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Polarisationseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Unterdrückung der durch ungleiche Reflexionen und/oder Brechungen der Vertikal-
bzw. Horizontalkomponente bewirkten Drehungen der Schwingungsebene, die eine unerwünschte
Aufhellung bei Polarisationseinrichtungen hervorrufen.
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Aus den Fresnelschen Foi-meln folgt, daß eine linear polarisierte
Welle infolge der ungleichen Reflexion der Vertikal- und Forizontalkomponente eine
Drehung erfährt (s. >Lehrbuch der Experimentalphysik« von L. Bergmann und Ci. Schaefer,
III. Band, 1. Teil: »Wellenoptik«, erschienen im Verlag Walter de Gruyter
& Co., Berlin, 1956, S. 332/333). Ist TE das Azimut der einfallenden
Welle gegen die Einfallsebene und x bzw. ß der Einfalls- bzw. Brechungswinkel,
so gilt nach einmaliger Brechung für das Azimut der gebrochenen Welle tg (f G #
tg #fp- - cos (,x -
Dabei bedeutet ipe das Azimut der gebrochenen
Welle. Erfährt eine Wellz in einem optischen System m Brechungen, so folgt für das
Azimut einer in-mal gebrochenen Welle
Als Folge dieser Brechungen treten in der Pupille zentrierter optischer Systeme
Kurven gleicher Drehungen bzw. Schwingungsrichtungen auf, die durch Hyperbelscharen
angenähert werden können.
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Es ist bekannt, daß man durch Einfügung einer 2/2-Platte in eine lineai
polarisierte Welle, deren Schwingungsrichtung von der Hauptschwingungsrichtung der
2./2-Platte uni einen Winkel y abweicht, eine Drehung der Schwingungsrichtung
um einen Winkel 2y
erreicht, wobei die neue Schwingungsriuhtung in bezug auf
die Hauptschwingungsrichtung der 2/2-Platte spiegelsymmetrisch liegt. In der Zeichnung
ist in Fig. 1
diese Wirkung dargestellt. Dabei bedeutet S die Hauptschwingungsrichtung
der )./-'?-Platte, P die Schwingungsrichtung der einfallenden polarisierten Welle,
die mit der Hauptschwingungsrichtung S den Winkel y bildet. Die 212-Platte
spaltet die Schwingung P auf in die Komponenten E, und E#.. Infolge des Gangunterschiedes
von 2/2 superponieren sich beide Komponenten zu der linearen Schwingung P' mit den
Komponenten F-, und -E" so daß zwischen der Hauptschwingungsrichtung
S und der Schwingungsrichtung der linear polarisierten Welle nach dem Durchgang
durch die 2/2-Platte der Winkel -y auftritt. Durch Ausnutzung dieser Eigenschaft
einer 2/2-Platte wurde bereits die unerwünschte Aufhellung bei Polarisationseinrichtungen
wenigstens teilweise dadurch aufgehoben, daß man eine solche A/2-Platte in einer
bequem erreichbaren Stelle des optischen Systems einfügte und dadurch eine angenäherte
Kompensation der Drehungen vor und hinter dieser Platte erreichte. Allerdings ist
auf diese Art natürlich nur in begrenztem Umfang eine Unterdrückung der Aufhellung
möglich.
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Eine ideale Kompensation wäre selbstverständlich dann erreichbar.
wenn man die )./2-Platte hinsichtlich der durch die einzelnen Flächen eines optischen
Systems erfolgenden Drehungen in der Symmetrieebene einsetzen könnte. Dies wird
an Hand der Fig. 2 bis 6 im einzelnen erläutert. In der Fig. 2 ist schematisch
ein optisches System lediglich durch seine brechenden Flächen symbolisiert, wobei
in der Mitte dieses Systems ein paralleler Strahlengang vorhanden sein möge. In
diesem parallelen Strahlengang ist eine A/2-Platte angeordnet. Die dargestellten
optisch wirksamen Flächen sollen dabei sowohl vor als auch hinter der 2/2-Platte
so beschaffen sein, daß die Summe der Drehungen der Schwingungsrichtung einer linear
polarisierten Welle vor der 2./2-Platte gleich der Summe dieser Drehungen hinter
der 2/2-Platte ist.
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In der Fig. 3 ist ein Querschnitt der Eintrittspupille des
Systems dargestellt. Ein Strahl treffe diese Pupille in Q mit der
Schwingungsrichtung P und dem Azimut q-E. Nach Durchsetzen des vor der 2/2-Platte
(Fig. 2) liegenden Systems 1 sei die Schwingungsrichtung P um den Winkel
ö gedreht. Das Azimut der neuen Schwingungsrichtung P' gegen die Einfallsebene
ist dann ö (Fig. 4).
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Nach Durchsetzen der 2/2-Platte ergibt sich dann, wie in der Fig.
5 dargestellt, eine Drehung des Azimuts
der Schwingungsrichtung
gegen die Einfallsebene um -2b, wenn die Hauptschwingungsrichtung der 2/2-Platte
parallel zur ursprünglichen Schwingungsrichtung P der in das System einfallenden
Welle liegt, wie in der Erläuterung zu Fig. 1 dargestellt wurde. Die Schwingungsrichtung
P#" - nach der A/2-Platte weist demnach gegenüber der ursprünglichen Schwingungsrichtung
P einen Winkel -b auf. Hat das optische System hinter der A/2-Platte hinsichtlich
der Drehung der Schwingungsebene dieselben Eigenschaften wie das System vor der
2/2-Platte, d. h. dreht dieses System insgesamt die Schwingungsrichtung um
einen Winkel +ö, so fällt die Schwingungsrichtung der aus dem System austretenden
Welle P"' mit der Schwingungsrichtung P der einfallenden Welle zusammen. Damit wäre
eine vollständige Kompensation erreicht, was bei Einfügung eines derartigen Systems
zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren zu einer idealen Auslöschung führen würde.
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Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis ist daher schon vorgeschlagen worden,
eine Polarisationseinrichtung aus zwei identischen Teilsystemen aufzubauen und zwischen
diese Systeme eine )./2-Platte einzufügen.
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Eine solche Anordnung ist natürlich außerordentlich aufwendig, insbesondere
deshalb, weil ja für jede einzelne Komponente eines Teilsystems die Identität mit
der entsprechenden Komponente des anderen Teilsystems gefordert werden muß.
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Es ist daher in der gleichen Auslegeschrift auch bereits der Vorschlag
gemacht worden, an Stelle der Verdoppelung des optischen Systems die 2/2-Platte
an einer mechanisch erreichbaren Stelle eines einfachen Systems einzufügen und die
Symmetrisierung der vor und hinter dieser Platte angeordneten Teilsysteme dadurch
zu erreichen, daß in einem Teilsystem zusätzliche optische Mittel, die im übrigen
aber den Strahlengang optisch nicht beeinflussen, vorgesehen werden. Diese zusätzlichen
optischen Mittel bestehen nach dem Vorschlag der Auslegeschrift aus praktisch brechkraftlosen
Menisken, deren Herstellung jedoch außerordentlich kompliziert und daher teuer ist.
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Nach der vorliegenden Erfindung kann man jedoch auf einfachste Weise
eine Symmetrisierung der vor und hinter einer 2./2-Platte angeordneten Teilsysteme
einer Polarisationseinrichtung erreichen. Erfindungsgemäß ist auf mindestens einer
optischen Fläche dieser Teilsysteme eine reflexerhöhende dielektrische Schicht angeordnet,
die eine Symmetrisierung der die Schwingungsebene drehenden Eigenschaften der beiderseits
der 2/2-Platte angeordneten optischen Glieder erzwingt. Eine solche reflexerhöhende
dielektrische Schicht kann in bekannter Weise als Doppelschicht aus TiO, und SiO,
ausgebildet sein. Die Eigenschaften dieser Schichten sind im Zusammenhang mit der
Reflexminderung optisch wirksamer Flächen seit nahezu 30 Jahren bekannt,
so daß hier auf eine nähere Erläuterung verzichtet werden kann. Diese reflexerhöhenden
Schichten können dabei sowohl auf gekrümmten als auch auf ebenen Flächen der Systeme
angeordnet sein. Als gekrümmte Flächen bieten sich ohne weiteres die vorhandenen
Linsenflächen (auch Kittflächen) an, als ebene Flächen können Filterflächen oder
die Innenflächen des Polarisators oder Analysators, die Flächen von Objektträgern,
aber auch die Flächen der 2/2-Platten selbst dienen. Verwendet man 2./2-Platten
aus optisch einachsigem Material, dann ist es zweckmäßig, die reflexerhöhende dielektrische
Schicht an einer Stelle vorzusehen, die schräg von den Strahlenbündeln durchsetzt
wird, während die A/2-Platte von möglichst parallelen Bündeln senkrecht durchsetzt
werden soll. Bei der Verwendung von A/2-Platten aus optisch zweiachsigem Material
werden erfindungsgemäß sowohl die reflexerhöhenden Schichten als auch die 2/2-Platten
schräg durchsetzt.
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Ist eine A/2-Platte aus zweiachsigem Material, senkrecht zur Mittellinie
geschnitten, hergestellt und nicht im parallelen Strahlengang angeordnet, so macht
sich die von der Durchstrahlungsrichtung abhängige Lage der Hauptschwingungsrichtung
bemerkbar. Der Verlauf der Isogyren eines zweiachsigen Kristalls, der senkrecht
zur Mittellinie geschnitten ist, ist in dem »Lehrbuch der Kristalloptik« von F.
Pockels, erschienen in B. G. Teubners Sammlung von Lehrbüchern auf dem Gebiete
der Mathematischen Wissenschaften mit Einschluß ihrer Anwendungen, Bd. XIX,
1906, auf den Seiten 252 und 253 beschrieben. Aus dieser Darstellung
ist in ähnlicher Weise, wie oben für die 2/2-Platte aus optisch einachsigem Material
ausgeführt, zu entnehmen, daß eine #L/2-Platte aus optisch zweiachsigem Material
eine Drehung der Schwingungsebene in gleicher Weise bewirkt, wenn sie von einem
schräg einfallenden Bündel durchsetzt wird.
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Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Polarisationsmikroskop
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zwischen Polarisator und Objekt einerseits
und Objekt und Analysator andererseits je eine 2/2-Platte anzuordnen, derart,
daß sowohl im beleuchtenden als auch im abbildenden Strahlengang durch zusätzliche
Anwendung der erfindungsgemäßen reflexerhöhenden Schichten jeweils eine Kompensation
der Drehungen der Schwingungsebene erreicht wird. Es ist dann ohne weiteres möglich,
verschiedene Kondensoren und verschiedene Objektive am Mikroskop unabhängig voneinander
zu wechseln.
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In den Zeichnungen sind schematisch einige Ausführungsformen dargestellt,
denen jeweils der Strahlengang in einem Mikroskop zugrunde gelegt worden ist.
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In der Fig. 7 werden die von einer Lichtquelle ausgehenden
Strahlen von einem Polarisator 2 polarisiert und durch einen Kondensator
3 durch eine A/2-Platte 4 auf das Objekt 5 gelenkt. Das Objekt
5 wird mittels eines Objektivs 6 durch einen Analysator
7 abgebildet und durch ein Okular 8 betrachtet. Auf einer der Linsenflächen
des Kondensators 3 ist eine reflexerhöhende dielektrische Schicht
9 vorgesehen. Bei dieser Darstellung sind der Einfachheit halber der Kondensator
durch zwei, das Objektiv durch drei Linsen und das Okular durch eine Linse symbolisiert.
Wie bereits oben erwähnt, wird die 2./2-Platte 4 je nach ihrer optischen
Beschaffenheit entweder an einer Stelle im beleuchtenden Strahlengang angeordnet,
die senkrecht durch mindestens nahezu parallel Lichtstrahlen durchsetzt wird, oder
aber im divergenten oder konvergenten Strahlengang.
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In der Anordnung nach Fig. 8 ist zusätzlich bei sonst gleichem
Aufbau und gleicher Bezifferung ein Filter 10 vorgesehen. Dabei ist die reflexerhöhende
Schicht 9a auf dem Filter an Stelle einer der Kondensorlinsen angeordnet.
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Die Anordnung nach Fig. 9 unterscheidet sich von der nach der
Fig. 2 lediglich dadurch, daß die reflexerhöhende Schicht 9b auf der Innenseite
des Polarisators anstatt auf einer der Kondensorflächen angeordnet ist.
In
der Fig. 10 ist ein Polarisationsmikroskop dargestellt, bei dem sowohl auf
der Beleuchtungsseite als auch auf der Abbildungsseite je eine #/2-Platte
4a bzw. 4b vorgesehen ist. Durch die Anordnung einer reflexerhöhenden Schicht9c
auf der 2./2-Platte im Beleuchtungsstrahlengang ist eine Kompensation der die Polarisationsebene
drehenden Eigenschaften zwischen Polarisator und Objekt erreicht. Durch Anordnung
einer weiteren rellexerhöhenden Schicht 9d
auf einer der Flächen des Objektivs
ist außerdem eine Kompensation der Drehungen zwischen Objekt und Analysator durchgeführt.