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Optisches Verfahren zur gleichzeitigen qualitativen und quantitativen
Untersuchung von Dichtefeldern Zusatz zum Patent 706 588 Die Erfindung bezieht sich
auf ein ioptisches Verfahren zur gleichzeitigen qualitativen und quantitativen Unbersuchung
von Dichtefeldern beliebiger Form, Art und Ausdehnung und bildet einen Zusatz zum
Patent 706 588.
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Das Verfahren gemäß dem Hauptpatent beruht auf dem Gedanken, einem
zu einem Interferenzgerit gehörigen Strahlenbündel ein zwei tes zu einem Schlierengerät
gehörige Strahlenbündel so zu überlagern, daß beide Strahlenbündel in gleicher Richtung
gemeinsam und gleichzeitig das Untersuchungsmittel durchschreiten und nachher zwei
verschiedene Bilder des Vorganges auf einem Bildschirm erzeugen. Hierbei wird der
Schlierenstrahl, der VOll einer eigenen Lichtquelle stammt, durch teildurchlässige
Giaspiatten in den Interferenzstrahlengang und nach Durchschreiten des Untersuchungsmittels
wieder aus diesem herausgeleitet. Die physikalische Anwendung -dieses Gedankens
ist exakt, bedingt aber ziemliche Lichtverluste und eine sorgfältige Kompensation
derselben. Um das für die Darstellung. mit dem Interferenzverfahren notwendige monochromatische
Licht zu erhalten, wird der Lichtstrahl n,ormalerweise bereits vor dem Inberferenzgerät
gefiltert.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt nun eine Vereinfachung des Verfahrens
bzw. des dazu dienlichen Gerätes sowie die Erzielung einer besseren Lichtausbeute.
Zu diesem Zweck besteht die Erfindung darin, daß ein Teil des zu einem Interferenzgerät
gehörigen Strahlenbündels nach Durchschreiten des zu untersuchenden Dichtefeldes
zur Gewinnung eines Schlierenbildes nutzbar gemacht wird.
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Dadurch werden eine besondere Lichtquelle für das Schlierenverfahren
und zusätzliche
optische Vorrichtungen zur Überlagerung ihres Lichtes
über den das Untersuchungsmittel durchschreitenden Interferenzstrahl überflüssig.
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Im wesentlichren bestehen zwei Maglichkeiten für die praktische Durchführung
dieses Erfindungsgedankens. Entweder kann aus dem Teilstrahl des Interferenzgerätes,
der das Untersuchungsmittel durchschritten hat, noch innerhalb des Interferenzgerätes
durch eine teildurchlässige Platte ein Teilstrahl abgelenkt werden, der ein Schlierenbiid
entwirft, während das restliche durchgehende Licht das Interferenzbild liefert.
Oder es ist möglich, den zweiten, hinter dem Interferenzgerät vorhandenen Lichtstrahl,
der ja noch einen Lichtanteil aus dem durch das Untersuchungsmittel gegangenen Interferenzstrahl
enthält, für den Entwurf des Schlierenbildes, z.B. durch Spiegelablenkung, zu benutzen.
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Die Helligkeit beider Teilstrahlen im Interferenzgerät kann dabei
durch geeignete Wahl der Durchlässigkeit der einen Ablenkplatte beliebig abgestuft
und somit eine gleichmäßige Helligkeit und Lichtausbeute für beide Bilder erreicht
werden. Entsprechend der Durchlässigkeit der Ablenkplatte entfällt gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung auf den durch das Untersuchungsmittel gehenden Teilstrahl
des Interferenzgerätes ein großer Lichtanteil, so daß der Einfluß des aus dem anderen
Teilstrahl des Interferenzgerätes vorhandenen schädlichen Lichtes auf das Schlierenverfren
gering bleibt.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung anschaulich gemacht, auf die
im folgenden Bezug genommen ist: Abb. I gibt das Grundschema des Strahlganges gemäß
Hauptpatent wieder.
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Das Licht für das Interferenzgerät, das für die Messung benutzt wird,
läuft hierbei auf zwei verschiedenen, aber gleich großen Wegen durch das Vierplattensystem
des Interferenzgerätes. Da die beiden Platten P1 und P2 teildurchlässig sind, treten
aus der letzten Platte P2 zwei zueinander senkrechte Strahlenbündel aus, die bei
monochromatischem Licht außerhalb des Gerätes Interferenzstreifensysteme erzeugen.
Wie aus dem Schema ersichtlich, wird für die Messung derjenige Interferenzstrahl
benutzt, welcher in der gleichen Richtung in das lnterferenzgerät ein- und aus diesem
austritt. Nur für diesen Lichtstrahl sind die beiden Lichtwege genau gleich groß,
was durch das Vorhandensein der Nullinterferenz bei weißem Licht erreicht wird.
Der andere Interferenzstrahl, der im Winkel von 900 zum eintretenden Licht au.s
dem Gerät austritt, hat zwei verschiedene Lichtwege, die sich um die Änderung des
optischen Weges in der letzten Platte PO unterscheiden. Mit diesem Strahl kann somit
keine Nullinterferenz bei weißem Licht erzeugt werden.
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Da man bei der Benutzung des Interferenzgerätes nur die beiden Platten
po und P2 in ihrer Lage zueinander verändert, wird in dem Strahlengang innerhalb
des Gerätes nur der in der Platte P1 reflektierte Teilstrahl 1 betroffen, während
der durchgehende Teilstrahl 2 unverändert bleibt. Man läßt deshalb zweckmäßigerweise
den durch Plattenverstellung unbeeinflußbaren Teilstrahl 2 durch das Untersuchungsmittel
hindurchtreten.
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Soll die Helligkeit beider Lichtstrahlen nach dem Interferenz- und
Schlierenverfahren gemäß dem Hauptpatent ungefähr gleich groß sein, so wählt man
die Teil durchlässigkeit der Platten zweckmäßigerweise wie in Abb. I angegeben und
erhält dann für das Schlierenverfahren eine Lichtausbeute von 25 Wo und für das
Interferenzverfahren eine l ichtausbeute von 200/0, wobei beide Teil strahlen im
Interferenzgerät genau gleiche Helligkeit haben.
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Es ist Zweck der vorliegenden Erfindung, den im Hauptpatent verwirklichten
Grundgedanken auch ohne besondere Lichtquelle für das Schlierenverfahren zu erfüllen,
um dadurch eine bessere Lichtausbeute und eine wesentliche Vereinfachung des ganzell
Verfahrens zu erreichen.
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Ausführungsformen dieses Erflndungsgedankens, bei welcher die Exaktheit
und Sauberkeit des Schlierenverfahrens voll erhalten bleiben, zeigen Abb. 2 und
3.
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Da das Farbfilter F zur Aussonderung der gewünschten Wellenlänge
für das Interferenzverfahren auch in dem Strahlengang hinter dem Interferenzgerät
benutzt werden kann, sind die beiden ungefilterten Teilstrahlen innerhalb des Interferenzgerätes
sehr lichtstark. Aus dem von der Plattenverstellung unabhängigen Teilstrahl 2 wird
nach Durchschreiten des U-ntersuchungsmittels G durch die teildurchlässige Platte
3 ein Teil abge lenkt und für das Schlierenverfahren benutzt.
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Wählt man zweclimäßigerzv,eise die Platte P1 mit 700/o Durchlässigkeit,
so erhält man eine Lichtausbeute für das Schlierenverfahren mit 35 Wo und für das
Interferenzverfahren mit 32,5 Wo, wobei die beiden Teilstrahlen für das Interferenzverfahren
mit I7,50/o und 15 Wo nahezu gleiche Helligkeit haben. Es ist für das Verfahren
gleichgültig, ob gemäß Abb. 2 Linsen L, L., L2 L3 oder gemäß Abb. 3 Hohl spiegel
H1, H2, H5 verwendet werden.
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Es entstehen somit auf dem Bildschirm nebenein.andLer zwei Bilder,
von denen das Interferenzbild durch die Linse L2 und das Schlierellbild von der
Linse L3 erzeugt werden.
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Die Vereinfachung der Anordnung durch Weg fall der Lichtquelle und
einer Planparallelplatte
für das Schlierenverfahren ist aus einem
Vergleich der Abb. 2 und 3 mit Abb.I zu erkennen.
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Es gibt nun Anwendungsfälle, bei denen das kombinierte Interferenzschlierenverfahren
noch, weiter vereinfacht werden kann, wenn der Verzicht auf eine exakte Anwendung
des S.chlierenverfahrens zulässig ist. Eine Ausführungs -form dieses Gedankens ist
in Abb. 4 veranschauli,cht. Man verwendet dabei keinenTeilstrahl aus dem Interferenzgerät
wie in Abb. 2 und 3, sondern den gesamten Interferenzstrahl 4, der um 90° zur Eintrittsrichtung
des Lichts aus dem Interferenzgerät austritt. Man bekommt dann die große Lichtausbeute
von 50% für das Interferenzverfahren und für das Schlierenverfahren.
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Diese Anordnung ist jedoch nur beschränkt anwendbar in den Fällen,
wo mit weißem Licht gearbeitet werden kann und die Nullinterferenz beim Interferenzverfahren
für die Messung genügt. Dann kommen die bei monochromatischem Licht auch im Schlierenstrahl
vorhandenen und das Schlierenverfahren stöwenden Interferenzstreifen in Wegfall.
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Bei der Anordnung nach Abb. 4 wird ferner die Empfindlichkeit des
Schlierenverfahrens dadurch herabgemindert, daß sich der Schlierenstrahl aus zwei
Lichtbündeln zusammensetzt, von denen nur eines das Untersuchungs mittel durchschritten
hat und Helligkeitsänderungen auf dem Bildschirm verursachen kann.
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Der andere Teilstrahl im Interferenzgerät überlagert aber ständig
den Schlieren'effekt und vermindert die Kontraste auf dem Bildfeld. Man kann aber
diesen Nachteil durch ungleiche Helligkeit der beiden Teilstrahlen im Interferenzgerät
leicht vermindern.