DE2323931B2

DE2323931B2 - Holographisches mikroskop

Info

Publication number: DE2323931B2
Application number: DE19732323931
Authority: DE
Inventors: Romuald Warschau Pawluczyk
Original assignee: Centraine Laboratorium Optyki, Warschau
Priority date: 1972-05-20
Filing date: 1973-05-11
Publication date: 1977-07-14
Also published as: DE2323931C3; US3867009A; GB1435134A; DE2323931A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein holographisches Mikroskop mit einem Strahlenteiler zur Aufteilung des Strahlengangs in einen Objektstrahlengang und einen Referenzstrahlengang, bei welchem das Hologramm in der Bildebene des das Objekt abbildenden optischen 4'> Systems abgebildet bzw. wiedergegeben wird.

Aufgrund der Holographie mit Laserbeleuchtung sind eine Reihe von Mikroskopeinrichtungen entstanden, bei denen das sogenannte »kohärente Rauschen« auftrat, welche das Auflösungsvermögen und die Wiedergabe- 4:5 gute der erhaltenen Bilder verminderten. Unter dem Begriff des kohärenten Rauschens sind alle Interferenz-Beugungs-Erscheinungen zu verstehen, die wegen des hohen Kohärenzgrades der verwendeten Strahlung entstehen und das Abbildungsvermögen des optischen 5>> Systems nachteilig beeinflussen.

Die Ursachen der Bildung des kohärenten Rauschens können im allgemeinen in drei Gruppen unterteilt werden. Die erste Gruppe bildet eine sogenannte Fleckenbildung, die darauf beruht, daß die zum Bild 5:5 jedes Punktes gehörenden höheren Beugungsmaxima untereinander interferieren und die auf das eigentliche Bild aufgelegten, charakteristischen, feinen Flecke bilden. Zu der zweiten Gruppe gehören die Beugungs-Interferenz-Erscheinungen, welche durch Interferenz ^ des direkten Lichts mit dem gestreuten und an den Kanten, Rissen und Verunreinigungen der optischen Glieder gebeugten Lichts entstehen. Die Erscheinungen dieses Typs kommen zum Vorschein in Form von Streifen verschiedener Gestaltung und eines abnehmen- ⁶S den Kontrasts. Die dritte Gruppe bilden die Interferenzstreifen von fast unveränderlichem Konirast, welche infolee der Interferenz — untereinander oder mit dem direkten Licht — von mehrfach von den Oberflächen einzelner optischer Glieder abgespiegelten Lichtwellen entstehen.

Die dadurch als Ergebnis der genannten Erscheinungen entstehenden Bilder, die das eigentliche Bild überdecken, verschlechtern dessen Güte.

Upatnieks, der Erfinder des Gegenstands der US-PS 36 37 313 ist einer der Pioniere der Holographie und lehrte bereits früher die Anwendung eines Streuers zur Unterdrückung dieses Rauschens. Nachteile dieser Anordnung sind in Kiemle/Röss »Einführung in die Technik der Holographie« Frankfurt 1969, S. 231 -234, geschildert. In diesem Zusammenhang wird auf die erforderliche interferometrische Genauigkeit der Übereinstimmung von Aufnahme- und Wiedergabeanordnung hingewiesen und von anderer Seite sogar der Vorschlag gemacht, das Hologramm aus diesem Grunde ohne Demontage an Ort und Stelle zu entwickeln. An anderer Stelle desselben Buches (S. 105-107) wird über Versuche berichtet, die Streuscheibe zu bewegen, was zu einem völligen Fehlschlag führte, sowie über den Ausweg, mehrere (Teil)-Hologramme nacheinander zu rekonstruieren und auf ein Filmstück aufzukopieren. In der US-PS 36 37 313 lehrt Upatnieks wieder das Einbringen eines stationären Phasenstreuers, und zwar im Objektstrahlengang.

Somit erfüllt weder die US-PS 36 37 313, noch die US-PS 27 70 166 und die DT-AS 15 72 540 die Anforderungen an die Beseitigung des kohärenten Rauschens sowohl bei. der Aufzeichnung als auch bei Wiedergabe von Hologrammen in solchem Umfang, daß sie bei der holographischen Interferometrie zu Echtzeit-Untersuchungen verwendet werden können.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein holographisches Mikroskop der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das die Beseitigung von kohärentem Rauschen sowohl bei der Aufzeichnung als auch bei der Wiedergabe von Hologrammen auch in dem Maße gesichert, daß es für interferometrische Untersuchungen geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß vor dem Strahlenteiler eine Lichtablenkeinrichtung angeordnet ist, die zum Zweck der Unterdrückung des kohärenten Rauschens periodisch den Strahl senkrecht zu der durch die Achsen von Objektstrahlengang und Referenzstrahlengang bestimmten Ebene ablenkt, und daß die optischen Weglängen von Objektstrahl und Referenzstrahl mit einer Genauigkeit von einigen Millimetern gleich lang sind.

Das so ausgestaltete Gerät beseitigt in hohem Grade den Pegel der kohärenten Rauschens von aus dem Hologramm wiedergegebenen Bildern. Darüber hinaus können die Hologramme auch bei der holographischen Interferometrie zu Echtzeit-Untersuchungen verwendet werden. Schließlich hat sich gezeigt, daß beim Anmeldungsgegenstand vorteilhafterweise die Anforderungen an die Stabilität des Laserbündels nicht so streng gehalten werden müssen, wie bei üblichen holographischen Systemen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus dem Anspruch 2.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Übersichtsplan des erfindungsgemäßen, holographischen Mikroskops mit Beseitigung des kohärenten Rauschens.

Fig. 2 eine Ausführung der Einrichtung zur Ablen-

kung des Strahles zur Unterdrückung des kohärenten Rauschens,

Fig.3 eine Anordnung eines Hilfsmiicoskops während der Justierung des optischen Systems,

Fig.4 das Bild in der Abbildungsebene des Mikroskops bei ausgeschalteter Einrichtung zur Ablenkung des Rauschens und

F i g. 5 das Bild in der Abbildungsebene, wenn diese Einrichtung eingeschaltet und justiert ist.

Die wesentlichen Bestandteile des holographischen ι ο Mikroskops entlang dem Wege des Laserbündels 1 (F i g. 1) bilden ein System 2 -ur Ablenkung des Strahles zur Unterdrückung des kohärenten Rauschens in einer Richtung, ein lichtleitendes Element 3 mit Hilfsspiegeln 4 und % welches den Laserstrahl in einen Objektstrahl 6 > und Referenzstrahl 7 teilt und die Gleichheit der optischen Wege beider SirahJengänge sichert, ein Sytem 8, welches den das Präparat 9 beleuchtenden Strahl ausbildet, ein Mikroskopobjektiv 10, ein lichtempfindliches Material oder Hologramm 11, das in der Bildebene des Objektivs und zugleich in der Objektebene des den wirklichen Objektabstand einnehmenden Okulars 12 angeordnet ist.

Der Referenzstrahl wird durch ein ähnliches optisches System gebildet, das aus dem Satz 8' (äquivalent dem Satz 8), dem Objektträger 9' und dem Objektiv 10' besteht.

Das System zur Ablenkung des Strahles zur Unterdrückung des kohärenten Rauschens in einer Richtung (Pos. 2, F i g. 2) besteht aus Fokussierlinsen 13 3" und 14, die konfokal angeordnet sind und ein System mit niedriger Vergrößerung bilden, einem Element 15, welches das Laserbündel in einer Richtung kontinuierlich oder schrittweise beugt, und aus einem Schlitz 16 mit regelbarer Länge und Weite, der im Brennpunkt des Laserbündels angeordnet ist. Das Ablenkungselement 15 kann eine beliebige Einrichtung sein, welche eine kontinuierliche oder schrittweise Beugung des eintre-■ tenden Laserbündels längs einer Geraden bewirkt. Im einzelnen kann das ein gerader, aus lichtdurchlässigem Werkstoff ausgebildeter und um die zur optischen Achse des Systems senkrechte Achse drehbarer Quader, ein sich auch um die senkrechte Achse drehender Spiegel oder sogar ein elektrooptischer oder -akustischer Lichtablenker sein.

Als lichtteilendes Element 3 kann ein teilweise durchlässiger Spiegel, ein lichtteilendes Prisma oder ein lichtteilendes Polarisations-Interferenz-Element vorgesehen sein.

Anstatt der Hilfsspiegel 4 und 5 können Totalreflexionsprismen verwendet werden. Zur Formung des das Objekt belichtenden Strahles (Linsensatz 8) kann ein gewöhnlicher Kondensor verwendet werden, oder ein Kollimationssystem, das ein Parallelstrahlenbundel ergibt, was insbesondere für interferometrische Untersuchungen geeignet ist. In gewissen Fällen ist das Linsensystem sogar nicht erforderlich. Um dabei die Bedingung der Ähnlichkeit des Objekt- und des Refei enzstrahlenbündels zu erfüllen, kann in letzterem ein optisches System mit ähnlichen Kennzahlen verwendet werden.

Für das richtige Funktionieren des gesamten Systems wird zur Justierung ein Hilfsmikroskop 17 (Fig.3) mit einer Vergrößerung 15Ox...600χ verwendet, das aus Objektiv 18 und Okular 19 besteht. Die optische Achse des Hilfsmikroskops ist längs der Halbierenden 20 des Winkels zwischen dem Objektstrahlenbündel 6 und dem Referenzstrahlenbündel 7 gerichtet. Ist die Ablenkungseinrichtung 15 ausgeschaltet, so sind in der Austrittsbildebene 21 des Hilfsmikroskopsobjektivs 18 zwei Punktfokusse 22 (Fig.4) des Laserstrahlenbündels sichtbar. Nach dem Einschalten des Ablenkungselements 15 und bei entsprechend großer Geschwindigkeit der Ablenkung ändern sich diese Punktfokusse in zwei parallele Geradenabschnitte 23 (Fig.5). Durch Drehung des Ablenkungselements 15 mit dem Schlitz 16 (F i g. 2) um die optische Achse wird der Zustand herbeigeführt, daß die zwei Geradenabschnitte 23 (Fig.5) zur die Punkte 22 (Fig.4) verbindenden Geraden senkrecht ausgerichtet werden. In diesem Falle entsteht im Okular 19 ein Bild von Interferenzstreifen. Durch die weitere Drehung der Elemente 15 und 16 und durch Regelung der Abmessungen des Schlitzes 16 wird die beste Kontrastschärfe der Streifen eingestellt.

Sind die Bedingungen der Gleichheit der optischen Wege des Objektbündels und des Referenzbündels bei Verwendung identischer optischer Systeme erfüllt, so kann das Verfahren zur Mittelung in einer Richtung auch in einem holographischen, mit Auflicht arbeitenden Mikroskop verwendet werden.

Hiereu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Holographisches Mikroskop mit einem Strahlenteiler zur Aufteilung des Strahlengangs in einen Objektstrahlengang und einen Referenzstrahlengang, bei welchem das Hologramm in der Bildebene des das Objekt abbildenden optischen Systems abgebildet bzw. wiedergegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Strahlenteiler eine Lichtablenkeinrichtung (2; 13—16) angeordnet ist, die zum Zweck der Unterdrückung des kohärenten Rauschens periodisch den Strahl senkrecht zu der durch die Achsen von Objektstrahlengang (6) und Referenzstrahlengang (7) bestimmten Ebene ablenkt, und daß die optischen Weglängen «5 von Objektstrahl (6) und Referenzstrahl (7) mit einer Genauigkeit von einigen Millimetern gleich lang sind.

2. Holographisches Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtablenkein- *° richtung aus einem konfokalen System von Fokussierlinsen (13, 14) besteht, zwischen denen vor der inneren Brennebene der vorderen Fokussierlinse (13) ein Lichtablenkelement (15) angeordnet ist, das den Strahl entlang des Schlitzes einer regelbaren Schlitzblende (16) ablenkt, die im gemeinsamen Brennpunkt der Fokussierlinsen (13,14) angeordnet und deren Schlitz derart eingestellt ist, daß sein Bild in der Ausgangspupille der optischen Systeme von Objektstrahl (6) und Referenzstrahl (7) senkrecht zu der durch deren Achsen bestimmten Ebene liegt.