DE3537284A1 - Universal polarisation microscope - Google Patents

Universal polarisation microscope

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Joachim DDR 6902 Jena-Lobeda Bergner
Burkhard DDR 6900 Jena Bufe
Hans Dr. DDR 6900 Jena Tandler
Hubert Dipl.-Ing. DDR 6540 Stadtroda Wahl
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Abstract

The universal polarisation microscope according to the invention is applied in studying crystalline materials or substances. The aim of the invention is a microscope in which a rapid change between a plurality of methods of microscopic study is possible in conjunction with a constant viewing height. The object to be achieved consists in guiding the beam path in the microscope in such a way that it is possible for all the required optical components to be brought quickly and without complication into the beam path for at least two methods of investigation. The object is achieved when inside a tube which can be coupled to the microscope as a closed component the beams which image the object are guided to a common intermediate image plane optionally on two different intertwined imaging loops on which the imaging beams are physically influenced in different ways. From this plane, they are simultaneously guided via separate optical systems to an observation tube with eye pieces and a photometric tube with a photoreceiver.

Description

Universal-PolarisationsmikroskopUniversal polarizing microscope

Die Erfindung betrifft ein Universal-Projektionsmikroskop mitpolarisationsoptischen und interferometrischen Abbildungssystemen, mit deren Hilfe stoffspezifische optische Größen ermittelt bzw. gemessen werden können. Solche Mikroskope sind bei der Untersuchung kristalliner Stoffe oder Substanzen mit ausgeprägter Nahorientierung ihrer Moleküle (z.B. biologische Membrane, hochpolymers Werkstoffe) einsetzbar.The invention relates to a universal projection microscope with polarization optics and interferometric imaging systems, with the help of which substance-specific optical Sizes can be determined or measured. Such microscopes are being examined crystalline substances or substances with a pronounced close-up orientation of their molecules (e.g. biological membrane, high polymer materials) can be used.

Zur Charakterisierung von mikroskopischen Festkörpern werden stoffspezifische optische Größen wie Brechzahl, Doppelbrechung, Transmissionsgrad, Refluxionsgrad gemessen und qualitative Eigenschaften wie optischer Charakter, Zahl der optischen Achsen u.a. ermittelt. Zur vollständigen Beschreibung dieser Stoffeigenschaften ist es erforderlich, nacheinander polarisationsmikroskopische interferenzmikroskopische und mikroskopphotometrische Verfahren anzuwenden.To characterize microscopic solids, substance-specific optical parameters such as refractive index, birefringence, transmittance, reflux degree measured and qualitative properties such as optical character, number of optical Axes etc. determined. For a complete description of these substance properties it is necessary, one after the other, polarizing microscopic interference microscopic and to use microscopic photometric methods.

Bekannte Mikroskop-Baukastensysteme gestatten die wahlweise Anwendung dieser Verfahren durch Einsatz spezifischer Zusatzeinheiten, die jeweils über eine Koppelstelle am Mikroskop adaptiert werden. So gestattet das im DD-WP 65 323 beschriebene Polarisationsmikroskop eine einwandfreie konoskopische und orthoskopische Beobachtung des zu prüfenden Objektes mit ergonomisch günstig gestaltetem binokularen Einblich. Zur Messung der Brechzahl wird eine separate Interferenzeinrichtung gemäß DD-WP 53 890 verwendet.Known modular microscope systems allow optional use this process through the use of specific additional units, each with a Coupling point to be adapted on the microscope. This allows the described in DD-WP 65 323 Polarizing microscope a flawless conoscopic and orthoscopic Observation of the object to be checked with an ergonomically designed binocular Really. A separate interference device is used to measure the refractive index DD-WP 53 890 used.

Nachteilig bei dieser Arbeitsweise ist, daß der Tubus mit der Interferenzeinrichtung gegen den Polarisationstubus ausgewechselt werden muß. Ein zusätzlicher Wechsel wird erforderlich, wenn ein Mikroskopphotameter adaptiert werden soll. Bei deisem Baukastensystem ist weiterhin von Nachteil, daß die erzeugten Bilder nicht immer in der gleichen Ebene liegen. Daraus ergeben sich für den Einblicktubus unterschiedliche Einblickhöhen und -winkel. Zusätzlich können in seite und Höhe unterschiedliche Bildlagen und unterschiedliche Vergrößerungen auftreten. Durch die Lagerung der gerade nicht eingesetzten Baugruppe am Arbeitsplatz wird dieser eingeschränkt und eine Verschmutzung der äußeren Optikteile ermöglicht.The disadvantage of this mode of operation is that the tube with the interference device must be exchanged for the polarization tube. An additional change is required if a microscope photometer is to be adapted. At deisem The modular system is also disadvantageous in that the images generated are not always lie in the same plane. This results in different for the viewing tube Viewing heights and angles. In addition, the side and height can be different Image positions and different magnifications occur. By storing the This will be restricted and not currently used module at the workplace allows contamination of the outer optics.

Eine Weiterführung eines Baukasteinprinzipe ist in der At-PS 314 222 beschrieben.A continuation of a modular principle is in At-PS 314 222 described.

Diese Anordnung gewährleistet bei gleichbleibender Bau-und Einblickhöhe sowie unveränderter Stanbilität des Mikroskopes den Wechsel der Methoden, indem im Grundkörper verschiedene die notwendigen optischen Elemente tragende quaderförmige Einschübe ausgewechselt werden. Nachteilig ist jedoch auch hierbei der notwendige Wachsel von gesondert aufzubewahrenden Baugruppen sowohl hinsichtlich des Einhaltens der erforderlichen Justiergenauigkeit als auch der Empfindlichkeit, insbesondere von Interferometern gegen Dejustierung und mechanische Beschädigung sowie Anfälligkeit gegen Verstauben.This arrangement ensures that the structural height and viewing height remain the same as well as unchanged stability of the microscope changing the methods by In the base body, various cuboidal blocks that carry the necessary optical elements Inserts are exchanged. However, the disadvantage here too is the necessary one Wax from assemblies to be kept separately, both in terms of compliance the required adjustment accuracy as well as the sensitivity, in particular of interferometers against misalignment and mechanical damage as well as susceptibility against dust.

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu beseitigen. Es soll ein Mikroskop geschaffen werden, bei dem bei konstanter Einblickhöhe und -winkel ein schneller Wechsel zwischen mehereren mikroskopsichen Untersuchungsverfafren, insbesondere zur Phasenanalyse, möglich ist und bei dem die dazu notwendigen Baugruppen weitestgehend gegen Umwelteinflüsse geschützt sind.The aim of the invention is to eliminate the disadvantages mentioned. A microscope is to be created in which, with constant viewing height and -winkel a quick change between several microscopic examination procedures, in particular for phase analysis, is possible and in which the necessary assemblies as far as possible are protected against environmental influences.

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop mit einem Schrageinblick, Anschlußstellen für die Mikrophotografie und Photometereinrichtungen und mit optischen Bauelementen, durch die im Mikroskop eine Bildebene erzeugt wird, die optisch konjugiert zu einer Okularblendebene eines an das Mikroskop ankoppelbaren Okulartubus ist.The invention relates to a microscope with an oblique view, connection points for microphotography and photometer devices and with optical components, through which an image plane is generated in the microscope that is optically conjugate to a The eyepiece diaphragm plane of an eyepiece tube that can be coupled to the microscope is.

Die zu lösende Aufgabe besteht darin, den Strahlengang im Mikroskop so zu fähren, daß für mindestens zwei verschiedene mikroskopische Untersucungsverfahren alle notwendigen optischen Bauelemente schnell und unkompliziert in den Strahlengang gebracht werden können und mindestens ein zugängliches Zwischenbild des Objektes zur Anordnung von Marken, Blenden u.ä. entsteht.The task to be solved is to determine the beam path in the microscope to be carried out in such a way that for at least two different microscopic examination procedures all necessary optical components quickly and easily in the beam path can be brought and at least one accessible intermediate image of the object for the arrangement of marks, covers, etc. arises.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein an das Mikroskop angekeppelter Tubus als in sich geschlossene Daugruppe gestaltet ist, in der zwischen einer optische Anschlußstelle an das Mikroskop und der Anschlußstelle für den Okulartubus der vom Objektiv kommende Abbildungsstrahlengang über um- bzw. einschaltbare Umlenkelemente wahlweise entlang zweier unterschiedlich verlaufender Teilstrahlengänge geführt werden kann, in Jenen die Strahlen in unterschiedlicher Weise physikalisch beeinflußt werden. Dabei ist der zweite Teilstrahlengang derart in den ersten eingekoppelt, daß beide Teilstrahlengänge eine gemeinsame vor dem Okulartubus oder der Photometereinrichtung liegende Bildebene besitzen. Ein i dieser Bildebene entstehendes Zwischenbild weist für beide Teilstrahlengänge gleiche Lage in Seite und Höhe sowie gleichen Abbildungsmaßstab des Objektes auf und wird anschließend gleichzeitig über getrennte optische Systeme dem Okulartubus und der Photometereinrichtung zugeführt.According to the invention, the object is achieved in that a to the microscope connected tube is designed as a self-contained Daugruppe in which between an optical connection point to the microscope and the connection point for the eyepiece tube the imaging beam path coming from the lens via switchable or switchable deflection elements optionally guided along two different partial beam paths in those the rays can be physically influenced in different ways will. The second partial beam path is coupled into the first in such a way that that both partial beam paths have a common one in front of the eyepiece tube or the photometer device have a horizontal image plane. An intermediate image arising in this image plane has the same position in terms of side and height as well as the same image scale for both partial beam paths of the object and is then simultaneously via separate optical systems fed to the eyepiece tube and the photometer device.

Die Erfindung wird nacstehend anhand der schematischen Zeichrung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawing explained.

In der Figur ist ein erfindungsgemäßer Mikroskoptubus im schnitt dargestellt. Ein Gehäuse 1 enthält alle Abbildungs- und Umlenkelemente und ist fest oder trennbar über mechanische Koppelstellen 25 mit einem nicht dargestellten Mikroskop verbunden. Entlang eines von einem Objektiv des Mikroskopes kommenden Abbildungsstrahlenganges 26 sind ein Kompensator 14 und ein Analysator 15 ausschaltbar und ein Tubuslinsansystem 16 fest angeordnet. Danach folgen ausschaltbares Umlenkelemente 17 und 20. Wenn diese aus dem Abbildungsstrahlengang 26 ausgeschaltet sind, verläuft er in einer ersten Abbildungschleife über ausgehaltbare Umlenkelemente 2 und 4, durch eine Feldlinse 4a, über Umlenkelemente 12 und durch ein Bildversetzungslinsensystem 18 zu einem nicht dargestellten an eine Koppelstelle 19 ankoppelbaren binokularen oder monokularen Okulartubus. Teilsysteme 18a, 18c sind ausschaltbar und ein Teilsystem 18b ist fast im Strahlengang angeordnet.In the figure, a microscope tube according to the invention is shown in section. A housing 1 contains all imaging and deflection elements and is fixed or separable Connected via mechanical coupling points 25 to a microscope, not shown. Along an imaging beam path coming from an objective of the microscope 26, a compensator 14 and an analyzer 15 can be switched off and a tube lens system 16 fixed. This is followed by deflecting elements 17 and 20 which can be switched off. If these are switched off from the imaging beam path 26, it runs in a first imaging loop via sustained deflection elements 2 and 4, through a field lens 4a, via deflection elements 12 and through an image displacement lens system 18 to one binoculars or monoculars, not shown, which can be coupled to a coupling point 19 Eyepiece tube. Subsystems 18a, 18c can be switched off and one subsystem 18b is almost arranged in the beam path.

Sind die Umlenkelemente 17 und 20 in den Strahlengang 26 eingeschaltet, verläuft dieser nach dem Umlenkelement 17 in einer zweiten Abbildungsschleife durch eine Feldlinse 11, ein Telezlinsensystem 10, Umlenkelemente 9, ein bekanntes Mach-Zehnder-Interferometer 8 und ein Tubuslinsensystem 27 zu dem Umlenkelement 20 und wird durch dieses wieder in die erste Abbildungsschleife eingekoppelt.If the deflecting elements 17 and 20 are switched into the beam path 26, this runs through after the deflection element 17 in a second imaging loop a field lens 11, a telez lens system 10, deflection elements 9, a known Mach-Zehnder interferometer 8 and a tube lens system 27 to the deflection element 20 and is again through this coupled into the first imaging loop.

Oberhalb des Umlenkelementes 2 befindet sich eine Koppelstelle 3 für eine nicht dargestellte mikrophotografische Einrichtung. Nach einem Objektiv 5 ist an einer Koppelstelle 6 eine Photometereinrichtung 13 mit einem Photoempfänger 7 angesetzt. Ein Umlenkelement 21 ist zusammen mit einer Feldlinse 21a gegen die Umlenkelemente 2 und 4 und die Feldlinse 4a wechselbar. Gekoppelt mit dem Umlenkelement 4 wird das Teilsystem 18a aus dem Strahlengang entfernt und gekoppelt mit dem Umlenkelement 21 wird das Teilsystem 18c in den Strahlengang gebracht.Above the deflection element 2 there is a coupling point 3 for a photomicrograph, not shown. After a lens 5 is a photometer device 13 with a photoreceiver 7 at a coupling point 6 scheduled. A deflection element 21 is together with a field lens 21a against the deflection elements 2 and 4 and the field lens 4a interchangeable. It is coupled to the deflecting element 4 the subsystem 18a removed from the beam path and coupled to the deflecting element 21, the subsystem 18c is brought into the beam path.

Gemäß der Erfindung sind das Umlenkelement 21 und die Feldlinse 21a ebenfalls innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet und mittels nicht dargestellter Schaltelemente einschaltbar. Sie sind nur aus Gründen der Ubersichtlichkeit in der Figur außerhalb dargestellt.According to the invention, the deflecting element 21 and the field lens 21a also arranged within the housing 1 and by means of switching elements, not shown switchable. They are only outside the figure for the sake of clarity shown.

Durch das Tubuslinsensystem 16 wird bei eingeschalteten Umlenkelementen 17 und 20 ein Zwischenbild Op' des mikroskopischen Objektes in der Spiegelebene des Umlenkelementes 4 entworfen. Das Umlenkelement 4 ist als vorspiegeltes Prisma von mindestens zweifacher Bandelbreite ausgeführt und seitlich so verschiebbar, daß zentral ausgesparte Bereiche mit verschiedenen Durchmessern wahlweise in die Bildmitte gebracht werden können. Diese Bereiche dienen als Feldblenden für eine nachgeschaltete Photometereinrichtung 13. Das durch sie gehende Licht wird vom Objektiv 6 auf den Photoempfänger 7 geleitet. Die mit dem Umlenkelement 4 gekoppelte Feldlinse 4a dient der geeigneten Verlagerung der Austrittspupille des Objektives.With the deflecting elements switched on, the tube lens system 16 17 and 20 an intermediate image Op 'of the microscopic object in the mirror plane of the deflecting element 4 designed. The deflecting element 4 is a prismatic prism designed to be at least twice the width of the belt and laterally displaceable so that that centrally recessed areas with different diameters optionally in the Can be brought to the center of the image. These areas serve as field apertures for a downstream photometer device 13. The light passing through it is from the lens 6 passed to the photoreceiver 7. The field lens coupled to the deflecting element 4 4a is used to move the exit pupil of the objective in a suitable manner.

Sind die Umlenkelemente 2 und 4, die Feldlinse 4a und das Teilsystem 18a durch das umlenkelement 21, die Feldlinse 21a und das Teilsystem 18c ersetzt, entsteht durch den größeren Glasweg innerhalb des Umlenkelementes 21 das Zwischenbild Op' zwischen dem Umlenkelement 21 und der Feldlinse 21a. Es ist damit zum Einschalten von nicht dargestellten Meßplatten oder eines Fadenkreuzes und einer Irisblende zum Ausblenden kleiner Objektdetaile für die konoskopische Untersuchung frei zugänglich.Are the deflecting elements 2 and 4, the field lens 4a and the subsystem 18a replaced by the deflecting element 21, the field lens 21a and the subsystem 18c, The intermediate image is created by the larger glass path within the deflecting element 21 Op 'between the deflecting element 21 and the field lens 21a. It is ready to be switched on of measuring plates, not shown, or a crosshair and an iris diaphragm to hide small object details freely accessible for conoscopic examination.

Über die Umlenkelemente 12 und das Bildversetzungslinsensystem 18 wird das Objektbild schließlich in der Okularblendenebene bei OP" abgebildet.Via the deflecting elements 12 and the image displacement lens system 18 the object image is finally imaged in the eyepiece diaphragm plane at OP ".

Zur Darstellung und Messung polarisationsoptischer Eigenschaften können im Tubus der Analysator 15 und Kompensator 14 unterschiedlicher Bauart in den telezentrischen Abbildungsstrahlengang des Mikroskopes vor dem Tubuslinsensystem 16 eingeschaltet werden. Befindet sich weder das Umlenkelement 2 noch das Umlenkelement 21 im Strahlengang, wird durch das Tubuslinsensystem 16 oberhalb der Koppelstelle 3 ein Objektbild Op' erzeugt, das an dieser Stelle von einer mikrophotografischen Einrichtung aufgenommen werden kann.To display and measure polarization-optical properties, in the tube the analyzer 15 and compensator 14 of different types in the telecentric The imaging beam path of the microscope in front of the tube lens system 16 is switched on will. If neither the deflecting element 2 nor the deflecting element 21 is in the beam path, is through the tube lens system 16 above the Coupling point 3 an object image Op 'is generated, which at this point is taken from a microphotographic Facility can be included.

Zur Messung optischer Größen im Interferometerstrahlengang werden die miteinander gekoppelten Umlenkelemente 17 und 20 in den Stahlengang geschaltet, und damit durchläuft das Abbildungsstrahlenbündel zusätzlich die zweite Abbildungsschleife. Das durch das Tubuslinsensystem 16 in einer sich vor der Feldlinse 11 befindlichen Bildebene OI' entworfene Objektzwischenfeld wird mittels der Feldlinse 11, des Telezlinsensystems 10 durch das Interferometer 8 hindurch vom Tuluslinsensystem 27 wiederum in die Spiegelsbene des Umlenkelements 4 abgebildet. Es entstetht dort in der gleichen bildebene wie über dem Polarisationsstrahlengang ein Objektswischenbild OI", das in Höhe und Seite die gleiche Lage wie Op' und den gleichen Abbildungsmaßstab hat.To measure optical quantities in the interferometer beam path the mutually coupled deflection elements 17 and 20 are switched into the steel passage, and thus the imaging beam additionally passes through the second imaging loop. The one located in front of the field lens 11 through the tube lens system 16 The intermediate object field designed in the image plane OI 'is created by means of the field lens 11, the telez lens system 10 through the interferometer 8 from the tulus lens system 27 again into the The mirror plane of the deflecting element 4 is shown. It arises there in the same image plane as above the polarization beam path an object wipe image OI "that has the same position in height and side as Op 'and the same reproduction scale.

Der weitere Verlauf der Strahlen ist der gleiche wie über die erste Abbildungsschleife, so daß in der Okularblendenebene das Objektbild OI"' entsteht.The further course of the rays is the same as on the first Imaging loop, so that the object image OI "'is created in the plane of the eyepiece diaphragm.

Claims (4)

Patentansprüch 1. Universal-Polarisationsmikroskop mit einem Schrägeinblicktubus, Anschlußstellen für Mikrophotografie und Photometereinrichtungen und optischen Bauelementen, durch die im Mikroskop eine Zwischenbildebene erzeugt wird, die optisch konjugiert zu einer Okularblendenebene eines an das Mikroskop ankoppelbaren Okulartubus ist, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb eines als geschlossene Baueinheit an das Mikroskop ankoppelbaren Tubus der Abbildungsstrahlengang zwischen einer optischen Anschlußstelle zum Mikroskop und der optischen Anschlußstelle zum Sohrägeinblicktubus über abbildende und strahlumlenkende optische Bauelemente entlang eines ersten Strahlenganges geführt wird, in dem die genannte Zwischenbildebene liegt, daß ein erstes in den ersten Strahlengang einschaltbares Umlenkelement zur Umlenkung des Abbildungsstrahlenganges in einen zweiten Strahlengang mit Einrichtung zu einer zusätzlichen physikalischen Beeinflussung der abbildenden Strahlen und optischen Bauelemente zur Abbildung und Strahlumlenkung vorhanden ist, daß ein zweites Umlenkelement so in den ersten und zweiten Strahlengang einschaltbar ist, daß der zweite Strahlengang wieder in den ersten Strahlengang eingekoppelt wird, daß die Aus- und Wiederankopplung des zweiten Strahlenganges aus bzw. in den ersten Strahlengang vor der Zwischenbildebene erfolgt und daß über jeden der Teilstrahlengänge in dieser Zwischenbildebene ein Bild erzeugt wird, das durch ein nachgeordnetes erstes optisches System in die Okularblendebene und gleichzeitig über ein zweites optisches System auf einen Photoempfänger abgebildet wird.Claims 1. Universal polarizing microscope with an oblique viewing tube, Connection points for microphotography and photometer devices and optical components, through which an intermediate image plane is generated in the microscope, which optically conjugates to an eyepiece diaphragm plane of an eyepiece tube that can be coupled to the microscope, characterized in that within a closed structural unit to the microscope couplable tube of the imaging beam path between an optical connection point to the microscope and the optical connection point to the Sohrägeinblicktubus via imaging and beam-deflecting optical components guided along a first beam path becomes, in which said intermediate image plane lies, that a first in the first Beam path switchable deflection element for deflecting the imaging beam path in a second beam path with device for an additional physical one Influencing the imaging rays and optical components for imaging and Beam deflection is present that a second deflecting element so in the first and second beam path can be switched on, that the second beam path is back into the first beam path is coupled that the coupling out and recoupling of the second The beam path takes place from or in the first beam path in front of the intermediate image plane and that an image is generated over each of the partial beam paths in this intermediate image plane through a downstream first optical system in the eyepiece diaphragm and at the same time imaged on a photoreceiver via a second optical system will. 2. Universal-Polarisationsmikroskop nac Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Zwischenbildebene ein Umlenkelement mit Photometerblenden angeordnet ist.2. Universal polarizing microscope according to claim 1, characterized in that a deflecting element with photometer apertures is arranged in the intermediate image plane is. 3. Universal-Polarisationsmikroskop nach anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Umlenkelement mit der Photometerblende und ein im ersten Strahlengang davor angeordnetes Umlenkelement gegen ein Umlenkelement mit zwei Strahlumlenkungen austauschbar sind und daß gekoppelt mit dem Umlenkelement mit zwei Strahlumlenkungen ein abbildendes optische System in den Strahlengang gebracht wird, welches das durch den Austausch verlagerte Zwischenbild in die gleiche Ebene abbildet, wie das nicht verlagerte Zwischenbild.3. Universal polarizing microscope according to claim 1, characterized in that the deflecting element with the photometer diaphragm and one in the first beam path in front of it Deflection element against a deflection element with two Beam deflectors are interchangeable and that coupled to the deflecting element two beam deflections brought an imaging optical system into the beam path which the intermediate image shifted by the exchange into the same plane depicts how the non-relocated intermediate image. 4. Universal-Polaristionsmikroskop nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Objektabbildung in der Okularblendenebene über beide Teilstrahlengänge erfolgt.4. Universal polarization microscope according to claim 1 to 3, characterized in that the object image in the eyepiece diaphragm plane over both partial beam paths he follows.
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