Die Erfindung findet Anwendung in mit polarisiertem Licht
arbeitenden optischen Geräten, insbesondere in Mikroskopen.
Sie dient vorzugsweise zur kontrastreichen Darstellung
ungefärbter Objekte, wie sie bei Untersuchungen in der
Biologie, der Medizin, der Kriminalistik und in der
Mikroelektronik vorliegen, und als Einstellhilfe für
quantitative Untersuchungen an Präparaten der Mineralogie, der
Petrographie und der Chemie.
The invention finds application in polarized light
working optical devices, especially in microscopes.
It is preferably used for high-contrast display
uncolored objects, such as those found in examinations in the
Biology, medicine, forensics and in
Microelectronics are available, and as an adjustment aid for
quantitative studies on preparations of mineralogy, the
Petrography and chemistry.
Alle bisher bekannten polarisationsoptischen
Interferenzeinrichtungen (z. B. nach SMITH, NOMARSKI,
JAMIN-LEBEDEW, FRANCON, SAVART, PLUTA, DE VEER, SCHOEPPE)
verwenden ausschließlich linear polarisiertes Licht. Damit
entsteht in den Einrichtungen der bekannte, auf Drehung der
Schwingungsebene bei der Lichtbrechung an Linsen und anderen
optischen Elementen beruhende Löschungsfehler, der sich als
hyperbelförmige Intensitätsverteilung in der
Mikroskopaustrittspupille auswirkt. Für die Erzielung
ausreichender Bildkontraste ist folglich eine
Aperturbeschränkung erforderlich, die mit Verlust an lateraler
Auflösung verbunden ist. Ein weiterer Nachteil solcher
bekannter Einrichtungen, die mit einem vor dem Objekt
angeordneten und einem hinter dem Objekt angeordneten
bildaufspaltenden optischen Elemente arbeiten, besteht in einer
inhomogenen Intensitätsverteilung im Feld, die um so stärker
bemerkbar wird, je größer das genutzte Bildfeld ist. Im DD-AP
1 13 271 ist eine Anordnung beschrieben, bei der die durch
unterschiedliche Neigungen und Weglängen des Lichtes in den
anisotropen Bildaufspaltungselementen hervorgerufenen
hyperbelförmig verteilten Gangunterschiedsdifferenzen im
Bildfeld kompensiert werden können. Die verwendete anisotrope
Kompensationsplatte muß allerdings senkrecht im Strahlengang
angeordnet sein, wobei ein störender Lichtreflex auftritt, der
den Bildkontrast verschlechtert. Dieser Nachteil wird mit einer
Anordnung nach DD-WP 2 33 670 vermieden. Nach wie vor bleiben
aber die bildkontrastmindernden inhomogenen
Intensitätsverteilungen in der Objektaustrittspupille bei
beiden Anordnungen bestehen. Ein genereller Nachteil aller mit
linear polarisiertem Licht arbeitenden
Interferenzkontrasteinrichtungen ist weiterhin, daß die
beleuchtungs- und bildseitigen anisotropen
Bildaufspaltungselemente nur in einer eng tolerierten azimutalen
Lage voll wirksam werden, nämlich unter 45 Grad zu den
Schwingungsrichtungen von Polarisator und Analysator. Damit ist
eine feste Richtung der Bildaufspaltung vorgegeben, so daß z.
B. in Kontrastmikroskopen mit nichtdrehbaren Mikroskoptischen
linienförmige, in Aufspaltungsrichtung liegende
Phasenstrukturen nicht kontrastiert werden können.All previously known polarization optical
Interference facilities (e.g. according to SMITH, NOMARSKI,
JAMIN-LEBEDEW, FRANCON, SAVART, PLUTA, DE VEER, SCHOEPPE)
use only linearly polarized light. In order to
arises in the facilities of the known, on rotation of the
Vibration level in the refraction of light on lenses and others
deletion errors based on optical elements, which can be identified as
hyperbolic intensity distribution in the
Microscope exit pupil affects. For achieving
adequate image contrast is therefore one
Aperture restriction required with loss of lateral
Resolution is connected. Another disadvantage of such
well-known facilities with a in front of the object
arranged and one behind the object
image-splitting optical elements work in one
inhomogeneous intensity distribution in the field, the stronger
becomes noticeable the larger the image field used. In the DD-AP
1 13 271 describes an arrangement in which the through
different inclinations and path lengths of the light in the
anisotropic image splitting elements
hyperbolic path difference in the
Image field can be compensated. The anisotropic used
However, the compensation plate must be vertical in the beam path
be arranged, with an interfering light reflection occurs, the
the image contrast deteriorates. This disadvantage comes with a
Arrangement according to DD-WP 2 33 670 avoided. Still stay
but the inhomogeneous image contrast reducing
Intensity distributions in the object exit pupil at
both arrangements exist. A general disadvantage of everyone with
linear polarized light working
Interference contrast devices is furthermore that the
Illumination and image-side anisotropic
Image splitting elements only in a narrowly tolerated azimuthal
Be fully effective, namely under 45 degrees to the
Vibration directions of polarizer and analyzer. So that is
a fixed direction of image splitting is given, so that z.
B. in contrast microscopes with non-rotatable microscope tables
linear, in the direction of splitting
Phase structures cannot be contrasted.
Die Erfindung hat das Ziel, eine Interferenzkontrastanordnung zu
schaffen, die eine wesentliche Kontraststeigerung bewirkt, die
Bildaufspaltungsrichtung beliebig wählbar gestattet und
gleichzeitig mit geringem technischen Aufwand realisierbar ist.The aim of the invention is to create an interference contrast arrangement
create that brings about a significant increase in contrast, the
Image splitting direction allowed arbitrarily and
at the same time can be realized with little technical effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur
Kontrastierung von Phasenobjekten zu schaffen, vorzugsweise für
die Durchführung des differentiellen
Interferenzkontrastverfahrens nach SMITH oder NOMARSKI, die die
hyperbelförmige Intensitätsverteilung in der Austrittspupille
infolge der Drehung der Schwingungsebene schräg einfallender
linear polarisierter Strahlen beim Durchgang durch Linsen und
andere optische Elemente in eine annähernd homogene
Intensitätsverteilung umwandelt, demzufolge den Bildkontrast
ohne Apertureinschränkung steigert und gleichzeitig die
Richtung der Bildaufspaltung zu variieren gestattet sowie den
Justieraufwand für Orientierung der Bildaufspaltungselemente
reduziert. Die Aufgabe löst eine Interferenzkontrastanordnung,
bestehend aus einem ersten und einem zweiten anisotropen
Bildaufspaltungselement, vorzugsweise modifizierte
WOLLASTON-Prismen nach SMITH oder NOMARSKI, und einem ersten und
einem zweiten Viertelwellen-Retarder, die wahlweise in mit
polarisiertem Licht arbeitenden optischen Geräten, insbesondere
in Mikroskopen einsetzbar ist, erfindungsgemäß dadurch, daß
im optischen Strahlengang eines besagten optischen Gerätes
zwischen einem Polarisator und einem ersten anisotropen
Bildaufspaltungselemente ein erster Viertelwellen-Retarder und
zwischen einem zweiten Bildaufspaltungselement und einem
Analysator ein zweiter Viertelwellen-Retarder derart angeordnet
sind, daß die Schwingungsrichtungen des ersten Viertelwellen-
Retarders vorzugsweise unter 45 Grad zur Schwingungsrichtung des
Polarisators und die Schwingungsrichtungen des zweiten
Viertelwellen-Retarders vorzugsweise unter 45 Grad zur
Schwingungsrichtung des Analysators liegen, wobei die
Schwingungsrichtungen des ersten Viertelwellen-Retarders und des
zweiten Viertelwellen-Retarders einen Winkel von 0 Grad oder 90
Grad zueinander bilden, so daß das durch den Polarisator linear
polarisierte Licht nach Passieren des ersten Viertelwellen-
Retarders zirkular polarisiert ist und nach Passieren des
zweiten Viertelwellen-Retarders wieder in linear polarisiertes
Licht umgewandelt und so dem Analysator zugeführt wird. Die
Schwingungsrichtungen des Polarisators und des Analysators
bilden einen Winkel von 90 Grad oder 0 Grad. Das Objekt wird
mit zirkular polarisiertem Licht untersucht, wodurch im
Gegensatz zu linear polarisiertem Licht kein Löschungsfehler
auftreten kann und demzufolge die Objektivaustrittspupille in
homogener Intensität I (bei gekreuzten Polaren I → 0)
erscheint. Vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltungsformen
bestehen darin, daß beide Viertelwellen-Retarder vorzugsweise
achromatisch ausgebildet sind, damit ist die Anwendung im
weißen Licht uneingeschränkt möglich, sowie darin, daß das
erste und das zweite anisotrope Bildaufspaltungselement
gekoppelt azimutal drehbar angeordnet sind, wodurch einerseits
die Justierung der Einrichtung erleichtert wird und andererseits
die langgewünschte Möglichkeit besteht, die Richtung der
Bildaufspaltung der morphologischen Ausbildung des
Untersuchungsobjektes anpassen und damit gerichtete Strukturen
ohne Objektdrehung optimal kontrastieren zu können. Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Interferenz-
Kontrastanordnung besteht darin, daß im besagten optischen
Gerät für einen Kondensor und für ein Objektiv ein
identisches optisches System eingesetzt ist. Diese
Ausgestaltungsform ermöglicht eine Homogenisierung der
Intensität bzw. Untergrundfarbe im Dingfeld des optischen
Gerätes. Mit der erfindungsgemäßen
Interferenzkontrastanordnung können somit ohne die sonst bei
den bekannten technischen Lösungen notwendige Drosselung der
Beleuchtungsapertur Bildkontrast und Phasenauflösung bei
uneingeschränkter lateraler Auflösung gesteigert und jeder
Punkt im Dingfeld mit gleichem relativen Gangunterschied
dargestellt werden.The invention has for its object an arrangement for
To create contrasting of phase objects, preferably for
the implementation of the differential
Interference contrast method according to SMITH or NOMARSKI, which the
hyperbolic intensity distribution in the exit pupil
due to the rotation of the plane of vibration obliquely incident
linearly polarized rays when passing through lenses and
other optical elements in an almost homogeneous
Intensity distribution converts, consequently the image contrast
without aperture restriction and increases the
The direction of image splitting allowed to vary as well as the
Adjustment effort for orientation of the image splitting elements
reduced. The task solves an interference contrast arrangement,
consisting of a first and a second anisotropic
Image splitting element, preferably modified
WOLLASTON prisms according to SMITH or NOMARSKI, and a first and
a second quarter-wave retarder, which is optionally available with
polarized light operating optical devices, in particular
can be used in microscopes, according to the invention in that
in the optical beam path of said optical device
between a polarizer and a first anisotropic
Image splitting elements a first quarter-wave retarder and
between a second image splitting element and one
Analyzer arranged a second quarter-wave retarder
are that the directions of vibration of the first quarter-wave
Retarders preferably below 45 degrees to the direction of vibration of the
Polarizer and the directions of vibration of the second
Quarter-wave retarders preferably below 45 degrees
Direction of vibration of the analyzer, the
Vibration directions of the first quarter-wave retarder and
second quarter-wave retarder at an angle of 0 degrees or 90
Form degrees to each other so that the polarizer is linear
polarized light after passing the first quarter-wave
Retarder is circularly polarized and after passing through the
second quarter-wave retarder again in linearly polarized
Light is converted and fed to the analyzer. The
Vibration directions of the polarizer and the analyzer
form an angle of 90 degrees or 0 degrees. The object will
examined with circularly polarized light, whereby in
In contrast to linearly polarized light, no erasure error
can occur and consequently the lens exit pupil in
homogeneous intensity I (with crossed polar I → 0)
appears. Advantageous embodiments according to the invention
consist in that both quarter-wave retarders are preferred
are achromatic, so that the application in
white light without restrictions, and in that the
first and second anisotropic image splitting elements
coupled rotatably arranged azimuthally, whereby on the one hand
the adjustment of the facility is facilitated and on the other hand
the long-desired option is the direction of
Splitting the image of the morphological formation of the
Adapt the object to be examined and thus directed structures
without being able to optimally contrast object rotation. A
further advantageous embodiment of the interference
Contrast arrangement is that in said optical
Device for a condenser and for a lens
identical optical system is used. These
Design enables a homogenization of the
Intensity or background color in the thing field of the optical
Device. With the invention
Interference contrast arrangement can thus without the otherwise
the known technical solutions necessary throttling
Illumination aperture image contrast and phase resolution at
unlimited lateral resolution increased and everyone
Point in the thing field with the same relative path difference
being represented.
Die Interferenzkontrastanordnung wird anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch eine
mögliche Variante eines Strahlenganges eines mit polarisiertem
Licht arbeitenden optischen Gerätes, in diesem Beispiel den
eines Mikroskopes, mit erfindungsgemäßer Anordnung der
entsprechenden Elemente. So sind im genannten Strahlengang
zwischen einem Polarisator 6 und einem ersten anisotropen
Bildaufspaltungselement 9 ein erster Viertelwellen-Retarder 7
und zwischen einem zweiten anisotropen Bildaufspaltungselement
14 und einem Analysator 16 ein zweiter Viertelwellen-Retarder 15
derart angeordnet, daß die Schwingungsrichtungen des ersten
Viertelwellen-Retarders 7 vorzugsweise unter 45 Grad zur
Schwingungsrichtung des Polarisators 6 und die
Schwingungsrichtungen des zweiten Viertelwellen-Retarders 15
vorzugsweise unter 45 Grad zur Schwingungsrichtung des
Analysators 16 liegen, wobei die Schwingungsrichtungen des
ersten Viertelwellen-Retarders 7 und des zweiten
Viertelwellen-Retarders 15 einen Winkel von 0 Grad oder 90 Grad
zueinander bilden. Vorzugsweise finden achromatische
Viertelwellen-Retarder Anwendung. Als Bildaufspaltungselement
9 und 14 ist jeweils vorzugsweise ein modifiziertes
WOLLASTON-Prisma nach NOMARSKI, eingebettet zwischen zwei
Glaskeilen, eingesetzt. Eine vorteilhafte, jedoch in der
Zeichnung nicht dargestellte Ausgestaltungsform besteht darin,
daß die beiden Bildaufspaltungselemente 9 und 14 gekoppelt
azimutal drehbar angeordnet sind. Die Drehung wird mit an sich
bekannten Stellgliedern in Verbindung mit einer
Steuereinrichtung durchgeführt. Weiterhin vorteilhaft ist es,
daß das Objektiv 12 und der Kondensor 10 ein identisches
optisches System sind. Eine weitere, nicht dargestellte
Ausführungsform besteht darin, die erfindungsgemäß
angeordneten Elemente, erster Viertelwellen-Retarder 7, erstes
anisotropes Bildaufspaltungselement 9, einschließlich einer an
sich bekannten Aperturblende 8 und zweiter
Viertelwellen-Retarder 15, zweites anisotropes
Bildaufspaltungselement 14 jeweils in einem Einschub anzuordnen,
welcher wahlweise bei Bedarf in ein besagtes optisches Gerät
eingeschoben wird. Folgend wird die Funktion des in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Die
von einer Lichtquelle 1 ausgehenden Lichtstrahlen werden über
Linsensysteme 2, 4 und einem Umlenkelement 5, begrenzt durch eine
Leuchtfeldblende 3 einem Polarisator 6 zugeführt, den sie
linear polarisiert verlassen und so auf den ersten
Viertelwellen-Retarder 7 auftreffen. Nach zwei im
Viertelwellen-Retarder 7 erfolgten Totalreflexionen ist das
linear polarisierte Licht in zirkular polarisiertes umgewandelt
worden. Zur Vermeidung störender Lichtreflexionen sind die Ein-
und Austrittsfläche des Viertelwellen-Retarders 7 unter einem
von 90 Grad abweichenden Winkel zur optischen Achse des
optischen Gerätes in der Weise geneigt, daß die Strahlen für
alle Wellenlängen des sichtbaren Spektrums den
Viertelwellen-Retarder 7 parallel zueinander verlassen. Das
erste und das zweite anisotrope Bildaufspaltungselement 9 und 14
bewirken in Verbindung mit dem Kondensor 10, dessen Öffnung
durch eine Aperturblende 8 begrenzbar ist, und dem Objektiv 12,
die Kontrastierung des Objektes 11. Die Funktion ist wegen des
erzeugten zirkular polarisierten Lichtes unabhängig von der
azimutalen Lage der zueinander ausgerichteten anisotropen
Bildaufspaltungselemente 9 und 14 zur Schwingungsrichtung des
Polarisators 6, so daß die Richtung der Bildaufspaltung durch
synchrones azimutales Drehen der anisotropen
Bildaufspaltungselemente 9 und 14 variierbar ist. Der zweite
Viertelwellen-Retarder 15 wandelt das ankommende Licht wieder in
linear polarisiertes um, das von einem zweiten Polar, dem
Analysator 16, analysiert wird. Über die Tubuslinse 17 und den
Umlenkspiegel 18 gelangen die abbildenden Strahlen in das Okular
19.The interference contrast arrangement is explained in more detail with reference to a drawing. The drawing shows schematically a possible variant of a beam path of an optical device working with polarized light, in this example that of a microscope, with the arrangement of the corresponding elements according to the invention. Thus, a first quarter-wave retarder 7 and a second quarter-wave retarder 15 are arranged in the beam path between a polarizer 6 and a first anisotropic image splitting element 9 and between a second anisotropic image splitting element 14 and an analyzer 16 such that the directions of oscillation of the first quarter-wave retarder 7 preferably less than 45 degrees to the direction of vibration of the polarizer 6 and the directions of vibration of the second quarter-wave retarder 15 preferably less than 45 degrees to the direction of vibration of the analyzer 16 , the directions of vibration of the first quarter-wave retarder 7 and the second quarter-wave retarder 15 being at an angle of 0 degrees or form 90 degrees to each other. Achromatic quarter-wave retarders are preferably used. A modified WOLLASTON prism according to NOMARSKI, embedded between two glass wedges, is preferably used as the image splitting element 9 and 14 . An advantageous embodiment, but not shown in the drawing, consists in the fact that the two image splitting elements 9 and 14 are coupled in an azimuthally rotatable manner. The rotation is carried out with actuators known per se in connection with a control device. It is also advantageous that the objective 12 and the condenser 10 are an identical optical system. A further embodiment, not shown, consists in arranging the elements arranged according to the invention, first quarter-wave retarder 7 , first anisotropic image splitting element 9 , including an aperture diaphragm 8 known per se and second quarter-wave retarder 15 , second anisotropic image splitting element 14, each in an insert, which optionally inserted into said optical device if required. The function of the embodiment shown in the drawing is explained below. The light rays emanating from a light source 1 are fed via lens systems 2, 4 and a deflection element 5 , delimited by a light field diaphragm 3, to a polarizer 6 , which they leave linearly polarized and thus strike the first quarter-wave retarder 7 . After two total reflections in the quarter-wave retarder 7 , the linearly polarized light has been converted into circularly polarized. To avoid disturbing light reflections, the entrance and exit surface of the quarter-wave retarder 7 are inclined at an angle deviating from 90 degrees to the optical axis of the optical device in such a way that the rays for all wavelengths of the visible spectrum leave the quarter-wave retarder 7 parallel to one another . The first and the second anisotropic image splitting elements 9 and 14, in conjunction with the condenser 10 , the opening of which can be limited by an aperture diaphragm 8 , and the objective 12 , bring about the contrasting of the object 11 . Because of the circularly polarized light generated, the function is independent of the azimuthal position of the anisotropic image splitting elements 9 and 14 aligned with respect to the direction of oscillation of the polarizer 6 , so that the direction of the image splitting can be varied by synchronous azimuthal rotation of the anisotropic image splitting elements 9 and 14 . The second quarter-wave retarder 15 converts the incoming light back into linearly polarized, which is analyzed by a second polar, the analyzer 16 . The imaging rays enter the eyepiece 19 via the tube lens 17 and the deflection mirror 18 .