DE817374C

DE817374C - Optical penumbra device

Info

Publication number: DE817374C
Application number: DEP10412A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr Schroeder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-10-18

Description

Optische Halbschattenvorrichtung Die Genauigkeit optischer Messungen im polarisierten Licht wird bekanntlich durch Verwendung von Halbschattenvorrichtungen beträchtlich erhöht. Sie beruhen darauf, das Gesichtsfeld in zwei oder mehrere Felder aufzuteilen, wobei die Schwingungsrichtungen des Lichts in je zwei benachbarten Feldern durch das den Halbschatten erzeugende optische Element jeweils einen kleinen Winkel, den Halbschattenwinkel e, einschließen. Der Analysator läßt dann die Gesichtsfeldteile gleich hell erscheinen, wenn die Projektion der beiden Schwingungsrichtungen auf seine Schwingungsebene gleich groß ist. Die Einstellung des Analysators kann visuell exakt nur dann ausgeführt werden, wenn die Halbschattengrenzen so scharf sind, daß sie bei der entsprechenden Analysatorstellung völlig zum Verschwinden gebracht werden können. Eine weitere Bedingung, die eine einwandfreie Halbschattenvorrichtung erfüllen soll, ist die Veränderlichkeit des Halbschattenwinkels e, da dieser ja der Helligkeit der benutzten Lichtquelle angepaßt sein soll, und schließlich soll das den Halbschatten erzeugende Element im ganzen betrachteten Spektralbereich möglichst verlustfrei arbeiten und die Schwingungsebene mit möglichst geringer Dispersion drehen. Alle diese Bedingungen zusammen sind bei den bisher bekannten Konstruktionen entweder nur mit erheblichem optischem Aufwand oder aber unvollkommen erfüllt. Das einfachste Verfahren, bei dem Polarisationsfolien als Halbschattenkörper Verwendung finden, hat den Nachteil eines Lichtverlustes von rund 50 0/, sowie schlechter Wirksamkeit im Roten. Auch die häufig verwendeten sogenannten /,-Plättchen aus doppelbrechendem Material sind in ihrer Brauchbarkeit durch starke spektrale Abhängigkeit in ihrer Wirkung eingeschränkt deren Folge ein meist unerwünschter Farbstich bzw. eine störende Aufhellung des Gesichtsfeldes sind; zudem ist ihre optische Reinheit und Gleichmäßigkeit oft unbefriedigend.Optical penumbra device The accuracy of optical measurements in polarized light is known through the use of penumbra devices increased considerably. They are based on dividing the field of vision into two or more fields to divide, with the directions of oscillation of the light in each two neighboring Fields through the optical element generating the penumbra one small each Include angles, the penumbra angle e. The analyzer then leaves the field of view parts appear equally bright when the projection of the two directions of oscillation on its level of vibration is the same. The setting of the analyzer can be visual can only be carried out exactly if the penumbra boundaries are so sharp that they can be made to disappear completely with the corresponding analyzer position can. Another condition that a flawless penumbra device must meet is the variability of the penumbra angle e, since this is the brightness should be adapted to the light source used, and finally that should be the penumbra generating element in the entire spectral range considered as lossless as possible work and rotate the plane of vibration with as little dispersion as possible. All these conditions together are either in the previously known constructions only met with considerable optical effort or incompletely. The easiest Process in which polarization foils are used as penumbra bodies, has the disadvantage of a light loss of around 50% and poor effectiveness in the red. Also the so-called /, - plates made of birefringent Are in their usefulness due to strong spectral dependence in their material Limited effect the consequence of which is a mostly undesirable color cast or a disturbing brightening of the field of view; also is their optical purity and evenness is often unsatisfactory.

Die Erfindung besteht in einer als optische Halbschatteneinrichtung dienenden, schräg in den Strahlengang gestellten Platte. Diese ist teilweise mit einer scharf abgegrenzten Schicht versehen, deren Dicke in der Größenordnung der Wellenlänge liegt und deren Brechzahl von der der Unterlage verschieden ist. Gemäß weiterer Ausgestaltung dieser Erfindung ist die Platte um die Lichtrichtung als Achse drehbar, und es wird ferner die Dicke der aufgebrachten Schicht so bemessen, daß der optische Gangunterschied der an der Ober- und Unterseite der Schicht reflektierten Wellen mindestens angenähert ein ungerades Vielfaches der Wellenlänge des verwendeten Lichtes beträgt. Als Material für die Schicht werden vorteilhaft niecirig-bzw. hochbrechende, die betreffende Strahlung nicht absorbierende Substanzen verwendet. The invention consists in an optical penumbra device serving plate placed at an angle in the beam path. This is partly with a sharply defined layer, the thickness of which is of the order of magnitude Wavelength and whose refractive index is different from that of the base. According to Another embodiment of this invention is the plate to the direction of light than Axis rotatable, and the thickness of the applied layer is also dimensioned so that that the optical path difference is reflected on the top and bottom of the layer Waves at least approximately an odd multiple of the wavelength used Light is. The material for the layer is advantageously low or low. high index, uses substances that do not absorb the radiation in question.

Die vorliegende Erfindung beruht auf einer Ausnutzung der bekannten Tatsache, daß linear polarü siertes Licht beim Übergang zwischen zwei Medien verschiedener Brechzahl in seiner Schwingungsebene zur Einfallsebene hin gedreht wird, wobei die Größe der Drehung vom Verhältnis der Brechzahlen abhängt. The present invention is based on an exploitation of the known ones The fact that linearly polarized light when transitioning between two media is different The refractive index is rotated in its plane of oscillation towards the plane of incidence, the The size of the rotation depends on the ratio of the refractive indices.

Diese Erscheinung, die unmittelbar aus den Fresnelschen Formeln ableitbar ist, wird nun erfindungsgemäß für den vorliegenden Anwendungszweck dadurch technisch verwertbar gemacht, daß man auf einer durchsichtigen Unterlage I (vgl. die Abbildung), z. B. Glas, eine dünne Schicht 2 mit einer von der Unterlage I verschiedenen Brechzahl so aufbringt, daß die Schicht mit vorzugsweise scharfer Trennlinie 3 einen Teil der Unterlage I frei läßt. Die Halbschattenwirkung kommt dann dadurch zustande, daß man das Plättchen I hinter dem Polarisator schräg gegen die optische Achse 4 des Systems gestellt in die Gesichtsfeldebene des Meßinstrumentes 5 bringt, wobei die Tiefenschärfe des Instrumentes j ausreichend sein muß, um die Trennlinie 3 der Schicht in ihrer ganzen Ausdehnung scharf abzubilden. Das Plättchen I ist um die Lichtrichtung 4 als Achse drehbar, wobei die azimutale Orientierung dadurch bestimmt wird, daß die Einfallsebene 6 des Plättchens einen kleinen Winkel 7 zur Schwingungsebene 8 des ankommenden Lichtes bilden soll. Der Haibschattenwinkel e ist dann gegeben durch die Differenz der Drehung der Schwingungsebene für den beschichteten und unbeschichteten Teil des Plättchens und mit dem Azimut variabel.This phenomenon, which can be derived directly from Fresnel's formulas is, according to the invention now becomes technical for the present application made usable that on a transparent base I (see the illustration), z. B. glass, a thin layer 2 with a different from the base I refractive index so that the layer with a preferably sharp dividing line 3 is a part of document I leaves free. The penumbra effect then comes about that the plate I behind the polarizer at an angle to the optical axis 4 of the system placed in the field of view plane of the measuring instrument 5, wherein the depth of field of the instrument j must be sufficient to the dividing line 3 of the The entire extent of the layer is to be depicted sharply. The tile I is around that Direction of light 4 rotatable as an axis, the azimuthal orientation being determined thereby is that the plane of incidence 6 of the plate is a small angle 7 to the plane of vibration 8 of the incoming light should form. The shark shadow angle e is then given by the difference in the rotation of the plane of vibration for the coated and uncoated Part of the plate and variable in azimuth.

Die Schichtdicke der auf (las Glas aiifgcbrachten Substanz ist dabei am gürlstigstell so z" wählen, daß der optische Gangunterschied zwischen den an der Ober- und Unterseite der Schicht reflektierten Wellen ein ungerades Vielfaches einer halben \RTellenlänge, bezogen auf den Schwerpunkt der verwendeten Strahlung, beträgt. Die Lichtverluste durch die Halbschattenplatte sind in diesem Fall am geringsten; wenn man absorptionsfreies Schichtmaterial verwendet und die Rückseite der Unterlage noch mit einer rrflexvermindernden Schicht versieht lassen sie ich fast v ollständig unterdrücken. The layer thickness of the substance applied to the glass is included at the most favorable position so choose z "that the optical path difference between the waves reflected an odd multiple from the top and bottom of the layer half a wavelength, based on the center of gravity of the radiation used, amounts to. The light losses through the penumbra are lowest in this case; if you use absorption-free layer material and the back of the underlay still provided with a reflex-reducing layer, I leave them almost completely suppress.

Das beschriebene Halbschattenverfa}lre.l ist in jedem Spektralbereich anwendbar in dem das Schichtmaterial mit Unterlage durchlässig ist; bei weißem Licht wird, insbesondere bei höherer Brechzahl der Schicht, innerhalb einer Oktave auch bei kleinstem Halbschattenwinkel, noch kein störender Farbstich im Gesichtsfeld bemerkbar. The penumbral process described is in every spectral range applicable in which the layer material with underlay is permeable; in white light is also within an octave, especially if the layer has a higher refractive index with the smallest penumbra angle, no annoying color cast in the field of vision noticeable.

Als Schichtsubstanz eignen sich entweder niedrigbrechende Stoffe wie Erd alkaliflu »ritlc, z.B.Ti O.2,Bi. 03. Either low refractive index materials are suitable as layer substances such as alkaline earth fluoride, e.g. Ti O.2, Bi. 03

Sie können in bekannter Veise, z. 13. entweder im Hochvakuum oder aus kolloidalen Löstmgen, niedergeschlagen werden. Die Halbse attengren ze kain dabei entweder durch Abdecken eines Teiles der Unterlage oder durch nachträgliches mechanisches Abtragen der Schicht erzeugt werden.You can in known Veise, z. 13. either in a high vacuum or from colloidal solutions. The halves attengren ze kain either by covering part of the base or by subsequently mechanical removal of the layer can be generated.

PATEN TA N St, n r' I. Schräg in den Strahlengang gestellte, teilweise mit einer vorzugsweise scharf abgegrenzten Schicht von einer in der Größenordmlng der RVellenlänge liegenden Dicke und gegeciiber der Unterlage verschiedenen Brechzahl versehene Platte als optische Halbschatteneinrichtullg. PATEN TA N St, n r 'I. Inclined in the beam path, partially with a preferably sharply defined layer of the order of magnitude Thicknesses lying at the same length as the wavelength and different refractive indices compared to the substrate provided plate as an optical penumbra device.

Claims

2. Apparatus according to claim I, characterized in that the plate is rotatable about the direction of light as an axis.

3. Apparatus according to claim I or 2, characterized in that the thickness of the applied layer is such that the optical path difference at least approximates the N-waves reflected on the top and bottom of the layer is an odd multiple of the wavelength of the light used.

4. Apparatus according to claim I, 2 or 3, characterized in that that as a material for the layer low or high refractive index, the radiation in question preferably non-absorbent substances are used.