richtung, Stärke und Dauer kann hierfür verwertet werden. In gewissen Fällen wird auch die Benutzung von Zellen mit mehreren strahlungsempfindlichen Elektroden (evtl. direkt kombiniert mit Verstärkungselementen)

ίο besonders gedrängte Anordnungen ermöglichen. Erwähnt sei ferner die Möglichkeit, durch die Hauptstrahlung Ε_γ Substanzen oder Geräte beeinflussen zu lassen, welche wie die lichtelektrischen Zellen bei Bestrahlung eine Widerstandserniedrigung (Stromverstärkung) ergeben, hingegen durch die korrektiven Nebenstrahlungen solche Geräte, welche, wie Bolometer, bei Bestrahlung Widerstandserhöhung bewirken, und diese Geräte dann in Reihe zu schalten.

Zur Abmilderung von unbeabsichtigten, unkontrollierbaren Energieschwankungen der Strahlungsquelle kann man ferner hiermit einen besonderen Kompensationsempfänger verbinden, z.B. in der Art, wie er von P.P.Koch in seinem Mikrophotometer oder von C. Müller in Weiterbildung für registrierende Spektralphotometrie verwandt wird.

3° _Po _ _F 23 Wertvolle Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich auch für die visuelle spektrale Photometrie, sei es für spektrale Vergleichungen zweier Energiefolgen A und B oder z. B. in der Form der Pyrometrie, insofern als man dadurch mit breiteren Spalten unter Helligkeitsgewinn speziell in den Bereichen geringer Augenempfindlichkeit arbeiten und durch die automatische Differentierung doch den Präzisionsvorteil des unendlich schmalen Spaltes beibehalten kann.

Wo zwei Vergleichsfelder gleicher Färbung oder ähnlicher Farbe im Gesichtsfeld erscheinen, kann man z. B. so verfahren, daß man den ausgegrenzten Spektralbereich E_x und den geringen additiven Prozentsatz E* ⁺, Ej~ je demselben Vergleichsfeld zuleitet, hingegen die subtraktivenKorrektionsintensitäten£'⁺ und£~ dementgegengesetzten Vergleichsfeld zuführt, wodurch das additive bzw. subtraktive Ergebnis gemäß der Formel (7) erzielt wird.

Daß diese kreuzweise additive Zuordnung in der Tat dem Inhalt der Formel (7) entspricht, wird sofort deutlich, wenn man die Gleichheitsbedingung, daß E ° = E% sein soll, explizite durch die Formelwerte (7) ersetzt und die negativen Glieder auf die andere Seite bringt.

Ill

.30.

37

23

Err)

23
222

(8)

III

23

222

+ Ej-)

(Ei- III

(ΕΪ ⁺ + En~)

Anschaulicher ausgedrückt lehrt diese Formel (8): Für die vorliegende Vergleichung zweier Helligkeiten tritt derselbe Gleichheits- oder Ungleichheitseffekt ein, wenn man im Sinne der ursprünglichen Formel (7) von der Hauptintensität E_A (der Energiefolge A) ein gewisses Korrektionsglied ²³/₂₂2 [El + Ej) abzieht oder statt dessen denselben Korrektionsbetrag der gegensätzlichen Vergleichsintensität Eb (der Energiefolge B) additiv zufügt.

Derartige kreuzweise Zuteilung der subtraktiven Korrektionsnachbarintensitäten läßt sich, worauf hingewiesen sei, auch allgemein für objektive Vergleichungen durchführen, ebenso bei den später noch zu besprechenden allgemeinen An-Wendungsmöglichkeiten des Erfmdungsprinzips mit Vorteil verwerten.

Bedeutsame allgemeine Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich nach der Erfindung auch für die Reduzierung von .photographischen Spektralaufnahmen, z. B. lichtschwacher Spektren, wo man immer bisher entweder die Unreinheit breiter Spalte in Kauf nehmen oder mit sehr langen Expositiönszeiten arbeiten mußte.

Ein für die Gewinnung reiner Spektren mit wesentlich verkürzter Belichtungszeit geeigneter Kunstgriff, der, weil mit größerer Intensität arbeitend, vielfach neue Einzelheiten ergeben wird, mag im folgenden als Beispiel aufgezeigt werden: Es handelt sich für die Reduktion nach Formel (6), die hier als einfachstes Beispiel herangezogen werde, offenbar darum, für den ganzen Spektralbereich die Schwärzung automatisch an jeder Spektralstelle um Bruchteile der Summe der Nachbarintensitäten zu vermindern. (Wegen der besonderen Form des photographischen Schwärzungsgesetzes müssen hier evtl. andere Proportionalitätsfaktoren oder andere Ansätze oder Entwicklungen gewählt bzw. ermittelt und kontrolliert werden.) Die wünschenswerte automatische Korrektion kann z. B. dadurch geschehen, daß man ein solches photographisches Spektrum mit einer der vorgenannten Apparaturen registrierend photometriert. Die spektra-

len Aufnahmen wären in diesem Falle nicht nur wie bei Koch, Moll an einer Stelle zu durchleuchten, sondern bei Einbeziehung der ersten Korrektionsglieder im Prinzip noch an den jeweils benachbarten Stellen in der Art, daß deren Energiewirkung derjenigen der Hauptstelle entgegenarbeitet. Die dabei wirksamen Strahlungsbündel können auch von verschiedenen Seiten die photographischen Spektralaufnahmen durchleuchten oder bestrahlen. Ferner können sie verschiedenen Lichtquellen entstammen, andererseits auch der gleichen Lichtquelle durch geeignete Spaltung oder Ausblendung, Richtung, Umlenkung, Polarisation, Interferenz, Wellenlängenverschiedenheit entnommen werden und mit regelbarer. Abstufung und mit mikroskopischen Justierungsmöglichkeiten und Abbildungen versehen sein.
Die für die Registrierphotometrierungen von negativen Schwärzungsspektren, durch P. P Koch, Moll, Zeiß-Hansen und andere ausgearbeiteten Apparaturen ergeben allerdings bei Verwendung der üblichen Negativspektren hinsichtlich der Korrektion gewisse Schwierigkeiten, da bei ihnen das vom Negativspektrum hindurchgelassene Licht photometriert wird, welches wegen des Negativcharakters den Intensitäten des ursprünglichen Spektrums umgekehrt proportional ist. Man kann diese Schwierigkeit durch Benutzung von positiven Spektren umgehen, indessen sie auch dadurch ausschalten, daß man als photometrierende Hauptempfänger H bzw. Korrektionsempfänger iT ζ. B. solche Arten wählt, bei denen, wie z. B. bei Photozellen oder Selenzellen oder Thalofidezellen oder Thermioneribolometern, eine Energieeinwirkung eine zweckmäßig starke Herabminderung des inneren Widerstands auslöst.

Einen noch unmittelbareren photographischen Weg kann man in anderer Richtung in der Form beschreiten, daß man den einen der photometrischen Schwärzungssummanden, z. B. das Hauptspektrum, welches die Werte E^ enthält, in ein Positiv umwandelt oder als ein Positiv entwickelt und dann über dieses positive Spektrum der Εχ-Weite, dessen Durchsichtigkeit der ursprünglichen spektralen Helligkeit entspricht, zwei andere geschwärzte schwache Negativspektren mit geschwächter Intensität vom gleichen Originalspektrum her unter Links- und Rechtsverschiebung aufkopiert bzw. als Sonderplatte vereinigt auflegt. Entspricht die Lichtschwächung dieser Negativspektren ¹Z₁₄ E_x bzw. ¹Z₁₄ E~ und sind die Relatiwerschiebungen gegenüber der Lage des Hauptspektrums so gewählt, daß von dem einen Negativspektrum die E +-Stelle, von dem anderen die iTp-Stelle über jedem äquivalenten E,. des positiven Hauptspektrums liegt, so ergibt die in der Durchsicht übrigbleibende Helligkeit dann für den ganzen Spektralbereich in erster Annäherung gemäß Formel (6) das reduzierte Spektrum zur unmittelbaren dauernden Betrachtung als Schwarz-Weiß-Skala fixiert. Denn das Positiv, dessen Durchsichtigkeit ein Maß der ursprünglichen Energien Ε_λ ist, wird an jeder Stelle des Spektrums durch die darüber gelagerten seitlich verschobenen Negativschwärzungen um so mehr in der Lichtdurchlässigkeit geschwächt, je größer die Intensität E* und E~ der zugehörigen Nachbarbezirke war. Die korrektiven Negativspektren können für die Gewinnung solcher Spektren gleichzeitig oder im Wechsel mit dem Haupt-Spektrum erzeugt und hierbei zur richtigen Summationsdeckung sogleich zusammengezogen werden, indem man mit an sich bekannten optischen Hilfsmitteln die nötigen Verschiebungen besorgt. .

Auch andere optische Intensitätskombinationen, z. B. Abspaltung aus einem einzigen Hauptspektrum und Vereinigung von reflektierten und durchgelassenen, entsprechend .verschobenen Anteilen sind möglich.

Eine andere Lösung, die erforderliche Differenzwirkung der Nebenbezirke gegenüber dem Hauptspektrum zur Geltung zu bringen, kann dadurch gewonnen werden, daß das Hauptspektrum Ε,, und die summierten Neben-

spektren

in der erforderlichen

14 14

Lage getrennt nebeneinander als negative oder positive Parallelspektren erzeugt werden. Die Fig. 10 zeigt eine schematische Spektrenskizze, bei der oberhalb und unterhalb des Hauptspektrums E_x je eines der Nebenspektren ¹Z₁₄ E_x bzw. ¹Z₁₄ E~ zugleich jedoch entsprechend seitlich verschoben aufgenommen ist. In Fig. 11 sind . beide Nebenspektren, entsprechend ¹Iu (-£■£ + -^T) zusammengefaßt, oberhalb des Hauptspektrums E_x aufgenommen. Die Differenz der Schwärzungen dieser beiden übereinanderliegenden Parallelspektren gibt dann bei entsprechender Wahl der Intensitätsverhältnisse im Sinne der Formel (6) für jede Wellenlänge ein Maß des richtigen Schwärzungswertes im reduzierten Spektrum. Um aus solchen Doppelspektren den reduzierten Spektrenverlauf bzw. bei positiven Spektren den Intensitätsverlauf des reduzierten Spektrums in Kurvenform zu gewinnen, braucht man derartige Doppelspektren nur einer differenzierenden Mikrophotometrierung in einem Registrierphotometer in der Form zu unterwerfen, daß an korrespondierenden Stellen mit einem Hauptempfänger das Hauptspelctrum, mit einem abschwächenden Hilfsgerät das Nebenspektrum photometriert wird. (Haupt- und Nebenphotometergerät können von verschiedener Art und Arbeitsweise sein.) In sinngemäßer Weise können, um. mit noch breiterem

ίο

Spalt zwecks möglichsten Helligkeitsgewinns - arbeiten zu können, auch die zweiten Korrektionsglieder photographisch durch zusätzliche Schwärzung des Hauptspektrums der Ε_λ-Werte unter entsprechender optischer Verschiebung herangezogen werden.

Eine einfache Mehrfachspaltanordnung, welche direkt die wünschenswerten Parallelspektren z. B. gemäß Fig. ii liefert, ist in der Strichto stellung der Fig. 13 für Reduzierungen gemäß der Formel (6) dargestellt, ferner in der Strichstellung nach Fig. -12 für Reduzierungen nach der-Formel (7) schematisch veranschaulicht.

Anstatt die Hilfsintensitäten unmittelbar bei der Aufnahme abzuschwächen, was sich z. B. durch die Einschaltung schwächender Mittel oder zeitliche Beschränkung der Belichtungsdauer bewirken läßt, kann man die Abstimmung der. Zusatz- und Gegenwirkungen auch nachträglich bei der registrierenden Doppelphotometrierung vornehmen. Als weitere Beispiele für photometrische Lösungsmöglichkeiten seien schließlich noch angedeutet: kreuzweise Zuordnung der Korrektionsglieder, insbesondere bei Vergleichsspektren, ähnlich dem für visuelle Zwecke angegebenen Prinzip, ferner Umwandlung der Korrektionsformeln derart, daß statt der negativen Summenglieder additive Summenglieder oder Faktoren auftreten Iz.B.ausgehendvonderBeziehungi—φζ=—— \.

Der Vorzug, welcher im Vergleich zu der direkten Hindurchführung reduzierender Empfangsgeräte durch das freie Spektrum selbst den vorstehend beschriebenen Reduzierungen von photographisch zunächst fixierten Spektren eigen ist, liegt in der wichtigen Möglichkeit, im Verein mit ausgedehnten Expositionen infolge Verwendbarkeit breiterer Spalte und des daraus resultierenden Helligkeitsgewinns noch äußerst lichtschwache Objekte ebenfalls ohne Einbuße der spektralen Reinheit erfassen zu können. Alle bisherigen Beispiele für die experimentelle Auswertung der Korrektionsformeln (6) und (7) beziehen sich auf den von Paschen und Runge wegen der größtmöglichen Spektralreinheit behandelten Spezialfall, daß die Breite des auswählenden Meßgerätes gleich der Breite des monochromatischen Kollimatorspaltbildes ist. Der gemäß der Erfindung beschrittene Weg, die Differentiierung von Integraleffekten statt durch rechnerische punktweise Umwertung unmittelbar auf experimentellem Wege zu lösen, kann aber an sich ebenso mannigfaltig auch für andere Verhältnisse, relative Breiten usw. angewendet werden. Die Rungesche Reihenentwicklung enthält im ersten Teil auch hierfür den allgemeinen Ansatz.

Die Bedeutung und Anwendung des vorstehenden, an einigen Beispielen erläuterten Erfindungsgedankens, daß übergreifende Effekte experimentell auf den Idealfall durch Hinzunahme von Nebenbezirken zurückgeführt werden können, beschränkt sich indes nicht auf spektrale Verteilungen, für die im übrigen bei der Wahl geeigneter Empfangsgeräte alle Wellenlängen von radioaktiven und Röntgenstrahlengebieten her bis zu den Hertzschen Wellen in Frage kommen; vielmehr ist das Erfindungsprinzip auf alle Erscheinungen anwendbar, bei denen gewisse Wirkungen oder Momente z. B. infolge gewisser Trägheitseffekte während ihres Wirkens und Fixiertwerdens örtlich oder zeitlich übereinandergreifen.

Bereits C. Runge hat im Zusammenhang mit seiner eingangs erwähnten Reihenentwicklung kurz darauf hingewiesen, daß sich in ähnlicher Weise auch andere Probleme, z. B. Funktionen mit Dämpfungsgliedern, rechnerisch erfassen lassen, ohne indes weitere rechnerische Anwendungsbeispiele oder experimentelle Lösungen zu geben. Um für derartige rechnerisch kompliziertere Anwendungsgebiete die geeigneten Kombinationen (Überlagerungsarten und Überlagerungsfaktoren) zu ermitteln, z. B. die zusätzlichen Verwischungseffekte auszugleichen, welche sich bei photographischen Aufzeichnungen durch Überstrahlung o. dgl. in der photographischen Schicht ergeben oder die bei Apparaturen mit Energieübertragungen in den Zwischengliedern erfolgen (z. B. in Verstärkungsapparaturen) oder durch Trägheits- oder Dämpfungserscheinungen bewirkt werden, kann man folgendermaßen empirisch, rechnerisch oder experimentell verfahren an Stelle oder in Fortsetzung einer allgemeinen Problemlösung:

Man ermittelt zunächst rechnerisch oder experimentell die in Frage kommende Verzerrung der fraglichen Energieverteilung und prüft dann wiederholt ihre Entzerrung mittels der in Aussicht genommenen Überlagerungsmethode. Im Fall der experimentellen Prüfung kann dies z.B. dadurch geschehen, daß man die Energiefolge vergleichend einerseits mit einem Einzelgerät, das ausreichend schmale Bezirke umfaßt, möglichst verzerrungsfrei (z. B. langsam) abtastet bzw. andererseits mit den in Aussicht genommenen betriebsmäßigen Kombinationsgeräten oder -anordnungen abtastet, welche breitere Bereiche oder Zeiträume erfassen. Indem man dabei systematisch die Überlagerungskpmbinationen variiert, gelangt man empirisch zur optimalen Entzerrung.

Im folgenden seien als Erweiterung der bisherigen grundlegenden Betrachtung aus der großen Zahl der sich darbietenden Probleme einige wichtige Anwendungsbeispiele herausgegriffen und in ihren experimentellen Verwertungsmöglichkeiten kurz beleuchtet.

Des leichteren Verständnisses wegen sei von Anwendungen mit optischem Einschlag ausgegangen.

64Ö41Ö

Als wichtiges Anwendungsbeispiel kommt zunächst die Fernübermittlung von Abbildungen usw. in Frage, die in letzter Zeit in der Fernübertragung von Nachrichtenmaterial, auch auf drahtlosem Wege, bedeutsam geworden ist und auch für die Lösung des Fernsehproblems wesentliche Fortschritte und Vorbereitungsstufen ergeben hat. Bei allen diesbezüglichen Übertragungsverfahren wird bekanntlich das ίο zu übertragende Bild (ζ. B. Schriftstück) zeilen-

' oder reihenweise Punkt für Punkt durch ein punktartiges pulsierend unterbrochenes Strahlenbündel abgetastet, das je nach dem Reflexionsvermögen oder der Durchsichtigkeit der getroffenen Stelle ein lichtelektrisch empfindliches Organ oder eine Reihe solcher Organe stärker oder schwächer beeinflußt und dadurch . wechselnde Stromimpulse auslöst. Diese werden nach der Empfangsstelle übertragen, dort möglichst trägheitslos in äquivalente Lichtimpulse zurückverwandelt und durch eine synchron laufende Apparatur wieder zu einem Bildfelde zusammengefaßt. Wählt man bei dieser Abtastung die einzelnen Hilfspunkte zu grob, so verliert man Feinheiten des Bildes. Wählt man sie sehr fein, so erhält man zur Übermittlung zu wenig Energie bzw. zur Durchtastung einer gewissen Bildgröße zu lange Zeiten.

Die Verhältnisse liegen, was man anscheinend bisher gar nicht beachtet hat, weitgehend den experimentellen Wünschen bei spektraler Zerlegung analog, wo man ebenfalls möglichst Reinheit des Spektrums zwecks Gewinnung möglichster Einzelheiten anstrebt, bei Verfeinerungen von Spalt- und Empfangsgerätausschnitt indes eine überaus starke Helligkeitsverminderung (proportional dem Quadrat der Breite) erfährt.

Die vorstehende Erfindung eröffnet auch hier einen einfachen Weg, Bilder usw. mit weniger feiner Unterteilung und Abtastung und demgemäß erhöhter Intensität und Schnelligkeit ohne Einbuße an Einzelheiten zu übertragen.

Das theoretische wie experimentelle Prinzip besteht auch hier darin, daß mit übergreifenden Bezirken und Effekten bei Aufnahme und Wiedergabe gearbeitet wird und zur Differenzierung und Wiedergewinnung verfeinerter Auflösung Nebenbereiche mittels korrigierender 'Empfänger herangezogen werden.

Um die Durchführbarkeit und Vorteile des Erfindungsprinzips für die Fernübertragung, anschaulich zu machen, werde in Anlehnung an die früheren spektralen Betrachtungen angenommen, daß die Helligkeitsverteilung eines objektiven Spektrums bildtelegraphisch mit einem das Spektrum abtastenden Hilfsgerät übertragen werden soll, welches, wie z. B. ein Thermoelement oder eine lichtelektrische Zelle, auf die Intensitätsunterschiede des als Linie gedachten Spektrenstreifens durch entsprechende Stromimpulse anspricht. Das normale Verfahren würde hierbei darin bestehen, daß das abtastende Hilfsgerät mit optischen Hilfsmitteln nacheinander der Wirkung der einzelnen Spektrenstellen (Punkte) ausgesetzt wird, dann die entsprechenden Stromimpulse verzerrungsfrei auf die Empfangsstelle übertragen werden und dort an der Empfangsstelle wieder zu einen äquivalenten Lichtstreifen (z. B. schwarz-weißen Streifen von wechselnder Intensität) nacheinander zusammengesetzt werden. Macht man "bei der Spektrenabtastung, um genaue Einzelheiten zu übertragen, den Spalt, welcher das Spektrum (die Helligkeitsfolge) liefert, ebenso wie das abtastende Gerät sehr schmal, etwa nur 0,1 mm breit, so wird die verfügbare Intensität gering, und es werden -nur langsame Übertragungen möglich. Erweitert man andererseits Spalt und Tastgerätbreite auf das Doppelte, so steigt zwar die Intensität auf das Vierfache unter großer Steigerung der Übertragungsschnelligkeit, jedoch gehen wegen der erheblichen Verwischung der vorhandenen plötzlichen lokalen Helligkeitsunterschiede viele Übertragungsfeinheiten verloren. Feine Stellen völliger Schwärze (tiefster Dunkelheit) werden lediglich grau wirken; mit anderen Worten: Die Helligkeitsfolge wird weniger brillant, also flauer wiedergegeben.

Bei der bisherigen Übertragungsmethode ist der damit in Kauf genommene schwerwiegende Verlust von Bildeinheiten auf der Empfangsstation, wo die Helligkeitsfolge deformiert aufgezeichnet wird, allgemein als unvermeidlich erschienen.

Nach dem vorliegenden Erfindungsprinzip wird eine energiestärkere Fernübertragung durch breitere Abtastbereiche und korrektive Hinzunahme der Nebenpunkte in doppelter Weise möglich.

Einmal kann man sogleich:

a) auf der Sendeseite die durch breitere Abtastbereiche verwischte Helligkeitsfolge wieder berichtigen, indem man z. B. statt des einfachen Thermoelements oder der Photozelle ο. dgl. als abtastendes Gerät ein solches mit korrigierenden Nebengeräten z. B. gemäß den Fig. 3 und 4, verwendet und die so verfeinerte energiestarke Helligkeitsfolge in üblicher Weise nach der Empfangsstelle überträgt und dort aufzeichnen läßt.

b) Ein anderer Weg besteht darin, daß man auf der Sendestelle das Übertragungsobjekt ebenfalls mit breiteren Bereichen zwecks Energiegewinns abtastet, die so verwischte Energiefolge als verwischte Impulsfolge unkorrigiert nach der Empfangsstelle überträgt und erst auf der Empfangsstation die korrektive Berichtigung und Verfeinerung der wieder in Hellig-

keitsfolgen umzusetzenden Impulsfolge durch Hinzunahme der Nebenbereiche vollzieht. In beiden Fällen gibt die mögliche Verbreiterung des umfaßten abgetasteten Flächenstücks im Verein mit den korrektiven Nebenbereichen eine wesentliche Steigerung der Energieumsätze bwz. die Möglichkeit einer verfeinerten Auflösung oder einer entsprechend gesteigerten Übertragungsschnelligkeit; Faktoren, von denen ίο ja nicht nur die Wirtschaftlichkeit der Übermittlung von Nachrichten, sondern auch die Verwirklichung des Fernsehens abhängt. Bei dem zweiten Weg der nachträglichen Verfeinerung auf der Empfangsseite besteht der gewisse Vorteil, daß die Verstärkung und Übertragung der noch nicht wieder verfeinerten Impulsfolge, weil sie in den Intensitätsschwankungen (Kurvenzacken, hohen Frequenzen) gemildert ist, technisch erleichtert wird und bei ao Benutzung hochfrequenter Trägerwellen u. a. mit einem schmaleren Frequenzband auszukommen gestattet.

Die korrektive Gegenwirkung (der ersten Nachbarglieder) kann im Fall durchfallenden Lichts bei lichtelektrischen Zellen z. B. ähnlich der schon geschilderten Mikrophotoregistrierung in der Weise erfolgen, daß die Nachbarbezirke mit getrennten Lichtbüscheln durchleuchtet werden, die einer anderen Zelle oder einer zweiten ebenfalls lichtelektrisch empfindlichen Zellenelektrode zugeführt werden. Wird eine . solche 2-Elektroden-Zelle z. B. mit unsymmetrisch einstellbarem Wechselstrom derart be-, trieben, daß die an der zweiten Elektrode wirksam werdende effektive negative Spannungshälfte entsprechend klein ist, so werden die an dieser Hälfte und Elektrode ausgelösten Ströme relativ klein bleiben, und man kann auf diese Weise bequem durch die Ausbildung des unsymmetrischen Wechselstroms (aus Wechselstrom und Gleichstrom) eine bestimmte korrigierende Wirkung der Nebenbezirke einstellen. Auch bei Verwendung reflektierten Lichts nach dem von F. Schröter berichteten TeIefunkensystem kann man mit Hilfsbüscheln und Nebenbezirken arbeiten, wenn man den Kunstgriff gebraucht, die Nebenbezirke mit Licht von anderer Wellenlänge oder anderer Polarisation zu beleuchten als den Hauptbezirk, und wenn man die Zellen und Elektroden durch entsprechende Farbenausgrenzung, z. B. durch Filter, oder durch Polarisation vor falschem Streulicht schützt. (In einfachster Form kann für die Farbentrennung ζ. Β. auch die chromatische Abweichung herangezogen werden.)

Im Zusammenhang hiermit sei zwecks Abgrenzung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik bemerkt, daß das Kompensationsprinzip der vorliegenden Erfindung von ganz anderer Art ist wie die von Dr. Schröter, TeIefunken, angegebene Kompensationssendeschaltung. Bei dem Schröterschen Phototelegraphensystem wird (um direkt ein positives Empfangsbild zu gewinnen) durch eine zweite am Sender 6g vorgesehene, gleich der Hauptzelle pulsierend beleuchtete Photozelle die Spannung der Abtastzelle bei hellstem Weiß gerade kompensiert; aber diese Schrötersche Kompensationszelle (die ihr Schaltvorbild in dem lichtelekirischen Registrierphotometer von P. P. Koch hat) wird fortdauernd mit Lichtimpulsen gleichbleibender Intensität belichtet, nicht aber wie bei der vorliegenden Erfindung abgestuft (moduliert), entsprechend der Helligkeit der Nebenabtastbereiche. Man kann aber ohne Schwierigkeit das vorliegende Erfindungsprinzip auch zur Verbesserung der Schröterschen Kompensationszellenanordnung verwerten. Man hat hierzu nur anstatt der abtastenden lichtelektrischen Hauptzelle eine Kompensation von zwei Zellen analog den vorher beschriebenen Beispielen anzuwenden; noch zweckmäßiger ist es, die korrektiven Impulse nicht mit der abtastenden Hauptzelle in subtraktiver Gegenwirkung zu kombinieren, sondern sie den Impulsen der Schröterschen Kompensationszelle additiv zuzuführen, indem man von der Formelbeziehung (8), d. h. der kreuzweisen Zuordnung, Gebrauch macht, beispielsweise indem man die abtastende Nebenzelle mit der Kompensationszelle vereinigt.

Prinzipiell ähnliche Anwendungen sind auch bei den dazugehörigen Empfangsapparaturen durchführbar. Bei der Lichtsteuerung mit Hilfe des Kerreffekts in der von Karolus entwickelten Methode könnte beispielsweise durch die Wirkungen der Nebenbereiche die elektrostatische Aufladung vermindernd beeinflußt werden oder durch ein zweites Elektrodenpaar eine korrigierende Kompensation der Drehung der Schwingungsebene bewirkt werden. Ähnliche Beeinflussungen der Polarisationsebene lassen sich bei den Methoden durchführen, die für irgendwelche Zwecke zu Lichtsteuerungen von der magnetischen Rotationspolarisation Gebrauch machen. Wo die Lichtabsperrung durch das Prinzip schwingender Saitenblenden bewirkt wird, kann man den Hauptbereich auf den Mittelteil, die Nebenbereiche auf die Enden oder deren Befestigungsstellen wirken lassen oder mit den Energien der Nachbarbereiche den Lichtstrahl an einer anderen Stelle korrigierend entgegengesetzt abblendend bzw. freigebend beeinflussen.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich für akustische Aufnahme- und Wiedergabeverfahren, insbesondere solche, bei denen zwecks Gewinnung sprechender Filme oder der klanggetreuen Besprechnung von Schallplatten eine Schallfixierung in der Weise erfolgt, daß die Schallschwankungen durch Beeinflussung

von Lichtenergien in Lichtschwankungen, Lichtveränderungen oder Lichtbewegungen übergeführt werden, die man dann auf einem lichtempfindlichen Film, z. B. an der Seite eines Kinofilms, etwa als Färbungen, Schwärzungen oder Stoffumsetzungen wechselnder Intensität; Art, Lage oder Breite fixiert. Zur Schallwiedergabe wird bisher ein Positiv dieses Tonfilms unter Vorbeiführung an einem Spalt fortlaufend beleuchtet. Die entstehenden Lichtsqhwankungen werden durch lichtelektrische Empfangsgeräte zunächst in äquivalente Stromschwankungen übergeführt und mit deren Hilfe schließlich in akustische Schwingungen umgesetzt.

Derartige Tonschriftfilme gleichen in ihrem wechselnden Intensitätsverlauf und der gewissen Verwischung der wahren Energieverteilung, die bei der Aufzeichnung und bei der Wiedergäbe infolge der endlichen Belichtungsbreite eintritt, prinzipiell weitgehend den vorerwähnten Verhältnissen bei Spektralaufnahmen und Bildübertragungen. Veränderungen schon kleiner Art im Schwärzungsverlauf machen sich bei komplizierten Klangzusammensetzungen sehr störend bemerkbar, insbesondere bei der Wiedergabe von Örchesterklängen, vielstimmigen Chören, Zischlauten und Frauenstimmen. Bei der durch die übliche Bildzahl pro Sekunde gegebenen Filmgeschwindigkeit entfällt nämlich bei solchen Tonfilmen auf, den Fixierungsweg sehr schneller Oberschwingungen, die für die Bildung der Zischlaute von entscheidender Bedeutung sind, eine sehr kleine Filmwegstrecke, z. B. ¹J₂₅ mm.

Um solche Oberschwingungen noch unvermindert und unverzerrt wiederzugeben, muß der übliche einfache Aufnahme- und Wiedergabespalt noch wesentlich feiner sein. Die Ausblendung eines derart schmalen Bereichs ergibt aber mehrfache Schwierigkeiten und Störungen, insofern schon die Korngröße der photographischen Schicht sich geltend macht und die verfügbare Lichtintensität bei Aufnahme und Wiedergabe sehr klein wird, so daß zu hohen Verstärkungen mit ihren unvermeidlichen Verzerrungen gegriffen werden muß. Bei Verwendung lichtstarker Abbildüngsobjektive als Gegenmittel wird die Apparatur wegen deren geringer Tiefenschärfe gegen Abstandsschwankungen des Films unerwünscht empfindlich. Auf der anderen Seite ergeben größere einfache Spaltweiten störende Verwischungsfehler und Überstrahlungen nach Art unreiner Spektren, die bei den Obertönen (Tonkurven) besonders ins Gewicht fallen.

Um diese Mängel bei der Schallwiedergabe nicht als verzerrende Licht- und Schallschwankungen zu erhalten, kann man gemäß der Erfindung analog wie bei Spektren bei Aufnahme und Wiedergabe prinzipiell mit größeren Belichtungsstreifen (Zeiten) oder Durchleuchtungsbezirken arbeiten, die in der Bewegungsrichtung des Films verbreitert sind.

Zur Kompensierung des hierbei auftretenden zeitlich-örtlichen Übereinandergreifens hat man dabei wie bei der Spektrenaufnahme oder Spektrenphotometrierung die Nachbarstreifen zu korrektiver Mitwirkung zu bringen.

Die Berichtigung kann also bei der Aufnähme wie bei der Wiedergabe erfolgen, beispielsweise durch korrektive photographische Methoden (Kopierungen) oder analog der Mikrophotometrierung dadurch, daß man auch die Nachbarstreifen kompensierend bestrahlt.

Auch bei diesen Anwendungen kann die Differenzierung, ähnlich wie früher aufgezeigt, sowohl unmittelbar in geeignet konstruierten Empfängern wie während der weiteren Umsetzung evtl. durch Teilwirkung erfolgen. Wird z. B. zur photographischen Schallfixierung eine in der Helligkeit durch Mikrophonströme gesteuerte Lichtquelle benutzt, so kann man die Einwirkung der Nebeneffekte unter Umständen besonders vorteilhaft in den, Verstärkerapparaturen vollziehen. Ebenso kann bei der Schallwiedergabe aus derart fixierten Tonfilmen durch photoelektrische Mittel, welche die Schwärz Zungsverschiedenheiten des durchleuchteten ablaufenden Films zunächst in Stromschwankungen umsetzen und diese dann in akustische Schwankungen umwandeln, die Einwirkung der miterfaßten Nebenbereiche in den verschiedenen Energiephasen erfolgen.

Neben dem Vorteil, daß mit weniger subtuen Abbildungen gearbeitet zu werden braucht und Abstandsschwankungen des Filmbandes weniger ins Gewicht fallen, erzielt man damit den weiteren Gewinn, daß stärkere Lichtintensitäten sowohl zur Aufnahme wie zur ioo rückwärtigen Lichtschallumsetzung, insbesondere auch zur Betätigung von Grammophonschreibstiften verwendet werden können und daß man mit entsprechend geringeren störungssicheren Verstärkungsgraden auskommt.

Ebenso wie für optische (photochemische, photographische) Schall- und Bildaufzeichnung und -abtastung läßt sich das Erfindungsprinzip auch für alle anderen Arten von Zwischenklischees verwerten, beispielsweise für die magnetische Ton-, Schrift-, Bild- und Schwingungsaufzeichnung und -wiedergabe oder für die mechanische Aufzeichnung von Schwingungsfolgen auf Schallplatten o. dgl. (Nadeltonapparaturen) und deren Wiedergabe.

Bei den magnetischen Aufzeichnungsverfahren werden bekanntlich Schwingungsvorgänge (z. B. Schallabläufe) auf einem permanent magnetischen Material, z. B.f Stahldrähten, Bändern, Platten, Stäben, dadurch aufgezeichnet, daß das magnetische Material an einem von den Schwingungen beeinflußten kleinen Magneten vorbei-

geführt und durch die wechselnde Magnetisierung mit einer magnetischen Beschriftung versehen wird.

Zur Abhörung und Weitergabe derartiger magnetischer Aufzeichnungen, die z. B. von W. Friedel auch als aussichtsreiches Hilfsmittel für die Bildtelegraphie und das Fernsehen vorgeschlagen worden sind, führt man bei.den bisherigen Apparaten die magnetisierten to Drähte, Bänder, Zylinder, Scheiben an einer eventuell mit Polschuhen heranragenden Induktionsspule vorüber, in der dann die wechselnde Magnetisierung Induktionsströme analog den ursprünglichen Schwingungen hervorruft, die nach eventueller Verstärkung in einem Telephon, Lautsprecher, optischen Apparaten oder mechanischen Geräten u. dgl. zur Wahrnehmung gebracht werden können. Es ist einleuchtend, daß derartige magnetisierende Beschriftungen von Bändern, Drähten usw. ein gewisses Übereinandergreifen erfahren bzw. bei der Wiedergabe ergeben ähnlich der Unreinheit eines Spektrums, und daß durch kleine Hilfsmagnetpaare bzw. Hilfsinduktionsspulen, die auf die benachbarten Drahtteile usw. wirken bzw. von ihnen beeinflußt werden und z. B. in Reihe mit der Hauptspule entgegengesetzt bzw. gleichsinnig geschaltet sind,, sich eine wertvolle Annäherung an ideale, unverzerrte Tonum-Setzungen und Wiedergabe erreichen läßt. Andere Möglichkeiten liegen darin, daß man auf diese Weise mit gleich guter Wiedergabe wie sonst größere Längen der magnetischen Kurve gleichzeitig auf die Hauptinduktionsspule wirken lassen kann und hierdurch von Anfang an stärkere Induktionswirkungen, d. h. größere Lautstärke bzw. kräftigere Steuereffekte erhält und damit weniger Verstärkungsstufen benötigt.

Auf der andern Seite dürfte, wo geringste Materialmenge anzustreben ist, die entscheidende wirtschaftliche Ausgestaltung durch die Möglichkeit, ohne Verlust an Einzelheiten die Beschriftung stark zusammenzudrängen, günstig beeinflußt werden.

In Fig. 14 ist der konstruktive Aufbau eines Mehrfachgeräts in den prinzipiellen Teilen veranschaulicht, das zur verfeinerten Wiedergabe von derartigen magnetischen Beschriftungen, z. B. zur Abhörung von magnetischen fixierten Klangfolgen, geeignet ist. α ist der mit einer Induktionsspule bewickelte Hauptmagnetkreis, zwischen dessen Polen das magnetisch beschriftete Band d hindurchgeführt wird, b und c sind die vor bzw. hinter dem Hauptmagneten α angeordneten Nebenmagnete, auf die also eine bestimmte Stelle des magnetisierten Drahtes zu anderen Zeiten als auf α wirkt. (Zur besseren Übersicht sind die drei Magnetkreise in der Fig. 14 weiter als zweckmäßig auseinandergerückt.) Die Nebenmagnete δ und c tragen Induktionsspulen von kleinerer Windungszahl, die mit der von α in Reihe liegen, jedoch so geschaltet und in der induktiven Erregung abgestimmt sind, daß durch ihre Mitwirkung die Induktionsströme in der Hauptspule die erforderliche korrektive Beeinflussung erfahren. Eine solche Abstimmbarkeit wird zweckmäßig auch durch Veränderlichkeit des Abstandes der Magnetkreise vom magnetisierten Draht d und voneinander vorgesehen, um den Wirkungsbereich der Nebengeräte dem Maß magnetischer Schriftverwischung optimal anzupassen.

Anwendungen des Erfindungsprinzips bei Energieaufzeichnungen mechanischer Art bieten sich z. B. im Sprechmaschinenbau, wo man nach diesem Prinzip eine korrektere trägheitsfreiere Aufnahme und Wiedergabe erzielen kann, wenn man zugleich die Nachbarbereiche''des gerade wirksamen Kurvenstückes zu korrektiven Zusatzwirkungen heranzieht.

Eine solche Heranziehung von Nebenbereichen kann z. B. in mannigfacher Weise dadurch erzielt werden, daß man durch Hilfsnadeln, welche in benachbarten Kurvenstücken laufen, die Schallwirkung der Hauptnadeln entsprechend den hierfür gültigen Beziehungen korrigierend beeinflussen läßt, beispielsweise indem sie auf die Lagerung der Hauptnadel einwirken bzw. bei den elektromagnetischen Schalldosen die Induktionswirkung der Hauptnadeln korrigieren. Die bei der magnetischen Energieaufzeichnung angedeutete allgemeine vorteilhafte Möglichkeit, vermöge dieser Feinauflösung auf derselben Fläche des Trägers durch engere Zusammendrängung der Tonaufzeichnung einen größeren Gesprächsinhalt bzw. umfangreichere Energieaufzeichnungen anderer Art unterzubringen, besteht auch hier.

Anordnungen, bei denen von derselben Tonaufzeichnung her mehrere Tonnadeln betrieben werden, sind an sich bereits anderweitig in Vorschlag gebracht worden (beim Ultraphon von Küchenmeister). Bei diesen Anordnungen werden zur Erzielung einer sog. plastischen Tonwirkung zwei gleich starke Tonwirkungen additiv mit einer großen Phasenverschiebung kombiniert, welche ein Vielfaches der Obertonbreite beträgt. Die in den vorbehandelten Schallgeräten in photographischer, magnetischer oder mechanischer Form fixierten Schallabläufe werden im allgemeinen bereits von der Aufnahme her stärkere Verwischungen aufweisen. Beispielsweise werden die Tonkurven in Schallplatten u.dgl. nicht alle Feinheiten der Obertöne wiedergeben. Es ist aber einleuchtend, daß nach dem Erfindungsprinzip auch von Energieaufzeichnungen und Kurven jeder Art, welche an sich einwandfrei sind, Teile von größerer Ausdehnung gleichzeitig ohne Verzerrung zu Umsetzungen ausgenutzt werden können, indem man außer dem jeweiligen Hauptabschnitt noch beiderseits

desselben Kurventeile und Aufzeichnungsabschnitte im Sinne des Erfindungsprinzips zur Korrektivwirkung heranzieht. In welchem Maße diese Korrektivglieder qualitativ und quantitativ gestaltet sein müssen, hängt von Fall zu Fall von den besonderen Versuchsbedingungen ab.

In ähnlicher Weise wie bei den vorbehandelten Anwendungen läßt sich eine erfindungsgemäße Steigerung der zeitlichen Auflösung bei allen

ίο zeitlichen Aufnahmegeräten, Registrierungen, Analysen mehr oder weniger einfach experimentell durchführen.

Erscheinungsfolgen, bei denen einzelne Momente eines räumlichen Energieablaufs infolge unzureichender Trennung bzw. infolge von Trägheitseffekten zeitlich ineinandergreifen, ergeben sich beispielsweise bei Schallaufnahmeapparaturen und Strömungsvorgängen oder Explosionsvorgängen, die ja Schallvorgängen weitgehend konform sind.

Bei den Geräten zur Untersuchung von Strömungserscheinungen oder für Schallaufzeichnungen oder anderen räumlichen Vorgängen oder schnell verlaufenden thermischen Vorgangen, z. B. bei Hitzapparaturen, zur Messung von Gasströmungen .oder dem Studium von Explosionsvorgängen, kann die Trägheit der Anzeigegeräte gegen die Druckwirkung oder thermische Einwirkung (d. h. das zeitliche Übergreifen der an einem Raumpunkt vorüberlaufenden Effekte) dadurch unmittelbar prinzipiell verringert werden, daß der Wirkungsablauf außer dem Hauptmeßgerät noch korrigierenden Hilfsmeßgeräten zugeführt wird, die räumlich verschieden liegen oder mit Phasenverschiebungen gekuppelt sind. Es wirken dann also aus einem Impulsablauf Momente berichtigend zusammen, welche einen bestimmten Ort zeitlich verschieden passieren oder beeinflussen.

Ähnliche Wege können allgemein zur Verminderung der Trägheit von Meßgeräten, insbesondere • auch solchen mit chemischen Wirkungen, z. B. Relaisanordnungen, eingeschlagen werden, Es verdient bemerkt zu werden, daß die durch die

4-5 Erfindung aufgezeigte Möglichkeit, ohne Einbuße an Auflösungsvermögen größere zeitliche und örtliche Bereiche zusammenzufassen, auch in anderer Hinsicht eine wesentliche Verbesserung bezüglich der'Trägheit mittelbar insofern ergibt, als die aus den breiteren Nutzbereichen entspringende vergrößerte Energiewirkung zu schnellerer Einstellung ausgenutzt werden kann. ,Auch sei noch auf die Möglichkeit hingewiesen, daß man derartige zeitliche Korrektionskombinationen in den einzelnen Gliedern wiederum als örtlich differenzierende Kombination ausbilden kann, d. h. die zeitliche Analyse zugleich mit einer örtlichen verbinden kann und hierdurch die Arbeitsgeschwindigkeit und Präzision, z. B. bei Registrier- und Anzeigegeräten, weiter erhöhen kann.

Claims (28)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auswerten einer infolge endlicher Spaltbreitenwirkungen oder endlicher Abmessungen der Meßelemente verzerrten spektralen oder nach Art eines Spektrums verlaufenden Energieverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Betrag (Primärbetrag) eines verhältnismäßig breiten Abschnittes der Energieverteilung, in dem der Hauptmeßpunkt liegt,, für welchen die Energie auszuwerten ist, Beträge (Sekundärbeträge) von auf beiden Seiten des Hauptmeßpunktes liegenden Abschnitten, multipliziert mit einer bestimmten Apparatekonstante, überlagert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Strahlenintensität (Strahlenenergie) in den dem Hauptmeßpunkt des Spektrums benachbarten Sekundärabschnitten mittels besonderer Sekundärmeßgeräte erfolgt, die mit dem im Hauptmeßpunkt angeordneten _ Primär-_ meßgerät derart zusammengeschaltet sind, daß die resultierende Anzeige der im Meßpunkt herrschenden Strahlungsintensität proportional ist.

3. Spektroskop zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere benachbarte Abschnitte des Spektrums vermessende elektrische Meß-.

' elemente, ζ. Β. Thermoelemente (31, 32, 33, Fig. 4), von denen die dem Primärelement benachbarten Sekundärelemente (32, 33) nur einen Bruchteil, z. B. etwa ¹Z₁₄, der Empfindlichkeit des Primärelementes (31) aufweisen und diesem entgegenwirken.

4. Spektroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelemente zur Messung der Strahlungsintensität aus Radiometern, Differentialthermogeräten, BoIometern, photoelektrischen Zellen o. dgl. bestehen.

5. Verfahren zur Aufnahme oder Messung von Schall oder elektrischen Schwingungen oder anderen im Räume fortschreitenden Zusatzänderungen, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Hauptmeßstelle gewonnene Ergebnis der Aufnahme oder Messung (Primärbetrag) durch Überlagerung von Beträgen (Sekundärbeträgen) entzerrt wird, die an Hilfsstellen gemessen oder aufgenommen werden, welche der Hauptmeßstelle benachbart sind, beispielsweise in solcher Weise, daß die Hilfsstellen von den Schwingungen früher oder später getroffen werden als der Hauptmeßpunkt.

6. Verfahren zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Druckänderungen (an einer Stelle) bei Explosionsvorgängen o. dgl. oder

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der Änderung anderer Zustände, dadurch gekennzeichnet, daß dem in einem bestimmten Zeitpunkt oder Zeitabschnitt an einer bestimmten Stelle gewonnenen Meßergebnis (Primärwert) die Ergebnisse der Messungen an derselben Stelle in vorhergehenden und nachfolgenden Zeitpunkten oder Zeitabschnitten, multipliziert mit einer geeigneten Apparatekonstante, überlagert werden.

ίο

7. Verfahren zur Wiedergabe einer Schallaufzeichnung, die in. mechanischer, chemischer (z. B. photographischer), magnetischer Form oder in anderer Art von Zwischenklischees fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Wiedergabestelle der Schallaufzeichnung registrierten Schwingungsweite (Primärbetrag) die Schwingungsweiten (Sekundärbeträge) benachbarter Stellen," multipliziert mit einem bestimmten, von Fall zu Fall zu ermittelnden Faktor, überlagert werden.

8. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch' gekennzeichnet, daß die Wiedergabeapparatur mit

Überlagerungseinrichtungen (b, c, Fig. 14) versehen ist, die den in üblicher Weise erzeugten Hauptschwingungen (Primärwert) zwecks Entzerrung Hilfsschwingungen (Sekundärwerte) überlagern, die durch zeitliche Verschiebung der Hauptschwingungen und durch deren Multiplikation mit einer Apparatekonstante erhalten werden.

9. Verfahren zur Messung oder Wiedergabe von Schall nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufzeichnungen von mehreren Fühlhebeln, z. B. Tonnadeln, gleichzeitig abgetastet werden, deren Schwingungen einander berichtigend überlagert werden.

10. Verfahren zur Wiedergabe von Energieaufzeichnungen mittels eines magnetisierten Trägers, z. B. Drahtes, insbesondere von Schall-, Schrift- oder Schwingungsfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierten Stellen des Trägers sich an mehreren magnetischen Wiedergabegeräten, z. B. Induktionsspulen (a, b, c, Fig. 14), vorbeibewegen, die so zusammengeschaltet sind, daß sie einander berichtigend die Energiefolge entzerren.

11. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Induktionsspule (α, Fig. 14), die zwischen den sekundären Induktionsspulen (δ, c) liegt, erheblich stärkere Induktionswirkungen als die Sekundärspulen auslöst und ihnen entgegengeschaltet ist.

12. Verfahren zur Fernübertragung von Bildern, Schriftzeichen und beliebigen Helligkeitsaufzeichnungen durch Abtasten der Bildelemente, dadurch gekennzeichnet, daß dem mittleren Wirkungswert eines Bildelementes (Primärbetrag) die Wirkungswerte (Sekundärbeträge) benachbarter Bild- elemente, multipliziert mit einer Apparatekonstante, überlagert werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärbeträge durch gleichzeitige Abtastung gewonnen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13 in Anwendung auf die Wiedergabe von photographischen Aufzeichnungen einer Energiefolge,

z. B. in Spektren- oder Bild- oder Schallaufzeichnungen gemäß Anspruch 1, 7, 12, dadurch gekennzeichnet, daß die photographische Schicht, z. B. der Schallfilm, gleichzeitig an mehreren in Richtung der Energieaufzeichnung hintereinanderliegenden Stellen durch Bestrahlung abgetastet wird und dementsprechend mehrere Strahlungsempfänger betrieben werden, deren einer die Primärenergie erzeugt und deren anderer bzw. andere die zur Korrektur dieser Primärenergie dienenden Sekundärenergien liefert, die den der Hauptbelichtungsstelle des Films benachbarten Sekundärstellen entsprechen und diese gegebenenfalls überlappen.

15. Verfahren zur Entzerrung photographischer Registrierungen von Spektren, Schall oder einem ähnlichen räumlich darstellbaren Ablauf einer veränderlichen Energie gemäß Anspruch 1, 5 bis 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die entzerrende Übereinanderlagerung dadurch erfolgt, daß mehrere Aufzeichnungen derselben Registrierung (Fig. 10 und 11) gegeneinander versetzt kombiniert werden, beispielsweise Po- too sitiv- und Negativkopien übereinander kopiert oder durch Mehrfachspalte (Fig. 12 und 13) zugeordnet werden.

16. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i, 5, 6, 7, 9,10,12,14 für Strahlungs-Steuerungsgeräte, z. B. Lichtrelais zu akustischen oder optischen Zwecken, mittels elektrischer Doppelbrechung, z. B. nach Art der Kerrzelle, dadurch gekennzeichnet, daß dia doppeltbrechende Wirkung, welche das Hauptelement hervorruft, durch die Wirkung der Sekundärelemente beeinflußt wird, z. B. durch die Korrektion der Feldstärke oder durch Beeinflussung der doppeltbrechenden Wirkung an einer anderen Stelle des Strahlenganges.

17. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i, 5, 6, 7, 9,10,12,14 für StrahlungssteuerungsgerätemittelsmagnetischerDoppel- brechung, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Sekundärwerte die magnetisierenden Effekte der Hauptelemente beeinflußt werden

oder doppeltbrechende Effekte an einer anderen Stelle des Strahlenganges mit korrigierender Wirkung hervorgebracht werden.

18. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch i,· 5, 6, 7, 9, io, 12, 14 zur Beeinflussung von Strahlen mit Hilfe mechanischer Vorrichtungen, z. B. durch Bewegung von Blenden, spiegelnden, brechenden, färbenden oder beugenden Körpern mit Hilfe eines steuernden Energieablaufs, dadurch gekennzeichnet, daß den Wirkungen eines Abschnitts des Energieablaufs (Hauptbeträge) auf die mechanischen Vorrichtungen die Wirkungen von Energieabläufen benachbarter Abschnitte (Sekundärbeträge), multipliziert mit einer Apparatekonstante, überlagert werden, wobei die Wirkungsüberlagerung der Primär- und Sekundärbeträge sowohl an derselben mechanischen Vorrichtung wie auch an getrennten Stellen des Strahlenganges erfolgen kann.

19. Verfahren nach Anspruch 1, 5, 6, 7,-10,12,15,18, dadurch gekennzeichnet, daß ein und dasselbe Empfangselement zum Auswerten der Primär- und Sekundärbeträge verwendet wird und zu diesem Zwecke das Empfangselement oder seine wirksame Zone längs der abzutastenden Energiefolge periodisch verschoben wird und dabei gegebenenfalls so mit Anzeigegeräten gleichphasig kombiniert wird, daß die angezeigte Wirkung der Differenz oder Summe entspricht, gebildet aus dem Primärbetrag und den mit einer Apparatekonstante multiplizierten Sekundärbeträgen.

20. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 5, 6, 7,12,14, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von bolometerartigen Meßgeräten zur Strahlungsmessung das Primärelement (37, Fig. 7) und die Sekundärelemente (38,' 39) in entgegengesetzt wirkenden Zweigen einer Wheatstoneschen Brücke liegen.

21. Verfahren zum Auswerten von Energiefolgen gemäß Anspruch 1, 5, 7,12,14, bei dem, wie z. B. bei photoelektrischen Zellen oder Verstärkerröhren, die Stromdurchlässigkeit geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Wirkung des Hauptbereichs (Primärbetrags) ausgelösten Ströme durch die Wirkungen der Nebenbereiche (Sekundärbeträge) vor der Weiterwirkung teilweise (entsprechend dem Überlagerungsfaktor) abgeleitet werden, z. B. in einer Kompensationszelle.

22. Gerät zum Auswerten einer in Kurvenform vorliegenden Energieverteilung, bei welcher der Kurvenverlauf durch Ineinandergreifen benachbarter Energiewerte verzerrt ist, beispielsweise nach Anspruch 1, 5, 6, 7, 9, 10, 12, 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Entzerrung mit Hilfe mehrerer Abtastgeräte, z. B. Einstellhebel (11,12,13, Fig. 2), geschieht, welche auf mehrere benachbarte Kurvenpunkte eingestellt werden und so zusammengeschaltet sind, daß ihr Zusammenwirken dem ideellen Kurvenwert im Meßpunkt entspricht.

23. Verfahren nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks verfeinerter Entzerrung außer den Sekundärwerten (-betragen) dem Primärwert (-betrag) noch Tertiärwerte (-betrage) nach Multiplikation mit einer Apparatekonstante überlagert werden, die von Punkten oder Bereichen gewonnen werden, welche den Sekundärwerten oder -bereichen benachbart sind.

24. Gerät zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 15, 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Meßelementen von schrittweise zunehmender Breite (46, 47 in Fig. 8) derart hintereinander angeordnet sind, daß das den Primärwert (-betrag) messende, ganz vorn liegende Element (46) das hinter ihm liegende (47) teilweise verdeckt, so daß dieses nur die benachbarten Sekundärwerte (-betrage) mißt, während das dritte Element die wiederum benachbarten Tertiärwerte (-betrage) empfängt und so fort, wobei die einzelnen Elemente derart zusammengeschaltet sind, daß ihre Gesamtwirkung der ideellen Strahlung an der Meßstelle entspricht.

25. Verfahren zum Vergleich zweier Energiefolgen gemä'ß Anspruch 1 bis 24, insbesondere auch für subjektive Auswertungen, dadurch gekennzeichnet, daß (zwecks Eliminierung der durch Verwischungen oder Verzerrungen bedingten Fehler der Energieverteilung des unter Beobachtung stehenden endlichen, räumlichen oder zeitlichen Bereichs) der einen Energiefolge ein. Teil der Energien solcher Bereiche der anderen Energiefolge additiv überlagert wird, die demjenigen Hauptbereich der letzteren benachbart sind, der demjenigen der ersteren entspricht (kreuzweise Zuordnung).

26. Verfahren nach Anspruch χ bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der längs der Energiefolge gemessene räumliche oder zeitliche Abstand der Empfangselemente zur Aufnahme der primären und sekundären Energien (z. B. der Abstand der Bolometerstreifen oder Thermoelemente) verstellbar bzw. der Umfang der Wirkungszone der einzelnen Elemente regelbar ist (z. B. die Breite, Länge oder Verschiebung der BoIometerstreifen oder Thermoelemente).

27. Verfahren nach Anspruch 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrieh-

tungen, mit Hilfe derer die primären und sekundären Energien überlagert werden, derart regelbar sind, daß sie eine Änderung der Überlagerungsfaktoren gestatten.

28. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch ι bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerung der primären und sekundären Energien mit Hilfe von elektrischen Strömen wechselnder Richtung erfolgt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen