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Vorrichtung zum Messen von Schattigkeiten In der praktischen Beleuchtungstechnik
spielt die Messung von Schattigkeiten eine gewisse Rolle, denn sie gibt nicht nur
über die Stärke (Intensität) des einzelnen Schattens Auskunft, die nach den Regeln
der Beleuclitungstechnik innerhalb bestimmter Höchst- und Mindestgrenzen bleiben
und durch Messung kontrolliert werden soll, sondern sie erlaubt auch Rückschlüsse
auf die Zusammensetzung der sich dem Auge als ein Gesamteffekt darstellenden Beleuchtung
nach den darin enthaltenen Anteilen an gerichteten und zerstreuten Lichtströmen.
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Es ist bereits ein Schattenmesser bekanntgeworden, der aus einem
optischen Beleuchtungsmesser sowie aus einem Schattenwerfer in Form einer Kreisscheibe
von genau definierten Abmessungen besteht, wobei der Schattenwerfer zum Meßfeld
des Beleuchtungsmessers derart bewegbar angeordnet ist, daß bei jeder Stellung,
in die er gebracht werden muß, um Lichtquellen in verschiedener Breiten-und Höhenlage
abzuschatten, stets ein konstanter Abstand zur Meßfeldmitte gewährleistet ist.
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Dieser Schattenmesser hat zwar in die Praxis Eingang gefunden, ist
aber in seiner Anwdendbarkeit beschränkt geblieben. Da nämlich optische Beleuchtungsmessung
nur bei einheitlicher Beleuchtung des Meßfeldes eindeutig ausführbar ist, fällt
die Schattenmessung nur dann einwandfrei aus, wenn die Lichtquelle so klein ist,
daß die ganze Mcßfläche von einem Kernschatten ausgefüllt wird, also nur bei punktförmigen
Lichtquellen. Sobald es sich jedoch um großflächige Lichtquellen handelt, die einen
größeren Raumwinkel als der Schattenwerfer einnehmen, erzeugen die überstehenden
Teile auf der Meßfläche Halbschatten und machen dadurch die Messung unmöglich. Wollte
man andererseits den Schattenwerferwinkel so weit vergrößern, daß auch großflächige
Lichtquellen noch Kernschatten ergeben, so würde einmal die Messung keinen Unterschied
zwischen punktförmigen und großflaFhigen Lichtquellen erkennen
lassen;
sodann würde bei ganz zerstreuter Leuchtung der abgeschattete Anteil so groß ausfallen,
daß er nicht mehr schattenlos erscheint, wie es doch Voraussetzung für die Trennung
ganz zerstreuter Beleuchtung von gerichteter sein muß. Aus diesen Erwägungen ist
bei Festsetzung des Öffnungswinkels für diesen Schattemverfer ein Kompromiß eingegangen
worden. Für ein optisches Meßfeld von 12 mm Durchmesser wurde er auf über 11" festgesetzt.
Aber freilich blieb damit die Ausführbarkeit eindeutiger Schattenmessungen immer
noch starr eingeengt, die Berücksichtigung großflächiger Lichtquellen war nicht
befriedigend gelöst und die erreichbare Meßgenauigkeit nicht ausgenutzt.
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Die neuere Entwicklung und Einführung lichtelektrischer Beleuchtungsmesser,
insbesondere solcher mit Sperrschichtzelle, gibt nun die Möglichkeit, die Schattigkeitsmessung
auf eine andere Grundlage zu stellen und die der bisherigen Methode anhaftenden
Mängel zu beseitigen. Es ist zwar an sich bereits bekannt, lichtelektrische Zellen
zur Schattenmessung heranzuziehen, aber allerdings nur für Geräte zum Ausmessen
des Halbschattenverlaufs, dessen allmählicher oder steiler Abfall ein Maß für die
Weichheit des Schattens abgibt. Hierbei hat man von der Eigenschaft der lichtelektrischen
Zelle, die auftreffenden Lichströme verschiedener Dichte zu integrie -ren, nicht
nur keinen Gebrauch gemacht, sondern sie. sogar absichtlich ausgeschaltet, indem
man nämlich die Oberfläche der Sperrschichtzelle durch eine Lochblende bis auf eine
kreisförmige Öffnung von 5 mm Durchmesser ausgeblendet hat, um für die Anwendung
als Meßsonde ein quasi punktförmiges Meßfeld von in sich konstanter Beleuchtungsintensität
zu schaffen. Um die durch die Ausblendung herabgesetzte Empfindlichkeit des Beleuchtungsmessers
auszugleichen, hat man sich dann an Stelle der handelsüblichen Strommesser besonderer
physikalischer Feinmeßanordnungen bedienen müssen. Ferner hat man bei diesen Messungen
von einer planmäßigen Erzeugung des Schattens ganz abgesehen, vielmehr den zu messenden
Halbschatten auf ganz beliebige Weise entworfen und dann in ptmktförmigen Ausschnitten
auf die Meßfiäche gebracht.
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Hier schafft nun die vorliegende Erfindung Abhilfe. Sie besteht darin,
daß bei einer Vorrichtung zum Messen von Schattigkeiten, bei der ein Schatten vorher
in konstantem Abstand zum Meßfeld eines Beleuchtungsmessers bewegbar ist, als Beieuchtungsmesser
ein integrierender lichtelektrischer Beleuchtungsmesser angeordnet und der Schattenwerfer
so ausgebildet ist, daß sein vom Meßfeld aus gesehener Raumwinkel nur eine noch
als punktförmig anzusprechende Lichtquelle umfaßt und er bei ganz zersteubter Beleuchtung
auf dem Meßfeld keinen wahrnehmbaren Schatten hervorbringt.
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Im Gegensatz zu den bereits bekannten Einrichtungen wird also ein
lichtelektrischer Beleuchtungsmesser mit einem nach neuen Gesichtspunkten ausgebildeten
und angeordneten Schattenwerfer kombiniert und damit jeder Nachteil beseitigt, der
dem früheren, optischen Schattenmesser anhaftete. Da nämlich die Sperrschichtzelle
nicht auf gleichmäßige Ausleuchtung der Auffangfläche angewiesen ist, sondern die
auffallenden Lichtströme verschiedener Dichte integriert, können Halbschatten, die
auf die Meßfläche fallen, die Messung nicht behindern. Diese kann vielmehr auch
bei großflächigen Lichtquellen trotz kleinem Öffnungswinkel befriedigend durchgeführt
werden. Der auf die Meßfläche fallende Halb schatten geht nunmehr mit in das Meßergebnis
ein, wie weiter unten näher ausgeführt wird.
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Der Schattenwerferwinkel wird, wie schon angegeben, so klein festgesetzt,
daß er nur solche Lichtquellen umfaßt, die in der Tat noch als punktförmige angesprochen
werden können. Die obere Grenze hierfür dürfte gegeben sein durch den Durchmesser
der größten Opalhalbwattlampe, die noch ohne besondere Armatur für Arbeitsbeieuchtung
in Betracht kommt, also etwa der Lampe I50 W, Ion mm Durchmesser, bei einer niedrigsten
Aufhängehöhe von 1000 mm über der Beleuchtungsebene. Unter Zugrundelegung dieser
Daten ergibt sich beispielsweise für eine Sperrschichtzelle von 35 mm Durchmesser
ein Schattenwerferöflnungswinkel 2 a = 3" 5,6', für eine Zelle von 57 mm Durchmesser
ein Winkel 2 -- 20 27,8'. Die Erfindung soll jedoch nicht etwa auf einen dieser
oder auf ähnlich errechnete Werte festgelegt werden, vielmehr kommt es nur darauf
an, daß der Winkel eine solche Lichtquelle umspannt, die praktisch eben noch als
punktförmig aufgefaßt wird, da es jainmathematischem Sinnepunktförmige Lichtquelle
nicht gibt. Sollte also irgendwann eine Definition der Punktfönnigkeit gegeben werden,
die von der hier vorgeschlagenen abweicht, so gehört auch jede auf ihr beruhende
Berechnung des Schattenwerferwinkels in den Bereich der vorliegenden Erfindung.
An der Gegenüberstellung dieser Winkelwerte mit dem Wert von > IIO des älteren
Schattenmessers ist der durch die Erfindung erzielte Gewinn an Genauigkeit unmittelbar
zu ermessen.
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Neben dieser Bedingung der Punktförmigkeit muß der Schattenwerferwinkel
gemäß der -vorhin genannten Erfindung auch noch die Forderung erfüllen, daß ganz
zerstreute Beleuchtung
auf dem Meßfelde schattenlos bleibt. Theoretisch
wird zwar jeder, auch der kleinste Schattenwerfer eine Verminderung der Beleuchtungsstärke
hervorrufen, aber nur darauf kommt es an, ob dieser Unterschied stark genug ist,
um von den Beobachtungsorganen als Schatten wahrgenommen zu werden. Diesbezügliche
Berechnungen haben ergeben, daß die neuen Schattenwerferwinkel der Forderung Genüge
leisten, sei es, daß die Unterschiedsempfindlichkeit des menschlichen Auges nach
den bekannten Messungen von Blanchard zugrunde gelegt wird, sei es die Ablesbarkeit
des lichtelektrischen Beieuchtungsmessers, die übrigens im Bedarfsfalle durch einfache
Mittel der ersten angepaßt werden kann.
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Wie nun einerseits Vollschatten ohne Selbstaufhellung (d. h. ohne
Aufhellung von der abgeschatteten Lichtquelle her) das Kriterium punktförmiger Lichtquellen
bildet, andererseits Schattenlosigkeit oder vollständige Selbstaufhellung das Kriterium
ganz zerstreuter Leuchtung, so bildet Halbschatten oder partielle bzw. graduelle
Selbstaufbellung das Kriterium großflächiger Lichtquellen. Demgemäß liefert der
angegebene Schattenmesser als Meßergebnis mit einer punktförmigen Lichtquelle volle
Schattigkeit (S=I) bzw. keine Diffuskät (D = o), mit ganz zerstreuter Leuchtung
volle Diffusität (Dl= = I). Zwischen diesen beiden Extremen steht die großflächige
Lichtquelle, deren. Kriterium, wie erwähnt, der Halbschatten ist und deren zwischen
o und I fallende Diffusität durch die Aufhellung zu messen ist, die der ganze Halbschatten
von der Lichtquelle selbst empfängt. Damit ist die Aufgabe gestellt, diese Messung
in die Schattigkeitsmessung einzubeziehen, was dem älteren Schattenmesser grundsätzlich
unmöglich war. Diese Aufgabe schließt zwei Forderungen ein, denen nach einer weiteren
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung auf folgende Weise genügt wird.
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Erstens müssen die im allgemeinen von Punkt zu Punkt wechselnde Aufhellung
des Halbschattens durch die Messung als Gesamtwert erfaßt werden, was für den lichtelektrischen
B eleuchtungsmesser keine Schwierigkeit bietet, da er infolge der mehrfach erwähnten
Eigenschaft der Sperrschichtzelle, die auftreffenden Lichtströme zu integrieren,
als Meßergebnis in der Tat die Gesamtaufhellung bzw. deren Mittelwert über die ganze
Auffangefläche anzeigt. Zweitens muß der Schattenwerfer bewirken, daß alle Zonen
aer zu messenden großflächigen Lichtquelle auf der Meßfläche auch wirklich Halb
schatten hervorrufen, weil dieser ja das für die Lichtquelle charakteristische Meßobjekt
bildet.
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Hierfür ist Bedingung, daß von keiner Zone der Leuchtfläche aus Lichtstrom
auf der Meßfläche landen darf, von dem nicht zuvor irgendein Anteil (und zwar um
so kleinerer, je peripherer die Zone) durch den Schattenwerfer abgefangen, d. h.
abgeschattet wird.
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Würde nämlich eine mehr oder weniger breite Randzone der Leuchte aus
dem Bereich des Schattenwerfers herausfallen, d. h. von der Meßfläche gesehen nicht
mehr vom Schatten werfer bestrichen werden, so bliebe der von dieser Zone herrührende
Beleuchtungsanteil schattenfrei und brächte in die Messung, die ja den Mittelwert
aller Halbschattenaufhellungen erfassen soll, ein fremdes Element, das das Resultat
verfälscht.
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Daher besteht die weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
darin, daß zur Messung von Schattigkeiten bei großflächigen Leuchten der Schattenwerfer
innerhalb des gegebenen Raumwinkels in einer solchen Größe und in einem solchen
Abstand vom Meßfeld angeordnet ist, daß alle Zonen der großflächigen Leuchte auf
der Meßfläche noch Halbschatten hervorrufen.
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Zunächst muß es scheinen, als ob man nach der erfolgten Festsetzung
des Schattenwerferwinkels keine Freiheit mehr hätte, noch diese weitere Forderung
zu erfüllen. Dem ist jedoch nicht so. Durch den Raumwinkel des Schattenwerfers ist
nämlich der Durchmesser des Schattenwerfers noch nicht absolut, sondern nur für
eine bestimmte Höhe festgelegt, es bleibt also noch ein weiterer Freiheitsgrad,
nämlich den absoluten Wert des Durchmessers und damit die Höhenanordnung des Schattenwerfers
festzusetzen.
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Wie dies zu verstehen ist geht am besten aus der Abbildung hervor,
in der: a-b den punktförmigen Teil der Leuchtung (übertrieben gezeichnet), A-B und
A'-B' leuchtende Kreisfläcben, d einen Schattenwerfer (als kreisrunde Scheibe gedacht),
/ den Durchmesser des Flächenstückes F, n den halben Öffnungswinkel des Schattenwerfers
darstellt.
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Wenn die leuchtende Fläche nicht größer ist als a-b, so liegt F im
vollen Schatten (Kernschatten) der Scheibe d. Sobald die Leuchtfläche sich über
a-b hinaus ausdehnt, erhält der Schatten in F vom Rande her eine Aufhellung, die
in dem Maße, wie die Leuchtfläche durch weitere peripherie Zonen vergrößert wird,
immer weiter nach der Mitte von F fortschreitet, bis sie die ganze Fläche gleichmäßig
erfüllt, um dann wiederum von der Mitte zum Rande fortschreitend an Intensität zuzunehmen
(dieses Stadium ist in der Abbildung für A'-B' dargestellt), bis schließlich bei
A-B der Ausgleich und die Grenze der Halbschattenbildung auf F erreicht ist.
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Bei dieser Anordnung von d kann man von keinem Punkte von F aus gegen
die Leuchtfläche
A-B (und erst recht nicht gegen eine kleinere Leuchtfläche
wie z. B. A'-B') blicken, ohne daß d einen Teil der Sicht abschneidet; jenseits
von A-B ist jedoch der Blick gänzlich unbehindert. Das bedeutet, daß die gesamte
Kreisfläche A-B bis zu ihrem Rand noch Halbschatten in F hervorbringt, und erst
eine außerhalb von A-B gelegene Zone schattenfreie Beleuchtung. Wenn also nunmehr
F die Meßfläche des lichtelektrischen Beleuchtungsmessers, A-B die Leuchtfläche
einer zu messenden großflächigen Lichtquelle, H deren Aufhängehöhe bedeutet, so
muß die schattenwerbende Scheibe d innerhalb des gegebenen Schattenwerferwinkels
2 cis in der mit lt bezeichneten Höhenlage angeordnet werden, um der zweiten Forderung
zu entsprechen.
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Damit nun die Anordnung nicht nur für eine einzelne Lichtquelle von
der Ausdehnung A-B,. sondern zur Messung aller praktisch vorkommenden Leuchten verwendbar
wird, muß A-B der größten, in der Praxis üblicherweise angewendeten Leuchtfläche
(größte Mattglasschale oder größter Reflektor) und H deren praktisch niedrigster
Aufhängehöhe gleichgemacht werden. Die Erfahrung zeigt nämlich, daß die üblichen
Leuchten im allgemeinen über ein gewisses Höchstmaß nicht hinausgehen, das zur Zeit
auf 600mm Durchmesser bemessen werden kann. Für eine solche Leuchte kann 2000 mm
als niedrigste Aufhängehöhe angenommen werden. Auf diese Festsetzung soll aber die
Erfindung als solche keinesfalls festgelegt werden, vielmehr kann bei der Ausgestaltung
des Schattenwerfers im Rahmen der Erfindung jeder anderen Norinung ebensogut Rechnung
getragen werden.
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Wird der Schattenwerfer in der angegebenen Weise für ein solches Höchstmaß
eingerichtet, so bedeutet das; daß alle übrigen, also kleineren praktisch vorkommenden
Leuchten erst recht in ihrer ganzen Ausdehnung vom Schattenwerfer bestrichen werden
und mit ihm auf der Meßfläche nur Halb schatten ergeben. Damit ist die Anordnung
ein für allemal so bemessen, daß sie für alle praktischen Meßaufgaben ausreicht.
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Wie schon bei dem älteren Gerät, muß der Schattenwerfer, damit sein
Abstand von der Meßfläche für jede Einstellung gewahrt bleibt, so angebracht werden,
daß er in konstantem Abstand vom Meßfelde um dieses herum nach allen Seiten und
in jede Höhenlage bewegt werden kann.