DD233670A1

DD233670A1 - ARRANGEMENT FOR COMPENSATION OF GAIN DIFFERENCE DIFFERENCES

Info

Publication number: DD233670A1
Application number: DD27217084A
Authority: DD
Inventors: Guenter Schoeppe
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1984-12-29
Filing date: 1984-12-29
Publication date: 1986-03-05
Also published as: JPS61181920A; DE3542218C2; DE3542218A1

Abstract

Die erfindungsgemaesse Anordnung zur Kompensation von Gangunterschiedsdifferenzen in der Bildebene polarisationsoptischer Interferenzeinrichtungen dient der Erhoehung der Gleichmaessigkeit des Bildfeldes und des Bildkontrastes solcher Einrichtungen vorzugsweise fuer Durch- und Auflichtmikroskope. Die Erfindung hat das Ziel, durch Baueinheiten des Geraetes hervorgerufene Ungleichmaessigkeiten des Kontrastes im Bildfeld weitestgehend zu verhindern. Die zu loesende Aufgabe besteht darin, durch im Strahlengang angeordnete doppelbrechende Bauelemente kristalloptisch verursachte Gangunterschiedsdifferenzen in der Bildebene weitestgehend zu kompensieren. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass im Strahlengang mindestens ein zweiteiliges Kompensationselement angeordnet ist, dessen Doppelbrechung ein entgegengesetztes Vorzeichen zur Doppelbrechung des Materials aufweist, das die Gangunterschiedsdifferenzen hervorruft. Die Dicke des Kompensationselementes ist abhaengig von der Dicke der Bauelemente, deren Wirkung zu kompensieren ist. Fig. 2The arrangement according to the invention for compensating for differences in retardation in the image plane of polarization-optical interference devices is used to increase the uniformity of the image field and the image contrast of such devices, preferably for transmitted-light and reflected-light microscopes. The object of the invention is to prevent as far as possible the unevenness of the contrast in the image field caused by structural units of the device. The task to be solved is to compensate as far as possible by crystal-optically arranged birefringent components crystal-path-induced differences in path differences in the image plane. According to the invention, the object is achieved by arranging in the beam path at least one two-part compensating element whose birefringence has an opposite sign for the birefringence of the material which causes the differences in path differences. The thickness of the compensation element is dependent on the thickness of the components whose effect is to be compensated. Fig. 2

Description

D₁ die Summe der Dicken der zu kompensierenden Bauelemente,D _{1 is} the sum of the thicknesses of the components to be compensated,

D₂ die Gesamtdicke des Kompensationselementes,D _{2 is} the total thickness of the compensation element,

N_E1 die Brechzahl des außerordentlichen Strahles der zu kompensierenden Bauelemente Ne2 die Brechzahl des außerordentlichen Strahles des Kompensationselementes, N_Oi die Brechzahl des ordentlichen Strahles der zu kompensierenden Bauelemente, No2 die Brechzahl des ordentlichen Strahles des Kompensationselementes, ii der Feldwinkel im Raum der zu kompensierenden Bauelemente und Ϊ2 der Feldwinkel, der im Raum des Kompensationselementes zum Feldwinkel ii gehört,N _{E1 is} the refractive index of the extraordinary beam of the components Ne2 to be compensated, the refractive index of the extraordinary beam of the compensation element, N _O i the refractive index of the ordinary beam of the components to be compensated, No2 the refractive index of the ordinary beam of the compensation element, ii the field angle in the space of the compensating Components and Ϊ2 the field angle, which belongs to the field angle ii in the space of the compensation element,

2. Anordnung nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß eines der im Strahlengang angeordneten Interferenzprismen gleichzeitig als zweiteiliges Kompensationselement gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist.2. Arrangement according to item 1, characterized in that one of the arranged in the beam path interference prisms is formed simultaneously as a two-part compensation element according to claim 1.

3. Anordnung nach Pkt. 1, gekennzeichnet dadurch, daß das zweiteilige Kompensationselement aus zwei gleichdicken planparalielen Platten besteht, deren optische Kristallachsen unter 90° zueinander und zur optischen Geräteachse angeordnet sind.3. Arrangement according to item 1, characterized in that the two-part compensation element consists of two equal-thickness planparalielen plates whose optical crystal axes are arranged at 90 ° to each other and to the optical device axis.

4. Anordnung nach Pkt. 3, gekennzeichnet dadurch, daß das zweiteilige Kompensationselement beleuchtungsseitig und/oder bildseitig im Strahlengang angeordnet ist.4. Arrangement according to item 3, characterized in that the two-part compensation element is arranged on the lighting side and / or image side in the beam path.

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Kompensation von Gangunterschiedsdifferenzen in der Bildebene polarisationsoptischer Interferenzeinrichtungen vorzugsweise für Durch- und Auflichtmikroskope dient der Erhöhung des Bildkontrastes solcher Einrichtungen.The arrangement according to the invention for compensating for differences in retardation in the image plane of polarization-optical interference devices, preferably for transmitted-light and reflected-light microscopes, serves to increase the image contrast of such devices.

Characteristic of the known technical solutions

Bei allen polarisationsoptischen Interferenzeinrichtungen (z. B. nach Nomarski, Smith, Jamin-Lebedew, Francon, Savarc) treten auf grund der unterschiedlichen Neigungen und Wegstrecken, die das Licht in den doppelbrechenden Elementen zu den einzelnen Feldpunkten erfährt bzw. zurücklegt, auch ohne Versuchsobjekt, Gangunterschiedsdifferenzen im Sehfeld der Einrichtung auf. Diese führen zu Ungleichmäßigkeiten, die als zwei Hyperbeläste im beobachteten Bild Sichtbarwerden. Diese Erscheinung beeinträchtigt die Beurteilung der Gleichförmigkeit der Objekte und reduziert die Empfindlichkeit des Verfahrens. Bei dem am weitesten verbreiteten und entwickelten Verfahren, dem Interferenzkontrast nach Nomarski, wird diese störende Erscheinung bisher durch Reduzierung der Dicke der doppelbrechenden Elemente verkleinert. Die Dicke läßt sich aber sowohl aus funktionellen, als auch aus technologischen Gründen nicht beliebig reduzieren, so daß bei derartigen Einrichtungen hoher Kontrastgüte der ungleichmäßige Untergrund störend sichtbar bleibt.In all polarization-optical interference devices (eg, according to Nomarski, Smith, Jamin-Lebedev, Francon, Savarc) occur due to the different inclinations and distances, the light in the birefringent elements to the individual field points experiences or travels, even without a test object , Gap difference differences in the field of view of the device. These lead to irregularities, which become visible as two hyperbeloles in the observed image. This phenomenon impairs the assessment of the uniformity of the objects and reduces the sensitivity of the method. In the most widely used and developed method, the interference contrast according to Nomarski, this disturbing phenomenon has been reduced by reducing the thickness of the birefringent elements. However, the thickness can not be arbitrarily reduced both for functional and for technological reasons, so that in such facilities high contrast quality of the uneven ground remains disturbingly visible.

In dem DD-AP 113271 ist eine Lösung beschrieben, bei der die Kompensation der genannten Gangunterschiedsdifferenzen durch eine einachsige doppelbrechende Platte, deren Dicke entsprechend dimensioniert werden kann, erfolgt.. Die Wirkung dieser Platte ist an die Voraussetzung gebunden, daß die optische Kristallachse in Richtung der optischen Geräteachse und die Außenflächen senkrecht dazu orientiert sind. Die zur optischen Achse senkrechten Außenflächen der Platte rufen jedoch störende Lichtreflexe hervor, die zu einer Verschleierung der Bilderführen. Wird die Platte zur Vermeidung dieser Reflexe leicht geneigt, treten im Bildfeld bereits wieder Asymmetrien auf. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Platte zur Kompensation im Durchlichtstrahlengang als zusätzliches Bauelement eingefügt werden muß, da sich bekanntlich jede zusätzliche optische Fläche negativ auf die Bildgüte auswirkt.In the DD-AP 113271 a solution is described in which the compensation of said path difference differences by a uniaxial birefringent plate, the thickness of which can be dimensioned accordingly, the effect of this plate is based on the assumption that the optical crystal axis in the direction the optical device axis and the outer surfaces are oriented perpendicular thereto. However, the outer surfaces of the plate, which are perpendicular to the optical axis, cause disturbing reflections of light which lead to a concealment of the images. If the plate is inclined slightly to avoid these reflections, asymmetries already appear again in the image field. Another disadvantage of this solution is that the plate must be inserted for compensation in the transmitted light beam path as an additional component, since, as is known, any additional optical surface has a negative effect on the image quality.

Object of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, die genannten Nachteile zu vermeiden, insbesondere soll eine Anordnung geschaffen werden, die auch für größere Bildfelder durch Baueinheiten des Gerätes hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten des Kontrastes im Bildfeld weitestgehend verhindert.The invention has the aim of avoiding the disadvantages mentioned, in particular, an arrangement is to be created, which also largely prevented for larger image fields caused by units of the device unevenness of the contrast in the image field.

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kompensation von Gangunterschiedsdifferenzen in einer Bildebene polarisationsoptischer Interferenzeinrichtungen insbesondere für Durch- und Auflichtmikroskope mit doppelbrechenden Bauelementen.The invention relates to an arrangement for compensating for differences in path differences in an image plane of polarization-optical interference devices, in particular for transmitted-light and reflected-light microscopes with birefringent components.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die durch die doppelbrechenden Bauelemente kristalloptisch verursachten Gangunterschiedsdifferenzen in der Bildebene weitestgehend zu kompensieren, wobei die Anordnung auch für bereits bestehende Interferenzeinrichtungen nachrüstbar ist.The object of the invention is to largely compensate for the path difference differences caused by the birefringent components crystal-optical in the image plane, the arrangement can also be retrofitted for existing interference facilities.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Strahlengang mindestens ein zweiteiliges Kompensationselement angeordnet ist. Dieses besteht aus einem Material, dessen Doppelbrechung ein entgegengesetztes Vorzeichen zur Doppelbrechung des Materials aufweist, das die Gangunterschiedsdifferenzen hervorruft. Die Gesamtdicke des Kompensationselementes ist nach folgender Beziehung bestimmt:According to the invention the object is achieved in that at least one two-part compensation element is arranged in the beam path. This consists of a material whose birefringence has an opposite sign to the birefringence of the material which causes the differences in the track differences. The total thickness of the compensation element is determined by the following relationship:

wobei bedeuten: .- —- where: .- -

D₁ die Summe der Dicken, derzu kompensierenden Bauelemente,D _{1 is} the sum of the thicknesses of the components to be compensated,

D2 die Gesamtdicke des Kompensationselementes,D2 the total thickness of the compensation element,

N_E1 die Brechzahl des außerordentlichen Strahles derzu kompensierenden Bauelemente N_E2 die Brechzahl des außerordentlichen Strahles des Kompensationselementes, N01 die Brechzahl des ordentlichen Strahles der zu kompensierenden Bauelemente, N02 die Brechzahl des ordentlichen Strahles des Kompensationselementes,N _E1 the refractive index of the extraordinary beam of the components to be compensated N _E2 the refractive index of the extraordinary beam of the compensation element, N01 the refractive index of the ordinary beam of the components to be compensated, N02 the refractive index of the ordinary beam of the compensation element,

1₁ der Feldwinkel im Raum der zu kompensierenden Bauelemente1 _1, the field angle in the space of the components to be compensated

1₂ der Feldwinkel, der im Raum des Kompensationselementes zum Feldwinkel I₁ gehört1 ₂ the field angle, which belongs to the field angle I ₁ in the space of the compensation element

Vorteilhaft ist gemäß der Erfindung eines der beiden im Strahlengang der Interferenzeinrichtung angeordneten Interferenzprismen gleichzeitig als Kompensationselement mit vorgenanntem Aufbau und Dimensionierung ausgebildet. Durch die Wahl des Materials und der Dicke wirkt dieses Prisma gleichzeitig als Kompensationselement. Weiterhin ist es vorteilhaft ein erfindungsgemäßes Kompensationselement, z.B. zur Ergänzung bereits bestehender Interferenzeinrichtungen, als separates Bauelement bestehend aus zwei gleichdicken planparallelen Platten im Strahlengang anzuordnen. Die optischen Kristallachsen der Platten verlaufen unter 90° zueinander und zur optischen Geräteachse. Das Kompensationseiement kann dabei wahlweise sowohl beleuchtungsseitig als auch bildseitig im Strahlengang angeordnet werden. Weiterhin ist es möglich, je ein entsprechend geringer dimensioniertes Kompensationselement beleuchtungsseitig und bildseitig im Strahlengang anzuordnen.Advantageously, according to the invention, one of the two interference prisms arranged in the beam path of the interference device is simultaneously designed as a compensation element with the aforementioned construction and dimensioning. Due to the choice of material and thickness, this prism also acts as a compensation element. Furthermore, it is advantageous to use a compensating element according to the invention, e.g. to supplement already existing interference devices, to be arranged as a separate component consisting of two equal-thickness plane-parallel plates in the beam path. The optical crystal axes of the plates are at 90 ° to each other and the optical device axis. The compensation element can optionally be arranged both on the illumination side and on the image side in the beam path. Furthermore, it is possible to arrange each a correspondingly smaller dimensioned compensation element on the lighting side and on the image side in the beam path.

embodiment

Die Anordnung zur Kompensation von Gangunterschiedsdifferenzen soll an Hand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert werden,The arrangement for compensating for differences in retardation is to be explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 5,

Fig. 1: eine Anordnung im Durchlicht mit einem Kompensationsprisma,1 shows an arrangement in transmitted light with a compensation prism,

Fig. 2: eine Anordnung im Durchlicht mit einer Kompensationsplatte,2 shows an arrangement in transmitted light with a compensation plate,

Fig.3: eine Anordnung im Durchlicht mit mehr als einer Kompensationsplatte3 shows an arrangement in transmitted light with more than one compensation plate

Fig.4: eine Anordnung im Auflicht mit doppeltem Lichtdurchgang durch die Kompensationsplatte und ^₁ 4 shows an arrangement in reflected light with double light passage through the compensation plate and ^. ₁

Fig. 5: eine Anordnung im Auflicht mit einmaligem Lichtdurchgang durch die Kompensationsplatte zeigt.Fig. 5: shows an arrangement in incident light with a single passage of light through the compensation plate.

In Fig. 1 sind entlang einer optischen Geräteachse eines nicht dargestellten Durchlichtinterferenzkontrastmikroskopes in Lichtausbreitungsrichtung nacheinander ein Polarisator 1, ein Interferenzelement 2, als Prisma ausgeführt (z. B.1, a polarizer 1, an interference element 2, as a prism are successively formed in an optical device axis of a transmitted-light interference contrast microscope, not shown, in the light propagation direction (eg.

Wollastonprisma), ein Kondensator 3, ein Objekt 4, ein Objektiv 5, ein Kompensationsprisma 6 in erfindungsgemäßer Dimensionierung und ein Analysator 7 angeordnet. In dieser Anordnung werden die vom Interferenzelement 2 verursachten feldtortabhängigen Gangunterschiedsdifferenzen durch das Kompensationsprisma 6, das gemäß der Erfindung dimensioniert ist und welches gleichzeitig die Wirkung eines bildseitigen Interferenzelementes hat, kompensiert. Es ist auch möglich, bei entsprechender Dimensionierung das Interferenzelement 2 und das Kompensationsprisma 6 auszutauschen.Wollaston prism), a capacitor 3, an object 4, a lens 5, a compensation prism 6 in inventive dimensioning and an analyzer 7 are arranged. In this arrangement, the field-gate-dependent retardation differences caused by the interference element 2 are compensated by the compensating prism 6, which is dimensioned according to the invention and which simultaneously has the effect of an image-side interference element. It is also possible, with appropriate dimensioning, to replace the interference element 2 and the compensation prism 6.

In der Fig. 2 und den folgenden Figuren sind jeweils gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In einer an sich bekannten Interferenzanordnung für Durchlichtinterferenzkontrastmikroskope, mit Interferenzelementen 8 und 9, die z. B. in Form von Wollastonprismen ausgebildet sind, ist zwischen einem bildseitigen Interferenzelement 9 und einem Analysator 7 eine erfindungsgemäß dimensionierte Kompensationsplatte 10 angeordnet. Die Kompensationsplatte 10 kompensiert die Summe der in den Interferenzelementen 8 und 9 verursachten feldortabhängigen Gangunterschiedsdifferenzen. Es ist auch möglich, die Kompensationsplatte 10 zwischen dem Polarisator 1 und dem Interferenzelement 8 anzuordnen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die feldortabhängigen Gangunterschiedsdifferenzen des beleuchtungsseitigen Interferenzelementes 8 und des bildseitigen Interferenzelementes 9 jeweils einzeln, durch Zuordnung von je einer Kompensationsplatte 11 zu den Interferenzelementen 8 und 9, zu kompensieren. Diese Anordnung wird in Fig. 3 gezeigt. Dabei ist jedoch zu beachten, daß die Summe der Dicken der Kompensationsplatten 11 gleich der für die Kompensation notwendigen Gesamtdicke D₂ ist.In Fig. 2 and the following figures, the same components are provided with the same reference numerals. In a known interference arrangement for transmitted light interference contrast microscopes, with interference elements 8 and 9, the z. B. formed in the form of Wollaston prisms, an inventively sized compensation plate 10 is disposed between an image-side interference element 9 and an analyzer 7. The compensation plate 10 compensates the sum of the field location-dependent retardation differences caused in the interference elements 8 and 9. It is also possible to arrange the compensation plate 10 between the polarizer 1 and the interference element 8. Furthermore, it is possible to individually compensate the field-dependent path difference differences of the illumination-side interference element 8 and the image-side interference element 9, by assigning each of a compensation plate 11 to the interference elements 8 and 9. This arrangement is shown in FIG. It should be noted, however, that the sum of the thicknesses of the compensation plates 11 is equal to the total thickness D ₂ necessary for the compensation.

In Fig.4 und 5 werden bekannte Interferenzanordnungen für Auflichtmikroskope, die um eine Kompensationsplatte 14 (Fig.4) oder 10 (Fig. 5) ergänzt sind, dargestellt. Durch diese Kompensationsplatten 10 oder 14 wird die durch ein Interferenzelement 12 hervorgerufene Gangunterschieds-^fferenz kompensiert.4 and 5, known interference arrangements for reflected-light microscopes, which are supplemented by a compensation plate 14 (FIG. 4) or 10 (FIG. 5), are represented. By these compensation plates 10 or 14 caused by an interference element 12 Gangunterschieds- ^ is compensated.

Ist das Kompensationselement im Strahlengang zwischen einem Teilerspiegel 13 und einem Objekt 4, -.vie ζ. B. die Kompensationsplatte 14 in Fig.4, angeordnet, so ergibt sich für die Dicke der Kompensationsplatte 14 der halbe Betrag der errechneten Dicke D₂, da in diesem Fall die Kompensationsplatte zweimal vom Licht durchlaufen wird. Dagegen ist bei Anordnung des Kompensationselementes zwischen dem Polarisator 1 und dem Teilerspiegel 13 oder zwischen dem Teilerspiegel 13 und dem Analysator 7, wiez. B. die Kompensationsplatte 10 in Fig. 5, die Dicke der Kompensationsplatte 10 gleich der errechneten Dicke D₂.Is the compensation element in the beam path between a splitter mirror 13 and an object 4, -.vie ζ. As the compensation plate 14 in Figure 4, arranged, the result is for the thickness of the compensation plate 14, half the amount of the calculated thickness D ₂ , since in this case the compensation plate is traversed twice by the light. In contrast, in the arrangement of the compensation element between the polarizer 1 and the splitter mirror 13 or between the splitter mirror 13 and the analyzer 7, wiez. B. the compensation plate 10 in Fig. 5, the thickness of the compensation plate 10 equal to the calculated thickness D _2nd

Claims

claims:

1. An arrangement for compensating for differences in path differences in the image plane polarization optical interference devices with interference arrangements for transmitted or reflected light method, characterized in that at least one two-part compensation element is arranged in the beam path and formed such that it consists of a material whose birefringence opposite sign for birefringence of the material of the gear difference differences producing components, and that the compensation element has a total thickness, which is determined according to the following relationship:

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