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Interferenzeinrichtung für Mikroskope Die Erfindung betrifft eine Interferenzeinrichtung für Mikroskope mit einem eingebauten Strahlenteiler und Strahlenvereiniger.
Derartige Einrichtungen basieren im allgemeinen auf einem von Lebedeff (Revue d'Optique 9,1930) angegebenenprinzip-nach dem ein Beleuchtungsstrahlbündel in zwei nach der Seite zueinander versetzte kohärente Anteile aufgeteilt, sodann der eine Anteil durch das Objekt und der andere durch ein Vergleichsflächenelement neben dem Objekt geführt wird, und schliesslich beide Anteile nach der Wiedervereinigung zur Interferenz gebracht werden.
Im einzelnen sei dieses bekannte Prinzip noch an Hand der Fig. 1 näher erläutert.
Zwischen zwei gekreuzten linear polarisierenden Elementen NI und N2, die als Polarisator bzw.
Analysator dienen, befinden sich zwei gleich dicke und gleich orientierte Platten Q1 und Q, aus doppelbrechendem Material. Die doppelbrechenden Platten Ql und Q sind so geschnitten und orientiert, dass eine möglichst grosse seitliche Versetzung des ausserordentlichen Strahles gegenüber dem ordentlichen Strahl erfolgt. Bekanntlich wird bei doppelbrechenden Kristallen der den normalen Brechungsgesetzen folgende Strahl als "ordentlicher" Strahl und der davon abweichende Strahl als"ausserordentlicher" Strahl bezeichnet. Bei senkrechtem Auffall behält beispielsweise der ordentliche Strahl beim Durchgang durch eine planparallele doppelbrechende Platte seine ursprüngliche Richtung bei, während der ausserordentliche Strahl eine seitliche Versetzung erfährt. Beide sind senkrecht zueinander linear polarisiert.
Zwischen den beiden doppelbrechenden Platten Q1 und Q, befindet sich ein X/2-Plättchen und zwischen der Platte
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gleichgerichtet mit den Schwingungsebenen der polarisierenden Elemente N1 und N und bilden einen Winkel von 450 mit den Hauptschnitten der Platten Q und Q2. Als"Kristallhauptschnitt"wird bekannt- lich jede die optische Achse des Kristalls enthaltende Ebene bezeichnet. Die sogenannte "optische Achse" ist die Richtung gleich grosser Fortpflanzungsgeschwindigkeit von ordentlichen und ausserordentlichen Strahlen, in der allein also keine Doppelbrechung auftritt. Das zu untersuchende Objekt 0 wird in einen der parallel verlaufenden Strahlengänge zwischen dem A/2 -Plättchen und einer der doppelbrechenden Platten Q, bzw. Q, eingebracht.
Die Wirkung des À/2-Plättchens ist folgende :
Die Lage der Schwingungsrichtungen ist in der Fig. 1 durch die im Kreise eingezeichneten Pfeile gekennzeichnet. Die Polarisationsebenen dieser Strahlen werden beim Durchgang durch das À/2-Pllltt- chen um 900 gedreht. Hiedurch wird der die Platte Ql als ordentlicher Strahl verlassende Strahl für die gleich orientierte Platte Q zum ausserordentlichen Strahl und umgekehn. so dass in Q, die Strahlen nun im umgekehrten Verhältnis wie in Q gebrochen werden und somit wieder vereinigt werden. Q1 fungiert also als Strahlenteiler und Q, als Strahlenvereiniger. Der den Strahlenvereiniger verlassende Strahl ist Im allgemeinen elliptisch (Grenzfälle : linear oder zirkular) polarisiert.
Dieser Strahl wird schliesslich mit Hilfe des Kompensators K und des Analysators N analysiert. Ist nun ein Objekt in einem der parallelen Strahlengänge zwischen dem Strahlenteiler Q und dem X/2-Plättchen bzw. zwischen dem À/2Plitt- chen und dem Strablenvereiniger Q placiert, so wird der das Objekt durchsetzende Strahl eine Phasenverschiebung gegenüber dem andem erfahren, und beide Strahlen werden nach der Wiedervereinigung und Gleichrichtung durch den Analysator interferieren.
Wesentliche Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion und insbesondere bei einer messbaren Ver-
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folgung der durch das eingebrachte Objekt hervorgerufenen Phasenverschiebung mit einem Mikroskop ist eine exakte Justierung der gegenseitigen Lage von Strahlenteiler und Strahlenvereiniger. Anderseits muss aber auch beim Mikroskopieren eine gewisse Nachjustiermöglichkeit, beispielsweise zum Einstellen eines beliebigenSchwarz-weiss-oder Farbkontrastes im Mikroskopinterferenzbild oder beim Messen von Phasendifferenzen zum Einstellen der als Indikator dienenden Schwärzung oder Interferenzfarbe des Bildunter- grundes vorhanden sein.
Bei den bisher bekanntgewordenen Interferenzmikroskopen ist der Strahlenteiler gegenüber dem fest- stehenden Strahlenvereiniger beweglich angeordnet. Er ist gewöhnlich in einer für Kondensoren üblichen DreipunKtverstellung dreh-und kippbar gelagert. Der wesentliche Nachteil derartiger Dreipunktverstellunges ist jedoch, dass eine Kippung stets mit einer Drehung verbunden ist und umgekehrt. Die Verstellung ist also völlig undeflniert und zufällig.
Daher ist ein gegenseitiges exaktes Ausrichten der kristallopti- schen Achse von Strahlenteiler und Strahlenvereiniger, wie es beispielsweise mit Hilfe einer "konoskopi- schen Beobachtung, d. h. einer Betrachtung der Austrittspupille des Objektives mit einem Hilfsmikroskop (Einstellung auf"Ausloschungskreuz"), geschehen kann, recht kompliziert und langwierig.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Justierung einer InterferenzeinrichtungfürMikroskope mit eingebautem Strahlenteiler und Strahlenvereiniger wesentlich zu vereinfachen und eine grössere Einstell- sicherheit zu erreichen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der im Kondensor eingebaute, vorjustierte Strahlen- teiler um eine Achse senkrecht zu seinem Kristallhauptschnitt um definierte Winkel kippbar und der in der Objektivfassung befindliche Strahlenvereiniger um eine dazu senkrechte Achse azimutal begrenzt drehbar angeordnet sind.
Hiedurch wird es möglich, die Justierung der Interferenzeinrichtung in zwei voneinander unabhängi- ge Justiermassnahmen aufzuteilen, die zu einer definierten Verstellung der kristalloptischen Achsen von
Strahlenteiler und Strahlenvereiniger führen und. ein schnelles und exaktes gegenseitiges Ausrichten der- selben gestatten.
Ausführungsbeispiele derAusbildungderInterferenzeinrichtungnachder Erfindung sind in den Fig. 2-6 dargestellt, u. zw. zeigen : Fig. 2 ein Mikroskopobjektiv mit eingebautem verstellbarem Strahlenvereini- ger ; Fig. 3 einen mit dem Mikroskopobjektiv nach Fig. 2 zusammenarbeitenden Kondensor mit einge- bautem verstellbaremStrahlenteiler ; Fig. 4 denKondensor nach Fig. 3, um 900 gedreht ; Fig. 5 eine wei- tere Bauart eines Kondensors für eine Mikroskopinterferenzeinrichtung (zugehöriges Objektiv nach Fig. 2) ;
Fig. 6 den Kondensor nach Fig. 5, um 900 gedreht.
Die Erfindung sei nun an Hand dieser Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Der Strahlenteiler 1 und der Strahlenvereiniger 2, die aus Platten doppelbrechenden Materials, z. B.
Kalkspat, bestehen, sind jede für sich verstellbar im Kondensor bzw. Objektiv eines Mikroskops, dessen optische Achse mit A bezeichnet ist, eingebaut.
Zum Beispiel befindet sich der Strahlenvereiniger 2 (Fig. 2) in einer die Objektivlinse 3 enthaltenden und azimutal drehbaren Fassung 4, die auf einem mit dem Objektivgehäuse 5 verbundenen Vorspannring 6 aufliegt. Um den unteren Teil der Fassung 4 ist eine weitere Fassung 7 gelegt, die durch die Verbindungs- schraube 8 mit der inneren Fassung 4 verbunden ist. Ein mit der äusseren Fassung 7 verbundener Anschlag- stift 9 greift in eine in ihrer Länge begrenzte, kreisbogenförmige Führungsnut 10 des um das Gehäuse 5 drehbaren Begrenzungsringes 11 ein. Die Stellung des Begrenzungsringes 11 bzw. der Führungsnut 10 ist durch die Gewindeschraube 12 am Gehäuse 5 arretierbar.
Bei gelockerterSchraube 12 erfolgt zunächst eineGrobjustierung des Strahlenvereinigers 2 durch azi- mutale Drehung der Fassung 7. Hiebei wird der nun vom Gehäuse 5 gelöste Begrenzungsring 11 durch den
Anschlagstift 9 mitgenommen. Wird nun die Schraube 12 angezogen, so ist der Begrenzungsring 11 fest mit dem Gehäuse 5 verbunden und eine Drehbewegung der Fassung 7 bzw. der mit dieser verbundenen Fassung 4 kann dann nur noch entsprechend der Länge der Nut 10 erfolgen. Hiedurch wird die Möglichkeit einer azimutalen Drehung des Strahlenvereinigers 2 um die optische Achse A des Mikroskops auf wenige
Grade (zirka 50) begrenzt.
Der Strahlenteiler 1 (Fig. 3-6) befindet sich zusammen mit einer À/2-Platte 13 in einer gemeinsamen Fassung 14, in der zentralen Bohrung 15 eines im Kondensorgehäuse 16 eingelassenen kippbaren Einsatzes 17. Die Fassung 14 ist um die Achse II in der Bohrung 15 des Einsatzes 17 kipp- und arretierbar angeordnet. Der Einsatz 17 weist entweder einen kugelförmigen Ansatz 18 auf, der in einer an der Oberseite desKondensorlinsengehäuses 19 eingelassenen Kugelschale 20 gleitend gelagert (Fig. 3 und 4), oder an zwei auf dem Kondensorlinsengehäuse 19 aufgesetzten Trägern 21 (Fig. 5 und 6) pendelnd aufgehängt ist.
Der Einsatz 17 (Fig. 3 und 4) ist dabei so bemessen und angeordnet, dass seine Kippachse I durch den
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Kugelmittelpunkt des Ansatzes 18 geht. In dem Einsatz 17 sind schmale Nuten 22,23, in welche die He- bel 24,25 eingreifen, die einerseits eine Kippbewegung des Einsatzes 17 um die Achse I übertragen und anderseits (insbesondere in der Anordnung nach Fig. 3 und 4) eine Verdrehung des Einsatzes um die opti- sche Achse A verhindern sollen. Die Festlegung der Kippachse 1 erfolgt in der Anordnung nach Fig. 5 i und 6 bereits durch die Träger 21. Der Hebel 25 steht unter dem Druck der an dem Kondensorlinsenge- gehäuse 19 befestigten Druckfedern 26. Die Drehachsen der Hebel 24, 25 sind im Kondensorgehäuse fest- gelegt. Der zweite Arm des Hebels 24 steht mit einer Mikrometerschraube 27 in Verbindung.
Bei Betäti- gung dieser Mikrometerschraube 27 über der in der Nut 22 des Einsatzes 17 eingreifende Arm des Hebels 24 einen mehr oder weniger starken Druck auf den Einsatz 17 aus, der in Zusammenwirkung mit dem He- bel 25 eine Kippbewegung des Einsatzes 17 um die Kippachse I in der einen oder andem Richtung (Pfeil- richtung) bewirkt. Die Kipplage des Einsatzes 17 ist mit Hilfe einer in Neigungswinkel des Einsatzes 17 geeichten und mit der Mikrometerschraube 27 fest verbundenen Skala 28 und einer gehäusefesten Ablese- marke 29 ables-und einstellbar.
Die Kippachsen I und II des Strahlenteilers 1 und die optische Achse A stehen räumlich orthogonal aufeinander und schneiden sich im optischenschwerpunkt des Systems Strahlenteiler 1-À./2-Plättchen 13, während der optische Schwerpunkt des Strahlenvereinigers 2 oberhalb des optischen Schwerpunktes des
Strahlenteilers l auf der optischen Achse A zu liegen kommt.
Die Darstellungen in den Fig. 2 - 6 beschränken sich auf die für die Erfindung wesentlichen Teile der Interferenzeinrichtung für Mikroskope. So sind auch beispielsweise der zwischen Lichtquelle und Kon- densor des Mikroskops eingeschaltete Polarisator und die nach dem Strahlenvereiniger angeordneten Ana- lysierelemente fortgelassen. Die hier aufgezeigten Teile entsprechen etwa dem Ausschnitt aus dem sche- matischel1 Strahlengang nach der Fig. 1 zwischen dem dort skizzierten Strahlenteiler Q und dem Strah- lenvereiniger Q2.
Die Justierung der oben dargestellten Interferenzeinrichtung nach der Erfindung geschieht folgender- massen :
I. Die Grundjustierung zum Erzeugen absolut gleicher Gangunterschiede im Strahlenteiler 1 und
Strahlenvereiniger 2 vor Gebrauch des Mikroskops erfolgt bei der Montage durch den Hersteller. Diese umfasst
1. azimutales Ausrichten der Kristallhauptschnitte des Strahlenteilers 1 und des Strahlenvereinigers 2 a) absolut parallel zueinander und b) derart, dass beide einen Winkel von 450 mit der Schwingungsrichtung des in Nullstellung befindli- chen Polarisators bilden.
DerKristallhauptschnitt des Strahlenteilers 1 wird parallel zur Achse II eingestellt und fixiert. Dabei wird die 450-Lage zum Polarisator durch Einrasten der Kondensorhalterung am Kondensorträger gewähr- leistet. Das Ausrichten des Kristallhauptschnittes des Strahlenvereinigers 2 erfolgt über die drehbare Fas- sung 4, die nach richtiger Azimuteinstellung mit dem Gewindestift 12 arretiert wird. Das Objektiv ist im Einschraubgewinde 30 festgesetzt und gelangt beim Objektivwechsel immer in die gleiche Drehstel- lung.
2. Zueinander-Parallelrichten der Kristallachsen des Strahlenteilers 1 und des Strahlenvereinigers 2 durch Ausrichten der Kristallachsen des Strahlenteilers 1 zur Achse des Strahlenvereinigers 2 durch Kippen um die Achsen I und II. Die so eingestellte Kipplage wird vom Hersteller fixiert.
II. Nachjustieren der Einrichtung während des Mikroskopierens durch den Benutzer mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung. Ein Nachjustieren ist aus folgenden Gründen erforderlich und wünschenswert :
1. Zum Einstellen eines beliebigen Schwarz-Weiss- oder Farbkontrastes im mikroskopischen Inter- ferenzbild. Der zweckmässigste Kontrast bzw. die Farbe richtet sich nach dem Objekt und Untersuchungzweck.
2. Zum Einstellen der bei der Messung von Phasendifferenzen als Indikator dienenden Schwärzung oder Interferenzfalbe des Bilduntergrundes (im allgemeinen vollkommen dunkel durch Einstellen eines Gangunterschiedes 0).
3. Zur Kompensation von Phasendifferenzen, die durch unerwünschte Einflüsse wie Unebenheiten im Präparat, Verkippen des Präparates usw. bewirkt werden.
4. Zum Ausgleich der Gegeneinanderverdrehung des Strahlenteilers 1 und Strahlenvereinigers 2 um die Mikroskopachse A, wie sie auch beim Zentrieren des Kondensors oder Objektivs mit Dreipunkt-Mechanismus auftritt.
Punkt 1 - 3 ist mit der Anordnung nach der Erfindung leicht durch Verkippen des Strahlenteilers 1 um die Achse I, welche durch Verdrehen der Verstellschraube 31 der Mikrometerschraube 27 um die
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Achse ici in Gang gesetzt wird. Da die jeweilige Kipplage mit Hilfe der Einstellskala 28 messbar verfolgt werden kann, lässt sich diese Kippeinrichtung auch als Kompensator benutzen.
Punkt 4 sowie weitere Feinjustierung zu Punkt 1 - 3 werden mit der Anordnung nach der Erfindung durch azimutales Drehen des Strahlenvereinigers 2 zusammen mit der Objektivfassung 4 durch eine zweite drehbare Fassung 7, deren Drehbereich etwa auf 5 begrenzt ist, erreicht.
Es wird also eine schnelle und übersichtliche Feinjustierung durch begrenztes Verdrehen des Strahlen- yereinigers 2 um die optische Achse A und sukzessives Kippen des Strahlenteilers 1 um die Achse 1 erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Interferenzeinrichtung für Mikroskope mit eingebautem polarisationsoptischem Strahlenteiler und Strahlenvereiniger, dadurch gekennzeichnet, dass der im Kondensor eingebaute, vorjustierte Strahlenteiler um eine Achse senkrecht zu seinem Kristallhauptschnitt um definierte Winkel kippbar und der in der Objektivfassung befindliche, vorjustierte Strahlenvereiniger um eine dazu senkrechte Achse azimutal begrenzt drehbar angeordnet sind.