DE1013436B

DE1013436B - Optisches Lineal

Info

Publication number: DE1013436B
Application number: DEL13583A
Authority: DE
Inventors: Dr Gottfried Rosenthal; Gerhard Fuchslocher
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1952-10-10
Filing date: 1952-10-10
Publication date: 1957-08-08

Description

Optisches Lineal Die Erfindung betrifft ein optisches Lineal zur Messung von Geradführungen u. dgl.
Es ist bereits ein optisches Lineal bekannt, bei dem eine Meßmarke auf sich selbst abgebildet wird. Eine Abweichung der Meßmarke von ihrer Normallage bewirkt dabei ein Abweichen des Meßmarkenbildes von der Meßmarke slbst. Bei diesem optischen Lineal ist ein Brückenträger für die erforderlichen optischen Mittel zur Abbildung und Strahlenumlenkung notwendig. Durch die Länge dieses Trägers ist die Länge der zu prüfenden Strecke begrenzt. Außerdem ist die SIeßgenauigkeit an den Enden der Meßstrecke wesentlich geringer als in der Mitte der Meßstrecke.
Es ist auch bereits ein optisches Lineal bekannt, das auf interferometrischer Grundlage arbeitet. Zur Erzeugung der Interferenzstreifen, die die Bezugsebene für die Messung bilden, sind beleuchtete Spalte vorgesehen. Bei diesem Gerät ist die Meßstrecke theoretisch unbegrenzt. Allerdings fällt die Meßgenauigkeit sehr schnell ab, wenn man sich mit dem Beobachtungsgerät von dem die Interferenzen erzeugenden Projektionsgerät entfernt. Praktisch ist daher auch dieses Lineal nur für kleinere Meßstrecken, wie sie mit dem zuerst beschriebenen Gerät geprüft werden können, verwencll) ar. Das Gerät nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile. Durch den besonderen Aufbau bleibt die Meßgenauigkeit über die gesamte Meßstrecke konstant.
Die Länge der Meßstrecke ist nur von der Größe der verwendeten optischen Mittel abhängig. Das optische Lineal ist gekennzeichnet durch a) eine einen Spalt nach unendlich abbildende Projektionsrichtung. b) eine aus einem Fresnelschen Prisma oder Fresnelschen Spiegel bestehende Ablenkeinrichtung und c) eine Beobachtungsenrichtung, wobei eine der unter b) und c) genannten Einrichtungen am Prüfling entlang verschiebbar und von der Prüflingsoberfläche senkrecht zur optischen Achse der Gesamteinrichtung steuerbar ist.
Dabei können die Projektionseinrichtung und Beobachtungseinrichtung an den beiden Enden der zu prüfenden Strecke oder auch zusammen an einem Ende der Meßstrecke angeordnet sein. Es kann auch die Projektionseinrichtung mit der Ablenkeinrichtung zu einer Baueinheit zusammengefaßt sein. Je nach der Bauart ist ein Fresnelsches Biprisma oder ein Winkelspiegel von ungefähr 900 Offnung (Fresnelspiegel erster Art) als Ablenkorgan vorgesehen, die dabei in bekannter Weise gegen eine Drehung unjempfindlich anbeordnet sind. Man kann aber auch ein Fresnelprisma zweiter Art bzw. eine äquivalente Spiegelanordnung (Fresnelspiegel zweiter Art) als Ablenkorgan sowie zwischen Ablenkorgan und Beobachtungseinrichtung weitere an sich bekannte optische Mittel, z. B. eine Sammellinse und zwei Planparallelplatten, vorsehen. Die Beobachtungseinrichtung ist ein Meßmikroskop mit Fadenkreuz üblicher Bauart oder ein Okular mit geteiltem Gesichtsfeld und optischer Umkehr des einen Teiles. Es kann aber auch eine Fotozellenanordnung, bei der die achromatischen Streifen des Interferenzsystems über zwei Spalte die Fotozellen erregen, mit elektrischer Anzeige des Meßergebnisses vorgesehen sein bzw. bei einem Bteobachtungssvstem mit geteiltem Gesichtsfeld eine Anordnung mit vier Spalten und vier Fotozellen, die in einer ÄVlieatstones chen Brückenschaltung liegen.
In den Zeichnungen sind drei ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 schematisch den Aufhau des optischen Lineals, Fig. 2 eine optische Anordnung mit einem Fresnelprisma zweiter Art, Fig. 3 eine optische Anordnung mit einem Winkelspiegel.
Die aus der Lichtquelle 1, dem Kondensor 2, dem Spalt 3 und dem Objektiv 4 bestehende Projektionseinrichtung ist an dem einen Ende, die Beobachtungseinrichtung 6 am anderen Ende des Prüflings 5 angeordnet. Das Fresnelsche Biprisma 7 ist mit dem Meßtaster 8 kraftschlüssig verbunden und mit seiner Halte. vorrichttnag 9 auf der Führung 10 am Prüfling 5 entlang verschiebbar.
In der Fig. 2 sind zwischen dem Fresnelprisma zweiter Art 17 und der Beobachtungseinrichtung 16 eine Kollektorlinse 20 und in den Teilstrahlenbündeln 21 und 22 die Planparallelplatten 23 und 24 angeordnet.
Die Anordnung der Fig. 3 besteht aus der Projektionseinrichtung mit der Lichtquelle 31, dem Kondensor 32, dem Spalt 33 und dem Objektiv 34, dem Winkelspiegel 37, d'er einen Öffnungswinkel von nicht ganz 900 besitzt, und der Beobachtungseinrichtung 36.
Der Spalt 3 wird durch das Objektiv 4 im Unend- lichen abgebildet. Nach dem Durchtritt des Strahlenbündels 15 durch das Biprisma 7 entstehen die beiden sich durchdringenden Strahlenbündel 11 und 12, die von zwei virtuellen Spalten herzukommen scheinen und die bekannten Interferenzfiguren erzeugen. Mit dem Mikroskop der Beobachtungseinrichtung wird die Bewegung der chromatischen Streifen in Abhängigkeit von der Bewegung des Biprismas 7 am Prüfling 5 entlang beobachtet. Die liewegulig des Biprismas 7 in einer auf der optischen Achse der Projektionseinrichtung senkrecht stehenden Ebene wird dabei durch den Meßtaster 8 gesteuert.
In der Anordnung der Fig. 2 erzeugen die nach dem Austritt aus dem Biprisma 17 zunächst divergenten und nach Durchtritt durch die Kollektorlinse 20 konvergenten Strahlenbündel 21 und 22 die beiden Spalt bilder26 und 27. Zwecks Erhöhung der Lichtstärke sind die Planparallelplatten 23 und 24 in den Strahlenbündeln 21 und 22 angeordnet, wodurch die beiden Spaltbilder 26 und 27 näher aneinandergerückt wer den. Der Vorteil der Anordnung nach Fig. 2 besteht darin, daß sowohl die Lage des Anfangspunktes 28 des Interferenzgebietes als auch der Streifenabstand der Interferenzstreifen voneinander unabhängig von dem Abstand zwischen Kollektrolinise 20 und Biprisma 17 erhalten bleibt, wenn dler Durchmesser der Linse 20 nicht kleiner gewählt wird als die Breite des Prismas 17.
An Stelle eines Mikroskops kann als Beobachtungseinrichtung auch eine Fotozellenanordnung mit zwei oder vier Fotozellen verwendet werden.
PATFNTANsPnÜcHß: 1. Optisches Lineal auf interferometrischer Grundlage zur Messung von Geradffiihrungen, gekennzeichnet durch a) eine einen Spalt nach unendlich abbildende Projektionseinrichtung, b) eine aus einem Fresnelschen Prisma oder Fresnelschen Spiegel bestehende Ablenkeinrichtung, c) eine Beobachtungseinrichtung, wobei eine der unter b) und c) genannten Einrichtungen am Prüfling entlang verschiebl) ar und von der Prüflingsoberfläche senkrecht zur optischen Achse der Gesamteinrichtung steuerbar ist.

Claims

2. Optisches Lineal nach Anspruch 1, dadurch gekenzneichnet, daß die Projetionseinrichtung und die Beobachtungseinrichtung an je einer Seite des Prüfliings angeordnet sind und daß als Ab lenkorgan ein Fresnelsches Prisma (7) vorgesehen ist.

3. Optisches Lineal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Projektionseinrichtung und die Beobachtungseinridtu.ng an derselben Seite des Prüflings angeordnet sind und daß als Ablenkorgan ein Fresnelspiegel (37) mit nicht ganz 900 Öffnungswinkel vorgesehen ist.

4. Optisches Lineal nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet. daß ein Fresnelsches Prisma oder ein Fresnelscher Spiegel zweiter Art (17) vorgesehen ist.

5. Optisches Lineal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet. daß zwischen dem Ablenkorgan (17 und der Beobachtungseinrichtung (16) zusätzliche WIittel z. B. eine Kollektorlinse (20) und Planparalleiplatten (23 und 24), angeordnet sind.

6. Optisches Lineal nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Beobachtungseinrichtung eine Fotozellenanordnung vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 617 416 ; Zeitschrift »Microtecnic«, 4. Jahrgang 1950, S. 194 bis 199.