DE842856C

DE842856C - Device for detecting the two-dimensional deviations of light from a normal direction using the Schlieren method

Info

Publication number: DE842856C
Application number: DE1949P0039850
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Wolter
Original assignee: DR HANS WOLTER KIEL
Current assignee: DR HANS WOLTER KIEL
Priority date: 1949-04-14
Filing date: 1949-04-14
Publication date: 1952-07-03

Description

Vorrichtung zum Nachweis der zweidimensionalen Abweichungen des Lichtes von einer Normalrichtung unter Verwendung des Schlierenverfahrens Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, durch die unter Verwendung des Schlierenverfahrens die Ablenkungen des Lichtes gegenüber einer definierten Normalrichtung kenntlich gemacht werden, die irgendwelche Stellen eines lichtdurchlässigen Prüfobjekts, z. B. einer Glasplatte, einer Filterplatte, einer Linse, hervorrufen. Diese Ablenkung kann nach zwei Dimensionen geschehen, läßt sich daher auch nur durch mindestens zwei Zahlenangaben kontinuierlich und vollständig beschreiben.Device for the detection of the two-dimensional deviations of the light from a normal direction using the Schlieren method The invention refers to a device made by using the Schlieren method the deflections of the light in relation to a defined normal direction can be seen be made, which any places of a translucent test object, z. B. a glass plate, a filter plate, a lens cause. That distraction can happen in two dimensions, so it can only be done through at least describe two figures continuously and completely.

Unter den bekannten Schattenschlierenverfahren lassen einige sowohl die Richtung als auch den Betrag der Ablenkung messen, haben aber zum Teil den Nachteil einer nicht eindeutigen und scharfen Zuordnung zwischen der Ablenkung und dem Ort im Objekt, der die Ablenkung hervorruft, und zum anderen Teil den Nachteil einer gitterartigen Aufteilung des Objekts und damit den Verlust der Kontinuität').Among the well-known shadow streak methods, some leave both measure the direction and the amount of deflection, but sometimes have the disadvantage an ambiguous and sharp association between the distraction and the location in the object that causes the distraction, and on the other hand the disadvantage of a lattice-like division of the property and thus the loss of continuity ').

Zuordnung und Kontinuität sind dagegen bei den Schlierenverfahren gesichert, die das Objekt auf die Beobachtungsebene abbilden; bei diesen ist jedoch 1) Hubert Seh@irdin. A)ie Schlierenverfahren und ihre Anwendungen«, Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften, 20. IM -, 8. 311:11 11942 1, s. 8. 3:18 und 362. die gleichzeitige Erkennbarkeit beider Dimensionen der Ablenkung, also z. B. Betrag und Richtung, ein ungelöstes Problem. Die bekannten Verfahrene) bestimmen meist zunächst nur eine Komponente der Ablenkung; die zweite wird dann nötigenfalls durch eine Wiederholung des Verfahrens nach Drehung des Objekts oder wesentlicher Teile der Apparatur nachträglich gemessen. Andere Verfahren begnügen sich nur mit der Feststellung des Ablenkungsbetrages und verzichten auf die Messung der Ablenkrichtung.Allocation and continuity, on the other hand, are ensured with the Schlieren method, which depicts the object on the observation plane; in these, however, there is 1) Hubert Seh @ irdin. A) he Schlieren method and its applications «, Results of the exact natural sciences, 20. IM -, 8 . 311: 11 11 942 1 , p. 8 . 3:18 and 362. the simultaneous recognizability of both dimensions of distraction, e.g. B. Amount and direction, an unsolved problem. The well-known procedures usually initially determine only one component of the distraction; the second is then measured afterwards, if necessary, by repeating the procedure after rotating the object or essential parts of the apparatus. Other methods are satisfied only with determining the amount of deflection and dispense with measuring the direction of deflection.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Ablenkungen bezüglich beider Dimensionen dadurch mit einem Blick erkennbar, daß Farbtonänderungen die Ablenkung in der einen Dimension und Änderungen in der Helligkeit oder dem Sättigungsgrad der Farbe die in der anderen Dimension anzeigen.In accordance with the present invention, the distractions are related to both dimensions can be recognized at a glance that changes in color tone the Distraction in one dimension and changes in brightness or saturation the color shown in the other dimension.

Die Verwendung der Färbe im Schlierenverf ahren ist zwar schon von S c h a r d i n 3) angegeben worden, nicht aber in der erfindungsgemäß vorgesehenen Weise und zu dem gleichen Zweck, sondern stets nur im Zusammenhang mit einer eindimensionalen Kennzeichnung. Änderungen der Helligkeit und der Farbe bezogen sich bei S c h a r d i n sets auf die gleiche lineare Ablenkung.The use of the dye in the Schlieren process is already from S c h a r d i n 3) has been specified, but not in the one provided according to the invention Way and for the same purpose, but always only in connection with a one-dimensional Labelling. Changes in brightness and color were related to S c h a r d i n sets to the same linear deflection.

Die Vorrichtung ge_rrtäß der ,Erfindung sei an einem Beispiel erläutert.The device according to the invention will be explained using an example.

In Fig. i bezeichnet a eine von links beleuchtete Kreisblende. die, aus der optischen Achse gesehen, einen Anblick nach Fig. 2 zeigen würde. Sie befindet sich in der linksseitigen Brennebene des Kondensators b, der jedes von einem Punkte der Blende a ausgehende Lichtbündel in ein Parallelstrahlenbündel umwandelt. Dieses Lichtquellendiaphragma a kann statt kreisförmig auch dreieckig sein oder eine beliebige andere Form besitzen. Auf dem Objekttisch liegt ein durchsichtiges Schlierenobjekt c, z. B. ein Objektträger mit aus der Mutterlauge auskristallisierenden Kristallen oder einer Glasplatte mit mehr oder weniger großen Abweichungen von der Planparallelität der Flächen oder von der Homogenität des Materials.In Fig. I, a denotes a circular diaphragm illuminated from the left. which, viewed from the optical axis, would show a view according to FIG. It is located in the left-hand focal plane of the condenser b, which converts each light beam emanating from a point on the diaphragm a into a parallel beam. This light source diaphragm a can also be triangular instead of circular or have any other shape. A transparent Schlieren object c, z. B. a slide with crystals crystallizing out of the mother liquor or a glass plate with more or less large deviations from the plane parallelism of the surfaces or from the homogeneity of the material.

Das Objektiv d bildet (Jas Objekt c auf die Beobachtungsebene f ab, und das so entstehende Bild gibt ohne weiteres keinen Aufschluß über die Schlieren, Kristallflächen od. ähnl. Doch genügt bekanntlich die Anbringung einer Messerschneide in der bildseitigen Brennebene e des Objektivs nach dem Vorgangs T o e p 1 e r s , um die Schlieren durch Hell- oder Dunkelschattierungen im Bilde sichtbar zu machen. Die obengenannten prinzipiellen Mängel dieses und eines jeden nur mit Helligkeitsunterschieden arbeitenden Schlierenverfahrens werden nur dadurch behoben, daß in der bildseitigen Brennebene e das Objektiv statt der Toeplerschen Schneide erfindungsgemäß eine Farbfelderplatte s angebracht ist, die zweckmäßig aus mindestens drei Sektoren (rot, grün, blau) zusammengesetzt ist, da zwei Farbsektoren keine eindeutige Kennzeichnung gestatten. Vorzugsweise verwendet man eine dem Ostwaldschen Farbenkreis entsprechende, mehr oder weniger kontinuierliche Sektorteilung in Rot, Orange, Gelb, Gelbgrün, Blaugrün, Violett und Purpur, wie sie Fig. 3 beispielsweise zeigt.The objective d images (Jas object c onto the observation plane f, and the resulting picture does not give any information about the streaks, Crystal faces or similar. However, as is well known, it is sufficient to attach a knife edge in the image-side focal plane e of the objective after the process T o e p 1 e r s to make the streaks visible through light or dark shades in the image. The above-mentioned basic defects of this and of each only with differences in brightness working Schlieren process can only be remedied by the fact that in the image-side Focal plane e the lens instead of Toepler's cutting edge, according to the invention, a color field plate s is attached, which expediently consists of at least three sectors (red, green, blue) is composed, since two color sectors do not allow unambiguous identification. It is preferable to use a color circle that corresponds more to Ostwald's color circle or less continuous sector division in red, orange, yellow, yellow-green, blue-green, Violet and purple, as shown in FIG. 3, for example.

Solange kein Objekt auf dem Objekttisch liegt, wird die das Lichtquellendiaphragma darstellende Kondensorblende a durch den Kondensor b und das Objektiv d scharf in die Ebene e als Kreis abgebildet. Die Farbfelderplatte s sei in der Ebene e symmetrisch zu diesem Kreise justiert, so daß durch die Farbenmischung das gesamte Gesichtsfeld der Beobachtungsebene f gleichmäßig weiß erscheint.As long as there is no object on the object table, the condenser diaphragm a representing the light source diaphragm is imaged sharply in plane e as a circle by the condenser b and the objective d. Let the color field plate s be adjusted symmetrically to this circle in the plane e, so that the entire field of view of the observation plane f appears uniformly white due to the mixing of colors.

Legt man nun auf den Objekttisch z. B. eine Glasplatte, deren begrenzende Ebenen einen Keilwinkel einschließen, und lenkt diese Platte das Licht infolge dieses Keilwinkels z. B. nach oben ab, so wird das Kreisbild der Kondensorblende a nun auf der Farbfelderplatte s nach oben verschoben, und das Licht passiert daher einen im Mittel roten Bereich, wie die Fig.4 andeutet. Die prismatische Glasplatte wird also rin diesem Falle purpurrot auf der Beobachtungsebene f abgebildet werden, und zwar wird die Farbe um so gesättigter erscheinen, je mehr das Blendenbild aus der Symmetrielage verschoben wurde, d. h. je stärker die Glasplatte das Licht aus seiner ursprünglichen Richtung, in Fig. i und 4 gestrichelt, ablenkt.If you now place on the object table z. B. a glass plate, the limiting Planes enclose a wedge angle, and this plate directs the light as a result of this Wedge angle z. B. upwards, the circular image of the condenser diaphragm is now a shifted upward on the color field plate s, and the light therefore passes one in the middle red area, as Fig. 4 indicates. The prismatic glass plate will so r in this case are depicted in purple on the observation plane f, and Although the color will appear more saturated, the more the aperture image is out of the The symmetry position has been shifted, d. H. the stronger the glass plate the light from its original direction, dashed in Fig. i and 4, deflects.

Eine zweite z. B. nach unten ablenkende Glasplatte, die neben die erste Platte auf den. Objekttisch gelegt wird, muß in entsprechender Weise grün Farben abgebildet werden, und eine Platte mit Bezirken, die das Licht verschieden ablenken, wird ein vielfarbiges Bild ergeben, dessen Farbton an jeder Stelle die Richtung und dessen Farbsättigung die Größe jener Ablenkung für die entsprechende Objektstelle kennzeichnet. Die Farbfelderplatte s ist zweckmäßig so zu justieren, daß ihr Zentrum annähernd mit dem Schwerpunkt des Lichtquellendiaphragmenbildes zur Deckung kommt. Wird nun auf der Farbfelderplatte s das Bild des Lichtquellendiaphragmas a, das bei der normalen Lichtrichtung vorläge, durch eine zusätzliche, der Größe des Lichtquellendiaphragmenbildes genau angepaßte und lichtundurchlässige Scheibe abgedeckt, so werden. in der Beobachtungsebene die Teile des Objekts um so heller abgebildet, je mehr sie das Licht aus der Normalrichtung ablenken, und zwar jeweils in einer anderen Farbe, die erkennen läßt, in welcher Richtung die Ablenkung aus der Normalrichtung geschieht. Die Normalrichtung selbst wird durch Dunkelheit angezeigt.A second z. B. downward deflecting glass plate next to the first plate on the. Object table is placed, must be green in a corresponding way Colors are mapped, and a plate with districts that differentiate the light distract, will result in a multicolored picture, the hue of which at every point the Direction and its color saturation the size of that deflection for the corresponding Identifies object location. It is advisable to adjust the color field plate s in such a way that that its center is approximately with the focus of the light source diaphragm image comes to cover. The image of the light source diaphragm will now appear on the color field plate a, which would exist with the normal direction of light, by an additional one, the size the light source diaphragm image precisely adapted and opaque disc covered so be. in the observation plane, the brighter the parts of the object shown, the more they deflect the light from the normal direction, in each case in a different color, which shows in which direction the deflection is from the normal direction happens. The normal direction itself is indicated by darkness.

Verzichtet man auf das Abdecken des Lichtquellendiaphragmenbildes, so läßt der Sättigungsgrad des Farbtons die Größe und die Farbe selbst die Richtung der ,Ablenkung erkennen. Die Normalrichtung ist bei dieser Ausführungsform durch neutrales Weiß kenntlich. Diese Ausführung zeichnet sich durch größere Einfachheit und bessere Aus-2) Hubert Schardin, »Die Schlierenverfahren und ihre Anwendungene, Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften, 20. Bd., S. 303 [1942], e. S. 316 ff. .If you do not cover the light source diaphragm image, thus the degree of saturation of the hue leaves the size and the color itself leaves the direction the, recognize distraction. The normal direction is through in this embodiment neutral white recognizable. This design is characterized by greater simplicity and better Aus-2) Hubert Schardin, »The Schlieren process and its applications, Results of the exact natural sciences, 20th volume, p. 303 [1942], e. P. 316 ff. .

3) Ebenda S. 343 bis 347. nutzung der Apertur aus; das ist besonders für die mikroskopische Anwendung wichtig.3) Ibid, pp. 343 to 347. use of the aperture; this is particularly important for microscopic applications.

Die vorbeschriebene Ausführung erfaßt die beiden Dimensionen der Ablenkung durch Polarkoordinaten. Entsprechend einer Koordinatentransformation kann die Vorrichtung auf beliebige Koordinatensysteme übertragen werden. Durch die entsprechende Ausführung der Farbfelderplatte resultieren Ausführungsformen,, die im Grundprinzip alle miteinander übereinstimmen.The embodiment described above covers the two dimensions of deflection by polar coordinates. According to a coordinate transformation, the device can can be transferred to any coordinate system. Through the appropriate execution The color field plate results in embodiments, which in the basic principle all with one another to match.

In welcher Weise außerdem auch durch Änderung des Lichtquellendiaphragmas nach Abwandlungen der Einrichtung möglich sind, mag unter Beibehalten der Polarkoordinaten an einem Beispiel beleuchtet werden. Lichtquellendiaphragma sei das Äußere eines Kreises, eines Dreiecks oder eines anderen einfach zusammenhängenden Gebietes. Die Farbfelderplatte «-erde so ausgebildet, daß die Normalrichtung durch Weiß gekennzeichnet ist. Alsdann ist die Ablenkung wieder durch die Änderung des Farbtons bzw. der Farbtiefe oder die Helligkeit bei Abdecken eines Teiles der Farbfelderplatte empfindlich wahrnehmbar.In which way also by changing the light source diaphragm after modifications of the device are possible, may while maintaining the polar coordinates can be illuminated with an example. Light source diaphragm is the exterior of one Circle, triangle or any other simply connected area. the Color field plate «earth designed so that the normal direction is indicated by white is. Then the distraction is again due to the change in the color tone or the color depth or the brightness can be perceived sensitively when a part of the color field plate is covered.

Selbstverständlich können, wie bei jedem abbildenden Schlierenverfahren, aus dem beschriebenen Beispiel neue Ausführungsformen der gleichen Art gewonnen werden, wenn Lichtquellendiaphragma und Farbfelderplatte ihren Ort austauschen. Ferner kann oft auf jedes Lichtquellendiaphragma überhaupt verzichtet werden und statt dessen die Lichtquelle selbst oder ein scharfes oder ein unscharfes Bild derselben oder überhaupt ein irgendwie begrenzter beleuchteter Bezirk benutzt werden. Es liegt gerade im Wesen der Farbempfindlichkeit des Auges, daß selbst einfachste Ausführungsformen des Schlierenverfahrens noch zu sehr guten und auch für quantitative Untersuchungen brauchbaren Resultaten führen. Messungen der Ablenkrichtung können z. 13. so vorgenommen werden, daß das Objekt oder auch die Farbfelderplatte meßbar gedreht werden, bis ein bestimmter, empfindlich wahrnehmbarer Farbumschlag eintritt.Of course, as with any imaging Schlieren process, new embodiments of the same type obtained from the example described when the light source diaphragm and color field plate change their place. Furthermore, every light source diaphragm can often be dispensed with and instead, the light source itself or a sharp or a blurred image of it or any limited lighted district at all. It lies precisely in the essence of the color sensitivity of the eye that even the simplest embodiments The Schlieren method is still too good and also for quantitative investigations lead to useful results. Measurements of the deflection direction can e.g. 13. so made be that the object or the color field plate are rotated measurably until a certain, sensitively perceptible color change occurs.

Der Anwendungsbereich der Vorrichtung umfaßt alle Aufgaben, bei denen die Ablenkung des Lichtes Gegenstand der Untersuchung ist, speziell alle solchen, hei denen Schlierenverfahren überhaupt einsetzbar sind.The scope of the device includes all tasks in which the deflection of light is the subject of investigation, especially all those where Schlieren processes can be used at all.

Besondere Bedeutung hat die Anwendung auf die Mikroskopie. Wird beispielsweise in die hintere Brennebene des Objektivs eine Farbfelderplatte, vorzugsweise eine Farbsektorplatte, gesetzt, so werden die Prüfobjekte farbig abgebildet; insbesondere sind bei zweckmäßiger Beleuchtungsapertur Bilder von Kristallen zu erhalten, die über die Lage jeder einzelnen Kristallfläche Aufschluß aus der Farbe und ihrem Sättigungsgrad geben und die u. a. die Parallelverschiebung der Flächen bei dem Kristallwachstum scharf nachweisen lassen.The application to microscopy is of particular importance. For example in the rear focal plane of the lens a color field plate, preferably one Color sector plate, set, the test objects are shown in color; in particular If the illumination aperture is appropriate, images of crystals can be obtained which Information about the position of each individual crystal surface from the color and its degree of saturation give and the i.a. the parallel displacement of the surfaces during crystal growth can be shown sharply.

Die Farbfelderplatte kann auch unter dem Prüfobjekt, etwa in der unteren Brennebene des Kondensors, oder auch zwischen Mikroskop und Mikroskopierlampe, ja sogar in der Mikroskopierlampe ohne Veränderung des Mikroskops selbst eingesetzt werden, ohne daß die wesentlichen Wirkungen verlorengehen. Manchmal ist es nützlich, die Apertur des Mikroskopobjektivs zu begrenzen oder bei Verwendung der Farbfelderplatte im Objektiv selbst die Beleuchtungsapertur klein zu halten. Doch ist das für die Güte der Messung meist nicht wesentlich.The color field plate can also be placed under the test object, for example in the lower one The focal plane of the condenser or between the microscope and the microscope lamp, yes even used in the microscope lamp without changing the microscope itself without losing the essential effects. Sometimes it is useful to limit the aperture of the microscope objective or when using the color field plate to keep the illumination aperture small in the lens itself. But that's for them The quality of the measurement is usually not essential.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for detecting the two-dimensional deviations of light from a normal direction using the Schlieren method, characterized in that a color field plate is used as the Schlieren diaphragm, such that the deviation in one slide, e.g. B. Direction, by changing the hue and in the second dimension, e.g. B. The size of the deviation can be identified by changes in brightness or changes in the degree of color saturation.

2. Device according to claim i, characterized in that the color field plate in at least two, preferably is divided into three or more color filter sectors.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the originally deflected image of the light source diaphragm is covered in the plane of the color field plate.

4. Apparatus according to claim i and 2, characterized in that the light source diaphragm and the color field plate are locally interchangeable.

5. Apparatus according to claim i to 4, characterized characterized in that the color field plate without an upstream or downstream light source diaphragm is arranged in the beam path.

6. Apparatus according to claim i to 5, characterized by using it in conjunction with a microscope.

7. Device according to claims i to 6, characterized in that the color filter plate and or or the test object are rotatably arranged.