DE1271420B - Two-beam interferometer - Google Patents

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Deutsche KL: 42 h-34/11 German KL: 42 h -34/11

1271420
P 12 71 420.4-51
10. Februar 1966
27. Juni 19681271420
P 12 71 420.4-51
February 10, 1966
June 27, 1968

ZweistrahlinterferometerTwo-beam interferometer

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweistrahlinterferometer, das in dem einen Teilstrahlengang ein Testmittel und in dem anderen Teilstrahlengang ein Vergleichsmittel enthält und bei dem aus der infolge der unterschiedlichen Beeinflussung der Strahlengänge auftretenden Verschiebung eines in einem Okular sichtbaren Interferenzstreifensystems mit nur einem schwarzen Interferenzstreifen gegenüber einer festen Bezugsmarke der Meßwert ermittelt wird.The invention relates to a two-beam interferometer, which is a part of the beam path Test means and in the other partial beam path contains a comparison means and in which from the as a result the different influencing of the beam paths occurring displacement of one in one Ocular visible interference fringe system with only one black interference fringe opposite one fixed reference mark the measured value is determined.

Bekanntlich werden zur Analyse von Flüssigkeiten und Gasen Interferometer benutzt, bei denen das Interferenzstreifensystem ein ausgeprägtes, breites Maximum nullter Ordnung besitzt, das bei guter Ausleuchtung von zwei wesentlich schmaleren Minima erster Ordnung flankiert ist, die in der Regel zur Messung der Streifenverschiebung verwendet werden, Wird die Streifenverschiebung nicht rückgängig gemacht, sondern direkt abgelesen, so gibt das gleiche Aussehen der beiden Minima erster Ordnung zu ihrer Verwechslung im Verlauf der Messung und damit zu ao Fehlmessungen Anlaß. Diesem Mangel wird in einem weiterhin bekannten Interferometer durch Vorsehung besonderer Spiegelschichten und zusätzlicher Reflexionen begegnet, wodurch zwischen die beiden interferierenden Teilstrahlengänge ein definierter Gangunterschied von λ/2 eingeführt wird. Der Nachteil dieses Interferometers liegt in der Notwendigkeit der Verwendung zusätzlicher optischer Mittel zur Erzeugung eines definierten Gangunterschiedes.It is known that interferometers are used for the analysis of liquids and gases, in which the interference fringe system has a pronounced, broad maximum of the zeroth order, which is flanked by two much narrower minima of the first order when the illumination is good, which are usually used to measure the fringe displacement If the strip shift is not reversed, but read directly, the same appearance of the two first-order minima leads to their confusion in the course of the measurement and thus to incorrect measurements. This deficiency is counteracted in a further known interferometer by providing special mirror layers and additional reflections, whereby a defined path difference of λ / 2 is introduced between the two interfering partial beam paths. The disadvantage of this interferometer is the need to use additional optical means to generate a defined path difference.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zweistrahlinterferometer zu schaffen, dessen Interferenzstreifensystem einerseits nur einen schwarzen Interferenzstreifen enthält und das andererseits hierzu keines Aufwandes an zusätzlichen, mit erheblicher Genauigkeit herzustellenden optischen Gliedern bedarf. The invention is based on the object of creating a two-beam interferometer and its interference fringe system on the one hand only contains a black interference fringe and on the other hand for this purpose requires no expenditure on additional optical members to be produced with considerable accuracy.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die optische Achse des Okulars gegenüber der Achse des Interferometers in einer zu den Interferenzstreifen zumindest annähernd rechtwinkligen Ebene verschoben ist, daß die chromatische Vergrößerungsdifferenz des Okulars von Null verschieden ist und daß das Produkt aus Okularverschiebung und Vergrößerungsdifferenz bei gleichbleibendem Kontrast des schwarzen Interferenz-Streifens konstant ist. Unter Verschiebung soll dabei sowohl eine Schwenkung als auch eine Parallelversetzung der optischen Achse des Okulars verstanden werden. Die Achromasie nur eines Minimums erster Ordnung tritt auch ein, wenn die Verschiebung aus Schwenkung und Parallelversetzung kombiniert ist.
Die Verschiebung der Okularachse und die chro-Anmelder: According to the invention, the object is achieved in that the optical axis of the eyepiece is shifted relative to the axis of the interferometer in a plane at least approximately at right angles to the interference fringes, that the chromatic magnification difference of the eyepiece is different from zero and that the product of the eyepiece displacement and The difference in magnification is constant while the contrast of the black interference fringe remains the same. Displacement should be understood to mean both a pivoting and a parallel offset of the optical axis of the eyepiece. The achromatism of only a minimum of the first order also occurs when the displacement from pivoting and parallel displacement is combined.
The shift of the ocular axis and the chro-notifier:

Jenoptik Jena G. m. b. H.,Jenoptik Jena G. m. B. H.,

Jena, Carl-Zeiss-Str. 1Jena, Carl-Zeiss-Str. 1

Als Erfinder benannt:
Dr. Wolfgang Nebe, JenaNamed as inventor:
Dr. Wolfgang Nebe, Jena

matische Vergrößerungsdiflerenz beeinflussen einander. Je größer die chromatische Vergrößerungsdifferenz ist, desto kleiner kann innerhalb gewisser Grenzen die Verschiebung bei konstantem Abstand der Interferenzstreifen sein. Andererseits muß bei einer bestimmten chromatischen Vergrößerungsdifferenz die Verschiebung der Okularachse geändert werden, wenn der Abstand der Interferenzstreifen verändert wird, und zwar muß beim Vergrößern des Abstandes der Verschiebungsbetrag ebenfalls vergrößert werden. Der Verschiebungsbetrag läßt sich in Abhängigkeit von der chromatischen Vergrößerungsdifferenz und dem Streifenabstand in einfacher Weise empirisch ermitteln. Beträgt beispielsweise der Abstand der Interferenzstreifen in der Okularbildebene 0,4 mm, so ist bei einer Okularverschiebung von 2 mm und einer chromatischen Vergrößerungsdifferenz von 3% nur ein Minimum erster Ordnung achromatisch. Um das Interferometer unterschiedlichen Streifenabständen anpassen zu können, sind geeignete Justiermöglichkeiten vorgesehen.matic magnification diflerence affect each other. The greater the chromatic magnification difference, the smaller it can be within a certain Limits the shift at a constant spacing of the interference fringes. On the other hand, at a certain chromatic magnification difference the displacement of the ocular axis can be changed, if the spacing of the interference fringes is changed, namely, when increasing the spacing the shift amount can also be increased. The shift amount can be dependent on from the chromatic magnification difference and the fringe spacing in a simple manner determine empirically. For example, is the distance between the interference fringes in the ocular image plane 0.4 mm is the case with an eyepiece displacement of 2 mm and a chromatic magnification difference of 3% only a first-order minimum achromatic. To make the interferometer different To be able to adjust the spacing between strips, suitable adjustment options are provided.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. DieTwo exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing. the

F i g. 1 und 2 zeigen die optischen Bauelemente zweier Ausführungsbeispiele jeweils in einem Schnitt rechtwinklig zu den Interferenzstreifen;F i g. 1 and 2 show the optical components of two exemplary embodiments, each in a section perpendicular to the interference fringes;

Fig. 3 stellt ein im Okular sichtbares Bild dar;Fig. 3 shows an image visible in the eyepiece;

F i g. 4 zeigt an Hand eines Diagramms die Beziehungen zwischen Okularverschiebung und chromatischer Vergrößerungsdifferenz.F i g. Fig. 4 is a diagram showing the relationships between ocular displacement and chromatic Magnification difference.

Das in F i g. 1 dargestellte Rayleigh-Interferometer mit der Achse -ST₁-X₁ enthält eine Lichtquelle 1 und ein Prisma 1, das auf einer Fläche einen mit einem senkrecht zur Zeichenebene gerichteten Lichteintrittsspalt 3 versehenen lichtundurchlässigen Belag 4 aufweist. Der Lichteintrittsspalt 3 befindet sich in der Brennebene E₁-E₁ eines Objektivs 5, das gleichzeitig die Funktionen eines Kollimatorobjektivs und eines Fernrohrobjektivs innehat. Im parallelen Strahlengang des Objektivs 5 sind zwei Kompensatorplatten 6The in Fig. 1 shown Rayleigh interferometer with the axis -ST ₁ -X ₁ contains a light source 1 and a prism 1, which has an opaque coating 4 provided with a light entry slit 3 perpendicular to the plane of the drawing on one surface. The light entry slit 3 is located in the focal plane E ₁ -E _{1 of} an objective 5, which simultaneously functions as a collimator objective and a telescope objective. Two compensator plates 6 are located in the parallel beam path of the objective 5

809 567/246809 567/246

und 7, eine aus zwei Kammern 8 und 9 bestehende Küvette 10, eine Doppelschlitzblende 11 und ein Autokollimationsspiegel 12 angeordnet. Die Kompensatorplatte 6 ist um eine zum Eintrittsspalt 3 parallele Achse Y-Y schwenkbar, während die Kompensatorplatte7 fest angeordnet ist. Die Kammer 8 ist mit einem Testmittel und die Kammer 9 mit einem Vergleichsmittel gefüllt. In der Brennebene E₁-E₁ des Objektivs 5 ist ein Ableseindex 13 vorgesehen, der sich auf der optischen Achse O₁-O₁ eines aus einer Zylinderlinse 14 und einer Plankonvexlinse 15 zusammengesetzten Okulars befindet. Die optische Achse O₁-O₁ ist in der Zeichenebene gegenüber der Achse X₁-X₁ geneigt und parallel versetzt.and 7, a cuvette 10 consisting of two chambers 8 and 9, a double slit diaphragm 11 and an autocollimation mirror 12 are arranged. The compensator plate 6 can be pivoted about an axis YY parallel to the inlet gap 3, while the compensator plate 7 is fixedly arranged. The chamber 8 is filled with a test agent and the chamber 9 with a comparison agent. A reading index 13 is provided in the focal plane E ₁ -E _{1 of} the objective 5 and is located on the optical axis O ₁ -O _{1 of} an eyepiece composed of a cylindrical lens 14 and a planoconvex lens 15. The optical axis O ₁ -O ₁ is inclined in the plane of the drawing with respect to the axis X ₁ -X ₁ and offset in parallel.

Von dem von der Lichtquelle 1 ausgehenden, das Prisma 2, den Spalt 3, das Objektiv 5 und die Kammern 8 und 9 durchsetzenden Lichtstrahlenbündel werden mit HiMe der Doppelschlitzblende 11 zwei Teilstrahlenbündel ausgeblendet und am Autokollimationsspiegel 12 reflektiert. Das eine Teilstrahlenbündel durchläuft im Rückgang die Kammer 8 und die schwenkbare Kompensatorplatte 6, das andere die Kammern 9 und die gerätefeste Kompensatorplatte 7. Infolge der unterschiedlichen Füllungen der Kammern 8 und 9 besteht zwischen den die Küvette 10 verlassenden, das Objektiv 5 passierenden Teilstrahlenbündeln ein Gangunterschied, der sich in einer Verschiebung des im Gesichtsfeld des Okulars 14, 15 sichtbaren Interferenzstreifensystems gegenüber dem festen Ableseindex 13 äußert. Die Ver-Schiebung kann durch Schwenken der Kompensatorplatte 6 um die Achse Y-Y beseitigt und über diese Schwenkung mit Hilfe hier nicht zu erläuternder Mittel gemessen werden.From the light beam emanating from the light source 1, the prism 2, the slit 3, the objective 5 and the chambers 8 and 9, two partial beams are masked out with HiMe of the double slit diaphragm 11 and reflected on the autocollimation mirror 12. One partial beam passes through the chamber 8 and the swiveling compensator plate 6, the other passes through the chambers 9 and the compensator plate 7, which is fixed to the device , which manifests itself in a shift of the interference fringe system visible in the field of view of the eyepiece 14, 15 in relation to the fixed reading index 13. The displacement can be eliminated by pivoting the compensator plate 6 about the axis YY and measured by means of this pivoting with the aid of means not to be explained here.

Das Jamin-Interferometer nach Fig. 2 mit der Achse X₂-X₂ enthält zwei planparallele Glasplatten 16 und 17 zur physikalischen Strahlenteilung und Strahlenvereinigung, eine aus zwei Kammern 18 und 19 bestehende Küvette 20 zwischen diesen Glasplatten, eine Blende 21, ein Objektiv 22, eine Skala 23 in der Brennebene des Objektivs 22 und ein zweigliedriges Okular 24 mit der optischen Achse O₂-O₂, die gegenüber der Interferometerachse X₂-X₂ parallel versetzt ist. Die Kammer 18 enthält das Testmittel und die Kammer 19 das Vergleichsmittel.The Jamin interferometer according to FIG. 2 with the axis X ₂ -X ₂ contains two plane-parallel glass plates 16 and 17 for physical beam splitting and combining, a cuvette 20 consisting of two chambers 18 and 19 between these glass plates, a diaphragm 21, an objective 22 , a scale 23 in the focal plane of the objective 22 and a two-part eyepiece 24 with the optical axis O ₂ -O ₂ , which is offset parallel to the interferometer axis X ₂ -X _2. The chamber 18 contains the test agent and the chamber 19 the comparison agent.

Ein von einer nicht dargestellten Lichtquelle ausgesendetes Lichtstrahlenbündel wird durch die Glasplatte 16 in zwei Teilstrahlenbündel geteilt, von denen das eine die Kammer 18 und das andere die Kammer 19 der Küvette 20 durchläuft. Mit Hilfe der Glasplatte 17 werden beide Teilstrahlenbündel, zwischen denen infolge der unterschiedlichen Füllungen der Kammern 18 und 19 ein Gangunterschied besteht, wieder vereinigt und durch die Blende 21 dem Objektiv 22 zugeleitet, das in der die Skala 23 enthaltenden Objektivbrennebene ein gegenüber der Nullmarke der Skala 23 verschobenes Interferenzstreifensystem mit nur einem schwarzen Minimumstreifen erster Ordnung erzeugt. Es koinzidieren also der Minimumstreifen und die Nullmarke nicht mehr. Das Interferenzstreifensystem und die Skala 23 sind durch das Okular 24 beobachtbar, und die Verschiebung beider gegeneinander ist durch direkte Ablesung meßbar.A light beam emitted from a light source (not shown) passes through the glass plate 16 divided into two partial beams, one of which the chamber 18 and the other the Chamber 19 of the cuvette 20 passes through. With the help of Glass plate 17 are both partial beams, between which as a result of the different fillings the chambers 18 and 19 is a path difference, reunited and dem through the diaphragm 21 Lens 22 supplied, which in the lens focal plane containing the scale 23 is opposite to the zero mark the scale 23 shifted interference fringe system with only one black minimum stripe first order generated. The minimum stripe and the zero mark no longer coincide. That The interference fringe system and the scale 23 are observable through the eyepiece 24, and the displacement both against each other can be measured by direct reading.

In Fig. 3 ist mit 25 das nicht verschobene Sehfeld des Okulars eines Zweistrahlinterferometers und mit 26 das gemäß der Erfindung verschobene Sehfeld desselben Okulars bezeichnet. Die Mittelpunkte beider Sehfelder sind mit 27 und 28 beziffert. Der Mittelpunkt 27 liegt auf der optischen Achse des Interferometers, wie es beispielsweise in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist. In einem Gesichtsfeldausschnitt 29 sind eine feste Skala 30 und ein Interferenzstreifensystem 31 sichtbar. Der schwarze Minimumstreifen 32 des Interferenzstreifensystems 31 ist ausgezogen, während die querschraffierten Minimumstreifen Farbsäume aufweisen.In Fig. 3 is with 25 the non-shifted field of view of the eyepiece of a two-beam interferometer and with 26 denotes the field of view of the same eyepiece shifted according to the invention. The centers of both Fields of view are numbered 27 and 28. The center point 27 lies on the optical axis of the interferometer, as shown, for example, in FIGS. 1 and 2 is shown. In a field of view 29 a fixed scale 30 and an interference fringe system 31 are visible. The black minimum stripe 32 of the interference fringe system 31 is solid, while the crosshatched minimum fringes are colored exhibit.

In Fig. 4 sind mit χ und y die Koordinatenrichtungen eines rechtwinkligen Koordinatensystems bezeichnet, dessen Ursprung 0 ist. Auf der Abzissex sind die Okularverschiebungen in Millimetern und auf der Ordinate y die chromatischen Vergrößerungsdifferenzen in Prozenten abgetragen. In FIG. 4, χ and y denote the coordinate directions of a right-angled coordinate system whose origin is 0. The ocular displacements in millimeters are plotted on the abscissa and the chromatic magnification differences in percentages on the y-axis.

In dem durch die gezeichneten Koordinatenrichtungen festgelegten Quadranten des Koordinatensystems befindet sich ein Hyperbelast 33 als geometrischer Ort aller Punkte maximalen Kontrastes des schwarzen Minimumstreifens. Es ist ersichtlich, daß von der unendlich großen Okularverschiebung bei unendlich kleiner Vergrößerungsdifferenz bis hin zur unendlich großen VergrößerungsdifEerenz bei unendlich kleiner Okularverschiebung alle möglichen Kombinationen gegeben sind. Gewisse, aber nicht prinzipielle Grenzen setzen lediglich die technischen Parameter, wie die Größe des Sehfeldes und die optischen Daten des Okulars. Eine Okularverschiebung von 2 mm und eine VergrößerungsdifEerenz von 3% ergeben einen Punkt P des Hyperbelastes 33.In the quadrant of the coordinate system defined by the drawn coordinate directions there is a hyperload 33 as a geometric location of all points of maximum contrast black minimum stripe. It can be seen that from the infinitely large ocular displacement at Infinitely small magnification difference up to the infinitely large magnification difference at infinity small eyepiece shift all possible combinations are given. Certain, but not in principle The only limits are the technical parameters, such as the size of the field of view and the optical Data of the eyepiece. An eyepiece shift of 2 mm and a magnification difference of 3% result a point P of the hyperload 33.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Zweistrahlinterferometer, das in dem einen Teilstrahlengang ein Testmittel und in dem anderen Teilstrahlengang ein Vergleichsmittel enthält und bei dem aus der infolge der unterschiedlichen Beeinflussung der Strahlengänge auftretenden Verschiebung eines in einem Okular sichtbaren Interferenzstreifensystems mit nur einem schwarzen Interferenzstreifen gegenüber einer festen Bezugsmarke der Meßwert ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des Okulars gegenüber der Achse des Interferometers in einer zu den Interferenzstreifen zumindest annähernd rechtwinkligen Ebene verschoben ist, daß die chromatische VergrößerungsdifEerenz des Okulars von Null verschieden ist und daß das Produkt aus Okularverschiebung und VergrößerungsdifEerenz bei gleichbleibendem Kontrast des schwarzen Interferenzstreifens konstant ist.Two-beam interferometer with a test device in one partial beam path and a test device in the other partial beam path contains a comparison means and in which from the as a result of the different Influence of the beam paths occurring displacement of an interference fringe system visible in an eyepiece with only the measured value is determined with a black interference stripe opposite a fixed reference mark is, characterized in that the optical axis of the eyepiece opposite the axis of the interferometer in a direction at least approximately at right angles to the interference fringes Shifted plane is that the chromatic magnification difference of the eyepiece is different from zero and that the product of the ocular shift and the magnification difference while the The contrast of the black interference fringe is constant. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 567/246 6.68 © Bundesdruckerei Berlin809 567/246 6.68 © Bundesdruckerei Berlin