Optisches Gerät zum Messen kleiner Abstände zwischen zwei Punkten eines
Gegenstandes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Gerät zum Messen kleiner Abstände zwischen zwei Punkten eines Gegenstandes, z. B. der Breite eines schmalen Gegenstandes, der durch ein Mikroskop betrachtet wird.
Solche Messungen sind notwendig, wenn beispielsweise der Durchmesser eines feinen Drahtes oder der Durchmesser einer Blutzelle genau bestimmt werden soll.
Es ist bekannt, dass einer der besten Wege, um kleine Abstände genau zu messen, z. B. den Durchmesser oder die Dicke eines Gegenstandes, der durch das Mikroskop betrachtet wird, darin besteht, zwei Bilder des Gegenstandes zu schaffen und dann das erste Bild relativ zum zweiten Bild zu verschieben, bis die beiden Kanten oder Punkte, deren Abstand zu messen ist, sich in beiden Bildern überdecken.
Das Mass, um das jedes Bild bewegt werden muss, kann genau ermittelt werden und ergibt den genauen Wert für Durchmesser oder Breite des Gegenstandes. Das Überdecken der betreffenden Kanten oder Punkte kann mit grosser Genauigkeit durchgeführt werden. Geräte mit diesem Arbeitsprinzip ermöglichen also sehr genaue Resultate.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein besseres optisches Gerät zum genauen Messen kleiner Abstände zu schaffen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist das optische Gerät zum Messen kleiner Abstände zwischen zwei Punkten eines Gegenstandes gekennzeichnet durch zwei optische Systeme, durch erste Mittel, um ein Lichtstrahlenbündel von dem Gegenstand so durch jedes der optischen Systeme zu führen, dass sich zwei zusammenfallende Bilder des Gegenstandes ergeben, durch zweite Mittel, um die optischen Systeme relativ zueinander zu bewegen, um die Bilder so auseinander zu bringen, dass ein Bild des ersten Punktes mit einem Bild des zweiten Punktes zusammenfällt, und durch dritte Mittel, um die relative Bewegung des optischen Systems zu messen, die notwendig ist, um zu bewirken, dass die Bilder der beiden Punkte in der geforderten Weise zusammenfallen.
Vorzugsweise umfasst jedes der optischen Systeme ein rhombisches Prisma, auf dessen eines Ende ein rechtwinkeliges Prisma mit einer teilweise reflektierenden Fläche zwischen den Prismen aufgekittet ist, und ein Lichtstrahl wird durch jedes der rhombischen Prismen und das damit verbundene rechtwinkelige Prisma so geführt, dass sich zwei Bilder des Gegenstandes ergeben.
Eine relative Drehung der Prismenpaare bewirkt dann, dass sich die Bilder relativ zueinander bewegen.
Die Bilder werden vorzugsweise so lange bewegt, bis die Kanten oder Punkte, deren Abstand zu messen ist, sich überdecken. Die Relativdrehung der optischen Systeme kann gemessen werden und ergibt einen genauen Wert des relativen Abstandes, um den die Bilder bewegt wurden, also auch den genauen Wert der zu messenden Breite.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in jedem optischen System ein planparalleler Glasblock enthalten, der relativ zum zugehörigen optischen System gedreht werden kann, um ein Bewegen des betreffenden Bildes zu bewirken.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Seitenansicht im Schnitt durch eine Mittelebene des Ausführungsbeispiels des optischen Gerätes nach dieser Erfindung und
Fig. 2 einen Seitenriss des ganzen Gerätes.
Nach der Fig. 1 der Zeichnung weist das optische Gerät ein Gehäuse 1 auf, das auf das Auszugsrohr 2 eines Mikroskops aufgesetzt werden kann und ein Okular 3 aufweist, das auf einer passend angeordneten Öffnung 4 sitzt. Zwei Prismengruppen 5, 6 sind im Gehäuse 1 angeordnet und bestehen aus rhombischen Prismen 7, 8, von denen jedes Prisma am einen Ende ein aufgekittetes rechtwinkliges Prisma 9 bzw. 11 trägt. Die Kittfläche 12 bzw. 13 zwischen jedem rhombischen Prisma und seinem rechtwinkligen Prisma ist so behandelt, dass sie teilweise reflektierend wirkt, z. B. durch teilweises Metallisieren der Oberflächen der Prismen.
Die Prismengruppen sind so angeordnet, dass ihre Hauptachsen normalerweise parallel zueinander liegen und durch einen beliebigen Mechanismus relativ zueinander um eine vertikale Achse gedreht werden können.
Der Weg eines Lichtstrahlenbündels von einem Gegenstand 15, der durch ein PI/Iikroskop betrachtet wird, ist durch mit Pfeil versehene Linien angezeigt.
Das Lichtstrahlenbündel wird an der Kittfläche 13 der Prismen 8 und 11 reflektiert und in zwei Strahlenbündel zerlegt. Das eine Strahlenbündel verläuft durch das rhombische Prisma 8 und wird am Ende des Prismas so reflektiert, dass es durch das rechtwinklige Prisma 9, die Kittfläche 12 und das Okular 3 verläuft. Das zweite Strahlenbündel tritt durch die Kittfläche 13 und das rechtwinklige Prisma 11 in das rhombische Prisma 7, wird darin reflektiert und durch die Kittfläche 12 in das Okular 3 umgelenkt.
Im Okular 3 entstehen deshalb von dem Gegenstand 15 zwei Bilder. Wenn die Prismengruppen 5, 6 parallel zueinander angeordnet sind, dann fallen die beiden Bilder zusammen; wenn aber die Prismengruppen um die Achse 14 relativ zueinander gedreht werden, dann bewegen sich die Bilder auseinander.
Dabei bewegen sich die Bilder in einer Richtung, die für kleine relative Verdrehung der Prismengruppen normal liegt zur Ebene der Fig. 1.
Beim Drehen nur einer Prismengruppe, wobei die Stellung der anderen Gruppe unverändert bleibt, bleibt das eine Bild in seiner Stellung unverändert, während das andere einen Kreisbogen beschreibt mit einem Radius, der gleich dem Abstand der Achse des Okulars von der Achse des Auszugsrohres des Mikroskops ist. Wenn beide Prismengruppen in einander entgegengesetzten Richtungen gedreht werden, bewegen sich die Bilder symmetrisch auseinander, und eine Linie, die entsprechende Teile der Bilder miteinander verbindet, weist währenddem in einer festen Richtung in den Raum. Die Bilder bewegen sich gegen die Achse 14, doch ist diese Bewegung ausser für Bilder, die kleiner sind als der halbe Felddurchmesser, sehr klein und bedingt praktisch keinen Nachteil.
Wenn die Bilder relativ zueinander bewegt werden, so dass entgegengesetzte Kanten sich überdecken, und die relativen Bewegungen der Prismengruppen gemessen werden, ergeben diese Messungen ein genaues Mass der Breite des Gegenstandes. Die Bewegungen der Prismengruppen können durch eine oder zwei Mikrometerschrauben gemessen werden.
Wenn diese Mikrometerschrauben entsprechend geeicht sind, kann die Breite des Gegenstandes direkt erhalten werden. Üblicherweise werden zwei Mikrometerschrauben benutzt und in passender Weise miteinander verzahnt, wobei jede Schraube auf einen Hebelarm oder eine Gelenkverbindung wirkt, der bzw. die mit einer Prismengruppe in bekannter Weise verbunden ist.
Bei sehr genauen Messungen von Durchmesser änderungen verhältnismässig grosser Gegenstände kann der Fall eintreten, dass die Skalen, die die relative Drehung der beiden Prismengruppen anzeigen, nicht genügend genau abgelesen werden können. Das Gerät wird darum für diesen Zweck abgeändert, indem zwei optisch planparallele Glasplatten 16, 17 in der in der Fig. 1 dargestellten Weise zwischen die beiden Prismengruppen gesetzt werden, so dass jedes der beiden Strahlenbündel durch eine der Glasplatten geht. Die Glasplatten 16, 17 können um eine horizontale Achse in der Ebene der Figur gedreht werden. Die Drehung einer der Platten verursacht eine weitere relative Bewegung der beiden im Okular 3 betrachteten Bilder. Der Betrag der relativen Bewegung der Bilder hängt von der Dicke jeder Platte und dem Drehwinkel der Platte ab.
Die Arbeitsweise ist bei dem in seiner Form abgeänderten Gerät folgende: Der Gegenstand wird in das Mikroskop eingebracht, und die beiden im Okular sichtbaren Bilder werden durch Drehen der Prismengruppen 5, 6 relativ zueinander bewegt, bis die hinsichtlich ihres Abstandes zu messenden Kanten sich nahezu überdecken. Die Prismengruppen werden alsdann in ihrer Stellung festgeklemmt, und die vollständige Überdeckung der beiden Kanten wird durch Drehen einer der beiden Platten 16, 17 bewirkt.
Die Ablesung der Skala, die die relative Bewegung der Platten 16, 17 angibt, wird notiert. Durch die Wahl der Dicke der Platten 16, 17 kann erreicht werden, dass eine Drehung um ein bestimmtes Mass einer Bildbewegung entspricht, die so klein wie gewünscht sein kann, und die Skala kann dann so gross gemacht werden, wie die Genauigkeit der Messungen das erfordert. Um den Durchmesser von zwei Gegenständen zu vergleichen, wird der zweite Gegenstand an die Stelle des ersten Gegenstandes gelegt, und der Unterschied im Durchmesser der beiden Gegenstände kann direkt an der offenen Skala entsprechend kleinen Drehungen einer der Platten 16, 17 abgelesen werden.
Durch das oben beschriebene Gerät sind Mittel geschaffen, um die Breite von Gegenständen, die durch ein Miksoskop betrachtet werden, genau zu messen und die Breite von grösseren Gegenständen zu vergleichen, wenn sie sich nur um kleine Beträge unterscheiden. Das Gerät kann ohne Anderung des Mikroskops leicht an einem solchen angebracht werden.
Mit dem Gerät kann eine Genauigkeit in der Grössenordnung von 5 mal 1 O- mm erreicht werden, wenn ein Durchmesser in der Grössenordnung 2,5 mal 10-2 mm gemessen wird.
Fig. 2 veranschaulicht ein vollständiges optisches Gerät, das mit einem Mikroskop 21 benutzt wird.
Der Behälter 1 sitzt über dem Auszugsrohr 2 des Mikroskops, und der zu untersuchende Gegenstand 15 befindet sich auf der Auflage 22 des Mikroskops.
Die Stellungen der beiden Prismengruppen 5 und 6 werden durch Mikrometerschrauben 23, 24 erfasst, die Skalen aufweisen, um die Drehung jeder Prismengruppe direkt zu messen. Die Skalen können geeicht sein, um den gesuchten Abstand zwischen zwei Punkten direkt anzugeben. Die Mikrometerschrauben 23, 24 wirken auf Hebel 25, 26, die Achsen drehen, auf denen die Prismengruppen montiert sind.
Die Stellungen der beiden Glasplatten 16 und 17 werden durch zwei Mikrometerschrauben 27 und 28 erfasst. Diese wirken in ähnlicher Weise auf Achsen, auf denen die Glasplatten montiert sind, und die Schrauben weisen Skalen auf, die geeicht sind, um die Drehung der Blöcke oder die Verschiebung des Bildes zu messen.