DD154919A1 - System zur optischen weglaengenaenderung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist in allen Gebieten der Optik einsetzbar. Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur optischen Weglaengenaenderung mit Hilfe von Spiegeln, wobei trotz Ungenauigkeiten in der Fuehrung keine Bildversetzungen auftreten. Das Wesen der Erfindung liegt darin, dass zwischen einem Eingangsspiegel und einem Ausgangssiegel, deren Flaechennormalen in die gleiche Richtung zeigen, deren Einfallebenen in einer Ebene liegen und deren Ablenkwinkel in die gleiche Richtung orientiert sind, eine gerade Zahl von Umlenkspiegeln angeordnet ist. Die optische Weglaengenaenderung wird durch eine richtungsgleiche Verschiebung des Eingangsspiegels u.d. Ausgangssiegels in beliebige Richtung realisiert. Dabei wird d. Ubersetzungsverhn. durch d. Sinusse d. entsprechn. Einfallswinkel bestimmt. Werden unterschiedl. Fuehrungen duer d. Eingangsspeigel u. Ausgangssiegel verwendet, so ist d. Kosinus d. Winkels zwischen d. Fuehrungen z.beruecksichtigen. Es sind gleiche oder verschiedene Systeme zur optischen Weglaengenaenderung mit oder ohne Anschlussspiegel kombinierbar.

Description

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Titelt System zur optischen Weglängenänderung "

Anwendungsgebiete der Erfindung:

Systeme zur optischen Weglängenänderung können als separate Baueinheiten ausgebildet werden und z· B· als Fokussiertubus in unterschiedlichen optischen Geräten Anwendung finden, so in Mikroskopen, Fernrohren, Jußtiergeräten, Interferenzgeräten, Vergrößerungsgeräten mit festem oder veränderbarem -Abbildungsmaßstab· Neben dem sichtbaren Wellenlängenbereich ist die Verwendbarkeit auch in änderen Wellenlängenbereichen gegeben·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Bekannte Systeme zur optischen Weglängenänderung verwenden Pentaprismen bzw· Winkelspiegel entsprechend US-PS Hr♦ 3947 188 und Bauernfeindprismen entsprechend US-PS Mr· 3871 750. Bei diesen treten bei einer Kombination von zwei Reflexionsflächen, wobei die Einfallsebenen in einer gemeinsamen Ebene liegen, zwei Vorzugsrichtungen auf:

Bei Verschiebung des gesamten Reflexionssystems in einer der beiden Richtungen zeigen sich nur Versetzungen, während bei Verschiebung des gesamten Reflexionssystems in der anderen Richtung nur optische Weglängenänderungen auftreten·

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Mit Hilfe derartiger Systeme ist die Weglänge änderbar, ohne daß die äußeren mechanischen Abmaße verän« dert werden wüßten» Jedoch haben diese Reflexionssysteine den Nachteil, daß eine Ungenauigkeit in der PUhrung zur Versetzung unerwünschte Änderungen in der optischen Weglänge zur Folge haben und Ungenauigkeiten in der Pührung zur optischen Weglängenänderung zu störenden BiIdversetzungen führen» Außerdem ergibt sich dadurch, daß die Reflexionsflächen geneigt zueinander. stehen, eine Einschränkung in der Anwendungsbreite«,

Ziel der Erfindung ist, ein System zur optischen Weglängenänderung zu schaffen, das ein Eeflexionssystem enthält, das trotz seitlicher Änslenkungen, die sich innerhalb der Pührung zur optischen Weglängenänderung ergeben, keine BiIdVersetzungen auftreten»

Das Reflexionssystesi soll gleichzeitig zur Strahlablenkung dienen* Die bewirkte optische Weglängenänderung soll meßbar sein» Weiterhin sollen Systeme mit unterschied liehen Skalonfaktoren realisierbar sein·

Die technische Aufgabe wird dadurch gelöst, .daß ein Eingangsspiegel und ein Ausgangsspiegel mit ihren wirksamen Flächennormalen in eine gleiche Richtung orientiert sind und die entsprechenden Einfallsebenen in einer Ebene liegen, wobei die Orientierungen der Ablenkwinkel am Eingangsspiegel und Ausgangsspiegel in die gleiche Richtung zeigen und zwischen dem Eingangsspiegel eine gerade Zahl feststehender Umlenkspiegel angeordnet ist»

Durch unterschiedliche Verschiebung des Eingangsspiegels und des Ausgangsspiegels in eine beliebige gemein· same Richtung wird eine optische Weglängenänderung be-

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wirkt. Dabei verhält sich die Verschiebung des Eingangsspiegels zur Verschiebung des Ausgangsspiegels wie

sin

wobei c< .. der Einfallswinkel des Eingangsspiegels und O^ 2 der Einfallswinkel des Ausgangsspiegels ist» Das Verhältnis von optischer Weglängenänderung zur Spiege!verschiebung, d· tu der Skalenfaktor, berechnet sich für den Eingangsspiegel wie folgt:

2 (cos C^₁ + ^sin<x2 cos o(₀) cosiT,

¹ ein ^₁ ²

wobei σ der Winkel zwischen der Verschieberichtung und der Plächennormale des Eingangsspiegeis bzw» Ausgangsspiegels ist·

Ausführungsbeispiel ι

. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert· Es zeigen

Pig· 1 System zur optischen Weglängenänderung mit einem Reflexionssystem mit unterschiedlichen

Einfallswinkeln Pig· 2 System zur optischen Weglängenänderung als Kombination zweier Reflexionssysteme ohne Ablenkung des Strahlenganges Pig· 3 System zur optischen Weglängenänderung als

Kombination zweier Reflexionssysteme mit einer Ablenkung des Strahlenganges«

In Fig* 1 ist nach einer eingangsseitigen Ansatzfläche 1 ein Eingangsspiegel 2 und vor einer ausgangsseitigen Ansatzfläche 3 ein Ausgangsspiegel 4 angeordnet· Zwischen dem Eingangsspiegel 2 und dem Ausgangsspiegel 4 sind zwei feststehende Umlenkspiegel 5, 6 vorgesehen. Der Einfallswinkel o<- des Eingangsspiegeis 2 beträgt 45°

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und der Einfallswinkel o<~ fles Ausgangsspiegels 4 beträgt 20,7 · Die Flächennormale 7 des Eingang es pi ege Is 2 und die Flächennormale 8 des Ausgangsspiegeis 4 zeigen in die gleiche Richtung» Der Eingangsspiegel 2 ist mit einem Schlitten 9 und der Ausgangsspiegel 4 mit einem Schlitten 10 verbunden» Sie befinden sich in einer gemeinsamen Führung 11, die parallel zu. den Flächennormalen 7, 8 ausgerichtet ist» Der Schlitten 9 ist mit einer Zahnstange 12 und der Schlitten 10 ist mit einer Zahnstange 13 verbunden* Die Zahnstange 12 greift in ein Ritzel 14 und die Zahnstange 13 greift in ein Ritzel 15 ein» Die Ritzel 14, 15 sind mit einem Bedienknopf 16 verbunden» Das Übersetzungsverhältnis des Ritzels 14 und der Zahn« stange 12 ist gegenüber dem Ritzel 15 und der Zahnstange - 13 entsprechend der Wahl der Einfallswinkel o<+₉ o<₂ ^um den Faktor zwei kleiner«

Der Skalenfaktor des Bedienknopfes 16§ d*h__ö das Verhältnis der optischen Weglängenänderung zur Verschiebung des Eingangsspiegels 2,beträgt 5»1»

Die Punktion des Reflexionssystems* Ein durch die eingangsseitige Ansatzfläche 1 tretender Strahl 17 wird am Eingangsspiegel 2 und anschließend an den beiden Umlenkspiegeln 5» 6 zum Ausgangsspiegel 4 reflektiert, der den Strahl 17 in Richtung der ausgangsseitigen Ansatzfläche 3 ablenkte

Bei Betätigung des Bedienknopfes 16 werden der Eingangsspiegel 2 und der Ausgangsspiegel 4 um den Paktor zwei verschieden weit in die gleiche Richtung verschoben, Eine verschobene Position 2a des Eingangsspiegeis 2 sowie der dadurch geänderte Verlauf 17a des Strahles 17 sind mit gestrichelten Linien eingezeichnet· Der Strahl 17 und der geänderte Verlauf 17a des Strahles 17 treten bei unterschiedlicher optischer Weglänge ohne Versetzung durch die eingangsseitige Ansatsflache 1 und ausgangsseitige Ansatzfläche 3»

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Die feststehenden Umlenkspiegel 5» 6 können auch durch andere ablenkende, beispielsweise strahl^brechende Bauelemente ersetzt werden· Die Führung 11 ist in beliebige Richtung legbar· Außerdem ist die gemeinsame Führung 11 für den Eingangsspiegel 2 und den .Auegangsspiegel 4 durch zwei getrennte Führungen ersetzbar, die in unterschiedliche Richtungen zeigen· In die Übersetzungsverhältnisse von Eingangsspiegel 2 und Ausgangsspiegel 4 geht dann der Kosinus, des Winkels zwischen den Führungen ein· Anstelle des Eingangsspiegeis 2 bzw· des Ausgangsspiegels 4 können auch Prismen mit und ohne Dachkante gesetzt werden· Aufgrund der Versetzung des Strahles 17a durch die Verschiebung ist es sinnvoll, gegebenenfalls zwischen dem Eingangsspiegel 2 und dem Ausgangespiegel 4 Gitter, Blenden, Graukeile und polarisationsoptische Bauelemente fest anzubringen· Sie führen zu einer zusätzlichen Beeinflussung des Strahles 17 bzw· 17a·

In Fig· 2 ist eine Kombination von zwei Systemen zur optischen Weglängenänderung dargestellt, wobei beide Systerne mit Hilfe von zwei Anschlußspiegeln 18, 19 miteinander verbunden sind und einen Winkel ff von 67,5° einschließen. Das zweite System ist mit gestrichenen Zahlen gekennzeichnet· Die Einfallswinkel oi * und oCg des einen Systems betra-

gen einheitlich 22,5° und die Einfallswinkel (X₁ ¹ o<:2* des zweiten Systems betragen einheitlich 45°· Der Eingangsspiegel 2 und Ausgangsspiegel 4 des einen Systems und der Eingangsspiegel 2^f und Ausgangsspiegel des anderen Systems sind Jeweils zusammenhängend ausgeführt.

Da die Einfallswinkel &; * , <χ ? sowie o^-.¹, identisch sind, ist durch gemeinsame Verschiebung aller Eingangsspiegel 2, 2* und Ausgangsspiegel 4, 4¹ eine optische Weglängenänderung realisierbar·

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Vorteilhafterweise erfolgt die Verschiebung längs des in das System eintretenden Strahles 17· Der Skalenfaktor beträgt dann 0,58_e

Sind darüb%rhinaus die Einfallswinkel &( «, o<₂ des ersten Systems identisch den Einfallswinkeln ^₁', c<2* des zweiten Systems und ist der Winkel zwischen der Richtung der Führung und den Flächennormalen 7_S 8 einerseits und den Flächennormalen 7 % 8^f andererseits betraglich gleich groß, so wird bei gemeinsamer Verschiebung aller Eingangsspiegel 2, 2* und Ausgangsepiegel 4, 4* die optische Weglänge nicht geändert» Sind die Eingangsspiegel 2, 2¹ und Ausgangsspiegel 4, 4^f beider Systeme orthogonal zueinander ausgerichtet, so kann die Anordnung als Vorrichtung dienen, um das Verhältnis von Längekontraktion zur Querkontraktion eines Körpers unmittelbar zu bestimmen«

Die Pig» 3 zeigt eine spiegelbildliche Kombination von zwei gleichen Systemen, d* h© sie sind um 180° gegen·» einander gedreht© Zwischen den beiden Systemen sind zwei feste Anschlußspiegel 18, 19 angeordnet« Die Zahl und Lage der Anschlußspiegel· ist beliebig wählbar*

Durch die gemeinsame Verschiebung der Eingangsspiegel 2, 2¹ und der Ausgangss.piegel 4, 4* beider Systeme wird die Differenz der optischen Weglängenänderungen beider Systeme erzeugt., die entsprechend dem Aufbau bei gemeinsamer Verschiebung in beliebige Richtung immer UuIl ist» Bei betraglich gleicher und entgegengesetzter Verschiebung beider Systeme wird die Summe der optischen Weglängenänderung zwischen der eingangsseitigen Ansatzfläche und der ausgangsseitigen Ansatzfläche 3' erzeugt·

Sinnvolle Anordnungen sind bei diesem Aufbau auch bei Einspiegelung eines zweiten Strahles zwischen dem ersten und zweiten System möglich» Bei Einführung von zwei

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Strahlenteilerflachen ist diese Anordnung für Modulationszwecke bei Strahlen entsprechender Kohärenzlänge verwendbar: Der Eingangsspiegel 2 und der Ausgangespiegel 4 des ersten Systems und der Eingangsspiegel 2^f und der Ausgangsspiegel 4^f des zweiten Systems sind die verspiegelten Prontflachen eines Schwingkristalls· Mit Hilfe eines eingangsseitigen Strahlenteilerspiegels, der zwischen der eingangsseitigen Ansatzfläche 1 und dem Eingangsspiegel 2 angeordnet ist, wird der einfallende Lichtstrahl 17 in zwei Teilstrahlen aufgespalten unö anschließend mittels eines ausgangsseitigen Strahlenteilerspiegels, der zwischen dem Ausgangsspiegel 4' und der ausgangsseitigen Ansatzfläche 3' angeordnet ist, werden beide Teilstrahlen wieder vereinigt, wobei einer der Teilstrahlen die kombinierten Systeme durchläuft·

Es sind beliebig viele Systeme kombinierbar· Das ist mit und ohne Anschlußspiegel möglich·

Neben den bisher beschriebenen Systemen zur optischen Weglängenänderung kann auch folgender Aufbau gewählt werden:

Die Flächennormale des Eingangsspiegeis und die Flächennormale des Ausgangsspiegels zeigen in die gleiche Richtung, die Orientierung der Ablenkwinkel ist entgegengesetzt und zwischen dem Eingangsspiegel und dem Ausgangsspiegel befindet sich eine ungerade Zahl von Umlenkspiegeln·

Die Änderung der optischen Y/eglänge wird wieder durch Bewegung der Eingangsspiegel und Ausgangsspiegel in die gleiche Richtung erzielt. Auch alle anderen beschriebenen Eigenschaften sind für dieses System gültig·

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Claims (3)

-8- 2 2 5597 Erfindungsanspruch;

1. System zur optischen Weglängenänderung, bestehend aus einem Eingangsspiegel und einem Ausgangcspiegel sowie zwischen diesen befindlichen Umlenkspiegel bzw» anderen strahlenablenkenden Bauelementen,gekennzeichnet dadurch, daß die Einfallsebene des Eingangsspiegels (2) und die Einfallsebene des .Ausgangsspiegeis (4) in einer Ebene liegen, daß die Flächennormaie (7) des Eingangsspiegels (2) und die Flächennormale (8) des Ausgangsspiegels (4) in die gleiche Richtung zeigen und' daß Eingangsspiegel(2) und Ausgangsspiegel (4) in einem Übersetzungsverhältnis zueinander in die gleiche Richtung entlang einer Führung (11) bewegbar sind.

2. System nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Eingangsspiegel (2) und dem Ausgangsspiegel (4) eine gerade Anzahl feststehender Umlenkspiegel angeordnet ist und daß die Strahlablenkung am Ein~ gangsspiegel (2) und am Ausgangsspiegel (4) in die gleiche Richtung erfolgt«

3· System nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Eingangsspiegel (2) und dem Ausgangsspiegel (4) eine ungerade Anzahl feststehender Umlenkspiegel angeordnet ist und daß die Strahlenablenkung am Eingangsspiege-1 (2) und am Ausgangsspiegel (4) in entgegengesetzte Richtung erfolgt·

Hierzu .._&....Seiten Zeichnungen

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