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Objektives Photometer
Bei lichtelektrischen Photometern, insbesondere
solchen zur Auswertung von Spektralaufnahmen, wird meist das Spektrum oder ein hinreichend
großer Ausschnitt desselben vergrößert auf einen Bildschirm projiziert, um die Orientierung
und das Auffinden derjenigen Linien, deren Schwärzungen gemessen werden sollen,
zu erleichtern. Hierbei soll die lichtempfindliche Schicht des StrahlungsemP-fängers
nur von dem kleinen Lichtbündel beaufschlagt werden, das die zu photometrierende
Fläche einer Spektrallinie durchlaufen hat, während das die Messung fälschende Nebenlicht
um so weitgehender auszuschalten ist, je größer die geforderte Photometergenauigkeit
und je höher die zu messenden Schwärzungen sind.
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Dieses die Messung fälschende Nebenlicht ist hauptsächlich durch
folgende Ursachen bedingt: Unvollkommene Abbildung des Photometerspalts zufolge
unvermeidlicher Restfehler des Objektivs, mehrfache Reflexionen an den inneren Linsenflächen,
Beugung an den Obj ektivrändern, Streuung an verstaubten Flächen im Strahlengang,
Reflexion des Lichts vom Objektiv und vom Bildschirm auf die Meßstelle, wodurch
diese zusätzlich aufgehellt wird.
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Es sind Konstruktionen bekannt, die zur Lösung dieser Aufgabe die
Projektion des Spektrums mit
farbigem Licht eines Wellenlängenbereichs
vornehmen, für den der lichtelektrische Strahlungsempfänger nicht oder nur wenig
empfindlich ist. Hierzu wird beispielsweise zwischen Lichtquelle und Projektionsobjektiv
ein der Farbempfindlichkeit des Strahlungsempfängers angepaßtes Farbfilter geschaltet,
das mit einem Spalt für den Durchlaß des weißen, ungefilterten Photometerlichts
versehen ist.
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Das Farbfilter mit dem Spalt liegt hierbei entweder direkt auf dem
Spektrogramm, oder es ist so angeordnet, daß der Spalt optisch auf das Spektrogramm
projiziert wird.
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Das Objektiv wird hier also gleichzeitig von zwei derselben Lichtquelle
und Beleuchtungseinrichtung entstammenden Strahlenbündeln durchsetzt, nämlich von
dem durch den Photometerspalt eintretenden, ungefilterten »Photometerlicht« und
von dem das Farbfilter durchlaufenden Proj ektionslicht.
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Beide Strahlenbündel unterliegen gleichermaßen den aufgeführten Störeinflüssen
zufolge des Nebenlichts, wobei zu berücksichtigen ist, daß der Energieinhalt des
Proj ektionslichts um viele Zehnerpotenzen größer ist als derjenige des Photometerlichts.
Wird beispielsweise für das zu photometrierende Flächenstück der Spektrallinie eine
Breite von 0,OI und eine Höhe von 0,5 mm angenommen, für die Größe der zu projizierenden
Umgebung eine Fläche von I2,5 20 mm, was bei 2ofacher Linearvergrößerung einem Schirmbild
von 25 40 cm entspricht, so ist das Intensitätsverhältnis In,5'20 = 5 . 104 : 1
o,oI 0,5 Haben die Spektrallinien die Schwärzung S = 2, entsprechend einer Durchlässigkeit
von 0,ob, so geht das Verhältnis herauf auf I06: I. Hieraus geht bereits hervor,
daß insbesondere die Beseitigung des aus dem Projektionslicht stammenden Nebenlichtanteils
von großer Bedeutung ist.
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Die erwähnten Konstruktionen beseitigen diesen Einfluß aus mehrfachen
Gründen nur unvollkommen. Die Wahl der Dichte des Farbfilters für das Projektionslicht
ist beschränkt durch die Forderung, daß die Bildhelligkeit nicht zu stark beeinträchtigt
wird. Auch hinsichtlich der Färbung des Filters bestehen Beschränkungen wegen des
physiologischen Farbeiudrucks, der ein klares, nicht ermüdendes Bild in der Nähe
des Maximums der Augenempfindlichkeit verlangt. Endlich ist die Selektivität der
Strahlungsempfänger im allgemeinen nicht genügend scharf ausgeprägt, um eine vollkommene
Löschung des aus dem gefilterten Projektionslicht stammenden Nebenlichts zu gewährleisten.
Gewöhnlich bleibt eine Restempfindlichkeit bestehen, zumal für die Wahl des Empfängers
noch andere Forderungen im Vordergrund stehen, wie Empfindlichkeit, zeitliche Konstanz,
Freiheit von Ermüdungs- und Alterungserscheinungen. Das Verfahren versagt gänzlich
bei Strahlungsempfängern ohne ausgeprägte Selektivität bzw. ohne markante Empfindlichkeitslücken
innerhalb des in Frage kommenden Spektralbereichs.
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Erfindungsgemäß wird das aus dem Projektionslicht stammende, durch
die eingangs erwähnten Einflüsse verursachte Nebenlicht sowohl bei selektiven als
auch bei nichtselektiven Strahlungsempfängern praktisch restlos beseitigt durch
Verwendung zweier aufeinander abgestimmter Farbfilter, von denen das erste, welches
in an sich bekannter Weise zwischen Lichtquelle und Projektionsobjektiv angeordnet
ist und einen Spalt für den Durchlaß des weißen, ungefilterten Photometerlichts
enthält, so gewählt ist, daß die Helligkeit und Deutlichkeit des Projektionsbildes
nicht störend beeinträchtigt werden, während das zweite Farbfilter vor dem Strahlungsempfänger
angeordnet und so gewählt ist, daß es den von dem ersten Filter durchgelassenen
Spektralbereich möglichst restlos auslöscht, das ungefilterte Photometerlicht dagegen
in bezug auf die Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers möglichst wenig schwächt.
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Es muß somit das zweite Farbfilter zum ersten Farbfilter weitestgehend
komplementär sein. Um zu erreichen, daß das ungefilterte Photometerlicht möglichst
wenig geschwächt auf den Strahlungsempfänger einwirkt, soll ferner die maximale
Durchlässigkeit des zweiten Filters im Spektralbereich der maximalen Empfindlichkeit
des Strahlungsempfängers liegen.
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Die Zeichnung zeigt schematisch ein Beispiel der Anordnung. Die Lichtquelle
I beleuchtet über eine Beleuchtungslinse 2 das auszuwertende Spektrogram 3. Auf
diesem liegt ein Farbfilter 4, bestehend aus zwei Backen, die zwischen sich den
Photometerspalt 5 freilassen.
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Das Projektionsobjektiv 6 entwirft ein im allge meinen vergrößertes
Bild des Spektrogramms 3 und des Photometerspalts 5 auf die Projektionsfläche 7.
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In dieser befindet sich eine Luke 8, welche das aus dem Photometerspalt
5 kommende ungefilterte Licht über das Farbfilter 9 auf die lichtempfindliche Schicht
10 des Strahlungsempfängers gelangen läßt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Das aus dem Photometerspalt 5 kommende
ungefilterte Licht wird durch das Objektiv 6 in die Luke 8 geworfen und fällt auf
den Strahlungsempfänger I0, nachdem es durch das Farbfilter g um einen konstanten
prozentualen Anteil geschwächt wurde. Das Projektionslicht durchläuft das Farbfilter4,
so daß auch das aus dem Projektionslicht stammende Nebenlicht restlos dieses Filter
durchsetzt hat. Ein in den Meßstrahlengang gelangender Anteil wird nunmehr durch
das vor dem Strahlungsempfänger angeordnete Farbfilter g absorbiert, da dieses so
gewählt ist, daß es den vom Filter 4 durchgelassenen Spektralbereich restlos oder
zumindest in dem Maße verschluckt, wie es auf Grund der Selektivität der Empfindlichkeit
des verwendeten Strahlungsempfängers und der angestrebten Genauigkeit der Photometrierung
erforderlich ist.
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Eine besonders günstige Wirkung wird erreicht, wenn der vom Filter
4 dwrchgelassene Spektralbereich mit einem Empfindlichkeitsminimum des Strahlungsempfängers
zusammenfällt; es genügt dann zur Auslöschung des Streulichtanteils bereits eine
geringe Dichte des Filters 9, so daß der mit der
Einschaltung dieses
Filters verbundene Empfindlichkeitsverlust des Strahlungsempfängers gering bleibt.