DD139902A1 - Doppelbrechendes bauelement fuer polarisierende interferenzapparate - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein doppelbrechendes Bauelement, das vorwiegend in Verbindung mit Interferenzkontrasteinrichtungen für Auf- und Durchlichtmikroskope verwendet wird. Diese Interferenzkontrasteinrichtungen werden im allgemeinen als Ergänzungseinheiten für normale Mikroskope ausgeführt. Sie können aber auch integrierender Bestandteil eines Mikroskops sein. Sie werden vor allem in der Biologie und Medizin und in anderen technischen Arbeitsgebieten wie Chemie und Metallographie zur Kontrastierung von Phasenobjekten eingesetzt. Das sind solche mikroskopischen Objekte, die bei normaler Hellfeldbeobachtung nicht oder nur schwach kontrastiert sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die nach dem Prinzip der differentiellen Bildaufspaltung im polarisierten Licht arbeitenden, zur Kontrastierung von Phasenobjekten dienenden interferenzmikroskopischen Anord" nungen verwenden überwiegend Wollastonprismen, die aus zwei verkitteten Einzelprismen aus doppelbrechendem Material bestehen und deren optische Achsen senkrecht zueinander orientiert sind. Sie befinden sich abbildungsseitig in der Nähe der Austrittspupille des Objektivs und beleuchtungsseitig in der Nähe der vorderen Kondensorbrennebene. Die Wollastonprismen bewirken eine Wirikelaufspaltung des einfallenden, durch einen vorgeschalteten Polarisator linear polarisierten Strahls in seine senkrecht zueinander polarisierten Strahlkomponenten, wodurch von jedem Objekt zwei Bilder entstehen, die um einen geringen Betrag seitlich gegeneinander versetzt sind und durch Interferenz in der Zwischenbildebene zu einem Reliefkontrast führen. Die Mittendicken der Teilprismen v/erden für die beiden abbildungsseitig und beleuchtungsseitig angeordneten Wollastonprismen im allgemeinen so abgestimmt, daß für den Achsenstrahl der Gang» unterschied zwischen der ordentlichen und außerordentlichen Strahlkomponente bei jedem Wollastonprisma null ist. Das ist dann aber nicht für die außeraxialen und geneigten Strahlen der Fall.

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Diese sich auf den Bildkontrast ungünstig auswirkenden Gangunterschiedsdifferenzen zwischen den Komponenten der verschiedenen Strahlen lassen sich durch geeignete Abstimmung der Daten des beleuchtungsseitigen zum abbildungsseitigen Wollastonprisma teilweise kompensieren. Solche Anordnungen sind zuerst in der GB-PS 639 014 und in der FR-PS 1.059.123 vorgeschlagen worden. In der GB-PS 639 014 werden die Wollastonprismen direkt in der Brennebene von Objektiv und Kondensor angeordnet, wo auch die Strahlenaufspaltung erfolgt, während in der FR-PS 1.059.123 durch veränderte Orientierung der optischen Achse des einen Teilprismas, das so etwas abgewandelte Wollastonprisma auch außerhalb der Brennebene und damit anwendungsfreundlicher angeordnet werden kann und die Strahlenaufspaltung so erfolgt, daß sich die Komponenten oder ihre rückwärtigen Verlängerungen in der Brennebene von Objektiv oder Kondensor schneiden. Eine vollständige Kompensation der Gangunterschiedsdifferenzen gelingt bei den Anordnungen nach GB-PS 6 39 014 und FR-PS 1.059.123 für Pupille und Bildfeld allerdings nur bei völlig symmetrischem Aufbau nach der obengenannten GB-PS, d.h. wenn die Brennweiten von Kondensor und Objektiv gleich sind, denn nur dann sind auch die beiden Wollastonprismen gleich. Jedoch ist ein solcher Aufbau in der Praxis nur in Sonderfällen realisierbar. Je stärker die Symmetrie gestört ist, umso weniger vollständig ist eine Kompensation möglich.· Die Pupillenkompensation für die durch einen Achspunkt des Bildfeldes gehenden Strahlen gelingt immer. Es sind lediglich Prismenwinkel und Orientierung der optischen Achsen beider Wollastonprismen so aufeinander abzustimmen, daß die im beleuchtungsseitigen Wollastonprisma aufgespalteten Strahlkomponenten im bildseitigen Wollastonprisma wieder vereinigt werden. Für außeraxiale Bildpunkte ist die Pupillenkompensation auch noch mit guter Näherung möglich.. Das ist nicht für die Feldkompensation zur Erreichung der gleichmäßigen Kontrastierung über das gesamte Bildfeld der Fall, insbesondere, wenn man die mit den heute üblichen Großfeldobjektiven

erreichbaren großen Bildfelder voll nutzen will. Es läßt sich theoretisch und experimentell zeigen, daß ein vom Azimut der die Wollastonprismen durchsetzenden Lichtbündel abhängiger Effekt auftritt, der zu einer hyperbelförmigen Ilelligkeitsverteilung im Bildfeld führt, DD-PS 113 271, Etude et application d'un interferometre ä polarisation, Optica Acta 1 (1954) 50-58. Die Größe der auftretenden Helligkeitsunterschiede und des gleichmäßig kontrastierten Bereiches hängt bei optimaler Anpassung der beiden Wollastonprismen vor allem von ihrer Dicke und nach der FR-PS 1.059.123 vom Orientierungswinkel der optischen Achse im schräg zur Prismenbasis orientierten Teilprisma, also dem Abstand von der Brennebene ab. Die Wollastonprismen können aus Stabilitätsgründen nicht beliebig dünn gemacht werden. Das gilt insbesondere für das abbildungsseitige Prisma, v/eil schon eine geringe Abweichung von der Planparallelität zu deutlichen Mängeln in der Bildqualität führen kann, so daß ohne zusätzliche Hilfsmittel durch Verringerung der Prismendicke die Feldinhomogenität nicht entscheidend reduziert werden kann.

In der DD-PS 113 271 wird ein zusätzliches pölarisationsoptisches Element und die Möglichkeit seiner Anwendung zur Reduzierung der Inhomogenitäten im Feld eines mit Wollastonprismen ausgestatteten Interferenzmikroskops beschrieben, das aber nur sehr beschränkt anwendbar ist, da das Wollastonprisma vereinfacht als planparallele Kristallplatte mit zu den Basisflächen paralleler Kristallachse angenommen wird, die zur optischen Geräteachse senkrecht angeordnet ist. Bei Auflichtanordnungen, in etwas geringerem Maße aber auch im Durchlicht, besteht die Gefahr, daß durch Reflexion an den Grenzflächen der abbildungsseitigen Wollastonprismen unerwünschte Lichtreflexe ins Bild gelangen, die zu einer Verschleierung desselben führen.

Diese Reflexe können durch eine geringe Neigung des Wollastonprismas unschädlich gemacht werden. Durch eine Neigung um gegen die optische Geräteachse wird z.B. erreicht, daß diese Reflexe auch bei einem Bildfelddurchmesser von 32 mm nicht ins Bildfeld gelangen. Allerdings, muß man dann einen

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unsymmetrischen Durchgang durch das Wollastonprisma in Kauf nehmen, woraus sich eine weitere Störung der Symmetrie und damit der Kompensation ableitet.

Ziel der Erfindung

Es soll eine Einrichtung geschaffen werden, die bei wesentlicher Reduzierung des Reflexlichtes eine gleichmäßige Kontrastierung über große Bildfelder ermöglicht. Daraus resultiert eine deutliche Steigerung des Kontrastes und der Bildqualität sowie die wesentliche Herabsetzung der Feldinhomogenitäten.

Wesen der Erfindung

Es werden optimale Bedingungen für die Kontrastierung mikroskopischer Phasenobjekte im Interferenzmikroskop geschaffen, indem das Wollastonprisma sehr dünn in der Größenordnung von 1 mm ausgeführt und zur mechanischen Stabilisierung in Glaskeile eingebettet wird, deren Brechzahl angenähert der mittleren Brechzahl von Quarz entspricht, so daß an den Grenzflächen Glas-Quarz kein Reflexlicht entsteht. Die Glaskeile werden so ausgeführt, daß. insgesamt eine planparallele Platte ausreichender Dicke (3 bis 4 mm) entsteht. Diese Platte wird so zur optischen Geräteachse geneigt (etwa 3 bis 4 ), daß der sowohl bei Auf licht- als auch bei Dur-chlichtbeleuchtung entstehende Hauptreflex nicht ins Bildfeld gelangt. Der Keilwinkel der Glaskeile wird so gewählt, daß der an der ersten Grenzfläche gebrochene Achsenstrahl nahezu senkrecht auf die Grenzfläche des eingekitteten Wollastonprismas trifft und damit wegen des symmetrischen Durchgangs der Lichtbündel durch das Prisma günstigste Bedingungen zur Kompensation der Feldinhomogenitäten geschaffen werden. Ein solches Bauelement ist für eine Auflichtanordnung besonders zweckmäßig, weil hier die Gefahr der Bildverschleierung durch Reflexe besonders groß ist.

.Außerdem ist in diesem Fall die spezielle Anpassung des Kompensationsprismas an das abbildungsseitige Prisma zur

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optimalen Feldkorapensation nicht möglich, da Beleuchtungsund Abbildungsstrahlen durch dasselbe Wollastonprisma gehen, das demnach gleichzeitig als Kompensationsprisma und als abbildungsseitiges Prisma wirkt. Als wesentliches Mittel zur Verringerung der Feldinhomogenitäten verbleibt deshalb hier nur die Verringerung der Prismendicke. Das vorgeschlagene Bauelement ist aber auch für Durchlicht, insbesondere bei Verwendung auf unendlichem Bildabstand korrigierter Objektive, zur Feldkompensation und zur Vermeidung von Reflexen vorteilhaft anzuwenden.

Ausführungsbeispiel

Anhand einer Abbildung soll mit einem Ausführungsbeispiel für Auflichtbeleuchtung die Erfindung erläutert werden. Das durch den Polarisator 1 linear polarisierte einfallende Licht wird nach Reflexion am Planglas 2 und Passieren des Glaskeils 3 an dem aus den beiden aus Quarz bestehenden Teilprismen 4 und 5 zusammengesetzten Wollastonprisma aufgespalten. Die beiden senkrecht zueinander polarisierten Strahlkomponenten schneiden sich nach Passieren des Glaskeils 6 in der Objektivbrennebene 7, durchlaufen das Objektiv δ und werden nach Reflexion am Objekt 9 durch die Wirkung des Objektivs in der Objektivbrennebene wieder zum Schnitt gebracht und im Wollastonprisma vereinigt. Vom Analysator 10 werden nur die in gleicher'Ebene schwingenden Anteile der Strahlkomponenten hindurchgelassen, die miteinander interferieren, und im Bild erscheint das beobachtete Objekt durch eine geringe seitliche Aufspaltung reliefartig kontrastiert.. Das in zwei Glaskeile eingekittete Wollastonprisma wird so geneigt, daß der sonst vorhandene Leuchtfeldblendenreflex nicht mehr ins Bild gelangt. Der Keilwinkel der Glaskeile wurde so gewählt, daß der Achsenstrahl senkrecht auf das Wollastonprisma trifft, weil damit wegen des symmetrischen Durchgangs der Strahlenbündel günstige Kompensationsbedingungen geschaffen werden.

Claims (1)

1. - ⁶ - 209 899

   Erfindungsanspruch:

   Doppelbrechendes Bauelement für polarisierende Interferenzapparate, das zur kontrastreichen Darstellung von Phasenobjekten in den mikroskopischen Strahlengang gebracht wird und eine differentielle Bildaufspaltung bewirkt, dadurch gekennzeichnet,

   daß ein aus zwei dünnen Teilprismen von doppelbrechendem Material bestehendes Wollastonprisma derart in Glaskeile eingekittet ist, daß bei einer Neigung des erfindungsgemäßen Bauelements gegenüber der optischen Geräteachse der Achsenstrahl nahezu senkrecht auf die Grenzfläche des Wollastonprismas trifft.

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