DE1183708B - Vorrichtung zum Messen von Gangunterschieden der Groesse hoechstens deltalambda - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 02 d

Deutsche Kl.: 42 h -21

Nummer: 1183 708

Aktenzeichen: C 25831IX a/42 h

Anmeldetag: 23. Dezember 1961

Auslegetag: 17. Dezember 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Gangunterschieden der Größe höchstens Δ λ, die in polarisiertem Licht durch einen Probekörper hervorgerufen werden, dessen optische Achsen um 45° gegenüber der Polarisationsebene des Lichtes geneigt sind.

Die Messung des Gangunterschiedes der beiden rechtwinklig zueinander schwingenden Komponenten, in die linear polarisiertes Licht beim Durchgang durch ein doppelbrechendes Medium aufgespalten wird, erfolgt mit Hilfe von Kompensatoren.

Einer der bekannten Kompensatoren ist der sogenannte Babinet-Kompensator. Dieser besteht aus zwei Quarzteilen, die jeweils so geschliffen sind, daß die optischen Achsen im einen Keil senkrecht und im anderen Keil parallel zur Keilschneide verlaufen, die beiden Keile gleiche Keilwinkel aufweisen und sie aufeinandergelegt eine Planplatte mit parallelen Begrenzungsflächen bilden. Bringt man den Kompensator in Diagonalstellung zwischen gekreuzte Polarisatoren, so beobachtet man durch den Analysator an der Stelle, wo die Dicke der beiden Keile gleich ist, einen dunklen Streifen. Links und rechts von diesem dunklen Streifen beobachtet man parallel zur Keilschneide verlaufende Interferenzstreifen. Ein Streifenabstand entspricht dem optischen Gangunterschied von Δ λ.

Bringt man einen doppelbrechenden Probekörper in den Strahlengang zwischen Polarisator und Kompensator, so wird das beim Betrachten durch den Analysator sichtbare Bild der Interferenzstreifen in Richtung senkrecht zur Richtung der Streifen verschoben. Das Maß der Verschiebung ist proportional der Größe des Gangunterschiedes, der durch den doppelbrechenden Probekörper hervorgerufen wird. Eine Verschiebung im Abstand zwischen zwei dunklen Streifen entspricht dabei einem Gangunterschied von Δ λ.

Um die Verschiebung des Streifensystems messen zu können, ist in der Bildebene der Streifen normalerweise ein Maßstab angeordnet. Mit dieser Anordnung sind Messungen des Gangunterschiedes mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von Δ λ möglich. Gangunterschiede unterhalb Δ λ können höchstens abgeschätzt werden, wobei die Schätzungen infolge der Nichtlinearität der Aufhellung zwangläufig sehr ungenau sind.

Bei einer Bestimmung kleiner optischer Gangunterschiede unterhalb Δ λ wird mit Hilfe einer Mikrometerschraube einer der beiden Quarzkeile so lange verschoben, bis der Streifen nullter Ordnung Vorrichtung zum Messen von
Gangunterschieden der Größe höchstens Δλ

Anmelder:

Compagnie de Saint-Gobain, Neuilly-sur-Seine

(Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:
Paul Henri Acloque, Paris ·

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 27. Dezember 1960 (848 054) - -

wieder mit einer im Bildfeld angebrachten Nullmarke übereinstimmt. ^;

Die Messung des Gangunterschiedes unterhalb Δ λ ist jedoch bei dieser Methode init erheblichen Nachteilen verbunden. So sind z. B.^f für die Verschiebung des Keiles nur sehr geringe Verschiebungswege erforderlich, so daß für die exakte Durchführung der Verschiebung eine komplizierte, sehr präzise gearbeitete Mikrometerschraube notwendig ist. Außerdem besitzen erfahrungsgemäß derartige Feineinstellvorrichtungen ein gewisses Spiel, wodurch eine genaue Einstellung und Ablesung erschwert wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, unter Vermeidung der genannten Nachteile eine Vorrichtung zum Messen des Gangunterschiedes unterhalb Δ λ zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, mit einer großen Empfindlichkeit arbeitet und eine einwandfreie Ablesung des Gangunterschiedes ermöglicht.

Die Erfindung geht also aus von einer optischen Vorrichtung zum Messen von Gangunterschieden der Größe <Ξλ, die in polarisiertem Licht durch einen Probekörper hervorgerufen werden, dessen optische Achsen um 45° gegenüber der Polarisationsebene des Lichtes geneigt sind, wobei das bei seinem Durchgang durch den Probekörper elliptisch polarisierte Licht zuerst in einen Streifenkompensator (z. B.

Babinet-Kompensator) und dann in einen Analysator eintritt, und wobei eine Meßmarke in der Bildebene angeordnet ist, und schlägt demgegenüber vor, daß

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zwischen dem Streifenkompensator und dem Analysator ein elliptischer Kompensator mit einem Viertelwellenlängenplättchen angeordnet ist, von dessen Hauptachsen die eine rechtwinklig und die andere parallel zu der Polarisationsrichtung des Polarisators verläuft, und daß der mit einer Gradeinstellung versehene Analysator um die Achse des Systems drehbar ist.

Es ist zwar bekannt, zur Analyse von elliptisch polarisiertem Licht ein Viertelwellenlängenplättchen vor einem drehbaren Analysator anzuordnen. Durch Drehung des Analysators läßt sich dabei der Drehsinn messen und der optische Gangunterschied der beiden Komponenten des elliptisch polarisierten Lichtes aus dem Halbachsenverhältnis errechnen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Gegensatz dazu ein Streifenkompensator vor dem Viertelwellenlängenplättchen eingeschaltet, und die Drehung des Analysators hat nicht eine Aufhellung bzw. Verdunkelung des Gesichtsfeldes des Analysators zur Folge, sondern bewirkt eine Wanderung der im Gesichtsfeld erscheinenden Streifen, wobei die Größe der Drehung des Analysators direkt ein Maß für die Größe des Gangunterschiedes ist. Eine Drehung des Analysators um 180° entspricht dabei einem Streifenabstand und somit genau Λ ?..

Während bei den bekannten Vorrichtungen zum Messen von Gangunterschieden nur sehr geringe Keilverschiebungen vorgenommen werden dürfen, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine beträchtliche Drehung des Analysators zur Verschiebung der Streifen nötig, so daß eine wesentlich bequemere Messung und eine größere Meßgenauigkeit erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. In dieser zeigt

F i g. 1 das sich dem Beobachter darbietende Streifenbild und

F i g. 2 eine schematische Wiedergabe der einzelnen, längs der optischen Achse einer erfindungsgemäßen Anordnung aufeinanderfolgenden Elemente.

In der Zeichnung ist mit P ein Polarisator bezeichnet, der in der voll ausgezogenen Achse linear polarisiertes Licht in Richtung des oberen Pfeiles unter der Darstellung in Fig. 2 austreten läßt. E bezeichnet den zu untersuchenden Probekörper aus doppelbrechendem Material. Seine Hauptachsen verlaufen um 45° gegenüber der Schwingungsebene des aus dem Polarisator austretenden, linear polarisierten Lichtes. Diese für die Messung günstigste Lage der Hauptachsen unter einem Winkel von 45° kann, wenn die Lage der Hauptachsen unbekannt ist, durch entsprechendes Drehen des Probekörpers leicht ermittelt werden. An diesen Probekörper schließt sich ein Streifenkompensator C, beispielsweise ein Babinet-Kompensator an, dessen Hauptachsen parallel zu denen des Prüflings, d. h. ebenfalls um 45° gegenüber der Schwingungsebene des durch den Polarisator P in die Anordnung eintretenden, linear polarisierten Lichtes geneigt verlaufen. An diesen Streifenkompensator schließt ein Viertelwellenlängenplättchen L an. Das Viertelwellenlängenplättchen ist so angeordnet, daß seine eine Hauptachse rechtwinklig und seine andere Hauptachse parallel zu der Polarisationsrichtung des Polarisators verläuft. Hinter diesem Viertelwellenlängenplättchen L ist ein üblicher Analysator, beispielsweise in Form eines Nicols, um die optische Achse drehbar angeordnet. Die Polarisationsrichtung des Analysators kann so auf jeden beliebigen Winkel eingestellt werden. Die kreisförmige Fassung des Analysators ist mit einer zweckentsprechenden Skala versehen. Die Einteilung kann beispielsweise in Winkelgrade erfolgen, wobei das Maß des Gangunterschiedes unmittelbar abgelesen werden kann. Eine Drehung des Analysators um den Winkel φ entspricht dabei einem Gangunterschied von Δ — 2 φ.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist wie folgt:

Der Polarisator P erzeugt linear polarisiertes Licht, das auf den Probekörper £ auftrifft und diesen als elliptisch polarisiertes Licht verläßt. Der Babinet-Kompensator C ruft einen sich in der Richtung senkrecht zur Keilschneide stetig ändernden zusätzlichen Gangunterschied hervor. Dieser zusätzliche Gangunterschied, der von der jeweiligen Keildicke abhängt, ist über Geraden, die parallel zur Keilschneide verlaufen, gleich. Der elliptische Polarisationszustand des Lichtes hinter dem Kompensator ändert sich somit stetig in Richtung zur Keilschneide. Durch das Viertelwellenlängenplättchen L wird das auffallende elliptisch polarisierte Licht wieder in linear polarisiertes Licht übergeführt, wobei die Schwingungsrichtung des linear polarisierten Lichtes sich in Richtung senkrecht zur Keilschneide stetig dreht, und zwar direkt proportional zum Gangunterschied. Bei Betrachtung durch den Analysator erscheinen jetzt die Linien hell, deren Schwingungsrichtung in der Achse des Analysators verlaufen. Durch Drehen des Analysators können daher die Streifen um jeden beliebigen Betrag von 0 bis Δ λ verschoben werden.

Die Vorrichtung wird so eingestellt, daß vor dem Einführen des Probekörpers der mittlere dunkle Streifen gemäß F i g. 1 auf eine Nullmarke eingestellt ist. Nach dem Einführen des Probekörpers wird durch Drehen des Analysators der mittlere Streifen wieder in die gleiche Nullage gebracht und die Größe des Gangunterschiedes an der Skala abgelesen.

Selbstverständlich können, wie durch den unteren Pfeil in der Zeichnung angedeutet, Analysator und Polarisator gegeneinander vertauscht werden, ohne daß sich am Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung etwas ändert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch bei Kompensatoren Verwendung finden, die sich für Gangunterschiedsmessungen von > Δ λ eignen, wobei der Gangunterschied in ganzen Wellenlängen in üblicher Weise mit Hilfe einer Skala abgelesen wird und die Feineinstellung für Gangunterschiede ■< Δ λ mittels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erfolgt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Messen von Gangunterschieden der Größe höchstens Δ λ, die in polarisiertem Licht durch einen Probekörper hervorgerufen werden, dessen optische Achsen um 45° gegenüber der Polarisationsebene des Lichts geneigt sind, wobei das bei seinem Durchgang durch den Probekörper elliptisch polarisierte Licht zuerst in einen Streifenkompensator (z. B. Babinet-Kompensator) und dann in einen Analysator eintritt und wobei eine Meßmarke in der Bildebene angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

   daß zwischen dem Streifenkompensator und dem Analysator ein elliptischer Kompensator mit einem Viertelwellenlängenplättchen angeordnet ist, von dessen Hauptachse die eine rechtwinklig und die andere parallel zu der Polaristionsrichtung des Polarisators verläuft, und daß der mit einer Gradeinteilung versehene Analysator um die Achse des Systems drehbar ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Handbuch der Experimentalphysik, Bd. 18 (1928), S. 411 bis 414.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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