DE1016463B - Multi-plate interferometer - Google Patents
Multi-plate interferometerInfo
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Description
Mehrplatteninterferometer Mehrplatteninterferometer sind optische Meßgeräte, die mit Hilfe von Lichtinterferenz den Vergleich optischer Weglängen bzw. je nach Auslegung der Geräte eine Messung der dabei beteiligten Größen, Länge oder Brechungsindex, ermöglichen.Multi-plate interferometers Multi-plate interferometers are optical Measuring devices that use light interference to compare optical path lengths or, depending on the design of the devices, a measurement of the parameters involved, length or refractive index.
Dabei wird ein Lichtbündel mit Hilfe von verspiegelten Glasplatten in zwei Teilbündel aufgeteilt, von denen das eine als Meßbündel den Meßgegenstand durchdringt bzw. an ihm reflektiert wird, während das andere als Vergleichsbündel unverändert bleiben und deshalb räumlich anders geführt werden muß als das Meßbündel. A light beam is created with the help of mirrored glass plates divided into two sub-bundles, one of which acts as a measuring bundle, the object to be measured penetrates or is reflected on it, while the other as a comparison bundle remain unchanged and must therefore be guided spatially differently than the measuring bundle.
Interferenz entsteht dann, wenn die beiden Teilbündel nach Zurücklegen gleich langer optischer Wege wieder zusammengeführt werden und sich dabei unter einem gegen Null gehenden Winkel durchdringen. Interference arises when the two partial bundles are put back optical paths of the same length can be brought together again and penetrate an angle approaching zero.
Dieser Winkel und damit die Stellung der Spiegel zueinander muß während der Messung konstant gehalten werden, weil sich sonst das eingestellte Interferenzfeld verändern würde. Außerdem müssen die beiden Lichtbündel auch quer zur Lichtrichtung abhängig von der gewählten Apertur sehr genau zueinander justiert bleiben, da sonst der Interferenzgrad, d. h. die Güte der Interferenz, leidet bzw. die Interferenzerscheinung auch ganz verschwinden kann.This angle and thus the position of the mirror to each other must be during the measurement must be kept constant, because otherwise the set interference field would change. In addition, the two light bundles must also be perpendicular to the direction of the light remain very precisely adjusted to one another depending on the selected aperture, otherwise the degree of interference, d. H. the quality of the interference suffers or the interference phenomenon can also disappear entirely.
Aus diesem Grunde ist es unbedingt nötig, technisch verwendbare Interferometer so zu bauen, daß das die Spiegel verbindende Bauteil, der Spiegelträger, sehr formsteif ist. Bei gegebenen Querschnittsabmessungen des Spiegelträgers hängt die Winkelkonstanz des Spiegelsystems noch sehr stark von den Längenabmessungen ab, diese bestimmen als Lichtzeigerlängen außerdem die durch Winkelveränderungen bewirkten gegenseitigen Querversetzungen der Lichtbündel. Optimale Steifigkeit ergibt sich also immer bei minimalen Spiegelabständen bzw. Längenabmessungen des Spiegelträgers. For this reason it is absolutely necessary to have technically usable interferometers to be built in such a way that the component connecting the mirrors, the mirror carrier, is very dimensionally stable is. Given the cross-sectional dimensions of the mirror carrier, the constancy of the angle depends of the mirror system still depends very much on the length dimensions, which determine these as light pointer lengths also the mutual effects caused by changes in angle Transverse displacements of the light bundles. Optimal rigidity always results from minimum mirror distances or length dimensions of the mirror carrier.
Da Mehrplatteninterferometer sehr hohe optische Qualitäten erfordern, sind sie bei großem Gesichtsfeld kostspielige Geräte, die nur in beschränkter Anzahl zum Einsatz kommen können. Ausgeführte Mehrplatteninterferometer wurden deshalb in ihren Spiegelabständen bzw. Längenabmessungen bisher stets den größten jeweils zu erwartenden Untersuchungsgegenständen angepaßt und mußten damit auf optimale Steifigkeit verzichten. Since multi-plate interferometers require very high optical qualities, With a large field of view, they are expensive devices that are only available in limited numbers can be used. Executed multi-plate interferometers were therefore in their mirror spacing or length dimensions so far always the largest in each case The objects of investigation to be expected were adapted and thus had to be optimized Forego rigidity.
Die Erfindung besteht in einem Mehrplatteninterferometer, dessen Spiegelabstand sich an der unteren Grenze der Möglichkeiten hält, die für die große Mehrzahl der in Frage kommenden Anwendungsfälle ausreicht, wobei sein Spiegelträger aus mehreren Teilen so zusammengesetzt ist, daß er sich durch Einfügen geeigneter Zwischenstücke in die Teilfugen baukastenartig zu größeren Abmessungen erweitern Iäßt. Hierzu wird der Spiegelträger aus je zwei vorzugsweise untereinander jeweils gleichen Rohrkrümmern und zylindrischen Abschlußtöpfen hergestellt, in deren Innenraum die Interferenz spiegel eingebaut sind und die an ihren Verbindungsstellen lösbar miteinander verbunden sind. The invention consists in a multi-plate interferometer, the The distance between the mirrors is at the lower limit of the possibilities for the large Most of the possible applications are sufficient, with its mirror support is composed of several parts so that it is more suitable by inserting Extend intermediate pieces in the butt joints in a modular manner to larger dimensions Lets. For this purpose, the mirror carrier of two is preferably identical to one another Pipe elbows and cylindrical end pots produced, in the interior of which the Interference mirrors are built in and detachable from one another at their junctions are connected.
Fig. 1 zeigt am Beispiel eines Interferometers nach Mach-Zehnder eine zweckvolle konstruktive Ausführung. Die durch die Forderung nach möglichst geringer Längenabmessung bestimmte Halbkreisform des Spiegelträgers wird in der Grundform des Gerätes aus zwei Rohrkrümmern 1 und zwei Abschluß töpfen 2 von vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt gebildet, die unter sich jeweils gleich sein können und in deren Innenraum die Interferenzspiegel 3, 4, 5 und 6 eingebaut sind. An den Verbindungsstellen 7 und 8 können, wie Fig. 2 zeigt, zylindrische Zwischenstücke 9 und 10 von entsprechenden Querschnittsabmessungen und passenden Längen eingesetzt werden. Fig. 1 shows the example of a Mach-Zehnder interferometer a purposeful constructive execution. The by the demand for as possible small length dimension certain semicircular shape of the mirror carrier is in the Basic shape of the device from two elbows 1 and two completion pots 2 of preferably formed circular cross-section, which can be the same among each other and in the interior of which the interference mirrors 3, 4, 5 and 6 are installed. At the connection points 7 and 8, as FIG. 2 shows, cylindrical intermediate pieces 9 and 10 of corresponding ones Cross-sectional dimensions and suitable lengths are used.
Werden die Rohrkrümmer 1 nach der Mitte des Spiegelträgers zu konisch erweitert, so steigert dies die Steifigkeit beträchtlich. Insbesondere hat sich gezeigt, daß sich dadurch auch beim Einschalten ziemlich langer Zwischenstücke 9 noch ausreichende Biegesteifigkeit erreichen läßt. If the pipe bends 1 become too conical towards the center of the mirror support expanded, this increases the rigidity considerably. In particular, has shown that this results in fairly long spacers 9 can still achieve sufficient flexural rigidity.
Für die Verbindungsstellen 7 und 8 der einzelnen Teile des Spiegelträgers kann eine Konstruktion nach Fig. 3 gewählt werden. Um in den Flanschen 11 möglichst geringe Biegebeanspruchung zu erhalten, werden die Wände der zu verbindenden Rohrkrümmer 1, Abschluß töpfe 2 und der Zwischenstücke 9 und 10 in der Nähe der Flansche 11 derart konisch eingezogen, daß die in Lücken 12 der Wände liegenden Verbindungsschrauben 13 in der Flucht der Schweißnaht zwischen Wand und Flansch liegen. Die ganze Verbindungsstelle wird mit einem Abdeckband 14 abgedeckt. For the connection points 7 and 8 of the individual parts of the mirror support a construction according to FIG. 3 can be selected. To in the flanges 11 as possible To obtain low bending stress, the walls of the pipe bends to be connected are used 1, closure pots 2 and the spacers 9 and 10 near the flanges 11 so drawn in conically that the connecting screws lying in gaps 12 of the walls 13 lie in line with the weld seam between the wall and the flange. The whole junction is covered with a cover tape 14.
Mehrplatteninterferometer dieser Bauart lassen sich hinsichtlich Baugröße rasch in einem weiten Verwendungsbereich variieren. Gleichzeitig ist die erreichbare Steifigkeit so groß, daß auch bei Drehung des Mehrplatteninterferometers in eine beliebig wählbare Lage die Interferenzerscheinung nicht gestört wird. Multi-plate interferometer of this type can be with respect to Size can vary rapidly in a wide range of applications. At the same time is the achievable stiffness so great that even when rotating of the multi-plate interferometer in any position that can be selected, the interference phenomenon is not disturbed.
Diese Tatsache ist für die praktische Anwendung der Mehrplatteninterferometer von außerordentlicher Tragweite, denn alle bisher gebauten Groß-Interferometer waren nur in einer bestimmten Arbeitslage zu gebrauchen, der die übrige Versuchsanlage jeweils angepaßt werden mußte. Es wird deshalb vorgeschlagen, Mittel vorzusehen, die eine Aufhängung des Mehrplatteninterferometers in räumlich verschieden orientierten Arbeitslagen ermöglichen. Dies kann erfindungsgemäß z. B. geschehen durch Anbringen einer größeren Anzahl von Aufhängeösen, die über die Oberfläche des Spiegelträgers verteilt sind. Andere Möglichkeiten ergeben konzentrisch um den Schwerpunkt des Spiegelträgers verlaufende Aufhängebügel, die entweder fest mit der Wand des Spiegelträgers verbunden oder um eine vorzugsweise durch seinen Schwerpunkt gehende Achse drehbar an seiner Wand befestigt sein können (Fig. 4). Zusammen mit der Drehbarkeit um die Hochachse, etwa durch einen drehbaren, am Aufhängebügel 15 angreifenden und auf diesem verschiebbaren Aufhängehaken 16 ergibt sich vollkommene Kugelbeweglichkeit des Mehrplatteninterferometers um seinen Schwerpunkt. This fact is essential for the practical application of the multi-plate interferometer of extraordinary importance, because all large interferometers built so far were to be used only in a certain work situation, that of the rest of the test facility each had to be adjusted. It is therefore proposed to provide means the suspension of the multi-plate interferometer in spatially differently oriented Enable work situations. This can according to the invention, for. B. done by attaching a larger number of hanging loops over the surface of the mirror support are distributed. Other possibilities arise concentrically around the center of gravity of the Mirror support running suspension bracket, which is either fixed to the wall of the mirror support connected or rotatable about an axis preferably passing through its center of gravity can be attached to its wall (Fig. 4). Together with the ability to rotate around the Vertical axis, for example by a rotatable, acting on the suspension bracket 15 and on This slidable suspension hook 16 results in complete spherical mobility of the multi-plate interferometer around its center of gravity.
Bei Bügelanordnungen in Längsrichtung des Mehrplatteninterferometers z. B. nach Fig. 4 kreuzt der Aufhängebügel 15 den direkten Austrittsweg des Licht-bündels. in Pfeilrichtung 17. Es wird deshalb vorgeschlagen, das Lichtbündel vorzugsweise mit zwei zusätzlichen Spiegeln 18 und 19 so umzulenken, daß jeder Lichtstrahl 20-20 den Spiegelträger in der Verlängerung seiner Eintrittsrichtung wieder verläßt. With bracket arrangements in the longitudinal direction of the multi-plate interferometer z. B. according to Fig. 4, the suspension bracket 15 crosses the direct exit path of the light beam. in the direction of arrow 17. It is therefore proposed that the light beam be preferred to deflect with two additional mirrors 18 and 19 so that each light beam 20-20 leaves the mirror carrier in the extension of its entry direction again.
Diese Anordnung hat noch den Vorzug, daß bei der wahlweisen Verwendung anderer optischer Meß- oder Beobachtungsmethoden das Mehrplatteninterferometer einfach aus dem Strahlengang genommen oder wieder eingesetzt werden kann, ohne daß die Aufnahmekamera quer zur Lichtrichtung verschoben werden muß. This arrangement still has the merit that in optional use other optical measurement or observation methods simply use the multi-plate interferometer can be removed from the beam path or reinserted without the recording camera must be moved transversely to the direction of light.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist es, daß an den Ein- und Austrittsstellen des Lichtes an beiden Schenkeln des Spiegelträgers gleiche, vorzugsweise kreiszylindrische Gehäusebauteile (Abschlußtöpfe) 2 mit einander diametral gegenüberliegenden Ein- und Auslaßöffnungen21 verwendet werden können. Dies ermöglicht das paarweise Verschließen und Öffnen dieser Öffnungen durch je einen Ringschieber 22 mit zwei entsprechenden Offnungen. Gegenüber Mehrplatteninterferometern. die mit vier einzelnen Deckeln verschlossen werden, ergeben sich als Vorteile bequemere, zeitsparende Bedienung, einfachere Herstellung und Unverlierbarkeit der Abdeckvorrichtung. Another advantage of this arrangement is that at the inputs and The same exit points for the light on both legs of the mirror support, preferably circular cylindrical housing components (closure pots) 2 with diametrically opposite one another Inlet and outlet openings21 can be used. This makes it possible in pairs Closing and opening of these openings by a respective ring slide 22 with two corresponding openings. Compared to multi-plate interferometers. the one with four individual ones Lids are closed, the advantages are more convenient, time-saving operation, easier manufacture and captivity of the cover device.
Mehrplatteninterferometer nach den Ansprüchen 6 bis 9 müssen mit lageunabhängigen spielfreien Spiegellagerungen ausgerüstet sein. Es wird vorgeschlagen, die zur Neigungsveränderung der Spiegel nötige Beweglichkeit in an sich bekannter Weise durch kardanische Aufhängung der vorzugsweise runden Spiegel in je zwei kreisförmigen konzentrischen Ringen vorzunehmen, die erfindungsgemäß zum Erreichen optimaler Steifigkeit aus dünnwandigen Rohren23 hergestellt sind (Fig. 5). Multi-plate interferometer according to claims 6 to 9 must with be equipped with position-independent, clearance-free mirror bearings. It is suggested, the mobility required to change the inclination of the mirror in a known manner Way by cardanic suspension of the preferably round mirrors in two circular ones make concentric rings, according to the invention to achieve optimal rigidity are made of thin-walled tubes23 (Fig. 5).
Die Justiergetriebe bestehen dabei in bekannter Weise aus Schrauben 24 und Muttern 25 geringer Steigung, die erfindungsgemäß über Scheiben 26 und daran als Reibrolle wirkende dünne Nadeln 27 mit hohem Übersetzungsverhältnis spielfrei angetrieben werden. The adjusting gears consist of screws in a known manner 24 and nuts 25 low pitch, according to the invention via washers 26 and on it Thin needles 27 acting as a friction roller with a high transmission ratio free of play are driven.
Die Lager der Nadel sind quer zur Nadellängsachse schwenkbar spielfrei gelagert und werden in Pfeilrichtung elastisch, vorzugsweise über einstellbare Blattfedern, an die Scheiben 26 angepreßt. The needle bearings can be pivoted without play across the longitudinal axis of the needle stored and are elastic in the direction of the arrow, preferably via adjustable leaf springs, pressed against the disks 26.
Fernantrieb der Justiergetriebe kann in einfachster Weise durch biegsame Wellen 28 erfolgen, die mit den Nadeln direkt gekuppelt sind. Remote drive of the adjusting gear can be done in the simplest possible way by flexible Shafts 28 take place, which are coupled directly to the needles.
Zur Justierung gleicher Lichtweglängen im Meß-und Vergleichsbündel eines Mehrplatteninterferometers muß einer der vier Spiegel parallel zu sich selbst verschiebbar angeordnet sein. Eine bewährte Konstruktion ist z. B. die Lagerung des Spiegels bzw. seiner Fassung auf drei gleichen, zueinander parallelen Justierschrauben, die gleichzeitig um gleiche Winkel gedreht werden können. For adjusting equal light path lengths in the measurement and comparison bundle of a multi-plate interferometer, one of the four mirrors must be parallel to itself be arranged displaceably. A proven construction is z. B. the storage of the mirror or its mount on three identical adjusting screws that are parallel to each other, which can be rotated by the same angle at the same time.
Besonders bei Mehrplatteninterferometern mit beliebiger Arbeitslage muß dafür gesorgt sein, daß die Kontaktflächen 29 (Fig. 6) der Spiegelfassung 30 mit den Justierschrauben 31 immer in Berührung bleiben, Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß mindestens drei von in Verstellrichtung der Justierschrauben 31 biegeweichen Zuggliedern 32 in der Ebene der Kontaktfläclien die Spiegel fassung 30 und Grundplatte 33 nach allen Richtungen gegeneinander verspannen und dadurch Gleitbewegungen der Kontaktflächen 29 auf den Kuppen der Justierschrauben 31 verhindern. Especially with multi-plate interferometers with any working position it must be ensured that the contact surfaces 29 (FIG. 6) of the mirror mount 30 always stay in contact with the adjusting screws 31, according to the invention it is proposed that at least three of the adjusting screws 31 in the direction of adjustment have flexed Tension members 32 in the plane of the contact surfaces, the mirror mount 30 and base plate 33 brace against each other in all directions and thereby slide movements of the Prevent contact surfaces 29 on the tips of the adjusting screws 31.
Um auch bei der Verwendung längssteifer Zugglieder aus Metall genügend Verstellweg zu erhalten, wird vorgeschlagen, die Zugglieder 32 z. B. durch einstellbare Biegefedern 34 in Längsrichtung elastisch zu machen. To be sufficient even when using longitudinally rigid tension members made of metal To obtain adjustment, it is proposed that the tension members 32 z. B. by adjustable To make spiral springs 34 elastic in the longitudinal direction.
Bei räumlicher Beschränkung kann es vorteilhaft sein, z. B. nur zwei biegeweiche Zugglieder in der Ebene der Kontaktflächen etwa rechtwinklig zueinander anzuordnen. Ihre Zugsteifigkeit verhindert dann wieder Gleiten in den Zugrichtungen, während Bewegungen in den Gegenrichtungen durch Federkräfte verhindert werden, die größer sind als das Gewicht von Spiegel plus Spiegelfassung und die Zugglieder am Ausknicken verhindern. Diese Federkräfte können z. B. ausgeübt werden durch bogenförmige Biegefedern, deren Sehne die Zugglieder darstellen. In the case of spatial restrictions, it may be advantageous, for. B. only two Flexible tension members in the plane of the contact surfaces approximately at right angles to one another to arrange. Their tensile stiffness then prevents sliding in the pulling directions again, while movements in the opposite directions are prevented by spring forces, the are greater than the weight of the mirror plus mirror mount and the tension members on the Prevent buckling. These spring forces can, for. B. be exercised by arcuate Flexural springs, the tendons of which represent the tension members.
Senkrecht zur Ebene der Kontakte wird dauernde Berührung mit den Justierschrauben 31 erfindungsgemäß erreicht durch Federbelastungen, die höher sind als die bei jedem Kontakt maximal auftretende Abhebelast. Als Anpreßfedern können Schraubenfedern 35 verwendet werden. Für die Abstimmung besser sind jedoch einstellbare Federn, beispielsweise einfache Biegefedern, deren Vorspannung durch Justierschrauben geändert werden können. Continuous contact with the contacts is made perpendicular to the plane of the contacts Adjusting screws 31 achieved according to the invention by spring loads that are higher than the maximum lift-off load that occurs with each contact. Can be used as compression springs Coil springs 35 are used. However, adjustable ones are better for tuning Springs, for example simple spiral springs, are pretensioned by adjusting screws can be changed.
Um bei der gleichzeitigen Drehung der drei Justierschrauben 31 um gleiche Winkel bei bisherigen Konstruktionen aufgetretene Mängel - Winkelfehler oder gar Blockieren der Justierbewegung - zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Justierschrauben 31 mit gleich langen Kurbeln 36 zu versehen, diese durch ein Kupplungsteil 37 in paralleler Stellung gelenkig zu verbinden und gemeinsam über eine Kurbelscheibe 38 und eine Nadel 39 anzutreiben. To with the simultaneous rotation of the three adjusting screws 31 to same angle defects that occurred in previous designs - angle errors or even blocking the adjustment movement - it is suggested to avoid the To provide adjusting screws 31 with cranks 36 of the same length, these by a coupling part 37 to be articulated in a parallel position and jointly via a crank disc 38 and a needle 39 to drive.
Claims (21)
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| DEST6567A DE1016463B (en) | 1953-06-13 | 1953-06-13 | Multi-plate interferometer |
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| DEST6567A DE1016463B (en) | 1953-06-13 | 1953-06-13 | Multi-plate interferometer |
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| DE1016463B true DE1016463B (en) | 1957-09-26 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| FR983923A (en) * | 1943-09-01 | 1951-06-29 | Optical flatness and alignment checker | |
| DE818877C (en) * | 1949-01-01 | 1951-11-15 | Lutz G M B H | Optical multi-plate interferometer |
-
1953
- 1953-06-13 DE DEST6567A patent/DE1016463B/en active Pending
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| FR983923A (en) * | 1943-09-01 | 1951-06-29 | Optical flatness and alignment checker | |
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