DE825755C - Interferometer zur Pruefung optischer Systeme - Google Patents

Interferometer zur Pruefung optischer Systeme

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DE825755C
DE825755C DEP48999A DEP0048999A DE825755C DE 825755 C DE825755 C DE 825755C DE P48999 A DEP48999 A DE P48999A DE P0048999 A DEP0048999 A DE P0048999A DE 825755 C DE825755 C DE 825755C
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DE
Germany
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mirror
interferometer
virtual
plane
optical systems
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Expired
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DEP48999A
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English (en)
Inventor
Dr Gerhard Hansen
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ZEISS OPTON OPTISCHE WERKE
Original Assignee
ZEISS OPTON OPTISCHE WERKE
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

  • Interferometer zur Prüfung optischer Systeme Die Erfindung betrifft ein Interferometer nach Art des Alichelson-Twyman-Interferometers zur Prüfung optischer Systeme.
  • Derartige Prüfeinrichtungen sind an sich bekannt.
  • Sie befriedigen jedoch im Gebrauch nicht immer, da es schwierig ist, die für die Prüfung notwendigen Interferenzerscheinungen genügend kontrastreich und genügend hell zu erhalten. Die Erfindung gibt einen Weg zur Beseitigung dieses Alangels an.
  • Um das Verständnis für die Erfindung zu erleichtern, sei zunächst die grundsätzliche Wirkungsweise eines bekannten Michelson-Twyman-Interferometers an Hand der Fig. I erläutert. Von der mit einer Beleuchtungslinse 2 ausgerüsteten Lichtquelle I trifft ein Lichtstrahl auf einen unter 450 geneigten, halbdurchlässig versilberten Spiegel 3, der den Strahlengang aufteilt. In dem Hauptstrahlengang, der den Spiegel 3 durchsetzt, sind ein zu untersuchendes optisches System 4 und ein Konvexspiegel 5 angeordnet. Der am Spiegel 3 reflektierte Vergleichsstrahl dagegen trifft auf einen ebenen Spiegel 6 auf.
  • Die von den beiden Spiegeln 5 und 6 zurückgeworfenen Strahlen erreichen über den Spiegel 3 das bei 7 vorgesehene, jedoch nicht näher dargestellte Beobachtungsgerät, von wo aus die Interferenzen betrachtet werden.
  • Das zu untersuchende optische System 4 ist im vorliegenden Falle als Sammellinse angenommen.
  • Der Konvexspiegel 5 ist so angeordnet, daß sein Krümmungsmittelpunkt K mit dem hinteren Brennpunkt des Systems 4 zusammenfällt. Dadurch wird erreicht, daß bei der Reflexion keine Strahlenvertauschung stattfindet.
  • Für die theoretische Betrachtung der Wirkungsweise eines solchen Interferometers kann man sich die Anordnung aus dem System 4 und dem Spiegel 5 durch einen Planspiegel ersetzt denken, der am Ort der sogenannten virtuellen Spiegelebene S liegt.
  • Die Lage dieser Ebene ist von den Eigenschaften des Systems 4 sowie vom Krümmungsradius des Spiegels 5 abhängig. Bei einem solchen Ersatz wird offensichtlich am ganzen Strahlenverlauf nichts geändert. Auch der Vergleichsspiegel 6 besitzt eine virtuelle Spiegelebene S', die im vorliegenden Falle aber mit dem Spiegel selbst zusammenfällt, da sich im Vergleichsstrahlengang kein weiteres abbildendes Element befindet.
  • Bei einem solchen Interferometer treten nun bekanntlich zwei verschiedene Interferenzerscheinungen auf, nämlich einmal die sogenannten Lummer-Haidingerschen Ringe (Interferenzkurven gleicher Neigung) und zweitens die Fizeauschen Streifen (Kurven gleicher Dicke). Beim Gebrauch der Einrichtung beschränkt man sich auf die Beobachtung der am Ort der Spiegel auftretenden Fizeauschen Streifen, da diese in erster Linie durch ihre etwaige Verformung Dickenunterschiede anzeigen und so auf Fehler des zu untersuchenden optischen Systems 4 schließen lassen. Damit diese Streifen möglichst kontrastreich, dabei aber doch hell sind, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein. Einmal müssen die optischen Lichtwege, die der Haupt- und der Vergleichsstrahl von dem Teilungsspiegel 3 zum Spiegel 5 bzw. zum Spiegel 6 zurücklegen, gleich sein, und zweitens müssen die Abstände der virtuellen Spiegelebenen S und S' vom Teilungsspiegel 3 ebenfalls gleich sein.
  • Durch Abgleichung der optischen Lichtwege wird der Gangunterschied der Strahlengänge zwischen dem Spiegel 3 und den beiden Spiegeln 5 und 6 genügend klein gehalten, so daß sich die unvermeidliche Inhomogenität der Lichtquelle auf die Deutlichkeit der Streifen nicht auswirkt. Die Abgleichung läßt sich ohne weiteres durch entsprechende Bemessung der Spiegelabstände A und A' erreichen. Diese .Strecken müssen so berechnet werden, daß sie vom Licht in der gleichen Zeit zurückgelegt werden. Da die Lichtgeschwindigkeit in dem optischen System 4 geringer als in Luft ist, wird also die Strecke A' größer sein als die Strecke A. Die Anpassung kann durch entsprechendes Verschieben des Spiegels 6 vorgenommen werden.
  • Durch die Einhaltung der zweiten Bedingung (gleiche Abstände der virtuellen Ebenen) wird erreicht, daß keine Interferenzen gleicher Neigung, also keine Lummer-Haidingerschen Ringe, auftreten können, da beim Zusammenfallen der Bilder der virtuellen Ebenen die auftretenden Gangunterschiede vom Neigungswinkel des Beobachtungsstrahlenganges unabhängig sind. Man kann daher ohne Beeinträchtigung des Kontrastes der Fizeauschen Streifen mit weiten Lichtbüscheln, also großer Helligkeit, arbeiten.
  • Die Abstimmung der virtuellen Ebenen auf gleiche Entfernung läßt sich bei den bekannten Interferometern nicht immer ohne weiteres erreichen. Da nämlich die Abstände A und A', also die Stellung der Spiegel 5 und 6, durch die erste Bedingung (gleiche optische Lichtwege) bereits vorgegeben sind, kann die virtuelle Ebene S nur noch durch entsprechende Wahl des Krümmungsradius des Spiegels 5 in ihrer Lage verändert werden. Abgesehen davon, daß das bei Reihenuntersuchungen verschiedener optischer Systeme 4 umständlich ist und einen großen Zeitaufwand bedeutet, da zu jedem System ein anderer Spiegel notwendig wäre, ist es auch bei vielen optischen Systemen, insbesondere kurzbrennweitigen Linsen, überhaupt unmöglich, einen Krümmungsradius für den Spiegel zu finden, bei dem der Abstand zwischen der virtuellen Spiegelebene S und dem Spiegel 3 gleich A' wird. Man mußte bei den bekannten Anordnungen daher mehr oder weniger verwaschene und dunkle Interferenzbilder in Kauf nehmen, wodurch die Genauigkeit der Prüfmethode naturgemäß erheblich beeinträchtigt wurde.
  • Diese Nachteile werden nun gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Michelson-Twyman-Interferometer dadurch vermieden, daß in dem Vergleichsstrahlengang ein teleskopisches System angeordnet wird. Mit Hilfe dieses Systems kann man ohne Verschiebung des Vergleichsspiegels eine Verlagerung der zugehörigen virtuellen Spiegelebene und damit eine Anpassung von deren Lage an die der virtuellen Spiegelebene des Hauptstrahlenganges erreichen. Um dabei die Lage auch während des Gebrauchs der Einrichtung willkürlich ändern zu können, wird das Teleskopsystem zweckmäßig verschiebbar angeordnet.
  • Das System selbst kann aus zwei Sammellinsen verschiedener Brennweiten oder einer Sammel- und einer Zerstreuungslinse bestehen; der Linsenabstand muß jedoch in beiden Fällen gleich der Summe der Brennweiten sein.
  • In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Der Aufbau entspricht dem an Hand der Fig. I erläuterten. Im Vergleichsstrahlengang ist jedoch das gemäß der Erfindung vorgesehene Teleskopsystem 8 zusätzlich angeordnet.
  • Das System bewirkt, wie dargestellt, eine Verschiebung der virtuellen Spiegelebene S', d. h. des Bildes des Spiegels 6, gegenüber dem Spiegel 6 in eine größere Entfernung vom Spiegel 3. Die Größe und die Richtung der Verschiebung sind von dem Abstand des Teleskopsystems vom Spiegel 6 abhängig.
  • Die Lage von 8 läßt sich ohne weiteres so wählen, daß der Abstand der beiden virtuellen Spiegelebenen S und S' von dem Spiegel 3 gleich groß wird.
  • Die langbrennweitige Linse des Teleskopsystems 8 wird, wie in Abb. 2 dargestellt, zweckmäßig dem Teilungsspiegel zugekehrt. Das hat den Vorteil, daß der Abstand des Spiegels 6 vom Teleskopsystem klein gehalten werden kann und bereits kleine Verschiebungen des Systems 8 große Verlagerungen der virtuellen Spiegelebene S' ergeben.
  • Beim Interferometer nach der Erfindung ist also auch bei Reihenuntersuchungen verschiedener Systeme 4 ein Auswechseln des Konvexspiegels 5 nicht mehr erforderlich. Man braucht lediglich den Spiegel 6 (zur Anpassung der Strecken A und A' aneinander) und das Teleskopsystem 8 (zur Anpassung der Abstände der virtuellen Spiegelebenen S und S') zu verschieben. Durch Verschieben des Teleskopsystems werden dabei die einmal eingestellten Lichtwege A' und A nicht geändert, da es für die Länge der Lichtwege gleichgültig ist, an welcher Stelle zwischen der Teilungsplatte 3 und dem Spiegel 6 sich das System 8 befindet.
  • Die Erfindung kann auch bei Interferometern Anwendung finden, bei denen der Konvexspiegel 5 im Hauptstrahlengang durch einen Planspiegel ersetzt ist. Dadurch ergibt sich allerdings eine Strahlenvertauschung. Damit diese im Vergleichsstrahlengang ebenfalls eintritt, muß dann dort der Spiegel 6 durch die Kombination einer Sammellinse mit einem in deren Brennpunkt angeordneten Planspiegel oder aber durch einen Tripelspiegel ersetzt werden. Grundsätzlich ist auch die Verwendung eines Konkavspiegels an Stelle des Konvexspiegels 5 möglich; jedoch liegt hier die virtuelle Spiegelebene nicht immer günstig. Eine Strahlenvertauschung wird hierbei auch immer vermieden, wenn der Krümmungsmittelpunkt mit dem hinteren Brennpunkt des Systems 4 zusammenfällt.
  • PATENTANSPRCCHE 1. Michelson-Twyman-Interferometer zur Untersuchung optischer Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß im Vergleichsstrahlengang ein Teleskopsystem (8) vorgesehen ist.

Claims (1)

  1. 2. Interferometer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Teleskopsystem (8) verschiebbar angeordnet ist.
    3. Interferometer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die langbrennweitige Linse des Teleskopsystems (8) dem Teilungsspiegel (3) zugekehrt ist.
DEP48999A 1949-07-15 1949-07-15 Interferometer zur Pruefung optischer Systeme Expired DE825755C (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP48999A DE825755C (de) 1949-07-15 1949-07-15 Interferometer zur Pruefung optischer Systeme
GB17566/50A GB680167A (en) 1949-07-15 1950-07-13 Interferometer for testing optical systems

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DEP48999A DE825755C (de) 1949-07-15 1949-07-15 Interferometer zur Pruefung optischer Systeme

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DE825755C true DE825755C (de) 1951-12-20

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ID=7383435

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DEP48999A Expired DE825755C (de) 1949-07-15 1949-07-15 Interferometer zur Pruefung optischer Systeme

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DE (1) DE825755C (de)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1033448B (de) * 1953-09-04 1958-07-03 Lkb Produkter Fabriksaktiebola Osmometer
DE1236232B (de) * 1964-08-04 1967-03-09 Hans Rottenkolber Dipl Ing Dr Vorrichtung zum Messen von optischen Weglaengendifferenzen

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL137421C (de) * 1963-03-06
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GB680167A (en) 1952-10-01

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