DE2938160A1 - Doppelbrechendes bauelement fuer polarisierende interferenzapparate - Google Patents

Description

Titel; Doppelbrechendes Bauelement für polarisierende Interferenzapparate

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein doppelbrechendes Bauelement, das vorwiegend in Verbindung mit Interferenzkontrasteinrichtungen für Auf- und Durchlichtmikroskope verwendet wird. Diese Interferenzkontrasteinrichtungen werden im allg· als Ergänzungseinheiten für normale Mikroskope ausgeführt. Sie können aber auch integrierender Bestandteil eines Mikroskops sein. Sie werden vor allem in der Biologie und Medizin und in anderen technischen Arbeitsgebieten, wie Chemie und Metallographie, zur Kontrastierung von Phasenobjekten eingesetzt. Das sind solche mikroskopische Objekte, die bei normaler Hellfeldbeobachtung nicht oder nur schwach kontrastiert sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die nach dem Prinzip der differentiellen Bildaufspaltung im polarisierten Licht arbeitenden, zur Kontrastierung von Phasenobjekten dienenden interferenzmikroskopischen Anordnung verwenden überwiegend Wollastonprismen, die aus zwei verkitteten Einzelprismen aus doppelbrechendem Material bestehen und deren optische Achsen senkrecht zueinander orientiert sind. Sie befinden sich abbildungsseitig in der Fähe der Austrittspupille des Objektivs und beleuchtungsseitig in der Nahe der vorderen Kondensorbrennebene«

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Die WolleBtonprismen bewirken eine Winkelaufspaltung dee einfallenden, durch einen vorgeschalteten Polarisator linear polarisierten Strahls in seine senkrecht zueinander polarisierten Strahlkomponenten, wodurch von jedem Objekt zwei Bilder entstehen, die um einen geringen Betrag seitlich gegeneinander versetzt sind und durch Interferenz in der Zwischenbildebene zu einem Reliefkontrast führen· Die Mittendicken der Teilprismen werden für die beiden abbildungsseitig und beleuchtungsseitig angeordneten Wo11aetonpriemen im a11g· so abgestimmt, daß für den Achsenstrahl der Gangunterschied zwischen der ordentlichen und außerordentlichen Strahlkomponente bei jedem Wollastonprisma null ist· Das ist dann aber nicht für die außeraxialen und geneigten Strahlen der Fall·

Diese sich auf den Bildkontrast ungünstig auswirkenden Gangunterschiedsdifferenzen zwischen den Komponenten der verschiedenen Strahlen lassen sich durch geeignete Abstimmung der Daten des beleuchtungsseitigen zum abbildungsseitigen Wollastonprisma teilweise kompensieren. Solche Anordnungen sind zuerst in der britischen Patentschrift 639 014 und in der französischen Patentschrift 1 059 123 vorgeschlagen worden. In der britischen Patentschrift 639 014 werden die Wollastonprismen direkt in der Brennebene von Objektiv und Kondensor angeordnet, wo auch die Strahlenaufspaltung erfolgt, während in der französischen Patentschrift 1 059 123 durch veränderte Orientierung der optischen Achse des einen Teilpristnas das so etwas abgewandelte Wollastonprisma auch außerhalb der Brennebene und damit anwendungsfreundlicher angeordnet werden kann und die Strahlenaufspaltung so erfolgt, daß sich die Komponenten oder ihre rückwärtigen Verlängerungen in der Brennebene von Objektiv oder Kondensor schneiden·

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Eine vollständige Kompensation der Gangunterschiedsdifferenzen gelingt bei den Anordnungen nach GB-PS 639 014 und FB-PS 1 059 123 für Pupille und Bildfeld allerdings nur bei völlig symmetrischem Aufbau nach der o. g· britischen Patentschrift, d. h. wenn die Brennweiten von Kondensor und Objektiv gleich sind, denn nur dann sind auch die beiden Wollastonprismen gleich. Jedoch ist ein solcher Aufbau in der Praxis nur in Sonderfällen realisierbar. Je stärker die Symmetrie gestört ist, um so weniger vollständig ist eine Kompensation möglich.

Die Pupillenkompensation für die durch einen Achsenpunkt des Bildfeldes gehenden Strahlen gelingt immer. Es sind lediglich Prismenwinkel und Orientierung der optischen Achsen beider Wollastonprismen so aufeinander abzustimmen, daß die im be leuchtungs seit igen Wollastonprisma aufgespalteten Strahlkomponenten im bildseitigen Wollastonprisma wieder vereinigt werden. Für außeraxiale Bildpunkte ist die Pupillenkompensation auch noch mit guter Näherung möglich. Das ist nicht für die Feldkompensation zur Erreichung der gleichmäßigen Kontrastierung über das gesamte Bildfeld der Fall, insbesondere, wenn man die mit den heute üblichen Großfeldobjektiven erreichbaren großen Bildfelder voll nutzen will·

Es läßt sich theoretisch und experimentell zeigen, daß ein vom Azimut der die Wollastonprismen durchsetzenden Lichtbündel abhängiger Effekt auftritt, der zu einer hyperbelförmigen Helligkeitsverteilung im Bildfeld führt DD-PS 113 271, Stude et application d'un interfSromStre i polarisation, Optica Acta 1 (1954) 50-58. Die Größe der auftretenden Helligkeitsunterschiede und des gleichmäßig kontrastierten Bereiches hängt bei optimaler Anpassung der beiden Wollastonprismen vor allem von ihrer Dikke und nach der FR-PS 1 059 123 vom Orientierungswinkel der optischen Achse im schräg zur Prismenbasis orientierten Teilprismen,also dem Abstand von der Brennebene ab.

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Die Wollaatonprismen können aus Stabilitätsgründen
nicht beliebig dünn gemacht werden. Das gilt insbesondere für das abbildungsseitige Prisma, weil schon eine geringe Abweichung von der Planparallelität zu deutliehen Mängeln in der Bildqualität führen kann, so daß ohne zusätzliche Hilfsmittel durch Verringerung der
Prismendicke die Feldinhomogenität nicht entscheidend
reduziert werden kann·

In der DD-PS 113 271 wird ein zusätzliches polarisationsoptisches Element und die Möglichkeit seiner Anwendung zur Reduzierung der Inhomogenitäten im Feld eines mit Wollastonprismen ausgestatteten Interferenzmikroskops beschrieben, das aber nur sehr beschränkt anwendbar ist, da das Wollastonprisma vereinfacht als plan»
parallele Kristallplatte mit zu den Basisflächen paralleler Kristallachse angenommen wird, die zur optischen Geräteachse senkrecht angeordnet ist.

Bei Auflichtanordnungen, in etwas geringerem Maße aber auch im Durchlicht, besteht die Gefahr, daß durch Reflexlon an den Grenzflächen der abbildungsseitigen Wollastonprismen unerwünschte Lichtreflexe ins Bild gelangen, die zu einer Verschleierung desselben führen. Diese Reflexe können durch eine geringe Neigung des Wollastonprisma s unschädlich gemacht werden. Durch eine Neigung

um 4° gegen die optische Geräteachse wird z. B. erreicht, daß diese Reflexe auch bei einem Bildfelddurchmesser von 32 mm nicht ins Bildfeld gelangen. Allerdings muß man
dann einen unsymmetrischen Durchgang durch das Wollastonprisma in Kauf nehmen, woraus sich eine weitere Störung der Symmetrie und damit der Kompensation ableitet.

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Ziel der Erfindung

Es soll eine Einrichtung geschaffen werden, die bei wesentlicher Reduzierung des Reflexlichtes eine gleichmässige Kontrastierung über große Bildfelder ermöglicht. Daraus resultiert eine deutliche Steigerung des Kontrastes und der Bildqualität sowie die'*wesentliche Herabsetzung der Feldinhomogenitäten.

Wesen der Erfindung

Es werden optimale Bedingungen für die Kontrastierung mikroskopischer Phasenobjekte im Interferenzmikroskop geschaffen, indem das Wollastonprisma sehr dünn in der Größenordnung von 1 mm ausgeführt und zur mechanischen Stabilisierung in Glaskeile eingebettet wird, deren Brechzahl angenähert der mittleren Brechzahl von Quarz entspricht, so daß an den Grenzflächen Glas-Quarz kein Reflexlicht entsteht. Die Glaskeile werden so ausgeführt, daß insgesamt eine planparallele Platte ausreichender Dicke (3 bis 4 mm) entsteht. Diese Platte wird so zur optischen Geräteachse geneigt (etwa 3 - 4°), daß der sowohl bei Auflicht- als auch bei Durchlichtbeleuch- tung entstehende Hauptreflex nicht ins Bildfeld gelangt.

Der Keilwinkel der Glaskeile wird so gewählt, daß der an der ersten Grenzfläche gebrochene Achsenstrahl nahezu senkrecht auf die Grenzfläche des eingekitteten Wolla- stonprismas trifft und damit wegen des symmetrischen Durchgangs der Lichtbündel durch das Prisma günstigste Bedingungen zur Kompensation der Feldinhomogenitäten geschaffen werden. Ein solches Bauelement ist für eine Auflichtanordnung besonders zweckmäßig, weil hier die Gefahr der Bildverschleierung durch Reflexe besonders groß ist. Außerdem ist in diesem Fall die spezielle Anpassung des Kompensationsprismas an das abbildungsseitige Prisma zur optimalen Feldkompensation nicht

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möglich, da Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlen durch dasselbe Wollastonprisma gehen, das demnach gleichzeitig als Kompensationsprisma und als abbildungsseitiges Prisma wirkt. Als wesentliches Mittel zur Verringerung der PeIdInhomogenitäten verbleibt deshalb hier nur die Verringerung der Prismendicke.

Das vorgeschlagene Bauelement iat aber auch für Durchlicht, insbesondere bei Verwendung auf unendlichen Bildabstand korrigierter Objektive, zur Peldkompensation und zur Vermeidung von Reflexen vorteilhaft anzuwenden·

Ausführungsbeispiel·

Anhand einer Abbildung soll mit einem Ausführungsbeispiel für Auflichtbeleuchtung die Erfindung erläutert werden.

Das durch den Polarisator 1 linear polarisierte einfallende Licht wird nach Reflexion am Planglas 2 und Passieren des Glaskeils 3 an dem aus den beiden aus Quarz bestehenden Teilprismen 4 und 5 zusammengesetzten WoI-lastonprisma aufgespaltet. Die beiden senkrecht zueinander polarisierten Strahlkomponenten schneiden sich nach Passieren des Glaskeils 6 in der Objektivbrennebene 7, durchlaufen das Objektiv 8 und werden nach Reflexion am Objekt 9 durch die Wirkung des Objektivs in der Objektivbrennebene wieder zum Schnitt gebracht und im Wollastonprisma vereinigt. Vom Analysator 10 werden nur die in gleicher Ebene schwingenden Anteile der Strahlkomponenten hindurchgelassen, die miteinander interferieren, und im Bild erscheint das beobachtete Objekt durch eine geringe seitliche Aufspaltung reliefartig kontrastiert. Das in zwei Glaskeile eingekittete Wollastonprisma wird so geneigt, daß der sonst vorhandene Leuchtfeldblendenreflex nicht mehr ins Bild

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gelangt. Der Keilwinkel der Glaskeile wurde so gewählt, weil damit wegen des symmetrischen Durchgangs der Strahlenbündel günstigste Kompensationsbedingungen geschaffen werden.

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Claims (1)

1. Doppelbreckendes Bauelement für polarisierende Interferenzapparate, das zur kontrastreichen Darstellung von Phasenobjekten in den mikroskopischen Strahlengang gebracht wird und eine differentielle Bildaufspaltung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus zwei dünnen Teilprismen von doppelbrechendem Material bestehendes Wollastonprisma derart in Glaskeile eingekittet ist, daß bei einer Neigung des erfindungsgemäßen Bauelementes gegenüber der optischen Geräteachse der Achsenstrahl nahezu senkrecht auf die Grenzfläche des Wollastonprismas trifft·

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   ORIGINAL INSPECTED