DE2020432C3 - Gerät zur objektiven Messung von Gangunterschieden an irotropen oder doppelbrechenden mikroskopischen Objekten - Google Patents

Description

erfüllt ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Halbschattenplatte (F i g. 7) die Form eines Quadranten erhält bei dem eine Kante vorzugsweise in Schwingungsrichtung dieser Halbschattenplatte liegt

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Halbschatten platte (Fig. S) ein Phasensteg oder eine Phasenfurche aufgebracht ist, die einen Gangunterschied von ~ /.12 erzeugt.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasensteg bzw. die Furche nur bis etwa zur Mitte der Platte (F i g. 9) aufgebracht ist.

9. Gerät nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschättenplatten in der Halterung (3) auswechselbar sind.

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur objektiven Messung von Gangunterschieden an isotropen oder doppelbrechenden mikroskopischen Objekten mittels Lichtmodulation unter Anwendung einer aus isotropem oder anisotropem Material bestehenden Halbschattenplatte mit einem Gangunterschied von vorzugsweise /./2.

Durch doppclbrechende Objekte einerseits oder so-■;c.-!?nntc Fhasenobjckte andererseits hervorgerufene Gangunterschiede werden in Polarisations- oder Interferenzmikroskopen gemessen, indem man sie im allgemeinen visuell mit Kondensatoren verschiedenster Bauart kompensiert.

Zur Erleichterung der Messung sind besondere Einrichtungen mit einer Halbschattcnplatte bekannt, mit deren Hilfe die Messung durch Einstellen einer bestimmten Interferenzfarbe oder -helligkeit in der Umgebung und anschließend im Objekt vorgenommen wird und die Beurteilung subjektiv erfolgt. Selbst bei der Anwendung der Halbschattcnplatte, bei der zunächst zwei durch die Kante der Platte getrennte Gebiete des Objektes und anschließend der Umgebung des Objektes auf die gleiche Helligkeit abgeglichen werden, treten Unsicherheiten auf. die auf physiologische Eigenarten des Auges zurückzuführen sind.

Um die Meßgenauigkeit und -geschwindigkeit zu steigern sowie die physische Belastung des Messenden zu verringern, wurden Einrichtungen mit objektiven Meßmethoden eingeführt. Es sind derartige Einrichtungen bekanntgeworden, die jedoch nur für Polari· sationsmikioskope und für auf polarisationsoptischei Grundlage arbeitende Interferenzmikroskope ein setzbar sind.

Eine dieser Einrichtungen verwendet als Modula tionselcment einen rotierenden Polarisator, anden verwenden eineil Kristall, bei dem die Polarisations richtung unter Einfluß einer Hochspannung veränder wird. Das erstere Gerät hat keine hohe Arbeitsge schwindigkeit, da sich die Drehzahl des Polarisator nur mit großem, nicht vertretbarem Aufwand übe ein bestimmtes Maß erhöhen läßt, das andere Gerii ist wegen der notwendigen hochgespannten Wechsel spannung elektrisch sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unte Vermeidung vorgenannter Mangel ein möglichst cir

ein Teil der Halbschattenplatte die Form eines Quadranten erhält, bei dem eine der b»·^" '»** ver laufenden Kanten vorzugsweise in der Halbschattenplatte liegt.

Damit die Anwendung auch ι
phakoverfahren (ein
ren, welches vom Pl
worden ist) möglich ist, —
schattenplatte als Phasenfurche oder -steg

f,rhes sich der Lichtmodulation bedienendes und ί Minimum an optischen Bauteilen enthaltendes GeVät für doppelbrechende Objekte und Phasenhipkte zu schaffen, welches einen maximalen Wir SSrad bei hoher Arbeitsgeschwindiakek aufweist 5 ind-das Licht derart moduliert, daß die davon abge-Steten Meßwerte nahezu unabhängig von der Größe es Lichtstromes sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gc- schattenplatte als Phasenfurche ocl^r i-_st daß die Halbschattenplatte in einer im mikro- io Gangunierschied von ~/. - J"⁵= skopischen Strahlengang vor einem Anahsator bzw. bei die Breite B die Bedingung vor einem Interferometer gelegenen Zwischenbild- y

ebene schwingfähig angeordnet ist, daß Mittel zur
Schwiriiiungserregung so vorgesehen sind, daß die
HaIb^hauenplatte in ihrer Ebene unter einem Winkel ,₅
von vorzugsweise 90° zu einer der Trennlinien der
Plattenbereiche schwingen kann, daß diese Trennm Ruhelage des Schwingsystems in eine quadrac Blende so abgebildet wird, daß durch diese die mit λ g
.vnfläche in zwei gleich große Rechtecke geteilt *o I« der Breite der im

,„d daß sich hinter der Blende em lichtelek- feromeier gelegenen l'-: Empfänger befindet, dessen Wech-elsignal Hlb

en, Verstärker zugeleitet, verstärkt ;r.J nach

e hnchtung durch einen phasenen.pnndl.chcn Die für das ^

ei.l.richter durch eine Meßeinrichtung angezeigt *₅ natürlichen Licht e. »ach Verstärkung durch einen Verstärker einem gibt sich, wenn d.e \U„,or zugeleitet wird, der einen Kompensator
_MT Weise betätigt, daß die Wechsels,,,., ver-

abgeleitet Halb

β -

erfüllen muß. worin / einen

der Abbil-

_dunj,_slreue darstellt und <1 sein muß, k - d

mit λ gleich der mittleren

feromeier gelegenen ^'^
weite des die Halbschattenplattc

ist.

Die für das

ng des Lichtes, rlanre ^^

Svstcms

im er-

gibt sich,

bis etwa zur Mitte der

W -osk

_{G tandes der} Erf.n-Gey. r ^

d«r^ _f„_{r Ji} ^

_{Aufbau cines} Polar.sumit der F.inrichtung

^'^_endbarkclI des

;^^ΐ^, ist cyor-

Messung doppelbrechender Objekte in einem 30 teilhaft, wenn die Halbschattenplatten in der HaIu-,sationsmikroskop, isotroper Objekte im polar,- rung austauschbar sinü -optischen Shearing-Interferometer und zur Aus uhn.ngsbc.sp.de

4 von isotropen Objekten m Interferenz- dung sind mder ^ skopcn mit natürlichem Licht ist es vorteilhaft. Fig. 1 einen

die Halbschattenplatte aus zwei mit einer gc- 35 schattenplatte. _raj,n Trennlinie zusammenstoßenden Hälften be- .^Ρι?:,-^. ' stel·, von denen die eine Hälfte aus isotropem, die uonsm.kroskopes

andere aus doppelbrechendcm Material mit einem nach F- ig, _verschicdcnc Ausführungsformen für Gai-unterschied von vorzugsweise /2 besteht und I 1 l. η'S

du- kristallographischen Vorzugsnchtungen des dop- ₄o die HalhschaU np^te^ ^ ^^ _χ ^ ₂

pclbrechenden Plattenteiles unter einem Winke, von ^ ^Hat^^s J"^ f _einem Rahmen 3 befestigt und

4S _ZUr Trennlinie der Plattente.le hegen. st gemab r- 1 im e _{f dcr} Platte

⁴- ,-.ine bevorzugte Ausführungsforn. zur Messung ^"J^™*^^^** 3 ist an einem doppelbrechender Objekte ergibt sich, wenn cmc der ausg^^wtchselt ™"_{4 befcstiEt An} dem anderen HL aus anisotropem Material bestehenden Platten- 45 Ende ^c^ ^^,^,ne ^Schwingspule 5 angehälften einen Gangunterschied von -„'■£·.?"■ "t f it 7

andere Hälfte einen von - ■- /.'4 hat und d.e beiden doppelbrechcnden Kompensatorteile so angeordnet sind daß deren kristallographischen Vorzugsnchtuni Wikl on 45 zur Trennl.n.e de

^ ^^,^,ne Schwingp g

.",t, _di,fi„ den Ringspalt 6 eines Ringmagneten 7 d.e m den K ig P ^ ^^ ^^

t.luc^ht ^Meie ^feR_{attfedern 8 befestigt, während d.e andei pag^kr BJJtUc _{j HUrm 9}

gen unter einem Winkei von 45 zur Trennlinie der 50 anderen beiden Hälften liegen. ■ - ..

Um den durch den Polarisator verursachten Lichtverlust bei der Messung mit Interferometern, die mit natürlichem Licht arbeiten, zu vermeiden, läßt man den Polarisator fort und verwendet an Stelle von doppelbrcchendem Material eine aus isotropem Matrial bestehende Halbschattenplattc. hei der eine Hälfte mit einem einen Gangunterschied von ^- ^: 2 verursachenden Belag versehen ist.

Die gleiche Wirkung läßt sich erzielen, wenn die ^r> Dicken und Brechzahlen beider Plattenhälften so abgestimmt sind, daß die optischen Wege sich um ^ '/. 2 unterscheiden.

Im Shearing-Verfahren mit natürlichem Licht muß

die Trennlinie der ' ¹^ '" "^"ii^iist

senkrecht zur
meters verlaufen.
Gründen nicht möglich

_HaU(?arm ^^^ ^_n ^ _ringförmi

10 ' des Magneten 7 geschraubt ist. Die »« ^ "^ _{<md mög!ichst} leicht gebaut

ei e_ . .*· ' ν ' *_{nwin fähil},es System, dessen Eigen-η b.We.u«l 1 ^- ^ _{daß s},_{c ügend wcit}

_s^_vineunessvstem erregenden Frequenz ^^Sch«mgi g _Abhängigkeit von

hegt. Dadurch ^ Schwingungsgcncrators

Vi T₇VJh d^r über die I eilung 12 und einen Masse'' it der Schwinespule's in Verbindung steht. OjKrS eh | _{dc Stmm b},_wirkl

Auslenkung des S> s.ems ^_d^ _lin ^b _ks. _so daß die 1 !«Ibschatte.i-_{2 dcr FrcqucnZ} des Seluvmaungsgenoutors ,t utr η _{: :}._t

anse Du de

man monochromatische Beleuchtung voraussetzen, Größe des Kompensationsweges kann durch gecig-

die jedoch keine Bedingung für das Arbeiten mit nete Zusatzeinheiten registriert werden. Auf diese

dieser Einrichtung ist. Weise können zeitliche Änderungen oder in Verbin-

In dieser Fig. 2 stellt 13 den Polarisator. 14 den dung mit Scanning-Tischen örtliche Änderungen des

Kondensor, 15 das Objekt, 16 ein Objektiv, 17 einen 5 Gangunterschiedes rasch und mit großer Genauigkeit

Solei-Babinet-Kompensator, 1, 2 die Halbschatten- registriert werden.

platte, 4, 5 und 7 die Teile zur Bewegung der Halb- Im Polarisationsmikroskop wirkt die Halbschattenschattenplatte, 18 den Analysator, 19 das Okular platte mit einer isotropen Hälfte 1 und mit einer (Fotookular, Projektiv), 20 eine quadratische Blende doppelbrechenden Hälfte 2 gemäß Fig. 3 derart, mit einer dem kleinsten erfaßbaren Objektdetail an- io daß die isotrope Hälfte den Gangunterschied im Mipaßbaren Kantenlänge und 21 einen fotoelektrischen kroskop nicht beeinflußt, die andere Hälfte überlagert Empfänger dar. ihren Gangunterschied von + A/2 dem des Kompen-

Das Objektiv 16 entwirft vom Objekt 15 in der sators. Befindet sich das Gerät in Dunkelstellung, so

Ebene der schwingenden Halbschattenplatte 1, 2 ein bleibt die Hälfte 1 dunkel, die Hälfte 2 wird hell.

Zwischenbild, das vom Okular 19 in die Ebene der 15 Überlagert man mit dem Kompensator 17 dem Gerät

Blende 20 abgebildet wird. Der Kompensator 17 ist einen Gangunterschied von — A/4, so ergibt sich in

zunächst so eingestellt, daß eine Hälfte 1 der Halb- der Gesamtwirkung für die Hälfte 1 der Platte ein

schattenplatte dunkel, die andere 2 heu erscheint. Ganguntcrschied von /74, die Hälfte 2 bekommt

In der Grundeinstellung liegt das Bild der Trennlinie einen solchen von A/2 A/4 = A/4. Damit erscheinen

22 zwischen den Plattenteilen in der Mitte der Blen- 20 beide Hälften in der gleichen Helligkeit, und am Ver-

denöffnung 20. stärker 23 liegt kein Signal vor. Wird ein Objekt mit

Durch eine im Schwingungsgenerator 11 erzeugte einem Gangunterschied von A/8 in den Strahlengang Wechselspannung wird die Platte 1, 2 in ihrer Ebene gebracht, so wird dieser dem schon vorhandenen in Schwingungen versetzt und dabei so ausgelenkt, überlagert, so daß die Hälfte 1 einen Gangunterdaß in den Extremstellungen das Bild der Trennlinie 25 schied von - A/8 und die Hälfte einen solchen von 22 der Halbschattenplatte 1, 2 gerade etwas über die 3/8 A aufweist. Um wieder den Null-Abgleich zu beRänder der Blende 20 hinausschwingt. Die hierzu er- kommen, muß der Kompensator um — A/8 verstellt forderliche Amplitude der Halbschattenplatte beträgt werden (Hälfte 1: Gangunterschied A/8 - A/8 dabei etwa 0,1 mm. Die Folge dieser Schwingungen /. 4; Hälfte 2: Gangunterschied 3/8 A--//8 = A/4. ist, daß in einer Extremstellung der Platte die Blen- 30 Hieraus ist gleichzeitig der Meßvorgang, der bei Interdenöffnung voll von dem dunklen Teil der Platte ferometern in gleicher Weise abläuft, zu erkennen, überdeckt ist. während in der anderen Stellung die Bei polarisationsoptischen Shearing-Interferome-Blendenöffnung voll von deren hellen Teil überdeckt tern wird den beiden interferierenden Komponenten, ist. Dadurch kann einmal, abgesehen vom Streuanteil, die innerhalb des Interferometers senkrecht zueinkein Licht, im anderen Fall alles Licht auf den Emp- 35 ander polarisiert sind, von der Hälfte 1 kein Gangfänger 21 gelangen, so daß eine Wechselspannung unterschied und von der Hälfte 2 ein Gangunterentsteht, die eine bestimmte Phasenlage gegenüber schied von A<2 überlagert.

der die Halbschattenplatte erregenden Wechsel- Da die beiden Komponenten hierbei räumlich gespannung des Schwingungsgenerators 11 hat. Diese trennt verlaufen, ist nur zu beachten, daß die Trenn-Spannung wird nunmehr einem Verstärker 23 züge- 40 linie 22 der Halbschattenplatte 1, 2 in Richtung der führt. Verstellt man den Kompensator 17 so, daß die Aufspaltung liegt und die polarisationsoptischen dunkle Seite der Halbschattenplatte 1, 2 heller, die Schwingungsrichtungen der Halbschattenplatte 1. 2 helle Seite dunkler wird, so sind nach einer Verstel- mit denen des Interferometers zusammenfallen,
lung um A/4 beide Seiten der Platte gleich hell, und Soll die obenstehende Platte 1, 2 für Shearineam Eingang zum Verstärker 23 ist dann keine Wech- 45 Interferometer, die mit natürlichem Licht arbeiten. selspannung mehr vorhanden. Würde man den Korn- eingesetzt werden, so darf die Phasendifferenz nicht pensator 17 weiter verstellen, so entstünde wieder durch Doppelbrechung hervorgerufen werden, soneine Wechselspannung, die in der Phase gegenüber dem muß allein aus dem Produkt η · d der beiden der ersten um einen Winkel von 180" verschoben ist. Platten resultieren, wobei /1 die Brechzahl und d die

Da das Auslöschen der Wechselspannung ein von 5° Dicke der jeweiligen Plattenhälfte ist.

vielen Parametern der Einrichtung unabhängiges Kri- Macht man die Dicken beider Plattenhälften gleich

terium ist, wird es als Einstellkriterium bei der Korn- und die Brechzahl der isotropen Hälfte gleich einer

pensation von Phasendrehungen verwendet. der beiden der doppelbrechenden Hälfte, so ergibt

Führt man das vom Verstärker 25 verstärkte Signal sich bei geeigneter Stellung eines zusätzlich in den zusammen mit dem vom Schwingungsgenerator 11 55 Strahlengang gebrachten Polarisators ein Gangunterkommenden Signal dem phasenabhängigen Gleich- schied von A 2. Dies tritt ein, wenn die Schwingungsrichter 24 zu, so kann an dessen Ausgang ein Signal richtung dieses Polarisators senkrecht zu der Schwingewonnen werden, das mit einem Meßinstrument 25 gungsrichtung steht, in der die doppelbrechende Platangezeigt oder registriert wird und somit die Rieh tenhälfte die zur isotropen Hälfte abgestimmte Brechtung und die Größe der Abweichung von der rieh- öo zahl hat.

tigen Kompcnsationseinstellung angibt. Diese Anzeige Da der Gangunterschied nach den Prinzipien des

kann bei vielen Messungen zur raschen Ermittlung Shearing-Verfahrens nur wirksam wird, wenn, durch

des Gangunterschiedes herangezogen werden. die Aufspaltung bedingt, sich Stellen mit unterschied-

Führt man nunmehr das Signal vom Verstärker 23 licher optischer Weglänge überlagern, so darf die

zusammen mit dem Erregersignal des Schwingungs- 65 Trennlinie 22 nicht in Richtung der Aufspaltung

generators 11 einem Stellmotor 26 zu, der den Korn- liegen. Daraus resultiert, daß die Trennlinie der HaIb-

pensator 17 betätigt, so kann fortlaufend ein automa- schattenplatte in mit natürlichem Licht arbeitenden

tischer Abgleich des Gangunterschiedes erfolgen. Die Interferometern. um einen Winkel von ~9()° zur

AufspaHun_gsrichtung gedreht liegen ™, Bei Ajwcndung eines Polar tritt in d.es m ι a

L.chtverlust cin dcrdu rch^«. au^di^ fc^J bezogenen ,uisfunrungstormen a.r η

'g 4 die isotrope^Hälfte der Platte tuning £ΑΪ^

_vorteilhaft, _cini:n Plattenteil gemäß F i g. 7 in Form ^ _Quadranten ^^.., _{bei dem} eine Kante

_in der Aufspaltungsrichtung des Interferometers und die andere in der Schwingungsrichtung der P.atte

des

Nullstellung des p

polansat.omoptische Shearing

Ä£5 Ji^^Ä

^ _(ende

t;„i;t, isotropen Objekten mi, .nterferometern die mit naturlichem Licht arbeiten, ist es vorteilhafLdie Platte 12 aus «inen,[^%^% Anteiles denselben Gesetzen wie die Große der _objcktt. _{Der dne} Teil der Platte muß daher gemäß FI ί β als Phasenfurche .«ier -s.eg ,«,k,e_ine„ _sei„, ""» ^Brei" <*' Bedingung B - _m erTÜUt, w„r,„ _{k =} ²_.:l_{t Λ die} mittlere Wellenlänge, ,IR die Breite „„ _imInlerf_e,„_me,,r gelegenen Ringblende, f die

f3äÄeS t^„fdr^rm£_n und s_Pa,_Uörmige„ _Aus-

Dicken und Brechzahlen so abgestmmtsmd^ab el _führungsfo^ _{ergibt sich} ^ _{für das Iflter}p_hako-

Bedmgung ^-D JiIj^ _{der Hälfte} j _{a5 mikroskop} optimale Form der Halbschattenplatte, die

worin rf, die Dicke, n. ^ ""i" _d Hälfte 2 gleich gut sowohl für das Inteφhasenkontrast- als

^₂ und /i. die entsprechenden Großen der Haute ζ g^ ^g ^ Shearing-Verfahren anwendbar ist, wenn

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gerät zur objektiven Messung von Gangunterschieden an isotropen oder doppelbrechenden mikroskopischen Objekten mittels Lichtmodulation unter Anwendung einer aus isotropem oder anisotropem Material bestehenden Halbschattenplatte mit einem Gangunterschied von vorzugsweise λ/2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschattenplatte (1, 2) in einer im mikroskopischen Strahlengang vor einem Analysator (18) bzw. vor einem Interferometer gelegenen Zwischenbildebene schwingfähig angeordnet ist. daß Mittel zur Schwingungserregung (4, 5, 7, 11) so vorgesehen sind, daß die Halhschattenplatte in ihrer Ebene unter einem Winkel von vorzugsweise ⁽»O zu einer der Trennlinien der Plattcnbei eiche {!. 2) schwingen kann, daß dies_v Tiennlinie in Ruhelage des Schwingungssystems in eine quadratische Blende (20) so abgebildet wird, daß durch diese die Blendenflache in zwei gleich große Rechtecke geteilt wird und daß sich hinter der Blende ein lichtelektrischer Empfänger befindet, dessen Wechselsignale einem Verstärker (23) zugeleitet. \erstarkt und nuih Gleichrichtung durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter (24) durch eine Meßeinrichtung (25) angezeigt oder nach Verstärkung durch einen Verstärker (23) einem Servomotor (26) zugeleitet werden, der einen Kompensator (17) in der Weise betätig!, daß die Wuthselsignale verschwinden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschattenplatte (Fig. 3) aus zwei mit einer geraden Trennlinie (22) zusammenstoßendcn Hälften (1, 2) besteht, von denen die eine aus isotropem, die andere aus doppelbrechendem Material mit einem Gangunterschied von vorzugsweise /. 2 besteht und die kristallographischen Vorzugsrichtungen des doppe!- brechenden Plattenteiles unter einem Winkel von 45 zur Trennlinie (22) der Plattenteile liegen.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschattenplatte (F i g. 4) aus zwei mit einer geraden Trennlinie (22) zusammenstoßenden Hälften (1, 2) aus anisotropem Material besteht, von denen die eine einen Gangunterschied von ~ — /4, die andere einen von ~ f λ/Α aufweist und die kristallographischcn Vorzugsrichtungen beider doppelbrechender Kompensatorteile (17) so angeordnet sind, daß diese unter einem Winkel von 45° zur Trennlinie beider Hälften der Halbschattenplattc liegen.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschattenplatte (F i g. 5) aus einem isotropen Träger besteht, dessen eine Hälfte mit einem einen Gangunterschied von ~ /2 verursachenden Belag verschen ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschattenplatte (F i g. 6) aus So zwei mit einer geraden Trennlinie (22) zusammenstoßenden isotropen Hälften besteht, deren Dikken (Cl₁) und (d.,) sowie Brechzahlen (/I₁) und (ru) so abgestimmt sind, daß die Bedingung

65 (I₂-(H₂ - 1) - </,·(«, 1) ~ λ/2