DE2323931C3 - Holographisches Mikroskop - Google Patents
Holographisches MikroskopInfo
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/32—Systems for obtaining speckle elimination
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Description
.15
Die Erfindung bezieht sich auf ein holographisches Mikroskop mit einem Strahlenteiler zur Aufteilung des
Strahlengangs in einen Objektstrahlengang und einen Referenzstrahlengang, bei welcnem 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 Wiedergabegute
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
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
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 &0 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- ft5
den Kontrasts. Die dritte Gruppe bilden die Interferenzstreifen von fast unveränderlichem Kontrast, welche
infolge 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 3/313, noch die
US-PS 27 70 166 und die DE-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 Echlzeit-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 Untersuchungengeeignet
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 Objekislrahlengang und Referenzstrahlcngang bestimmten
Ebene ablenkt, und diß 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
Fig. 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 Hilfsmikroskops 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.!) bilden ein System 2 zur Ablenkung des Strahles
zur Unterdrückung des kohärenten Rauschens in einer Richtung, ein lichtieitendes Element 3 mit Hilfsspiegeln
4 und 5, welches den Laserstrahl in einen Objektstrahl 6 und Referenzstrahl 7 teilt und die Gleichheit der
optischen Wege beider Strahlengänge 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), den, Objektträger 9' und dem Objektiv 10' besteht.
Das System zur Ablenkung des St. ahles zur Unterdrückung des kohärenten Rauschens in einer
Richtung (Pos. 2, F i g. 2) besteht aus Fokussierlinsen 13 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 eintretenden 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 elektrooptischen 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 Parallelstrahlenbündel
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 Referenzstrahlenbündels 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...600 χ 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 (F i g. 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 (Fig. 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.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
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 der Strahl senkrecht
zu der durch die Achsen von Objektstrahlengang (6) und Referenzstrahlengang (7) bestimmten
Ebene ablenkt, und daß die optischen Weglängen 1S 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 Lichtablenkeinrichtung
aus einem konfokalen System von Fokussierlinsen (13, 14) besteht, zwischen denen vor der
inneren Brennebene der vorderen Fokussieriinse (13) ein Lichtablenkelement (15) angeordnet ist, das
den Strahl entlang des Schlitzes einer regelbaren 2S
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.
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