DE2025509B2 - Interferenzmikroskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein interferenzmikroskop der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Bei einem Phasenkontrastmikroskop wird die Abbildung einer in oder in der Nähe der vorderen Brennebene des Kondensors angeordneten Aperturblende auf einer die Phase ändernden Platte in oder in der Nähe der hinteren Brennebene des Mikroskopobjektivs erzeugt. Das von dem durchlässigen Bereich der Kondensorlinse ankommende Lichtbündel wird teilweise durch das zu untersuchende Objekt gebeugt. Das gebeugte Licht verläuft nicht durch die Phasenplatte, sondern durch den übrigen Teil der Pupille des Mikroskopobjektivs.

Der durch den durchlässigen Bereich der Kondensorlinse festgelegte Pupillenbereich wird »konjugiertes Gebiet« genannt, während der übrige Teil dieses Pupillenbereichs als »komplementäres Gebiet« bezeichnet wird. Das konjugierte Gebiet ist durch die Phasenplatte bedeckt, welche die Phase des direkten (nicht gebeugten) Lichtes um +90° (positive Phasenplatte) bzw. -90° (negative Phasenplatte) dreht. Durch eine solche Phasenänderung können Kontrastbilder von sonst nicht sichtbaren Phasenobjekten (d. h., nur eine Phasenverschiebung ohne jede Amplitudenmodulation) im Gesichtsfeld des Mikroskops erhalten werden. Das Phasenkontrastbild wird durch die Interferenz des direkten und des gebeugten Lichtbündels erzeugt. Da das gebeugte Lichtbündel nur eine geringe Intensität hat, besteht ein großer Amplitudenunterschied zwischen den beiden interferierenden Bündeln. Um trotzdem ihre Interferenz zu ermöglichen, wird die Lichtstärke des direkten Lichtbündels verringert, indem die Phasenplatte mit einer dünnen Absorptionsschicht überzogen wird.

Die Phasenplatte hat üblicherweise Ringform. Dementsprechend besteht die mit dem Phasenring konjugierte Kondensorblende aus einem durchlässigen Ring oder einer ringförmigen öffnung. Die durch den Kondensor und das Objektiv erzeugte Abbildung dieser öffnung muß mit dem Phasenring zusammenfallen. Die üblichen Phasenkontrastmikroskope arbeiten mit Objektiven, deren Phasenring eine Phasenverschiebung von +90° oder —90° sowie eine bestimmte Lichtabsorption (üblicherweise 75... 90%) haben.

Ein solcher Phasenring eigent sich jedoch nur zur Beobachtung von Phasenobjekten, die eine sehr kleine Phasenverschiebung des Lichtes hervorrufen. Für stark

beugende und schwach absorbierende Phasenobjekte Differentialinterferenzen zum Phasenkontrast übergesollten Phasenringe mit anderen Werten für die hen, wobei sich jedoch kein echter variabler Phasenkon-Phasenverschiebung und die Lichtabsorption eingesetzt trast, sondern nur ein Interferenzkontrast ergibt. Ein werden. solcher echter Phasenkontrast erfordert nämlich eine

Die mit Mikroskopen zu untersuchenden, insbesonde- 5 Teilung des gebeugten und des ungebeugten Liclit-

re biologischen Objekte haben sehr unterschiedliche Strahls, während bei der Vorrichtung nach der DT-OS

Eigenschaften. Deshalb reicht im allgemeinen eine das aus dem Objektiv austretende Lichtbündel so

einzige Phasenplatte mit bestimmter Phasenverschie- verdoppelt wird, daß sich in einem Teil nur ungebeugtes

bung und konstanter Lichtabsorption nicht aus, um die Licht und im /weiten Teil sowohl gebeugtes als auch

verschiedenen auftretenden Objekte zu untersuchen. 10 ungebeugtes Licht befinden. Es liegt also in diesen

Um für die verschiedenen, mit dem Phasenkontrast- beiden Lichtstrahlen eine Mischung aus Phasenkontrast

verfahren zu untersuchenden Objekte einen optimalen und Interferenzkontrast vor. Ein echter, variabler

Bildkontrast und gute Sichtbarkeit zu erhalten, sollte Phasenkontrast kann mit der bekannten Vorrichtung

eine Phasenplatte mit variabler Phasenverschiebung nicht erreicht werden,

und variabler Lichtabsorption verwendet werden. 15 Schließlich ist aus der Druckschrift C. Zeiss

Es sind deshalb Mikroskope entwickelt worden, bei 40-560/1-d bzw. S VIII/65 NTo ein Interferenzmikro-

denen sich die Phase und/oder die Amplitude des skop der angegebenen Gattung bekannt, bei dem am

ungebeugten Lichtstrahls im Verhältnis zum gebeugten einmal eingestellten Objekt das Phasenkontrastverfah-

Lichtstrahl kontinuierlich verändern läßt. Diese Geräte ren angewandt werden kann. Dazu kann an dieses

haben jedoch nur begrenzte praktische Anwendung 20 Interferenzmikroskop eine Phasenkontrasteinrichtung

gefunden, weil ihre Herstellung sehr aufwendig und angeschlossen werden, wobei jedoch der zur Interfe-

damit kostspielig ist. renzbeobachtung dienende Kondensator herausgenom-

Trotz dieser Einschränkung werden Phasenmikrosko- men und durch einen anderen Kondensator für die

pe häufig eingesetzt, da sie eine hohe Empfindlichkeit Phasenkontrast-Beobachtung ersetzt werden und die

für die Beobachtung von sehr geringen Unterschieden 25 Objektive für die Interferenz-Beobachtung herausge-

der optischen Wellenlängen (weniger als 0,2 der nommen und durch andere Objektive mit Phasenringen

Wellenlänge) haben und die Abbildung eine Lichtvertei- ersetzt werden müssen. Ein solcher Betriebsartwechsel

lung aufweist, die bei kleinen Objekten mit den ist zwar ohne große Zerlegung des Interferenzmikro-

Unterschieden der optischen Dicke des Objektes skops möglich, erfordert jedoch mehrere Handgriffe

übereinstimmt. 30 und insbesondere zusätzlich anzubringe Teile.

Da das Phasenkontrastverfahren auf der Phasenmo- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

dulation des direkten Lichtes ohne Veränderung des ein Interferenzmikroskop der angegebenen Gattung zu

durch das Objekt gebeugten Lichtes beruht, müssen schaffen, das nach dem einfachen Austausch bestimmter,

diese beiden Lichtbündel sehr exakt voneinander bereits eingebauter Bauteile auch für das echte

getrennt werden. Dies ist jedoch nicht möglich, wenn 35 Phasenkontrastverfahren eingesetzt werden kann,

das zu beobachtende Objekt zu groß ist, da in diesem Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

Fall das gebeugte und das direkte Licht so nahe kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen

beieinanderliegen und sich »mischen«, daß ihre Tren- Merkmale gelöst,

nung nicht mehr möglich ist. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen

In diesen Fällen muß deshalb mit einem Interferenz- 40 insbesondere darauf, daß der Interferenzpolarisator

mikroskop gearbeitet werden, mit dem sowohl große als sowohl als Strahlenteiler als auch als Strahlenvereiniger

auch kleine Phasenobjekte untersucht werden können. verwendet wird. Dadurch kann der Lichtstrahl im

Solche Objekte können unabhängig von ihrer Form und Verhältnis 1:1 in zwei Teilstrahlen aufgespalten

Größe abgebildet werden. Darüber hinaus kann mit werden, ohne daß Energieverluste durch Absorption

Hilfe des Interferenzmikroskops der Unterschied der 45 auftreten, wie es bei üblichen Strahlenteilern der Fall ist,

optischen Weglängen zwischen dem Objekt und dem die mit einer teilweise durchlässigen Spiegelschicht

umgebenden Medium gemessen werden. arbeiten; außerdem sind die geteilten Lichtstrahlen

Es sind verschiedene Interferenzmikroskop-Typen linear polarisiert, und zwar in zueinander senkrechten

entwickelt worden, von denen hier nur das Interferenz- Ebenen. Solche Lichtbündel sind zur Realisierung eines

system nach Michelson und Mach-Zehnder genannt 50 variablen, echten Phasenkontrastes erforderlich, also

werden sollen. zur Änderung der Phase und der Amplitude des direkten

Auch solche Interferenzmikroskope haben jedoch Lichtstrahls. Die durch einen einfachen, halbdurchlässi-

bestimmte Nachteile; dazu gehört insbesondere, daß sie gen Spiegel erzeugten Teilstrahlen haben diese

im allgemeinen weniger empfindlich sind als Phasen- Eigenschaften nicht, so daß sie nicht für das Phasenkon-

kontrastmikroskope. Außerdem kann man mit Phasen- 55 trastverfahren eingesetzt werden können,

kontrastmikroskopen Unterschiede in der optischen Außerdem müssen nur einige Teiäe, im wesentlichen

Weglänge von bis zu 5 A beobachten, während mit die Blenden, verschoben werden, um bedarfsweise

einem Interferenzmikroskop nur Unterschiede von entweder ein Interferenzmikroskop mit variabler

mehr als 10 A gemessen werden können. Aufteilung der Abbildung oder ein Mikroskop zu

Es sind deshalb Systeme entwickelt worden, die, 60 erhalten, das mit echtem, variablem Phasenkontrast

soweit möglich, die Vorteile sowohl des Phasenkon- arbeitet. Und schließlich kann durch die Verwendung

trastmikroskops als auch des Interferenzmikroskops von Linearpolarisatoren und λ/4-Platten die Phasenver-

nutzen können. Schiebung sowie die Amplitude der Teilstrahlen

So ist beispielsweise aus der DT-OS 14 47 212 eine unabhängig voneinander variiert werden.

Vorrichtung bekannt, die von einem Mach-Zehnder-In- 65 Da Kondensor und Objektiv sowohl zur Interferenz-

terferometer ausgeht. Durch Umstellung zweier Bautei- als auch zur Phasenkontrast-Beobachtung eingesetzt

Ie, nämlich der Spalt- oder Ringblende und der werden können, muß für den Übergang von der

Keilkombination kann man bei dieser Vorrichtung von Interferenz-Mikroskopie zu der Phasenkontrast-Mi-

kroskopie nur von der Spaltblende auf die Ringblende umgeschaltet werden. Diese Blenden können in einer Drehscheibe angeordnet werden, so daß diese Umschaltung einfach durch eine Drehung der Drehscheibe erfolgen kann. Im Gegensatz hierzu ist bei dem Interferenzmikroskop nach der Druckschrift von C. Zeiss für jedes Objektiv ein anderer Kondensor vorgesehen, die einander sehr exakt angepaßt werden müssen, weil sich sowohl an die Stirnlinsen des Kondensors als auch an die des Objektivs doppelbrechende Platten anschließen, deren optische Achsen in bezug aufeinander sehr exakt ausgerichtet sein müssen. Bei dem bekannten Interferenzmikroskop müssen also als Objektiv bzw. Kondensor sehr spezielle optische Systeme eingesetzt werden. Im Gegensatz hierzu _I$ können bei dem Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung die üblichen Kondensoren und Objektive verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die sehematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des optischen Systems eines Mikroskops nach der Erfindung für die Beobachtung von durchlässigen Objekten sowohl mit dem echten variablen Phasenkontrastverfahren als auch mit dem Zweistrahl-Interferenzverfahren mit kontinuierlich veränderbarer Bildaufspaltung und

F i g. 2 einen Teil der Darstellung von F i g. 1, in dem das Prinzip der Trennung des direkten und des gebeugten Lichtbündels für den Fall des Variabel-Phasenkontrastverfahrens genauer gezeigt ist.

Die Hauptbestandteile des in Fig. 1 dargestellten optischen Systems sind: ein Interferenzpolarisator 13 als Teilungs- und Vereinigungelement für die Lichtbündel, zwei Viertelwellenlängenplatten 17 und 22, eine Blende 18 mit durchlässiger Ringöffnung 19, welche dicht am oder auf dem Spiegel 20 angeordnet ist, eine zweite Blende 23 mit einem lichtabsorbierenden Ring 24, zwei Spiegel 20 und 25, ein aus einer Viertelwellenlängenplat- ^₀ te 27 und einem Linearpolarisator 28 bestehender S6narmont-Kompensator, eine Kondensorblende 6 mit durchlässigem Ring 7 oder eine mit dieser austauschbaren Blende 41 mit durchlässigem Spalt 42, und ein Linearpolarisator 5. Eine Niederspannungs-Glühbirne 1 _4J oder eine andere Lichtquelle, ein Kollektor 2, eine Feldblendc 3, ein Spiegel 4, ein Kondensor 8, ein Objektiv 10, ein Reflex-Prisma 30 und ein Okular 31 sind Bestandteile wie bei üblichen Mikroskopen. Die Linsen 12 und 29 sind zusätzlich vorgesehen, um das lnterferometersystem mit dem Objektiv- und Okularkopf eines gewöhnlichen Mikroskops zu verbinden. Die Linse 12 bildet die Kondensoröffnung 7 in den Ebenen der Spiegel 20 und 25 ab. Die andere Hilfslinse 29 korrigiert die Länge des durch die Linse 12 geänderten Mikroskoptubus. Der Interferenzpolarisator 13 besteht aus zwei rechtwinkligen Prismen 15 und 15, auf deren Hypotenusenflachen mittels Vakuumaufdampfung ein Vielfachschichtsystem von dünnen, dielektrischen Schichten 16 von aufeinanderfolgend hohem und niedrigem Brechungsindex aufgebracht 1st. Dieser Interferenzpolarisator ist entsprechend einem Verfahren von M. B a η η i η g ausgeführt.

Die Viertelwcllcnlangenplatten 17,22 und 27 sind aus doppelbrechcndcm Stoff ausgeführt, derart, daß sie einen Wegelängenuntcrschied zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl gleich einer Viertelwellenlänge des verwendeten Lichts geben. Die Linearpolarisatoren 5 und 28 sind z. B. übliche Polarisationsfolien.

Anstelle der positiven Linse 12 läßt sich eine negative Linse vorsehen. Diese Linse bildet das geometrische Bild des untersuchten Objekts ins Unendliche ab. Somit laufen parallele Bildbündel durch die beiden Zweige des lnterferometersystems. Diese Bündel werden durch eine weitere Hilfslinse in den vorderen Brennpunkt des Okulars 31 konvergiert, wobei ihre Interferenz das Objekt 9 in der Form von zwei identischen, mehr oder weniger aufgespaltenen Bildern sichtbar macht.

Der wesentliche Vorteil des in F i g. 1 dargestellten Systems besteht in einer einfacheren Konstruktion und Bedienung des Geräts. Für Objektive von verschiedenen Vergrößerungen liegt die hintere Brennebene 11, in welcher die Kondensorblende abgebildet wird, auf verschiedenen Tiefen. Um das Bild des durchlässigen Rings 7 in eine Koinzidenz mit den konjugierten Flächen der Spiegel 20 und 25 des in F i g. 1 dargestellten Systems zu bringen, muß die Hilfslinse 12 parallel zur Objektivachse verschoben werden oder, wenn das Objektiv durch ein anderes ersetzt wird, muß sie durch eine andere Hilfslinse von anderer Brennweite ersetzt werden. Um also eine unveränderte Tubuslänge aufrechtzuerhalten, sollte die zweite Hilfslinse 29 entsprechend verschoben oder sogar durch eine andere ersetzt werden. Anstatt der verschiedenen Linsen 12 und 29 können auch sogenannte »Gummilinsen« verwendet werden. Im Fall der negativen Linse mit Abbildung nach Unendlich sind für Objektive aller Vergrößerungen nur eine negative Linse und eine weitere Hilfslinse 46 nötig.

Das Interferonzsystem des erfindungsgemäßen Mikroskops erlaubt, die durchlässigen Prüflinge zu beobachten und den optischen Weglängenunterschied zu messen, und zwar sowohl im echten Variabel-Phasenkontrastverfahren als auch im Zweistrahl-Interferenzverfahren mit veränderlicher Bildaufspaltung. Der wichtigste Bestandteil dieses Systems ist der Interferenzpolarisator 13, welcher als Strahlenteiler und -Vereiniger verwendet wird. Das auf den Interferenzpolarisator fallende Lichtbündel wird in zwei Teile getrennt: den reflektierten und den durchlaufenden, welche durch das System der dünnen dielektrischen Schichten 16 orthogonal zueinander polarisiert sind. Die Schwingungen des reflektierten Teils sind senkrecht zur Einfallsebene des Lichts, die Schwingungen des durchgclassencn Teils liegen dagegen in dieser Ebene. Die Viertelwellenlängcnplatten 17 und 22 drehen die Schwingungsebenen des Lichts um 90° infolge des doppelten Durchlaufens des Lichts. Darum sind die Hauptachsen dieser Platten unter einem Winkel von 45° gegen die Polarisationsebenen der aus dem Interferenzpolarisator 13 ankommenden Lichtbündel orientiert. Dann läuft das eine, von dem Spiegel 20 reflektierte Lichtbündel unreflektlert durch den Interferenzpolarisator 13, und das zweite von dem Spiegel 25 reflektierte Bündel wird voltkommen von dem System der dünnen Schichten 16 reflektiert und mit dem ersten Bündel rekombiniert. Beide Lichtbündel schwingen nach dem Durchlaufen durch den Polarisator 28 In derselben Richtung; sie können also untereinander Interferieren.

Das Interferenzsystem dient sowohl für dl« Phasenkontrast- als auch für die Zwelstrahl-lnterferenzmikros· kopie. Zuerst soll die Variante mit variablem Phasenkontrast diskutiert werden. Bei dieser Variante sind folgende Elemente verwendet: eine Ringblende 6, welche In der vorderen Brennebene des Kondensors 8

angeordnet ist, und zwei Blenden 18 und 23 mit verhältnis der Lichtschwingungen des direkten und des

ringförmigen öffnungen 19 und lichtabsorbierendem gebeugten Lichtbündels 36 und 40 (Fig.2), während

Ring 24, welche dicht an oder auf den Spiegeln 20 und 25 deren Phasenunterschied unverändert bleibt. Wenn γ

auf solche Weise angeordnet sind, daß der lichtabsorbie- der Winkel zwischen der Richtung der Lichtschwingun-

rende Ring 24 und die ringförmige öffnung 19 mit der 5 gen im Polarisator 5 und dem Hauptschnitt des

ringförmigen öffnung 7 der Kondensorblende 6 Interferenz-Polarisators 13 (dieser Hauptschnitt ist die

konjugiert sind. Diese Blende wird in der hinteren Zeichnungsebene der F i g. 1 und 2) ist, so erreicht für

Brennebene 11 des Objektivs 10 abgebildet, und wird γ = 0 nur das gebeugte Licht das Okular 31, und für

danach mittels der Hilfslinse 12 auf die Sekundärebenen γ = 45° erreicht nur das direkte Licht das Okular 31. Bei

projiziert, wo die ringförmige öffnung 19 und die 10 Zwischeneinstellung des Polarisators 5 ändert sich das

Ringblende 24 angeordnet sind. Die Flächen der Spiegel Intensitätsverhältnis des direkten zu dem gebeugten

20 und 25, welche durch die ringförmige Öffnung 19 und Lichtbündel wie tan² γ. Das ergibt ein Phasenkontrast-

die Ringblende 24 bestimmt sind, werden konjugierte system, bei dem sowohl der Phasenunterschied als auch

Flächen genannt, weil sie mit der öffnung 7 in der das Intensitätsverhältnis des direkten und des gebeug-

Kondensorblende 6 konjugiert sind. Die übrigen Teile 15 ten Lichtbündels beliebig einstellbar sind,

dieser Spiegel sind als Komplementärflächen bezeich- Der Senarmont-Kompensator, welcher aus der

net. Viertelwellenlängenplatte 27 und dem Analysator 28

Das direkt (ungebeugt) von der Kondensorblende besteht, kann natürlich in dem in den Interferenzpolari-

ankommende Licht ist vollständig durch die Ringblende sator 13 einfallenden Lichtbündel angeordnet werden,

24 absorbiert, während es durch die öffnung 19 ₂₀ und umgekehrt kann der Polarisator 5 in dem das

durchgelassen wird. Nachdem es von dem Spiegel 20 Teilungselement 13 verlassenden Lichtbündel 36 und 40

reflektiert ist, durchläuft das Licht den Interferenzpola- angeordnet werden. Mit anderen Worten, der Senar-

risator 13 und erreicht das Okular 31. Das durch ein mont-Kompensator 27-28 und der Polarisator 5 sind

nicht homogenes Objekt 9 hindurchtretende Licht wird untereinander austauschbar.

zum Teil der Beugung und der Reflexion unterworfen. 25 Das oben beschriebene System arbeitet wie folgt.

Praktisch fällt der ganze abgebeugte Teil des gebeugten Zuerst ist es für die Köhlersche Beleuchtung zu

Lichts auf die Komplementärflächen der Spiegel 20 und zentrieren und das Bild des zu untersuchenden Objekts

25, unter der Voraussetzung, daß die konjugierten 9 scharf einzustellen. Dann sind die Spiegel 20 und 25 so

Flächen genügend klein sind. Das gebeugte Licht wird einzustellen, daß eine homogene Interferenz der

im Gegensatz zu dem direkten Licht durch die Blende 18 30 Null-Ordnung ohne seitliche Bildaufspaltung beobach-

gehemmt und nur von dem Spiegel 25 reflektiert. Der tet wird. Zu diesem Zweck sind die Blenden 18 und 23

von diesem Spiegel reflektierte Teil wird durch den beiseite zu stellen, und das Okular 31 durch eine auf das

Interferenzpolarisator 13 reflektiert und nach dem Bild der Kondensorblende 6 fokussierte Hilfslinse zu

Durchlaufen der Viertelwellenlängenplatten 27 und des ersetzen. Nach Einstellung der homogenen Interferenz

Linearpolarisators 28 kann er mit dem direkten, von 35 der Null-Ordnung sind die Blenden 18 und 23 in den

dem Spiegel 20 reflektierten Licht interferieren. Strahlengang zu bringen und die ringförmige öffnung 7

Ausführlicher ist das in Fig. 2 dargestellt, wo die Wege der Kondensorblende 6 genau mit den konjugierten

beider Strahlen, des direkten 33 und des gebeugten 37, Flächen der Spiegel 20 und 25 (diese Flächen sind durch

aufgezeichnet sind, wobei beliebige, das Objekt die ringförmige öffnung 19 und Ringblende 24,

verlassende Lichtbündel ausgewählt sind. Jeder dieser 40 gegeneinander zentriert, bestimmt) zu zentrieren. Der

Strahlen wird zunächst in zwei Teile aufgeteilt: einen Kontrast des Bildes des Objektes 9 ist dann durch die

reflektierten Teil 34 und 38 und einen durchgelassenen Drehung des Analysators 28 und Polarisators 5 zu

Teil 35 und 39. Sowohl der reflektierte Teil 38 des variieren. Um das Vorzeichen des Bildkontrastes zu

gebeugten Strahls 37 als auch der durchgclassene Teil ändern, ist der Analysator 28 in Gegenrichtung zu

35 des direkten Strahls 33 werden durch die Blenden 18 45 drehen, von der Nullstellung beginnend,

und 23 absorbiert, wobei der reflektierte Teil 34 des Das in Fig. I dargestellte F'hasenkontrastsystem ist

direkten Strahls 33 und der durchgelassene Teil 39 des einfach in ein Polarisations-Intcrferenzmikroskop mit

gebeugten Strahls 37 von den Spiegeln 20 und 25 variabler Bildaufspaltung umzuwandeln, Zu diesem

reflektiert werden und dann mittels des Interferenzpola· Zweck ist anstelle der Ringblende 6 eine Spnltblcndc 41

risators 13 auf das Okular gerichtet werden. 5η zu verwenden und sind die Blenden 18 und 23 aus dem

Die Drehung des Linear-Polarisators 28 lindert den Strahlengang zu bewegen. In dieser Betriebsart arbeitet

Phasenunterschied φ zwischen den Schwingungen des das Mikroskop wie folgt. 1st das Blendenbild des

direkten und des gebeugten Lichts. Dieser Phasenunter· Spiegels 23 nicht genau zum Spiegel 20 parallel, sind In

schied ist φ - 2Θ, wobei θ der Winkel zwischen der der Austrittspupille des Objektivs IO gerade Interfe·

Richtung der Lichtschwingungen in dem Linear-Polari- 55 renzstrcifen sichtbar. Ist zugleich das Bild des

sator 28 und der Hauptachse der Viertelwellenlängen· Kondensorspalts 42 in parallele Koinzidenz mit der

platten 27 Ist. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Lokalisatlonsobene der Interferenzstreifen gebracht,

Änderung des Phasenunterschieds zwischen dem und ist die Spaltbildbreite kleiner als ein Viertel des

direkten und dem gebeugten LichtbUndel erreicht, In Streifenabstands, wird in der Bildebene des Mikroskops

diesem Fall wirkt der Linonr-Polarisntor 28 als ein 60 eine homogene Interferenz erzeugt. Mit anderen

Analysator. Worten werden die Interferenzstreifen unendlich In der Die Regelung des Amplitudenverhältnisses des Bildebene des Mikroskops vergrauen, Infolgedessen

direkten und des gebeugten Lichtbündels wird durch die wird das Objekt 9 in der Form von zwei identischen,

Drohung der Vlertelwellenltingenplatten 22 und 27 mehr oder weniger seitlich aufgespaltenen Bildern

realisiert, oder durch Verwendung eines zusätzlichen <<? gesehen, wobei, wenn weißes Licht angewendet wird,

Linear-Polarisators 5, der vor dem Interferenzpolarisa- die Bilder gemäß der Newtonschen Farbenskala gefärbt

tor 13, z. B, unter dem Kondensor 8, angeordnet wird. sind. Die Farben in den einzelnen Gebieten der Bilder

Die Drehung des Polarisators 3 ändert das Amplituden· sind bei homogener Interferenz symmetrisch In bezug

auf die Farbe des Untergrunds verteilt. Wird monochromatisches Licht verwendet, erscheint der Untergrund mit gleichmäßiger Intensität, und die einzelnen Gebiete des Bildes weisen Unterschiede in der relativen Leuchtdichte auf. Die Bildaufspaltung und die Richtung der Spaltung können durch Schwenkung eines der Interferometerspiegel, z. B. 20, gesteuert werden. Je größer die Bildaufspaltung ist, desto kleiner ist der Abstand der in der Austrittspupille des Objektivs erscheinenden Interferenzstreifen, und eine desto kleinere Breite des Kondensorspalts 42 ist erforderlich.

Der Unterschied der optischen Weglängen zwischen dem Objekt 9 und dem umgebenden Medium wird nach Methoden der minimalen Intensität oder minimaler Sichtbarkeit gemessen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, auf folgende Weise vorzugehen. Unter Verwendung eines monochromatischen Lichts ist der Analysator 28 so einzustellen, daß eines der getrennten Bilder maximal dunkel erscheint. Dann ist der Analysator um einen Winkel λ zu drehen, bis das zweite Bild maximal dunkel erscheint. Der optische Weglängenunterschied OWL = λ/360 χ λ. Ein anderes Verfahren besteht darin, den Analysator zunächst so einzustellen, daß ein Bild genau die gleiche Intensität wie der unmittelbar dem Objekt benachbarte Untergrund aufweist. Dann ist der Analysator um einen Winkel β zu drehen.so daß das zweite Bild die gleiche Intensität wie der Untergrund aufweist. In diesem Fall ist O WL = ß/180 χ λ.

Mittels der genannten Verfahren kann man die Werte OWL als Bruchzahlen der Wellenlänge bestimmen. Optische Weglängenunterschiede, welche dem Vielfachen von λ gleich sind, können nach Untersuchung der Interferenzfarbe und der Interferenzstre fenverschiebung aufgenommen werden.

Ein Fcldstreifeninterferenz kann man erreichen, wenn das Bild des Kondensorspalts 42 mit den in der Austrittspupille des Objektivs 10 erscheinenden Interfcrenzstreifen nicht koinzident ist. Diese Interferenzart ist durch Schwenkung eines der Spiegel 20 und 25 oder durch Verschiebung der Spaltblende 41 in Richtung der optischen Achse des Kondensors 8 erzielbar.

Es ist selbstverständlich, daß die ringförmige Kondensorblende 6 durch eine Blende mit einer lichtdurchlässigen öffnung anderer Form, z. B, einer Scheibe, ersetzt werden kann. Die Blenden mit undurchlässigen und durchlässigen Scheiben sind entsprechend bei den

ίο Interferometerspiegeln 20 und 25 anzuordnen. Die Kondensorblende mit ringförmiger öffnung wird jedoch bevorzugt.

Es ist auch selbstverständlich, daß die Spaltkondensorblende 41 anderer Form, welche eine kohärente Beleuchtung, z. B. einen Lichtpunkt, sichert, verwendet werden kann. Die Spaltblende läßt jedoch mehr Licht durch. Das beschriebene Interferenzmikroskop ist besonders bei Verwendung mit Licht von einem Laser mit Brewster-Fenstern geeignet. Der Laser gibt linear polarisiertes Licht mit idealer Raum- und Zeitkohärenz ab.

Das Objektiv 10 und die Hilfslinsen 12 in dem in F i g. 1 dargestellten System können durch ein Objektiv ersetzt werden, welches die Aperturblende 6 oder 41 auf den Spiegeln 20 und 25 direkt abzubilden erlaubt. Das ist z. B. der Fall bei schwachen Objektiven mit langer hinterer Brennweite.

Ähnlich können das Objektiv 10 und die negative Hilfslinse durch sogenannte für das Unendliche korrigierte Objektiv ersetzt werden.

Statt des Kondensors für Durchlichtuntersuchungen gemäß Figur kann für Untersuchungen von reflektierenden Oberflächen von undurchlässigen Objekten ein Auflicht- oder Vertikalilluminator mit halbdurchlässigen Elementen und einer entsprechenden Ring- oder Spaltaperturblende verwendet werden.

Hierzu 2 DIaU Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Interferenzmikroskop mit einer Lichtquelle, einem Kondensor und einem zwischen einem Objektiv und einem Okular angeordneten Interferenzsystem nach Michelson, gekennzeichnet durch einen Interferenzpolarisator (13) als Strahlenteiler und Strahlenvereiniger des Interferenzsystems, durch zwischen dem Interferenzpolarisator (13) und Interferometerspiegeln (20, 25) angeordnete λ/4-Platten (17, 22), welche zweimal von den durch den Interferenzpolarisator (13) erzeugten Teilstrahlen durchlaufen werden und ihre Schwingungsrichtungen um 90° drehen, wonach die von dem Interferenzpolarisator (13) wiedervereinigten Teilstrahlen eine dritte λ/4-Platte (27) und einen Analysator (28) durchlaufen und miteinander interferieren, wobei Amplitude und Phase der miteinander interferierenden Strahlen durch Drehen des Analysators (28) und eines zweiten, vor dem Interferenzpolarisators (13) angeordneten Polarisators (5) veränderbar sind, und durch zwei Blenden (18, 23), die aus dem Strahlengang weg bewegbar vor oder direkt auf den Interferometerspiegeln (20, 25) angeordnet sind, wobei eine dieser Blenden (23) das direkt aus einer Aperturblende (6) des Kondensors (8) austretende Licht absorbiert und das an dem Objekt (9) gebeugte Licht durchläßt, während die zweite Blende (18) das gebeugte Licht absorbiert und das direkte Licht durchläßt, und die Aperturblende (6) austauschbar gegen eine Spaltblende (41) angeordnet ist.

2. Interferenzmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung für das variable Phasenkontrastverfahren die an einem Interferometerspiegel (25) vorgesehene Blende (23) einen das Licht absorbierenden Ring (24) und die zweite, an dem zweiten Interferometerspiegel (20) vorgesehene Blende (18) einen lichtdurchlässigen Ring (19) aufweist, wobei die beiden Ringe (19, 24) mit einer durchlässigen, ringförmigen öffnung (7) der in der oder in der Nähe der vorderen Brennebene angeordneten Aperturblende (6) in der Weise konjugiert sind, daß eine Abbildung der ringförmigen öffnung (7) der Aperturblende (6) auf dem Licht absorbierenden Ring (24) der ersten Blende und zugleich auf dem lichtdurchlässigen Ring (19) der zweiten Blende erzeugt wird, wobei die Aperturblende (6) des Kondensors (8) und mindestens eine der beiden Blenden (18,23) mit Mitteln zur gegenseitigen Zentrierung aller Blenden versehen sind.

3. Interferenzmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung als Interferenzmikroskop die Blenden (18, 23) vor den Interferometerspiegeln (20, 25) aus dem Strahlengang verschoben sind, und daß in der vorderen Brennebene des Kondensors (8) oder in ihrer Nähe eine um die optische Kondensorachse drehbare Spaltblende (41) mit regelbarer Spaltbreite angeordnet ist und eine Abbildung dieses Spaltes (42) durch das Objektiv (10) oder das Objektiv und ein Linsenhilfssystem (12, 29) auf den Interferometerspiegeln (20,25) oder in der Nähe dieser Spiegel (20, 25) erzeugt ist, wobei mindestens einer dieser Spiegel parallel zu der Richtung der Lichtstrahlen verschiebbar ist, während der zweite Spiegel (25) in

beliebiger Richtung kippbar ist.

4. Interferenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den durch den Interferenzpolarisator (13) geteilten, an den Interferometerspiegeln (20, 25) reflektierten und durch den Interferenzpolarisator (13) wiedervereinigten Lichtstrahlen mittels eines in den Strahlengang eines der Teilstrahlen eingebrachten Drehdoppelkeils oder mittels zweier in die Strahlengänge der beiden Teilstrahlen eingebrachter, drehbarer Glaskeile veränderbar ist.

5. Interferenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß statt des Kondensors (8) für Durchlichtuntersuchungen eine Epibeleuchtungseinrichtung mit Apertur-Ringblende und/oder mit Spaltblende verwendet wird, die wechselweise in den Strahlengang einschiebbar sind.