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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.
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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').
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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.
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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.
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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.
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Die Vorrichtung ge_rrtäß der ,Erfindung sei an einem Beispiel erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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3) Ebenda S. 343 bis 347.
nutzung der Apertur aus;
das ist besonders für die mikroskopische Anwendung wichtig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.