DE819925C - Schlierenverfahren - Google Patents

Schlierenverfahren

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DE819925C
DE819925C DEP39552A DEP0039552A DE819925C DE 819925 C DE819925 C DE 819925C DE P39552 A DEP39552 A DE P39552A DE P0039552 A DEP0039552 A DE P0039552A DE 819925 C DE819925 C DE 819925C
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DE
Germany
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light source
phase
schlieren
diaphragm
light
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Expired
Application number
DEP39552A
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English (en)
Inventor
Hans Dr Wolter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Original Assignee
Ernst Leitz Wetzlar GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/50Optics for phase object visualisation
    • G02B27/54Schlieren-optical systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

  • Schlierenverfahren Die Erfindung dient einer genaueren Vermessung von Schlieren. S c h a r d i n 1) bezeichnet als Schliere "die Ursache für jede auf ein verhältnismäßig kleines Gebiet beschränkte irreguläre Ablenkung des Lichtes" und beschreibt eine große Zahl von Verfahren, Schlieren sichtbar zu machen. Unter den das Objekt auf die Beobachtungsebene abbildenden Verfahren sind besonders das Toeplersche Schlierenverfahren und das Gitterblendenverfahren für quantitative Untersuchungen geeignete). Hierbei wird von dem Lichtquellendiaphragma, d. h. einer Blendeneinrichtung, wie Spalt, Kreisblende, Dreiecksblende, ?Messerschneide o. ä., das sich zwischen Lichtquelle und Objekt befindet, oder ausnahms-1) H. Schardin, die Schlierenverfahren und ihre Anwendungen. Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften, XX, S. 303 ff Berlin 1942-2) Zernike, Monthly Notices of RA S. 94; 1934 Nr. 5, S. 374-384 weise auch von der endlich ausgedehnten Lichtquelle selbst auf einer Ebene zwischen dem Objekt und seinem Bild ebenfalls ein Bild entworfen und mittels einer Schlierenblende (Messerschneide, Spalt, Steg oder Gitter) so verändert, daß in der Beobachtungsebene statt des sonst gleichmäßig hellen und keine Schlieren aufzeigenden Bildes des Objekts nun eine Hell-Dunkel-Verteilung entsteht, die über die Ablenkung des Lichtes von einem Normalwert durch Helligkeitsunterschiede Aufschluß gibt.
  • Insbesondere entsteht auf diese Weise bei spaltffirmigem Lichtquellendiaphragma und einer hierzu parallelen Messerschneide als Schlietenblende eine Hell-Dunkel-Grenze, die als Kurve alle die Punkte des Objekts miteinander verbindet, deren Lichtablenkung gleiche Komponente senkrecht zur Spaltrichtung; hat; jede solche Kurve wird nach Lochte-Holtgreven als Isokampte bezeichnet. Verschiebt man die Schlierenblende parallel, so werden . nacheinander alle Isokampten des Objekts abgebildet.
  • Diesem und den anderen bekannten Verfahren haftet aber ein wesentlicher Mangel insofern an, als die Isokampten so nur mit einer sehr begrenzten Genauigkeit gemessen werden können; denn die Hell-Dunkel-Grenze ist nicht scharf, sondern zeigt eine Lichtverteilung, wie sie von der Fresnelschen Beugung an der Schirmkante bekannt ist. S c h a r -d i n photometriert zur Genauigkeitssteigerung die Lichtverteilung und sieht die Kurven gleicher Helligkeit (Isophoten) als Isokampten an. Doch hat das bald eine Grenze, da die photometrischen Meßfehler und die Unregelmäßigkeiten in der Lichtverteilung, Streulicht u. ä., sich bei der geringen Flankensteilheit des Helligkeitsabfalles stark auswirken. Nur wenig besser ist das bei den Verfahren, die als Schlierenblende einen Spalt oder einen schmalen Steg oder beides kombiniert als Gitterschlierenblende verwenden.
  • Dieser Mangel wird in annähernd vollkommener Weise dadurch überwunden, daß statt der bekannten Schlierenblende gemäß der Erfindung ein i8o°-Phasenschieber benutzt wird. Dadurch wird die abzubildende Isokampte als völlig schwarze und scharfe Linie in einem beiderseits hellen Bereich abgebildet. Der Helligkeitsanstieg zu Seiten der Isokampte hat den höchsten überhaupt erreichbaren Wert und ist so groß, daß bei hinreichend langer Belichtungszeit sogar eine beliebig scharfe Abbildung, d. h. beliebig schmaler Graubereich zu beiden Seiten der Isokampte, möglich wird. Begrenzt wird die Meßgenauigkeit nur noch durch das natürlich nicht ganz vermeidbare Streulicht. In der Praxis kann die Meßgenauigkeit ohne Schwierigkeiten um eine Größenordnung und mehr gegenüber den bekannten Verfahren erhöht werden.
  • Sind viele Isokampten mit diesem Verfahren unter jeweiligem seitlichem Verschieben des Phasenschiebers nacheinander auf verschiedenen Stellen des Films aufgenommen, so lassen sich diese alle bei der Vergrößerung oder Kopie auf das gleiche Positiv bringen, da das Negativ jeweils nur längs der Isokampte lichtdurchlässig ist. Im Gegensatz zu den Schneidenverfahren läßt dieses Verfahren also schnell und genau einen Überblick über die Isokampten nach der Art von Höhenschichtlinien zu.
  • Ein Gitter mit Spalten, die abwechselnd dem Licht die Phasen o° und i8o° aufprägen, bringt dasselbe bereits bei einer einzigen Aufnahme hervor, gibt aber oft nicht so vollkommene Minima. Dieses Phasengitterverfahren ist die entsprechende Abwandlung des einfachen Minimumverfahrens, wie das bekannteGitterschlierenverfahren eineAbwandlung des Schneiden- oder des Spalt- oder des Steg-Verfahrens ist.
  • Auf den ersten Blick erscheinen das Phasengitterverfahren und das Gitterschlierenblendenverfahren kaum verschieden, da in beiden Fällen Maxima und Minima miteinander abwechseln, doch sind die Minima des gewöhnlichen Gitterschlierenverfahrens nicht scharf; vielmehr gibt jeder Steg der Schlierenblende als Fresnelsches Beugungsbild zwei nicht auf Null herabziehende, relativ flache Minima, zwischen denen sich ein sehr flaches Maximum befindet; die Flankensteilheit ist begrenzt. Erst durch die Gegenphasigkeit beider Durchlässigkeitsbereiche zu seiten eines Steges wandelt sich die Erscheinung zu einem einzigen, auf Null herabziehenden nlinimum zwischen zwei hellen Gebieten unbegrenzter Flankensteilheit.
  • EinerBeschreibung bedarf noch der 18o'-Phasenschieber selbst. `'Wird als Lichtquellendiaphragma ein Spalt benutzt, so ist gemäß der Erfindung eine Schlierenblende einzusetzen, die das Licht auf der einen Seite einer zum Spaltbild parallelen Geraden um 18o° in Phase dreht gegenüber dem Licht der anderen Seite; jede Vorrichtung, die das bewirkt, sei im Sinne der Erfindung als i8o°-Phasenschieber bezeichnet. Realisiert wird er zum Beispiel mittels einer Glasplatte, die auch durch eine Platte aus irgendeinem anderen durchsichtigen Material ersetzt werden kann, die zum Teil mit einer dünnen durchsichtigen Schicht, z. B. eines Lackes, bedeckt ist; dasselbe läßt sich erreichen mit zwei aneinandergesetzten durchsichtigen Platten, die sich ein wenig in der Dicke unterscheiden. Sehr gut ist auch ein Spiegel zu verwenden, der entweder auf der einen Hälfte mit einer dünnen Schicht durchsichtigen Materials belegt ist oder der aus einer ebenen Fläche dadurch entsteht, daß zunächst ein Teil der Fläche belegt und dann die gesamte Fläche verspiegelt wird (Phasenspiegel). Sehr gut verwendbar ist auch ein Phasenschieber aus zwei Platten, die, mit einer Kante aneinanderstoßend, gemeinsam so auf einen Rahmen gekittet werden, daß ihre Ebenen einen Winkel von fast i8o° miteinander bilden. Das Plattenpaar wird dann vorzugsweise so montiert, daß es gemeinsam um eine in der Trennkante beides Platten liegende vertikale Achse drehbar ist. Wird dieser Phasenschieber gedreht, so ändert sich die Phasenbeziehung zwischen den Wellen, die die eine Platte durchsetzen, gegenüber denen, die durch die andere Platte gingen, in jeder gewünschten Weise. Die Eichung kann zweckmäßig empirisch geschehen. Zur Verwendung im vorliegenden Falle gemäß der Erfindung ist die Phasenverschiebung auf i8o° einzustellen.
  • Da man dem Lichtquellenspalt eine endliche Breite geben muß, wird zweckmäßig auch in der als Schlierenblende eingesetzten Phasenplatte ein Streifen von der Breite des Lichtquellenspaltbildes längs der Trennkante beider Phasengebiete abgedeckt; oft kann darauf verzichtet werden.
  • Statt eines Spaltes kann natürlich auch ein anders geformtes, z. B. ringförmiges Lichtquellendiaphragma verwendet werden. Die Schlierenblende ist dann entsprechend, z. B. als Ring, dessen Inneres das Licht um i8o° gegen den Außenteil verschiebt, auszuführen. Erwähnt sei noch, daß, wie bei jedem Schlierenverfahren, ein gegenseitiges Vertauschen des Ortes des Lichtquellendiaphragmas und der Schlierenblende grundsätzlich auch hier möglich ist.
  • Wie jedes Schlierenverfahren kann auch das Minimumschlierenverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Mikroskop übertragen werden; es ist dazu nur erforderlich, eine entsprechende Phasenplatte in die Bildebene des Lichtquellendiapliragmas, vorzugsweise also in die hintere Brennehene des Mikroskopobjektivs zu setzen.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schlierenverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß statt der gebräuchlichen Schlierenblznde in der Bildebene des Lichtquellendiaphragmas ein optischer Phas;nschielkr, vorzugsweise eine i8o°-Phaseiihlatte oder ein iSo°-Phasenspiegel, eingesetzt wird, der einen Teil des Lichtes gegen einen anderen Teil um i8o° in Phase verschiebt.
  2. 2. Schlierenverfahreti nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß es im Mikroskop angewandt wird durch Einschaltung einer i8o°-Phasenplatte in die Bildebene des Lichtquellendiaphragmas, vorzugsweise in die hintere Brennebene des Mikroskopobjektivs.
  3. 3. Schlierenverfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Phasenschieber außer Vorrichtungen zur i8o°-Phasenverschiebung auch absorbierende Stoffe, vorzugsweise einen zum Bilde des Lichtquellendiaphragmas kongruenten absorbierenden Streifen. enthält. .
  4. 4. Schlierenverfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Phasenschieber und das Lichtquellendiaphragma untereinander ortsaustauschbar sind.
  5. 5. Schlierenverfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtquellendiaphragma durch die natürlichen Abmessungen der Lichtquelle oder durch ein Bild derselben ersetzt wird.
DEP39552A 1949-04-12 1949-04-12 Schlierenverfahren Expired DE819925C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2850940A (en) * 1955-04-28 1958-09-09 Perkin Elmer Corp Device to measure refractive index gradient
US3004466A (en) * 1957-07-05 1961-10-17 Sandoz Ltd Optical apparatus with phase plate for the production of the first derivatives of refractive index gradients and a zero line
WO1981002635A1 (en) * 1980-03-10 1981-09-17 Magyar Optikai Muevek Unified schlieren-interference apparatus,especially for ultracentrifuges

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WO1981002635A1 (en) * 1980-03-10 1981-09-17 Magyar Optikai Muevek Unified schlieren-interference apparatus,especially for ultracentrifuges

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