DD257888A1

DD257888A1 - INTERFERENCE CONTRAST ARRANGEMENT

Info

Publication number: DD257888A1
Application number: DD30030787A
Authority: DD
Inventors: Rainer Danz; Joachim Bergner; Guenter Schoeppe
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1988-06-29
Also published as: DE3743576A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Interferenzkontrastanordnung die in mit polarisiertem Licht arbeitenden optischen Geraeten, insbesondere in Polarisationsmikroskopen einsetzbar ist. Sie dient vorzugsweise zur kontrastreichen Darstellung ungefaerbter Objekte, wobei eine wesentliche Kontraststeigerung erreicht und die Bildaufspaltungsrichtung beliebig waehlbar sein soll. Die Aufgabe loest eine Interferenzanordnung erfindungsgemaess dadurch, dass im optischen Strahlengang zirkular polarisierendes Lichterzeugende Elemente vorgesehen und deren Schwingungsrichtung untereinander mit zu der Schwingungsrichtung der Polare unter definierten Winkeln angeordnet sind. Das Objekt wird mit zirkular polarisiertem Licht untersucht, die Richtung der Bildaufspaltung ist variierbar. FigurThe invention relates to an interference contrast arrangement which can be used in working with polarized light optical devices, in particular in polarizing microscopes. It is preferably used for high-contrast presentation of untaerbter objects, with a significant increase in contrast achieved and the image splitting direction should be arbitrary selectable. The object is achieved by an interference arrangement according to the invention in that circularly polarizing light-generating elements are provided in the optical beam path and their direction of vibration is arranged below one another with defined angles relative to the direction of oscillation of the polar. The object is examined with circularly polarized light, the direction of image splitting is variable. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung findet Anwendung in mitpolarisierten lichtarbeitenden optischen Geräten insbesondere in Polarisationsmikroskopen.The invention finds application in co-polarized light-working optical devices, in particular in polarization microscopes.

Sie dient vorzugsweise zur kontrastreichen Darstellung ungefärbter Objekte, wie sie bei Untersuchungen in der Biologie, der Medizin, der Kriminalistik und in der Mikroelektronik vorliegen, und als Einstellhilfe für quantitative Untersuchungen an Präparaten der Mineralogie, der Petrographie und der Chemie.It is preferably used for the contrast-rich representation of undyed objects, as they are present in studies in biology, medicine, criminalistics and microelectronics, and as an adjuster for quantitative studies on preparations of mineralogy, petrography and chemistry.

Characteristic of the known state of the art

Alle bisher bekannten polarisationsoptischen Interferenzeinrichtungen (z. B. nach SMITH, NOMARSKI, JAMIN-LEBEDEW, FRANCON, SAVART, PLUTA, DE VEER, SCHÖPPE) verwenden ausschließlich linear polarisiertes Licht. Damit entsteht in den Einrichtungen der bekannte, auf Drehung der Schwingungsebene bei der Lichtbrechung an Linsen und anderen optischen Elementen beruhende Löschungsfehler, der sich als hyperbelförmige Intensitätsverteilung in der Mikroskopaustrittspupille auswirkt. Für die Erzielung ausreichender Bildkontraste ist folglich eine Aperturbeschränkung erforderlich, die mit Verlust an lateraler Auflösung verbunden ist.All previously known polarization-optical interference devices (eg SMITH, NOMARSKI, JAMIN-LEBEDEW, FRANCON, SAVART, PLUTA, DE VEER, SCHÖPPE) exclusively use linearly polarized light. This results in the devices of the known, based on rotation of the vibration level in the refraction of light on lenses and other optical elements deletion error, which acts as a hyperbolic intensity distribution in the microscope exit pupil. Achieving sufficient image contrast thus requires aperture restriction associated with loss of lateral resolution.

Ein weiterer Nachteil solcher bekannter Einrichtungen, die mit einem vor dem Objekt angeordneten und einem hinter dem Objekt angeordneten bildaufspaltenden optischen Elemente arbeiten, besteht in einer inhomogenen Intensitätsverteilung im Feld, die um so stärker merkbar wird, je größer das genutzte Bildfeld ist.Another disadvantage of such known devices, which operate with a front of the object and arranged behind the object image splitting optical elements, consists in an inhomogeneous intensity distribution in the field, which becomes more noticeable the larger the image field used.

Im DD-AP 113271 ist eine Anordnung beschrieben, bei der die durch unterschiedliche Neigungen und Weglängen des Lichts in den anisotropen Bildaufspaltungselementen hervorgerufenen hyperbelförmig verteilten Gangunterschiedsdifferenzen im Bildfeld kompensiert werden können. Die verwendete anisotrope Kompensationsplatte muß allerdings senkrecht im Strahlengang angeordnet sein, wobei ein störender Lichtreflex auftritt und der den Bildkontrast verschlechtert. Dieser Nachteil wird mit einer Anordnung nach DD-WP 233670 vermieden. Nach wie vor bleiben aber die bildkontrastmindernden inhomogenen Intensitätsverteilungenn in der Objektivaustrittspupille bei beiden Anordnungen bestehen.In DD-AP 113271 an arrangement is described in which caused by different slopes and path lengths of the light in the anisotropic image splitting elements hyperbulically distributed retardation differences in the image field can be compensated. However, the anisotropic compensation plate used must be arranged vertically in the beam path, wherein a disturbing light reflection occurs and deteriorates the image contrast. This disadvantage is avoided with an arrangement according to DD-WP 233670. As before, however, the image contrast reducing inhomogeneous intensity distributions in the objective exit pupil remain in both arrangements.

Ein genereller Nachteil aller mit linear polarisiertem Licht arbeitenden Interferenzkontrasteinrichtungen ist weiterhin, daß die beleuchtungs- und bildseitigen anisotropen Bildaufspaltungselemente nur in einer eng tolerierten azimutalen Lage voll wirksam werden, nämlich unter 45° zu den Schwingungsrichtungen von Polarisator und Analysator. Damit ist eine feste Richtung der Bildaufspaltung vorgegeben, so daß z.B. die Kontrastmikroskopen mit nichtdrehbaren mikroskopischen linienförmige, in Aufspaltungsrichtung liegende Phasenstrukturen nicht kontrastiert werden können.A general disadvantage of all working with linearly polarized interference interference contrast devices is that the illumination and image-side anisotropic image splitting elements are fully effective only in a tightly tolerated azimuthal position, namely at 45 ° to the vibration directions of the polarizer and analyzer. Thus, a fixed direction of the image splitting is given, so that e.g. the contrast microscopes can not be contrasted with non-rotatable microscopic line-shaped phase structures lying in the splitting direction.

Object of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, eine Interferenzkontrastanordnung zu schaffen, die eine wesentliche Kontraststeigerung bewirkt, die Bildaufspaltungsrichtung beliebig wählbar gestattet und gleichzeitig mit geringem technischen Aufwand realisierbar ist.The invention has the goal to provide an interference contrast arrangement that causes a significant increase in contrast, the image splitting allows arbitrary selectable and at the same time with little technical effort is feasible.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und Kontrastierung von Phasenobjekten zu schaffen, vorzugsweise für die Durchführung des differentiellen Interferenzkontrastverfahrens nach SMITH oder NOMARSKl, die die hyperbelförmige intensitätsverteilung in der Austrittspupille infolge der Drehung der Schwindungsebene schräg einfallender linear polarisierter Strahlen beim Durchgang durch Linsen und andere optische Elemente in eine annähernd homogene Interzitätsverteilung umwandelt, demzufolge den Bildkontrast ohne Apertureinschränkung steigert und gleichzeitig die Richtung der Bildaufspaltung zu variieren gestattet sowie den Justieraufwand für Orientierung der Bildaufspaftungselemente reduziert. Die Aufgabe löst eine Interferenzkontrastanordnung, bestehend aus einem ersten und einem zweiten anisotropen Bildaufspaltungselement, vorzugsweise modifizierte WOLLASTON-Prismen nach SMITH oder NORMARSKI, und einem ersten und einem zweiten Viertelwellen-Retarder, die wahlweise in mit polarisiertem Licht arbeitenden optischen Geräten, insbesondere in Polarisationsmikroskopen einsetzbar ist, erfindungsgemäß dadurch, daß im optischen Strahlengang eines besagten optischen Gerätes zwischen einem Polarisator und einem ersten anisotropen Bildaufspaltungselemente ein erster Viertelwellen-Retarder und zwischen einem zweiten Bildaufspaltungselement und einem Analysator ein zweiter Viertelwellen-Retarder derart angeordnet sind, daß die Schwingungsrichtung des ersten Viertelwellen-Retarders vorzugsweise unter 45° zur Schwingungsrichtung des Polarisators und die Schwingungsrichtung des zweiten Viertelwellen-Retarders vorzugsweise unter 45° zur Schwingungsrichtung desÄnalysators liegen, wobei die Schwingungsrichtungen des ersten Viertelwellen-Retarders und des zweiten Viertelwellen-Retarders einen Winkel von 0° oder 90° bilden, so daß das durch den Polarisator linear polarisierte Licht nach Passieren des ersten Viertelwellen-Retarders zirkulär polarisiert ist und nach Passieren des zweiten Viertelwellen Retarders wieder in linear polarisiertes Licht umgewandelt und so dem Analysator zugeführt wird. Die Schwingungsrichtungen des Polarisators und des Analysators bilden einen Winkel von 90°.The invention has for its object to provide an arrangement and contrasting of phase objects, preferably for carrying out the differential interference contrast method according to SMITH or NOMARSKl, the hyperbolic intensity distribution in the exit pupil due to the rotation of the shrinkage plane obliquely incident linearly polarized beams when passing through lenses and converts other optical elements into an approximately homogeneous distribution of intercity, thus increasing the image contrast without aperture restriction and at the same time permitting the direction of image splitting to be varied and reducing the alignment effort for orientation of the image imparting elements. The object is achieved by an interference contrast arrangement consisting of a first and a second anisotropic image splitting element, preferably modified WOLLASTON prisms according to SMITH or NORMARSKI, and a first and a second quarter wave retarder, which can be used optionally in polarized light optical devices, in particular in polarization microscopes is, according to the invention in that in the optical beam path of said optical device between a polarizer and a first anisotropic Bildaufspaltungselemente a first quarter-wave retarder and between a second image splitting element and an analyzer second quarter-wave retarder are arranged such that the direction of vibration of the first quarter-wave Retarders preferably below 45 ° to the direction of oscillation of the polarizer and the direction of vibration of the second quarter-wave retarder are preferably below 45 ° to the vibration direction of the analyzer, where at the vibrational directions of the first quarter wave retarder and the second quarter wave retarder form an angle of 0 ° or 90 °, so that the light polarized linearly by the polarizer after passing through the first quarter-wave retarder is circularly polarized and after passing through the second quarter wave retarder is converted back into linearly polarized light and thus supplied to the analyzer. The vibration directions of the polarizer and the analyzer form an angle of 90 °.

Das Objekt wird mit zirkulär polarisiertem Licht untersucht, wodurch im Gegensatz zu linear polarisiertem Licht kein Löschungsfehler auftreten kann und demzufolge die Objektivaustrittspupille in homogener Intensität I (bei gekreuzten Polaren I-O) erscheint.The object is examined with circularly polarized light, which, unlike linearly polarized light, can not cause an erasure error and, consequently, the objective exit pupil appears in homogeneous intensity I (in crossed polar I-O).

Vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltungsformen bestehen darin, daß beide Viertelwellen-Retarder vorzugsweise achromatisch ausgebildet sind, damit ist die Anwendung im weißen Licht uneingeschränkt möglich sowie darin, daß das erste und das zweite anisotrope Bildaufspaltungselement gekoppelt azimatal drehbar angeordnet sind, wodurch in Verbindung mit dem das Objekt durchsetzende zirkulär polarisierte Licht einerseits die Justierung der Einrichtung erleichtert wird und andererseits die langgewünschte Möglichkeit besteht, die Richtung der Bildaufspaltung der morphologischen Ausbildung des Untersuchungsobjektes anpassen und damit gerichtete Strukturen ohne Objektdrehung optimal kontrastieren zu können. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Interferenzkontrastanordnung besteht darin, daß im besagten optischen Gerät für einen Kondensor und für ein Objektiv ein identisches optisches System eingesetzt ist. Diese Ausgestaltungsform ermöglicht eine Homogenisierung der Intensität bzw. Untergrundfarbe im Dingfeld des optischen Gerätes. Mit der erfindungsgemäßen Interferenzkontrastanordnung können somit ohne die sonst bei den bekannten technischen Lösungen notwendige Drosselung der Beleuchtungsapetur Bildkontrast und Phasenauflösung bei uneingeschränkter.lateraler Auflösung gesteigert und jeder Punkt im Dingfeld mit gleichem relativen Gangunterschied dargestellt werden.Advantageous embodiments of the invention are that both quarter-wave retarder are preferably formed achromatisch, so that the application in the white light is fully possible and in that the first and second anisotropic Bildaufspaltungselement coupled azimatal rotatably arranged, whereby in conjunction with the object passing through Circular polarized light on the one hand, the adjustment of the device is facilitated and on the other hand there is the long-sought possibility to adjust the direction of the image splitting of the morphological training of the object under investigation and thus to be able to optimally contrast structures directed without object rotation. A further advantageous embodiment of the interference contrast arrangement is that in the said optical device for a condenser and for a lens, an identical optical system is used. This embodiment allows a homogenization of the intensity or background color in the thing field of the optical device. With the interference contrast arrangement according to the invention, image contrast and phase resolution can thus be increased without unrestricted lateral resolution without the throttling of the illumination wallpaper which is otherwise necessary in the known technical solutions, and each point in the thing field can be represented with the same relative path difference.

embodiments

Die Interferenzkontrastanordnung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.The interference contrast arrangement will be explained in more detail with reference to a drawing.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine mögliche Variante eines Strahlenganges eines mit polarisiertem Licht arbeitenden optischen Gerätes, in diesem Beispiel den eines Polarisationsmikroskopes, mit erfindungsgemäßer Anordnung der entsprechenden Elemente. So sind im genannten Strahlengang zwischen einem Polarisator 6 und einem ersten anisotropen Bildaufspaltungselement 9 ein erster Viertelwellen-Retarders 7 und zwischen einem zweiten anisotropen Bildaufspaltungselement 14 und einem Analysator 16 ein zweiter Viertelwellen-Retarder 15 derart angeordnet, daß die Schwingungsrichtung des ersten Viertelwellen-Retarder 7 vorzugsweise unter 45° zur Schwingungsrichtung des Polarisators 6 und die Schwingungsrichtung des zweiten Viertelwellen-Retarders 15 vorzugsweise unter 45° zur Schwingungsrichtung des Analysators 16 liegen, wobei die Schwingungsrichtungen des ersten Viertelwellen-Retarders 7 und des zweiten Viertelwellen-Retarders 15 einen Winkel von 0° oder 90° bilden. Vorzugsweise finden achromatische Viertelwellen-Retarder Anwendung. Als Bildaufspaltungselement 9 und 14 ist jeweils vorzugsweise ein modifiziertes WOLLASTON-Prisma nach NOMARSKI, eingebettet zwischen zwei Glaskeilen, eingesetzt.The drawing shows schematically a possible variant of a beam path of an optical device operating with polarized light, in this example that of a polarizing microscope, with inventive arrangement of the corresponding elements. Thus, in the aforementioned beam path between a polarizer 6 and a first anisotropic image splitting element 9, a first quarter wave retarder 7 and between a second anisotropic image splitting element 14 and an analyzer 16, a second quarter wave retarder 15 is arranged such that the direction of vibration of the first quarter wave retarder. 7 preferably at 45 ° to the direction of oscillation of the polarizer 6 and the direction of oscillation of the second quarter-wave retarder 15 are preferably less than 45 ° to the vibration direction of the analyzer 16, wherein the directions of vibration of the first quarter wave retarder 7 and the second quarter wave retarder 15 an angle of 0 ° or 90 °. Achromatic quarter-wave retarders are preferably used. As image splitting element 9 and 14, a modified WOLLASTON prism according to NOMARSKI, embedded between two glass wedges, is preferably used in each case.

Eine vorteilhafte jedoch in der Zeichnung nicht dargestellte Ausgestaltungsform besteht darin, daß die beiden Bildaufspaltungselemente 9 und 14 gekoppelt azimatal drehbar angeordnet sind. Die Drehung wird mit an sich bekannten Stellgliedern in Verbindung mit einer Steuereinrichtung durchgeführt. Weiterhin vorteilhaft ist es, daß das Objektiv 12 und der Kondensor 10 ein identisch optisches System sind.An advantageous embodiment, however, not shown in the drawing is that the two image splitting elements 9 and 14 coupled azimatal rotatably arranged. The rotation is performed with known actuators in conjunction with a controller. It is furthermore advantageous that the objective 12 and the condenser 10 are an identical optical system.

Eine weitere nicht dargestellte Ausführungsform besteht darin, die erfindungsgemäß angeordneten Elemente, erster Viertelwellen-Retarder 7, erstes anisotropes Bildaufspaltungselement 9, einschließlich einer an sich bekannten Aperturblende 8 und zweiter Viertelwellen-Retarder 15, zweites anisotropes Bildaufspaltungselement 14 jeweils in einem Einschub anzuordnen, welcher wahlweise bei Bedarf in ein besagtes optisches Gerät eingeschoben wird.Another embodiment, not shown, is to arrange the elements arranged according to the invention, first quarter-wave retarder 7, first anisotropic image splitting element 9, including a known aperture 8 and second quarter-wave retarder 15, second anisotropic image splitting element 14, each in a slot which optionally if necessary inserted into a said optical device.

Folgend wird die Funktion des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Die von einer Lichtquelle 1 ausgehende Lichtstrahlen werden über Linsensysteme 2,4 und einem Umlenkelement 5, begrenzt durch eine Leuchtfeldblende 3 einem Polarisator 6 zugeführt, den sie linear polarisiert verlassen und so auf den ersten Viertelwellen-Retarder 7 auftreffen. Nach zwei im Viertelwellen-Retarder 7 erfolgten Totalreflexionen ist das linear polarisierte Licht in zirkulär polarisiertesThe function of the embodiment shown in the drawing will be explained. The light rays emitted by a light source 1 are fed via lens systems 2, 4 and a deflecting element 5, delimited by a field diaphragm 3, to a polarizer 6, which they leave linearly polarized and impinge on the first quarter wave retarder 7. After two total reflections in the quarter wave retarder 7, the linearly polarized light is in circularly polarized light

umgewandelt worden. Zur Vermeidung störender Lichtreflexionen sind die Ein- und Austrittsfläche des Viertelwellen-Retarders 7 unter einem von 90° abweichenden Winkel zur optischen Achse des optischen Gerätes in der Weise geneigt, daß die Strahlen für alle Wellenlängen des sichtbaren Spektrums den Viertelwellen-Retarder 7 parallel zueinander verlassen.been converted. To avoid disturbing light reflections, the input and output surface of the quarter wave retarder 7 are inclined at an angle deviating from 90 ° to the optical axis of the optical device in such a way that the rays for all wavelengths of the visible spectrum the quarter-wave retarder 7 leave parallel to each other ,

Der erste und das zweite anisotrope Bildaufspaltungselement 9 und 14 bewirken in Verbindung mit dem Kondensator 10, dessen Öffnung durch die Aperturblende 8 begrenzbar ist, und dem Objektiv 12, die Kontrastierung des Objektes 11.The first and the second anisotropic image splitting elements 9 and 14, in conjunction with the capacitor 10, whose opening can be limited by the aperture 8, and the objective 12, effect the contrasting of the object 11.

Die Funktion ist wegen des erzeugten zirkulär polarisierten Lichtes unabhängig von der azimitalen Lage der zueinander ausgerichteten anisotropen Bildaufspaltungselemente 9 und 14zur Schwingungsrichtung des Polarisators 6, so daß die Richtung der Bildaufspaltung durch synchrones azimutales Drehen der anisotropen Bildaufspaltungselemente 9 und 14 variierbar ist.The function is independent of the azimital position of the aligned anisotropic image splitting elements 9 and 14 relative to the direction of oscillation of the polarizer 6 due to the circularly polarized light produced, so that the direction of image splitting is variable by synchronous azimuthal rotation of the anisotropic image splitting elements 9 and 14.

Der zweite Viertelwellen-Retarder 15 wandelt das ankommende Licht wieder in linear polarisiertes um, das von einem zweiten Polar, dem Analysator 16, analysiert wird. Über die Tubuslinse 17 den Umlenkspiegel 18 gelangen die abbildenden Strahlen in das Okular 19.The second quarter wave retarder 15 converts the incoming light back to linearly polarized, which is analyzed by a second polar, the analyzer 16. About the tube lens 17 the deflection mirror 18 enter the imaging rays in the eyepiece 19th

Claims

claims:

1. Interference contrast arrangement consisting of a first and a second anisotropic image splitting element, preferably modified WOLLASTON prisms according to SMITH or NORMARSKI, and a first and a second quarter-wave retarder, which can optionally be used in polarized light optical devices, in particular in polarizing microscopes, characterized in that in the optical beam path of said optical device between a polarizer (6) and a first anisotropic image splitting element (9) a first quarter wave retarder (7) and between a second anisotropic image splitting element (14) and an analyzer (16) a second Quarter wave retarder (15) are arranged such that the vibration direction of the first quarter-wave retarder (7) is preferably below 45 ° to the vibration direction of the polarizer (6) and the vibration direction of the second quarter-wave retarder (15) preferably at 45 ° to the direction of vibration of the analyzer (16), wherein the directions of vibration of the first quarter wave retarder (7) and the second quarter wave retarder (15) form an angle of 0 ° or 90 °.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that both quarter-wave retarder (7,15) are preferably formed achromatisch.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the first and the second anisotropic image splitting element (9,14) coupled azimuthally rotatably arranged.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that in said optical device for a capacitor (10) and a lens (12), an identical optical system is used.