DD233430B1

DD233430B1 - UNIVERSAL POLARIZATION MICROSCOPE

Info

Publication number: DD233430B1
Application number: DD27194884A
Authority: DD
Inventors: Joachim Bergner; Burkhard Bufe; Hubert Wahl; Reed Werlich; Hans Tandler
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1988-03-30
Also published as: JPS61158311A; DE3537284A1; DD233430A1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Universal-Projektionsmikroskop mit polarisationsoptischen und interferometrischen Abbildungssystemen, mit deren Hilfe stoffspezifische optische Größen ermittelt bzw. gemessen werden können. Solche Mikroskope sind bei der Untersuchung kristalliner Stoffe oder Substanzen mit ausgeprägter Nahorientierung ihrer Moleküle (z. B. biologische Membrane, hochpolymere Werkstoffe) einsetzbar.The invention relates to a universal projection microscope with polarization-optical and interferometric imaging systems, with the aid of which substance-specific optical quantities can be determined or measured. Such microscopes can be used in the investigation of crystalline substances or substances with pronounced close orientation of their molecules (eg biological membranes, high polymer materials).

Characteristic of the known technical solutions

Zur Charakterisierung von mikroskopischen Festkörpern werden stoffspezifische optische Größen wie Brechzahl, Doppelbrechung, Transmissionsgrad, Reflexionsgrad gemessen und qualitative Eigenschaften wie optischer Charakter, Zahl der optischen Achsen u.a. ermittelt. Zur vollständigen Beschreibung dieser Stoffeigenschaften ist es erforderlich, nacheinander polarisationsmikroskopische interferenzmikroskopische und mikroskopphotometrische Verfahren anzuwenden. Bekannte Mik.oskop-Baukastensysteme gestatten die wahlweise Anwendung dieser Verfahren durch Einsatz spezifischer Zusatzeinheiten, die jeweils über eine Koppelstelle am Mikroskop adaptiert werden. So gestattet das im DD-WP 65323 beschriebene Polarisationsmikroskop eine einwandfreie konoskopische und orthoskopische Beobachtung des zu prüfenden Objektes mit ergonomisch günstig gestaltetem binokularem Einblick. Zur Messung der Brechzahl wird eine separate Interferenzeinrichtung gemäß DD-WP 53890 verwendet.For the characterization of microscopic solids, substance-specific optical parameters such as refractive index, birefringence, transmittance, reflectance are measured and qualitative properties such as optical character, number of optical axes and the like are measured. determined. For a complete description of these material properties, it is necessary to use polarization microscopic interference microscopy and microscopic photometric techniques in sequence. Known Mik.oskop modular systems allow the optional application of these methods by using specific additional units, which are each adapted via a coupling point on the microscope. Thus, the polarization microscope described in DD-WP 65323 allows a perfect conoscopic and orthoscopic observation of the object to be tested with ergonomically designed binocular insight. To measure the refractive index, a separate interference device according to DD-WP 53890 is used.

Nachteilig bei dieser Arbeitsweise ist, daß der Tubus mit der Interferenze'inrichtung gegen den Polarisationstubus ausgewechselt werden muß. Ein zusätzlicher Wechsel wird erforderlich, wenn ein Mikroskopphotometer adaptiert werden soll. Bei diesem Baukastensystem ist weiterhin von Nachteil, daß die erzeugten Bilder nicht immer in der gleichen Ebene liegen. Daraus ergeben A disadvantage of this procedure is that the tube must be replaced with the Interferenze'inrichtung against the Polarisationstubus. An additional change is required if a microscope optometer is to be adapted. In this modular system is also a disadvantage that the images produced are not always in the same plane. Result from this

sich für den Einblicktubus unterschiedliche Einblickhöhen und -winkel. Zusätzlich können in Seite und Höhe unterschiedliche Bildlagen und unterschiedliche Vergrößerungen auftreten. Durch die Lagerung der gerade nicht eingesetzten Baugruppe am Arbeitsplatz wird dieser eingeschränkt und eine Verschmutzung der äußeren Optikteile ermöglicht. Eine Weiterführung eines Baukastenprinzips ist in der AT-PS 314222 beschrieben.different viewing heights and angles for the viewing tube. In addition, different image positions and different magnifications may occur in page and height. Due to the storage of the currently not used assembly in the workplace this is restricted and allows contamination of the outer optical parts. A continuation of a modular principle is described in AT-PS 314222.

Diese Anordnung gewährleistet bei gleichbleibender Bau- und Einblickhöhe sowie unveränderter Stabilität des Mikroskopes den Wechsel der Methoden, indem im Grundkörper verschiedene die notwendigen optischen Elemente tragende quaderförmige Einschübe ausgewechselt werden. Nachteilig ist jedoch auch hierbei der notwendige Wechsel von gesondert aufzubewahrenden Baugruppen sowohl hinsichtlich des Einhaltens der erforderlichen Justiergenauigkeit als auch der Empfindlichkeit insbesondere von Interferometern gegen DeJustierung und mechanische Beschädigung sowie Anfälligkeit gegen Verstauben. Eine andere bekannte Einrichtung (AT-PS 333052) schafft einen neuen Strahlengang für Mikroskope, welcher die Anwendung der Polarisation in Verbindung mit einem binokularen Schrägeinblick bekannter Art erlaubt. Nachteil dieser Lösung ist jedoch auch, daß nur ein mikroskopisches Untersuchungsverfahren angewandt werden kann.This arrangement ensures the same construction and viewing height and unchanged stability of the microscope, the change of methods by changing the basic body supporting the necessary optical elements cuboid bays are replaced. However, the disadvantage here too is the necessary change of components to be stored separately both with regard to compliance with the required adjustment accuracy and the sensitivity in particular of interferometers against deJusting and mechanical damage as well as susceptibility to dusting. Another known device (AT-PS 333052) provides a new optical path for microscopes, which allows the application of polarization in conjunction with a binocular oblique sight of known type. However, a disadvantage of this solution is that only a microscopic examination method can be used.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu beseitigen. Essoll ein Mikroskop geschaffen werden, bei dem bei konstanter Einblickhöhe und -winkel ein schneller Wechsel zwischen mehreren mikroskopischen Untersuchungsverfahren, insbesondere zur Phasenanalyse, möglich ist und bei dem die dazu notwendigen Baugruppen weitestgehend gegen Umwelteinflüsse geschützt sind.The aim of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned. Essoll be created a microscope in which at constant viewing height and angle, a quick change between several microscopic examination methods, in particular for phase analysis, is possible and in which the necessary assemblies are largely protected against environmental influences.

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einem Schrägeinblick, Anschlußstellen für die Mikrofotografie und Photometereinrichtungen und mit optischen Bauelementen, durch die im Mikroskop eine Bildebene erzeugt wird, die optisch konjugiert zu einer Okularblendenebene eines an das Mikroskop ankoppelbaren Okulartubus ist.The invention relates to a microscope with a Schräginblick, connection points for photomicrographs and photometering devices and optical components, through which an image plane is generated in the microscope, which is optically conjugate to an eyepiece aperture plane of an eye-piece to be coupled to the microscope Okulartubus.

Die zu Lösende Aufgabe besteht darin, den Strahlengang im Mikroskop so zu führen, daß für mindestens zwei verschiedene mikroskopische Untersuchungsverfahren alle notwendigen optischen Bauelemente schnell und unkompliziert in den Strahlengang gebracht werden können, mindestens ein zugängliches Zwischenbild des Objektes zur Anordnung von Marken, Blenden u.a. und die Objektabbildung in der Okularblendenebene für jedes mikroskopische Untersuchungsverfahren aufrecht, seitenrichtig und im gleichen Abbildungsmaßstab erfolgt.The problem to be solved is to guide the beam path in the microscope so that all the necessary optical components can be brought quickly and easily into the beam path for at least two different microscopic examination methods, at least one accessible intermediate image of the object for the arrangement of brands, aperture u.a. and the object image in the eyepiece aperture plane is upright, true to the sides, and at the same magnification for each microscopic examination procedure.

Die Aufgabe wird durch ein Universal-Polarisationsmikroskop mit einem Schrägeinblicktubus, Anschlußstellen für Mikrophotografie und Photometereinrichtungen und optischen Bauelementen, durch die im Mikroskop eine Zwischenbildebene, die optisch konjugiert zu einer Okularblendenebene eines an das Mikroskop ankoppelbaren Okulartubus ist, erzeugt, wobei durch eine an das Mikroskopstativ ankoppelbaren Zusatzeinheit oder Einschübe der Abbildungsstrahlengang zwischen einer optischen Anschlußstelle zum Mikroskop und der optischen Anschlußstelle zum Schrägeinblicktubus über abbildende und strahlenumlenkende optische Bauelemente entlang eines ersten Strahlenganges geführt wird, in dem die genannte Zwischenbildebene liegt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die für die verschiedenen Beobachtungsverfahren, wie Polarisation, Interferenz, Phasenkontrast usw. notwendigen Strahlengänge in einer geschlossenen Baueinheit, einem Gehäuse (1) untergebracht sind.The object is achieved by a universal polarizing microscope with a Schräginblicktubus, connection points for photomicrographs and photometers and optical components, through the microscope an intermediate image plane which is optically conjugate to a Okularblendenebene of a microscope coupled to the Okulartubus, generated by a to the microscope stand coupled additional unit or inserts the imaging beam path between an optical connection point to the microscope and the optical connection point to Schräginblicktubus is guided over imaging and beam deflecting optical components along a first beam path in which said intermediate image plane is located, according to the invention achieved that for the different observation methods, such Polarization, interference, phase contrast, etc. necessary beam paths in a closed unit, a housing (1) are housed.

Vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltungsvarianten bestehen darin, daß ein erstes in den ersten Strahlengang einschaltbares Umlenkelement zur Umlenkung des Abbildungsstrahlenganges in einen zweiten Strahlengang mit Einrichtungen zu einer zusätzlichen physikalischen Beeinflussung der abbildenden Strahlen und optischen Bauelemente zur Abbildung und Strahlenumlenkung vorhanden ist, daß ein zweites Umlenkelement so in den ersten und zweiten Strahlengang einschaltbar ist, daß der zweite Strahlengang wieder in den ersten Strahlengang eingekoppelt wird, daß die Aus- und Wiederankopplung des zweiten Strahlenganges aus bzw. in den ersten Strahlengang vor der Zwischenbildebene erfolgt und daß über jeden der Teilstrahlengänge in dieser Zwischenbildebene ein Bild erzeugt wird, das durch ein nachgeordnetes erstes optisches System in die Okularblendenebene und gleichzeitig über ein zweites optisches System auf einen Photoempfänger abgebildet wird, daß in der Zwischenbildebene ein Umlenkelement mit Photometerblenden angeordnet ist und darin, daß das Umlenkelement mit der Photometerblende und ein im ersten Strahlengang davor angeordnetes Umlenkelement gegen ein Umlenkelement mit zwei Strahlumlenkungen austauschbar sind und daß gekoppelt mit dem Umlenkelement mit zwei Strahlumlenkungen ein abbildendes optisches System in den Strahlengang gebracht wird, welches das durch den Austausch verlagerte Zwischen bild in die gleiche Ebene abbildet, wie das nicht verlagerte Zwischenbild.Advantageous embodiments of the invention are that a first switchable in the first beam path deflecting element for deflecting the imaging beam path in a second beam path with facilities for additional physical influence of the imaging beams and optical components for imaging and beam deflection is present, that a second deflection so in the the first and second optical path can be switched on, that the second beam path is coupled back into the first beam path, that the extraction and re-coupling of the second beam path from or into the first beam path takes place before the intermediate image plane and that an image of each of the partial beam paths in this intermediate image plane is generated, which is imaged by a downstream first optical system in the Okularblendenebene and at the same time on a second optical system to a photoreceiver, that in the intermediate image plane Uml Enkelement is arranged with photometer and in that the deflection element with the photometer and a deflector arranged in the first beam deflecting element are exchangeable against a deflecting element with two beam deflections and that coupled with the deflecting element with two beam deflections an imaging optical system is brought into the beam path, which the intermediate image displaced by the exchange is reproduced in the same plane as the non-displaced intermediate image.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the schematic drawing.

In der Figur ist ein erfindungsgemäßer Mikroskoptubus im Schnitt dargestellt. Ein Gehäuse 1 enthält alle Abbildungs- und Umlenkelemente und ist fest oder trennbar über mechanische Koppelstellen 25 mit einem nicht dargestellten Mikroskop verbunden. Entlang eines von einem Objektiv des Mikroskopes kommenden Abbildungsstrahlenganges 26 sind ein Kompensator 14 und ein Analysator 15 ausschaltbar und ein Tubuslinsensystem 16 fest angeordnet. Danach folgen ausschaltbare Umlenkelemente 17 und 20. Wenn diese aus dem Abbildungsstrahlengang 26 ausgeschaltet sind, verläuft er in einer ersten Abbildungsschleife über ausschaltbare Umlenkelemente 2 und 4, durch eine Feldlinse 4a, über Umlenkelemente 12 und durch ein Bildversetzungslinsensystem 18 zu einem nicht dargestellten, an eine Koppelstelle 19 ankoppelbaren, binokularen oder monokularen Okulartubus. Teilsysteme 18a; 18c sind ausschaltbar und ein Teilsystem 18b ist fest im Strahlengang angeordnet. Sind die Umlenkelemente 17 und 20 in den Strahlengang 26 eingeschaltet, verläuft dieser nach dem Umlenkelement 17 in einer zweiten Abbildungsschleife durch eine Feldlinse 11, ein Telelinsensystem 10, Umlenkelemente 9, ein bekanntes Mach-Zehnder-Interferometer 8 und ein Tubuslinsensystem 27 zu dem Umlenkelement 20 und wird durch dieses wieder in dieIn the figure, a microscope tube according to the invention is shown in section. A housing 1 contains all the imaging and deflection and is fixed or separable via mechanical coupling points 25 connected to a microscope, not shown. Along a coming of a microscope objective imaging beam path 26, a compensator 14 and an analyzer 15 are switched off and a tube lens system 16 fixed. These are followed by switchable deflecting elements 17 and 20. If these are turned off from the imaging beam path 26, it runs in a first imaging loop on ausschaltbare deflecting elements 2 and 4, by a field lens 4a, via deflecting elements 12 and by a Bildversetzungslinsensystem 18 to a not shown, to a Coupling point 19 dockable, binocular or monocular Okulartubus. Subsystems 18a; 18c are switched off and a subsystem 18b is fixedly arranged in the beam path. If the deflecting elements 17 and 20 are switched on in the beam path 26, this runs after the deflecting element 17 in a second imaging loop through a field lens 11, a telescope system 10, deflecting elements 9, a known Mach-Zehnder interferometer 8 and a tube lens system 27 to the deflecting element 20 and through this again in the

erste Abbildungsschleife eingekoppelt. Oberhalb des Umlenkelementes 2 befindet sich eine Koppelstelle 3 für eine nicht dargestellte mikrophotografische Einrichtung. Nach einem Objektiv 5 ist an einer Koppelstelle 6 eine Photometereinrichtung mit einem Photmeterempfänger 7 angesetzt. Ein Umlenkelement 21 ist zusammen mit einer Feldlinse 21 a gegen die Umlenkelemente 2 und 4 und die Feldlinse 4a wechselbar. Gekoppelt mit dem Umlenkelement 4 wird das Teilsystem 18a aus dem Strahlengang entfernt und gekoppelt mit dem Umlenkelement 21 wird das Teilsystem 18c in den Strahlengang gebracht. Gemäß der Erfindung sind das Umlenkelement 21 und die Feldlinse 21 a ebenfalls innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet und mittels nicht dargestellter Schaltelemente einschaltbar. Sie sind nur aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur außerhalb dargestellt. *first imaging loop coupled. Above the deflecting element 2 is a coupling point 3 for a non-illustrated photomicrographic device. After a lens 5, a photometer device with a photometer receiver 7 is attached to a coupling point 6. A deflecting element 21 is interchangeable with a field lens 21 a against the deflecting elements 2 and 4 and the field lens 4 a. Coupled with the deflection element 4, the subsystem 18a is removed from the beam path and, coupled with the deflection element 21, the subsystem 18c is brought into the beam path. According to the invention, the deflecting element 21 and the field lens 21 a are also disposed within the housing 1 and switchable by means not shown switching elements. They are shown outside the figure for clarity only. *

Durch das Tubuslinsensystem 16 wird bei eingeschalteten Umlenkelementen 17 und 20 ein Zwischenbild O_p' des mikroskopischen Objektes in der Spiegelebene des Umlenkelementes 4 entworfen. Das Umlenkelement 4 ist als verspiegeltes Prisma von mindestens zweifacher Bündelbreite ausgeführt und seitlich so verschiebbar, daß zentral ausgesparte Bereiche mit verschiedenen Durchmessern wahlweise in die Bildmitte gebracht werden können. Diese Bereiche dienen als Feldblenden für eine nachgeschaitete Photometereinrichtung 13. Das durch sie gehende Licht wird vom Objektiv 6 auf den Photoempfänger 7 geleitet. Die mit dem Umlenkelement 4 gekoppelte Feldlinse 4a dient der geeigneten Verlagerung der Austrittspupille des Objektives.With the tube lens system 16, an intermediate image O _p 'of the microscopic object in the mirror plane of the deflection element 4 is designed when the deflecting elements 17 and 20 are switched on. The deflection element 4 is designed as a mirrored prism of at least twice the bundle width and laterally displaceable so that centrally recessed areas with different diameters can be selectively placed in the center of the image. These areas serve as field diaphragms for a nachgeschaiteter photometer device 13. The light passing through them is passed from the lens 6 to the photoreceptor 7. The field lens 4a coupled to the deflection element 4 serves for the suitable displacement of the exit pupil of the objective.

Sind die Umlenkelemente 2 und 4, die Feldlinse 4a und das Teilsystem 18a durch das Umlenkelement 21, die Feldlinse 21 a und das Teilsystem 18c ersetzt, entsteht durch den größeren Glasweg innerhalb des Umlenkelementes 21 das Zwischenbild O_p' zwischen dem Umlenkelement 21 und der Feldlinse 21 a. Es ist damit zum Einschalten von nicht dargestellten Meßplatten oder eines Fadenkreuzes und einer Irisblende zum Ausblenden kleiner Objektdetails für die konospopische Untersuchung frei zugänglich.If the deflection elements 2 and 4, which replaces the field lens 4a and the subsystem 18a through the deflecting element 21, the field lens 21 a and the subsystem 18c, the intermediate image O _p 'between the deflector 21 and the field lens is created by the larger glass path within the deflector element 21 21 a. It is thus freely accessible for switching on not-shown measuring plates or a crosshair and an iris diaphragm for hiding small object details for the konospopic examination.

Über die Umlenkelemente 12 und das Bildversetzungslinsensystem 18 wird das Objektivbild schließlich in der Okularblendenebene bei O_p" abgebildet.Via the deflection elements 12 and the image-displacement lens system 18, the objective image is finally imaged in the ocular stop plane at O _p ".

Zur Darstellung und Messung polarisationsoptischer Eigenschaften können im Tubus der Analysator 15 und Kompensator 14 unterschiedlicher Bauart in den telezentrischen Abbildungsstrahlengang des Mikroskopes vor dem Tubuslinsensystem 16 eingeschaltet werden. Befindet sich weder das Umlenkelement 2 noch das Umlenkelement 21 im Strahlengang, wird durch das Tubuslinsensystem 16 oberhalb der Koppelstelle 3 ein Objektbildt O_p' erzeugt, das an dieser Stelle von einer mikrophotografischen Einrichtung aufgenommen werden kann.In order to display and measure polarization-optical properties, the analyzer 15 and compensator 14 of different types can be switched into the telecentric imaging beam path of the microscope in front of the tube lens system 16 in the tube. If neither the deflecting element 2 nor the deflecting element 21 is located in the beam path, an object image O _p 'is generated by the tube lens system 16 above the coupling point 3, which can be picked up by a photomicrographic device at this point.

Zur Messung optischer Größen im Interferometerstrahl.engang werden die miteinander gekoppelten Umlenkelemente 17 und in den Strahlengang geschaltet, und damit durchläuft das Abbildungsstrahlenbündel zusätzlich die zweite Abbildungsschleife. Das durch das Tubuslinsensystem 16 in einer sich vor der Feldlinse 11 befindlichen Bildebene O₁' entworfene Objektzwischenbild wird mittels der Feldlinse 11, desTelelinsensystems 10 durch das Interferometer 8 hindurch vom Tubuslinsensystem 27 wiederum in die Spiegelebene des Umlenkelementes 4 abgebildet. Es entsteht dort in der gleichen Bildebene wie über dem Polarisationsstrahlengang ein Objektzwischenbild O|", das in Höhe und Seite die gleiche Lage wie O_p' und den gleichen Abbildungsmaßstab hat. Der weitere Verlauf der Strahlen ist der gleiche wie über die erste Abbildungsschleife, so daß in der Okularblendenebene das Objektbild Q₁"' entsteht.For measuring optical magnitudes in the interferometer beam path, the mutually coupled deflection elements 17 and 17 are switched into the beam path, and thus the imaging beam additionally passes through the second imaging loop. The object intermediate image designed by the tube lens system 16 in an image plane O ₁ ' located in front of the field lens 11 is again imaged by the tube lens system 27 into the mirror plane of the deflection element 4 by means of the field lens 11 of the telescope system 10. In the same image plane as above the polarization beam path, an object intermediate image O "is created which has the same position as O _p 'and the same magnification in terms of height and side that in the Okularblendenebene the object image Q ₁ "' arises.

Claims

1. A universal polarizing microscope with a Schrägeinblicktubus, connection points for photomicrographs and photometering devices and optical components, by the microscope an intermediate image plane is generated, which is optically conjugate to a Okularblendenebene ankoppelbaren to the microscope Okulartubus, which can be coupled by an attachable to the microscope stand additional unit or Insets of the imaging beam path between an optical connection point to the microscope and the optical connection point to Schräginblicktubus is guided over imaging and beam deflecting optical components along a first beam path in which said intermediate image plane is, characterized in that for the different observation methods, such as polarization, interference, Phase contrast etc. necessary Strahiengänge in a closed unit, a housing (1) are housed.

2. Universai polarizing microscope according to claim 1, characterized in that a first switchable in the first beam path deflecting element for deflecting the imaging beam path in a second beam path with means for an additional physical influence derabbildenden rays and optical components for imaging and beam deflection is present that a second deflecting element so in the first and second beam path is switched on, that the second beam path is coupled back into the first beam path, that the extraction and re-coupling of the second beam path from or into the first beam path takes place before the intermediate image plane and that on each of the partial beam paths in this An image is generated intermediate image plane, which is imaged by a downstream first optical system in the Okularblendenebene and at the same time on a second optical system on a photoreceiver.

3. Universal polarizing microscope according to claim 1, characterized in that in the intermediate image plane a Umlenkelement.mit photometer apertures is arranged.

4. Universal polarizing microscope according to claim 1, characterized in that the deflecting element with the photometer and a rm first beam path arranged in front deflecting element are interchangeable with a deflecting element with two beam deflections and that coupled with the deflecting element with two beam deflections an imaging optical system in the beam path is brought, which maps the displaced by the exchange intermediate image in the same plane as the non-displaced intermediate image.