DE1017799B

DE1017799B - Process and device for exact length measurement

Info

Publication number: DE1017799B
Application number: DES43128A
Authority: DE
Inventors: Miron Koulikovitch
Original assignee: GENEVOISE INSTR PHYSIQUE; Societe Genevoise dInstruments de Physique
Current assignee: GENEVOISE INSTR PHYSIQUE; Societe Genevoise dInstruments de Physique
Priority date: 1954-03-30
Filing date: 1955-03-21
Publication date: 1957-10-17

Description

Verfahren und Einrichtung zur exakten Längenmessung Die zur Zeit bekannten Einrichtungen zur exakten Messung von Längen bestehen aus: a) einem Interferometer, dessen einer Spiegel verstellbar ist, b) einer photoelektrischen Zelle, welche die Interferenzstreifen aufnimmt, c) einem Modulator, der aus einem Gitter besteht, das in einer periodischen, senkrecht zu dem auf die photoelektrische Zelle fallenden Strahlenbündel hin-und hergehenden Bewegung gehalten wird und so vor der Zelle angeordnet ist, daß eine kleine Verstellung des Spiegels eine Verschiebung der Interferenzstreifen und damit eine proportionale Änderung des Verhältnisses der Zeitfolgen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima oder Minima der von der photoelektrischen Zelle aufgenommen Lichtintensität bewirkt, d) einem elektronischen Gerät, daß die Stromänderungen der photoelektrischen Zelle in Stromimpulse von sehr kurzer Dauer oder Momentimpulse umwandelt, e) einem Meßgerät, das durch diese Impulse gesteuert wird und die Änderung des Verhältnisses der erwähnten Zeitfolgen sichtbar macht. Das Meßgerät gibt also die Ungleichmäßigkeit der Zeitspanne zwischen den Momentimpulsen wieder, die im Laufe einer vollständigen Periode des Hin- und Herganges des Gitters ausgesandt werden, und zwar im Maße der Verstellung des beweglichen Spiegels gegenüber einer gewählten Ausgangsstellung. Method and device for exact length measurement The currently known devices for the exact measurement of lengths consist of: a) an interferometer, whose one mirror is adjustable, b) a photoelectric cell, which the Picks up interference fringes, c) a modulator consisting of a grating, that in a periodic, perpendicular to that falling on the photoelectric cell Beams of reciprocating motion is kept and so placed in front of the cell is that a small adjustment of the mirror shifts the interference fringes and thus a proportional change in the ratio of the time series between two consecutive maxima or minima of the photoelectric cell recorded light intensity causes d) an electronic device that changes the current the photoelectric cell into current pulses of very short duration or momentary pulses converts, e) a measuring device that is controlled by these pulses and the change the relationship of the mentioned time sequences makes visible. So the measuring device gives the non-uniformity of the time span between the moment pulses again, which in the Sent out over a full period of reciprocation of the grid be, to the extent of the adjustment of the movable mirror with respect to a selected starting position.

Diese bekannten Einrichtungen weisen den Nachteil auf, daß die von der photoelektrischen Zelle aufgenommenen Lichtintensitäten schwach sind oder daß die Kontraste zwischen den aufeinanderfolgenden Maxima und Minima der I ichtintensität zu wenig ausgeprägt bleiben, so daß die Möglichkeit, meßbare Interferenzen hervorzurufen, auf die schwachen Laufdifferenzen beschränkt ist und infolgedessen die meßbare Länge, um die man den beweglichen Spiegel verstellen kann, begrenzt ist. These known devices have the disadvantage that the of the light intensities picked up by the photoelectric cell are weak or that the contrasts between the successive maxima and minima of the light intensity remain too little pronounced, so that the possibility of causing measurable interference is limited to the weak running differences and consequently the measurable length, by which you can adjust the movable mirror is limited.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur exakten Messung von Längen, bei dem man die Verschiebung eines mit dem einen Spiegel eines Interferometers verbundenen Gegenstandes durch Messung der Änderung bestimmt, welche das Zeitintervall erfährt, das durch Verschiebung der Interferenzstreifen und damit durch periodisches Modulieren des von einer photoelektrischen Zelle empfangenen Lichtflusses des Interferenzbildes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima oder Minima der empfangenen Lichtintensität hervorgerufen wird. The invention relates to a method for the exact measurement of lengths, in which the displacement of a mirror connected to the one of an interferometer Object determined by measuring the change that the time interval experiences, this by shifting the interference fringes and thus by periodic modulation of the light flux of the interference image received by a photoelectric cell between two successive maxima or minima of the received light intensity is caused.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obenerwähnten Nachteile zu beheben, d. h. die meßbare ÄVegstrecke des verstellharen Spiegels erheblich zu verlängern, so daß die beschriebene Anordnung die theoretisch bestmögliche Lichtintensität besitzt und die ausgeprägtesten Unterschiede zwischen den Maxima und Minima des die Zelle treffenden Lichtes hervorruft. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spiegel des Interferometers von monochromatischen Strahlen beleuchtet werden, wobei die relative Lage der Teile dieses Interferometers derart geregelt wird, daß eine im wesentlichen homogene Ausleuchtung des beobachteten Feldes entsteht, wobei die Lichtintensität des Interferenzfeldes durch periodische Änderung des optischen Weges moduliert wird, der von den Strahlen mindestens eines der bei den untereinander interferierenden Strahlenbündel zurückgelegt wird. The invention is based on the above-mentioned disadvantages to fix, d. H. the measurable distance of the adjustable mirror is considerable to extend so that the described arrangement the theoretically best possible light intensity possesses and the most pronounced differences between the maxima and minima of the the cell evokes striking light. This object is achieved according to the invention solved that the mirror of the interferometer illuminated by monochromatic beams are controlled, the relative position of the parts of this interferometer is that an essentially homogeneous illumination of the observed field is created, wherein the light intensity of the interference field by periodic change of the optical Path is modulated by the beams at least one of the with each other interfering beam is traveled.

Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Diese besteht aus einem Interferometer und aus einem Gerät zur Modulation der Lichtintensität durch Verschiebung der Interferenzstreifen; sie unterscheidet sich von den bekannten Einrichtungen dadurch, daß die Spiegel des Interferometers zueinander und zu einer Quelle monochromatischer Strahlen von gleichbleibender Lichtstärke so angeordnet sind, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Aufhellung des beobachteten Feldes erzielt wird, in dem die Interferenzstreifen auf Unendlich eingestellt werden, und daß gleichzeitig das Modulationsgerät im Strahlengang mindestens des einen der zwei miteinander interferierenden Strahlenbündel angeordnet ist und eine periodische Änderung des optischen Weges hervorruft, der von den Strahlen mindestens des einen der beiden miteinander inteiferierenden Strahlenbündel durchlaufen wird. The invention also relates to a device for performing the described procedure. This consists of an interferometer and a device for modulating the light intensity by shifting the interference fringes; she differs from the known devices in that the mirror of the Interferometers to each other and to a source of monochromatic rays of constant Light intensity are arranged so that a substantially uniform brightening of the observed field is achieved in which the interference fringes are at infinity be set, and that at the same time the modulation device in the beam path at least of the one of the two interfering beams is arranged and a periodic change in the optical path caused by the rays at least one of the two beam bundles interfering with one another is passed through.

Die Zeichnung zeigt beispielhaft und schematisch eine schaubildliche Darstellung einer Einrichtung nach der Erfindung. The drawing shows an example and schematically a graphical one Representation of a device according to the invention.

Die dargestellte Ausführungsform besteht aus: a) einem InterferometerI mit einer monochromatischen Lichtquelle S, einer optischen Einrichtung 0, die ein Bündel paralleler Lichtstrahlen ibildet, einer Teilvorrichtung P mit einer halbreflektierenden Fläche c, die in einem Winkel von 450 zur optischen Achse x der optischen Einrichtung 0 steht, und endlich aus zwei Spiegeln m1 und m2, von denen der eine fest ist, während der andere in der Richtung der Achse a des einfallenden Strahlenbündels beweglich ist, b) einem Elektronenaggregat II mit einer photoelektrischen Zelle b und einem Elektronengerät d, das die Änderungen des Stromes der photoelektrischen Zelle in elektrische Kurzimpulse umwandelt, c) aus einem Meßaggregat III mit einem Gleichstrom-Meßgeräti von großer Trägheit und mit einem durch die Stromstöße des Elektronenaggregates gesteuerten Wechselrichter e. The embodiment shown consists of: a) an interferometer I. with a monochromatic light source S, an optical device 0, the one Bundle of parallel light beams i formed, a dividing device P with a semi-reflective Area c which is at an angle of 450 to the optical axis x of the optical device 0 stands, and finally from two mirrors m1 and m2, one of which is fixed while the other movable in the direction of the axis a of the incident beam is, b) an electron unit II with a photoelectric cell b and a Electron device d, which changes the current of the photoelectric cell in converts electrical short pulses, c) from a measuring unit III with a direct current measuring devicei of great inertia and with one by the current surges of the electronic aggregate controlled inverter e.

Alle diese Geräte und Einzelteile sind bekannt, so daß sie hier nicht im einzelnen erklärt zu werden brauchen. All of these devices and parts are known, so they are not here need to be explained in detail.

Di.e Teile des Interferometers sind ebenso wie die photoelektrische Zelle b auf einem Gestell 1 montiert, das eine Gleitbahn2 aufweist. Ein Schlitten3, der den beweglichen Spiegel mg trägt und eine Gradeinteilsung r aufweist, kann der Gleitbahn 2 entlang gegenüber einem nicht dargestellten Präzisionsmaßstab verschoben werden. Diese Gradeinteilungr ist auf einer zur Ebene des Spiegels senkrechten, etwa in der Länge mittelebene des Spiegels nt1 liegenden Fläche 6 eingraviert. Diese Fläche 6 und der Spiegel m1 bilden Teile eines auf dem Schlitten 3 verstellbaren Supportes 7, dessen Verschiebungen durch eine mit Magnetostriktion arbeitende Steuervorrichtung MS geschaltet werden. Diese Vorrichtung besteht aus: a) einem Zylinder 8 aus 600/oigem Nickel stahl, dessen Achse parallel zur Achse a des auf den Spiegel mg fallenden Strahlenbündels ist. Das vordere Ende dieses Zylinders 8, mit einer Stirnwand 9 aus Weicheisen (Flußeisen) versehen, ist an dem Schlitten 3 durch Halteorgane 10 starr befestigt. b) einem Kern 11 aus reinem Nickel, der koaxial zum Zylinder 8 angeordnet ist und dessen hinteres Ende in einer Stirnwand 12 aus Flußeisen befestigt ist, di,e ihrerseits fest am hinteren Ende des Zylinders 8 montiert ist. Das vordere Ende des Kernes 11 ragt frei durch die Öffnung 13 in der Wand 9 und trägt den Support 7. c) einer Wicklung 14, die zwischen dem Zylinder 8 und dem Kern 11 liegt und von einem besonders stabilisierten Gleichstrom gespeist wird. Zu diesem Zweck ist in den Stromkreis zur Speisung der Wicklung ein an ein Verteilernetz R angeschlossener Gleichrichter 15 und ein Stabilisator 16 eingeschaltet. Ein Regelwiderstand 17 ermöglicht es, die Stärke des Speisestromes zu verändern. The parts of the interferometer are just like the photoelectric Cell b mounted on a frame 1 which has a slide 2. A sledge3, who carries the movable mirror mg and has a graduation r, can Slideway 2 shifted along with respect to a precision scale, not shown will. This graduation is on a perpendicular to the plane of the mirror, Engraved surface 6 lying approximately in the length of the center plane of the mirror nt1. These Surface 6 and the mirror m1 form parts of an adjustable on the carriage 3 Supportes 7, whose displacements are controlled by a magnetostriction control device MS are switched. This device consists of: a) a cylinder 8 made of 600 / oigem Nickel steel, the axis of which is parallel to the axis a of the falling on the mirror mg Beam is. The front end of this cylinder 8, with an end wall 9 made of soft iron (fluvial iron) is attached to the slide 3 by holding members 10 rigidly attached. b) a core 11 made of pure nickel, which is coaxial with the cylinder 8 is arranged and its rear end fixed in an end wall 12 made of fluoro iron is, di, e in turn is fixedly mounted on the rear end of the cylinder 8. The front one The end of the core 11 protrudes freely through the opening 13 in the wall 9 and carries the support 7. c) a winding 14 which lies between the cylinder 8 and the core 11 and of a specially stabilized direct current is fed. For this purpose, in the circuit for feeding the winding is connected to a distribution network R. Rectifier 15 and a stabilizer 16 switched on. A rheostat 17 enables it to change the strength of the supply current.

Auf diese Weise bewirkt das magnetische Feld, das der durch die Wicklung 14 fließende Strom hervorruft, eine Streckung des Zylinders 8 und eine Verkürzung des Kernes 11. Andererseits bewirkt die Erwärmung durch den gleichen Strom eine Verlängerung sowohl des Zylinders als auch des Kernes. Es ist leicht zu ersehen, daß sich infolge der Montage des Kernes 11 im Zylinder 8 und des Zylinders 8 am Schlitten 3 die Verlängerungen und Verkürzungen des Zylinders und des Kernes (infolge der magnetischen Striktion) addieren, während sich die Verlängerungen von Zylinder und Kern infolge Erwärmung aufheben. Folglich ist es möglich, durch eine einfache Änderung des Stromes in der Wicklung 14 Verschiebungen des Supportes 7 entlang der Achsen hervorzurufen, deren Amplituden so gering sind als man es wünscht. In this way, the magnetic field causes the winding through 14 causes flowing current, an elongation of the cylinder 8 and a shortening of the core 11. On the other hand, the heating by the same current causes a Extension of both the cylinder and the core. It is easy to see that as a result of the assembly of the core 11 in the cylinder 8 and the cylinder 8 on Slide 3, the extensions and shortenings of the cylinder and the core (as a result of magnetic striction) add up while the extensions of cylinder and pick up core as a result of heating. Consequently, it is possible through a simple Change in the current in the winding 14 displacements of the support 7 along the Cause axes whose amplitudes are as small as one wishes.

Die Einrichtung weist noch einen Modulator MO auf, der eine periodische Änderung des Weges bewirkt, den das auf den festen Spiegel m2 auftreffende Strahlenbündel zurücklegt. The device also has a modulator MO, which has a periodic The change in the path causes the bundle of rays hitting the fixed mirror m2 covered.

Dieser Modulator besteht aus einem Glasprisma 18, das mit einem Achsbolzen 19 in biegsamen Membranen 20 gelagert ist. Die Membranen 20 sind am Gestell 1 starr befestigt. Der Achsbolzen 19 ist parallel zur Ebene des Spiegels m., gelagert und wird durch das elektrodynamische Gerät E in einer periodischen hin-und hergehenden Bewegung gehalten. Das Gerät E besteht aus: a) einer beweglichen Spule 21, die von dem Achsbolzen 19 getragen wird und miit Wechselstrom aus dem Netz R gespeist wird, b) einem Gehäuse 22 aus Flußeisen mit einer kreisrunden Öffnung 23, in die ein Kern 24 eingreift, der von einem am Gehäuse 22 festen Dauermagnet 25 getragen wird. Die Spule 21 ist frei in den kreisrunden Spalt zwischen dem Kern 24 und dem Rand der tJffnung 23 eingesetzt. This modulator consists of a glass prism 18 that is attached to an axle bolt 19 is mounted in flexible membranes 20. The membranes 20 are rigid on the frame 1 attached. The axle pin 19 is parallel to the plane of the mirror m., Stored and is reciprocated by the electrodynamic device E in a periodic manner Movement kept. The device E consists of: a) a movable coil 21, which is driven by is carried by the axle pin 19 and is fed with alternating current from the network R, b) a housing 22 made of fluoro iron with a circular opening 23 into which a core 24 engages, which is carried by a permanent magnet 25 fixed to the housing 22. the Coil 21 is free in the circular gap between the core 24 and the edge of the opening 23 is used.

Es ist klar, daß die periodischen Änderungen der Intensität des Stromes, der durch die in das magnetische Feld des Spaltes tauchende Spule 21 fließt, eine periodische hin- und hergehende Bewegung des Glasprismas 18 hervorruft. It is clear that the periodic changes in the intensity of the current, which flows through the coil 21 immersed in the magnetic field of the gap, a periodic reciprocating movement of the glass prism 18 causes.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Wenn die Lichtquelle S mit Gleichstrom gespeist wird, tritt aus der Optik 0 ein paralleles Strahlenbündel aus, das durch die halbspiegelnde Fläche c in zwei Zweige geteilt wird, die auf die Spiegel mm und auftreffen. Diese Zweigbündel werden durch die beiden Spiegel zurückgeworfen und durch die halbreflektierende Fläche c zu einem Strahlenbündel vereinigt, das in der Achse 3 von der photoelektrischen Zelle b aufgefangen wird. The operation of the device described is as follows: If the light source S is fed with direct current, a parallel one emerges from the optics 0 Beam from which is divided into two branches by the semi-reflective surface c that hit the mirrors mm and. These bundles of branches are represented by the reflected back both mirrors and through the semi-reflective surface c to one The bundle of rays combined, which is collected in the axis 3 by the photoelectric cell b will.

Wenn nun die Spiegel m1 und m2 einerseits vollkommen eben sind und andererseits vollkommen paralles zu den Fronten der einfallenden Wellen stehen, erhält man eine Ausrichtung der Interferenzstreifen auf Unendlich, so daß die Erhellung der von dem Platz der Zelle b aus beobachteten Felder im wesentlichen homogen ist. If on the one hand the mirrors m1 and m2 are perfectly flat and on the other hand are completely parallel to the fronts of the incoming waves, one obtains an alignment of the interference fringes at infinity, so that the illumination the fields observed from the location of cell b are substantially homogeneous.

Unter diesen Bedingungen wird - angenommen der Modulator MO sei nicht wirksam - eine lineare Verschiebung von konstanter Geschwindigkeit des Spiegels ms eine sinusförmige Variierung der Lichtintensität des beobachteten Feldes und damit derjenigen hervorrufen, welche die photoelektrische Zelle b aufnimmt. Diese Lichtintensität durchläuft also ein Maximum, wenn auf der halbspiegelnden Fläche c eine Phasenübereinstimmung zwischen den beiden Strahlenbündeln eintritt, die von den Spiegeln m1 und m9 reflektiert werden, dagegen ein Minimum bei Opposition der Phasen. Der Ausschlag der Verschiebung des Spiegels mj, der notwendig ist, um von einem Maximum an Lichtstärke zum nächsten Maximum überzugehen, entspricht offensichtlich der halben Länge der von der monochromatischen Lichtquelle ausgehenden Wellen. Tatsächlich ändert sich die Länge des optischein Weges, den der einfallende und reflektierte Strahl zurücklegt, um das Doppelte der Verschiebung des Spiegels. Under these conditions it is assumed that the modulator is not MO effective - a linear displacement of constant speed of the mirror ms a sinusoidal variation of the light intensity of the observed field and thus causing the one that receives the photoelectric cell b. These Light intensity therefore passes through a maximum when on the semi-reflective surface c a phase coincidence occurs between the two bundles of rays, which is determined by the mirrors m1 and m9 are reflected, on the other hand a minimum when the Phases. The deflection of the displacement of the mirror mj, which is necessary to move from going from a maximum of light intensity to the next maximum is obviously equivalent half the length of the waves emanating from the monochromatic light source. Indeed the length of the optical path that the incident and reflected one changes Beam travels to double the displacement of the mirror.

Ist nun der bewegliche Spiegel gl auf eine solche Stellung entlang der Gleitbahn2 eingeregelt, daß bei Mittelstellung des Prismas 18 die von der photoelektrischen Quelle aufgenommene Lichtintensität ein Maximum darstellt, und wird dann der Modulator in Tätigkeit gesetzt, so entsteht eine periodische Änderung der von der Zelle b aufgenommenen Lichtintensität. Durch Ändern der die Spule 21 speisenden Spannung kann dann erreicht werden, daß die von der Zelle b aufgenommene Lichtintensität in den beiden Grenzstellungen des Prismas 18 ein Minimum wird. If the movable mirror gl is now along such a position the slide 2 regulated that in the middle position of the prism 18 of the photoelectric Source received light intensity represents a maximum, and then becomes the modulator activated, there is a periodic change of the cell b recorded light intensity. By changing the voltage feeding the coil 21 can then be achieved that the light intensity picked up by the cell b in the two limit positions of the prism 18 is a minimum.

Unter dieser Voraussetzung sind die aufeinanderfolgenden Zeiten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima der Lichtintensität einander gleich. Folglich gibt das elektronische Gerät, das jedesmal, wenn die Lichtint,ensität ein Maximum erreicht, einen elektrischen Impuls aussendet, diese elektrischen Impulse in regelmäßigen Zeitabständen ah. Jeder abgegebene elektische Impuls aber bewirkt eine Richtungsumkehr des Gleichstromes in Meßinstrument i. Die in regelmäßigen Zeitabständen abgegebenen elektrischen Impulse bedingen also, daß der Stromverlauf durch das Meßinstrumenti in der einen und anderen Richtung die gleiche Zeit erfordert. Da nun aber die Trägheit dieses Instrumentes dasselbe hindert, den Stromumkehrungen zu folgen, nehmen seine beweglichen Teile eine Gleichgewichtsstellungsein, die eine von dem Verhältnis der Durchströmzeiten in der einen und der anderen Richtung abhängige Funktion darstellt. Infolgedessen, wenn die Durchströmzeiten gleich sind, ist ihr Verhältnis der Einheit gleich, so daß die beweglichen Teile des Meßinstrumentes in ihrer Ruhestellung, die der Nullzeige auf der Skala des Instrumentes entspricht, stehenbleiben.With this assumption, the consecutive times are between two consecutive maxima of light intensity equal to each other. Consequently there the electronic device that every time the light intensity reaches a maximum, sends out an electrical impulse, these electrical impulses at regular intervals Time intervals ah. However, every electrical impulse emitted causes a reversal of direction of direct current in measuring instrument i. The submitted at regular time intervals electrical impulses therefore require that the current flow through the Meßinstrumenti requires the same amount of time in one direction and the other. But now there is indolence this instrument prevents the same from following the current reversals take his moving parts have a position of equilibrium which is one of the ratio of Flow times in one and the other direction dependent function. As a result, if the flow times are the same, their ratio is unity equal, so that the moving parts of the measuring instrument in their rest position, which corresponds to the zero display on the scale of the instrument.

Andererseits ruft schon die kleinste Verschiebung des Spiegels m, aus seiner oben bestimmten Stellung eine Verschiebung des Maximums der von der photoelektrischen Zelle aufgenommenen Lichtintensität gegenüber der periodischen Bewegung des Glasprismas 18 hervor. On the other hand, even the smallest shift of the mirror m calls out from its position determined above a shift of the maximum of the photoelectric Cell recorded light intensity versus the periodic movement of the glass prism 18 emerges.

Wenn das Maximum der Lichtintensität bei einer unsymmetrischen Stellung des Giasprismas entsteht, sind die aufeinanderfolgenden Zeiten zwischen den Maxima der Lichtintensität während einer vollständigen Schwingung des Glasprismas 18 ungleich. Infolgedessen werden die elektrischen Impulse in ungleichen Zeitabständen abgegeben, und das Meßinstrument i zeigt das Verhältnis zwischen diesen aufeinanderfolgenden Zeitabständen als Funktion der Verschiebung des Spiegels nii an. Es ist klar, daß als Ausführungsvariante der beschriebenen Einrichtung das elektronische Gerät einen elektrischen Impuls jedesmal dann abgeben könnte, wenn die von der Zelle b aufgenommene Lichtintensität periodisch einen äußersten Maximal- oder Minimalwert erreicht. When the maximum of the light intensity in an unbalanced position of the glass prism arises are the successive times between the maxima the light intensity during a complete oscillation of the glass prism 18 unequal. As a result, the electrical impulses are emitted at unequal time intervals, and the measuring instrument i shows the relationship between these successive ones Time intervals as a function of the displacement of the mirror nii. It is clear that as a variant of the device described, the electronic device one could emit electrical impulse every time the received by the cell b Light intensity periodically reaches an extreme maximum or minimum value.

Auf Grund der durchgeführten Versuche konnte festgestellt werden, daß es mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung möglich ist, ein Maximum oder Minimum an Helligkeit und demzufolge eine genaue Stellung des Spiegels m1 mit einer Präzision von t/zooo und selbst '/loooo der halben Wellenlänge zu bestimmen, vorausgesetzt, daß das Licht rein monochromatisch ist und die optischen Flächen vollkommen eben sind. On the basis of the tests carried out, it could be determined that it is possible with the aid of the device described, a maximum or a minimum in brightness and consequently an exact position of the mirror m1 with a precision of t / zooo and even '/ loooo of half the wavelength, provided that the light is purely monochromatic and the optical surfaces are perfectly flat are.

Die Ersetzung eines Interferenzstreifens durch einen anderen im Laufe der Verschiebung des Spiegels nil ist also mit äußerster Genauigkeit dank der Wiedererscheinung der elektrischen Impulse feststellbar, die in Intervallen regelmäßiger Zeitabstände, d. h. gleicher oder symmetrischer Situationen, abgegeben werden. The replacement of one fringe by another in the course the displacement of the mirror nil is therefore with the utmost accuracy thanks to the reappearance the electrical impulses detectable, which at regular intervals, d. H. equal or symmetrical situations.

Diese Regelmäßigkeit oder Symmetrie kann dazu benutzt werden, ein elektrisches Zählgerät C zu betätigen, das also die Anzahl der Interferenzstreifen (also der halben Wellenlängen) anzeigt, die zwischen zwei bestimmten Stellungen des Spiegels m, aufeinander gefolgt sind.This regularity or symmetry can be used to create a to operate electrical counter C, that is, the number of interference fringes (i.e. half the wavelengths) between two specific positions of the mirror m, have followed one another.

Das Zählwerk wird jedesmal um eine Einheit weitergeschaltet, wenn die von dem elektronischen Gerät J abgegebenen Impulse zeitlich gleiche Abstände haben. The counter is incremented by one unit each time the pulses emitted by the electronic device J are equally spaced in time to have.

Dabei genügt es, den von dem elektronischen Gerät g abgegebenen elektrischen Impulsen elektrische Signale zu überlagern, die dauernd in regelmäßigen Zeitabständen von einem aus dem Netz R gespeisten Sendegerät f abgegeben werden. Jedesmal, wenn die elektrischen Impulse mit den elektrischen Signalen zusammenfallen, addieren sie sich und betätigen den Zähler.It is sufficient to use the electrical output from the electronic device g Pulses superimpose electrical signals that are continuous at regular time intervals can be delivered by a transmitting device f fed from the network R. Whenever the electrical impulses coincide with the electrical signals, add up they themselves and press the counter.

Hierbei muß die Verschiebegeschwindigkeit des Spiegels mj höchstens gleich der Geschwindigkeit sein, die notwendig ist, um im Laufe einer Periode des Speisestromes des Netzes R von einem Interferenzstreifen zum folgenden überzugehen. Bei einem Netz mit 50 Perioden ist diese Geschwindigkeit ungefähr 0,3 C1 pro 1/io Sekunde, d. h. 0,9 mm pro Minute. Here, the speed of movement of the mirror mj must be at most be equal to the speed necessary to run over a period of the To pass the supply current of the network R from one interference fringe to the next. For a network with 50 periods, this speed is approximately 0.3 C1 per 1 / io Second, d. H. 0.9 mm per minute.

Die beschriebene Einrichtung kann folgendermaßen verwendet werden: Ein Präzisionsstab wird parallel der Gleitbahn 2 angeordnet und das Ganze in einen optischen Komparator bekannter Art eingesetzt, wie sie zur Zeit in den w.ichtigsten Meßlaboratorien verwendet werden. The device described can be used as follows: A precision rod is placed parallel to the slide 2 and the whole thing in one optical comparator of a known type, as it is currently used in the most important Measurement laboratories are used.

Mit Hilfe der beiden Mikroskope dieses Komparators wird auf dem Maßstab eine Länge ausgewählt, die durch den Abstand zwischen zwei Teilstrichen bestimmt wird. Ohne den Abstand zwischen den beiden Mikroskopen zu ändern, wird der so bestimmte Abstand auf die Verschiebeachse des Spiegels snl übertragen. Dann wird der Spiegel ml zunächst unter dem einen, dann unter dem anderen Mikroskop zentriert.With the help of the two microscopes this comparator is made on the scale selected a length determined by the distance between two tick marks will. Without changing the distance between the two microscopes, it becomes so determined Transfer the distance to the shift axis of the mirror snl. Then the mirror ml first centered under one microscope, then under the other.

Die Feinregulierung wird durch Änderung des Widerstandes 17 erzielt, der die Bewegung des Spiegels ml unter der Einwirkung der magnetischen Striktion hervorruft.The fine adjustment is achieved by changing the resistance 17, the movement of the mirror ml under the action of magnetic striction evokes.

Der Spiegel mt wird um ein genaues ganzes Vielfaches der Wellenlänge verschoben, was entweder durch Zählen der Interferenzstreifen mit dem Zählgerät C oder aber, was praktisch viel einfacher ist. mit Hilfe der annähernden, vorläufigen Kenntnis der Teilstrichintervalle auf dem Maßstab erfolgen kann. The mirror mt is an exact whole multiple of the wavelength shifted what either by counting the interference fringes with the counter C or else, which is much easier in practice. with the help of approximate, preliminary Knowledge of the graduation intervals on the scale can be done.

Die Ablesung des Instrumentes i erlaubt es, mit sehr hoher Präzision zu gewährleisten, daß die Verschiebung um ein ganzes Vielfaches und nicht um Bruchteile von Wellenlängen erfolgt ist. Da nun zwangläufig ein gewisser Abstand zwischen der Maßstablänge und der nächsten auf dem Interferometer gemessenen Länge in vollen Wellenlängen besteht, ist es erforderlich, daß die vergleichenden Mikroskope die Ablesung dieser Abweichung unter genauer Austarierung ermöglichen. Hierzu genügt es, daß zunächst ein Mikroskop auf die Gradeinteilung r des Spiegels i einge'stellt wird und daß mit Hilfe der Magnetostriktion der Spiegel m, um eine oder mehrere Wellenlängen verschoben wird, wobei gleichzeitig die Übereinstimmung der Masse auf dem Instrument i in Wellenlängen und in dem auszutarierenden Mikroskop in Gradeinteilung seiner Strichplatte bzw. seines elektronischen Anzeigers abgelesen wird, sofern es sich um ein photoelektrisches Mikroskop handelt.The reading of the instrument i allows it to be done with very high precision to ensure that the shift is a whole multiple and not a fraction of wavelengths has occurred. Since there is inevitably a certain distance between the Scale length and the next length measured on the interferometer in full Wavelengths, it is necessary that the comparative microscope the Allow reading of this deviation with exact balancing. Suffice it to do this it is that a microscope is initially set to the graduation r of the mirror i and that with the help of magnetostriction the mirror m to one or more Wavelengths is shifted, at the same time the agreement of the mass on the instrument i in wavelengths and in the microscope to be balanced in graduation its reticle or its electronic display is read, provided it is a photoelectric microscope.

Vorstehend ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben worden. Natürlich könnten zahlreiche Variationen vorgesehen werden. Der Modulator könnte beispielsweise in dem optischen Weg des auf den Spiegel m3 fallenden und von diesem zurückgeworfenen Strahlenbündels angeordnet werden. Auch könnte er von einem der Spiegel nii oder m2 gebildet werden, der auf einer zu seiner Ebene senkrechten Achse periodisch hin und her bewegt wird, beispielsweise mizt Hilfe einer elektrodynamischen Vorrichtung E oder einer von Wechselstrom gespeisten Magnetostriktionsvorrichtung. Die Amplitude der Verschiebung des Spiegels muß dann einer halben Wellenlänge des verwendeten monochromatischen Lichtes gleich sein, um eine periodische Veränderung der Länge des optischen Weges in Größe einer Wellenlänge hervorzurufen. Above is an exemplary embodiment with reference to the drawing the device according to the invention has been described. Of course you could numerous Variations can be provided. The modulator could for example be in the optical Path of the beam falling on the mirror m3 and reflected by it to be ordered. It could also be formed by one of the mirrors nii or m2, which is periodically moved back and forth on an axis perpendicular to its plane, for example with the help of an electrodynamic device E or one of AC powered magnetostriction device. The amplitude of the shift of the mirror must then be half a wavelength of the monochromatic used Light equal to a periodic change in the length of the optical path in the size of a wavelength.

Der Modulator könnte schließlich auch aus einer umlaufenden Scheibe, die unparallele Flächen aufweist, oder aus einem Körper bestehen, dessen Lichtbrechungsindex periodisch durch periodische Änderung eines physikalischen Faktors, z. B. des auf den Körper wirkenden Druckes, geändert wird. Insgesamt kann also der Modulator durch jede Vorrichtung gebildet werden, die eine periodische Änderung des optischen Weges eines Strahlenbündels ermöglicht. Finally, the modulator could also consist of a rotating disc, which has non-parallel surfaces, or consist of a body whose index of refraction periodically by periodically changing a physical factor, e.g. B. the on the pressure acting on the body, is changed. Overall, the modulator can get through Any device can be formed that has a periodic change in the optical path a beam allows.

Die Meßeinrichtung kann einerseits eine Lichtquelle aufweisen, die durch von dem elektronischen Gerät d abgegebene Momentimpulse gespeist wird, und kann andererseits eine stroboskopische Vorrichtung mit einer Skala und umlaufenden Richtmarken besitzen, mit denen die zwischen den von der Lichtquelle abgegebenen Lichteffekten ablaufenden Zeitunterschiede sichtbar gemacht werden können. The measuring device can on the one hand have a light source which is fed by moment pulses emitted by the electronic device d, and on the other hand, a stroboscopic device with a scale and rotating Have alignment marks with which the between the emitted by the light source Light effects running time differences can be made visible.

Die Meßeinrichtung kann auch einen Oszillographen besitzen, der durch die Momentimpulse gespeist wird. Ein derartiger Oszillograph kann mit einer Kathodenstrahlenröhre ausgestattet sein, deren Fleck sich synchron mit dem Modulationsgerät verschiebt und durch die von dem elektronischen Gerät abgegebenen Impulse beeinflußt wird. The measuring device can also have an oscilloscope, which by the moment pulses are fed. Such an oscilloscope can use a cathode ray tube be equipped whose spot shifts synchronously with the modulation device and is influenced by the pulses emitted by the electronic device.

PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur exakten Messung von Längen, bei dem man die Verschiebung eines mit dem einen Spiegel eines Interferometers verbundenen Gegenstandes durch Messung der Änderung bestimmt, welche das Zeitintervall erfährt, das durch Verschiebung der Interferenzstreifen und damit durch periodisches Modulieren des von einer photoelektrischen Zelle empfangenen Lichtflusses des Interferenzlbildes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Minima oder Maxima der empfangenen Lichtintensität hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (?rz,, m2) des Interferometers von monochromatischen Strahlen beleuchtet werden, wobei die relative Lage der Teile (S, O, P, m! 2) dieses Interferometers derart geregelt wird, daß eine im wesentlichen homogene Ausleuchtung des beobachteten Feldes entsteht, und wobei die Lichtintensität des Interferenzfeldes wodurch periodische Änderung des optischen Weges moduliert wird, der von den Strahlen mindestens eines der beiden untereinander interferierenden Strahlenbündel zurückgelegt wird. PATENT CLAIM: 1. Method for the exact measurement of lengths, at which is the displacement of a mirror connected to one of the interferometers Object determined by measuring the change that the time interval experiences, this by shifting the interference fringes and thus by periodic modulation of the light flux of the interference image received by a photoelectric cell between two consecutive minima or maxima of the received light intensity is caused, characterized in that the mirror (? rz ,, m2) of the interferometer be illuminated by monochromatic rays, with the relative location of the parts (S, O, P, m! 2) this interferometer is controlled so that a substantially homogeneous illumination of the observed field is created, and with the light intensity of the interference field modulating periodic changes in the optical path that of the rays of at least one of the two interfering with each other Beam is covered.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that the length the optical path taken by the rays of the on a fixed mirror (nu2) des Interferometer falling beam is traversed, changed periodically will.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that dail the length of the optical path by a value in half the wavelength of that of the Light source (S) emitted monochromatic rays is changed such that a phase shift of the reflected rays equal to one wavelength is achieved will.

4. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 3 with an interferometer and a device for modulating the light intensity by shifting the interference fringes, characterized in that the modulation device (MO) in the beam path of at least one of the two interfering with one another Beam is arranged and a periodic change in the optical path that of the rays of at least one of the two interfering with one another Beam is traversed.

5. Device according to claim 4, characterized in that a mirror (> n) of the interferometer is attached to a support (11) pointing in the direction the axis (y) of one of the two interfering beams is.

6. Device according to claim 5, characterized in that the support (11) is graded (r).

7. Device according to claims 4 to 6, characterized in that that it has a device for actuating the support by means of magnetostriction.

8. Device according to claims 4 to 7, characterized in that that the modulation device (MO) from one in the optical path (x) one of the two with each other interfering beam arranged modulation element (18) and from a Actuating device (19, 21, 22, 24, 25) consists of the modulating element (18) can put in periodic back and forth motion.

9. Device according to claims 4 to 8, characterized by a counter (C) that counts the number of wave arcs (half wavelengths) between two specific positions of the movable mirror (m1) of the interferometer supporting supports (11) counts.

10. Device according to claims 4 to 8, characterized by an electronic device (b, d) whose photoelectric cell (b) is that of the united absorbs light generated by both interfering bundles of rays and which emits electrical impulses when the light intensity periodically reaches a limit value achieved.

11. Device according to claims 4 to 8 and 10, characterized by a measuring device that shows the inequality of times between the in the course of a complete Period of the modulation organ (18) emitted electrical pulses as a measure of the Displacement of the movable mirror (llzi) of the interferometer with respect to a selected starting position.

Documents considered: German Patent No. 617 674.