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Optisches Gerät zum Messen kleiner Abstände Die Erfindung betrifft
optische Geräte und im besonderen ein optisches Gerät zum kessen kleiner Abstände,
wie z. B. der Abmessungen eines kleinen Objektes, wenn es durch ein Mikroskop betrachtet
wird. bin derartiges verfahren ist notwendig, wenn z. j. der Durchmesser eines ieinen
Drahtes oder der Durchmesser eines Blutkörpers genau gemessen werden soll.
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Als eine der besten Möglichkeiten, einen geringen Abstand genau zu
messen, wie z. B. den Durchmesser oder die Grouse eines Objektes, wenn es durch
ein Mikroskop betrachtet wird, ist bekannt, zwei Bilder eines Objektes darzustellen
und dann das erste bild relativ zum zweiten Bild so lange zu bewegen, bis aie gegenubergestellten
kanten aer beiden Bilder aufeinander ausgerichtet ind. Der Betrag, um den jedes
Bild oewegt werden mui kann genau gemessen werden. Dieser pivert stellt eine genaue
Messung des Objektdurchmessers dar. Die Ausfluchtung der gegenübergestellten Kanten
läßt sich mit gober Genauigkeit betreiben, und damit kann ein Gerät, das nach einem
derartigen Meßprinzip arbeitet, sehr genaue Ergebnisse liefern.
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Ein Ziel der Erfindung ist ein verbessertbs optisches Gerät zum genauen
Messen kleiner Abstände.
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Gemäß der Erfindung enthält ein optisches Gerät zum Messen kleiner
Abstände zwischen zwei funkten auf einem Objekt zwei optische Systeme, einer Einrichtung
zur Führung eines Lichtstrahles von dem Objekt durch beide optische Systeme, um
zwei normalerweise übereinstimmende Bilder des Objektes darzustellen, Vorrichtungen
zur Relativbewegung der beiden optischen Systeme zueinander,-um die Bilder einzeln
derart zu bewegen, daß das eine Abbild-des ersten Bezugspunktes mit dem einen Abbild
des zweiten Bezugspunktes übereinstimmt sowie ileßvorrichtungen für diejenige Relativbewegung
der optischen Systeme, die notwendig ist, diese beiden Abbilder der beiden Bezugspunkte
zum Ausfluchten zu bringen.
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Vorzugsweise enthält jedes der beiden optischen Systeme ein Vierkant-Prisma,
das an einem Ende mit einer teilweise reflektierenden Zwischenfläche eines rechtwinkligen
prisas verkittet ist. Ein Lichtstrahl wird durch beide Vierkant-Prismen und ein
angefügtes rechtwinkliges Prisma durchgeführt um zwei Abbilder des Objektes darzustellen.
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Eine Relativdrehung der Prismenpaare bewirkt die Relativewegung der
Abbilder zueinander.
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Die Abbilder werden solange bewegt, bis die sich gegenüberstehenden
Kanten zur Ausfluchtung gelangen. Die Relativbewegung des optischen bystems läßt
sich messen und ergibt einen genauen Wert der Entfernungen, welche von den Bildern
zurückgelegt worden sind und damit auch ihren Abstand.
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WemäX der Erfindung kann in beide optische Systeme ein planparalleler
Glasblock eingefügt werden, der sich relativ zum entsprechenden optischen System
drehen kann, um eine Bewegung des zugehörenden Abbildes zu bewirken.
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Zum besseren Verständnis dieser Erfindung wird in der folgenden Beschreibung
auf die beigegebenenen Zeichnungen Bezug genommen.
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Figur 1 ist ein schematischer Aufriß mit einer Sohnittfläche durch
die Mitte des Gerätes. Figur 2 ist ein AufriIS des ganzen Gerates.
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Demnach besteht das optische Gerät aus einem Gehäuse 1, welches uber
das obere Ende eines Okularauszugs 2 eines Mikroskopes paßt und enthält ein Okular
3, daß tuber der Apertur-Blende 4 liegt. In dem Gehäuse 1 befinden sich zwei Prismengruppent?
und 6, die zwei Vierkant-Prismen 7 und 8 enthalten, an deren einen onde jeweils
ein rechtwinkliges rrisma 9. bzw. 11 angekittet ist. Die Zwischenflachen 12 und
13 zwischen jedem Prismenpaar sind für eine partielle Reflektion vorbehandelt, z.
B. durch Teiimetallisierung der Prismenoberflächen. Die Prismegruppen sind so angeordnet,
daß ihre Hauptachsen normalerweise parallel liegen, und daß sie durch einen beliebigen
Antrieb eine Relativbewegung zueinander um eine vertikale Achse 14 ausfuhren können.
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Der weg eines Lichtstrahles von einem Objekt 15 durch das Mikroskop
wird durch die mit efeilen versehenen Linien gezeigt.
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Der Strahl wird an der Zwischenfläche 13 teilweise reflektiert und
in zwei Teilstrahlen geteilt. Einer dieser Teilstrahlen geht durch das Vierkant-Prisma
8, wird am Ende des Prismas reflektiert und läuft in das rechtwinklige rrisma 9,
durch die Zwischenfläche-12 in das Ukular 3. Der zweite Teilstrahl läuft durch die
Zwischenfläche 13 und das rechtwinklige Prisma 11, in das Vierkant-Prisma 7, wo
er im Innern umgelenkt wird und nach Umlenkung an der Zwischenflache 12 in das Okular
3 gelangt. Aus diesem Grund sind im Okular 3 zwei Abbilaer des Objektes 15 zu sehen.
Wenn die Prismengruppen 5 und 6 parallel zueinander gestellt sind, fluchten die
beiden Abbilder miteinander ; wenn jedoch die beiden Prismengruppen relativ zueinander
um die Achse 14 gedreht werden, werden sich die Abbilder auseinanderbewegen. ur
kleine Relativdrehungen der Prismengruppen werden sich die Abbilder in einer Xichtung
senkrecht
zur Zeichenebene bewegen.
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Bei Drehung der einen Erísmengruppe, und gleichzeitiger Arretierung
der anderen wird das eine Abbild stehen bleiben, während das andere einen kreisförmigen
weg mit dem Radius beschreibt, der gleich dem Abstand der Okularachse von der Achse
des Auszugs ist. Wenn beide Prismengruppen in gegensätzliche Richtungen gedreht
werden, werden sich die Bilder symmetrisch auseinanderbewegen, und eine Linie, welche
übereinstimmende Teile der Bilder verbindet, bleibt in einer im Raum festen Richtung
liegen. Es findet eine, allgemeine Bewegung der Abbilder auf die Achse 14 hin statt,
die jedoch nur sehr klein ist für Auseinanderbewegungen von Abbildern, welche kleiner
sind als der halbe Bildfelddurchmesser ; jedoch wird ein praktischer Nachteil dadurch
nicht entstehen.
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Wenn die Abbilder relativ zueinander bewegt werden, bis die sich
gegenüberliegenden Kanten zur Ausfluchtung kommen und die Relativbewegungen der
Prismengruppen gemessen . werden, so ergeben diese Messungen ein genaues Eaß von
der Größe des Objektes. Die Bewegung der Prismengruppen kann durch eine oder zwei
Mikrometerschrauben gesteuert werden, und wenn dieseingeeigneterWeise geeicht sind,
erhält man eine direkte Messung der Größe des Objektes.
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Zweckdienlicherweise werden zwei Mikrometerschrauben verwendet, die
über ein Verzahnungsgetriebe miteinander verbunden sind, und auf einen Hebel oder
ein geeignetes Gestänge wirken, daß an jeweils einer der Prismengruppen in an sich
bekannter Weise befestigt ist.
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Bei sehr genauen Messungen von Unterschieden im Durchmesser relativ
großer Objekte kann es mögich sein, daß die Skalen, welche die Relativdrehung der
beiden Prismegruppen anzeigen, nicht mehr genügend genau abgelesen werden können.
Aus diesem Grund ist das Gerät mit zwei optisch parallelen Glasplatten 16 und 17
ausgestattet, die zwischen
den beiden Prismengruppen angeordnet
sind, so daß jeder der Teilstrahlen durch eine der Platten hindurchgeht. Die Platten
16 und 17 lassen sich um eine horizontale Achse in der Zeichenebene drehen. Die
Drehung einer dieser Platten wird eine weitere Relativbewegung der beiden Bilder,
vom Okular aus gesehen, bewirken. Der Betrag der Relativbewegung der Abbilder hängt
von der Dicke jeder Platte und dem Drehwinkel der 2latte ab.
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Der Betrieb des Gerätes in seiner abgeänderten Form geht wie folgt
vor sich. Nach Einlegung des Objektes werden die beiden Abbilder einzeln durch Drehung
der Prismengruppe 5 und 6 relativ zueinander bewegt,. bis sich die gegenüberstehenden
Kanten fast fluchten. Die Prismengruppen werden dann festgeklemmt und die endgültige
Ausfluohtung der sich gegenüberstehenden Kanten durch Drehung einer der elatten
16 oder 17 zu Ende gefuhrt. Dann wird die Skala, welche die relative Drehung der
Platten 16 und 17 anzeigt, abgelesen. Durch Auswahl einer geeigneten Stärke der
Platten 16 und 17 kann eine abgemessene Drehbewegung einer beliebig kleinen Bewegung
des Abbildes entsprechen, und damit kann die Skala so weit geteilt werden, als es
die Genauigkeit der Messungen erfordert.. Wenn der Durchmesser zweier Objekte miteinander
verglichen werden soll, wird das zweite Objekt auf den Platz des ersten Objektes
gelegt und der Unterschied im Durchmesser zwischen den beiden Objekten direkt an
der Skala abgelesen, welche den kleinen Drehbewegungen einer der beiden rlatten
16 bzw. 17 entspricht.
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An dem Gerät ist eine Zusatzeinrichtung vorgesehen, die es gestattet,
die Große eines durch ein Mikroskop betrachteten Objektes genau zu messen und eine
Einrichtung zum Vergleich der Abmessungen größerer Objekte, deren Abmessungen sich
nur sehr gering voneinander unterscheiden. Das Gerät kann auf ein normales Mikroskop
aufgesetzt werden, ohne daß am letzteren Abänderungen vorgenommen werden müssen.
die
Genauigkeit des Gerätes beträgt etwa 2 x 10-6" (5 x 10-5 mm), wenn der Durchmesser
des Objektes in der Gräßenordnung von 10-3" 0,025 mm liegt.
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Figur 2 stellt ein vollständiges optisches Gerät darg wenn es in Verbindung
mit einem kikroskop 21 verwendet wird. Das Gehause 1 ist auf das Ende des Auszugs
2 des Mikroskops aufgesetzt, während das Objekt 15, das betrachtet werden soil,
auf dem Objektträger22desMikroskopesaufgelegtist.
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Die Stellungen der zwei Prismengruppen 5 und 6 werden jeweils durch
zwei Mikrometerschrauben 23 und 24 gesteuert, welche die Skalen tragen, mit denen
direkt die Drehbewegung jeder Prismegruppe gemessen werden kann. Diese Skalen konnen
so geeicht werden, daß sie direkt die Entfernung zwischen den Bezugspunkten angeben,
welche gemessen werden sollen. Die-Bikrometerschrauben 23 und 24 drehen Wellen 25
und 26, die wiederum Spindeln antreiben, mit welchen die Prismengruppen gekuppelt
sind.
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Die Stellungen der zwei Glasblöcke 16 und 17 werden jeweils durch
zwei weitere Mikrometerschrauben 27 und 28 gesteuert.
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Diese drehen in gleicher Weise Wellen, die wiederum Spindeln antreiben,
mit denen die Glasblöcke gekuppelt sind. Die Mikrometerschrauben besitzen geeichte
Skalen zur Messung der Drehung der Blöcke oder zur Messung der Verschiebung des
Abbildes.