SCHNELLE MESSUNG HOHER GANGUNTΞRSCHIEDE VON DOPPELBRECHENDEN MEDIEN OHNE UND MIT FALSCHFARBENFAST MEASUREMENT OF HIGH GAP DISTURBANCES OF DOUBLE BREAKING MEDIA WITHOUT AND WITH FALSE COLORS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen, automati- sehen, berührungslosen, kalibrierfreundlichen und lichtstar¬ ken Messung hoher Gangunterschiede R von doppelbrechenden und durchsichtigen optischen Medien oder Proben nach Senarmont mit simultaner oder zeitlich sukzessiver digitaler Fourier- Analyse mit mehreren Wellenlängen, insbesondere von Fasern, Filamenten, Folien und anderen Flächengebilden, sowohl imThe invention relates to a method for fast, automatic, non-contact, calibration-friendly and lichtstar¬ ken measurement of high path differences R of birefringent and transparent optical media or samples according to Senarmont with simultaneous or temporally successive digital Fourier analysis with multiple wavelengths, especially fibers, Filaments, films and other fabrics, both in the
Labor, am Mikroskop als auch online während des Herstellungs- prozesses mit schnellen oder langsamen Veränderungen (ms- oder Sekundenbereich) . Gleichzeitig wird auch eine Vorrich¬ tung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben. Nach dem Verfahren und der Vorrichtung können alle durchsich¬ tigen Fasern, Filamente, Folien und Flächengebilde im noch schmelzeflüssigen Zustand bei der Herstellung oder im festen und ruhenden Zustand untersucht werden. Diese Proben können auch dann noch gemessen werden, wenn sie im weißen Licht Falschfarben zeigen.Laboratory, on the microscope as well as online during the manufacturing process with fast or slow changes (ms or seconds). At the same time, a device for carrying out this method is also described. According to the method and the device, all transparent fibers, filaments, films and sheet formations can be examined while they are still in molten state during production or in the solid state and at rest. These samples can still be measured even if they show false colors in the white light.
Die Messung des Gangunterschiedes R der genannten Proben ist deshalb wichtig, weil sich daraus mit Hilfe der Dicke D dieser Proben die DoppelbrechungThe measurement of the path difference R of the mentioned samples is important because it results in the birefringence with the aid of the thickness D of these samples
Δn = R / D (1)Δn = R / D (1)
Ersatzblatt
ergibt, die in vielen Fällen die Orientierung der Makromole¬ küle in den Fasern und Folien charakterisiert. Diese Orien¬ tierung bestimmt technisch und technologisch wichtige Größen, wie die Reißspannung, die Reißdehnung und den E-Modul der genannten Proben. Ist Δnmax die maximal mögliche Doppelbre¬ chung, dann läßt sich ein mittlerer Orientierungswinkel α angeben, der bei Fasern den Winkel zwischen der Zylinderachse und der mittleren Längsrichtung der Makromoleküle wie folgt bedeutet:replacement blade which in many cases characterizes the orientation of the macromolecules in the fibers and films. This orientation determines technically and technologically important parameters, such as the tensile strength at break, the elongation at break and the modulus of elasticity of the samples mentioned. If Δn max is the maximum possible birefringence, then a mean orientation angle α can be given which, in the case of fibers, means the angle between the cylinder axis and the central longitudinal direction of the macromolecules as follows:
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Δn / Δnmax = 1 - — sin2 α . (2)Δn / Δn max = 1 - - sin 2 α. (2)
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Die Doppelbrechung Δn ist dabei im Falle der Fasern immer die Differenz der Brechungsindizes parallel und senkrecht zur Faserlängsachse, d.h.The birefringence Δn in the case of the fibers is always the difference of the refractive indices parallel and perpendicular to the fiber longitudinal axis, i.
Δn = ri|| - ni . (3)Δn = ri || - ni. (3)
Für den Gangunterschied R gilt dies analog. Im Falle von optisch einachsigen Fasern mit dem Durchmesser D ist der Gangunterschied R die Differenz der optischen Lichtwege nπ * D und m * D7 d.h.For the path difference R this applies analogously. In the case of optically uniaxial fibers with the diameter D, the path difference R is the difference of the optical paths nπ * D and m * D 7 ie
R = (n|| - m) * D . (4)R = (n | | - m) * D. (4)
Im ersten Fall (ny * D) schwingt der elektrische Vektor des Lichtes senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, aber parallel zur Zylinderachse der Faser. Im zweiten Fall schwingt er senk- recht dazu.In the first case (ny * D) the electric vector of the light oscillates perpendicular to the propagation direction, but parallel to the cylinder axis of the fiber. In the second case, he swings vertically.
Ist der Gangunterschied R kleiner als die verwendete Vakuum- Lichtwellenlänge λ, dann nennt man dieses Gebiet das Gebiet
der 1. Ordnung (N+1 = 1, also N = 0) . Liegt der Gangunter¬ schied zwischen den Wellenlängen λ und 2λ, dann ist dies das Gebiet der 2. Ordnung (N+1 = 2, also N = 1) usw. Man spricht ganz allgemein von der optischen Ordnung (N+l) .If the path difference R is smaller than the used vacuum light wavelength λ, then this area is called the area of the 1st order (N + 1 = 1, ie N = 0). If the transition difference lies between the wavelengths λ and 2λ, then this is the region of the second order (N + 1 = 2, ie N = 1), etc. One speaks generally of the optical order (N + 1).
[Stand der Technik][State of the art]
Zur automatischen und berührungslosen Bestimmung des Gangun¬ terschiedes im Gebiet bis zu einer Lichtwellenlänge λ wird vielfach die Senarmont-Methode eingesetzt (CH 342768 A, DE-AS 1097167, DE 4123936 Al, DE 4235065 Al und DE 19529899 Al) , die mit monochromatischem Licht arbeitet.For automatic and non-contact determination of Gangun¬ difference in the field up to a wavelength of light λ is often the Senarmont method used (CH 342768 A, DE-AS 1097167, DE 4123936 Al, DE 4235065 Al and DE 19529899 Al), with monochromatic light is working.
Bei Gangunterschieden von größer als einer Lichtwellenlänge λ wird die Soleil-Babinet-Methode angewendet (DE 4123935 Al und DE 4235065 Al) , die mit weißem Licht arbeitet. Es gibt Poly¬ mere und andere Stoffe, die eine anormale Farbfolge der Interferenzstreifen zeigen. Der Kompensationsstreifen 0. Ordnung ist dann nicht mehr neutralschwarz. In vielen Fällen ist es dann so, daß zwischen zwei benachbarten Strei- fen nicht entschieden werden kann, welcher Streifen der Kompensationsstreifen ist. Oftmals ist es dann keiner von beiden und eine exakte Angabe der Doppelbrechung bleibt aus. Eine Möglichkeit zur Behebung dieser Schwierigkeit besteht in der Anfertigung eines Schrägschnittes und dem Auszählen der Ordnungen im monochromatischen Licht. Ein solches Verfahren ist natürlich nicht mehr mit einem automatischen und vor allen Dingen berührungslos sowie schnell messenden Verfahren identisch. Weitere Patente (US 5 929 993, EP 225 590, GB 808 505, US 6 697 161, DE 19 953 528, EP 597 390) , die zum Teil auch für bewegte Medien entsprechende Lösungen anbieten, sind nicht geeignet, Medien mit Falschfarben zu messen oder zu regeln, weil sie nur bei einer Wellenlänge arbeiten.
Nach DE 3 129 505 ist der Messbereich sogar auf eine halbe Wellenlänge beschränkt.For gait differences greater than one wavelength λ, the Soleil-Babinet method is used (DE 4123935 Al and DE 4235065 Al), which works with white light. There are polymers and other substances which show an abnormal color sequence of the interference fringes. The compensation strip 0th order is then no longer neutral black. In many cases, then, it can not be decided between two adjacent strips which strip is the compensation strip. Often it is then neither and an exact indication of the birefringence is missing. One way to overcome this difficulty is to make an oblique cut and to count the orders in the monochromatic light. Of course, such a method is no longer identical with an automatic and, above all, non-contact and fast measuring method. Other patents (US Pat. No. 5,929,993, EP 225 590, GB 808 505, US Pat. No. 6,697,161, DE 19 953 528, EP 597 390), which also offer corresponding solutions for moving media, are not suitable for media with false colors measure or regulate because they only work at one wavelength. According to DE 3 129 505, the measuring range is even limited to half a wavelength.
Patente mit mehreren Wellenlängen gehen nicht auf die Konver¬ genz der verschiedenen Ordnungen bei verschiedenen Wellenlän- gen ein (US 4 973 163) . Erst durch die Konstanz der optischen Ordnung in sehr kleinen Wellenlängenbereichen, die zum Teil bis 10 nm und kleiner betragen können, wie dies weiter unten gezeigt wird, können Falschfarben erfasst werden. In US 5 406 371 ist zwar die Möglichkeit der Variation der Wellenlängen vorhanden, sie ist aber nicht gleichzeitig für die im vorliegenden Patent als Mess- und Hilfswellenlänge bezeichnete Größen realisierbar.Patents with several wavelengths do not deal with the convergence of the different orders at different wavelengths (US Pat. No. 4,973,163). Only by the constancy of the optical order in very small wavelength ranges, which can be up to 10 nm and smaller, in part, as shown below, false colors can be detected. Although the possibility of varying the wavelengths is present in US Pat. No. 5,406,371, it can not at the same time be realized for the quantities designated as measuring and auxiliary wavelengths in the present patent.
Einen Ausweg bei der Bestimmung des Gangunterschiedes beim Vorliegen von Falschfarben bietet hier die Senarmont-Methode, allerdings angewendet mit zwei Wellenlängen.A way out in determining the path difference in the presence of false colors here is the Senarmont method, but applied with two wavelengths.
Für Gangunterschiede R > λ wird das Minimum der Differenz der Gangunterschiede der beiden Strahlen unterschiedlicher Wel¬ lenlängen bestimmt (DE 4306050 Al) . Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, daß sie wegen der zeitlich aufwendigen Bestimmung des Minimums nicht schnell genug ist, d.h. es sind keine hohen Abtastfrequenzen möglich. Außerdem ist die Genau¬ igkeit wegen des flachen Maximums eingeschränkt. Hohe Abtastfrequenzen sind aber notwendig, um beim Herstel¬ lungsprozeß die schnelle Verlagerung von besonderen Erschei- nungen, z.B. die Schulter (neck point) beim Sehne11spinnen oder beim Verstreckprozeß zu erfassen.For path differences R> λ the minimum of the difference of the path differences of the two beams of different wavelengths is determined (DE 4306050 A1). The disadvantage of this method, however, is that it is not fast enough because of the time-consuming determination of the minimum, i. no high sampling frequencies are possible. In addition, the accuracy is limited because of the shallow maximum. However, high sampling frequencies are necessary in order to prevent the rapid production of special phenomena, for example, in the production process. to detect the shoulder (neck point) during tendon spinning or during the stretching process.
Außerdem werden hohe Abtastfrequenzen in der Qualitätsprüfung verlangt, wenn z.B. ein Monofilament von der Spule abge¬ wickelt wird und die Orientierung längs des Fadens bei hoher Abzugsgeschwindigkeit ermittelt werden soll.In addition, high sampling frequencies are required in quality testing, e.g. a monofilament is unwound from the bobbin and the orientation along the thread at high take-off speed is to be determined.
Eine elegante Methode zur Lösung dieser Probleme ist die Anwendung des Senarmont-Verfahrens mit mindestens zwei Wel¬ lenlängen in sehr vielen Winkellagen des Analysators (DE 198 19 670 A 1) .
Wird dieses letztgenannte Verfahren zur Messung des Gangun¬ terschiedes von glänzenden und beispielsweise 15 μm dicken Fasern mit geringster Lichtstreuung eingesetzt, dann ist die gleichzeitige (simultane) Messung der Lichtintensitäten bei mindestens zwei Wellenlängen in sehr vielen Winkellagen (z.B. 10 ) des Analysators sehr schwierig, weil sich das gestreute Licht ebenso auf sehr viele Empfänger verteilt. Dieses beschriebene Verfahren ist also zu lichtschwach und damit letztlich zu ungenau. Das patentierte Verfahren und die Vorrichtung (DE 103 10 837 Al) zur automatischen Messung der Spannungsdoppelbrechung an transparenten Körpern ist für die Bestimmung von optischen Gangunterschieden R > λ ungeeignet, da bei nur einer Mess- Wellenlänge gemessen wird. Ausserdem wird hierbei der Analy- sator mechanisch verdreht.An elegant method for solving these problems is the use of the Senarmont method with at least two wavelengths in very many angular positions of the analyzer (DE 198 19 670 A1). If this last-mentioned method is used to measure the transition of shiny and, for example, 15 .mu.m thick fibers with minimal light scattering, the simultaneous (simultaneous) measurement of the light intensities at at least two wavelengths in very many angular positions (eg 10) of the analyzer is very difficult. because the scattered light also spreads to many recipients. This described method is therefore too faint and thus ultimately too inaccurate. The patented method and apparatus (DE 103 10 837 A1) for the automatic measurement of stress birefringence on transparent bodies is unsuitable for the determination of optical path differences R> λ, since measurements are carried out at only one measuring wavelength. In addition, the analyzer is mechanically rotated in this case.
Eine beschriebene achromatische Senarmont-A described achromatic Senarmont-
Kompensationseinreichtung (DE 40 32 212 Al) dient der Messung von optischen Gangunterschieden optisch anisotroper Objekte in einem ausgedehnten Spektralbereich mit wesentlich redu- ziertem systematischen Messfehler. Hierbei kann bei unter¬ schiedlichen Mess-Lichtwellenlängen mittels eines verdrehba¬ ren Analysators gemessen werden, es wird jedoch keine Mög¬ lichkeit der Bestimmung von optischen Gangunterschieden R > λ beschrieben. Ein neueres Patent (DE 102 45 407) beschreibt ein Verfahren, indem die Senarmont-Methode simultan oder zeitlich sukzessiv mit der diskreten Fourier-Analyse (DFA) mit vorzugsweise drei Winkellagen und mindestens zwei Mess-Wellenlängen durchge¬ führt wird. Beim Senarmont-Verfahren mit simultaner DFA werden zur Abtastung des vom zu messenden Objekt kommendenKompensationseinreichtung (DE 40 32 212 Al) is used to measure optical path differences of optically anisotropic objects in an extended spectral range with significantly reduced systematic measurement error. In this case, it is possible to measure at different measuring light wavelengths by means of a rotatable analyzer, but no possibility of determining optical path differences R> λ is described. A more recent patent (DE 102 45 407) describes a method in which the Senarmont method is carried out simultaneously or chronologically successively using discrete Fourier analysis (DFA) with preferably three angular positions and at least two measuring wavelengths. In the Senarmont method with simultaneous DFA are used for scanning coming from the object to be measured
Signals vorzugsweise drei Winkellagen gleichzeitig realisiert und mindestens drei Lichtleitkabel mit vorgeschalteter λ/4- Platte und drei Polarisatoren benötigt. Beim Senarmont- Verfahren mit zeitlich sukzessiver DFA werden nur ein Licht-
leitkabel, ein Photoempfänger und ein elektrischer Verstärker benötigt. Damit erhöht sich die Lichtstärke gegenüber dem oben genannten Senarmont-Verfahren mit sehr vielen Winkella¬ gen des Analysators . Bei der Kalibrierung brauchen nur die Linearität, die Null- und die Maximal-Intensitäten beachtet zu werden. Die erstgenannte Variante (simultane DFA) ist schneller als die zweitgenannte Variante (zeitlich sukzessive DFA) . Im letztgenannten Fall ist dagegen der materielle Aufwand geringer, die Lichtstärke höher und die Anforderungen an die Kalibrierung sind besonders minimal.Signal preferably three angular positions simultaneously realized and requires at least three optical fiber with upstream λ / 4 plate and three polarizers. In the Senarmont method with time-successive DFA, only one light control cable, a photoreceiver and an electrical amplifier. As a result, the light intensity with respect to the above-mentioned Senarmont method increases with very many angles of the analyzer. During calibration, only the linearity, zero and maximum intensities need to be considered. The former variant (simultaneous DFA) is faster than the second variant (temporally successive DFA). In the latter case, however, the material cost is lower, the light intensity higher and the calibration requirements are particularly minimal.
Zur Durchführung des Prüfverfahrens wird eine Vorrichtung eingesetzt, bei der sich die doppelbrechende Probe in Licht¬ richtung gesehen zwischen einem Polarisator und einem λ/4- Plättchen befindet. Polarisator, Probe und λ/4-Plättchen werden von einer weißen Lichtquelle mit Monochromat-Filter oder einem Laser bestrahlt.To carry out the test method, a device is used in which the birefringent sample is in the direction of light between a polarizer and a λ / 4 plate. Polarizer, sample and λ / 4 plate are irradiated by a white light source with monochromate filter or a laser.
Beim Senarmont-Verfahren mit simultaner DFA wird die zur Verfügung stehende Lichtintensität vorzugsweise in drei Kanäle mit drei Polarisatoren in drei Winkellagen (z.B. 0°, 60° und 120°) aufgeteilt und danach mit einer CCD-Zeile, CCD-In the simultaneous DFA Senarmont method, the available light intensity is preferably divided into three channels with three polarizers in three angular positions (e.g., 0 °, 60 ° and 120 °) and then with a CCD line, CCD
Kamera, Dioden oder mit SEV's (Multiplier) gemessen, in elektrische Signale umgewandelt und ausgewertet . Beim Senarmont-Verfahren mit zeitlich sukzessiver DFA wird mittels impulsgesteuertem und schnell drehendem Miniatur- Servo-Antrieb der Analysator in vorzugsweise drei verschiede¬ ne Winkellagen gedreht und die sich ergebenden Intensitäten mit oder ohne Lichtleitkabel und Photoempfänger gemessen und aus den Ergebnissen sowohl der Senarmont-Winkel als auch der Gangunterschied berechnet. Die Zuordnung von Winkellage und Lichtintensität erfolgt über den zu jeder Winkellage gehören¬ den charakteristischem Impuls .Camera, diodes or measured by SEV's (multiplier), converted into electrical signals and evaluated. In the Senarmont method with time-successive DFA, the analyzer is rotated into preferably three different angular positions by means of pulse-controlled and rapidly rotating miniature servo drive and the resulting intensities are measured with or without optical cable and photoreceiver and from the results both the Senarmont angle as well as the path difference calculated. The assignment of the angular position and the light intensity takes place via the characteristic pulse belonging to each angular position.
Der Nachteil der Erfindung ist die zu geringe spektraleThe disadvantage of the invention is the too low spectral
Variabilität des Verfahrens beim konkreten Objekt (bei Fa-
sern, Filamenten, Folien und anderen doppelbrechenden Flä¬ chengebilden) . Das wird wie folgt speziell erläutert : Bei Folien ohne Falschfarben könnte der Abstand der beiden Wellenlängen des Zwei-Wellenlängen-Senarmont-Verfahrens durchaus auch wieder größer als 10 nra betragen, womit die Sicherheit (Genauigkeit und Eindeutigkeit) und Schnelligkeit des Verfahrens mehrfach gesteigert würde. Durch die starre Vorgabe des Wellenlängenabstandes von 10 nm ist dies aber nicht gegeben. Hier wäre es günstig, wenn der Wellenlängenab- stand variabel ist.Variability of the method in the case of a concrete object fibers, filaments, films and other birefringent surfaces). This is explained specifically as follows: For films without false colors, the distance of the two wavelengths of the two-wavelength Senarmont method could well be again greater than 10 nra, which would increase the security (accuracy and uniqueness) and speed of the process several times. Due to the rigid specification of the wavelength spacing of 10 nm, this is not the case. Here it would be favorable if the wavelength distance is variable.
Dasselbe Problem tritt bei Filamenten ohne Falschfarben mit kleinstem Durchmesser auf, bei denen eine genaue Messung bei dem vorgegebenen Wellenlängenabstand von 10 nm auch nicht möglich ist, weil sich bei dem geringen Wellenlängenabstand die Messsignale zum Teil gegenseitig überlagern und das Rauschen zunimmt.The same problem occurs with filaments without false colors with the smallest diameter, where an accurate measurement at the given wavelength spacing of 10 nm is also not possible, because at the small wavelength separation, the measurement signals partly overlap each other and the noise increases.
Umgekehrt kann bei sehr lichtstarken Objekten mit ausgespro¬ chen starken Falschfarben der Wellenlängenabstand von 10 nm wiederum zu groß sein. Dann werden z.B. die Falschfarben erst bei einem Wellenlängenabstand von 5 nm eindeutig identifi¬ ziert. Nur dann sind die Ergebnisse eindeutig. Bei dem festen Abstand von 10 nm wäre die Messung falsch.Conversely, in the case of very bright objects with pronounced false colors, the wavelength spacing of 10 nm can again be too large. Then, e.g. the false colors are clearly identified only at a wavelength distance of 5 nm. Only then are the results clear. At the fixed distance of 10 nm, the measurement would be wrong.
[Aufgabe der Erfindung]OBJECT OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterentwicklung des Senar- mont-Verfahrens für die automatische, berührungslose und schnelle Messung hoher Gangunterschiede R von doppelbrechen¬ den und durchsichtigen Proben oder Objekten im online- Betrieb, insbesondere von Fasern, Filamenten, Folien undThe object of the invention is the further development of the Senarmont method for the automatic, contactless and rapid measurement of high path differences R of double-break and transparent samples or objects in online operation, in particular of fibers, filaments, films and
Flächengebilden, die im weißen Licht auch Falschfarben zeigen können, bei dem die spektrale Variabilität gewährleistet ist. Das bedeutet, dass der Wellenlängenabstand nicht konstant,
sondern variabel gestaltet werden kann. Die Integrationszei¬ ten sollen im ms- oder im Sekundenbereich liegen.. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass neben der eigentlichen konstanten Messwellenlänge λi eine variable Hilfswellenlänge λ2 eingeführt wird. Die letztgenannte Hilfs- wellenlänge λ2 wird solange der Messwellenlänge λi angegli¬ chen, bis für beide Wellenlängen gleichzeitig die gleiche Ordnung vorliegt (gleiches N+l) . Dadurch kann in einem Fall für bestimmte Proben der Abstand der beiden Wellenlängen größer als 10 nm betragen und die Sicherheit (Genauigkeit und Eindeutigkeit) und Schnelligkeit des Verfahrens erhöhen sich. Im anderen Fall kann bei sehr lichtstarken Proben mit ausge¬ sprochen diffizilen Falschfarben der Abstand der beiden Wellenlängen sogar kleiner als 10 nm gemacht werden, sodass die Falschfarben richtig erfasst werden können.Fabrics that can also show false colors in white light, where the spectral variability is guaranteed. This means that the wavelength spacing is not constant, but can be made variable. The integration times should be in the order of seconds or seconds. According to the invention, the object is achieved by introducing a variable auxiliary wavelength λ 2 in addition to the actual constant measurement wavelength λ i. The last-mentioned auxiliary wavelength λ 2 is as long as the measuring wavelength λi angegli¬ chen until the same order is present for both wavelengths (the same N + l). As a result, in a case for certain samples, the distance between the two wavelengths may be greater than 10 nm, and the safety (accuracy and uniqueness) and speed of the method increase. In the other case, in the case of very bright samples with pronounced, difficult false colors, the distance between the two wavelengths can even be made smaller than 10 nm, so that the false colors can be detected correctly.
Das Verfahren und die Vorrichtung können zur automatischen, berührungslosen und schnellen Messung des Gangunterschiedes doppelbrechender Proben ohne Mehrdeutigkeit der Ergebnisse herangezogen werden, wobei die Sicherheit (Genauigkeit und Eindeutigkeit) und die Schnelligkeit (kurzperiodisch) des Verfahrens in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Probe geregelt werden können. Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich zur Messung im Laborbetrieb, für schnelle (simul- tane Messung) und langsam veränderliche Vorgänge (zeitlich sukzessive Messung) mit einer Integrationszeit im ms- und im Sekundenbereich und zur Verfolgung der Änderung des Gangun¬ terschiedes von mikroskopisch kleinen Proben mit Falschfar¬ ben.
[Beispiele]The method and apparatus can be used for the automatic, non-contact and rapid measurement of the path difference of birefringent samples without ambiguity of the results, whereby the safety (accuracy and uniqueness) and speed (short period) of the method can be regulated depending on the properties of the sample , The method and the device are suitable for measurement in laboratory operation, for fast (simultaneous measurement) and slowly variable processes (time-successive measurement) with an integration time in the ms and seconds range and for tracking the change in the transition difference of microscopically small Samples with false color. [Examples]
1. Schema des Verfahrens1. Scheme of the procedure
(DMSV = Diskretes Mehrfarben-Senarmont-Verfahren = Simultane oder sukzessive Kopplung des Mehrfarben-Senarmont-Verfahrens [MSV] mit der diskreten Fourier-Analyse [DFA] )(DMSV = Multicolor Discrete Senarmont Method = Simultaneous or Successive Coupling of Multicolor Senarmont Method [MSV] with Discrete Fourier Analysis [DFA])
In Fig. 1 ist das Schema des Verfahrens dargestellt, wonach die monochromatische Strahlung der beiden Lichtquellen (1) und (2) mit den beiden Wellenlängen λx und λ2 über den Tei¬ lerwürfel (4) gemeinsam auf den Polarisator (5) trifft. Die Lichtquelle (1) charakterisiert die Mess-Wellenlänge λi. Die Lichtquelle (2) charakterisiert die Hilfswellenlänge X2. Das Wesentliche des Verfahrens kommt darin zum Ausdruck, dass die Strahlung der Hilfswellenlänge λ2 auf dem Weg bis zum Teiler¬ würfel (4) eine Vorrichtung durchläuft, die die Hilfswellen¬ länge je nach Erfordernis variieren kann. Für falschfarben- freie Proben kann der Abstand zur Mess-Wellenlänge im Sinne der Erhöhung von Sicherheit (Genauigkeit und Eindeutigkeit) und Schnelligkeit der Messung vergrößert werden. Für licht¬ starke Proben mit Falschfarben kann der Abstand der Hilfswel¬ lenlänge zur Mess-Wellenlänge bis unter 10 nm verringert werden, sodass die Eindeutigkeit der Messung gewährleistet wird. Über den Polarisator (5) wird die zu messende doppelbrechende Probe (6) beleuchtet und dem λ/4-Plättchen (7) zugeführt. Diese wandelt das von der zu messenden Probe erzeugte ellip¬ tisch polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht um. Der anschließende Diffusor (8) dient zur Homogenisierung des Lichtbündels über den gesamtem Bündelquerschnitt. Das ist deshalb wichtig, weil der darauf folgende Analysator (9) für drei Polarisationsrichtungen ausgerüstet ist, bei denen die auffallenden Lichtintensitäten gleich sein müssen (Polarisa- tionsfilter-Array oder Analysator-Array) .
Die Stellung der Polarisationsrichtungen geht aus Fig. 2 hervor, wo speziell auf die Polarisationsrichtungen des Polarisators (5) , der Probe (6) , gemeint ist nγ , des λ/4-Plättchens (7) und des Analysators (9) dargestellt sind (In Fig.2 bedeutet die Stellung des Analysators (9) die Grundstellung) .In Fig. 1, the scheme of the method is shown, after which the monochromatic radiation of the two light sources (1) and (2) with the two wavelengths λ x and λ 2 on the Tei¬ lerwürfel (4) together on the polarizer (5) , The light source (1) characterizes the measuring wavelength λi. The light source (2) characterizes the auxiliary wavelength X 2 . The essence of the method is expressed in that the radiation of the auxiliary wavelength λ 2 on the way to the Teiler¬ cube (4) passes through a device that can vary the Hilfswellen¬ length as required. For false-color-free samples, the distance to the measurement wavelength can be increased in the sense of increasing safety (accuracy and uniqueness) and speed of the measurement. For light-strong samples with false colors, the distance of the auxiliary wavelength to the measurement wavelength can be reduced to less than 10 nm, so that the uniqueness of the measurement is ensured. The birefringent sample (6) to be measured is illuminated via the polarizer (5) and fed to the λ / 4 plate (7). This converts the elliptically polarized light generated by the sample to be measured into linearly polarized light. The subsequent diffuser (8) is used to homogenize the light beam over the entire bundle cross-section. This is important because the subsequent analyzer (9) is equipped for three polarization directions in which the incident light intensities must be the same (polarization filter array or analyzer array). The position of the polarization directions is shown in Fig. 2, where specifically on the polarization directions of the polarizer (5), the sample (6), meant n γ , the λ / 4 plate (7) and the analyzer (9) are shown (In Fig. 2, the position of the analyzer (9) means the home position).
Die speziellen drei Polarisationsrichtungen (einschließlich der Grundstellung) des Analysators (9) gehen aus Fig. 3 hervor, wo zusätzlich die Polarisationsstellungen des Polari- sators (5), des λ/4-Plättchens (7) und die Grundstellung des Analysators (9) angegeben sind (Ii) . Im „Kasten,, von Fig. 3 sind noch die anderen zwei Analysatorenstellungen (I2 und I3) zu erkennen. Verfahrensmäßig werden die nunmehr sechs vorhandenen Strah- lungen mit den Intensitäten I1, I2 und I3 für die Mess-Wellen¬ länge λl und die Hilfswellenlänge λ2 über einen Teilerwürfel (10) ohne Änderung des Polarisationszustandes zu den Photo¬ empfängern und Verstärkern (12) geleitet. Vor den Photoemp¬ fängern (12) passiert die Mess-Strahlung den Filter (11) , der auf die Wellenlänge λi der Mess-Strahlung abgestimmt ist. DieThe specific three polarization directions (including the basic position) of the analyzer (9) are shown in FIG. 3, where additionally the polarization positions of the polarizer (5), the λ / 4 plate (7) and the basic position of the analyzer (9) are indicated (Ii). In the "box" of Fig. 3 are still the other two analyzer positions (I 2 and I 3 ) can be seen. In terms of method, the now six existing radiations with the intensities I 1 , I 2 and I 3 for the measuring wavelength λ 1 and the auxiliary wavelength λ 2 are transmitted to the photodetectors and amplifiers via a divider cube (10) without changing the polarization state. 12). In front of the photoreceptors (12), the measuring radiation passes through the filter (11), which is tuned to the wavelength λ i of the measuring radiation. The
Strahlung mit der Hilfs-Wellenlänge passiert dagegen die Vorrichtung zur Wellenlängenänderung (3) , die mit der ersten Einrichtung (3) gekoppelt ist. Beide Einrichtungen sind auf die gleiche Wellenlänge abgestimmt (Hilfs-Wellenlänge X2) . Im Computer (12) werden für die entsprechenden Wellenlängen die jeweiligen Senarmontwinkel, die Ordnung und die Gangunter¬ schiede berechnet. Mit der Vorrichtung zur Wellenlängenänderung (3) wird dieBy contrast, radiation with the auxiliary wavelength passes through the device for wavelength change (3), which is coupled to the first device (3). Both devices are tuned to the same wavelength (auxiliary wavelength X 2 ). In the computer (12), the respective Senarmont angle, the order and the Gangunter¬ differences are calculated for the corresponding wavelengths. With the device for wavelength change (3) is the
Hilfs-Wellenlänge λ2 solange verändert wird, bis für beide Wellenlängen [X1 und X2) die gleichen Ordnungen vorliegen.Auxiliary wavelength λ 2 is changed until the same orders are present for both wavelengths [X 1 and X 2 ].
Dann liegen beide Wellenlängen im falschfarbenfreien Bereich. Die ausgerechneten Gangunterschiede sind richtig berechnet.
Solange die Ordnung gleich bleibt, kann nun die Hilfs¬ Wellenlänge nach Belieben geändert werden. Sie kann vergrö¬ ßert und verkleinert werden. Im ersten Fall zugunsten der Sicherheit und Schnelligkeit der Verfahrens, im zweiten Falle zur Verbesserung der Eindeutigkeit der Mess-Ergebnisse. An den Analysator (9) schließen sich Ferrulen mit jeweils drei Lichtleitkabeln an, die auf insgesamt sechs Photoempfän¬ ger (12) treffen (für jeweils eine Wellenlänge gibt es nach dem Analysator (9) drei Polarisationsrichtungen) .Then both wavelengths lie in the false color-free area. The calculated path differences are calculated correctly. As long as the order remains the same, the auxiliary wavelength can now be changed as desired. It can be enlarged and reduced in size. In the first case in favor of safety and speed of the procedure, in the second case to improve the uniqueness of the measurement results. The analyzer (9) is followed by ferrules, each with three optical cables, which strike a total of six photoreceptors (12) (three polarization directions are available for each wavelength after the analyzer (9)).
2. Verfahren für ein 2-1/4-λ-Plättchen (ohne Falschfarben)2. Method for a 2-1 / 4-λ plate (without false colors)
In Tabelle 1 sind die sich im Experiment zu den verschiedenen Wellenlängen und Winkellagen des Analysators ergebenden Intensitäten Ii bis I3, die simultan ermittelt worden sind (Vorrichtung nach Fig. 1 - 5) , und die berechneten Gangunter¬ schiede zusammengestellt.Table 1 summarizes the intensities Ii to I 3 that result in the experiment at the different wavelengths and angular positions of the analyzer, which have been determined simultaneously (device according to FIGS. 1-5), and the calculated gear differences.
Tabelle 1 : Zusammenstellung der Messwerte und Ergebnisse, die sich für das 2-1/4-λ-Plättchen (ohne Falschfarben) für die verschiedenen Mess- und Hilfs-Wellenlängen und die ent¬ sprechenden Winkellagen (0°,60° und 120°) ergebenTable 1: Compilation of the measured values and results for the 2-1 / 4-λ plate (without false colors) for the different measuring and auxiliary wavelengths and the corresponding angular positions (0 °, 60 ° and 120 ° )
Erläuterungen zu Tabelle 1 : λ = Wellenlänge; Ii,1-2 und I3 = Lichtintensitäten mit verschiedenen linearen Polarisations¬ richtungen; ε = Senarmontwinkel; R = Gangunterschied; (N+l) = Optische Ordnung. Explanatory notes to Table 1: λ = wavelength; Ii, I- 2 and I 3 = light intensities with different linear polarization directions; ε = Senarmont angle; R = retardation; (N + 1) = optical order.
Für das Beispiel in den ersten beiden Zeilen beträgt der Abstand zwischen der Mess- und der Hilfswellenlänge 40 nm (550 und 590 nm) . Im zweiten Beispiel liegt der Abstand bei 20 nm (550 und 570 nm) und im letzten Beispiel bei 10 nm (550 und 560 nm) .For the example in the first two lines, the distance between the measuring and auxiliary wavelengths is 40 nm (550 and 590 nm). In the second example, the distance is 20 nm (550 and 570 nm) and in the last example 10 nm (550 and 560 nm).
Die Messung erfolgt hier vorzugsweise bei 40 nm, weil dadurch die Sicherheit (Genauigkeit und Eindeutigkeit) und die Schnelligkeit des Verfahrens erhöht werden können, wie dies weiter oben begründet wurde.The measurement is preferably carried out at 40 nm, because this can increase the safety (accuracy and uniqueness) and the speed of the method, as has been explained above.
Die einzelnen Berechnungen werden zur Verdeutlichung nachfol¬ gend für die Wellenlängen 550 und 590 nm (Tabellel, Zeilen 1 und 2) dargestellt : Für die Wellenlänge λi = 550 nm (Zeile 1) ergibt sich aus den Gleichungen für das Senarmont-Verfahren mit diskreterThe individual calculations are shown below for the wavelengths 550 and 590 nm (Table, lines 1 and 2): For the wavelength λi = 550 nm (line 1), the equations for the Senarmont method with discrete result
Fourier-Analyse (DFA) der Senarmontwinkel ε über ε° = 28,648° arctg b/a + 45° (1 + a / |a|) , a = Ii - 0,5 (I2 + I3) und b = 0,866 (I2 - I3) sowie mit den Zahlenwerten der Tabelle 1 (Zeile 1) al = -99 und bl = -386,236 zu εl° = 37,81° « 37,8° . Für die Wellenlänge λ2 = 590 nm (Zeile 2) ergibt sich (ana¬ log zu den Berechnungen für die Wellenlänge 550 nm) a2 = -410 b2 = -150,684 und
ε2 ° = 10 , 09 ° » 10 , 1° •Fourier analysis (DFA) of the Senarmont angle ε over ε ° = 28.648 ° arctg b / a + 45 ° (1 + a / | a |), a = Ii - 0.5 (I 2 + I 3 ) and b = 0.866 (I 2 - I 3 ) and with the numerical values of Table 1 (line 1) al = -99 and bl = -386.236 to εl ° = 37.81 ° «37.8 °. For the wavelength λ 2 = 590 nm (line 2) (analogous to the calculations for the wavelength 550 nm) a 2 = -410 b 2 = -150.684 and ε2 ° = 10, 09 ° »10, 1 ° •
Die ganzzahlige optische Ordnung (um 1 vermindert) ergibt sich zuThe integer optical order (reduced by 1) is given by
N = (1/180°) *(εi°*λi - ε2°*λ2) / (λ2 - X1) = (1/180°) * (37,8*550 - 10, 1*590) / (590 - 550)N = (1/180 °) * (εi ° * λi -ε 2 ° * λ 2 ) / (λ 2 -X 1 ) = (1/180 °) * (37.8 * 550-10, 1 * 590 ) / (590 - 550)
= 2 und damit folgt der Gangunterschied für die Messweilenlänge von 550 nm zu R1 = (εl/180 + N)*λi = (37,8/180 + 2)*550 = 1215,5 nm und für die Hilfswellenlänge von 590 nm zu= 2 and thus the retardation follows for the measurement length of 550 nm to R 1 = (εl / 180 + N) * λi = (37.8 / 180 + 2) * 550 = 1215.5 nm and for the auxiliary wavelength of 590 nm to
R2 = (ε2/l80)*λ2 = (10,1/180 + 2)*590 = 1213,1 nm.R 2 = (ε 2 / l80) * λ 2 = (10.1 / 180 + 2) * 590 = 1213.1 nm.
Genau diese beiden Zahlenwerte stehen in der Tabelle 1 in der letzten Spalte für den Gangunterschied in nm.Exactly these two numerical values are given in Table 1 in the last column for the path difference in nm.
Weil keine Falschfarben vorliegen, resultieren für die ande- ren Kombinationen (Wellenlängenabstand von 20 und 10 nm) in den Zeilen 3 bis 6 ähnliche Werte für den Gangunterschied. Das bedeutet, es ergibt wiederholt die gleiche optische Ordnung (N+l) und damit sind die berechneten Gangunterschiede eindeutig. Hier liegt also eine unproblematische Messung vor. Der Vor¬ teil : Es kann mit dem größten Wellenlängenunterschied zwi¬ schen Mess- und Hilfs-Wellenlänge gearbeitet werden (Von den angegebenen Varianten bedeutet das hier die Wahl von 550 und 590 nm) . Dadurch werden die Sicherheit (Genauigkeit und Eindeutigkeit) und die Schnelligkeit der Messung erhöht ! Die mögliche Variation der Hilfswellenlänge ist in diesem Sinne äußerst vorteilhaft !Because there are no false colors, similar values for the path difference result for the other combinations (wavelength spacing of 20 and 10 nm) in lines 3 to 6. That is, it repeatedly gives the same optical order (N + 1) and thus the calculated path differences are unique. So here is an unproblematic measurement. The advantage is that it is possible to work with the largest wavelength difference between the measuring and auxiliary wavelengths (of the variants indicated, this means the choice of 550 and 590 nm). This increases the safety (accuracy and uniqueness) and the speed of the measurement! The possible variation of the auxiliary wavelength is extremely advantageous in this sense!
3. Verfahren für eine Falschfarben-Folie3. Method for a false-color film
Ganz anders sehen die Verhältnisse aus, wenn die zwischen den gekreuzten Polarisatoren (Polarisator und Analysator) ange¬ ordnete Folie Falschfarben zeigt, wie dies in Tabelle 2 zum Ausdruck kommt.
Tabelle 2 : Zusammenstellung der Messwerte und Ergebnisse, die sich für ein Plättchen mit Falschfarben für die verschie¬ denen Wellenlängen und Winkellagen (0°,60° und 120°) ergeben (Messwellenlänge λi und Hilfswellenlänge X2 gehören immer zusammen)The situation is quite different when the foil arranged between the crossed polarizers (polarizer and analyzer) shows false-color, as shown in Table 2. Table 2: Compilation of the measured values and results which result for a plate with false colors for the different wavelengths and angular positions (0 °, 60 ° and 120 °) (measuring wavelength λi and auxiliary wavelength X 2 always belong together)
Erläuterungen : Siehe Tabelle 1Explanations: See Table 1
Bei einem Abstand von 40 nm zwischen Mess- und Hilfs¬ Wellenlänge (550 und 590 nm) ergeben sich noch keine sinnvol¬ len Messwerte (Negative Gangunterschiede gibt es im Normal- fall nicht) . Erst ab 20 nm (550 und 570 nm) liegt wiederholt die gleiche optische Ordnung vor. Damit kann der Gangunter¬ schied eindeutig berechnet werden und kann zur Auswertung für den Forscher oder den Qualitätsingenieur herangezogen werden.At a distance of 40 nm between the measuring and auxiliary wavelengths (550 and 590 nm), no meaningful measured values are yet to be obtained (negative gait differences do not normally exist). Only from 20 nm (550 and 570 nm) is the same optical order repeated. Thus, the gait difference can be clearly calculated and can be used for evaluation by the researcher or the quality engineer.
Mit dem normalen Polarisationsmikroskop (Typ : Laboval von Zeiss, Messung im weißen Licht, Berechnung für 550 nm) wurde an der gleichen Probe ein Gangunterschied von 6769 nm gemes-
sen. Der Kompensationsstreifen mit der richtigen optischen Ordnung wurde im weißen Licht auf Grund des Vorliegens der Falschfarben nicht erkannt.With the normal polarizing microscope (type: Laboval from Zeiss, measurement in white light, calculation for 550 nm), a path difference of 6769 nm was measured on the same sample. sen. The compensation stripe with the correct optical order was not recognized in the white light due to the presence of the false colors.
3. Vorrichtung zur Durchführung der Änderung der Hilfs-3. Apparatus for implementing the change in the aid
Wellenlänge für das Mehrfarben-Senarmont-Verfahren mit simul¬ taner DFA (DMSV)Wavelength for the multicolor Senarmont method with simulant DFA (DMSV)
Die Änderung der Hilfswellenlänge kann mit jeder wellenlän- gendispersen Vorrichtung durchgeführt werden, z. B. mit einem Prismen-Spektrometer, einem optischen Gitter oder auch einem Metallinterferenzfilter. In Fig. 4 ist dies für einen Me¬ tallinterferenzfilter (21) dargestellt, dessen Flächennormale in der optischen Achse (20) liegt. Mit der Drehung des Schrittmotors dreht sich der Metallinterferenzfilter bis zur geänderten Hilfs-Wellenlänge, bei der eine Neubestimmung der optischen Ordnung (N+l) vorgenommen wird. Die Änderung der Stellung des Metallinterferenzfilters erfolgt solange, bis sich für die Mess- und die Hilfs-Wellenlänge wiederholt keine Änderung der optischen Ordnung (N+l) mehr ergibt. Dann erst folgen eindeutige und damit verwertbare Messergebnisse (siehe Beispiel 1 oder 2) .The change of the auxiliary wavelength can be carried out with any wavelength-dispersive device, e.g. B. with a prism spectrometer, an optical grating or a metal interference filter. In FIG. 4 this is shown for a metal interference filter (21) whose surface normal lies in the optical axis (20). With the rotation of the stepping motor, the metal interference filter rotates to the changed auxiliary wavelength at which a redetermination of the optical order (N + 1) is made. The change of the position of the metal interference filter takes place until there is no change in the optical order (N + 1) repeatedly for the measuring and the auxiliary wavelength. Then only clear and therefore usable results will follow (see example 1 or 2).
Auf Grund der mechanischen Drehung des Schrittmotors ist die Zeit zur Bestimmung der optischen Ordnung größer als Is. Liegt die optische Ordnung nach Variation der Hilfs-Due to the mechanical rotation of the stepping motor, the time for determining the optical order is greater than Is. If the optical order lies after variation of the auxiliary
Wellenlänge fest, dann können mit dem o.g. Verfahren (siehe Beispiel 2 oder 3) sehr kurzperiodische Messungen im ms- Bereich durchgeführt werden.
4. Vorrichtung für das Diskrete Mehrfarben-Senarmont- Verfahren (DMSV) bei bekannter optischer Ordnung (N+l)Wavelength fixed, then very short-period measurements in the ms range can be carried out with the above method (see Example 2 or 3). 4. Device for Discrete Multicolor Senarmont Method (DMSV) with Known Optical Order (N + 1)
Bei bekannter optischer Ordnung (N+l) kann der Detektionska- nal sehr unkompliziert aufgebaut werden, d.h. der auf die zu messende Probe folgende Mess-Kanal kann für Messungen unter Produktionsbedingungen sehr klein gehalten werden (In Fig. 1 die Positionen 7 bis 12) . In einfachsten Falle kann die optische Ordnung (N+l) eingegeben werden und man hat nur noch drei Intensitäten bei der eingestellten Mess-Wellenlänge auszuwerten. In Fig. 5 liegt das λ/4-Plättchen (7) hinter einer Linse (13a) , die mit den anderen Linsen (13b) und (13c) und der Spaltblende (14) einen Raumfilter darstellt, damit Falschlicht (Z.B. Raumlicht) ausgeschlossen werden kann. Der für die Homogenisierung verantwortliche Diffusor ist in Fig. 5 wegen der Übersichtlichkeit weggelassen worden. Nach dem λ/4-Plättchen (7) ist das Polarisationsfilter-Array (9) angeordnet, das mit den Linsen (13a) und (13b) auf den CCD- Chip (16) abgebildet wird, die alle auf dem Gewinde (15) zusammengestellt sind. Zur Auswertung der Mess-Signale der drei Intensitäten Ix, I2 und I3 ist der CCD-Chip (16) mit dem Computer und der Auswerteeinheit verbunden. Die Art der Auswertung wurde in den Beispielen 2 und 3 be¬ schrieben.If the optical order (N + 1) is known, the detection channel can be set up in a very uncomplicated manner, ie the measuring channel following the sample to be measured can be kept very small for measurements under production conditions (positions 7 to 12 in FIG. 1). , In the simplest case, the optical order (N + 1) can be entered and it is only necessary to evaluate three intensities at the set measuring wavelength. In Fig. 5, the λ / 4 plate (7) is behind a lens (13a), which is a spatial filter with the other lenses (13b) and (13c) and the slit (14), so that stray light (ZB room light) excluded can be. The responsible for the homogenization diffuser has been omitted in Fig. 5 for clarity. After the λ / 4 plate (7), the polarization filter array (9) is arranged, which is imaged with the lenses (13a) and (13b) on the CCD chip (16), all on the thread (15). are compiled. To evaluate the measurement signals of the three intensities I x , I 2 and I 3 , the CCD chip (16) is connected to the computer and the evaluation unit. The type of evaluation was described in Examples 2 and 3.
Eine weitere zu Fig. 5 vereinfachte Variante der Vorrichtung bei bekannter optischer Ordnung (N+l) ist in Fig. 6 angege¬ ben, wo die Spaltblende zur Erreichung höherer Intensitäten für schwach durchlässige Medien im Gegensatz zu Fig. 5 entfernt wurde. Die Linse (13a) wurde hinter das λ/4-Another variant of the device with a known optical order (N + 1) simplified to FIG. 5 is indicated in FIG. 6, where the slit diaphragm has been removed to achieve higher intensities for poorly permeable media, in contrast to FIG. The lens (13a) was placed behind the λ / 4
Plättchen (7) angeordnet, worauf das Polarisationsgitter- Array (9) folgt. Die Linsen (13a) und (13b) bilden das Array (9) auf den CCD-Chip (16) ab.
5. Vorrichtung für das Diskrete Mehrfarben-Senarmont- Verfahren (DMSV) bei bekannter optischer Ordnung (N+l) für Fäden und andere FilamentePlatelets (7) arranged, followed by the polarization grid array (9) follows. The lenses (13a) and (13b) image the array (9) onto the CCD chip (16). 5. Device for the Discrete Multicolor Senarmont Method (DMSV) with known optical order (N + 1) for filaments and other filaments
Bei bekannter optischer Ordnung (N+l) kann die in Pkt. 4 beschriebene Anordnung auch für Fäden und Filamente modifi¬ ziert werden. Dabei muss beachtet werden, dass nicht wie bei Folien ein direkter und gerader Strahlengang benutzt werden kann. Zur Vermeidung von Fremdlicht muss der Strahlengang abgewinkelt werden. Wegen der im Spinnschacht vorhandenen Bedingungen muss die gesamte Anordnung in einer möglichst dünnen Messplatte (6 - 8 mm) untergebracht werden, die in Fig. 7 grau dargestellt ist. Dabei unterscheiden wir einen Beleuchtungsstrahlengang ( (17) bis (18) ) und einen Mess¬ strahlengang ( (13) bis (19) ) . Dazwischen befindet sich der nicht eingezeichnete und zu messende Faden. Von einer sich außerhalb befindenden Grundplatte mit der monochromatischen Lichtquelle wird die polarisierte Strahlung (Stellung der Polarisationsrichtung siehe Fig.2) mit einer Single-Mode-Beleuchtungsfaser (17) in die Messplatte einge¬ führt und mit den Zylinderlinsen (18) aufgeweitet. Dieses linear polarisierte Licht wirkt auf den Faden, der seiner¬ seits auf Grund seiner anisotropen Eigenschaften elliptisches Licht aussendet, das über eine Linse (13) auf das λ/4-With a known optical order (N + 1), the arrangement described in item 4 can also be modified for threads and filaments. It must be noted that it is not possible to use a direct and straight beam path, as is the case with foils. To avoid extraneous light, the beam path must be angled. Because of the existing conditions in the spinning shaft, the entire arrangement must be accommodated in a thin measuring plate (6 - 8 mm), which is shown in gray in Fig. 7. In this case, we distinguish between an illumination beam path ((17) to (18)) and a measurement beam path ((13) to (19)). In between is the thread not drawn in and to be measured. From a base plate located outside with the monochromatic light source, the polarized radiation (position of the polarization direction see FIG. 2) is introduced into the measuring plate with a single-mode illumination fiber (17) and widened with the cylindrical lenses (18). This linearly polarized light acts on the thread, which in turn emits elliptical light on the basis of its anisotropic properties, which, via a lens (13), radiates onto the λ / 4.
Plättchen (7) geleitet und dort wieder linear polarisiert wird, aber mit anderer Polarisationsrichtung. Der Diffusor (8) und das Multimode-Faserarray (19) dienen der gleichmäßi¬ gen Erfassung der drei Lichtintensitäten mit verschiedener Polarisationsrichtung. Mit entsprechend empfindlichen Dioden werden die Lichtsignale über Ferrulen zu den Photoempfängern mit der computermäßigen Auswertung geleitet.
[Bezugszeichenliste]Platelets (7) passed and there linearly polarized again, but with a different polarization direction. The diffuser (8) and the multimode fiber array (19) serve to uniformly detect the three light intensities with different polarization direction. With appropriately sensitive diodes, the light signals are conducted via ferrules to the photoreceivers with the computer-based evaluation. [REFERENCE LIST]
1. Weiße Lichtquelle mit Filter, Leuchtdiode oder Laserdiode für die Wellenlänge λi1. White light source with filter, LED or laser diode for the wavelength λi
2. Weiße Lichtquelle mit Filter oder Leuchtdiode für die Wellenlänge X2 2. White light source with filter or LED for wavelength X 2
3. Vorrichtung zur Wellenlängenänderung3. Device for wavelength change
4. Teilerwürfel (Ohne Änderung des Polarisationszustandes der Strahlung)4. splitter cube (without changing the polarization state of the radiation)
5. Polarisator 6. Probe (Folie oder andere doppelbrechende Probe )5. Polarizer 6. Sample (foil or other birefringent sample)
7. λ/4-Plättchen7. λ / 4 plate
8. Diffusor8. Diffuser
9. Analysator mit gleichzeitig drei Winkelstellungen (Polari- sationsfilter-Array oder Analysator-Array) 10. Teilerwürfel (Ohne Änderung des Polarisationszustandes der Strahlung)9. Analyzer with three angular positions (polarization filter array or analyzer array). 10. Divider Cube (Without changing the polarization state of the radiation)
11. Wellenlängenfilter für die Mess-Wellenlänge λi11. Wavelength filter for the measuring wavelength λi
12. Photoempfänger für jeweils 3 Polarisationsstellungen und Computer 13. Optische Linsen( 13a bis 13c)12. Photo receiver for every 3 polarization positions and computer 13. Optical lenses (13a to 13c)
14. Spaltblende14. Slit diaphragm
15. C-Mount15th C-mount
16. CCD-Chip16. CCD chip
17. Single-Mode-Beleuchtungsfaser 18. Zylinderlinsen als Aufweitungsoptik17. Single-mode illumination fiber 18. Cylindrical lenses as expansion optics
19. Multimode-Faserarray19. Multimode fiber array
20. Optische Achse20. Optical axis
21. Metallinterferenzfilter, dessen Flächennormale in Rich¬ tung der optischen Achse liegt 22. Schrittmotor, dessen Antriebsachse einmal senkrecht zur optischen Achse steht und zum anderen gleichzeitig die An¬ triebsachse des Metallinterferenzfilters darstellt, mit dem er starr verbunden ist 23. Drehrichtung des Metallinterferenzfilters
22. Metal interference filter whose surface normal lies in the direction of the optical axis 22. Stepping motor whose drive axis is once perpendicular to the optical axis and at the same time represents the drive axis of the metal interference filter with which it is rigidly connected. 23. Direction of rotation of the metal interference filter