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Hilfsmittel für optische Längenmessungen Die Erfindung betrifft ein
Hilfsmittel für optische Längenmessungen, bei denen unter starker Vergrößerung die
Lage eines Objekts zu einer Bezugsmarke ermittelt wird.
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Das Meßhilfsmittel gemäß der Erfindung besteht aus einer dünnen, auf
der Unterfläche halbdurchlässig oder nur teilweise verspiegelten Platte aus Glas,
die vor oder auf der nicht verspiegelten oberen Fläche Marken oder eine Teilung
trägt. Bei der Messung wird die Lage des Objekts gegenüber dem virtuellen Bild der
Bezugsmarken oder der Teilung festgestellt, und zwar werden die virtuellen Bilder
mit Hilfe der Platte erzeugt, welche hinter der Spiegelfläche liegende Objekte voll
erkennen läßt. Diese Platte ist so dünn, daß sie die Prüfung des Zusammenfallens
von Objektmarke und gespiegelter Bezugsmarke oder Teilung auch bei starken Mikroskopvergrößerungen
und die Messung eines etwa noch vorhandenen Restabstandes parallaxfrei gestattet.
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Bei Goldblattelektroskopen ist es bekannt, diese Goldblättchen in
Beziehung zu setzen mit dem durch Spiegelung erzeugten virtuellen Bild einer Bezugsmarke,
die nicht mit dem Ablesemikroskop verbunden ist, sondern räumlich an anderer Stelle
liegt.
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Mit :dem Erfindungsgegenstand ist es nun ermöglicht; auch unter starken
Mikroskopvergrößerungen bei optischen Längenmessungen eine parallaxfreie Prüfung
des Zusammenfallens von der Marke auf dem Objekt und einem gespiegelten Teilstrich
zu gewährleisten.
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Zur Ausführung mikroskopischer Messungen wird das Hilfsmittel gemäß
der Erfindung als eine durchsichtige, nahezu planparallele Platte oberhalb eines
Meßelementes, z: B. einer Teilung, angebracht. Die abgewandte Fläche kann eine Bezugsmarke
beliebiger Art, z. B. einen Strich, Doppelstrich oder Kreis, bzw. umgekehrt die
abgewandte Fläche die Teilung tragen. Die zu spiegelnde Bezugsmarke oder Teilung
kann auch über der abgewandten Fläche verwirklicht sein, z. B. durch einen Spinnfaden
oder eine besondere Strichmarkenplatte. Die Spiegelfläche entwirft im leeren Raum
dahinter, der auch andere Gase als Luft oder auch Flüssigkeiten enthalten kann,
ein virtuelles Bild der auf der abgewandten Fläche angeordneten Teilung oder Marke.
Dieses virtuelle Bild .kann mit einem Mikroskop durch die Platte hindurch eingestellt
und beobachtet werden, wenn dessen Arbeitsabstand die erforderliche Annäherung des
Mikroskops zuläßt.
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In der Zeichnung sind einige Ausbildungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Abb. z zeigt unter dem Buchstaben a die unter der Deckplatte b liegende
Teilung.
Die der Teilung gegenüberliegende Fläche c dieser Deckplatte
ist durch Schraffur als halbdurchlässig verspiegelt bezeichnet, die abgewandte Fläche
d trägt die Bezugsmarke e, und f
stellt deren im dahinter befindlichen
Raum liegendes virtuelles Bild dar.
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Die Abb. 2 stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Darstellung
der Spiegelfläche g zeigen soll, daß diese undurchlässig verspiegelt und gitterartig
durchbrochen ist.
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Abb. 3 soll dartun, daß die Spiegelfläche undurchlässig verspiegelt
und in Punkte aufgelöst ist, in Abb. 3 durch g' gezeigt, so daß die reflektierenden
Elemente genau wie durch g in Abb. 2 das Spiegelbild der körperlichen Marke durch
die Lücken hindurchliefern.
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Wie aus Abb, z hervorgeht, kann auch die Deckplatte eine feine Teilung,
hier durch den Buchstaben 7s bezeichnet, tragen, deren Bild mit einer körperlichen
Bezugsmarke zur Dekkung gebracht werden kann.
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Die Abb. q. und 5 zeigen, daß man z. B. auch den spiegelnden Belag
geradlinig begrenzen kann. Diese Grenze kann wie in Abb. q. quer zur Marke oder
wie in Abb.5 längs zur Marke verlaufen. Die vom Spiegel eingenommene Hälfte k,
L liefert dann vor der Eintrittspupille des Mikroskops ein Bild der Marke.
Die unbedeckte freie Hälfte m, n liefert das Bild der körperlichen Teilung.
In Abb. 6 ist durch den Buchstaben t eine außerhalb über der Deckplatte liegende
Bezugsmarke dargestellt.
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Der Arbeitsabstand des Mikroskopobjektivs wird dadurch bestimmt, daß
im Falle ebener Spiegelfläche das Bild in Luft um
hinter der reellen Marke liegt, wenn d die Spiegeldicke und n den Brechungsindex
des dazu benutzten Stoffes bezeichnet. Dieser Abstand muß demnach mindestens
betragen. Die zulässige Dicke der Platte hängt also von der Brennweite des Mikroskopobjektivs
ab, und sie ist um so geringer, j e kurzbrennweitiger das Mikroskopobjektiv gewählt
wird. Auch die Lage des virtuellen Bildes der spiegelnden Rückwand ist abhängig
von .der Dicke der Platte und liegt um so näher, je dünner sie ist. Sie wird aber
immer hinter der Platte im freien Raum liegen.
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Zur Erreichung einer parallaxfreien Abbildung bzw. um Teilung und
Bezugsmarke gleichzeitig scharf erscheinen zu lassen, ist der Abstand zwischen Deckplatte
und Teilung derart zu regeln, daß das Spiegelbild des einen Vergleichteils genau
in die Ebene des anderen fällt.
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Die Meßsicherheit, die durch das Hilfsmittel gemäß der Erfindung erreicht
werden kann, erhellt aus nachfolgenden Beispielen: i. Zur Messung des Ausdehnungskoeffizienten
fester Stäbe in Temperaturintervall von - Zoo 'bis -f- 1300' wird, wie durch
Abb. 7 gezeigt, der zu untersuchende Stab o in bekannter Weise in ein einerseits
geschlossenes Quarzrohr p gebracht und durch einen durch Federkraft angepreßten
Stab q aus gleichem Material gegen den Boden gedrückt. Die Verschiebung einer Marke
r am Innenstab gegen eine solche am äußeren Rohr beim Erwärmen entspricht dann der
Differenz der linearen Ausdehnung von Prüfstab und dem diesen umgebenden Quarzglasrohrteil.
Der Innenstab wird zwecks Herstellung der Marke zweckmäßig geschwärzt oder versilbert
und erhält eine feine quer verlaufende Rißmarke r. Auf das Außenrohr wird über einem
geeigneten Ausschnitt über dieser Marke eine schmale Glasplatte s von o,6 bis o,8
mm Dicke aufgekittet. Diese Platte trägt auf der Außenseite 6 bis 8 mit dem Diamant
gezogene parallele feine Strichmarken, deren Abstände vor oder nach der eigentlichen
Messung etwa auf dem Längenkomparator bestimmt wurden. Bei Beleuchtung der Außenfläche
mit streifend einfallendem Licht wird beim Nähern des Objektivs des Beobachtungsmikroskops
(Objektivbrennweite 14 mm, Arbeitsabstand 3,2 mm) zuerst die Oberfläche der Platte
mit den leuchtenden Marken erblickt, bei tieferer Einstellung die Spiegelfläche
und bei noch tieferer Einstellung die Spiegelbilder der Marken. Die Strichmarke
am Innenstab kann sodann durch mikrometrische Feinstellung am Innenstab in die Ebene
dieser Spiegelbilder gebracht werden. Die Lage dieser Striche gegenüber der bei
Erwärmung wandernden Marke wird sodann mit dem Okularmikrometer gemessen.
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Das Beispiel zeigt auch, daß eine besondere feste Aufstellung des
Beobachtungsmikroskops nicht nötig und eine Änderung seiner Lage ohne Einfluß auf
den Abstand der Meßmarken bleibt. Im vorliegenden Fall betrug z. B. ein Teil des
Okularmikrometers 12 ,u und, da Zehntel hiervon noch gut zu schätzen waren, konnten
Verschiebungen von 2 ,u noch sicher erhalten werden. Zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit
könnte unter Umständen auch ein stärkeres Objektiv Verwendung finden.
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z. Bei Meßkreisen mit einem Kreisdurchmesser von io cm hat das Intervall
i Sekunde am Rand einen Abstand von 0,243,u. Unter Anwendung des Hilfsmittels gemäß
der Erfindung und einem Mikroskop würde eine objektive Ablesung auf -[- io Sekunden
möglich sein, wobei wieder zu berücksichtigen ist, daß die relative Lage der Bezugsmarke
zur Teilung unbeeinflußt ist durch Lageveränderungen des Ablesemikroskops. Wird
der Abstand von Teilstrich und Bezugsmarke dabei noch durch ein Okularschraubenmikrometer
vermessen, so kann die Bogensekunde schon
mit dem io-cm-Kreis erfaßt
werden. Eine Unsicherheit der Tubuslänge, die den Parswert der Meßschraube beeinflußt,
tritt natürlich auch hier wie bei einem Ablesemikroskop ohne Platte ein. Während
aber bei einer Anordnung ohne Platte thermisch und mechanisch bedingte Deformationen
durch Bedienen der Meßschraube mit der Hand das Meßergebnis durch Änderung des Abstandes
zwischen Teilstrich und Bezugsmarke fälschen, ist durch das Hilfsmittel der Vorteil
geschaffen, daß durch ein Bedienen der Meßschraube mit der Hand' auftretende mechanische
und thermische Deformationen die Genauigkeit des Meßergebnisses nicht beeinflussen
können.