DE3006373C2

DE3006373C2 - Stereomikroskop

Info

Publication number: DE3006373C2
Application number: DE19803006373
Authority: DE
Inventors: Katsuji Rikukawa; Hiroshi Ageo Saitama Takenaka; Yuichi Kawasaki Kanagawa Tamura
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1979-02-23
Filing date: 1980-02-20
Publication date: 1983-02-24
Also published as: JPS55113014A; DE3006373A1; CH652833A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Stereomikroskop der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Bei dem aus der US-PS 34 05 990 bekannten Stereomikroskop mit einer koaxialen Auflicht-Beleuchtungseinrichtung werden ein Analysator und ein Polarisator verwendet, die so angeordnet sind, daß sie im rechten Winkel zueinander verlaufende Polarisationsrichtungen haben, um die Erzeugung von Streulicht bzw. Reflexen an dem Okular durch das an den Oberflächen der Objektivlinsen reflektierte Beleuchtungslicht zu vermeiden.

Die dort erläuterte Konstruktion hat jedoch den Nachteil, daß ein relativ starker Verlust an Beleuchtu.jgslicht auftritt; außerdem führt ein eventueller Unterschied im Polarisationszustand der beiden Beobachtungssysteme zu unterschiedlichen Helligkeitspegeln und zu unterschiedlichen Farben in den beiden Beobachtungsfeldern, und zwar sogar dann, wenn die Probe selbst keine polarisierende Wirkung hat; dies ist darauf zurückzuführen, daß die Polarisationsrichtungen der Beobachtungslichtstrahlen in beiden Beobachtungssystemen jeweils im rechten Winkel zueinander liegen.

Aus der offengelegten, japanischen Gebrauchsmusteranmeidung 53-52 145 der Anrnelderin ist eine Konstruktion eines Stereomikroskops bekannt, die im wesentlichen gleiche Helligkeitspegel und gleiche Farben für die beiden Beobachtungssysteme liefert; auch hier tritt jedoch der obenerwähnte Nachteil des relativ starken Lichtverlustes auf.

Gemäß der DE-OS 28 47 962 ist auch bereits ein Stereomikroskop der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen worden, das zwei Beobachtungssysteme mit jeweils einer Objektivlinse, einer Okularlinse und einem Strahlteiler, der zwischen dem Objektiv und dem Okular liegt, und zwei Beleuchtungssystemen mit einer gemeinsamen Einfallsebene für die beiden Strahlteiler aufweist. Als Strahlteiler werden hierbei normale halbdurchlässige Spiegel verwandt. Das bedingt jedoch, daß die Lichtverluste verhältnismäßig groß sind und daß der Wirkungsgrad insgesamt verhältnismäßig niedrig ist.

Der vorliegenden Erfindung üegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem bekannten, eingangs erwähnten Stereomikroskop dieses derart zu verbessern, daß der Beleuchtungswirkungsgrad wesentlich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Strahlteiler derart ausgebildet sind, daß sie für senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Licht einen großen Reflexions- und einen kleinen Transmissionskoeffizienten und für parallel zur Einfallsebene polarisiertes Licht einen großen Transmissionskoeffizienten und einen kleinen Reflexionskoeffizienten aufweisen. Aufgrund der besonderen Ausbildung der Strahlungsteiler wird es möglich, die Verluste an Beleuchtungslicht und Beobachtungslicht erheblich zu reduzieren, so daß eine verbesserte Beleuchtung und eine verbesserte Beobachtung mit bemerkenswert leuchtstarken stereoskopischen Bildern erhalten wird.

Vorzugsweise werden Strahlteiler verwandt, die wenigstens 70% des senkrecht zu der Einfallsebene polarisierten Lichts reflektieren und wenigstens 70% des parallel zu der Einfallsebene polarisierten Lichts durchlassen. Hierdurch wird erreicht, daß wenigstens ein Wirkungsgrad von etwa 50% erzielt wird, was eine Verbesserung gegenüber den bereits bekannten Stereomikro:>kopen von etwa 100% bedeutet.

Eine besonders günstige und besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich dann, wenn Strahltciler verwandt werden, die wenigstens 90% des senkrecht zu der

Einfallsebene polarisiert-^ Lichts reflektieren und wenigstens 90% des parallel zu der Einfallsebene polarisierten Lichts durchlassen. Hierdurch kann der Wirkungsgrad noch weiter bis auf über 80% gesteigert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch das optische System einer ersten Ausfühningsform der vorliegenden Erfin- |₀ dung,

Fig.2 eine Ansicht der Beziehung zwischen der Polarisationsrichtung P des Polarisators, dem Winkel der Achse H der λ/4-PIatte, dem Winkel der Einfallsebene 5 zu dem Strahlenteiler und der ₎₅ Polarisationsrichtung A des Analysators,

Fig.3 eine Kurvendarstellung der Spektralkennlinie der Durchlässigkeit Γ und des Reflexionsvermögens R des Strahlenteilers und

Fig.4 eine Querschnittsansicht durch die optischen ·>₀ Systeme einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durc'i die optischen Systeme eines Stereomikroskops: dabei sind ein erstes Beobachtungssystem und ein erstes Beleuch- ₂s tungssystem symmetrisch in bezug auf die Mitte des Stereomikroskops zu einem zweiten Beobachtungssystem und einem zweiten Beleuchtungssystem angeordnet; das erste Beobachtungssystem weist ein Objektiv la, das beispielsweise durch eine Linse gebildet werden kann, und ein Okular 2a auf, während das erste Beleuchtungssystem eine Lichtquelle 3a und einen Strahlenteiler 4a enthält; das zweite Beobachtungssystem weist ein Objektiv \b, das beispielsweise durch eine Linse gebildet werden kann, und ein Okular 2b auf, während das zweite Beleuchtungssystem eine Lichtquelle 3b und einen Strahlenteiler Ab er.'iiait. Die optische Achse Ya des ersten Beleuchtungssystems kreuzt die optische Achse Xa des ersten Beobachtungssystems im rechten Winkel in der Mitte des ersten Strahlenteilers 4a, während d'o optische Achse Yb des zweiten Beleuchtungssystems die optische Achse Xb des zweiten Beobachtungssystems in der Mitte des zweiten Strahlenteilers 4b im rechten Winkel kreuzt; alle optischen Achsen liegen in der gleichen Ebene von F i g. 1 horizontal symmetrisch. Außerdem ist eine Hilfsobjektivlinse 9 vorgesehen, um die optischen Achsen der Objektive la und 1 b parallel zu machen. Das zweite Beleuchtungssystem liefert das Beleuchtungslicht für eine Probe S, die durch das erste Beobachtungs- system beobachtet werden soll, während das erste Beleuchtungssystem in ähnlicher Weise das Beleuchtungssystem fi'r die Beobachtung durch das zweite Beobachtungssystem erzeugt. Zwischen der Lichtquelle 3a und dem Strahlenteiler 4a des ersten Beleuchtungssystems sowie zwischen der Lichtquelle 3b und dem Strahlenteiler 4b des zweiten Beleuchtungssystems sind jeweils Polarisatoren 6a und 6b vorgesehen, deren Poiarisationsrichtung im rechten Winkel zu der Einfallsebene zu den beiden Strahlenteilern 4a und 4b verläuft; diese Einfallsebene ist als die Ebene definiert, die den einfallenden Lichtstrahl und den reflektierten Lichtstrahl enthält und deshalb mit der Ebene von Fig. I zusammenfällt. Außerdem ist zwischen dem Okular 2a des ersten Beobachtiingssystems und dem to Strahlenteiler 4a des ersten Bdeuchtungssystcms sowie zwischen dem Okular 2L· des zweiten Beobachtungssystems und dem Strahlenteiler 4b des zweiten Beleuchtungssystems jeweils ein Analysator 7a und 7b vorgesehen, dessen Polarisationsrichtung parallel zu der Einfallsebene zu den Strahlenteilern 4a und 4b verläuft, die mit der Ebene von F i g. 1 zusammenfällt Außerdem ist zwischen den Objektiven la, Iound der Probe 5 eine λ/4-PIatte 8 angeordnet, deren Achse in einem Winkel von 45° zu der Einfallsebene auf die Strahlenteiler verläuft.

Fig.2 zeigt die Winkelbeziehung zwischen der Polarisationsrichtung P der Polarisatoren 6a, 6b, der Polarisationslichtung A der Analysatoren 7a, 7b, der Achse Wder λ/4-PIatte 8 und der Einfallsebene 5 auf die Strahlenteiler 4a, 4b. Der von der Lichtquelle 3a des ersten Beleuchtungssystems zugeführte Beleuchtungsstrahl wird in der Richtung P senkrecht zu der Richtung S der Einfallsebene zu dem Strahlteiler 4a beim Durchgang durch den Polarisator 6a linear polarisiert, dann an dem Strahlenteiler 4a nahezu total reflektiert, durch die Objektivlinse la, die Hilfsobjektivlinse 9 und die λ/4-Platte 8, deren Achse H in einem Winkel von 45° gerichtet ist, durchgelassen, nach uer Reflexion an der Probe 5 wieder durch die λ/4-Platte 8 und das Hilfsobjektiv 9 durchgelassen und in die Objektivlinse Xb eingeführt. Die Polarisationsrichtung dieses Strahls wird bei den beiden Durchgängen durch die λ/4-PIatte S, die äquivalent zu einem Durchgang durch eine HalbwellenUingen-Platte ist, um 90° gedreht. Als Folge hiervon wird der Strahl durch den Strahlenteiler 4b und außerdem total durch den Analysator 7b durchgelassen, da dessen Polarisationsrichtung A mit der Polarisationsrichtung des Strahls zusammenfällt, so daß dieser Strahl das Okular 2b erreicht. Andererseits erreicht der Eeleuchtungsstrahl des ersten Beleuchtungssystems, der an dem Strahlenteiler 4a sowie an der Objektivlinse la reflektiert und durch den Strahlenteiler 4a durchgelassen wird, nicht das Okular 2a, da dessen Polarisationsrichtung Psenkrecht zu der Polarisationsrichtung A des Analysators 7a verläuft.

Die obige Erläuterung läßt sich auch bei dem von der Lichtquelle 3b des zweiten Beleuchtungssystems zugeführten Lichtstrahl, der den Analysator 7a durch den Strahlenteiler 4b, die Probe 5 und wieder den Strahlenteiler 4b erreicht, sowie bei dem an dem Objektiv \b reflektierten Lichtstrahl anwenden.

F i g. 3 zeigt schematisch die Spektral-Charakte.ristik bzw. -Kennlinie der Durchlässigkeit T und des Reflexionsvermögens R der Strahlenteiler 4a, 4b, die bei dem Stereomikroskop nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Diese Strahlenteiler sind mit mehreren dielektrischen Schichten versehen und zeigen in Abhängigkeit von der polarisierten Lichtkomponente wesentliche Unterschiede in ihrer Kennlinie. In F i g. 3 stellen die Indizes ρ bzw. s an den Buchstaben Tund R jeweils die Komponenten dar, die parallel bzw. senkrech,. zu der Einfallsebene verlaufen. Wie man in Fig. 3 erkennen kann, haben die Strahlenteiler für die senkrecht zu der Einfaiisebene verlaufende Komponente ein Reflexionsvermögen Rs, das bis zu ca. 90% reichen kann, während die Durchlässigkeit 7Vfür die zu der Einfallsebene parallele Komponente bis zu ca. 90% betragen kann. Eine solche Kennlinie für polarisiertes Licht ist spezifisch für Strahlenteiler die aus mehreren dielektrischen Schichten bestehen; außerdem iind solche Strahlenteiler auch noch in bezug auf ihren hohen Wirkungsgrad zweckmäßig, weil ihre Absorption relativ gering ist.

Bei dieser Konstruktion wird der den Polarisator 6<! oder 66 passierende Bcleuchtungsstrahl zu näherungs-

weise 90% an der Probe 5 reflektiert, während der den Sirahlenteiler 4a oder Ab nach zwei Durchgängen durch die λ/4-Platte 8 vor oder na·Ή der Reflexion an der Probe 5 erreichende Strahl zu näherungsweisc 90% zu dem Okular 2a oder 2b durchgelassen wird. Damit ist also der von den beiden Strahlcntcilcrn 4a und 46 erreichte Wirkungsgrad 90% · 90% oder 81%, also wesentlich höher als der Wirkungsgrad bei der herkömmlichen Konstruktion nach der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 53-52 154, bei der jeder Strahlenteiler einen Lichtverlust von 50% hat, «,o daß sich insgesamt nur ein Wirkungsgrad von 50% · 50% oder 25% ergibt. In der Praxis ist jedoch der tatsächliche Wirkungsgrad noch wesentlich geringer als 25%, da ein herkömmlicher Strahlenteiler mit gleicher Durchlässigkeit und gleichem Reflexionsvermögen eine erhöhte Absorption hat. Da bei der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Strahlenteiler 4a, 4b eine geringe Durchlässigkeit T, von ca. 10% für die SCnkrech! ZU der ΕίΡ^ί*(Ι*Γ^ρηρ vprlaiifpnrle Komponente haben, wird nur ungefähr 10% des an der Objektivlinse reflektierten Beleuchtungslichtes durch die Strahlenteiler zu den Analysatoren durchgelassen. Auf diese Weise wird es möglich, die Wirkung der senkrecht angeordneten Polarisatoren 6a, 66 und Analysatoren Ta, Tb writer zu erhöhen bzw. zu verstärken, um das Streulicht zu eliminieren, das auf das £.n den Objektiviinsen reflektierte Licht zurückzuführen ist.

Bei dem Stereomikroskop nach der vorliegenden Erfindung sollten die Strahlenteiler zweckmäßigerweise mit einem Reflexionsvermögen von wenigstens 70% für die senkrecht zu der Einfallsebene verlaufende, polarisierte Komponente und mit einer Durchlässigkeit von wenigstens 70% für die parallel zu der Einfallsebene verlaufende, polarisierte Komponente versehen sein, wodurch es möglich wird, einen Wirkungsgrad von 70% · 70% oder ca. 50% zu erhalten; es ergibt sich also ingesamt ein Wirkungsgrad, der doppelt so hoch wie bei herkömmlichen Systemen ist.

Außerdem kann die Konstruktion der vorliegenden Erfindung auch für ein einfaches Polarisations-Stereomikroskop für die stereoskopische Beobachtung des polarisierten Zustandes der Probe durch geeignete Drehung der λ/4-Platte 8 ausgenutzt werden, wenn die Polarisationsrichtung des durch das Okular verlaufenden Strahls in beiden Beobachtiingssystemen gleich ist. Bei der eben beschriebenen Ausführungsform ist die • A/4-Platte 8 auf der l'robensei'.c der Objektive la, 16 angeordnet und dient im Strahlengang von einem Objektiv au dem anderen durch die Fieflexion an der Probe im wesentlichen als Halbwellenlängcn-Plattc; diese λ/4-Plattc 8 kann jedoch durch eine llalbwellen-

i" längen (A/2)-Platt»· ersetzt werden, die sich vor dem Objektiv befindet; durch Drehung der Halbwellenlängen Platte kann diese Konstruktion ebenfalls als Polarisations-Mihoskop eingesetzt werden.

Wie oben erläutert wurde, wird ein koaxiales

ι > Auflicht-Stereomikroskop angegeben, das bei verringertem Lichtverlust gleiche llelligkcitspcgel und gleiche Farben für beide Betrachtungsfelder liefern kann.

Obwohl die in Fig. I gezeigte Ausführungsform bei einem Stereomikroskop mit gemeinsamem Objektivsy

ή upm verwendet wird, können entsprechende Strahlteilcr auch bei einem Stereomikroskop mit dem sogenannten »Greenough-System« eingesetzt werden.

Eine solche Ausführungsform ist in F i g. 4 dargestellt; dabei sind ein erstes Beobachtungssystem, das aus einer

-< Objektivlinse Ha und einer Objektivlinse 12a besteht, ein zweites Beobachtungssystem, das aus einer Objektivlinse 116und einer Okularlinse 126 besteht, ein erstes Beleuchtungssystem, das aus einer Lichtquelle 13a und einem ·■ "sten Strahlenteiler 14a besteht, und ein zweites

i» Beleuchtungssystem vorgesehen, das aus einer Lichtquelle 136 und einem zweiten Strahlenteiler 146 besteht. Das Greenough-System zeichne' sich dadurch aus. daß die optischen Achsen Xa' und Xb' des ersten und zweiten Beobachtungssystems einander direkt auf der

!· Probe 5 kreuzen. Die optischen Achsen Xa', Xb' des ersten und zweiten Beobachtungssystems und die optischen Ya' und Yb' des ersten und zweiten Beleuchtungssystems liegen gemeinsam in der Ebene von Fig. 2; die beiden Polarisatoren 16a, 166 und die beiden Analysatoren 17a, 176 haben den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion, wie sie bereits oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform nach Fig. 1 erläutert wurden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stereomikroskop mit koaxialer Auflicht-Beleuchtung zur Stereoskopen Beobachtung einer Probe mit einem ersten und einem zweiten Beobachtungssystem mit jeweils einer Objektivlinse und einer Okularlinse, die in gegenseitiger symmetrischer Lage angeordnet sind, mit einem ersten und einem zweiten Beleuchtungssystem, die jeweils einen ersten und einen zweiten Strahlteiler umfassen, die symmetrisch zueinander in den Beobachtungssystemen zwischen der Objektivlinse und der Okularlinse angeordnet sind, um durch die Strahlteiler Beleuchtungsstrahlen auf die Probe einzustrahlen, wobei die optischen Achsen des ersten und des ir. zweiten Beobachtungssystems und die optischen Achsen des ersten und zweiten Beleuchtungssystems so angeordnet sind, daß sie in einer gemeinsamen, die Einfallsebene bildenden Ebene liegen, und wobei der erste und der zweite Strahlteiler jeweils an den Schnittpnnkten der optischen Achsen des ersten und zweiten Beobachuingssystcins mit den optischen Achsen des ersten und zweiten Beleuchtungssystems liegen, mit Polarisatoren, die jeweils in den Strahlengängen des ersten und zweiten Beieuchtungssystems vor dem ersten und dem zweiten Strahlteiler angeordnet sind, wobei die Polarisatoren derart angeordnet sind, daß ihre Polarisationsrichtung senkrecht zu der Einfallsebene verläuft, mit entsprechenden Analysatoren, die in den Strahlengangen des ersten und zweiten Beobachtungssystems zwi":iien dem ersten und dem zweiten Strahlteiler und den entsprechenden Okularlinsen angeordnet sind, wobei die Analysatoren derart angeordnet sind, daß ihre Polarisationsrichtung r, parallel zu der Einfallsebene verläuft, und mit einer Wellenlängenplatte, die zwischen der Probe und wenigstens einer der Objektivlinsen angeordnet ist und die eine Drehung der Polarisationsrichtung in dem polarisierten Strahl, der durch eine Objektivlinse fällt, an der Probe reflektiert wird und sodann durch die andere Objektivlinse hindurchgeht, um 90Grad bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteiler (4a, 4b; 14a, \4b) derart ausgebildet sind, daß sie für senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Licht einen großen Refiexions- und einen kleinen Transmissionskoeffizienten und für parallel zur Einfallsebene polarisiertes Licht einen großen Transmissionkoeffizieriten und einen kleinen Reflexionskoeffizienten aufweisen.

2. Stereomikroskop nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteiler wenigstens 70% des senkrecht zu der Einfallsebene polarisierten Lichts reflektieren und wenigstens 70% des parallel zu der Einfallsebene polarisierten Lichts durchlassen.

3. Stereomikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteiler wenigstens 90% des senkrecht zu der Einfallsebene polarisierten Lichts reflektieren und wenigstens 90% des parallel zu der Einfallsebene polarisierten Lichts durchlassen.