DE1303215B - - Google Patents
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Description
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung erzeugen das drehbare Prisma und das verschiebbare Prisma in der hinteren Brennebene des Objektivs gelegene Interferenzstreifen, die in der Bildebene des Mikroskops eine homogene Interferenz mit veränder-According to a further embodiment of the invention, the rotatable prism and the slidable prism Prism located in the rear focal plane of the lens interference fringes that are in the image plane of the Microscope a homogeneous interference with varying
Interferenz-Polarisationsmikroskope arbeiten auf
dem Prinzip der Doppelbrechung und der Interferenz
des polarisierten Lichtes. Von gewöhnlichen Mikroskopen unterscheiden sie sich hauptsächlich durch io licher Bildverdopplung des zu prüfenden Objektes
das Polarisations-Doppelbrechungssystem, das aus ergeben.Interference polarizing microscopes are working on
the principle of birefringence and interference
of polarized light. They differ from ordinary microscopes mainly in that the object to be examined is doubled in image, the polarization birefringence system that results from.
einem oder mehreren zwischen zwei Polarisatoren Schließlich liegen nach einer weiteren Ausbildungone or more between two polarizers finally lie after a further training
angebrachten doppelbrechenden Element bzw. der Erfindung die Interferenzstreifen des drehbaren
Elementen besteht. Es sind bisher zwei Hauptarten doppelbrechenden Prismas in der hinteren Brennvon
Interferenz-Polarisationsmikroskopen bekannt- 15 ebene des Objektivs, während die Interferenzstreifen
geworden. Bei der einen Art ist eine doppel- des zweiten doppelbrechenden Prismas außerhalb
brechende, planparallele Platte (bzw.. Platten) vorgesehen, während bei der anderen Art doppelbrechende
Keile oder' "Prismen vom Wollaston-Typ
vorgesehen sind. Zu der ersten Art gehören z. B. das 20
Mikroskop von Lebedew, das InterferenzokularAttached birefringent element or the invention consists of the interference fringes of the rotatable elements. So far, two main types of birefringent prism are known in the rear focal point of interference polarizing microscopes - the plane of the objective, while the interference fringes become. In one type, a double-refracting, plane-parallel plate (or plates) refracting outside the second double-refracting prism is provided, while in the other type double-refracting wedges or prisms of the Wollaston type are provided
are provided. The first type includes e.g. B. the 20th
Lebedev microscope, the interference eyepiece
von Francon, das Mikroskop von Smith-Baker und das Mikroskop von Johansson. Zu der zweiten Art zählen vor allem das Mikroskop von Norn ar ski und auch das System von Smith.from Francon, the Smith-Baker microscope and the Johansson microscope. The second type mainly includes the Norn microscope ar ski and also the Smith system.
Eine wesentliche Rolle spielt bei solchen Interferenz-Polarisationsmikroskopen das Maß der Verdopplung der Bilder durch Doppelbrechung, von dem die Ausführbarkeit von Messungen und derSuch interference polarization microscopes play an essential role the degree of doubling of the images by birefringence, of which the feasibility of measurements and the
dieser Ebene liegen und eine Streifeninterferenz mit differentieller oder totaler Bildverdopplung des zu prüfenden Objektes schaffen.this plane and a fringe interference with differential or total image doubling of the to object to be tested.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing.
Ein Interferenz-Polarisationsmikroskop nach der Erfindung weist folgende Hauptelemente auf: Ein drehbares, doppelbrechendes Prisma W1 mit außen gelegener Lokalisierungsebene der Interferenzstreifen, ein verschiebbares, doppelbrechendes Prisma JF2 mit ebenfalls außen gelegener Lokalisierungsebene der Interferenzstreifen bzw. ein dagegen austauschbares gewöhnliches doppelbrechendes Wollaston-Prisma Q, An interference polarization microscope according to the invention has the following main elements: a rotatable, birefringent prism W 1 with an external localization plane of the interference fringes, a displaceable, birefringent prism JF 2 with an external localization plane of the interference fringes, or a conventional birefringent Wollaston prism that can be replaced Q,
Anwendungsbereich dieser Art von Mikroskopen in 3° einen Polarisator P, einen Kondensator K, eine der Praxis, besonders bei biologisch-ärztlichen For- Blende D mit einem Schlitz S, der sich im Fokus des schungen bei der Bestimmung des Gehaltes an Kondensators K parallel zur brechenden Kante desScope of application of this type of microscope in 3 ° a polarizer P, a capacitor K, one of the practice, especially with biological-medical for- Aperture D with a slot S, which is in the focus of the research when determining the content of capacitor K parallel to the breaking edge of the
trockener Masse in Zellen, Geweben und deren Fragmenten abhängig ist. Für ein Objektiv desdry matter in cells, tissues and their fragments is dependent. For a lens of the
Prismas W2 befindet, ein Objektiv Ob, eine Mikrometer-Platte M, die mit dem Prisma W2 verbundenPrism W 2 is located, an objective Ob, a micrometer plate M, which is connected to the prism W 2
Mikroskops mit gegebener Vergrößerung und ein 35 ist und zur Messung seiner Querverschiebung dient,A microscope with a given magnification and a 35 is used to measure its transverse displacement,
gegebenes doppelbrechendes Element ist der Wert einen Analysator A, einen herkömmlichen binokula-given birefringent element is the value of an analyzer A, a conventional binocular
dieser Verdopplung bei den bisher bekannten Inter- ren Mikroskopaufsatz ND mit Okular zum Beobach-this doubling of the previously known internal ND microscope attachment with eyepiece for observation
ferenz-Polarisationsmikroskopen konstant, was einen ten des Bildes des in der Objektebene befindlichenReference polarization microscopes constant, which is a th of the image of the object in the plane
erheblichen Nachteil darstellt. Objektes B sowie ein Hilfsmikroskop MP, das sichrepresents a significant disadvantage. Object B and an auxiliary microscope MP, which
Dieser Nachteil tritt insbesondere bei der Unter- 40 aus dem Objektiv L, der Strichplatte PO und demThis disadvantage occurs particularly in the case of the lower lens L, the reticle PO and the
suchung von Objekten verschiedener Größe oder von Okular E zusammensetzt und zum Ablesen dersearch of objects of different sizes or composed of eyepiece E and for reading the
Präparaten mit zu untersuchenden Einzelheiten verschiedener Abmessungen auf. So muß in Abhängigkeit von der Größe der zu untersuchenden Objekte zur Wahl einer ihnen gemäßen Bildverdopplung entweder das Objektiv ausgewechselt werden (was eine veränderte Bildvergrößerung zur Folge hat), oder es muß ein doppelbrechendes Element gegen ein anderes Element mit anderen Doppelbrechungseigenschaften ausgetauscht werden. Preparations with details to be examined of various dimensions. So must be dependent on the size of the objects to be examined for the selection of an image doubling according to them either the lens must be replaced (which results in a different image magnification), or a birefringent element must be exchanged for another element with different birefringence properties.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Interferenz-Polarisationsmikroskop zu schaffen, bei dem auf einfache Weise durch Doppelbrechung dieThe invention is based on the object of creating an interference polarizing microscope the in a simple way by birefringence the
Größe der Verschiebung des Prismas W2 auf der Mikrometer-Platte M zum Messen des Gangunterschiedes bei dem zu prüfenden Objekt B dient.The size of the displacement of the prism W 2 on the micrometer plate M is used to measure the path difference in the object B to be tested.
Die doppelbrechenden Prismen W1 und W2 sind einander ähnlich, und sie bestehen jeweils aus drei Quarzkeilen 1, 2 und 3. Die Quarzkeile sind auf bekannte Weise relativ zur in der Zeichnung mittels eines doppelten Pfeiles (Achse in der Zeichnung) oder mittels eines Kreises mit Punkt (Achse in zur Zeichnung senkrechter Ebene) angedeuteten optischen Achse des Kristalls ausgeschnitten. Die optische Achse im Keil 1 verläuft senkrecht zu seinerThe birefringent prisms W 1 and W 2 are similar to each other, and they each consist of three quartz wedges 1, 2 and 3. The quartz wedges are in a known manner relative to the one in the drawing by means of a double arrow (axis in the drawing) or by means of a circle with a point (axis in the plane perpendicular to the drawing) indicated optical axis of the crystal cut out. The optical axis in the wedge 1 is perpendicular to it
für einen bestimmten Gegenstand geeignete wahl- Brechungskante und unter einem Winkel von β = 45°
weise und einfach einstellbare Bildverdopplung für 55 zur Frontebene des Prismas. Dagegen verläuft die
ein gegebenes doppelbrechendes System und seine optische Achse in den Keilen 2 und 3 parallel zu
gegebene Objektiwergrößerung gewählt werden
kann und bei dem schnell von der sogenannten
differentiellen Verdopplung zur sogenannten totalen
Verdopplung sowohl bei homogenem Interferenzfeld 60
als auch bei Interferenflmienfeld übergegangen werden kann. Ferner: sollen die Phase verändert und
Gangunterschiede gemessen werden können.for a certain object suitable refraction edge and at an angle of β = 45 ° wise and easily adjustable image doubling for 55 to the front plane of the prism. In contrast, a given birefringent system and its optical axis in the wedges 2 and 3 run parallel to the given objective magnification
can and quickly from the so-called
differential doubling to the so-called total
Doubling both in the case of a homogeneous interference field 60
as well as with Interferenflmienfeld can be ignored. Furthermore : should the phase changed and
Path differences can be measured.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das eine Prisma, das unmittelbar hinter dem 65 ston-Prisma unterscheiden sie sich darin, daß sie optischen System des Objektivs angeordnet ist, um zwischen Polarisatoren (Polarisator P und Analysadie Achse des Objektivs drehbar ist, und daß das tor A) im durchgehenden Licht geradlinige Interandere Prisma im Tubus des Mikroskops angeordnet ferenzstreifen ergeben, die nicht wie beim gewöhn-According to the invention, this object is achieved in that the one prism which is immediately behind the 65 ston prism differs in that it is the optical system of the objective so that it can be rotated between polarizers (polariser P and analysis), and that the gate A) in the light passing through, straight inter-other prism arranged in the tube of the microscope result in reference strips that are not
ihren Kanten. Der Brechungswinkel des Keiles 1 ist in jedem der Prismen W1 und W2 gleich der Summe der Brechungswinkel der Keile 2 und 3.their edges. The angle of refraction of the wedge 1 is equal to the sum of the angles of refraction of the wedges 2 and 3 in each of the prisms W 1 and W 2.
Diese Prismen wirken ähnlich wie das schon bekannte und im Nomarski-Interferenz-Polarisationsmikroskop angewandte Prisma, das nur aus zwei Keilen 1 und 2 mit gleichen Brechungswinkeln besteht. Vom gewöhnlichen doppelbrechenden Wolla-These prisms have a similar effect to the one already known in the Nomarski interference polarization microscope applied prism, which consists only of two wedges 1 and 2 with the same angles of refraction. From the ordinary birefringent wool
lichen Wollaston-Prisma innen lokalisiert sind, sondem außen in einem gewissen Abstand H1, H2 lokalisiert sind, der um so größer ist, je kleiner der Brechungswinkel Oi1, a2 ist, je größer die Dicke der Prismen ist und je größer der Ausschnittswinkel des Keiles 1 im Verhältnis zur optischen Achse des Kristalls ist. Diese Prismen werden doppelbrechende Prismen mit äußerer Lokalisierungsebene der Interferenzstreifen genannt. Wenn sich die Lokalisierungsebenen der Interferenzstreifen H1, H2 dieser Prismen mit der Bildbrennebene F' des Objektivs Ob decken, dann tritt in der Bildebene des Mikroskops eine homogene Interferenz auf. Wenn sich dagegen die Lokalisierungsebene der Interferenzstreifen wenigstens eines dieser Prismen mit der Brennebene F' nicht deckt, dann tritt in der Bildebene des Mikroskops eine Streifeninterferenz auf.Lichen Wollaston prism are located inside, but are located outside at a certain distance H 1 , H 2 , which is greater, the smaller the refraction angle Oi 1 , a 2 , the greater the thickness of the prisms and the greater the The cutout angle of the wedge 1 is in relation to the optical axis of the crystal. These prisms are called birefringent prisms with the external plane of localization of the interference fringes. If the localization planes of the interference fringes H 1 , H 2 of these prisms coincide with the focal plane F 'of the objective Ob , then homogeneous interference occurs in the image plane of the microscope. If, on the other hand, the localization plane of the interference fringes does not coincide with at least one of these prisms with the focal plane F ' , then fringe interference occurs in the image plane of the microscope.
Das einen Bestandteil des Objektivs Ob bildende doppelbrechende Prisma W1 ist um die Achse des Objektivs Ob drehbar angeordnet, wobei sich seine Lokalisierungsebene der Interferenzstreifen mit der Bildbrennebene F' des Objektivs deckt. Dieses Prisma wird zur Änderung der Verdopplungsgröße der Bilder des zu prüfenden Objektes gedreht. Das doppelbrechende Prisma W1 ist im Tubus des Mikroskops angebracht und kann in zur Achse des Mikroskops Ob paralleler Richtung w und in zu ihr senk-,., rechter Richtung ρ verschoben werden.The birefringent prism W 1 forming a component of the objective Ob is arranged to be rotatable about the axis of the objective Ob , its localization plane of the interference fringes coinciding with the focal plane F 'of the objective. This prism is rotated to change the doubling size of the images of the object to be inspected. The birefringent prism W 1 is mounted in the tube of the microscope and can be displaced in the direction w parallel to the axis of the microscope Ob and in the perpendicular, right-hand direction ρ.
Die Verschiebung des Prismas W2 in der Riehtung w dient dazu, seine Lokalisierungsebene der Interferenzstreifen in die Bildbrennebene der erwähnten Objektive verschiedener Vergrößerungen zu bringen. Die Verschiebung in Richtung ρ dient zur Phasenänderung zwischen den verdoppelten Lichtwellen sowie zum Messen der Phasenverschiebung des zu prüfenden Objektes. Diese Messung kann auf vielerlei Weise durchgeführt werden. Am geeignetsten wird sie im Feld homogener Interferenz durchgeführt, indem man durch Querverschiebung des Prismas W2 die Farbe oder die Lichtstärke des einen (z. B. des ordentlichen) und dann des zweiten (des außerordentlichen) Bildes des zu prüfenden Objektes auf eine beliebig gewählte (am besten schwarze oder purpurrote) Ausgangsfarbe des Hintergrundes des Sichtfeldes des Mikroskops bringt.The displacement of the prism W 2 in the direction w serves to bring its localization plane of the interference fringes into the focal plane of the mentioned objectives of different magnifications. The shift in direction ρ is used to change the phase between the doubled light waves and to measure the phase shift of the object to be tested. This measurement can be made in a number of ways. It is most suitably carried out in the field of homogeneous interference by moving the prism W 2 transversely to select any color or light intensity of one (e.g. the ordinary) and then the second (the extraordinary) image of the object to be tested (preferably black or purple) brings the initial color of the background of the field of view of the microscope.
Die Brechungswinkel Oc1 und oc2 sowie die Dicken der Prismen W1 und W2 sind so gewählt, daß sich die Lokalisierungsebenen der Interferenzstreif en H1 und H2 der Prismen in der Bildbrennebene F' des Objektivs Ob befinden. Bei typischen Mikroskopobjektiven kann der maximale Brechungswert Ot1 des Prismas W1 etwa 10 bis 15° und der Brechungswinkel a2 des Prismas W2 unter 3 bis 4° betragen.The angles of refraction Oc 1 and oc 2 and the thicknesses of the prisms W 1 and W 2 are chosen so that the planes of localization of the interference fringes H 1 and H 2 of the prisms are in the focal plane F 'of the objective Ob . In typical microscope objectives, the maximum refractive index Ot 1 of the prism W 1 can be approximately 10 to 15 ° and the refraction angle a 2 of the prism W 2 can be less than 3 to 4 °.
Wenn die Prismen W1 und W2 so angeordnet sind, daß ihre Brechungswinkel Oc1 und oc2 den gleichen Brechungssinn besitzen (dies ist der in der Zeichnung gezeigte Fall), dann erhält man eine maximale Bild-Verdopplung des zu prüfenden Objektes, die die Summe der durch jedes der Prismen gesondert erzeugten Verdopplungen T1 und r2 ist.If the prisms W 1 and W 2 are arranged so that their angles of refraction Oc 1 and oc 2 have the same sense of refraction (this is the case shown in the drawing), then one obtains a maximum image doubling of the object to be inspected, which is the Sum of the doublings T 1 and r 2 produced separately by each of the prisms.
Wenn dagegen das Prisma W1 so orientiert ist, daß dessen Brechungswinkel Ct1 in bezug auf den Brechungswinkel a2 des Prismas W2 entgegengesetzt gerichtet ist, ist die sich ergebende Verdopplung r des Bildes gleich der Differenz der Verdopplungen rt und r2. If, on the other hand, the prism W 1 is oriented such that its angle of refraction Ct 1 is opposite to the angle of refraction a 2 of the prism W 2 , the resulting doubling r of the image is equal to the difference between the doubling r t and r 2 .
In der mittleren Lage des Prismas W1, wenn dessen brechende Kante mit der brechenden Kante des Prismas W2 einen Winkel von 45° bildet, ergibt sich eine Bildverdopplung, die gleich der nur durch das Prisma W2 erzeugten Verdopplung r2 ist.In the middle position of the prism W 1 , when its refractive edge forms an angle of 45 ° with the refractive edge of the prism W 2 , the image is doubled which is equal to the doubling r 2 generated only by the prism W 2 .
Wenn das Prisma W 2 um die Achse des Objektivs Ob gedreht wird, sind demnach drei Bildverdopplungswerte erhältlich: Y1 + r2, r2, r2 — rr Demnach kann abhängig von der Breite des zu prüfenden Objektes die entsprechende Bildverdopplung im homogenen Interferenzfeld ohne Auswechselung des Objektivs oder des doppelbrechenden Prismas schnell gewählt werden.If the prism W 2 is rotated around the axis of the objective Ob , three image doubling values are available: Y 1 + r 2 , r 2 , r 2 - r r can be selected quickly without changing the objective or the birefringent prism.
Das doppelbrechende Prisma Q ist ein gewöhnliches oder symmetrisches Wollaston-Prisma, wie es in der Zeichnung angegeben ist. Es kann durch das Prisma W2 ersetzt werden und dient dazu, um in der Bildebene des Mikroskops die Streifeninterferenz zu erhalten. Der Brechungswinkel ist dabei so gewählt, daß dieses Prisma das Bild des zu prüfenden Gegen-Standes nur etwas mehr oder etwas weniger als das Prisma W1 verdoppelt. Es wird dann eine Differential-Interferenz mit einem Streifenfeld erhalten. Dafür sind für das Prisma Q und das Prisma W2 gleiche Bildverdopplungswerte erforderlich. Bei Verschiebung des Prismas Q in Richtung w, d.h. bei Änderung des Abstandes h, werden geringe Bildverdopplungsunterschiede erreicht, die von dem einen und von dem anderen doppelbrechenden Prisma herführen. Demnach kann, abhängig von der Breite des zu prüfenden Objektes und von den in ihm auftretenden Veränderungen der Phasenverschiebung die optimale (verschwindend kleine), sich ergebende Differential-Verdopplung gewählt werden.The birefringent prism Q is an ordinary or symmetrical Wollaston prism, as indicated in the drawing. It can be replaced by the prism W 2 and is used to maintain the fringe interference in the image plane of the microscope. The angle of refraction is chosen so that this prism doubles the image of the object to be tested only a little more or a little less than the prism W 1. Differential interference with a stripe field is then obtained. For this purpose, the same image doubling values are required for prism Q and prism W 2. When the prism Q is displaced in the direction w, that is to say when the distance h is changed, slight image doubling differences are achieved which result from one and the other birefringent prism. Accordingly, depending on the width of the object to be tested and on the changes in the phase shift that occur in it, the optimal (vanishingly small) resulting differential doubling can be selected.
Wenn das Prisma W1 um 180° so gedreht wird, daß die Richtung seines Brechungswinkels mit der Richtung des Brechungswinkels des Prismas Q übereinstimmt, dann treten ein Interferenzlinienfeld und ehe große resultierende Bildverdopplung auf.If the prism W 1 is rotated by 180 ° so that the direction of its angle of refraction coincides with the direction of the angle of refraction of the prism Q , then an interference line field and before large resulting image doubling occur.
Wenn ein Ersatz von Objektiven Ob mit drehbaren doppelbrechenden Prismen W1, zwei auswechselbaren Prismen W2 mit einem Brechungswinkel von etwa 45' und 3 bis 4° sowie ein Wollaston-Prisma Q mit einem geeigneten Brechungswinkel vorhanden sind, können mikroskopische Prüfungen und Messungen des Gangunterschiedes oder dessen Gradienten auf vierfache Weise durchgeführt werden: Nach der Methode der homogenen Interferenzfarbe mit großer (veränderlicher) Bildverdopplung, nach der Methode der Differentialverdopplung im homogenen Interferenzfeld, nach der Methode der Streifeninterferenz mit großer (veränderlicher) BildVerdopplung oder nach der Methode der Differential-Verdopplung im Streifenfeld.If a replacement of objectives Ob with rotatable birefringent prisms W 1 , two interchangeable prisms W 2 with a refraction angle of about 45 'and 3 to 4 ° as well as a Wollaston prism Q with a suitable refraction angle are available, microscopic tests and measurements of the path difference or its gradients are carried out in four ways: according to the method of homogeneous interference color with large (variable) image doubling, according to the method of differential doubling in a homogeneous interference field, according to the method of fringe interference with large (variable) image doubling or according to the method of differential doubling in the striped field.
Der Polarisator P und der Analysator A sind gewohnliche, in Fassungen befindliche Polarisatoren, die um die Achse des Objektivs Ob drehbar sind. Eine maximale Interferenzwirkung wird erreicht, wenn die Lichtschwingungsebenen dieser Polarisation zueinander senkrecht oder parallel sind und mit der Brechungskante des Prismas Wb (oder Q) einen Winkel von 45° bilden. Wenn der Polarisator öder der Analysator mit einer Winkelskala versehen wird, können außer der Phasenverschiebung des durch das zu prüfende Objekt hindurchgehenden Lichtes auch der Schwächungsgrad dieses Lichtes gemessen werden, wenn das Objekt in gewissem Maße Licht absorbiert.The polarizer P and the analyzer A are ordinary polarizers located in mounts, which are rotatable about the axis of the objective Ob. A maximum interference effect is achieved when the light oscillation planes of this polarization are perpendicular or parallel to one another and form an angle of 45 ° with the refractive edge of the prism W b (or Q). If the polarizer or the analyzer is provided with an angular scale, in addition to the phase shift of the light passing through the object to be tested, the degree of attenuation of this light can also be measured if the object absorbs light to a certain extent.
An Stelle der Blende D mit dem Spalt S, die für das Mikroskop die Quelle kohärenten Lichtes bildet,Instead of the diaphragm D with the slit S, which forms the source of coherent light for the microscope,
kann ein entsprechender Quarzkompensator in Form eines WoUaston-Prismas mit entsprechend gewähltem und im Verhältnis zum doppelbrechenden Prisma W2 entsprechend orientiertem Brechungswinkel verwendet werden.a corresponding quartz compensator in the form of a WoUaston prism with an appropriately selected angle of refraction that is appropriately oriented in relation to the birefringent prism W 2 can be used.
Das Interferenz-Polarisationsmikroskop gemäß Erfindung kann insbesondere bei biologischen Untersuchungen, in der physikalischen Chemie (Messung des Brechungskoeffizienten verschiedener Substanzen, Messung der Stärke dünner Schichten), in der Textilindustrie (Messung der Doppelbrechung) sowie in der Kristallographie und in der Mineralogie weite Anwendung finden.The interference polarization microscope according to the invention can be used in particular in biological examinations, in physical chemistry (measurement of the refractive index of various substances, Measurement of the thickness of thin layers), in the textile industry (measurement of birefringence) as well find wide application in crystallography and mineralogy.
Claims (3)
Publications (1)
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