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Anordnung zur Feststellung und Messung von durch Schlieren oder optische
Fehler bedingten Strahlenaberrationen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zur Feststellung und Messung von durch Schlieren oder optische Fehler bedingten
Strahlenaberrationen, bei der ein Objektraster durch ein Objektiv auf einen Analysenraster
abgebildet wird, die Gitterkonstante des Objektrasterbildes mit der des Analysenrasters
etwa übereinstimmt und zwischen Objektraster und Objektiv ein Schlierenobjekt angebracht
ist.
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Bei bekannten Schlierennachweisgeräten wird mit Hilfe einer Blende
oder eines Spalts in einem Kollimatorsystem paralleles Licht erzeugt, das durch
ein Objektiv in einem gegebenen Abstand auf einer zweiten Blende oder einem Spalt
gesammelt wird. Wird nun in dem parallelen Strahlengang ein Schlierenobjekt eingebracht,
das z. B. Gradienten des Brechungsindex enthält, so wird ein Teil der parallelen
Strahlen abgelenkt und kann bei entsprechender Stellung des zweiten Spalts diesen
nicht mehr passieren. Das Schlierenobjekt wird also nur mittels der unabgelenkten
Strahlen abgebildet. Bei anderer, verschobener Stellung des zweiten Spalts tragen
hingegen nur abgelenkte Strahlen zur Abbildung des Schlierenobjekts bei.
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In beiden Fällen werden vorhandene Schlieren mit anderer Intensität
als ihre ungestörte Umgebung abgebildet und dadurch sichtbar gemacht. Die Größe
der Ablenkung der Strahlen durch die Schlieren wird durch Intensitätsmessungen im
Bild des Schlierenobjekts z. B. auf einer Photoplatte hinter dem zweiten Spalt ermittelt.
Bei Schlierenobjekten, bei denen sich die Schlieren in einer Richtung erstrecken,
z. B. in der Horizontalen, werden die Spalte schräg gestellt, so daß auf diese Weise
die verschiedenen Stellen der Spalte verschieden große Auslenkungen auffangen. Es
läßt sich so der Ort der verschiedenen Gradienten quantitativ erfassen.
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Es sind ferner Schlierennachweisgeräte bekannt, bei denen zwei Raster
verwendet werden, von denen der Objektraster durchleuchtet und auf dem Analysenraster
abgebildet wird. Beide Raster sind so aufgestellt, daß ihre Spalte parallel zueinander
verlaufen.
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Auch hier erfolgt eine Abbildung des Schlierenobjekts in einer hinter
dem Analysenraster befindlichen Bildebene, und zwar wahlweise durch die nicht abgelenkten
oder die abgelenkten Strahlen, wobei die Schlieren durch einen Intensitätsunterschied
gegen ihre ungestörte Umgebung in Erscheinung treten.
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Eine telezentrische Abbildung, die insbesondere bei dicken Objekten
von Bedeutung ist, kann hierbei nicht realisiert werden.
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Die Erfindung bezweckt, eine von diesen Einschränkungen freie Anordnung
zu schaffen, bei der im
Analysenraster die gleiche Helligkeitsverteilung entsteht
wie im Schlierenobjekt und damit die Bildebene hinter dem Analysenraster entfallen
kann.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen Objektiv und Analysenraster eine Blende im Brennpunkt des Objektivs angeordnet
ist und nur die vom Objektraster ausgehenden achsenparallelen Strahlen zur Wirkung
gelangen. Die Erfindung enthält auch noch die Möglichkeit, Objektraster und Analysenraster
gegeneinander zu drehen, so daß die Spalten einen wählbaren Winkel miteinander bilden.
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Durch die im Brennpunkt des Objektivs befindliche Blende werden,
ihrem Querschnitt entsprechend, enge Bündel auf der Objektseite ausgesondert, so
daß nun infolge der großen Schärfentiefe dieser engen Bündel ein zwischen dem Objektraster
und dem Objektiv angeordnetes, vorzugsweise in einem kleinen Abstand von dem Objektraster
befindliches Schlierenobjekt ebenfalls auf den Analysenraster abgebildet werden
kann, das Schlierenobjekt wird also telezentrisch abgebildet. Der Strahlengang kann
auch umgekehrt werden, wobei das Licht in den Analysenraster einfällt und das Schlierenbild
auf dem Objektraster beobachtet wird. Durch Schlieren oder optische Fehler innerhalb
des Schlierenobjekts werden Strahlenablenkungen hervorgerufen. Da aber durch den
telezentrischen Strahlengang nur parallele Strahlen zur Wirkung kommen, machen sich
die Schlierenstellen des Schlierenobjekts dadurch bemerkbar, daß die Bilder der
Spalte des Objektrasters sich auf dem
Analysenraster verschieben.
Stehen die Spalte von Objekt- und Analysenraster parallel, so kann z. B. ein Spaltbild
des Objektrasters, das vorher auf einen Spalt des Analysenrasters fiel, auf dunkle
Streifen desselben fallen und nunmehr völlig ausgelöscht werden. Im Gegensatz zu
den bekannten Anordnungen entsteht so auf dem Analysenraster, in dessen Ebene eine
Mattscheibe stehen kann, das Abbild des zu untersuchenden Schlierenobjekts. Sorgt
man dafür, daß die Spalte des Objekt- und Analysenrasters einen kleinen Winkel gegeneinander
bilden, was durch einfache mechanische Einrichtungen erreicht werden kann, so entstehen
äquidistante tlberlagerungsstreifen, die senkrecht zu der Halbierenden des Winkels
zwischen den beiden Spalten stehen. Bei einem Schlierenobjekt, bei dem die Schlieren
etwa parallel zu den Spalten stehen, entstehen in den Überlagerungsstreifen Auslenkungen,
die sofort eine quantitative Analyse der Ablenkung durch die Schlieren ermöglichen.
Die deformierten Überlagerungsstreifen geben nämlich unmittelbar den Verlauf z.
B. des Brechungsindexgradienten im Schlierenobjekt wieder. Einer Auslenkung von
der Größe des Abstandes zweier Überlagerungsstreifen, d. h. einer Auslenkung um
eine »Ordnung«, entspricht nämlich objektseitig eine Ablenkung um eine Gitterkonstante.
Durch Änderung des Verdrehungswinkels läßt sich überdies die Anzahl und damit der
Abstand der Überlagerungsstreifen beliebig einstellen. Man hat dadurch die Möglichkeit,
die absolute Größe der Auslenkung nach Zweckmäßigkeit zu wählen, wobei die Auslenkung,
gemessen in »Ordnungen«, konstant bleibt.
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Sind die zu untersuchenden Schlierenobjekte von geringer Dicke und
ist es nicht unbedingt erforderlich, sie im parallelen Strahlengang zu untersuchen,
so kann auch ein Objektiv mit kleiner Blende verwendet werden, wodurch die telezentrische
Blende entfällt. In vielen Fällen wird dadurch die gleiche Information erhalten,
jedoch mit dem Vorteil, ganz einfache Objektive verwenden zu können.
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Die geschilderte Anordnung eignet sich auch zur Prüfung der Aberrationen
der Objektive selbst. Bei entsprechender Winkelstellung der beiden Raster gegeneinander
kann man an der Form der entstehenden Streifen die Aberrationen ablesen. Allerdings
müssen diese Ablenkungen auf eine Form bezogen werden, wie sie auch bei idealen
Objektiven auftritt.
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Verwendet man für die Objektivprüfung mehrfarbiges Licht, so sieht
man sofort in dem Bild die verschiedenen Farben auseinandergehen, falls das Objektiv
nicht chromatisch korrigiert ist. Man kann
also sowohl die chromatische als auch
die monochromatische Korrektion ermitteln.
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Mit Hilfe von Spiegeln, Prismen od. ä. ist es außerdem leicht möglich,
den Strahlengang der Anordnung zu knicken, um so eine Verkürzung des Aufbaus zu
erreichen und die Anordnung dem Verwendungszweck in der Praxis anzupassen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen
in schematischer Darstellung gezeigt, und zwar zeigt Fig. 1 das zwischen Objektrasterl
und Objektiv 2 angeordnete Schlierenobjekt 3 und die zwischen dem Objektiv 2 und
dem Analysenraster 4 im Brennpunkt des Objektivs angebrachte Blende 5 und Fig. 2
das Objektiv 6 mit kleiner Blende 7 zwischen Schlierenobjekt 3 und Analysenraster
4.