Interferometer zur Iüfuns optischer Systeme.-
Die Erfindung'betrifft ein Interferometer nach Art des\.
Michelson-Twyinan-Interfercmeters zur Prüfung optischer Systeme..
Interferometer for Iüfuns optical systems.
The invention relates to an interferometer of the type.
Michelson-Twyinan interferometer for testing optical systems.
Derartige Prüfeinrichtungen sind an sich bekannt. Sie befriedigen
jedoch im Gebrauch nicht immer, da es schwierig ist, die für die Prüfung notwendigen
Interferenzerscheinungen genügend kontrastreich und genügend hell zu Erhalten Die
Erfindung gibt einen Weg zur Beseitigung dieses Mangels an. Such test devices are known per se. Satisfy you
however, not always in use as it is difficult to find the ones necessary for testing
Interference phenomena sufficiently rich in contrast and sufficiently bright to obtain the
Invention provides a way of eliminating this deficiency.
Um das Verständnis für die Erfindung zu erleichtern, sei. zunächst
die grundsätzliche Wirkungsweise eines bekannten Michelson-Twyman-Interferometers
an Hand der Abb.1 erläutert. Von der mit einer Beleuchtungslinse 2 ausgerüsteten
Lichtquelle l trifft ein Lichtstrahl auf einen unter 45° geneigten, halbdurchlässig
versilberten Spiegel 3, der den Strählengang aufteilt. In dem Hauptstrahlengang,
der den Spiegel 3 durchsetzt ; sind ein zu untersuchendes optisches System 4 und
ein Konvexspiegel 5 angeordnet. Der am Spiegel 3 reflektierte Vergleichsstrahl dagegen
trifft auf einen ebenen Spiegel 6 auf. Die von den beiden Spiegeln 5 und 6 zurückgeworfenen
Strahlen erreichen über den Spiegel 3 das bei, 7 vorgesehene, jedoch nicht näher
dargestellte Beobachtungsgerät, von wo aus die Interferenzen betrachtet werden.
Dasiuntersuchendeoptischeerstem 4ist iim vorlie-
--Sammellirse ahgenommetio De : Konveyspie>
-gbndah. Falld als
gel 5 ist so angeordnete daß sein Erünmungsmittelpunkt K
mit dem hinteren Brennpunkt des Systems 4 zusammenfällt.
Dadurch wird erreichte daß bei der Reflexion keine Strah-
lenvertauschung stattfindet.
Für die theoretische Betrachtung der Wirkungsweise
/Anordnung
eines solchen Interferometers kann man sich die aus dem
System 4 und dem Spiegel 5 durch einen Planspiegel ersetzt
denken. der am Ort der sogenannten virtuellen Spiegel-
ebene S liegt « Die Lage dieser Ebene ist von den Eigenschaften des Systems 4 sowie
vom Krümmungsradius des Spiegels 5 abhängige Bei einem solchen Ersatz wird offensichtlich
am ganzen Strahlenverlauf nichts geändert. -Auch der Vergleichsspiegel 6 besitzt
eine virtuelle Spiegelebene S', die im vorliegenden Falle aber mit dem tiegel selbst
zusammenfällt, da sich im Vergleichsstrahlengang kein weiteres abbildendes Element
befindet Bei einem solchen Interferometer treten nun bekanntlieh zwei verschiedene
Interferenzerscheinungen auf, nämlich einmal die sogenannten Lummer-Haidingerschen
Ringe (Interferenzkurven gleicher Neigung) und zweitens die Fizeauschen Streifen'
(Kurven gleicher Dicke). Beim Gebrauch der Einrichtung beschränkt man sich auf die
Beobachtung der am Ort der Spiegel auftretenden Fizeauschen Streifen, da diese in
erster Linie durch ihre etwaige Verformung
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. ii : y auf er
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suchenden optischen Systems 4 schließen lassen. mit diese
Streifen möglichst kontrastreich ; : dabei aber dooh hell sind5
müssen zwei Bedingungen erfüllt seine Einmal müssen die-
optischen Lichtwege, die der Haupt mu der Vergleichsstrahl-
von dem Teilungsspiegel 3 zum Spiegel 5 bezw. zum Spiegel 6 zurücklegen, gleich
sein und zweitens müssen die Abstänhde der virtuellen Spiegelebenen S und S'vom
Teilungsspiegel 3 ebenfalls gleich sein, Durch angleichung der optischen Lichtwege
wird der Gangunterschied der Strahlengänge zwischen
1 : dem Spiegel 3 und den beiden Spiegeln 5 und 6 genügend
klein gehalten ; so daß sich die unvermeidliche Inhomcgeni-
tät der Lichtquelle auf die Deutlichkeit der Streifen nicht
auswirkt. Die Abgleichung läßt sich ohne weiteres durch eIltsprechende Bemessung
der Spiegelabstände A und A' erreichen. Diese Strecken müssen so berechnet werden,
daß sie vom Licht in der gleichen Zeit zurückgelegt werdne. Da die Lichtgeschwindigkeit
in dem optischen System 4 geringer als in Luft ist, wird also die Strecke A' größer
sein als die Strecke Ao Die Anpassung kann durch entsprechendes Verschieben des
Spiegels 6 vorgenommen werden, Durch die Einhaltung der zweiten Bedingung (gleiche
Abstände der virtuellen Ebenen) wird erreichte daß keine
Interferenzen gleicher Neigung also keine Lummer-Haidinger-
sehen Ringe, auftreten können, da beim Zusammenfallen der
Bilder der virtuellen Ebenen, die auftretenden Gangunterschiede
vom Neigungswinkel des Becbacktusgsstrahlenganges unabhängig
sind. Man kann daher ohne Beeinträchtigung des Kontrastes"
der Fizeauschen Streifen mit weiten Lichtbüscheln. also großer
Helligkeit, arbeiten Die Abstimmung der virtuellen Ebenen auf gleiche Entfernung
läßt sich bei den bekannten Interferometern nicht immer ohne weiteres erreichen
@ Da nämlich die Abstände A
und At also die Stellung der Spiegel 5 und cD, durch die
erste Bedingung (gleiche optische Lichtwege) bereits vorgegeben sind, kann die virtuelle
Ebene S nur noch durch entspre ohende Wahl des Krümmungsradius des Spiegels 5 in
ihrer Lage verändert werden. Abgesehen davon, daß das bei Reihenuntersuchungen verschiedener
optischer Systeme 4 umständlich ist und einon großen Zeitaufwand bedeutet, da zu
jedem System
ein anderer Spiegel notwendig wäre ? ist es auch bei vielen
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optischen"Byetemen.-Ljisbesondere kurzbrennweitigen Linsen
;
. überhaupt unmöglich, einen Krümmungsradius für den Spiegel
zu
finden, bei dem der Abstand zwischen der virtuellen Spiegelebene S und dem Spiegel
3 gleich At wird, Man mußte bei den bekannten Anordnungen daher mehr oder weniger
verwaschene
und dunkle Interferenzbilder in Kauf nehmen wodurch die Ge-
nauigkeit der Prüfmethcde naturgemäß erheblich beeinträchtigt
wurde.
Diese Nachteile werden nun gemäß der vorliegende Er-
findung bei einem Michelson-Twyman-Interferometer dadurch
vermieden, daß in dem Vergleichsstrahlengang ein teleskcplsches System angeordnet
wird ? Mit Hilfe dieses Systems kann
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passung von deren Lage an die der Virtuellen Spiegelebene
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Les-Hauptstrahlenganges erreichen. Um dabei die Lage auch
während des Gebrauchs der Einrichtung willkürlich ändern zu
können, wird das Teleskopsystem zweckmäßig-verschiebbar ange-
- - -,.
emnat. Das ßystem selbst kann aus zwei. Sammellinsen ver-
achiedener Brennweiten oder einer Sammel-und, einer Zerstreu-
ungslipse bestehen ; der Linsenabstand muß jedoch in beiden
fällen gleich der Summe der Brennweiten sein.
In Abb, 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch dargestellt. Der Aufbau entspricht dem an Hand
der Abb., 1 erläuterten « Im Vergieicbsstrahlengang ist jedoch
das gemäß der'Èrfindung vorgesehene Teleskopsystem 8 zusätz-
li< ! h ageordne Das System'bewirkti, wie dargestellt, eine
rsöliibung der virtuellenSpfeg6lbene S (d. h :"des'Bildes
eis piege gegenüber dem'Siege 6 in'eine"gr8Bere
Re3XHmV (mieI 3<, Bie'roSe unddl RichtüBg'der'"
Vers&iebu] ! si d'vom dem Abstand des Tiesköpsystems vom
Riegel 6"abhänge Die Lage von 8 läßt-sich ohne weiteres
so wählen, daß der Abstand der beiden Virtuellen Spigel-
enn S'und von dem Spiegel' gTeich groß wird-. Die
langbrennweitige Linse des. Tele-skopsystems 8. wird wier in
Abb. 2 dargestellt t zweckmäßig dem Teilungsspiegel zugekehrt.
Das hat. den Vorteile daß der-Abstand des Spiegels'6r'vm.
Teleskopsystem klein gehalten werden kann und b-ereits'kleine
~Große Verlagerunsen der virtui'Z
eilen Spiegelebene S'ergebene
Beim Interferometer nach der Erfindung ist also auch bei Reinhenuntersuchungen verschiedener
Systeme 4 ein Auswechseln des Konvexspiegels 5 nicht mehr erforderliche Man braucht
lediglich den Spiegel 6 (zur Anpassung der Strecken A und At aneinander) und das
Teleskopsystem 8 (zur Anpasbsung der Abstände der virtuellen Spiegelebenen S und
S') zu verschieben. Durch Verschieben des Teleskopsystems werden dabei die einmal
eingestellten Lichtwege A' und A nicht geändert, da es für die Länge der Lichtwege
gleichgültig ist, an-welcher Stelle zwischen der Teilungsplatte 3 und dem Spiegel
6 sich das System 8 befindet.
Die Erfindung karn auch bei In'cerferometern Anwendung
finden bu denen der Konvexspiegel 5 im Hauptstrahlengang
durch einen-Planspiegel ersetze ist. Dadurch ergibt sich
allerdings eine Strahlehvertauschung, Damit diese im Vergleichsstrahlengang ebenfalls
eintritt ; muß dann dort der Spiegel 6 durch die Kombination einer Sammellinse mit
einem in deren Brennpunkt angeordneten Planspiegel oder aber durch einen Tripelspiegel
ersetzt werden, - Grundsätzlich ist auch die Verwendung eines Konkavspiegels an
Stelle des Konvexspiegels 5 mögliche jedoch liegt hier die virtuelle Spiegelebene
nicht immer günstige Eine Strahlenvertauschung wird hierbei auch immer vermieden,
wenn der Krümmungsmittelr' punkt mit dem hinteren Brennpunkt, des Systems 4 zusammenfällt.To facilitate understanding of the invention, let. First, the basic mode of operation of a known Michelson-Twyman interferometer is explained using Fig. 1. From the light source 1 equipped with an illumination lens 2, a light beam strikes a semitransparent silver-plated mirror 3 which is inclined at 45 ° and divides the beam path. In the main beam path which passes through the mirror 3; an optical system 4 to be examined and a convex mirror 5 are arranged. The comparison beam reflected on the mirror 3, on the other hand, strikes a plane mirror 6. The rays reflected by the two mirrors 5 and 6 reach via the mirror 3 the observation device provided at, 7, but not shown in detail, from where the interferences are observed. The examining optical first 4 is in the present
- Collected millet ahgenommetio De: Konveyspie>
-gbndah. Falld as
gel 5 is arranged so that its center of extension K
coincides with the back focus of the system 4.
This ensures that during the reflection no radiation
exchange takes place.
For the theoretical consideration of the mode of action
/Arrangement
such an interferometer can be seen from the
System 4 and the mirror 5 replaced by a plane mirror
think. at the location of the so-called virtual mirror
plane S lies «The position of this plane is dependent on the properties of the system 4 as well as on the radius of curvature of the mirror 5. With such a replacement obviously nothing is changed in the entire course of the rays. The comparison mirror 6 also has a virtual mirror plane S ', which in the present case coincides with the crucible itself, since there is no further imaging element in the comparison beam path. Haidinger rings (interference curves of equal inclination) and, secondly, the Fizeau strips' (curves of equal thickness). When using the device, one is limited to observing the Fizeau stripes that appear at the location of the mirrors, as these are primarily due to their possible deformation ] 6ickKtner6CM .. ed! 'imdsß point to errors of the to-''
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can close searching optical system 4. with this
Stripes as rich in contrast as possible; : but dooh bright are 5
two conditions must be met once the-
optical light paths, which are the main must of the comparison beam
from the splitting mirror 3 to the mirror 5 respectively. to mirror 6, be the same and secondly, the distances between the virtual mirror planes S and S 'from the dividing mirror 3 must also be the same 1: the mirror 3 and the two mirrors 5 and 6 are sufficient
kept small; so that the inevitable inhomogeneity
ity of the light source does not affect the clarity of the stripes
affects. The adjustment can easily be achieved by appropriately dimensioning the mirror spacings A and A '. These distances must be calculated in such a way that they are covered by light in the same time. Since the speed of light in the optical system 4 is lower than in air, the distance A 'will be greater than the distance Ao. The adjustment can be made by moving the mirror 6 accordingly, by observing the second condition (equal distances between the virtual planes ) it is achieved that none Interferences of the same inclination so no Lummer-Haidinger
see rings that can occur when the coincidence of the
Images of the virtual planes, the path differences that occur
independent of the angle of inclination of the Becbacktusg ray path
are. One can therefore without impairing the contrast " the Fizeau stripes with wide light bundles. so big one
Brightness, work The coordination of the virtual planes at the same distance cannot always be easily achieved with the known interferometers @ Since the distances A and At thus the position of the mirrors 5 and cD through which
The first condition (same optical light paths) are already specified, the position of the virtual plane S can only be changed by appropriate choice of the radius of curvature of the mirror 5. Apart from the fact that this is cumbersome in series examinations of various optical systems 4 and means a large expenditure of time, since for each system another mirror would be necessary? it is also with many
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optical "Byetemen.-Ljis special short focal length lenses;
. impossible at all to have a radius of curvature for the mirror
find at which the distance between the virtual mirror plane S and the mirror 3 is equal to At. In the known arrangements, therefore, more or less blurred and accept dark interference patterns, which
Naturally, the accuracy of the test method is considerably impaired
became.
These disadvantages are now according to the present invention
found in a Michelson-Twyman interferometer
avoided that a telescopic system is arranged in the comparison beam path? With the help of this system you can M'LI -.--- '. . "-) -."'.'----, - * "*:.: --'-'?"'--..-«'
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matching of their position to that of the virtual mirror plane
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Reach Les main beam path. To do with the situation too
to change arbitrarily during the use of the device
can, the telescope system is expediently slidable
- - - ,.
emnat. The system itself can consist of two. Converging lenses
different focal lengths or a collective and, a scattering
ungslipse exist; however, the lens spacing must be in both
cases equal to the sum of the focal lengths.
In Fig, 2 is an embodiment of the invention
shown schematically. The structure corresponds to that on hand
The Fig., 1 explained «In Vergieicbsstrahlweg is, however
the telescope system 8 provided according to the invention
li <! h ageordne As shown, the system creates a
Reveal of the virtual plane S (i.e.: "des'Image
Ice cream pie compared to the “Siege 6” in a “bigger” area
Re3XHmV (mieI 3 <, Bie'roSe unddl RichtüBg'der '"
Verse & iebu]! si d'vom the distance of the Tiesköpsystem from
6 "hang bars The position of 8 can be easily
choose so that the distance between the two virtual mirror
hen S 'and from the mirror' the pond grows large-. the
long focal length lens of the telescope system 8. is used in
Fig. 2 shown t expediently facing the splitting mirror.
That has. the advantages that the distance of the mirror'6r'vm.
Telescope system can be kept small and already small
~ Great relocations of virtui'Z
rush mirror plane s'erious
In the case of the interferometer according to the invention, it is no longer necessary to replace the convex mirror 5 even in the case of pure examinations of different systems 4 and S '). By moving the telescope system, the once set light paths A 'and A are not changed, since it is irrelevant for the length of the light paths at which point the system 8 is located between the dividing plate 3 and the mirror 6. The invention can also be used with incerferometers
find bu which the convex mirror 5 in the main beam path
is to be replaced by a flat mirror. This results in
however, a beam interchange, so that this also occurs in the comparison beam path; the mirror 6 must then be replaced there by the combination of a converging lens with a plane mirror arranged in its focal point or by a triple mirror, - In principle, the use of a concave mirror instead of the convex mirror 5 is also possible, but here the virtual mirror plane is not always a favorable one Radiation exchange is also always avoided if the center of curvature coincides with the rear focal point of the system 4.