DE1046910B

DE1046910B - Interference microscope

Info

Publication number: DE1046910B
Application number: DEN9193A
Authority: DE
Inventors: Dr Erich Neugebauer
Original assignee: ERICH NEUGEBAUER DR
Current assignee: ERICH NEUGEBAUER DR
Priority date: 1954-07-14
Filing date: 1954-07-14
Publication date: 1958-12-18

Description

Interferenzmikroskop Die Erfindung betrifft ein Interferenzmikroskop, bei dem Interferenzen im polarisierten Licht Verwendung finden.Interference microscope The invention relates to an interference microscope, where interference in polarized light is used.

Zur genauen Messung des Einflusses, den ein mikroskopisches oder makroskopisches Objekt auf die Phase des Lichtes hat, sind Schlierenverfahren, Phasenkontrastverfahren und Interferenzverfahren bekannt. Die Interferenzverfahren haben gegenüber den Schlieren- und Phasenkontrastverfahren den Vorteil, daß sie objekttreu sind, d. h. die Phasen- und Amplitudenverhältnisse im Objekt frei von bildfälschenden Beugungserscheinungen wiedergeben.For precise measurement of the influence of a microscopic or macroscopic The object on the phase of the light are Schlieren processes, phase contrast processes and interference methods are known. The interference methods have compared to the Schlieren and phase contrast methods have the advantage of being true to the object; H. the phase and amplitude ratios in the object free of image-falsifying diffraction phenomena reproduce.

Das erfindungsgemäß beschriebene Interferenzmikroskop wurde unter dem Gesichtspunkt konstruiert, daß die Ausmessung von Phasendifferenzen, die ein Objekt zwei räumlich getrennten, kohärenten Strahlen erteilt, dann besonders präzise wird, wenn die kohärenten Strahlen senkrecht zueinander linear polarisiert sind. Sie ergeben dann nämlich nach ihrer Vereinigung im allgemeinen elliptisch polarisiertes Licht, das mit kristalloptischen Kompensatoren, wie z. B. Viertelwellenlängenkompensator, Braecescher Kompensator oder Soleilscher Kompensato@r, recht genau analysiert werden kann. Die Meßgenauigkeit kristalloptischer Kompensatoren läßt sich unter Verwendung von Halbschattenvorrichtungen recht weit treiben. Mit ihrer Hilfe lassen sich Gangunterschiede bekanntlich bis auf 1/soooo oder gar 1/iooooo der Lichtwellenlänge genau ausmessen.The interference microscope described according to the invention was under constructed from the point of view that the measurement of phase differences that a Object given two spatially separated, coherent beams, then particularly precisely becomes when the coherent rays are linearly polarized perpendicular to each other. This is because, after their union, they then generally result in elliptically polarized ones Light with crystal-optical compensators, such as. B. Quarter wavelength compensator, Braecescher Kompensator or Soleilscher Kompensato @ r, can be analyzed quite precisely can. The measurement accuracy of crystal optical compensators can be used Drift quite far from penumbra fixtures. With their help, path differences As is well known, measure exactly to 1 / soooo or even 1 / iooooo of the light wavelength.

Es ist prinzipiell bekannt, durch Einfügung geeigneter Podarisatoren die kohärenten Strahlenbündel eines jeden Zweistrahlinterferometers senkrecht zueinander linear zu polarisieren und das entstehende elliptisch polarisierte Licht durch Nachschaltung eines kristalloptischen Kompensators zu analysieren. Die Meßgenanigkeit der in dieser Weise durch eine Polarisationsoptik ergänzten Zweistrahlinterferorneter ist jedoch praktisch um mehrere Zehnerpotenzen geringer als die Meßgenauigkeit kristalloptischer Kompensatoren. Der Grund hierfür liegt in der Temperatur-und Erschütterungsempfindlichkeit der Zweistrahlinterferometer sowie in der Auswertung geringfügiger Schleif- und Polierfehler besonders derjenigen optischen Flächen, welche von räumlich getrennten kohärenten Strahlen durchsetzt werden und- daher interferometrisch wirksam sind.It is known in principle by inserting suitable podarizers the coherent bundles of rays of each two-beam interferometer perpendicular to each other linearly polarize and the resulting elliptically polarized light by downstream connection of a crystal-optical compensator. The measuring accuracy of the in this However, a two-beam interfering device supplemented by polarization optics is possible practically several powers of ten lower than the measuring accuracy of crystal optics Expansion joints. The reason for this lies in the sensitivity to temperature and vibration the two-beam interferometer as well as in the evaluation of minor grinding and Polishing errors especially of those optical surfaces which are spatially separated coherent rays are penetrated and are therefore interferometrically effective.

Aus der Erkenntnis heraus, daß die Störanfälligkeit eines Interferometers mit dem Abstand seiner kohärenten Strahlen wächst, wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Interferenzanordnungen konstruiert, deren kohärente Strahlen einen möglichst geringen Abstand voneinander haben. Ixn allgemeinen wurde dieser Abstand kleiner als 100g gewählt. Dabei wurde der Durchmesser des zur Beleuchtung dienenden Lichtbündels größer als der Abstand der kohärenten Strahlen gewählt und.auf eine Ausblendung von kohärenten Strahlenbündeln bewußt verzichtet. Weiter wurde die Zahl der interferometrisch wirksamen Flächen auf ein Minimum beschränkt, um alle Fehlerquellen möglichst zu beseitigen.On the basis of the knowledge that the susceptibility of an interferometer to interference increases with the distance between its coherent beams, interference arrangements were constructed according to the method according to the invention, the coherent beams of which are as closely spaced as possible from one another. In general, this distance was chosen to be less than 100 g. The diameter of the light bundle used for illumination was chosen to be larger than the distance between the coherent rays and the coherent bundles of rays were deliberately not masked out. Furthermore, the number of interferometrically effective surfaces was reduced to a minimum in order to eliminate all sources of error as far as possible.

Das erfindungsgemäß beschriebene Interferenzmikroskop löst die Aufgabe, Phasendifferenzen, welche ein Objekt zwei räumlich getrennten kohärenten Strahlen erteilt, möglichst fehlerfrei in elliptisch polarisiertes Licht zu verwandeln. Es erlaubt zudem die Anwendung von sehr genauen Halbschattenmethoden zur Ausmessung der Phasenverhältnisse von Objekten ohne zusätzliche Einführung einer Halbschattenplatte.The interference microscope described according to the invention solves the problem Phase differences, which an object has two spatially separated coherent rays granted to convert it into elliptically polarized light as flawlessly as possible. It also allows the use of very precise penumbra methods for measurement the phase relationships of objects without the additional introduction of a penumbra plate.

--Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zur Strahlenaufspaltung bzw. Strahlenvereinigung zwischen Objekt und Objektiv mindestens eine schräg zur optischen Achse geschnittene planparallele Platte eines doppelbrechenden Mediums gebracht wird, welche bei senkrechter Beleuchtung eine Aufspaltung der Lichtstrahlen bewirkt, wobei der Durchmesser des zur Beleuchtung dienenden Lichtbündels größer als der Abstand der aufgespaltenen Lichtstrahlen ist und dadurch zwei nebeneinanderliegende Bilder des Objektes erzeugt werden, die eine genaue Ausmessung der Phasenverhältnisse des Objektes unter Verwendung von Halbschattenmethoden ermöglichen.According to the invention, this is achieved by splitting the beams or the combination of rays between the object and the lens at least one obliquely to Plane-parallel plate of a birefringent medium cut into the optical axis is brought, which with vertical lighting a splitting of the light rays causes, the diameter of the light beam used for illumination being larger than the distance between the split light rays and therefore two adjacent ones Images of the object are generated, which provide an accurate measurement of the phase relationships of the object using penumbra methods.

Planparallele Platten doppelbrechender Kristalle erwiesen sich somit für die Konstruktion der Interferenzanordnung des Mikroskops als besonders geeignet. Bekanntlich spaltet eine schräg zur optischen Achse geschnittene Kristallplatte durch ihre Doppelbrechung jeden senkrecht auffallenden Strahl in zwei räumlich getrennte kohärente Strahlen auf, die nach Verlassen der Kristallplatte wieder parallel verlaufen, jedoch eine räumliche Trennung d v erhalten haben. Die so entstandenen kohärenten Strahlen haben den Vorteil, daß sie automatisch linear polarisiert sind und ihre Schwingungsrichtüngeri senkrecht aufeinander stehen.Plane-parallel plates of birefringent crystals thus proved to be particularly suitable for the construction of the interference arrangement of the microscope. As is well known, a crystal plate cut obliquely to the optical axis splits every perpendicular incident beam into two spatially separated coherent beams due to its double refraction, which run parallel again after leaving the crystal plate, but have been given a spatial separation dv . The resulting coherent rays have the advantage that they are automatically linearly polarized and their directions of oscillation are perpendicular to one another.

Nur diese spezielle Wahl der Strahlenaufspaltung erlaubt eine senkrechte Durchstrahlung des Objektes mit parallelem Licht und läßt eine fehlerfreie Messung von optischen Gangunterschieden zu.Only this special choice of beam splitting allows a vertical one Radiation of the object with parallel light and allows an error-free measurement of optical path differences too.

Es ist ein Mikroskop bekannt, das zwei parallel zur optischen Achse geschnittene doppelbrechende Platten aufweist und zur Beleuchtung Lichtbündel mit einem großen Öffnungswinkel ß0 verwendet. Die ein Phasenobjekt durchsetzenden Strahlen erhalten folglich keinen einheitlichen Gangunterschied (za-1) - d gegenüber den kohärenten Vergleichsstrahlen, die das Objekt nicht oder nur mit einem geringen Anteil durchetzen, sondern eine uneinheitliche Summe von Gangterschieden, die alle Werte des Ausdruckes (für ß zwischen 0° und ß0) aufweist, wenn n der Brechungsindex und d die Dicke des Objektes bedeutet. Hierdurch wird eine genaue Messung des Gangunterschiedes unmöglich gemacht. Dies gilt auch für eine andere bekannte Anordnung, bei der doppelbrechende Linsen verwendet werden: Demgegenüber ergibt das erfindungsgemäß beschriebene Mikroskop stets scharfe Interferenzen, da das Objekt von zwei um einen bestimmten, festen Abstand versetzten parallelen - Lichtbündeln senkrecht durchstrahlt wird. Das -mit der Strahlenversetzung verbundene »doppelte Bild« des Objektes läßt sich ; sehr vorteilhaft zur Ausmessung der Phasenverhältnisse des Objektes verwenden.A microscope is known which has two birefringent plates cut parallel to the optical axis and which uses light beams with a large opening angle ß0 for illuminating. The rays penetrating a phase object consequently do not have a uniform path difference (za-1) - d compared to the coherent comparison rays that do not penetrate the object, or only with a small proportion, but an inconsistent sum of path differences that cover all values of the expression (for ß between 0 ° and ß0) if n is the refractive index and d is the thickness of the object. This makes an exact measurement of the path difference impossible. This also applies to another known arrangement in which birefringent lenses are used: In contrast, the microscope described according to the invention always produces sharp interferences, since the object is penetrated perpendicularly by two parallel light bundles offset by a certain fixed distance. The "double image" of the object connected with the radiation displacement can be; Use very advantageously for measuring the phase relationships of the object.

Die erste Interferenzanordnung, die zur.Strahlenaufspaltung bzw. Strahlenvereinigung die Doppelbrechung von Kristallplatten benutzte, wurde von M. J. J a m i n, G. R. Acad. Sei., Paris, Bd. 67, S. 844 ff., bereits im Jahre 1868 beschrieben. Sie war jedoch nur als Alternative zum normalen Jaminschen Interferometer mit Glasplatten gedacht. Die Anordnung von M. J. J a m i n besteht aus zwei unter 45° zur optischen Achse geschnittenen planparallelen Kalkspatplatten und einem dazwischengeschalteten - Die Anordnung von J a m i n wurde später von L e b e d e f f, Rev. d'Optique, 1930, S. 385 ff., auf das Mikroskop übertragen.The first interference arrangement that used the birefringence of crystal plates for splitting or combining rays was by MJ J amin, GR Acad. Sei., Paris, vol. 67, p. 844 ff., Already described in 1868. However, it was only intended as an alternative to the normal Jamin interferometer with glass plates. The arrangement of MJ J amin consists of two plane-parallel calcareous plates cut at 45 ° to the optical axis and an interposed - J amin's arrangement was later transferred to the microscope by L ebedeff, Rev. d'Optique, 1930, p. 385 ff.

Die starke Wellenlängenabhängigkeit des Gangunterschiedes eines -Blättchens bewirkt, daß die kohärenten Strahlen der Jaminschen Anordnung nur für eine Wellenlänge genau senkrecht zueinander linear polarisiert sind. Diesen Nachteil vermeiden die in vorliegender Erfindung beschriebenen Interferenzanordnungen. Sie verwenden kein Die kohärenten Strahlen sind daher für jede Wellenlänge senkrecht zueinander linear polarisiert. Zu der Jaminschen Anordnung für Durehlichtbeleuchtung gibt es aber auch kein brauchbares Analogon für Auflichtbeleuchtung. Die analoge- Auflichtanordnung würde aus einer unter 45° zur optischen Achse geschnittenen Kalkspatplatte und einem bestehen. Läßt man jedoch die kohärenten Strahlen, welche eine Kalkspatplatte durchstrahlt haben, nach Durchsetzen eines an einem Spiegel reflektieren, so nehmen diese bei ihrem zweiten Durchgang durch die Kalkspatplatte nicht mehr den gleichen Weg und verlassen die Kalkspatplatte räumlich getrennt, infolgedessen können die Strahlen im allgemeinen gar nicht mehr zur Interferenz gebracht werden.The strong wavelength dependence of the path difference of a -Blätchens has the effect that the coherent rays of the Jamin arrangement are linearly polarized exactly perpendicular to each other for only one wavelength. The interference arrangements described in the present invention avoid this disadvantage. You don't use The coherent rays are therefore linearly polarized perpendicular to one another for each wavelength. However, there is also no useful analogue for incident light illumination of the Jamin arrangement for continuous light illumination. The analog incident light arrangement would consist of a calcite plate cut at 45 ° to the optical axis and a exist. However, if one leaves the coherent rays, which have shone through a calcareous plate, after one has penetrated reflect on a mirror, they no longer take the same path on their second passage through the calcite plate and leave the calcite plate spatially separated, as a result of which the rays can generally no longer be brought to interference.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Satz von vier gleich dicken, unter einem gemeinsamen Winkel gegen die optischen Achsen geschnittenen, stark doppelbrechenden Platten eines einachsigen positiven Kristalls. Die gestrichelten Linien deuten Strahlen an, die nicht in der Zeichenebene verlaufen. Die Lage der optischen Achse ist durch einen doppelten Pfeil gekennzeichnet. Platte 4 spaltet jeden Strahl 8 des von unten einfallenden polarisierten Lichtbündels in zwei Teilstrahlen 9 und 10 auf, die senkrecht zueinander linear polarisiert sind. ;Nach Verlassen der Platte 4 sind die Teilstrahlen 9 und 10 räumlich getrennt und haben den Abstand d v. Diese beiden Teilstrahlen treffen auf Platte 3, deren beschleunigende Hauptschwingungsrichtung gegenüber der von Platte 4 um 90° verdreht ist. In Platte 3 erfahren die beiden Teilstrahlen 9 und 10 eine weitere räumliche Trennung durch Ablenkung senkrecht zur Zeichenebene. Die resultierende Aufspaltung der Teilstrahlen 9 und 10 nach Verlassen der Platte 3 beträgt d x = 1f2- - d v. Die Wiedervereinigung der Teilstrahlen 9 und 10 gelingt durch zwei weitere Platteng und 1, die spiegelbildlich zu 3 und 4 angeordnet sind. Bezeichnet man den Winkel zwischen der beschleunigenden Hauptschwingungsrichtung der Platte 1 und der beschleunigenden Hauptschwingungsrichtung einer anderen Platte 2 bis 4 mit 99, so haben die Platten 2 und 3 das Azimut g> = 90° und die Platten 1 und 4 das Azimut 99 = 0°.In the drawing, the subject matter of the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. 1 shows a set of four equally thick, strongly birefringent plates of a uniaxial positive crystal cut at a common angle to the optical axes. The dashed lines indicate rays that do not run in the plane of the drawing. The position of the optical axis is indicated by a double arrow. Plate 4 splits each beam 8 of the polarized light beam incident from below into two partial beams 9 and 10 which are linearly polarized perpendicular to one another. ; After leaving the plate 4, the partial beams 9 and 10 are spatially separated and have the distance d v. These two partial beams hit plate 3, the accelerating main oscillation direction of which is rotated by 90 ° with respect to that of plate 4. In plate 3, the two partial beams 9 and 10 experience a further spatial separation by deflection perpendicular to the plane of the drawing. The resulting splitting of the partial beams 9 and 10 after leaving the plate 3 is dx = 1f2- - d v. The reunification of the partial beams 9 and 10 is achieved by two further plates and 1, which are arranged in mirror image to 3 and 4. If the angle between the accelerating main oscillation direction of plate 1 and the accelerating main oscillation direction of another plate 2 to 4 is designated as 99, plates 2 and 3 have azimuth g> = 90 ° and plates 1 and 4 have azimuth 99 = 0 ° .

Fig.2 zeigt den Plattensatz in Verbindung mit einem Mikroskop. Zwischen dem für unendliche Bildweite korrigierten Objektiv 14 und dem Okular 16 wird in bekannter Weise eine Zwischenlinse 15 eingeführt, so daß als Tubusanalysator 17 Glan-Thomson-Prismen verwendet werden können, ohne Astigmatismus hervorzurufen. Das einfallende monochromatische Lichtbündel der Wellenlänge A, wird durch den Polarisator 11 linear polarisiert. Ohne Objekt haben die beiden Teilstrahlen 9 und 10 gleiche optische Wege zurückgelegt und keinen Gangunterschied; sie setzen sich wieder zu der linear polarisierten Schwingung zusammen, aus der sie entstanden sind. Der Abstand dx der Strahlen 9 und 10 ist kleiner als der Durchmesser des zur Beleuchtung dienenden Lichtbündels. Hier werden folglich nicht zwei durch Blenden räumlich vollständig getrennte Bündel zur Interferenz gebracht; sondern zwei um dx verschobene Lichtbündel. Die Dicke der Platten 1 und 2 ist durch den Abstand Objekt-Objektiv begrenzt und liegt bei gegebener Eigenvergrößerung des Objektivs fest. Praktisch verwendet man Platten, deren Dicken zwischen 10 mm und 0,1 mm liegen, was z. B. für Kalkspat ein maximales d x zwischen 1,5 mm und 0,015 mm ergibt. Das Objektiv 14 (Fig. 2) entwirft von einem Objekt, das zwischen den Plätten 2 und 3 in den Strahlengang gebracht wird, zwei Bilder, die um dx gegeneinander verschoben sind. Es wird daher von einem Bild A und einem Bild B gesprochen. Diese beiden Bilder entstehen auf Grund der Doppelbrechung der Platten 1 und 2.Fig.2 shows the plate set in connection with a microscope. Between the objective 14 corrected for infinite image distance and the eyepiece 16 , an intermediate lens 15 is inserted in a known manner, so that Glan-Thomson prisms can be used as the tube analyzer 17 without causing astigmatism. The incident monochromatic light bundle of wavelength A is linearly polarized by the polarizer 11. Without an object, the two partial beams 9 and 10 have covered the same optical paths and no path difference; they reassemble to form the linearly polarized vibration from which they arose. The distance dx between the rays 9 and 10 is smaller than the diameter of the light beam used for illumination. As a result, two bundles, spatially completely separated by diaphragms, are not brought into interference here; but two light bundles shifted by dx. The thickness of the plates 1 and 2 is limited by the distance between the object and the objective and is fixed for the given inherent magnification of the objective. In practice, plates are used whose thicknesses are between 10 mm and 0.1 mm, which z. B. for calcite results in a maximum dx between 1.5 mm and 0.015 mm. The objective 14 (FIG. 2) creates two images of an object that is brought into the beam path between the plates 2 and 3, which images are shifted from one another by dx. An image A and an image B are therefore spoken of. These two images arise due to the birefringence of plates 1 and 2.

Bringt man ein Phasenobjekt mit einem Durchmesser kleiner 4x auf die als Objektträger dienende planparallele Glasplatte 13,- so wird einem Strahl 9, der das Objekt durchsetzt, gegenüber dem zugehörigen Strahl 10, der das Objekt 'licht durchstrahlt, ein Gangunterschied (za-1)d erteilt; wenn n der Brechungsindex und d -die Dicke des Objektes ist. Die betrachteten Strahlen 9 und 10, welche senkrecht zueinander linear polarisiert sind, ergeben nach ihrer Vereinigung elliptisch polarisiertes Licht, entsprechend einer Phasendifferenz Andererseits gibt es Teilstrahlen 10, die das Objekt durchsetzen und sich mit den zugehörigen Teilstrahlen 9, die das Objekt nicht durchsetzen, zu elliptisch polarisiertem Licht der Phasendifferenz - vereinigen. Infolgedessen wird ohne Analysator 17 eines der beiden Bilder des Objektes reit elliptisch polarisiertem Licht der Phasendifferenz und das andere mit elliptischem polarisiertem Licht der Phasendifferenz beleuchtet. Erteilt man dem Polarisator 11 das Azimut 991, = 45° gegen die beschleunigende Hauptschwingungsrichtung der Platte 1, so haben die Teilstrahlen 9 und 10 gleiche Amplitude. Dann führt man ein 7 so in den Strahlengang ein, daß seine beschleunigende Hauptschwingungsri.chtung und diejenigen der Platte 1 einen Winkei w7 = 45° bilden. Dadurch verwandelt man in bekannter Weise beliebig elliptisch polarisiertes Licht in linear polarisiertes. Das Gesichtsfeld ohne Objekt ist wie die einfallende Strahlung linear polarisiert unter dem Azimut g911=-45°, da die Teilstrahlen 9 und 10 im Plattensatz gleiche optische Wege durchlaufen. Ein Phasenobjekt mit einem Durchmesser kleiner Ax ergibt hingegen zwei Bilder, ein Bild A, das von linear polarisiertem Licht mit dem Azimut und ein BildB, das von linear polarisiertem Licht mit dem Azimut -beleuchtet wird. Führt man den Analysator 17 ein, so gibt es Halbschattenstellungen aj, bei denen das BildA die gleiche Helligkeit wie seine Umgebung (außer Bild B) hat, und Halbschattenstellungen a,2, bei denen das Bild B die gleiche Helligkeit wie seine Umgebung (außer Bild A) hat.If a phase object with a diameter of less than 4x is brought onto the plane-parallel glass plate 13, which serves as the object carrier, a path difference (za-1) becomes a path difference (za-1) for a beam 9, which penetrates the object, compared to the associated beam 10, which passes through the object d granted; if n is the index of refraction and d is the thickness of the object. The rays 9 and 10 under consideration, which are linearly polarized perpendicular to one another, produce elliptically polarized light after they have been combined, corresponding to a phase difference On the other hand, there are partial beams 10 that penetrate the object and, with the associated partial beams 9 that do not penetrate the object, become elliptically polarized light with a phase difference - unite. As a result, without the analyzer 17, one of the two images of the object becomes the phase difference with elliptically polarized light and the other with elliptical polarized light of phase difference illuminated. If the polarizer 11 is given the azimuth 991 = 45 ° against the accelerating main oscillation direction of the plate 1, the partial beams 9 and 10 have the same amplitude. Then one introduces 7 so into the beam path that its accelerating Hauptschwingungsri.chtung and those of the plate 1 form an angle w7 = 45 °. This converts any elliptically polarized light into linearly polarized light in a known manner. The field of view without an object is, like the incident radiation, linearly polarized under the azimuth g911 = -45 °, since the partial beams 9 and 10 in the plate set pass through the same optical paths. A phase object with a diameter smaller than Ax, on the other hand, produces two images, an image A, that of linearly polarized light with the azimuth and an image B that of linearly polarized light with the azimuth - is illuminated. If one introduces the analyzer 17, there are penumbra positions aj, in which the image A has the same brightness as its surroundings (except image B), and penumbra positions a, 2, in which the image B has the same brightness as its surroundings (except image A) has.

Für diese Halbschattenstellungen des Analysators gilt: und für den Gangunterschied des Objektes folgt: Wie genauere Untersuchungen zeigen, ist die Differenz der Halbschattenazimute des Analysators (a2-ai) unabhängig vom Azimut des Polarisators 11 und unabhängig davon, ob die Strahlen 9 und 10 ohne Objekt durch Unsymmetrien der Anordnung schon einen Gangunterschied 6 besitzen. Durch Änderung von 9911 und ö ändern sich jedoch die Einstellgenauigkeiten für die Halbschattenazimute. Voraussetzung für genaue Messungen ist ein im ganzen Gesichtsfeld gleich großer Gangunterschied d, d. h., das Gesichtsfeld muß ohne Objekt gleichmäßig polarisiert sein. Ein gleichmäßig polarisiertes Gesichtsfeld ist aber gerade einer der auffälligsten Vorzüge der Erfindung. Besonders dann, wenn die Platten 1 bis 4 sehr dünn und damit Ax klein, hat man bei Interferenzen niedriger Ordnung ein vollkommen gleichmäßiges Gesichtsfeld. Da man bei einem Ax von beispielsweise 0,05 mm die Platte4 ungefähr ein Grad kippen muß, um von der Interferenz nullter Ordnung in die Interferenz erster Ordnung zu kommen, beobachtet man praktisch nur Interferenzen sehr niedriger Ordnung und hat immer ein gleichmäßig polarisiertes Gesichtsfeld.The following applies to these penumbra positions of the analyzer: and for the path difference of the object follows: As more detailed studies show, the difference in the penumbra azimuths of the analyzer (a2-ai) is independent of the azimuth of the polarizer 11 and independent of whether the beams 9 and 10 without an object already have a path difference 6 due to asymmetries in the arrangement. However, changing 9911 and ö changes the setting accuracy for the penumbra azimuths. Precondition for precise measurements is a path difference d that is the same in the entire field of view, ie the field of view must be uniformly polarized without an object. A uniformly polarized field of view is just one of the most striking advantages of the invention. Especially when the plates 1 to 4 are very thin and therefore Ax small, one has a completely uniform field of view in the case of low-order interferences. Since the plate 4 has to be tilted approximately one degree with an Ax of 0.05 mm, for example, in order to get from the zero-order interference to the first-order interference, practically only very low-order interferences are observed and a uniformly polarized field of view is always observed.

Für die Messungen kleiner Gangunterschiede ist es vorteilhaft, an Stelle des 7 unter dem gleichen Azimut eine doppelbrechende Platte mit einer Phasendifferenz einzuführen. Genauere überlegungen, die sich an eine Arbeit von G. S z i v es s y und W. Herzog , Zeitschrift für Instrumentenkunde, 1937, Bd. 57, S. 324, Gleichung 47, anlehnen, zeigen, daß ranz allgemein gilt. Im weißen Licht eignet sich die Anordnung besonders als qualitative Methode zur kontrastreichen Farbmikroskopie. Die Einstellung einer .empfindlichen Farbe läßt sich ohne Schwierigkeiten durch Kippung von Platte 4 gegen die optische Achse erreichen.For the measurements of small path differences it is advantageous to use the 7 to introduce a birefringent plate with a phase difference under the same azimuth. More detailed considerations that are based on a work by G. S ziv es sy and W. Herzog, Zeitschrift für Instrumentenkunde, 1937, vol. 57, p. 324, equation 47, show that ranz in general is applicable. In white light, the arrangement is particularly suitable as a qualitative method for high-contrast color microscopy. The setting of a sensitive color can be achieved without difficulty by tilting plate 4 against the optical axis.

Wie Fig. 3 zeigt, läßt sich die Anordnung auch im Auflicht verwenden. Die Platten 3 und 4 fallen weg, und an Stelle der Planplatte 13 (Fig. 2) tritt ein Spiegel 23 (Fig. 3). Die Lichtquelle 22 wird durch die Linse 20 über die Teilungsplatte 18 in den hinteren Brennpunkt des Objektivs 14 abgebildet, so daß auf die Platten 1 und 2 von oben ein paralleles Lichtbündel fällt. Dieses Lichtbündel ist durch den Polarisator 11 linear polarisiert und wird durch die Platten 1 und 2 aufgespalten, am Spiegel23 reflektiert und nach einer nochmaligen Durchstrahlung der Platten 1 und 2 wieder vereinigt. Ein zu untersuchendes Phasenobjekt wird auf den Spiegel 23 gebracht. Da das Objekt zweimal durchstrahlt wird, werden alle Gangunterschiede verdoppelt. In monochromatischem Licht, was durch Einführung des Filters 21 erhalten wird, gilt für Auflicht Die Teilungsplatten 18 und 19 sind um die optische Achse gegeneinander um 90° verdreht, so daß die Elliptizität der vom Objekt kommenden Strahlen nicht verändert wird.As FIG. 3 shows, the arrangement can also be used in incident light. The plates 3 and 4 are omitted, and instead of the plane plate 13 (FIG. 2) there is a mirror 23 (FIG. 3). The light source 22 is imaged by the lens 20 via the dividing plate 18 into the rear focal point of the objective 14 , so that a parallel light beam falls on the plates 1 and 2 from above. This light bundle is linearly polarized by the polarizer 11 and is split up by the plates 1 and 2, reflected at the mirror 23 and, after another irradiation through the plates 1 and 2, combined again. A phase object to be examined is brought onto the mirror 23 . Since the object is irradiated twice, all path differences are doubled. In monochromatic light, which is obtained by inserting the filter 21, applies to incident light The dividing plates 18 and 19 are rotated relative to one another by 90 ° about the optical axis, so that the ellipticity of the rays coming from the object is not changed.

Die Erfindung läßt sich auch dann mit Vorteil anwenden, wenn das Objekt eine beliebig große Ausdehnung hat. Nimmt man als Spiegel 23 z. B. eine stark versilberte Glimmerspaltfläche, so erscheinen im weißen Licht alle Stufen mit farbig differenziertem Rand, der Breite Ax - sing, wo y der Winkel zwischen der Richtung von Ax und der Stufenkante ist. Die Breite der Ränder läßt sich durch Drehen des Mikroskoptischchens 12, auf dem das Objekt ruht, variieren. In monochromatischem Licht erscheinen die Stufen mit Rändern verschiedener Helligkeit, je nach der Stufenhöhe, hierdurch entsteht ein quasi-plastisches Bild der Oberfläche. Die Höhe der Stufen läßt sich genau ausmessen. Reflektiert die Oberfläche ungefähr gleichmäßig, so ist eine Versilberung nicht notwendig, wenn die Platten 1 und 2 sowie das Objektiv 14 gut entspiegelt werden.The invention can also be used to advantage when the object has any size. If you take as a mirror 23 z. If, for example, a heavily silvered mica fissure surface appears, in the white light all the steps appear with a border of different colors, the width Ax-sing, where y is the angle between the direction of Ax and the edge of the step. The width of the edges can be varied by turning the microscope stage 12 on which the object rests. In monochromatic light, the steps appear with edges of different brightness, depending on the step height, this creates a quasi-three-dimensional image of the surface. The height of the steps can be measured precisely. If the surface reflects approximately evenly, then silver plating is not necessary if the plates 1 and 2 and the lens 14 are anti-reflective.

Besonders vorteilhaft kann die Verkittung der Platten 1 und 2 miteinander und die Aufkittung beider auf die Frontlinse des Objektivs sein. Ferner ist die @'er@sendung einer geeigneten Immersionsflüssigkeit angebracht, wenn man eine gut reflektierte Metalloberfläche betrachtet.The cementing of the plates 1 and 2 to one another can be particularly advantageous and the cementing of both on the front lens of the objective. Furthermore, the @ 'er @ sending a suitable immersion liquid, if you have a good one reflected metal surface viewed.

Für sehr genaue Messungen im Durchlicht bietet die in Fig.4 gezeichnete Kombination den Vorteil, daß gegenüber der Anordnung Fig.1 zwei Platten fehlen und folglich als Fehlerquellen wegfallen. Die stanze Doppelbrechung der Platten 1 und 2 wird nach Fig. 4 durch die Platte 24 kompensiert. Diese Platte ist parallel zur optischen Achse geschnitten und vorzugsweise aus einem schwach doppelbrechenden Material, z. B. Quarz, hergestellt. Dies bietet den Vorteil, daß kleine Schleiffehler der Platte 24 nicht stören, da sie nur nach Maßgabe der Doppelbrechung ins Gewicht fallen. Das Objekt wird zwischen Platte 1 und Platte 2 gebracht.For very precise measurements in transmitted light, the one shown in FIG Combination has the advantage that compared to the arrangement Fig.1 two plates are missing and consequently no sources of error. The punch birefringence of the plates 1 and 2 is compensated by the plate 24 according to FIG. This plate is parallel to the optical axis cut and preferably from a weakly birefringent one Material, e.g. B. quartz. This has the advantage that small grinding errors of the plate 24 do not interfere, since they only have a weight in accordance with the birefringence fall. The object is placed between plate 1 and plate 2.

Für Auflicht ist die entsprechende Anordnung in Fig. 5 gezeichnet. Diese Anordnung bietet die denkbar geringsten Fehlerquellen. Besondern dann, wenn man ein Immersionsöl mit einem Brechungsindex zwischen dem der beiden Teilstrahlen verwendet, d x sehr klein wählt und mit gut parallelem monochromatischem Licht beleuchtet, ist die Ausmessung der Stufen einer metallisch reflektierenden Oberfläche bis zu molekularen Dimensionen herunter möglich. Dabei ist wegen der Sorbyschen Erscheinungen die Vergrößerung klein zu wählen.The corresponding arrangement is shown in FIG. 5 for incident light. This arrangement offers the lowest possible sources of error. Especially if you use an immersion oil with a refractive index between that of the two partial beams, choose dx very small and illuminate it with well-parallel monochromatic light, it is possible to measure the steps of a metallic reflective surface down to molecular dimensions. Because of Sorby's phenomena, the magnification should be selected to be small.

Die Platte 24 (Fig. 5) kompensiert die Doppelbrechung der Platte 1, und zwar muß die Doppelbrechung der Platte 24 doppelt so groß wie die Doppelbrechung der Platte 1 sein, da Platte 1 zweimal durchstrahlt wird.The plate 24 (Fig. 5) compensates for the birefringence of the plate 1, namely the birefringence of the plate 24 must be twice as large as the birefringence of the plate 1, since plate 1 is irradiated twice.

Claims

PATENT CLAIM (? CHE: 1. -Interference microscope, in which interferences - Find use in polarized light because - = - characterized by that for Beam splitting or beam union between the object and the lens at least a plane-parallel plate of a birefringent one cut obliquely to the optical axis Medium is brought, which with vertical lighting a splitting of the light rays causes, the diameter of the light beam used for illumination being larger than the distance between the split light rays and therefore two adjacent ones Images of the object are generated, which provide an accurate measurement of the phase relationships of the object using penumbra methods.

2. Interference microscope according to claim 1, characterized in that it is used in incident light between the object and the lens two cut approximately at 45 ° from the optical axis, birefringent plates of the same thickness of a uniaxial crystal are arranged in such a way that that the accelerating main oscillation directions of both plates by 90 ° against each other are twisted and for use in transmitted light two further birefringent ones of the same design Plates under the object are inserted so that their optical axes are a mirror image to which the two plates are arranged between the object and the objective (Fig. 2).

3. interference microscope according to claim 1, characterized in that for. use in incident light between the object and the lens an approximately 45 ° to the optical axis cut birefringent plate of a uniaxial crystal is arranged and at any other point in the beam path a second parallel to the optical one Axis-cut birefringent plate of a uniaxial crystal of such Thickness is introduced that it compensates for the phase difference of the first plate.

4. Interference microscope according to claim 1, characterized in that a birefringent plate of a uniaxial crystal cut at approximately 45 ° to the optical axis is inserted for use in transmitted light between the object and the objective and a second equally thick birefringent plate is attached under the object so that the optical axes of the two plates are a mirror image of the object plane and at any other point in the beam path another birefringent plate, cut parallel to the optical axis, is inserted with a thickness such that it compensates for the phase difference between the other two plates. Documents considered: French Patent No. 1056 682; British Patent No. 639 014.