DE3542218A1 - Arrangement for compensating path differences - Google Patents
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Abstract
Description
Anordnung zur Kompensation von GangunterschiedsdifferenzenArrangement for the compensation of path difference differences
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Kompensation von Gangunterschiedsdifferenzen in der Bildebene polarisationsoptischer Interferenzeinrichtungen vorzugsweise für Durch- und Auflichtmikroskope dient der Erhöhung des Bildkontrastes solcher Einrichtungen. The arrangement according to the invention for compensating for path difference differences in the image plane of optical polarization interference devices, preferably for transmitted and reflected light microscopes serves to increase the image contrast of such facilities.
Bei allen polarisations optischen Interferenzeinrichtungen (z.B. nach Nomarski, Smith, Jamin-Lebedew, Francon, Savaro) treten auf Grund der unterschiedlichen Neigungen und Wegstrecken, die das Licht in den dopperbrechenden Elementen zu den einzelnen 3?eidpunkten erfährt bzw. zurücklegt, auch ohne Versuchsobjekt, Gangunterschiedsdifferenzen im Sehfeld der Einrichtung auf. Diese führen zu Ungleichmäßigkeiten, die als zwei Hyperbeläste im beobachteten Bild sichtbar werden. Diese Erscheinung beeinträchtigt die Beurteilung der Gleichförmigkeit der Objekte und reduziert die Empfindlichkeit des Terfahrens. Bei dem am weitesten verbreiteten und entwickelten Verfahren, dem Interferenzkontrast nach Homarski, wird diese störende Erscheinung bisher durch Reduzierung der Dicke der doppelbrechenden Elemente verkleinert. Die Dicke läßt sich aber sowohl aus funktioneilen, als auch aus technologischen Gründen nicht beliebig reduzieren, so daß bei derartigen Einrichtungen hoher Kontrastgüte der ungleichmäßige Untergrund störend sichtbar bleibt.With all polarization optical interference devices (e.g. after Nomarski, Smith, Jamin-Lebedew, Francon, Savaro) due to the different inclines and distances that the light experiences or moves back in the birefringent elements to the individual three points, even without a test object, Path difference differences in the field of view of the facility. These lead to irregularities known as two hyperbolic branches become visible in the observed image. This phenomenon affects the judgment of the uniformity of the objects and reduces the sensitivity of driving. In the case of the most widely used and developed method, Homarski's interference contrast, this becomes disruptive Appearance previously reduced by reducing the thickness of the birefringent elements. The thickness can be both for functional as well as technological reasons not reduce at will, so that with such devices of high contrast quality the uneven background is annoyingly visible remain.
In dem DD-AP 115 271 ist eine lösung beschrieben, bei der die Kompensation der genannten Gangunterschiedsdifferenzen durch eine einachsige doppelbrechende Platte, deren Dicke entsprechend dimensioniert werden kann, erfolgt. Die Wirkung dieser Platte ist an die Voraussetzung gebunden, daß die optische Kristallachse in Richtung der optischen Geräteachse und die Außenflächen senkrecht dazu orientiert sind. Die zur optischen Achse senkrechten Außenflächen der Platte rufen jedoch störende Lichtreflexe hervor, die zu einer Verschleierung der Bilder fähren. Wird die Platte zur Vermeidung dieser Reflexe leicht geneigt, treten im Bildfeld bereits wieder Asymmetrien auf. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Platte zur Kompensation im Durchlichtstrahlengang als zusätzliches Bauelement eingefügt werden muß, da sich bekanntlich jede zusätzliche optische Fläche negativ auf die Bildgüte auswirkt. In DD-AP 115 271 a solution is described in which the above-mentioned path difference differences are compensated by a uniaxial birefringent plate, the thickness of which can be dimensioned accordingly, takes place. The effect of this Plate is tied to the requirement that the optical crystal axis in the direction of the optical device axis and the Outer surfaces are oriented perpendicular to it. The outer surfaces of the plate perpendicular to the optical axis, however, cause disturbances Light reflections emerge, which lead to the obscuration of the images. If the plate is light to avoid these reflections inclined, asymmetries appear again in the image field. Another disadvantage of this solution is that the Plate for compensation in the transmitted light beam path must be inserted as an additional component, as is known any additional optical surface has a negative effect on the image quality.
Die Erfindung hat das Ziel, die genannten Nachteile zu vermeiden, insbesondere soll eine Anordnung geschaffen werden, die auch für größere Bildfelder durch Baueinheiten des Gerätes hervorgerufene Ungleichmäßigkeiten des Kontrastes im Bildfeld weitestgehend verhindert.The invention has the aim of avoiding the disadvantages mentioned, in particular an arrangement is to be created which Even for larger image fields, irregularities in the contrast in the image field caused by structural units of the device largely prevented.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kompensation von Gangunterschiedsdifferenzen in einer Bildebene polarisationsoptischer Interferenzeinriehtungen insbesondere für Durch- und Auflichtmikroskope mit doppelbrechenden Bauelementen.The invention relates to an arrangement for compensating for path difference differences in an image plane of optical polarization Interference devices especially for through and Incident light microscopes with birefringent components.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die durch die doppelbrechenden Bauelemente kristalloptisch verursachten Gangunterschiedsdifferenzen in der Bildebene weitestgehend zu kompensieren, wobei die Anordnung auch für bereits bestehende Interferenzeinrichtungen nachrüstbar ist.The object of the invention is that by the birefringent To compensate for the path difference differences caused by crystal optics in the image plane as far as possible, The arrangement can also be retrofitted for existing interference devices.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Strahlengang mindestens ein zweiteiliges Kompensationselement angeordnet ist. Dieses besteht aus einem Material, dessen Doppelbrechung ein entgegengesetztes Vorzeichen zur Doppelbrechung des Materials aufweist, daß die Gangunterschiedsdifferenzen hervorruft. Die Gesamtdicke des Kompensationseiementes ist nach folgender Beziehung bestimmt:According to the invention the object is achieved in that in the beam path at least one two-part compensation element is arranged. This consists of a material whose birefringence has an opposite sign to the birefringence of the material that the path difference differences evokes. The total thickness of the compensation element is determined according to the following relationship:
wobei bedeuten:where mean:
D^ die Summe der Dicken, der zu kompensierenden Bauelemente, D2 die Gesamtdicke des Kompensationselementes,D ^ the sum of the thicknesses of the components to be compensated, D2 the total thickness of the compensation element,
N,,.. die Brechzahl des außerordentlichen Strahles der zu kompensierenden Bauelemente,N ,, .. the refractive index of the extraordinary ray to be compensated Components,
Ν™« die Brechzahl des außerordentlichen Strahles des Kompensationselementes, Ν ™ «the refractive index of the extraordinary ray of the compensation element,
N01 die Brechzahl des ordentlichen Strahles der zu kompensierenden Bauelemente,N 01 is the refractive index of the ordinary road h les of the compensated components,
N02 die Brechzahl des ordentlichen Strahles des Kompensationselementes , N 02 is the refractive index of the ordinary ray of the compensation element,
i- der Feldwinkel im Raum der zu kompensierenden Bauelementei- the field angle in the space of the components to be compensated
i2 der Peldwinkel, der im Raum des Kompensations elementes zum Peldwinkel i.. gehörti 2 is the Peld angle that belongs to the Peld angle i .. in the space of the compensation element
Vorteilhaft ist gemäß der Erfindung eines der beiden im Strahlengang der Interferenzeinrichtung angeordneten Interferenzprismen gleichzeitig als Kompensationselement mit vorgenanntem Aufbau und Dimensionierung ausgebildet. Durch die Wahl des Materials und der Dicke wirkt dieses Prisma gleichzeitig als Kompensationaelement. Weiterhin ist es vorteilhaft, ein erfindungsgemäßes Kompensationselement, z.B. zur Ergänzung bereits bestehender Interferenzeinrichtungen, als separates Bauelement bestehend aus zwei gleichdicken planparallelen Platten im Strahlengang anzuordnen. Die optischen Kristallacnaen der Platten verlaufen unter 90°zu-According to the invention, one of the two in the beam path is advantageous the interference device arranged interference prisms at the same time as a compensation element with the aforementioned structure and dimensioning. Due to the choice of material and thickness, this prism also acts as a compensation element. Furthermore, it is advantageous to use a compensation element according to the invention, e.g. to supplement existing interference facilities, to be arranged as a separate component consisting of two plane-parallel plates of the same thickness in the beam path. The optical crystals of the plates run at 90 ° to
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einander und zur optischen Geräteachse. Das !Compensationselement kann dabei wahlweise sowohl beleuchtungsseitig als auch beidseitig im Strahlengang angeordnet werden. Weiterhin ist es möglich, je ein entsprechend geringer dimensioniertes Kompensationselement beleuchtungsseitig und bildseitig im Strahlengang anzuordnen, each other and to the optical device axis. The! Compensation element can be arranged either on the lighting side or on both sides in the beam path. Furthermore it is possible to arrange a correspondingly smaller compensation element on the lighting side and on the image side in the beam path,
Die Anordnung zur Kompensation von Gangunterschiedsdifferenzen soll an Hand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert werden, wobeiThe arrangement for the compensation of path difference differences is to be explained in more detail with reference to Figures 1 to 5, wherein
Pig. 1 eine Anordnung im Durchlicht mit einem Komp ens at ions prisma Pig. 1 shows an arrangement in transmitted light with a compensation prism
Mg, 2 eine Anordnung im Durchlicht mit einer Komp ens at io ns platte, Mg, 2 an arrangement in transmitted light with a compensation plate,
Fig. 3 eine Anordnung im Durchlicht mit mehr als einer Kompensationsplatte 3 shows an arrangement in transmitted light with more than one compensation plate
Fig. 4 eine Anordnung im Auflicht mit doppeltem Lichtdurchgang durch die Kompensationsplatte und4 shows an arrangement in incident light with double light passage through the compensation plate and
Fig. 5 eine Anordnung im Auflicht mit einmaligem lichtdurchgang durch die Kompensationsplatte5 shows an arrangement in incident light with a single passage of light through the compensation plate
zeigt.shows.
In Fig. 1 sind entlang einer optischen Geräteachse eines nicht dargestellten Durchlichtinterferenzkontrastmikroskopes in Lichtausbreitungsrichtung nacheinander ein Polarisator T, ein Interferenzelement 2, als Prisma ausgeführt (z.3. Wollastonprisma), ein Kondensor 3, ein Objekt 4, ein Objektiv 5, ein Kompensationsprisma 6 in erfindungsgemäßer Dimensionierung und ein Analysator 7 angeordnet. In dieser Anordnung werden die vom Interferenzelement 2 verursachten feldortabhängigen Gangunterschiedsdifferenzen durch das Kompensationsprisma 6 das gemäß der Erfindung dimensioniert ist und welches gleichzeitig die Wirkung eines bildseitigen Interferenzelementes hat, kompensiert. Es ist auch möglich, bei entsprechender Dimensionierung das Interferenzelement 2 und das Kompensationsprisma 6 auszutauschen.In Fig. 1 are along an optical device axis of a transmitted light interference contrast microscope, not shown, in the direction of light propagation one after the other a polarizer T, an interference element 2, designed as a prism (e.g. 3. Wollaston prism), a condenser 3, an object 4, an objective 5, a compensation prism 6 with dimensions according to the invention and an analyzer 7 arranged. In this arrangement, the path difference differences caused by the interference element 2 are dependent on the field location through the compensation prism 6 that is dimensioned according to the invention and which at the same time has the effect of an image-side interference element, compensated. It is also possible, with appropriate dimensioning, for the interference element 2 and the compensation prism 6 to exchange.
In der Fig.2 und den folgenden Figuren sind jeweils gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In einer an sich bekannten Interferenzanordnung für Durchliehtinterferenzkontrastmikroskope, mit Interferenzelementen 8 und 9, die z.B. in Form von Wollastonprismen ausgebildet sind, ist zwischen einem bildseitigen Interferenzelement 9 und einem Analysator 7 eine erfindungsgemäß dimensionierte Kompensationsplatte 10 angeordnet. Die Kompensationsplatte 10 kompensiert die Summe der in den Interferenzelementen 8 und 9 verursachten feldortabhängigen Gangunterschiedsdifferenzen. 3s ist auch möglich, die Kompensationsplatte 10 zwischen dem Polarisator 1 und dem Interferenzelement 8 anzuordnen. Weiterhin besteht die Möglichkeit die feldortabhängigen Gangunterschiedsdifferenzen des beleuchtungsseitigen Interferenzelementes 8 und des bildseitigen Interferenzelementes 9 jeweils einzeln, durch Zuordnung von je einer Kompens ations platte 11 zu den Interferenzelementen 8 und 9, zu kompensieren. Diese Anordnung wird in Fig. 3 gezeigt. Dabei ist jedoch zubeachten, daß die Summe der Dicken der Kompensationsplatten 11 gleich der für die Kompensation notwendigen Gesamtdicke Dp ist.In Figure 2 and the following figures are each the same Components are provided with the same reference numerals. In an interference arrangement known per se for transmitted interference contrast microscopes, with interference elements 8 and 9, for example in the form of Wollaston prisms, is between an image-side interference element 9 and an analyzer 7 a compensation plate 10 dimensioned according to the invention is arranged. The compensation plate 10 compensates for the sum of the field-location-dependent path difference differences caused in the interference elements 8 and 9. 3s is also possible that Compensation plate 10 between the polarizer 1 and the To arrange interference element 8. There is still the possibility the path difference differences depending on the field location on the lighting side Interference element 8 and the image side Interference element 9 each individually, by assigning each a compensation plate 11 to the interference elements 8 and 9, to compensate. This arrangement is shown in FIG. It should be noted, however, that the sum of the thicknesses of the compensation plates 11 is equal to the total thickness Dp necessary for the compensation.
In Fig. 4 und 5 werden bekannte Interferenzanordnungen für Auflichtmikroskope, die um eine Kompensationsplatte 14 (Fig. 4) oder 10 (Fig. 5) ergänzt sind, dargestellt. Durch diese Kompensationsplatten 10 oder 14 wird die durch ein Interferenzelement 12 hervorgerufene Gangunterschiedsdifferenz kompensiert. In Fig. 4 and 5 known interference arrangements for Incident light microscopes, which are supplemented by a compensation plate 14 (Fig. 4) or 10 (Fig. 5), shown. Through these compensation plates 10 or 14, the path difference difference caused by an interference element 12 is compensated.
Ist das Kompensationselement im Strahlengang zwischen einem Teilerspiegel 13 und einem Objekt 4, wie z.B. die Kompensationsplatte 14 in Fig. 4, angeordnet, so ergibt sich für die Dicke der Kompensationsplatte H der halbe Betrag der errechneten Dicke Dp, da in diesem Fall die Kompensationsplatte zweimal vom Licht durchlaufen wird. Dagegen ist bei Anordnung des Kompensationselementes zwischen dem Polarisator 1 und dem Teilerspiegel 13 oder zwischen dem Teilerspiegel 13 und dem Analysator 7, wie z.B. die Kompensationsplatte 10 in Fig. 5, die Dicke der Kompensationsplatte 10 gleich der errechneten Dicke D2·If the compensation element is arranged in the beam path between a splitter mirror 13 and an object 4, such as the compensation plate 14 in FIG is traversed by light. In contrast, when the compensation element is arranged between the polarizer 1 and the splitter mirror 13 or between the splitter mirror 13 and the analyzer 7, such as the compensation plate 10 in FIG. 5, the thickness of the compensation plate 10 is equal to the calculated thickness D 2 ·
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N„o die Brechzahl des außerordentlichen Strahles des Kompen-compensating components
N " o the refractive index of the extraordinary ray of the compensation
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