DE1447159B1 - Interferometer Okular - Google Patents

Interferometer Okular

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DE1447159B1
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path
optical
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DE19631447159D
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Koester Charles John
Harold Osterberg
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American Optical Corp
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American Optical Corp
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/06Means for illuminating specimens
    • G02B21/08Condensers
    • G02B21/14Condensers affording illumination for phase-contrast observation

Description

  • Die Erfindung betrifft ein interferometrisches System zur Verwendung in einem Mikroskop, in dem ein Objektiv und ein Kondensor angeordnet sind und eine mit einem engen optischen Spalt versehene Blende im Brennpunkt des Kondensors angeordnet ist, um bei Beleuchtung des Spalts durch eine übliche Mikroskopbeleuchtung ein kohärentes Bündel von im wesentlichen parallel gerichtetem Licht von jedem Punkt im Spalt auf die Objektebene und auf das Objekt zu richten.
  • Bei Interferenzmikroskopen wird im allgemeinen einfach polarisiertes Licht verwendet, und sie enthalten ein doppelbrechendes oder teilweise reflektierendes Element (Strahlenteiler), welches das Licht in getrennte Strahlen unterteilt, von welchen nur einer durch das Objekt hindurchgeht oder auf dieses gerichtet wird. Die getrennten Strahlenbündel werden dann durch ein doppelbrechendes oder teilweise reflektierendes Element wieder vereinigt. Um Interferenz zu erhalten, müssen die Strahlenbündel in genau der gleichen Weise wieder vereinigt werden, wie sie aufgeteilt worden waren. Jedes Strahlenpaar, das von einem bestimmten Punkt des ersten Strahlenteilers ausgeht, muß an einem entsprechenden Punkt im zweiten Strahlenteiler wieder vereinigt werden. Die Querschnitte der vereinigten Strahlenbündel an den Strahlenteilern müssen genäu. kongruent sein. Die durch das Objekt eingeführte Phasenverzögerung verursacht dann Interferenz, welche zur Bestimmung der Größe dieser Verzögerung gemessen wird. Da die beiden Strahlenbündel in genaue Kongruenz gebracht werden -müssen, müssen die in den' beiden Strahlengängen befindlichen optischen Elemente identisch und genau ausgerichtet sein, um gute Kontrastwirkung zu erzielen.
  • Interferenzmikroskope haben gewöhnlich die optischen Elemente eines üblichen Mikroskops einschließlich einer Lichtquelle, eines Kondensorlinsensystems, eines Objektteils und eines Einstell- bzw. Fokussiersystems, das ein Objektivlinsensystem und ein Okularlinsensystem aufweist. Interferenzmikroskope weisen normalerweise auch lichtpolarisierende und analysierende. Einrichtungen und doppelbrechende Elemente zum Teilen und zum Wiedervereinigen der getrennten Lichtstrahlen auf. Das Vorhandensein dieser doppelbrechenden Elemente im Fokussiersystem erschwert die Einstellung und verschlechtert die Bildwirkung des durch das System hindurchgehenden Lichtes und verringert die Schärfe und Klarheit des beobachteten Bildes.
  • Bekannte Interferenzmikroskope, welche reflektierende Strahlenleiter verwenden, benötigen entweder eine Vielzahl von optischen Elementen - zwei Kondensoren, zwei Objektive, verschiedene Spiegel usw. -, oder sie verwenden eine senkrechte Beleuchtung des Objekts. In diesem Fall wird ein Teil des zur Beleuchtung verwendeten Lichtes reflektiert und über die Oberfläche jedes der optischen Elemente des Mikroskops zerstreut. Dieses reflektierte und zerstreute Licht verringert die erreichbare Kontrastwirkung erheblich. Ferner kann eine vertikale Beleuchtung in einem üblichen Mikroskop nur für interferometrische Beobachtung der Oberfläche eines Objekts verwendet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile von üblichen interferometrischen Geräten zu erreichen, ohne daß dabei doppelbrechende Elemente zum Teilen und Wiedervereinigen getrennter Strablenbündet erforderlich sind. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in zwei getrennten Strahlengängen von bilderzeugenden Lichtstrahlen Ausrichteeinrichtungen für die Lichtstrahlen und lichtreflektierende Elemente angeordnet sind, welche die Lichtstrahlen in beiden Strahlengängen auf Einrichtungen zum interferenzfähigen Vereinigen der Lichtstrahlen richten, wobei diese Einrichtungen die Lichtstrahlen beider Strahlengänge in einer einzigen Richtung auf ein Okular richten; daß die lichtreflektierenden Elemente und die die Strahlenbündel vereinigenden Einrichtungen so einstellbar sind, daß sich die Anzahl der Reflexionen der Lichtstrahlen eines der Strahlengänge von der Anzahl der Reflexionen der Lichtstrahlen des anderen Strahlenganges nicht oder um eine gerade Zahl unterscheidet; und daß Einrichtungen zur Änderung der optischen Weglänge des Strahlenganges einstellbar in wenigstens einem der Strahlengänge ärageordnet sind, um die optische Länge des einen Strahlenganges relativ zum anderen Strahlengang zu ändern. Die Erfindung ist mit Anterferometerokularc< bezeichnet, weil sie zwei Flächenteile einer Bildebene in der Nähe des Okulars in Koinzidenz bringen oder überlagern soll, so daß die Interferenzerscheinungen zwischen diesen beiden Flächen beobachtet und gemessen werden können. Eine dieser Flächenteile enthält das zu prüfende Teilchen, während die andere Fläche in der Umgebung dieses Teilchens liegt und als Bezugsfläche dient. Die Erfindung erreicht also den mit weit komplizierteren und teureren Interferenzgeräten erreichten Zweck, vermeidet jedoch viele der Nachteile dieser Geräte und erzeugt ein schärferes Bild.
  • Da die beim Erfindungsgegenstand verwendete Beleuchtung über die gesamte Fläche der Objektebene völlig kohärent ist, können der Probenbereich und der Bezugsbereich der Objektebene willkürlich gewählt werden und im Interferenzokular zur Erzeugung eines Interferenzbildes wieder vereinigt werden.
  • In bekannten, nicht mit völlig kohärenter Beleuchtung der Objektebene arbeitenden Mikroskopen kann eine willkürliche Wahl der zu vereinigenden Bereiche nicht getroffen werden. -Ferner entfällt durch die Verwendung einer kohärenten Lichtquelle für die Beleuchtung der Objektebene die Notwendigkeit, polarisierende, doppelbrechende oder teilweise oberflächenversilberte Elemente im Kondensor des unteren Mikroskopteils zu verwenden. Die von der Verwendung derartiger Elemente herrührenden Schwierigkeiten werden dadurch vermieden.
  • Das Interferometerokular gemäß der -Erfindung läßt sich leicht in einem Gehäuse unterbringen, um ein abnehmbares Okular zu schaffen, das bequem in optische Instrumente, wie in übliche biologische Mikroskope eingebaut werden kann, um diese für Interferenzmessungen und Beobachtungen geeignet zu machen.
  • Nur eine einfache Abänderung ist erforderlich, um bei einem üblichen Mikroskop das erfindungsgemäße Interferometerokular verwenden. zu können. Es können jedoch auch kompliziertere Anordnungen verwendet werden. Bei dieser einfachen Abänderung wird eine Blende mit einem kleinen Loch oder einem engen Spalt verwendet, uni eine punkt- oder linienförmige Lichtquelle zu bilden. Die Blende wird in oder nahe der ersten Brennebene des im unteren Teil des Mikroskops befindlichen Kondensors angeordnet. Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung des unteren Teils eines bei einem üblichen Mikroskop verwendeten optischen Systems, dessen Aufbau gemäß den Lehren der Erfindung abgeändert ist, F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Ausbildungsform, welche für die Verwendung in Verbindung mit dem in F i g. 1 gezeigten Mikroskop geeignet ist und bei dem ein Zusammenführungselement mit einer teilweise reflektierenden Oberfläche vorgesehen ist, F i g. 3 eine schematische Darstellung des in F i g. 2 gezeigten optischen Systems mit einigen Abänderungen, F i g. 4 eine schematische Darstellung des in F i g. 2 gezeigten optischen Systems mit weiteren Abwandlungsmöglichkeiten, F i g. 5 eine schematische Darstellung des in F i g. @'. gezeigten optischen Systems mit anderen Abwandlungen, F i g. 6 eine Seitenansicht einer abgewandelter. Form eines der in den F i g. 2, 3, 4 und 5 gezeigten optischen Elemente, F i g. 7 eine schematische Darstellung des optischen Systems nach F i g. 5, bei dem 'zusätzliche, für polarisiertes Licht besonders geeignete Elemente verwendet worden sind, F i g. 8 eine schematische Darstellung des in F i g. 7 gezeigten optischen Systems mit einer weiteren Abwandlung; F i g. 9 eine schematische Darstellung eines in einer Bildebene des Gerätes erhaltenen Bildes, F i g. 10 eine schematische Darstellung des optischen Systems einer weiteren Ausführungsform, bei der ein anderes Zusammenführungselement verwendet worden ist, das sowohl total reflektierende als auch nur teilweise reflektierende Flächen aufweist, F i g. 11 eine schematische Darstellung des in F i g. 10 gezeigten optischen Systems, in dem zusätzliche Spiegel und ein Prisma vorgesehen sind, F i g. 12 eine. schematische Darstejlung des in F i g. 10 gezeigten optischen Systems mit einem anderen Spiegel-Prisma-System, F i g. 13 eine von vorn gesehene Schnittansicht eines Interferenzokulars; in welchem eine der in F i g. 10 gezeigten Anordnung ähnliche Ausführungsform der Erfindung eingebaut worden ist, F i g. 14 eine von unten gesehene, teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht des in F i g. 13 gezeigten Interferenzokulars, F i g. 15 eine im Schnitt und Aufriß gezeigte Ansicht des Interferenzokulars nach F i g. 13, F i g. 16 eine Blende eines optischen Systems einer weiteren Ausführungsform, in welcher ein Wollaston oder Doppel-Bildprisma als Zusammenführungselement verwendet wird, F i g. 17 eine schematische Darstellung des in F i g. 16 gezeigten optischen Systems mit gewissen Abwandlungen, F i g. 18 eine schematische Darstellung des in F i g. 16 gezeigten optischen Systems mit gewissen weiteren Abwandlungen und F i g. 19 eine schematische Darstellung eines optischen Systems, welches die Merkmale der in den F i g. 12 und 18 gezeigten Systeme vereinigt.
  • Die grundsätzliche Wirkungsweise der Erfindung geht am besten aus den F i g. 1 und 2 hervor, in denen eine der Hauptausführungsmöglichkeiten schematisch dargestellt ist.
  • Ein Abschnitt des optischen Systems eines üblichen Mikroskops mit erfindungsgemäß abgeändertem unterem Teil ist schematisch in F i g. 1 gezeigt. Von einer nicht gezeigten Lichtquelle herrührendes. Licht 31 wird auf einen Spalt 32 gerichtet und darauf als Bündel von parallelen Strahlen mittels eines Kondensors 34 auf eine Probe S mit einem kleinen Objekt O gerichtet. Das Objektivlinsensystem, das schematisch durch das Element 36 angedeutet ist, fokussiert Licht von der Objektebene auf die Bildebene 22; wobei das Objekt O im Prüfling S bis O' erscheint und ein Be-. zugspunkt R der Probe S bei R'. Die mittlere (Öffnung der Blende 35 begrenzt die numerische Apertur des Objektivs.
  • Der Spalt 32 ist, wie dargestellt, vorzugsweise eng. Er ist senkrecht zur Papierebene der F i g. 1 angeordnet. Das Licht, das von jedem Punkt des Spaltes ausgeht, ist zu einem Bündel von parallelen Strahlen zusammengefaßt, von denen jeder eine im wesentlichen ebene Wellenfront hat, welche die Probe beleuchtet.
  • Da Licht von jedem Punkt im Spalt 32 alle Punkte in. der Objektebene beleuchtet, kann durch irgendeinen Punkt dieser Ebene hindurchgehendes Licht mit durch irgendeinen anderen Punkt dieser Ebene hindurchgehendem Licht interferieren. Das Objekt wird also mit Licht beleuchtet, das an allen Punkten der Objektebene, im wesentlichen kohärent ist.
  • Bei bisher bekannten Interferenzmikroskopen mit Strahlenteilern wurde durch einen Strahlenteiler ein Bündel von gewöhnlich nicht kohärentem Licht in zwei komplementäre Strahlenbündel unterteilt. Diese beiden Bündel wurden über zwei getrennte Strahlengänge geleitet, wobei in einem dieser Strahlengänge eine Bezugsobjektebene und in dem anderen eine Probenobjektebene lag. Die beiden Bündel wurden dann mittels eines zweiten Strahlenteilers wieder vereinigt. Lichtstrahlen, die von einem Punkt des ersten Strahlenteilers ausgehen, werden an einem kongruenten Punkt in dem zweiten Strahlenteiler vereinigt, und da sie Wege von unterschiedlicher optischer Länge zurückgelegt haben, tritt Interferenz auf.
  • In der in F i g. 1 gezeigten Anordnung wird durch das kleine Objekt O hindurchgehendes Licht, das durch den Strahl T und die gestrichelten Strahlen T' dargestellt ist, durch das Objekt 36 auf einen Brennpunkt bei O' gerichtet. Das durch den Bezugspunkt R hindurchgehende Licht hat einen Brennpunkt im Bildpunkt R'. Wenn die optische Weglänge der Probe bei O und R verschieden ist, dann kann bei den die Bildpunkte O' und R' bildenden Lichtstrahlen, die auf Grund der kohärenten Beleuchtung der Objektebene kohärent sind, Interferenz eintreten, wenn diese Strahlen sich decken. Dies trifft für jedes Paar von beliebig ausgewählten Punkten in der Objektebene zu, wenn diese in der in F i g. 1 gezeigten Weise beleuchtet wird. Daher ist die Kongruenz oder die Punkt-für-Punkt-Übereinstimmung der Objekt- und Bezugsflächen, welche bei bekannten Interferenzmikroskopen notwendig war, bei der Erfindung nicht erforderlich. Jeder »Bezugsteil« der Objektebene kann irgendeiner ausgewählten Objektfläche überlagert werden, um ein Interferenzbild zu erzeugen, ohne daß anfängliche Strahlenteiler, aufeinander abgestimmte Kondensoren und Objektive oder eine Prädurch Einfügung der drehbaren Platte 46' in den Strahlengang 0'B erreicht werden, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Eine ähnliche Änderung der relativen Amhlituden der Strahlenbündel RA und 0'B kann man durch Einfügung fest angeordneter Polarisatoren 50 und 52 in den Strahlengängen R'A und 0'B erreichen, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist. Diese Polarisatoren haben senkrecht zueinander stehende Polarisations-Azimute, um in den beiden Strahlenbündeln senkrecht zueinander polarisiertes Licht zu übertragen, wobei die Polarisationsebenen normal bzw. parallel zur Einfallsebene des Lichtes auf die Reflexionsflächen 38 und 42 liegen, um dadurch eine elliptische Depolarisation bei der Reflexion in diesen Flächen zu vermeiden. Wenn ein drehbarer Polarisator 54 in den Strahlengang beider Strahlenbündel angeordnet wird, dann wird seine Dreheinstellung um eine im wesentlichen parallel zur optischen Achse 0'Z des Systems liegenden Achse die Amplitude des einen Strahlenbündels vergrößern und gleichzeitig die Amplitude des anderen Bündels verringern, so daß jedes Strahlenbündel im wesentlichen gesperrt werden und eine große Anzahl von Amplituden für diese beiden Strahlenbündel gewählt werden kann. Ein Sperren oder Festlegen eines Strahlenbündels gestattet eine sorgfältige Auswahl der Fläche der Probe, die durch das andere Strahlenbündel abgebildet werden soll. Wenn keine Polarisatoren vorhanden sind, kann ein ähnliches Festlegen dadurch erreicht werden, daß man eines der Bündel durch irgendein geeignetes Mittel, beispielsweise eine in den Strahlengang angeordnete (nicht dargestellte) Blende ablenkt oder behindert.
  • Obwohl beobachtbaie Interferenzerscheinungen in dem Interferometerokular gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl als auch dann auftreten, wenn polarisiertes oder nichtpolarisiertes Licht verwendet wird, so kann doch durch die Einführung von Polarisatoren 50 und 52 das Gerät zusammen mit einstellbaren Elementen verwendet werden, welche so bemessen sind, daß sie die von einem zu prüfenden Teilchen in bezug auf seine Umgebung eingeführte Phasenverzögerung quantitativ messen. können. Beispielsweise ist in dem in F i g. 7 'gezeigtn Äusführungsbeispiel ein Senarmont-Kompensator verwendet, dessen Viertelwellenplatte 56 und dessen drehbarer Analysator 58 (der ein Blatt aus einem polarisierenden transparenten Material sein kann) zwischen dem Element 42 und dem Okular 44 angeordnet ist. Dieser Kompensator, in dem die feste Viertelwellenplatte 56 unter 45° zu den senkrechten Polarisationsebenen der überlagerten Strahlenbündel geneigt ist, verwandelt diese Strahlenbündel in sich gegenläufig drehende kreisförmige liolarisierende Bündel, welche von dem drehbaren Analysator 58 analysiert werden. Der Unterschied in der winkelmäßigen Einstellung des Analysators 58 für minimale Objekthelligkeit und für minimale Umgebungshelligkeit ergibt, wenn mit Zwei multipliziert, die Größe des Gangunterschieds zwischen Objekt und seiner Umgebung.
  • Da eine genaue Wahrnehmbarkeit der Einstellungen für minimale Helligkeit für das menschliche Auge schwierig ist, können auch, was für das menschliche Auge, leichter ist, die relativen Helligkciten benachbarter Flächen für diesen Zweck verglichen werden, wenn eine Halbschattenvorrichtung 60 zwischen der Viertelwellenplatte 56 und dem Analysator 58 angeordnet wird, wie dies in F i g. 8 gezeigt ist. Die Vorrichtung 60 wird dann in der Ebene des endgültigen Objektbildes aufgestellt. Derartige Halbschattenvorrichtungen, welche, wenn bei Anordnungen von erheblicher axialer Länge eine Hilfslinse erforderlich ist, in der Brennebene dieser Hilfslinse 75 angeordnet werden, können Soliel oder Makamura-Doppelplatten sein. Beim Vorhandensein dieser Vorrichtungen können die beiden Hälften des Bildes mittels eines drehbaren Analysators gleich hell eingestellt werden. Die durch das Objekt eingeführte Verzögerung kann auf diese Weise mit größerer Genauigkeit gemessen werden.
  • F i g. 9 zeigt eine schematische Darstellung von den beiden Teilen der Bildebene ab, welche die durch das erfindungsgemäße Interferenzokular zu überlagernden Strahlenbündel O' und R' umgeben.
  • Das Reflexionssystem gemäß F i g. 2 arbeitet in sehr befriedigender Weise. Es ergibt sich dabei, daß die Anzahl der Reflexionen, denen die Bündel RA CA und OBCA der F i g. 2 unterworfen sind, um eine ungerade Zahl differiert. Wenn die Zahl der Reflexionen, denen die zu überlagernden Bündel von R' und O' ausgesetzt sind, um eine ungerade Zahl differiert, dann wird durch die geneigten Wellenfronten ein Interferenzbild mit vielen schmalen Streifen für das Licht erzeugt, welches von Punkten ausgeht, die genügend weit von der; Mittellinie des zentrierten Spaltes angeordnet sind. Glücklicherweise kann aber das Auftreten dieser schmalen Streifen vermieden werden, wenn man das Reflexionssystem so abändert, daß die Anzahl der Reflexionen der interferierenden Bündel von R' und O' um Null oder eine ganze Zahl differiert, wie dies bei den reflektierenden Flächen 38, 41a und 42b, 42 in F i g. 10 der Fall ist. Jede Reflexion kehrt die Wirkung, die. sich aus seiner Neigung der Wellenfront oder einer Abweichung derselben von einer geraden Front ergibt, um, und wenn zwei Bündel Strahlengängen folgen, die um eine ungerade Zahl von Reflexionen differieren, dann wird die Wirkung einer solchen Neigung oder Abweichung erhöht, so daß das Interferenzbild viele schmale Streifen enthalten kann. Durch eine geradzahlige Differenz in der Anzahl der Reflexionen werden jedoch die ungünstigen Auswirkungen solcher Neigungen oder Abweichungen aufgehoben, wodurch viel breitere Interferenzstreifen entstehen, deren Breite durch winkelmäßige Einstellung der Elemente 38,41 und 42 in F i g. 10 geregelt werden kann, wenn die Schlitzweite vergrößert wird.
  • In der in F i g. 10 gezeigten abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist ein anderes Element 41 zum Vereinigen der beiden Strahlenbündel vorgesehen. Das Element 41 hat eine im wesentlichen totalreflektierende oder vollversilberte Oberfläche 41 a, die so angeordnet ist, daß sie das Bezugsbündel AC entlang der Linie CD reflektiert, und eine teilweise reflektierende oder halbversilberte Oberfläche 41 b, die so angeordnet ist, daß ein Teil des Bündels CD durch die Fläche 41 b entlang der Linie DE hindurchgeht, während der übrige Teil des Bündels CD entlang der Linie DF reflektiert wird. Zuf gleichen Zeit wird das von dem Probeteilchen ausgehende Strahlenbündel BD in der Fläche 41 b gespalten, wobei ein Teil dieses Bündels durch die Fläche 41b entlang der Linie DF hindurchgeht und der übrige Teil entlang der Linie DE reflektiert wird. Wenn daher das Okular im Punkt E liegt, wird jedes Bündel zwei Reflexionen unterworfen, während bei Anordnung des Okulars in der alternativen Stellung das Bezugsbündel drei Reflexionen unterworfen ist, während das Bündel des Probeteilchens nur eine Reflexion erfährt. Der geradzahlige Unterschied in der Anzahl der Reflexionen jedes Strahlenbündels verringert also in erwünschter Weise die von kleineren Fehlern im optischen System und von der Spaltbreite verursachten ungünstigen Auswirkungen, wie dies bereits weiter oben ausgeführt wurde. Die Flächen 41 a und 41 b können in dem in F i g. 10 gezeigten zusammengesetzten Prisma 41 liegen. Sie könnten aber auch eine vollversilberte Spiegelfläche und eine halbversilberte Spiegelfläche sein, die in einem beweglichen Rahmen angeordnet sind.
  • Das Element 41 kann zur Grobeinstellung des Gangunterschiedes der beiden Bündel in Richtung BF bewegt werden, während Feineinstellungen durch Einfügung einer drehbaren transparenten Platte in den Strahlengang des Bündels RA nach Art der F i g. 3 ermöglicht werden können. Andererseits kann auch das die Bündel vereinigende Element 41 selbst drehbar angeordnet sein, wie dies in F i g. 10 gezeigt ist. Wenn das Element 41 beispielsweise um den Punkt D drehbar ist, wird eine geringe Drehung die Linie AC etwas verlängern oder verkürzen, während die anderen Teile beider optischen Wege im wesentlichen unverändert bleiben.
  • Eine besonders brauchbare Ausführungsform mit einem die Bündel vereinigenden Element, wie dem zusammengesetzten Prisma 41 ist schematisch in F i g. 10 gezeigt, in der die Bündel RV und 0'G so nahe beieinander liegen, daß das Element 41 schlecht zwischen ihnen angeordnet werden kann. Hier wird der das Bündel RV entlang JKA von den Elementen 43 und 47 reflektiert, während das Bündel 0'G entlang GHB von den Elementen 43 und 39 reflektiert wird. Bei dieser Anordnung ist genügend Raum für das Element 41 und auch für dessen Parallelverschiebung und dessen Drehbewegung zur Einstellung des Gangunterschiedes der beiden Bündel vorhanden.
  • Eine ähnliche Trennung der Strahlengänge kann durch andere Kombinationen von Spiegeln und Prismen erreicht werden, wie die Ausführungsform in F i g. 12 zeigt. Hier sind die Flächen 43 a und 43 b keine Flächen eines zentralen Prismas 43, wie dies in F i g. 11 der Fall ist, sondern sind statt dessen Teile von benachbarten, sich gegenüberliegenden Prismen 45 und 47, deren gegenüberliegende Enden reflektierende Flächen 37 und 39 bilden.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines die Anordnung nach F i g. 10 bzw. 11 verwendeten Interferenzokulars ist in den F i g. 13 bis 15 dargestellt. Ein Gehäuse 102 weist einen die Eintrittsöffnung für durch das Mikroskop hindurchgehendes Licht bildenden Ringflansch 104 auf. Hinter dem Flanseh 104 ist am Vorderende des Gehäuses 102 eine transparente Deckplatte 72 angeordnet, durch die das Licht in das Gehäuse eintritt und über feste Prismen 74, 76, 78 und 80 zunächst über getrennte Strahlengänge auf das zusammengesetzte Prisma 41 fällt. Vom Prisma 41 wird das Licht in der an Hand der F i g. 10 und 11 beschriebenen Weise überlagert und in Richtung auf das eigentliche Okular 108 reflektiert. Das zusammengesetzte Prisma 41 ist auf einem Rahmen 82 angeordnet, der um die Achse eines parallel zur Spaltlichtquelle 32 (F i g. 1) angeordneten Zapfens 86 verschwenkbar ist. Der Zapfen 86 ist drehbar in einer querverschiebbaren Konsole 114 gelagert, .die in einer Gleitführung 120 eines im Gehäuse 102 angeordneten Sockels 88 gleitet. über eine an einen Flansch 114a der Konsole 114 angreifende Schraubvorrichtung 118, 122 kann die Konsole 117 auf der Gleitführung 120 verschoben werden. Die Drehung des Prismas 41 erfolgt ebenfalls durch eine Schraubvorrichtung 116, 124, welche an einem Flanschteil 82a des Rahmens 82 angreift. Federn 128 kompensieren den toten Gang der Schraubverbindung.
  • Ausführungsbeispiele, bei denen eine andere Form von Strahlenteilern als ein die Strahlenbündel vereinigendes Element verwendet sind,. sind in den F i g. 17, 18 und 19 gezeigt. In den in diesen Figuren gezeigten Systemen besteht das die überlagerung der Bündel bewerkstelligende Element aus einem Doppelbildprisma 61, wie einem Wollaston-Prisma, das zwei entsprechend ausgerichtete Strahlenbündel AC und BD aufnimmt und sie durch Brechung zu einem Bündel PE vereinigt, das auf das nicht gezeigte Okular gerichtet ist. Der Winkel zwischen den Bündeln AC und BD ist so gewählt, daß das Doppelbildprisma diese Strahlenbündel vereinigen kann. Das Wollaston-Prisma wird ein solches Vereinigen der Strahlenbündel nur für solche Komponenten der beiden Bündel ausführen, welche in senkrecht zueinanderliegenden Ebenen polarisiert sind und welche ferner in richtiger Weise relativ zu der geneigten brechenden Innenfläche des Prismas ausgerichtet sind. Es können daher überflüssige Komponenten des Lichtes ausgeschieden werden, wenn man Polarisatoren 64 und 66 in den Strahlengängen AC und BD vorsieht, wie dies in F i g. 16 gezeigt ist. Diese Polarisatoren sind so ausgebildet und angeordnet, daß nur die gewünschten Komponenten zu dem Wollaston-Prisma 62 gelangen.
  • Andererseits werden, falls die Polarisatoren 64 und 66 weggelassen werden, die Komponenten der beiden Strahlenbündel, die nicht in die gewünschten Ebenen fallen, durch das Prisma in anderer Weise gebrochen. Sie werden daher beim Verlassen des Prismas divergieren und können dann durch eine Blende 68 blockiert werden, deren Öffnung so gewählt ist, daß nur das vereinigte Bündel PE durch sie hindurchgeht, wie dies in Fi-g. 17 gezeigt ist.
  • Falls Polarisatoren 64 und 66 an Stelle der Blende 68 verwendet werden, dann können die relativen Amplituden der beiden Strahlenbündel dadurch geändert und einander angeglichen werden, daß man einen drehbaren Polarisator 54 im Strahlengang beider Bündel vorsieht, wie dies in F i g..16 gezeigt ist. Die Drehung des Polarisators 54 wird dann die relativen Amplituden der Strahlenbündel AC und BD ändern oder gleichmachen, wie dies bereits weiter oben mit Bezug auf F i g. 5 erklärt worden ist.
  • Ein weiterer Vorteil des in F i g. 16 gezeigten Systems mit den Polarisatoren 64 und 66 besteht darin, daß die Kombination zusammen mit den Halbschattenokularelementen 75, 56, 58 und 60 verwendet werden kann, die weiter oben mit Bezug auf F i g. 8 beschrieben wurden. Die Senarmont-Kompensatorelemente 56 und 58, die in F i g. 7 gezeigt sind, können, falls erwünscht, auch ohne das Halbschattenelement 60 verwendet werden.
  • Drei verschiedene Kombinationen von Elementen, die dazu verwendet werden können, Lichtbündel in das Wollaston-Prisma 62 einzuführen, sind in den F i g. 16, 17 und 18 gezeigt. In F i .g. 16 werden zwei brechende Prismen 70 und 71 verwendet, und falls eines dieser Prismen, beispielsweise das Prisma 70, in einer normal zur optischen Achse des Systems liegenden Richtung einstellbar ist, können Feineinstellungen des Gangunterschiedes der beiden Bündel vorgenommen werden. Wenn beispielsweise das Prisma 70 aufwärts bewegt wird, dann bleiben die Brechungswinkel seiner beiden Flächen unverändert, während der von dem durch das Prisma hindurchgehenden Bündel zurückgelegte Weg vergrößert wird.
  • Wie in F i g. 17 gezeigt, kann ein Paar von in geeigneter Weise orientierten Spiegeln 77 und 79 verwendet werden, um die beiden Strahlen auf das Wollaston-Prisma 62 zu richten. Falls erwünscht, können die Spiegel die Strahlenbündel auch auf ein Prisma 78 richten, dessen Flächen so ausgebildet sind, daß sie die getrennten Lichtbündel in das Wollaston-Prisma 62 unter den erforderlichen Winkeln einführen, wie dies in F i g. 18 gezeigt ist. Dieses weitere Prisma 78 kann in einer senkrecht zur optischen Achse des Systems liegenden Ebene beweglich angeordnet sein, um den Gangunterschied der beiden Strahlenbündel einzustellen. Andere Kompensationseinrichtungen, wie die in F i g. 3 und 4 gezeigten Einrichtungen, können, falls erwünscht, mit diesen Systemen kombiniert werden.
  • Die beiden Strahlenbündel. liegen oft sehr nahe beieinander, wenn sie sich der Bildebene nähern, und es kann vorteilhaft sein, sie durch reflektierende Kombinationen, wie sie in den F i g. 11 und 12 ge= zeigt sind, zu trennen. So zeigt beispielsweise F i g. 19 eine Ausführungsform der Erfindung. mit Prismen 45 und 47 zum Trennen der beiden Bündel und ferner mit Spiegeln 77 und 79, um die Bündel nach einem einstellbaren weiteren Prisma 78 zu führen, welches sie in das Wollaston-Prisma 62 unter den gewünschten Winkeln einführt. Senkrecht angeordnete Polarisatoren 64 und 66 arbeiten zusammen, um die Bündel in der für das Wollaston-Prisma benötigten Weise zu polarisieren, . während ein einstellbarer Polärisator 54 eine Änderung ihrer Amplitude gestattet. Die durch die Phasenverzögerung des zu prüfenden Objektteilchens erzeugten Interferenzerscheinungen können durch Verwendung von Halbschatten-Okularelementen 75, 56, 58 und 16 in der weiter oben beschriebenen Weise gemessen werden. Eine Feineinstellung der Längen der Strahlengänge kann in einem der Strahlenbündel durch Drehen der transparenten Platte 46 bewirkt werden.
  • In allen weiteren Ausführungsformen wird das Grundprinzip der Überlagerung zweier getrennter Bildteile in verschiedener Weise bewirkt, so daß eine große Flexibilität in der Auswahl und für die Einstellung der optischen Elemente möglich ist. Ferner sind alle optischen Elemente des Interferometerokulars in einem einzigen Gehäuse vereint, wie beispielsweise in den F i g. 13, 14 und 15 gezeigt ist, so daß interferometrische Beobachtungen mit einem üblichen Mikroskop oder anderen optischen Geräten durch Einbau eines verhältnismäßig einfachen und billigen optischen Anbauteils vorgenommen werden können. Bei der Erfindung ist es ferner erforderlich, daß die Objektebene mit Licht beleuchtet wird, das in allen Punkten dieser Ebene kohärent ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Objektebene mit dem Beugungsbild eines' Löchleins oder des in den Zeichnungen gezeigten Spaltes oder durch die Verwendung irgendeiner anderen Quelle von kohärentem Licht, wie einem Laser, beleuchtet wird. In den in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen ist das einzige notwendigerweise außerhalb des Interferenzokulars angeordnete Element die Blende mit der vorzugsweise spaltförmigen »Lichtquelle« 32, die zweckmäßig in der ersten Brennebene der Kondensorlinse 34 angeordnet wird, wobei sich der Spalt senkrecht zur Papierebene der Figuren erstreckt und deshalb senkrecht zu den Einfallebenen der verschiedenen reflektierenden Flächen des Interferenzokulars liegt. In dem gezeigten System wird durch die Anordnung des Schlitzes 32 die notwendige kohärente Beleuchtung der ganzen Objektebene bewirkt.
  • Die Auswahl der beiden zu überlagernden Bildteile kann dadurch erleichtert werden, daß man eines der Strahlenbündel in der oben beschriebenen Weise blockiert. Wenn das Mikroskop mit einem rotierenden Objekttisch versehen ist, können der Tisch und die Probe so gedreht werden, bis eine geeignete Bildfläche gefunden ist. Falls eine Mehrzahl von Objektivlinsen vorhanden ist, kann eine Änderung der Vergrößerung oft die Auswahl der Bildfläche erleichtern. Falls es erwünscht ist, das Interferometerokular selbst für die Auswahl der Bildfläche zu verwenden, können verschiedene optische Elemente im Okular beweglich angeordnet werden. So könnten in den F i g. 2, 3, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 18 und 19 die reflektierenden Flächen 42 oder 77 in einer normal zur optischen Achse des Systems liegenden Richtung zur Einstellung beweglich angeordnet sein. Dies würde in bequemer Weise die .Auswahl der Bezugs- oder Vergleichsbildfläche gestatten, ohne dabei die Elemente zu beeinflussen, welche auf das vom Objektteilchen ausgehende Strahlenbündel einwirken.
  • Die Anwendung der erfindurigsgemäßen Interferometerokulare ist keineswegs auf Mikroskope beschränkt, denn sie können in Verbindung mit irgend-, einem optischen System angewendet werden, bei dem interferometrische Beobachtungen ausgeführt werden müssen. Beispielsweise' kann die Erfindung dazu verwendet werden, die sphärische Aberration eines Teleskops zu messen oder. die Phasendifferenz von zwei Teilen eines durch ein optisches Instrument erzeugten Bildes.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: . . 1. Interferometrisches System zur Verwendung in einem Mikroskop, in dem ein Objektiv und ein Kondensator angeordnet sind und eine mit einem engen optischen Spalt versehene Blende im Brennpunkt des Kondehsors angeordnet ist, um bei Beleuchtung des Spalts durch eine iibliclie Mikroskopbeleuchtung ein kohärentes Bündel von im wesentlichen parallel gerichtetem l,iclit von jedem Punkt im Spalt auf die Objcktchcnr und das Objektiv zu richten, d a d u r c 1i g c -kennzeichnet, daß in zwei gctrentrtrtr Strahlengängen von bilderzeugenden Li c 1i t st r; r 1 r 1 r r r Ausrichteeinrichtungen (37, 38, 39, 40, 43, 45, 47, 70, 71, 77, 78, 79) für die Licht@trtrlrlcn wrd lichtreflektierende Elemente (37, 38, 39, 42, 43, 45, 47, 77. 78, 79) angeordnet sind, wclcirc (ü,# Lichtstrahlen in beiden Strah)cngiingrn auf 1-m. richtungen (40, 41, 62) zum intcrfcrrni.liiht4rn Vereinigen der Lichtstrahlen richten. @@crhci dirm, Einrichtungen die Lichtstrahlen iicidrr Strahlcu gänge in einer einzigen Richtinn j; auf rin Okolat (44) richten; daß die lichtreflektierenden Elemente und die die Strahlenbündel vereinigenden Einrichtungen so einstellbar sind, daß sich die Anzahl der Reflexionen der Lichtstrahlen eines der Strahlengänge von der Anzahl der Reflexionen der Lichtstrahlen des anderen Strahlenganges nicht oder um eine gerade Zahl unterscheidet; und daß Einrichtungen (40, 46, 46', 50, 52, ?0) zur Änderung der optischen Weglänge des Strahlenganges einstellbar in wenigstens einem der Strahlengänge angeordnet sind, um die optische Länge des einen Strahlenganges relativ zum anderen Strahlengang zu ändern.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zur Änderung der Lichtintensität dienende Einrichtungen (48), die in einem der Strahlengänge angeordnet sind, um die Lichtintensität in diesem Strahlengang zu ändern, ohne die Lichtintensität des anderen Strahlengangs zu ändern.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen ersten Polarisator (50), der in einem der Strahlengänge angeordnet ist, und durch einen zweiten Polarisator, der im anderen Strahlengang angeordnet ist und dessen Polarisationsrichtung senkrecht zur Polarisationsrichtung des ersten Polarisators verläuft; und durch einen drehbaren Anlysator (58), der in dem Strahlengang der überlagerten Strahlen beider Flächen angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Strahlenbündel vereinigenden Einrichtungen einen teilweise übertragenden, teilweise reflektierenden Spiegel (40, 41) enthalten, der linear verschiebbar entlang dem Weg der vereinigten Strahlen angeordnet ist.
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