CH518561A - Optisches Bauelement zur Strahlenaufspaltung bzw. -vereinigung polarisierter Lichtstrahlen sowie Verwendung desselben in einem Mikroskop - Google Patents

Description

  
 



   Optisches Bauelement zur Strahlenaufspaltung bzw. -vereinigung polarisierter Lichtstrahlen sowie Verwendung desselben in einem Mikroskop
Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement zur Strahlenaufspaltung bzw. -vereinigung polarisierter
Lichtstrahlen,   das    dadurch   gdkennzeichnet    ist, dass es ein Wollastonprisma und eine schräg zur   optischen   
Kristallachse geschnittene erste Planparallelplatte umfasst. Derartige Bauelemente lassen sich besonders vor   teilhaft      ibei    der Zweistrahlinterferenz-Durchlicht- oder Auflichtmikroskopie verwenden.



   Zweistrahlinterferenzeinrichtungen mit Strahlenaufspaltung und   -vereinilgung    durch   kristalloptische    Hilfs mittel sind bereits bekannt. Geeignete Bauelemente dafür sind von   Lbedeff       > (Rev.      d'Optique    9 (1930) 5.



   385), Smith   (GBPS    639 014 und Nomarski (DT-PS
1 037 174) beschrieben worden.



   Nach   Lebedeff    erfolgt die   Aufspaltung    bzw. die Vereinigung der Strahlen hinter der Kondensor- bzw.



  vor der Objektivfrontlinse. Bei diesem Aufbau ist insbesondere bei Objektiven kurzer Brennweite vor der   Frontlinse    kein Platz für das   Teilerpläotchen.   



   Die Interferenzeinrichtung nach Smith verwendet zur Strahlenaufspaltung   Ibzw.      vereinigung    in der vorderen Brennebene des Kondensors und der hinteren Brennebene des Objektivs je ein Prisma aus doppelbrechenden Kristallen, z. B. Wollaston- oder Rochonprismen. Die durch die Prismen hervorgerufene   Winkel-    aufspaltung des Strahles wird durch den Kondensor bzw.



   das Objektiv in eine laterale Aufspaltung   umgesetzt    Dabei ergeben sich   tbei    stärkeren Mikroskopobjektiven Schwierigkeiten, da die Brennebene meist im Innern des   optischen    Systems liegt und daher nicht zugänglich ist.



   In der Interferenzeinrichtung nach Nomarski wird eine von dem bekannten   WollastonXPrisma    abweichende Prismakonstruktion verwendet, bei der nunmehr der   Vereinnigungspunkt      der Strahlen    ausserhalb des Prismas liegt. Bei Objektiven oder Kondensoren mit im Innern des optischen Systems liegender Brennebene   kann    daher das Prisma ausserhalb des   Objektivs    bzw. des Kondensors angeordnet werden.   Diese Prismenkonstruktion    ist jedoch durch den Aufbau für die Fertigung nicht einfach.



   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu finden, die die   Nachteile    der vor   stehenden    Prismenkonstruktionen vermeidet und dar über   bin aus    noch einen weiteren Vorteil bringt.



     Die    vorliegende Erfindung betrifft ein optisches   Bauelement    zur   Strahienaufspaltung    bzw. vereinigung polarisierter Lichtstrahlen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein   WolllastonSPriesmFa    und eine schräg zur optischen Kristall achse geschnittene erste Planparallelplatte umfasst.

  Vorzugsweise ist der vorgenannten ersten Planparellelplatte eine zweite   Planparellelplatte    aus einem einachsigen Kristall zugeordnet, die parallel zur optischen Kristall-Achse geschnitten ist und deren optische Dicke so bemessen ist, dass der in ihr   bgrvorge-    rufene    < 3angunterschied      mit      umgekehrtem    Vorzeichen gleich dem Gangunterschied ist,

   der in der ersten   Planparailelpiatte    hervorgerufen   wird.    Bei einer besonders zweckmässigen Ausführungsform ist die erste   iPlan-      parallelpiatte      zusammen    mit der zweiten Planparallelplatte um 1800 um die Achse des   einlfallenden    Strahlenbündels (Instrumenten achse   ) drehbar.   



   In einem   InterferenlziAuflichtmikroskop    kann ein erfindungsgemässes optisches Bauelement verwendet sein. In einem Interferenz-Durchlichtmikroskop werden zwei derartige Bauelemente angeordnet.



   In einem Interferenz-Auflichtmikroskop ist das optische Bauelement   vorzugsweise    derart zwischen einem Strahlenteiler und dem Objektiv angeordnet, dass der Vereinigungspunkt der Teilstrahlenbündel mit dem   Ibild-    seitigen Brennpunkt des Objektivs zusammenfällt.   lEs    ist  zweckmässig, zwischen dem Strahlenteiler und dem Okular des Interferenz-Auflichtmikroskops einen Analysator mit vorgeschalteter   Ä/4-Platte    anzuordnen. Zusätzlich zu der   A/4-Platte    kann eine in den Strahlengang einsChaltbare A-Platte vorgesehen sein.



   Bei einem Interferenz-Durchlichtmikroskop ist vorzugweise ein   optisches    Bauelement auf der Beleuchtungsseite derart angeordnet, dass der Strahlen   vereinigunglspudkt    mit dem der Lichtquelle zugewandten Brennpunkt des Kondensors zusammenfällt,   währen4    das zweite optische Bauelement nach der Erfindung zwischen Objektiv und Analysator derart angeordnet ist, dass der objektseitige   Strahlenvereinigungspunk t    mit dem Brennpunkt des Objektivs zusammenfällt. Es ist vorteilhaft, auf der Beleuchtungsseite zwischen dem Polarisator und dem optischen Bauelement eine A/4 Platte, gegebenenfalls zusammen mit einer zusätzlich in den   Beleuchtunsstrahlengang    einschaltbaren A-Platte, vorzusehen.



   In den beigefügten Zeichnungen sind die bisher bekannten Bauelemente zur   Strahlenaufspaltung    bzw.



  -vereinigung und   Ausführungsbeispiele    des optischem Bauelementes nach der Erfindung schematisch dargestellt. Ferner sind ebenfalls schematisch ein Interferenz Durchlicht-   und    ein   Interferenz-Auflichtmikroskop,    bei denen die   erfindungsgemässen    optischen Bauelemente verwendet sind, darstellt.



   Im einzelnen zeigen
Figur 1 die Anordnung nach   Lebedeff,   
Figur 2 die Anordnung nach   Smitl"   
Figur 3 das abgewandelte   Woliaston-Prisma    nach Nomarski,
Figur Ja und 4b das optische Bauelement nach der Erfindung,
Figur 5 ein   Interferenz-Auflichtmikroskop,   
Figur 6 ein   InterxferenzWDurchlichtmigkroskop.   



   In der Figur 1 wird das durch den Kondensor 11 einfallende Licht in   der Planparallelplatte    12, die schräg zur optischen Kristall-Achse geschnitten ist, aufgespalten und in der   A/2-Platte    13 hinsichtlich der Polarisationsebenen um 900 gedreht. Nach Durchtritt durch das Objekt 14 bewirkt die   Nanparalleiplatte    15 die Wie   dervereinigung    der beiden Teilstrahlen vor dem Objektiv 16.



   In der Figur 2 wird das in das Wollaston-Prisma 21 einfallende polarisierte Licht in   Bekannter    Weise aufgespalten und in dem Kondensor 22 parallel gerichtet.



  Nach   IDurchtritt    durch das Objekt 23 und durch das Objektiv 24 werden   die    Teilstrahlen in dem Wollaston Prisma 25 wieder vereinigt und können nach Durchtritt durch einen hier nicht eingezeichneten Analysator miteinander interferieren. Mit fk und   f0      sind    die Brennweiten des Kondensors bzw. des Objektivs bezeichnet.



     IDie    Figur 3 stellt   schematisdh.    das von Nomarski abgewandelte   WollastonHPrisma    dar, bei dem dadurch, dass das eine Teilprisma schräg zur optischen Kristall Achse geschnitten ist, eine Aufspaltung und Wiedervereinigung der Teilstrahlenbündel ausserhalb des Prismas erfolgt.



   In der Figur 4a ist das optische Bauelement nach der Erfindung dargestellt, das aus der schräg zur optischen Kristall-Achse geschnittenen Planparallelplatte 41, der parallel zur optischen Kristall-Achse geschnittenen Plan   paralleiplatte    42 und dem Wollaston-Prisma 43 besteht.



  Die   Lateral.'aufspaltung    der beiden senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen ist mit 8, die Winkelaufspaltung mit a und die Verschiebung des Vereinigungs   punktes      5    mit A bezeichnet. Wenn   A    der Aufspaltungswinkel des   Wollaston-Prismas    ist und   d    die durch die   Pllanparallelplatte    41 verursachte laterale Versetzung, dann gilt für die Verschiebung A des   Vereinigungs-    punktes   lS:   
EMI2.1     

Die   Lateralaufspaltung      d    kann aus der Dicke und den optischen Konstanten der   Planparallelpiatte    41 errechnet werden.



   Der durch die erste Planparallelplatte 41 erzeugte Gang- oder Phasenunterschied wird durch die zweite   Pianparallelplatte    42, die ja parallel zu ihrer optischen   KristallWAchse      Egeschnitten    ist und daher keine räumliche Trennung der beiden senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen verursacht, kompensiert.



   Werden, wie in der Figur   4h    dargestellt, die Planparallelplatten 41 und 42 um   1800    um die Achse des einfallenden Strahlenbündels (Instrumentenachse) gedreht, dann erhält man einen virtuellen   Vereinigungs-    punkt   5',    für dessen Verschiebung   ebenfalls    die oben angeführte Gleichung gilt.



   In dem Auflicht-Interferenzmikroskop nach Figur 5 fällt das von der   Lichtquel!le    51 ausgehende Licht nach Durchtritt durch den Polarisator 52 und Ablenkung an dem Strahlenteiler 53 auf das   erfindungsgemässe    optische   Bauelement    42, 41, 43. Der   Vereintilgungspunfkt    S liegt in der Brennebene des Objektivs 54 mit der Brennweite   f0.    Nach Reflexion an dem Objekt 55 gelangen die abbildenden Strahlen über das Objektiv 54, das optische Bauelement 43, 41, 42 mit dem in der Trennfläche zwischen den beiden   Planparallelplatten    41 und 42   liegenden      Verein,igungspunkt    S* durch den Strahlenteiler 53 zum Analysator 56 und   schliesslich    zum Okular 57.

  Dem Analysator 56 ist eine   Ä/4-Platte    58 vorgeschaltet. Zusätzlich ist eine A-Platte 59 in den   Strahlengang    einschaltbar.



   Die   Wirkungsweise    dieses   Interferenz-Auflichtm!i-    kroskops ist folgende: Das von der Lichtquelle 51 kommende Licht wird vom Polarisator 52 polarisiert und vom Strahlenteiler 53 in Richtung auf das Objekt 55 reflektiert. In der   Planparallelplatte    42 wird das polarisierte Licht in zwei   senkrecht    zueinander polarisierte Komponenten aufgespalten, die jedoch nicht räumlich getrennt verlaufen, sondern diese Planparallelplatte 42 nur mit   unterschiedlich,er    Geschwindigkeit durchsetzen. Die Planparallelplatte 42 ist so dimensioniert und orientiert, dass der durch sie erzeugte Gangunterschied dem Betrage nach gleich ist dem durch die Planparallelplatte 41 erzeugten Gangunterschied, jedoch umgekehrtes Vorzeichen besitzt. 

  Die in den Planparallelplatten 42 und 41 erzeugten   Gangunterschiede    kompensieren sich also.



   Die Planparallelplatte 41, die schräg zur optischen   KristallAchse      gesch,nitten    ist, bewirkt, dass die beiden senkrecht zueinander polarisierten Komponenten eine Lateralaufspaltung   d    erfahren. In dem   Wollaston-Prisma    43 werden die beiden Komponenten unterschiedlich  gebrochen, so dass   sie    selbst unter   dem    Winkel   + -   
2   bzw. - 2 gegen    die   optische    Instrumentenachse   verl au-    fen.

  Die Winkelaufspaltung   a wird    durch das   Objektiv    54 in eine laterale Aufspaltung 1 umgesetzt, so dass die beiden Komponenten   an    verschiedenen Stellen des Objektes 55 reflektiert werden und nach Rücklauf durch das   ObjektIv    54, das Wollaston-Prisma 43 und die Planparallelplatte 41 in S* zur Vereinigung kommen.



  Die nun nicht   mchr    räumlich getrennt verlaufenden   Teilstrahlen      durchsetzen    die Planparallelplatte 42, den Strahlenteiler 53 und den Analysator 56 und können   miteinander    interferieren.



   Die   A/4-Platte    dient in Verbindung mit dem   drehlba-    ren Analysator 56 zur Variation des   Gangunterschiedes    zwischen den beiden senkrecht zueinander polarisierten Komponenten nach   dem    Prinzip des Senarmont-Kom- pensators. Durch Drehen des Analysators lassen sich in bekannter Weise Gangunterschiede von   +      A/2    erzeugen.

  Um grössere Gangunterschiede zu ermöglichen, kann zusätzlich die   A-Platte    59 in den Strahlengang eingeschaltet   werden,    so dass   durch    die   Kombination    der   #-Platte    mit der   A/4-Platte    Gangunterschiede von   i/2    bis   3/2#    erzeugt werden können.



   In der Figur 6 ist das Prinzip eines Interferenz Durchlichtmikroskops unter Verwendung   erfindungsge-    mässer optischer Bauelemente dargestellt. Das von der Lichtquelle 61 kommende Licht wird in dem Polarisator 62 polarisiert und durch das optische Bauelement 42a, 41a, 43a in zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten aufgespalten und in dem   Verelnigungs-    punkt   Sa,    der in der Brennebene des Kondensors 63 liegt, vereinigt. Der Kondensor 63 verwandelt die   Winkelaufspaltung    in eine Lateralversetzung der nun parallel   zueinSander    verlaufenden Komponenten, die an verschiedenen Stellen das Objekt 164 durchdringen.

  Das Objektiv 65, in dessen Brennebene der   biidseitige    Vereinigungspunkt   6b    liegt, bewirkt eine Umwandlung der Lateralversetzung in eine Winkelaufspaltung, die durch   das      Wollaston < Prisma    43b erneut zur Lateralaufspaltung der Teilkomponenten führt, die schliesslich   nach    Druchtritt durch die   Planparallelplatte    41b zur Wiedervereinigung der Teilkomponenten an der Trennfläche zwischen der Planparallelplatte 41b und der Planparallelplatte 42b führt.   Damit    können die Teilkomponenten nach Durchsetzen des Analysators 66 miteinander interferieren. Das Okular 67 vervollständigt die   Interterenzein'richtung.   



   Wie bereits bei der Interferenz-Auflichteinrichtung beschrieben, ist es zweckmässig, im   Strahlen1gang    nach dem Prinzip des Senarmont-Kompensators eine A/4 Platte 68 und gegebenenfalls eine zusätzlich   einschaltba-    re A-Platte 69 vorzusehen.



   PATENTANSPRUCH I
Optisches Bauelement zur Strahlen'aufspaltung bzw.



  -vereinigung polarisierter Lichtstrahlen, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement ein Wollas   ton-Prisma    (43) und eine schräg zur optischen   Kristall-    achse geschnittene erste   Planparalleiplatte    (41) umfasst.



      UNTRRANSP RÜ CHE   
1. Optisches Bauelement nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Planparallel   platte    (41) eine parallel zur optischen Kristallachse geschnittene zweite Planparallelplatte (42) zugeordnet ist, deren optische Dicke so bemessen ist, dass der in ihr   hervorgerufene    Gangunterschied mit umgekehrtem Vorzeichen gleich   dem    Gangunterschied ist, der in der ersten Planparallelplatte (41) hervorgerufen wird.



   2. Optisches Bauelement nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gerste Planparallelplatte (41)   zusammen    mit   daher    zweiten   Planparalleiplatte    (42) um   1f80     um die Achse des   einfallenden      Stral:lenbündels    drehbar ist.



   PATENTANSPRUCH II
Verwendung   des    optischen Bauelementes nach Patentanspruch I in einem   Mikroskop.   



   UNTERANSPRÜCHE
3. Verwendung nach Patentanspruch II, in einem Auflichtmikroskop.



   4. Verwendung nach Patentanspruch II, in einem Durchlichtmikroskop.



   5. Verwendung nach   Unteranspruch    3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement (42, 41, 43) derart zwischen einem   tStrah,lenteiler    (53) und dem Objektiv (54) angeordnet ist, dass der   Vereinigungs-    punkt (S) der Strahlenbündel mit dem bildseitigen   Brennpunkt    des Objektivs (54) zusammenfällt.



   6. Verwendung nach Unteranspruch 4, dadurch   gekennzeichnet,    dass zwei Bauelemente   verwendet    werden, von denen das eine (42a, 41a, 43a) -auf der Beleuchtungsseite derart angeordnet ist, dass der   Strah-    lenvereinigungspunkt   (Sa)    mit dem der   Lichtquelle    (61) zugewandten Brennpunkt des Kondensors   (63)    zusammenfällt, und dass   das    zweite optische Bauelement   l(43lb,    41b, 42b) zwischen Objektiv (65) und Analysator (66) derart angeordnet ist, dass   der    objektseitige   Strahlenver-    einigungspunkt (Sb) mit   Idem    Brennpunkt des Objektivs (65) zusammenfällt.

 

   Ernst   Zeitz      GmlbH   
Vertreter: Dériaz, Kirker  & Cie., Geneve

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.



   

Claims (1)

1. **WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **. gebrochen, so dass sie selbst unter dem Winkel + - 2 bzw. - 2 gegen die optische Instrumentenachse verl au- fen. Die Winkelaufspaltung a wird durch das Objektiv 54 in eine laterale Aufspaltung 1 umgesetzt, so dass die beiden Komponenten an verschiedenen Stellen des Objektes 55 reflektiert werden und nach Rücklauf durch das ObjektIv 54, das Wollaston-Prisma 43 und die Planparallelplatte 41 in S* zur Vereinigung kommen.

   Die nun nicht mchr räumlich getrennt verlaufenden Teilstrahlen durchsetzen die Planparallelplatte 42, den Strahlenteiler 53 und den Analysator 56 und können miteinander interferieren.

   Die A/4-Platte dient in Verbindung mit dem drehlba- ren Analysator 56 zur Variation des Gangunterschiedes zwischen den beiden senkrecht zueinander polarisierten Komponenten nach dem Prinzip des Senarmont-Kom- pensators. Durch Drehen des Analysators lassen sich in bekannter Weise Gangunterschiede von + A/2 erzeugen.

   Um grössere Gangunterschiede zu ermöglichen, kann zusätzlich die A-Platte 59 in den Strahlengang eingeschaltet werden, so dass durch die Kombination der #-Platte mit der A/4-Platte Gangunterschiede von i/2 bis 3/2# erzeugt werden können.

   In der Figur 6 ist das Prinzip eines Interferenz Durchlichtmikroskops unter Verwendung erfindungsge- mässer optischer Bauelemente dargestellt. Das von der Lichtquelle 61 kommende Licht wird in dem Polarisator 62 polarisiert und durch das optische Bauelement 42a, 41a, 43a in zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten aufgespalten und in dem Verelnigungs- punkt Sa, der in der Brennebene des Kondensors 63 liegt, vereinigt. Der Kondensor 63 verwandelt die Winkelaufspaltung in eine Lateralversetzung der nun parallel zueinSander verlaufenden Komponenten, die an verschiedenen Stellen das Objekt 164 durchdringen.

   Das Objektiv 65, in dessen Brennebene der biidseitige Vereinigungspunkt 6b liegt, bewirkt eine Umwandlung der Lateralversetzung in eine Winkelaufspaltung, die durch das Wollaston < Prisma 43b erneut zur Lateralaufspaltung der Teilkomponenten führt, die schliesslich nach Druchtritt durch die Planparallelplatte 41b zur Wiedervereinigung der Teilkomponenten an der Trennfläche zwischen der Planparallelplatte 41b und der Planparallelplatte 42b führt. Damit können die Teilkomponenten nach Durchsetzen des Analysators 66 miteinander interferieren. Das Okular 67 vervollständigt die Interterenzein'richtung.

   Wie bereits bei der Interferenz-Auflichteinrichtung beschrieben, ist es zweckmässig, im Strahlen1gang nach dem Prinzip des Senarmont-Kompensators eine A/4 Platte 68 und gegebenenfalls eine zusätzlich einschaltba- re A-Platte 69 vorzusehen.

   PATENTANSPRUCH I Optisches Bauelement zur Strahlen'aufspaltung bzw.

   -vereinigung polarisierter Lichtstrahlen, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement ein Wollas ton-Prisma (43) und eine schräg zur optischen Kristall- achse geschnittene erste Planparalleiplatte (41) umfasst.

   UNTRRANSP RÜ CHE 1. Optisches Bauelement nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Planparallel platte (41) eine parallel zur optischen Kristallachse geschnittene zweite Planparallelplatte (42) zugeordnet ist, deren optische Dicke so bemessen ist, dass der in ihr hervorgerufene Gangunterschied mit umgekehrtem Vorzeichen gleich dem Gangunterschied ist, der in der ersten Planparallelplatte (41) hervorgerufen wird.

   2. Optisches Bauelement nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gerste Planparallelplatte (41) zusammen mit daher zweiten Planparalleiplatte (42) um 1f80 um die Achse des einfallenden Stral:lenbündels drehbar ist.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung des optischen Bauelementes nach Patentanspruch I in einem Mikroskop.

   UNTERANSPRÜCHE 3. Verwendung nach Patentanspruch II, in einem Auflichtmikroskop.

   4. Verwendung nach Patentanspruch II, in einem Durchlichtmikroskop.

   5. Verwendung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement (42, 41, 43) derart zwischen einem tStrah,lenteiler (53) und dem Objektiv (54) angeordnet ist, dass der Vereinigungs- punkt (S) der Strahlenbündel mit dem bildseitigen Brennpunkt des Objektivs (54) zusammenfällt.

   6. Verwendung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bauelemente verwendet werden, von denen das eine (42a, 41a, 43a) -auf der Beleuchtungsseite derart angeordnet ist, dass der Strah- lenvereinigungspunkt (Sa) mit dem der Lichtquelle (61) zugewandten Brennpunkt des Kondensors (63) zusammenfällt, und dass das zweite optische Bauelement l(43lb, 41b, 42b) zwischen Objektiv (65) und Analysator (66) derart angeordnet ist, dass der objektseitige Strahlenver- einigungspunkt (Sb) mit Idem Brennpunkt des Objektivs (65) zusammenfällt.

   Ernst Zeitz GmlbH Vertreter: Dériaz, Kirker & Cie., Geneve