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Verfahren und Vorrichtung zum Untersuchen optischer Elemente (Linsen,
Prismen o. dgl.). Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Untersuchen optischer Elemente, wie Linsen, Prismen o. dgl., oder von Kombinationen
solcher Elemente auf Schleiffehler. Die Erfindung bezweckt die Berichtigung von
Fehlern, die sich bei der Herstellung solcher Elemente ergeben, wie beispielsweise
die Beseitigung restlicher sphärischer Aberration, die nicht durch Rechnung behoben
werden kann, oder von Fehlern, die sich aus nicht gleichförmiger Beschaffenheit
dies Glases ergeben.
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Nach der Erfindung wird zu diesen Untersuchungen ein Interferometer
verwendet, bei dem in üblicher Weise ein Lichtbündel durch eine planparallele Platte
mit schwach; versilberter Fläche in einen dürchgehenden und einen reflektierten
Teil zerlegt wirkt, die dann beide durch Spiegel reflektiert und wieder vereinigt
werden, wobei Interferenzerscheinungen auftreten. Das zu untersuchende Element wird
nach der Erfindung in dem Interferometer so angeordnet, daß einer der Lichthündelteile
- so durch das Element hindurchgeht, wie es beim wirklichen Gebrauch der Fall ist.
Die bei Wiedervereinigung der Lichtbündelteile auftretenden Interferenzfransen werden
dIann in der Öffnung .eines Schirmes, auf dem, -ebenfalls in der Schirmöffnung erscheinenden
Bilde des Elements beobachtet und die durch Fehler des Elements hervorgerufenen
Unregelmäßigkeiten in den Interferenzfransen zur Feststellung dieser Fehler und
deren Beseitigung benutzt.
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Es sind bereits Verfahren bekannt geworden, bei denen durch Interferenzbeobachtungen
optische Elemente untersucht werden; sie beruhen im wesentlichen auf der Erzeugung
Talbotscher Streifen und Haidingerscher Ringe. Diese Verfahren sind jedoch nur für
planparallele Platten zu verwenden und nur bestimmt und geeignet, die Dicke und
den Brechungsinidex solcher Platten zu messen. Demgegenüber bietet das Verfahren
nach der Erfindung wesentliche Vorteile, da hiermit optische Elemente aller Art
auf Fehler irgendwelchen Ursprungs untersucht und nach dem Ergebnis dieser Untersuchung
nachgearbeitet werden können. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren kann hierbei
das zu untersuchende Element durch eine einzige Beobachtungl in seiner ganzen Ausdehnung
untersucht werden, währen bei .den, bekannten Verfahren mühsame Einzeluntersuchungen
kleiner Teile-der Fläche des Elements und Vereinigung dieser Einzeluntersuchungen
zu einem Ganzen erforderlich sind. Es können nämlich nach den bekannten Verfahren
nur Stellen von geringer Ausdehnung in der Nähe des Umfangs des Elements oder, wenn
das ganze Element untersucht werden soll, einzelne über die
Fläche
des Elements verteilte Stellen nacheinander untersucht werden, so daß diese Art
der Untersuchung unvollkommen und zeitraubend ist. Das Verfahren nach der Erfindung
weist daher wesentliche wirtschaftliche Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren
auf.
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In .der Zeichnung sind zur Ausführung des Verfahrens dienende Vorrichtungen
beispielsweise schematisch dargestellt.
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Fig. i ist eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Berichtigung von
optischen Elementen, die einfallende Lichtstrahlen mit ebener Wellenfläche (Parallelstrahlen)
in - ein Lichtbündel mit gekrümmter Wellenfläche verwandeln.
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Fig. 2 ist eine Draufsicht auf .eine Vorrichtung zur Berichtigung
von Elementen, die einfallende Parallelstrahlen als solche weiter--#ehen lassen:.
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Fit-"- 3, 4 und 5 sind Umrißkarten, in denen das Ergebnis. der Untersuchung
einzelner Elemente aufgezeichnet ist.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. i fällt in bekannter Weise das von einer
geeigneten Lichtquelle - vorzugsweise einer Cooper-Hewitt - Ouecksilberdampflampe
- kommende Licht von einem Spiegel ca durch einen Kondensor b und die Öffnung eines
Schirmes c auf eine planparallele, halbdurchlässig versilberte Glasplatte d, von
der ein Teil des Lichtbündels durchgelassen, ein anderer Teil reflektiert wird.
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Der durchfallende Lichtbündelteil geht durch eine planparallele Platte
e, die in- ebenfalls bekannter Weise als Ausgleichsplatte dient, durch ein zu untersuchendes
optisches Element f, in diesem Fall ein achromatisches Objektiv, wird von. einem
Spiegel g zurückgeworfen und erzeugt in dir Öffnung eines Schirmes lt ein Bild der
Schirmöffnung von c.
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Der von der Platte d reflektierte Lichtbündelteil geht über einen
Spiegel i zu einem Hohlspiegel-j, der im vorliegenden Fall genau ku.gela!bsch'nittförmig
gestaltet und! so angeordnet ist, daß sich; das reflektierte Lichtbündel an der
zweiten Fläche der Platte d wieder mit dein durchgelassenen, von g reflektierten
Teil vereinigt und gleichfalls in der Öffnung des Schirmes h ein Bild der Öffnung
in c erzeugt. Beild'e Schirme c und h liegen optisch im Mittelpunkt der Krümmung
des Spiegels j.
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Das Objektiv f und der Spiegel g werden von einem Wagen m getragen,
an dessen Unterseite in eine Nut n des Tisches o eingreifende Vorsprünge vorgesehen
sinid. In ähnlicher Weise wird der Spiegel j von einem Wagen p getragen., dessen
Ansätze in eine Nut q eingreifen.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 fällt das Licht von einem Spiegel
durch einen Kondensor b auf eine Öffnung in ennem Schirm c. Das divergierende Lichtbündel
wird durch eine Linse r parallel gerichtet und fällt wieder auf eine halbdurchlässig
versilberte planparallele Glasplatte d. Der durchgelassene Lichtbündetteil fällt
durch ein Prismas von 6o° und wind durch einen Spiegel t reflektiert. Der von der
Platte d reflektierte Lichtbündelteil wird von einem Spiegel u zur Platte d reflektiert,
und jeder,dieser Teile entwirft nach Durchgang idurch. eine Linse v, durch die sie
in einem Brennpunkt vereinigt werden, in der Öffnung eines Schirmes 1a ein Bild.
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Der Spiegel t wird von einem Wagen w getragen, der mit Ansätzen an
seiner` Untersoite ausgerüstet ist, die in eine kreisförmige Nut x in den
Tisch y eingreifen. Der Spiegel it wird von einem Wagen z getragen,
dessen an der Unterseite vorgesehene Ansätze in eine Nut -l eingreifen.
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Sowohl bei der Vorrichtung nach Fig. i als auch bei der nach Fig.
a wird das zu untersuchende optische Element so in dem Strahlengange eines der von
der halbdurchlässig versilberten Platte kommenden Lichtbündelteile angeordnet, daß
die Lichtstrahlen ebenso hindurchgehen, wie es beim wirklichen Gebrauch der Fall
ist. Das Element kann dabei sowohl in dien Weg des durchgehenden als in den Weg
des reflektierten Strahlenbündels gebracht werden. In beiden Fällen können die Strahlen
im urangekehrten Sinne durch das Element gehen, vorausgesetzt, daß der Strahlengang
dem beim wirklichen Gebrauch entspricht. In den Weg des nicht durch das Element
fallenden Lichtbündelteils kann ein ähnliches Element von guter Beschaffenheit als
Ausgleichselement gebracht werden, oder es kann dazu ein anderes optisches Element
benutzt werden, dessen Wirkung im wesentlichen die gleiche oder in bekannter Weise
abweichend von der gewünschten ist.
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Die Untersuchung der optischen Elemente geht auf folgende Weise vor
sich. Das Zusammenfallender durch die wiedervereinigten Lichtbündelteile in der
Öffnung des Schirmes la erzeugten Bilder wird durch Einstellen der beiden Spiegel
g und j oder t und u und Beobachten durch ein Okular erzielt. Bringt
man nun das Auge an die Öffnung des Schirmes h, so sieht man nach richtiger Einstellung
der Vorrichtung die Oberfläche des zu untersuchenden Elements und anscheinend auf
dieser Oberfläche helle und dunkle Interferenzfransen oder -streifen, die-in manchen
Fällen nur als Schattierungsuralterschiede oder als fleckige Lichtverteilung zu
sehen sind. Nimmt man irgendeinen dieser Streifen als Ausgang, . so deuten. die
zu beiden Seiten zunächstliegenden Streifen an, daß der optische Weg der von diesem
Teil -des Elements kommenden
Strahlen - um eine Wellenlänge kleiner
oder größer ist als der Weg der den Bezugstreifen erzeugenden Strahlen und als die
Bahn der entsprechenden Strahlen des Ausgleicheleinents. Durch Einstellung der Vorrichtung
kann man die gewünschte Anordnung sec Interferenzstreifen (d. h. diejenige, welche
am schnellsten zur Prüfung des Elements führt) erzielen, worauf ein Bild dieser
Interferenzstreifen auf einer Skizze der Oberfläche :des Elements oder auf dieser
selbst entworfen wird; dieses Bild kann als »Umrißkarte« bezeichnet werden. Nach
dieser Umrißkarte, in der die Wellenlängenbeträge aufgezeichnet werden können, um
die die Bahnren sec Strahlen zu lang sind, wird dann das Element berichtigt. Erforderlichenfalls
können durch wiederholtes Beobachten und Bearbeiten noch vorhandene Unvollkommenheiten
beseitigt werden. Durch diese Umrißkarte werden nicht nur in Wirklichkeit vorhandene
zu dicke Stellen ,des Elements, sondern auch solche Stellen angezeigt, an denen
das Material nicht gleichförmig beschaffen ist, so daß in der Umr ißkarte hervortretende
Stellen entsprechend am Element beseitigt werden müssen, ohne Rücksicht darauf,
ob 4n Wirklichkeit hervortretende Stellen vorhanden sind oder nicht.
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In Fig. 3 und 4 sind Umrißkarten dargestellt, die sich beispielsweise
bei Untersuchung eines Objektivs in .einer Vorrlichtung nach Fig.i ergeben.
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Bei einem vollkommenen Objektiv muß ein von einer Punktquelle herrührendes
Lichtbündel nach dem Durchgang durch das Objektiv oder umgekehrt eine ebene Wellenfläche
aufweisen. Die Wellenfläche muß daher nach dem Durchgang durch das Objektiv, nach
Reflexion- von einem .ebenen Spiegel und, nach abermaligem Durchgang durch das Objektiv
in umgekehrter Richtung genau kugelig sein.
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Ist dies nicht der Fall, so sei angenommen, daß die Wellenfläche unmittelbar
nach dem zweiten Durchgang durch das Objektiv von einer genau. kugeligen Fläche
in einer bestimmten Ebene um Beträge abweicht, die den Ordinaten :der Kurven h und
l proportional sind.
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Da sich die Wellenfläche der meisten Objektive sehr einer Umdrehungsfläche
nähert, so seji eine solche im vorliegenden Fall zur Vereinfachung angenommen.
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Stellen die parallelen Ebenen i, a, 3, 4 ...
aufeinanderfolgende
Wellenlängen des benutzten Lichtes in gleichem Maßstab dar, so sind die von dem
Auge wahrgenommenen Interferenzfransen T-Tmrißlinlien, die durch Schneiden der Ebenen
i, a, 3, 4 ... und der durch die Kurven h und l dargestellten
Umdrehungsfläche erzeugt werden.
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Durch geringes Kippen des Spiegels j um einen kleinen Winkel können
verschiedene Anordnungen der Interferenzfransen erzielt werden, jedoch fallen alle
diese Anordnungen unter den Begriff der »Umrißkarte«.
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Die auf diese Weise durch im Maßstab der Wellenlängen aufgezeichnete
Umrißkarten als fehlerhaft gekennzeichneten Stellen des Eleinents werden darauf
in bekannter Weise nachgearbeitet.
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Die in Fig. 5 dargestellte Umrißkarte zeigt beispielsweise das Ergebnis
der Untersuchung eines Prismas mit der Vorrichtung nach Fig.a. Die nach den beobachteten
Interferenzfransen aufgezeichneten Linien bezeichnen auch hier die durch Schleifen
zu berichtigender. Stellen des untersuchten Elements. Bei dem gezeigten Verlauf
der Linien wäre zweckmäßig zunächst der Teil ql, wo das Prisma wirkt, als wenn es
zu dick wäre, zu schleifen, worauf das Schleifen auf die nächsten Uinrißlinien nacheinander
auszudehnen wäre.
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Für optische Elemente anderer Art können gegebenenfalls an Stelle
des in Fig. i dargestellten ebenen Spiegels g Spiegel mit Außen-oder Innenwölbung
benutzt werden, wobei nur wieder darauf zu ächten ist, @daß .der Strahlengang durch
das Element dem Strahlengang beim wirklichen Gebrauch entspricht. Die Spiegel müssen
dann so angeordnet werden, daß ihr Krümmungsmittelpunkt im konjugierten Punkt zur
Lichtquelle mit Bezug auf das zu untersuchende Element liegt.
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Um in allen Fällen feststellen zu können, ob irgendein Teil der Fläche
in Wirklichkeit ein Vorsprung oder eine Vertiefung ist, kann in die Bahn des durch
das Element fallenden Lichtbündelteils ein Finger, eine warme Stange oder ein in
denaturierten Spiritus, Benzin oder eine andere flüchtige Flüssigkeit eingetauchter
Gegenstand gehalten werden. Wird ein Finger -oder eine warme Stange in die Lichtbahn
gebracht, so wird durch Erwärmen der in der Nähe befindlichen Luft die optische
Dichte der Luft verringert. Wird aine in eine leichtflüchtige Flüssigkeit eingetauchte
Stange in die Bahn des Lichtbündels gebracht, so wird die Luftdichte in der Nähe
der Stange vergrößert. In ersterem Falle wird durch den warmen Gegenstand eine Vertiefung
in dessen Nähe ausgedehnt, und in letzterem Falle wird die Vertiefung vernÜndert.