DE1448502B2 - Meßmikroskop mit Bildverdoppelung zur Messung der Größe eines Objekts - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Meßmikroskop mit Bildverdoppelung zur Messung der Größe eines Objekts, bei dem von einem das Bild des Objekts übertragenden Strahl zwei Bilder in dem gleichen Blickfeld erzeugt werden und bei dem eine optische Einrichtung mit ebener Oberfläche zur Teilung des Strahlengangs den das Objektbild übertragenden Strahl durch Amplitudenteilung in zwei Strahlen aufspaltet, wobei zwei gegeneinander geneigte Reflektoren vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß jeder der beiden geteilten Strahlen nacheinander in eine den beiden Strahlen entgegengesetzte Richtung entsprechend reflektiert wird.

Es sind bereits Doppelbildokulare bek'annt, die für den angegebenen Meßzweck geeignet sind. Diese Geräte enthalten zur Strahlenablenkung Prismensysteme, welche dazu geeignet sind, zwei um 180° versetzte Bilder des Prüfobjekts zu erzeugen, die durch Verschieben des Mikroskops oder des Meßschlittens zur Deckung zu bringen sind. In solchen Prismensystemen treten aber viele Reflektionsvorgänge auf, so daß ein Verlust an Bildqualität unvermeidbar ist.

Ferner ist es bekannt, zur Erzeugung von Doppelbildern zwei getrennte Glasplatten zu verwenden, die je eine Hälfte des Blickfelds bedecken. Sollen beide Bilder gleich hell erscheinen, so muß das Auge genau auf die optische Achse des Mikroskops ausgerichtet werden. Außerdem ergeben sich erhebliche mechanische Schwierigkeiten sowohl beim Einstellen der Platten als auch bei einer genauen Drehung der Glasplatten um gleiche entgegengesetzte Beträge.

Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform eines Doppelbildmikroskops werden zur Erzeugung des Doppelbildes doppelbrechende Kristalle verwendet. Solche Kristalle werfen erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung auf. Ferner ist ihre Anwendung zur Messung von Objekten, die ihrerseits doppelbrechend sind, problematisch. Bei der bekannten, mit doppelbrechenden Kristallen ausgestatteten Vorrichtung können die Bilder nur in diskreten, begrenzten Beträgen voneinander getrennt werden, wenn die Kristalle nicht als abgeschrägte Teile ausgebildet sind. Eine Herstellung solcher geeigneter Kristalle ist aber sehr schwierig.

Es sind auch Doppelbildmikroskope bekannt, die zur Erzeugung von zwei Bildern eines Objekts zwei getrennte Objektive verwenden. Hierbei werden die von jedem Objektiv kommenden Strahlen jeweils von einem Reflektor reflektiert, der entweder als für sich verschiebbarer Spiegel oder als Prisma ausgebildet sein kann. Da bei einer voneinander unabhängigen Verschiebung der einzelnen Reflektoren die Meßgenauigkeit davon abhängt, mit welcher Genauigkeit die Einstellungen jedes Reflektors bestimmt werden können, diese Einstellungen aber durch sehr kleine Winkelbewegungen erzielt werden, die nicht genau zu messen sind, führen geringe Meßungenauigkeiten zu großen Fehlern bei der Bestimmung der Objektgröße.

Der Erfinder hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Aufbau eines Doppelbildmikroskops anzugeben, durch den es möglich ist, unter Vermeidung der oben genannten Nachteile die Bilder im Blickfeld gegeneinander zu bewegen, um die Größe eines Objekts mit größerer Genauigkeit als bisher bestimmen zu können.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die beiden Reflektoren aus zwei starr auf einem gemeinsamen, senkrecht zur Ebene der strahlenteilenden Einrichtung meßbar verstellbaren Rahmen zueinander geneigt angebrachten Planspiegeln bestehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß ihre Herstellung einfacher als bei den bekannten Vorrichtungen ist. Es werden lediglich vier optisch zusammenwirkende Flächen benötigt. Hierdurch werden die sich addierenden, durch die erforderlichen optischen Flächen bedingten Bildfehler verringert.

ίο Außerdem wird durch die Vorrichtung relativ wenig Licht verschluckt, daher ist es möglich, einen gewöhnlichen Projektionsschirm und eine gewöhnliche Lichtquelle zu verwenden. Durch die starre Anordnung der beiden Planspiegel auf einem gemeinsamen bewegliehen Rahmen erhält das Gerät eine größere Stabilität, so daß durch mechanische Störungen verursachte Fehler entfallen. Da zwischen der Bewegung des Rahmens und der Bewegung der Bilder ein lineares Verhältnis besteht, kann die Größe des zu messenden Objekts auf einfache Weise und sehr genau bestimmt werden.

Vorzugsweise ist der Rahmen so ausgebildet, daß er um eine in der Ebene der strahlenteilenden Einrichtung liegende Achse drehbar ist.

Weiterhin hat sich eine Ausführungsform als vorteilhaft erwiesen, bei der die beiden Planspiegel und die strahlenteilende Einrichtung auf demselben Rahmen angeordnet sind, der linear verschiebbar ausgebildet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung an Hand von beispielsweisen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Gerätes, und zwar '
F i g. 1 ein Schema des Gerätes,

F i g. 2 das einem Mikroskop einverleibte Gerät in etwas vergrößertem Maßstab,
F i g. 3 eine andere Ausführungsform der F i g. 2, F i g. 4, 5, 6, 7 und 8 Bilder des Objektes.
Gemäß F i g. 1 und 2 besitzt das Mikroskop ein Objektiv 20, welches an dem einen Ende eines Hohlzylinders 21 angeordnet ist, sowie ein Okular 19. Das Gerät ist, wie aus F i g. 2 ersichtlich, zwischen dem Objektiv 20 und dem Okular 19 eines Mikroskopes angeordnet. Das Gerät besteht aus zwei Planspiegeln 12 und 13 und einem eine stahlenteilende Einrichtung darstellenden Glaskörper 11, welcher zwei optische Oberflächen 14 und 15 aufweist. Die Oberfläche 14 ist teilweise reflektierend ausgebildet. Ein Strahl 16 des Objektivs 20 ermöglicht die Wiedergabe des Objektes 10, welches durch das Mikroskop betrachtet werden kann. Dieser Strahl 16 fällt auf den Glaskörper 11 und wird beim Durchtritt durch dessen Oberfläche 15 gebrochen. Die andere Oberfläche 14 wird von dem gebrochenen Strahl 18 durchsetzt, während ein anderer Teil in Form des Strahles 17 reflektiert wird. Der Strahl 18 wird durch die beiden Spiegel 13 und 12 nacheinander reflektiert und durchsetzt den Glaskörper 11, um in das Okular 19 einzufallen. Der Strahl 17 hingegen wird durch die Spiegel 12 und 13 nacheinander reflektiert und gelangt in das Okular 19, nachdem er durch die Oberfläche 14 des Glasblocks 11 reflektiert wurde.

Ein Prisma 24 ist zwis:hen dem Glaskörper 11 und dem Okular 19 angeordnet, um das den Glaskörper 11 verlassende Licht durch eine Blende 25 in das Okular zu lenken. Die beiden Strahlen 17 und 18 ergeben Bilder in der Brennpunktebene des Okulars 19. Wenn die Spiegel 12 und 13 in der in der Zeichnung darge-

stellten Lage sich befinden, so liegen die beiden Bilder in .Ein der Brennpunktebene des Okulars übereinandergelagert. Ist das Objektiv 10 von runder Form, wie in F i g. 4 gezeigt, so ergeben die beiden Strahlen übereinandergelagerte Bilder P und Q (Fig. 5).

Die beiden Spiegel 12 und 13 sind in einem gemeinsamen Rahmen 31 gehalten. Dieser Rahmen ist um eine Achse verdrehbar, welche zur Zeichenebene senkrecht steht und etwa den Punkt C schneidet. Dieser Punkt C ist jener, in welchem der Strahl 16 originär in die beiden Strahlen 17 und 18 aufgeteilt wird. Die Verdrehung des Rahmens 31 erfolgt über einen Knopf 32 und eine Spindel 22. Ein vorstehender Arm 28 des Rahmens 31 ist unter Last einer Feder 23 in Kontakt mit der Verstellspindel 22 gehalten. Eine Skala 27 ist mit der Spindel 22 verbunden.

Werden die beiden Spiegel um die Achse C gedreht, so werden die beiden Bilder P und Q in der Brennpunktebene des Okulars auseinandergeschert (F i g. 6), d. h., die beiden Bilder P und Q liegen, sich gegenseitig z. T. schneidend, nebeneinander. Das Ausmaß der seitlichen Trennung ist bei gegebener Stellung der Rotationsachse C eine Funktion des Winkels, um den das Spiegelpaar 12 und 13 gedreht wurde. Die Skala 27 ist so ausgebildet, daß die seitliche Trennung der beiden Bilder unmittelbar abgelesen werden kann.

Im Fall der F i g. 6 ist der gegenseitige Übergriff der beiden Bilder P und Q schraffiert dargestellt. Wird die Spiegeleinheit 12, 13 etwas mehr gedreht, so kann eine vollkommene Trennung der beiden Bilder P und Q erfolgen, wie in F i g. 7 dargestellt. Das Mikroskop kann also dazu benutzt werden, die Größe des kleinen Objektes zu messen. Die Spiegel 12 und 13 werden zu diesem Zweck in einer Richtung gedreht, bis die beiden Bilder P und Q des Objektes 10 sich gerade noch berühren, wie in F i g. 7 dargestellt. Daraufhin wird die Drehrichtung der beiden Spiegel 12 und 13 umgekehrt, bis die beiden Bilder P und Q sich an den anderen beiden Seiten gegenseitig berühren (F i g. 8). Durch die umgekehrte Verdrehung des Spiegelrahmens sind die beiden Bilder P und Q also in ihrer Lage ausgetauscht. Auf der Skala 27 läßt sich der Drehwinkel zwischen den beiden Endstellungen des Spiegelpaars 12 und 13 ablesen, und dieser Drehwinkel läßt Schlüsse auf die Größe des Objektes zu.

Der optische Abstand zwischen dem Objektiv 20 und der Brennpunktebene des Okulars 19 kann dadurch vergößert werden, daß zwischen der Linse 20 und dem Glaskörper 11 Längenkorrekturlinsen 29 und 30 (Doppellinsen) angeordnet werden.

Im gezeichneten Beispiel stellt F den Punkt dar, in welchem sich die durch die Spiegel 12 und 13 gebildeten Ebenen schneiden. Die lineare Verstellung dieses Punktes F in der Richtung χ (das ist die Richtung senkrecht zur Längsachse des Glaskörpers 11, und zwar in Positiv-Negativ-Verschiebung) verursacht eine seitliche Trennung der beiden Bilder. Die tatsächliche Bildtrennung S ist also im Fall einer Verschiebung durch die Gleichung

γ —

4 sin Φ

gegeben, in der Φ den Winkel zwischen den beiden Spiegeln 12 und 13 darstellt.

Jede Bewegung des Punktes F in einer zur Längsachse des Blocks 11 parallelen Richtung bedingt eine Defokussierung des Bildes dadurch, daß die Ebene der beiden Bilder entlang der entsprechenden optischen Achse in einem Abstand Z bewegt wird. Z entspricht der Gleichung

Z = (2 sin Φ) y.

Diese Defokussierung kann in Kauf genommen werden, wenn sie klein genug ist, um keine Wirkung auf die Qualität des Bildes auszuüben. Diese telezen*· ίο trische Anordnung ist vorgenommen, um jegliche Fehler in der Vergrößerung auszuschließen, welche sich aus einer solchen Defokussierung ergeben. Im wiedergegebenen Beispiel sind die Dimensionen folgende:

AB ist 49,841 mm,
AC ist 33,565 mm,
BD ist 29,595 mm,
CE ist 12,5 mm.

Wenn die Spiegel um 1° gedreht werden, so ergibt sich eine Bildtrennung von 4 mm.

Gemäß der Ausführungsform der F i g. 3 sind alle jene Teile, welche auch in Fig. 1 und 2 erscheinen, mit den dortigen Bezugszeichen versehen. Ein Mikroskopobjektiv 20 ist am einen Ende eines Rohrs 21 befestigt, welches die zwei Längenkorrekturlinsen 29 und 30 enthält. Ein Glaskörper 11 und zwei Spiegel 12 und 13 sind auf einem gemeinsamen Rahmen 31 befestigt, welcher in seiner Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Eine Mikrometerschraube 22 welche durch einen Knopf 32 zu betätigen ist, ist dazu bestimmt, mit ihrem einen Ende gegen einen Arm eines um die Achse 34 verdrehbaren Winkelstücks 33 abzustützen. Der andere Arm des Winkelstücks 33 steht im Eingriff mit einem Fortsatz 28 des Rahmens 31, der unter dem Einfluß einer Feder 40 gegen diesen Arm des Winkelstücks 33 angelegt wird. Das eine Ende eines Stabes 36 ist verschiebbar in einer Höhlung 39 des Bedienungsknopfes 32. Das andere Ende des Stabes 36 steht im Eingriff mit einem Zahnrad 35, welches auf der Schraube 22 verschiebbar ist. Das Rad 35 wird also mit dem Knopf 32 verdreht. Das Rad 35 steht im Eingriff mit einem Zahnrad 37, welches ein Zählwerk 38 antreibt. Der Knopf 32 besitzt eine Skala 41, deren Stellung gegenüber einem Zeiger 42 ablesbar ist.

Der aus dem Glaskörper 11 austretende Strahl gelangt über ein Prisma 24 und nach Durchsetzung eines Fadenkreuzes 45 in das Okular 19. Die Wirkung eines erfindungsgemäßen Gerätes nach F i g. 3 ist ähnlich der des Gerätes nach F i g. 2 mit der Abweichung, daß die Verdrehung des Knopfes 32 eine lineare Verschiebung des Rahmens 31 in der Pfeilrichtung A der F i g. 3 zur Folge hat; diese lineare Verschiebung hat die gleiche Folge wie die Verdrehung in der x-Richtung der Fig. 1 und 2; die im Okular 19 erscheinenden Bilder sind die gleichen wie die im Okular der F i g. 1 und 2 erscheinenden. Die seitliche Trennung der im Okular erscheinenden Bilder kann am Zählwerk 38 und an der Skala 41 abgelesen werden.

Das Fadenkreuz 45 ist in der Brennpunktebene des Okulars 19 angeordnet und besitzt zwei parallele Linien, so daß die Richtung des gegenseitigen Übergriffs der Bilder im Okular 19 festgestellt werden kann, und zwar relativ zur Gestalt des Objektes 10, das durch das Mikroskop betrachtet wird.

Das den Strahlengang teilende Gerät kann auch zweifarbig sein, um so zwei Bilder mit komplemen-

tären Farben zu erzeugen. Der sich überlappende Teil der beiden Bilder erscheint dann weiß. Für kleine Veränderungen der beiden Spiegel 12 und 13 kann auch ein Hebel benutzt werden. Der Hebel ist so ausgebildet, daß der kurze Arm eine kleine Veränderung des Gehäuses 31 ergibt, wenn der längere Arm in seiner Lage verstellt wird.

Die beiden Spiegel brauchen nicht notwendig um den Punkt C gedreht zu werden. Die Rotationsachse der beiden Spiegel kann auch eine andere sein. Wenn die Rotationsachse der beiden Spiegel nahe am PunktF liegt, dann ist eine größere Rotation des Spiegelpaars erforderlich, um eine Scherung S¹ zu erzeugen. Dabei ergibt sich jedoch eine größere Defokussierung Z. Die Rotationsachse kann auch weiter vom Punkt F entfernt liegen. Das ergibt jedoch eine geringere Empfindlichkeit. Wenn ein großer Übergriff S zu erzeugen ist, dann ist es von Vorteil, wenn die Rotationsachse einen Punkt nahe dem Punkt C schneidet.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Meßmikroskop mit Bildverdoppelung zur Messung der Größe eines Objekts, bei dem von einem das Bild des Objekts übertragenden Strahl zwei Bilder in dem gleichen Blickfeld erzeugt werden und bei dem eine optische Einrichtung mit ebener Oberfläche zur Teilung des Strahlengangs den das Objektbild übertragenden Strahl durch Amplitudenteilung in zwei Strahlen aufspaltet, wobei zwei gegeneinander geneigte Reflektoren vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß jeder der beiden geteilten Strahlen nacheinander in eine den beiden Strahlen entgegengesetzte Richtung entsprechend reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reflektoren aus zwei starr auf einem gemeinsamen, senkrecht zur Ebene der strahlenteilenden Einrichtung (11) meßbar verstellbaren Rahmen (31) zueinander geneigt angebrachten Planspiegeln (12, 13) bestehen.

2. Meßmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Oberflächen (14) der strahlenteilenden Einrichtung (11) den Winkel zwischen den beiden Planspiegeln (12,13) schneidet.

3. Meßmikroskop nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (31) um eine in der Ebene (14) der strahlenteilenden Einrichtung (11) liegende Achse drehbar ist.

4. Meßmikroskop nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Planspiegel (12, 13) und die strahlenteilende Einrichtung (11) auf demselben Rahmen (31) angeordnet sind und der Rahmen (31) linear verschiebbar angeordnet ist.

5. Meßmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungen der Planspiegel (12,13) zur Änderung des durch sie gebildeten Winkels justierbar sind.

6. Meßmikroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (31) in der einen Richtung durch eine Stellschraube (32) und in der anderen Richtung durch eine Rückholfeder (40) bewegbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen