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Anordnung zur Prüfung von Körpern auf ihre optischen Eigenschaften
Zur Prüfung von Körpern auf ihre optischen, durch Helligkeitsunterschiede nachweisbaren
Eigenschaften (Farbe, Reflexionsfähigkeit, Lichtdurchlässigkeit u. dgl.) pflegt
man die zu prüfenden Körper mit anderen l%',örpern von bekannten optischen Eigenschaften
zu vergleichen.. Vielfach erfolgt dieser Vergleich nach der sog. Flimnierniethode,
bei der die beiden miteinander zti vergleichenden Objekte in rascher Folge abwechselnd
der Beobachtung ausgesetzt werden. Dieses Verfahren besitzt besondere Vorteile,
wenn die Beobachtung nicht mit ;lem Auge, sondern mit Hilfe eines lichtempfindlichen
elektrischen Organs (Selenzelle, Photozelle o. dgl.) erfolgt. Trennt inan nämlich
die hierbei im Stromkreise des lichtempfindlichen Organs entstehende Wechselstrornaniplitude
auf kapazitiveni oder induktivemWege vom Ruhegleichstrom und beobachtet nian nur
das Verschwinden dieser Wechselstromamplitude, so wird man sowohl von Intensitätsänderungen
der Beleuchtungslichtquelle als auch von Enipfindlichkeitsschwankungen des lichtempfindlichen
elektrischen Organs und der mit ihm zweckmäßig verbundenen Verstärkeranordnung -
unabhängig.
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Die bisher bekannten, nach der Flimmermethode arbeitenden elektrooptischen
Meßanordnungen bedienten sich meist eines festen oder von Hand nachstellbaren Vergleichskörpers
(Vergleichsfarbe, Vergleichslichtquelle, Graukeil o. dgl.) und benutzten zur periodischen
Umsteuerung des Lichtweges rotierende Glieder, sei es in Form von rotierenden Spiegeln,
Prismen, Linsen oder Blenden, sei es in Form einer rotierenden Bewegungsvorrichtung
für die lichtempfindliche Zelle selbst.
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Die Erfindung betrifft drei voneinander unabhängige Verbesserungen
an derartigen, nach der FI lninierinethode arbeitenden elektrooptischen Meßvorrichtungen.
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Die erste Verbesserung geht aus von einer Anordnung zur Prüfung von
Körpern auf optische, durch Helligkeitsunterschiede nachweisbare Eigenschaften durch
einen mit Hilfe eines lichtempfindlichen elektrischen Organs nach der Flininiermethode
durchgeführten Vergleich mit einem Normalkörper, bei der dieErzeugung der abwechselndenEinwirkung
der von Prüfkörper und der vom Normalkörper ausgehenden Strahlen auf (las lichtenipfinciliche
elektrische Organ durch ein optisches Hilfsmittel, z. B. Blende oder Spiegel, erfolgt.
Die Erfindung besteht darin, daß bei einer solchen Anordnung jenes optische Hilfsmittel
an einem solchen schwingungsfähigen, mechanischen Glied angeordnet ist, das in seiner
Eigenfrequenz erregt wird. Hiermit ist zunächst der Vorteil einer wesentlichen Verbilligung
verbunden, da elektrisch erregte mechanische Schwirigungssvsteine (Wagnerscher Hammer,
Schwingankermotoren u. dgl.) bekanntlich nur einen verschwindenden Energieverbrauch
besitzen und das einfachste Mittel zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische
Bewegung darstellen. Vor allem aber erhält man auf diesem Wege eine ganz überraschende,
von Zufälligkeiten (Erregerspannung, Schmierung o. dgl.) praktisch unbeeinflußteKonstanz
derUmsteuerfrequenz. Die an das lichtempfindliche Organ angeschlossene Prüfvorrichtung
kann daher auf
die Unisteucrfrequenz scharfabgestimmt wer-' den,
ein' Mittel, ilas natürlich zu einer ganz erheblichen Empfindlichkeitssteigerung
führt.
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Die beschriebene Verbesserung sei an Hand der Abb. i bis 6 näher erläutert.
Abb. i stellt zunächst ein einfaches Milehglasphotonieter dar: Die beiden miteinander
zu vergleichenden Lichtquellen i und 2 beleuchten zwei Opalscheiben 3 und d, hinter
denen sich zwei finit ihren Kanten aneinandergestellte Spiegelprismen 5 und 6 befinden.
Der Beobachtung durch die Photozelle ? bieten sich daher zwei unmittelbar aneinanderstoßende,
in Sich praktisch gleichmäßig ausgeleuchtete Felder dar; welche im abgeglichenen
Zustande des Photometers gleiche lielligket aufweisen müssen.
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Um die Helligkeit der beiden genannten Felder nach der Flinilnerniethode
miteinander vergleichen zu können, muß der Zelle 7 das Licht von den Prismen 5 und
6 abwechselnd in rascher Folge -zugeführt werden. Zu dieseln Zwecke wird eine in
Richtung es Pfeiles 8 schwingende Blende 9 vorgesehen, die in Abb. 2 vergrößert
tierausgezeichnet ist. Sie besteht aus einem Schirm 9 mit denn Loch io, der
an einer Feder i i befestigt ist. Die Feder i i trägt gleichzeitig einen magnetischen
Anker 12 und das Kontaktstück 13. Zur Erregung dient die nach Art eines Wagnerschen
Haiinners geschaltete Spule 14. in Verbindung mit dem festen Kontakt r5. Legt man
Spannung an die Kleninicn d und b, so beginnt die Feder i i in Richtung des Pfeiles
8 zu schwingeln: hierbei gibt die Blende io abwechselnd die Prismen 5 und 6 frei.
Sind die leiden Opalglasscheiben 3 und .4 verschieden stark ausgeleuchtet, so entsteht
hierbei im Stromkreis der I'lnotozelle 7 eine Wechselstromaniplitude, die erst dann
verschwindet, wenn (las Photometer abgeglichen ist Die Benutzung einer gemäß Abb.
2 geformten Blendenscheibe hat zunächst noch den Nachteil, daß der Übergang vom
einen zum anderen Vergleichsfeld fast stoßartig erfolgt und daß demgemäß im Zellenkreise
eine nahezu rechteckige Wechselstromkurve entsteht. Dies wird vermieden, wenn man
dem Blendenschirrn 9 gemäß Abb. 3 etwa U-förinige Gestalt, d. h. eine * sehr weite
Blendenöffnung, gibt. Schwingt eine solche Blende in Richtung des Pfeiles 8, so
wird in jederPhase von dem einen Vergleichsobjekt 5, 6 genau ebensoviel abgedeckt,
wie vom anderen freigegeben wird, und es entsteht im Stromkreise der Zelle 7 eine
fast sinusförmige Wechselstromamplitude. Das gleiche kann man -wenn die Vergleichsfelder
nicht unmittelbar nebeneinanderstehen - mit einer schwingenden Blende von der in
Abb. q. bzw. Abb. 5 angegebenen Gestalt erzielen. Die zu vergleichenden Felder ;
(bzw. Objekte) sind wieder mit 5u bzw. 6`" bezeichnet.
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Eine bewährte Scialtung für den Stromkreis der Zelle 7 zeigt Abb.
6. Die Zelle 7 steuert das über einten Widerstand 16 vorgespannte Gitter der Elektronenröhre
17, deren Anodenkreis über einen Transformator 18 mit einer zweiten Röhre i9 gekoppelt
ist. Im Anodenkreis dieser zweiten Röhre i9 liegt das Resonanzrelais 2o. ' Die Resonanzzunge
.des Relais 2o ist auf die Frequenz der Licht-Umsteuerung (d. h. auf die Eigenfrequenz
des mechanischen Schwingungssystems 9, 11, vgl. Abb. 2 bis 4.) abgestimmt. Zeigen
die zu vergleicIienden Objekte 5, 6« eine Hell%gkeitsdifferenz, so entsteht
im Stromkreis der Zelle 7 eine Wechsetstrornamplitude der vorgegebenen Frequenz,
und die Zunge des Relais 2o beginnt zu schwingen. Sobald sie sich hierbei auf ausreichende
Amplitude aufgeschaukelt hat, schließt sie den Kontakt 2i, der im Stromkreis irgendeiner
geeigneten Anzeige- oder Steuervorrichtung liegt. Das beschriebene mechanische Resonanzglied
kann natürlich auch durch ein elektrisches Resonanzrelais ersetzt werden; hinter
dem der Wechselstrom dann - etwa durch eine Audionröhre - gleichgerichtet und einem
normalen Relais zugeführt wird. In allen Füllen entsteht jedoch durch die Benutzung
eines scharf abgestimmten Resonanzsystems im Anzeigekreis ein außerordentlich hoher
Crnpfindlichkeitsgewinn, dessen dauernde Erhaltung und Reproduzierbarkeit dadurch
gewährleistet wird, daß für die primäre Lichtwegumsteuerung erfindungsgemäß ein
mechanisches, in seiner Eigenfrequenz erregtes Schwingungsglied Verwendung findet.
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Die zweite einen Gegenstand derErfindung bildende Verbesserung rieht
wiederum aus von einer Anordnung zur Prüfung von Körpern auf optische, durch Helligkeitsunterschiede
nachweisbare Eigenschaften durch einen mit Hilfe eines iichterripfindliehen elektrischen
Organs nach der Flimmermethode durchgeführten Vergleich mit einem Normalkörper,
bei der die Erzeugung der abwechselnden Einwirkung der vorn Prüfkörper und der vom
Normalkörper ausgehenden Strahlen auf das lichtempfindliche elektrische Organ durch
ein optisches Hilfsmittel, z. B. Blende oder Spiegel, erfolgt. Die Erfindung besteht
darin, daß bei einer solchen Anordnung eine periodisch bewegte Skala von z: B. in
bezug auf Farbe oder Durchlässigkeit abgestuften Vergleichskörpern vorgesehen ist
in Verbindung mit einer optischen Anordnung, die das vom Prüfkörper und dem jeweils
neben ihm befindlichen Teil der Normalkörperskala kommende Lieht in rascher Folge
periodisch abwechselnd dem lichtempfindlichen elektrischen
Organ
zuführt, und einer Anzeigevorrichtung, welche die Lage des Amplitudenminimums der
im Stromkreise des lichtempfindlichen elektrischen Organs auftretenden Wechselstromkomponente
in bezug auf die Vergleichsskala erkennen läßt. Die bisher bekannten Geräte der
in Rede stehenden Art gingen entweder von einer festen Vergleichshelligkeit aus
und ermöglichten nur die Feststellung der Gleichheit von Prüf- und Vergleichshelligkeit,
oder sie .arbeiteten mit :einer von Hand einstellbaren, im Prüf- oder Vergleichslichtweg
angeordneten Lichtschwächungsvorrichtung (Blende, Graukeil o. dgl.) und benutzten
die zur Herbeiführung der Gleichheit erforderliche Lichtsch,v.ichung als Maß für
die Prüfhelligkeit.
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Es ist erkannt worden, daß die gegenüber der Augenträgheit erheblich
geringere Trägheit der lichtempfindlichen elektrischen Organe eine so wesentliche
Frequenzsteigerung der elektrooptischen Fliminerbeobachtung zuläßt, daß durch Benutzung
der Lichtwegumsteuerung als Trägerfrequenz in Verbindung mit einer durch periodische
Vorbeiführung einer Vergleichskörperskala am Prüfobjekt erzeugten Modulationsfrequenz
eine unmittelbare Anzeige des Meßresultates möglich wird.
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Zur Erläuterung dessen dienen die Abb. 7 und S. In Abb. 7 ist das
zu prüfende Objekt, welches z. 13. aus einem Fenster, einer Mattscheibe, einer Lichtquelle
oder einem reflektierenden Medium besteht, ,durch das Rechteck 22 ang=edeutet. Neben
ihm ist die Kreisscheibe 23 angeordnet, welche Sektoren 24 von kontinuierlich abgestuften
optischen Eigenschaften trägt. Die Beobachtung erfolgt senkrecht zur Zeichenebene,
und zwar beispielsweise mittels einer gemäß Abb. r angeordneten Photozelle in Verbindung
mit einer s;chwingcnden Blende 9. Rotiert die Kreisscheibe 23 in Richtung des Pfeiles
25a, so wandern die einzelnen Stufen der Vergleichsskala 24 an dem Vergleichsfeld
24 vorüber, und es entsteht im Stromkreis des lichtempfindlichen Organs eine modulierte
Schwingung, bei der die Flimmerfrequenz als Tr<igerwetle und die Umdrehung der
Scheibe 23 als Modulation wirkt. Überträgt man diese Schwingung auf ein synchron
und konphas mit der Scheibe 23, 24 rotierendes Polarglimmoszilloskop (rotierende
Gehrkesche Glimmoszillographenröhre), so ergibt sich etwa das in Abb. 8 dargestellte
Schwingungsbild. Die Amplitude der Trägerwelle ist dem Untersehied zwischen Adern
:Objekt 22 und dem in jedem Augenblick neben diesem Objekt befindlichen Felde der
-Vergleichsskala 24 proportional; sie wird. bei optischer Gleichheit Null. An der
jeweiligen Lage des Miniinuins 25 kann man daher-die optische-'Eigenschaft des Prüfkörpers
22 ohne weiteres ablesen.
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An' Stelle eines Grlimmosziilloskops können natürlich auch andere
Hilfsmittel (wie z. B. Schleppzeigeranordnungen u. dgl.) zur Markierung des Amplitudenminimums
der Trägerfrequenz verwendet werden. Weiterhin kann statt der Skala 2¢ auch das
Objekt 22 bewegt oder die rotierende Vergleichsskala 24 durch eine schwingend am
Objekt 22 vorübergeführte Vergleichsskala ersetzt werden. Benutzt man im letzten
Falle wiederum ein synchron und konphas zur Vergleichsskala bewegtes Gehrkesches
Rohr als Anzeigemittel, so entsteht an Stelle der in Abb. 8 dargestellten Lichtfigur
ein Lichtband mit einer spitzen Einschnürung, welche den Punkt der Übereinstimmung
zwischen Vergleichsskala und Objekt kennzeichnet.
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Besondere Bedeutung gewinnt das beschriebene Prinzip bei seiner Anwendung
auf das Problem der elektrooptischen Sortierung. Hierbei wird nach der Erfindung
gleichzeitig mit der Bewegung der Vergleichsskala 24 eine korrespondierende Einschaltung
verschiedener Transportwege vorgenommen und das Objekt beim Verschwinden der Trägerfrequenz
in den entsprechenden Transportweg hineingeschoben. Wenn man die einzelnen Abstufungen
der Vergleichsskala auf die jeweils praktisch in Frage kommenden Farbtönungen beschränkt
und sich ausreichender Verstärkung bedient, so vermag man auf diesem Wege eine Sortierung
nach außerordentlich fein unterteilten Farbstufen zu erhalten.
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Die dritte Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Prüfung von
Körpern auf optische, durch Helligkeitsunterschiede nachweisbare Eigenschaften durch
einen mit Hilfe eines lichtempfindlichen elektrischen Organs nach der Flimmermethode
durchgeführten Vergleich mit einem Normalkörper, hei der die Erzeugung der abwechselnden
Einwirkung der vorn Prüfkörper und der vorn Normalkörper ausgehenden Strahlen auf
das lichtempfindliche elektrische Organ durch eine Blende erfolgt. Für diese Anordnung
benötigte man bisher ziemlich umfangreiche und dementsprechend kostspielige optische
Anordnungen, ein Nachteil, den die Erfindung beseitigt. Gemäß der Erfindung ist
bei einer Anordnung jener Art die Blende selbst als Normalkörper ausgebildet. Zu
diesem Zwecke werden der dem lichtempfindlichen elektrischen Organ zugewendeten
Seite dieser Blende durch geeignete Einfärbung, Mattierung o: dgl. die jeweils geforderten
Eigenschaften eines Normalkörpers gegeben. Es liegt auf der Hand, daß man auf diesem
Wege zu einer außerordentlich einfachen optischen Anordnung gelangt i Darüber hinaus
weist die erfindungsgemäße
Vorrichtung den besonderen Vorteil auf,
daß die Übereinstimmung des Differentials - der Flächenverdeckung des Prüfkörpers
und desjenigen der Flächenfreigabe des Vergleichskörpers unter allen Umständen gewährleistet
ist, so daß ungewollte Wechselstromamplitüden im Zellenkreise unter keinen Umständen
entstehen können.
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Die in ihrer Wirkungsweise gekennzeichnete Anordnung kann grundsätzlich
in zwei Formen ausgeführt werden, welche Abb. 9 und io schematisch zeigen. In diesen
Abbildungen stellt ä6 die zu prüfende Oberfläche, 27 die bewegte Blende, 28 die
Lichtquelle, 29 das lichtempfindliche elektrische Organ (Photozelle) und 3o eine
Blendenanordnung dar. Wie man aus den Abbildungen ersieht, kann man entweder gemäß
Abb. 9 durch die Lichtquelle 28 eine größere Fläche hell ausleuchten und aus dieser
Fläche ein eng begrenztes Betrachtungsfeld für das lichtempfindliche elektrische
Organ ausblenden, oder man kann gemäß Abb. io das lichtempfindliche elektrische
Organ 29 frei anordnen und nur ein eng begrenztes Feld durch die entsprechend abgeblendete
Lichtquelle 28 ausleuchten. In dieses Feld dringt die Blende 27 in der gestrichelt
angedeuteten Weise periodisch ein und deckt hierbei jeweils in genau gleichem Maße
die zu prüfende Oberfläche 26 ah. Sie kann dabei entweder in Richtung des Pfeiles
31 eine schwingende Bewegung ausführen oder um eine in der Zeichenebene senkrecht
zu diesem Pfeile stehende Achse rotieren: Im letzteren Falle gibt: man ihr zweckmäßig
eine der in Abb. i i und 12 dargestellten Formen.
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Die dem lichtempfindlichen elektrischen Organ 29 zugewandte Seite
der Blende 27 isst mit einem geeigneten reflektierenden Überzug o. dgl. versehen
und dient als Vergleichskörper. Weichen die optischen Eigenschaften der Oberfläche
26 von denjenigen der als Vergleichskörper dienenden Blendenoberfiäche 27 ab, so
entsteht im Stromkreis des lichtempfindlichen jelektrischen Organs eine Wechselstromamplitude,
die entweder unmittelbar akustisch wahrnehmbar gemacht oder nach geeigneter Verstärkung
- insbesondere durch einen Resonanzverstärker (vgl. Abb. 6 und den zugehörigen Text)
- zu beliebigen Steuerungen verwendet werden kann.