DE4032259A1 - Mikroskopobjektiv - Google Patents

Description

Die Erfindung findet Anwendung für Mikroskopobjektive, die an mit polarisiertem Licht arbeitenden optischen Geräten einge­ setzt werden. Bei Objektiven für quantitativ arbeitende Zirkular- oder Linearpolarisationsmikroskope können damit geringe Restspannungen kompensiert werden. Weiterhin kann bei Objekti­ ven für Allgemeinmikroskope mit sogenannten Einrichtungen für orientierende Polarisationsuntersuchungen mit einfachen techno­ logischen Mitteln die Objektivqualität verbessert werden.

Objektive für polarisationsoptische Einrichtungen werden im allgemeinen nach besonderen Fertigungstechnologien hergestellt, mit denen erreicht werden soll, daß die durch Glasherstellung, Bearbeiten und Fassen der Linsen und Montage des gesamten Ob­ jektive hervorgerufene Spannungsdoppelbrechung (SDB) so gering ist, daß der durch sie hervorgerufene Restgangunterschied Ren vernachlässigbar klein ist. Die hierzu erforderlichen Aufwände werden um so größer, je komplizierter der Objektivaufbau, d. i. je besser seine optische Korrektion ist. Moderne Großfeld-Plan­ objektive für Zwischenbildgrößen von 20 . . . 32 mm Durchmesser enthalten hierzu bis zu ca. 15 Linsen, von denen eine oder meh­ rere aus kristallinem Material, vorzugsweise Flußspat, herge­ stellt sind, das nicht frei von inneren Spannungen ist. Die hierdurch bedingten Restgangunterschiede können wegen ihrer azimutalen Abhängigkeit in einem Polarisationsmikroskop, das mit linear polarisiertem Licht arbeitet, durch Orientierung des Objektivs zu den Schwingungsrichtungen der Polare wie in DD-WP 138 856 beschrieben unwirksam gemacht werden. Bei Anwendung dieser Methode verbleibt, wie theoretisch und experimentell er­ mittelt werden konnte, bei Gangunterschiedsmessungen ein syste­ matischer Meßfehler, der allerdings bei den in der Praxis auf­ tretenden zufälligen Meßfehlern erst dann eine Rolle spielt, wenn der Restgangunterschied des Objektivs deutlich über 10 nm liegt. Das Verfahren erfordert weiterhin einen relativ hohen Aufwand an Vorrichtungen und ist nicht auf Polarisationsein­ richtungen übertragbar, die mit zirkular polarisiertem Licht arbeiten. Hier geht der volle Restgangunterschied als extinktions- und damit kontrastmindernde Größe ein.

Die in einer weiteren Lösung (DL 9790) vorgeschlagene Anord­ nung des Polarisators hinter der Kondensorfrontlinse und des Analysators vor der Objektivfrontlinse eliminiert die in beiden Systemen vorhandenen Restgangunterschiede vollständig. Wegen der starken Konvergenz der Strahlenbündel in diesem Raum wird jedoch der bekannte Löschungsfehler durch den geneigten Licht­ eintritt in die Polare erheblich verstärkt. Zusätzlich ist die Schaltbarkeit der Polare stark eingeschränkt, quantitative und qualitative Methoden, die eine Anordnung von Kompensatoren zwi­ schen den Polaren erfordern, sind wegen des geringen zur Verfü­ gung stehenden Platzes nicht durchführbar.

In dem DD-AP 1 13 271 wird eine weitere Anordnung beschrieben, die zur Behebung des Löschungsfehlers in mit polarisiertem Licht arbeitenden Interferenzmikroskopen eine senkrecht oder geneigt zur Mikroskopachse angeordnete optisch einachsige Kri­ stallplatte enthält, deren optische Achse parallel zur Mikro­ skopachse verläuft und mit einer azimutal im Mikroskopstrahlen­ gang orientierten Lambda-Viertel-Platte kombiniert ist. Zusätz­ lich im Mikroskop entstandene Phasendifferenzen (Gangunter­ schiede) werden dadurch kompensiert, daß die Lambda-Viertel- Platte eine von 90° abweichende Phasendifferenz erhält. Diese Anordnung kompensiert damit nur definierte Phasendifferenzen in definierten Schwingungsazimuten und ist für Zirkularpolarisa­ tionseinrichtungen nicht übertragbar.

Die trotz hohem technologischem Aufwand bei der Mikroskopobjek­ tivfertigung noch auftretenden Restgangunterschiede sind somit nicht in befriedigender Weise behebbar und wirken speziell bei Zirkularpolarisationsmikroskopen in voller Größe kontrastmin­ dernd und als Quelle für systematische Meßfehler.

Das Ziel der Erfindung ist ein Mikroskopobjektiv für den Ein­ satz im polarisierten Licht, bei dem der fertigungsbedingte Restgangunterschied bis auf einen Minimalwert kompensiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in bisher bekann­ ten Objektiven für polarisationsoptische Einrichtungen noch vorhandenen fertigungsbedingten Restgangunterschiede so zu be­ heben, daß sie ohne Extinktions- und damit Kontrastverluste so­ wohl in Linear- als auch in Zirkularpolarisationseinrichtungen einsetzbar sind, und daß diese Kompensation auch noch nach ab­ geschlossener Montage am fertigen Objektiv durchführbar ist. Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe ein Mikroskopobjektiv mit mindestens einem Kompensationselement dadurch, daß seinen Lin­ sengruppen objektivaustrittspupillenseitig ein optisch aniso­ tropes Kompensationselement nachgeordnet ist, dessen senkrecht auf der Eintrittsfläche stehende kristalloptisch ausgezeichnete Richtung zur Mikroskopobjektivachse geneigt ist und in einem festen Azimut zu den Linsengruppen liegt, wobei der Neigungs­ winkel von der Größe und das Azimut von den Richtungen der im wesentlichen kleinen Spannungsvektoren in den Linsengruppen be­ stimmt sind.

Erfindungsgemäße Ausführungsvarianten bestehen darin, daß das Kompensationselement ein planparalleler Körper ist, oder daß es aus mindestens zwei Teilelementen, einer Kristallplatte und einer Glasplatte, zusammengesetzt ist und einen planparallelen Körper bildet.

Bei der Gestaltung des Kompensationselementes aus zwei Teilele­ menten sind erfindungsgemäß zwei Ausführungsformen vorteilhaft. Die eine besteht darin, daß eine erste, optisch einachsige Kri­ stallplatte in Neigungsrichtung keilförmig ausgebildet ist, wo­ bei die eine durchstrahlte Fläche dieses Keiles eben und die andere in der zur Neigungsrichtung senkrechten Richtung zylin­ drisch gewölbt ist und daß eine erste Glasplatte eine Brechzahl aufweist, die der Brechzahl des ordentlichen Strahles in der ersten Kristallplatte mindestens annähernd gleich ist.

Die andere Ausführungsform besteht darin, daß eine zweite, op­ tisch zweiachsige Kristallplatte in Neigungsrichtung keilförmig ausgebildet ist, wobei die Neigungsrichtung des Keiles senk­ recht zur optischen Achsenebene der Kristallplatte liegt und daß eine zweite Glasplatte eine Brechzahl aufweist, die dem Mittelwert der in Richtung der optischen Normalen und der zwei­ ten Mittellinie des optisch zweiachsigen Kristall wirkenden Brechzahlen entspricht.

Bei der üblichen Einschränkung der Beleuchtungsapertur in mes­ senden Polarisationsmikroskopen ist als Kompensationselement eine planparallele senkrecht zur optischen Achse geschnittene Kristallplatte aus einem optisch einachsigen Kristall verwend­ bar.

Um bei einer sich selbst rektifizierenden, d. h. den Löschungs­ fehler korrigierenden Zirkularpolarisationseinrichtung wie in DD-WP 2 45 489 beschrieben auch die volle Apertur nutzen zu kön­ nen, wird vorzugsweise das die Divergenz des abbildenden Strah­ lenbündels berücksichtigende Kompensationselement aus einem op­ tisch zweiachsigen Kristall gewählt.

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung von Mikroskopobjektiven wird die gestellte Aufgabe erfüllt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich mit einer begrenzten Anzahl vorgefertigter Kompensationsplatten nach herkömmlicher einfa­ cher Technologie gefertigte, bezüglich Spannungsdoppelbrechung außer Toleranz liegende Mikroskopobjektive nachträglich zu Po­ larisationsobjektiven gestalten lassen und damit die störende Restintensität bei gekreuzten Polaren bis zum Faktor 100 ver­ kleinert werden kann.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher er­ läutert. In der Zeichnung zeigen, schematisch dargestellt,

Fig. 1 ein Mikroskopobjektiv mit dem eingebauten planparallelen optisch anisotropen Kompensationselement,

Fig. 2 eine als Kompensationselement eingesetzte Kristallplatte aus einem optisch einachsigen Kristall;

Fig. 3 ein zweiteiliges Kompensationselement für die Ausführung gemäß Anspruch 3 und 4 sowie

Fig. 4 ein zweiteiliges Kompensationselement für die Ausführung gemäß Anspruch 3 und 5.

Das zu kompensierende Mikroskopobjektiv 2 enthält die abbilden­ den Linsengruppen 3, die ein vor dem Objektiv angeordnetes Objekt 1 nach Unendlich abbilden. Weist das Objektiv noch eine Spannungsdoppelbrechung auf, so wird zur Kompensation des da­ durch erzeugten und auf einer Prüfvorrichtung gemessenen Rest­ gangunterschieds Ren das in einer Fassung 4 halterbare optisch anisotrope Kompensationselement 5 aus einem Sortiment erfin­ dungsgemäßer Kristallplatten mit definierten R-Stufen entspre­ chend ausgewählt und so in das Mikroskopobjektiv eingesetzt und azimutal orientiert, daß der Restgangunterschied des Objektives kompensiert ist.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung das ungefaßte Kompen­ sationselement mit den entsprechenden Achsenlagen.

In Fig. 3 sind eine erste Kristallplatte 5.1 und eine erste Glasplatte 5.2, die das optisch anisotrope Kompensationselement 5 bilden, in unverkittetem und zur deutlicheren Darstellung der Form nicht in der späteren gerundeten Gestalt dargestellt. In der ersten Kristallplatte 5.1 ist ihre kristalloptisch ausge­ zeichnete Richtung 7, die optische Achse, erfindungsgemäß um den Neigungswinkel i gegen die Mikroskopobjektivachse 6 ge­ neigt. In Neigungsrichtung ist diese erste Kristallplatte keil­ förmig geformt, senkrecht dazu ist ihre obere Fläche zylindrisch ausgebildet. Die erste Glasplatte 5.2 besitzt eine komplementäre Form, die zusammen mit der ersten Kristallplatte 5.1 ein planparalleles Kompensationselement gemäß der Erfindung bildet.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, ein aus zwei keil­ förmigen Teilelementen 5.3 und 5.4 mit ebenen Grenzflächen be­ stehendes optisch anisotropes Kompensationselement 5. Die op­ tisch zweiachsige zweite Kristallplatte 5.3 ist erfindungsgemäß gegen die Mikroskopobjektivachse 6 so geneigt, daß die kri­ stalloptisch ausgezeichnete Richtung 7, die erste Mittellinie des Kristalls, mit der Mikroskopobjektivachse 6 den gewünschten Neigungswinkel i bilden. Die keilförmige Glasplatte 5.4 ergänzt die zweite Kristallplatte zu einem planparallelen Kompensa­ tionselement.

Claims (5)

1. Mikroskopobjektiv mit mindestens einem Kompensationselement, gekennzeichnet dadurch, daß seinen Linsengruppen (3) objek­ tivaustrittspupillenseitig ein optisch anisotropes Kompen­ sationselement (5) nachgeordnet ist, dessen senkrecht auf der Eintrittsfläche stehende kristalloptisch ausgezeichnete Richtung (7) zur Mikroskopobjektivachse (6) geneigt ist und in einem festen Azimut zu den Linsengruppen (3) liegt, wobei der Neigungswinkel (i) von der Größe und das Azimut von den Richtungen der im wesentlichen kleinen Spannungsvektoren in den Linsengruppen (3) bestimmt sind.

2. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Kompensationselement (5) aus einem planparallelen optisch einachsigen Körper besteht.

3. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Kompensationselement (5) aus mindestens zwei Teil­ elementen, einer Kristallplatte und einer Glasplatte (5.1, 5.2; 5.3, 5.4), zusammengesetzt ist und einen planparallelen Körper bildet.

4. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß eine erste, optisch einachsige Kristallplatte (5.1) in Neigungsrichtung keilförmig ausgebildet ist, wobei die eine durchstrahlte Fläche dieses Keils eben und die andere in der zur Neigungsrichtung senkrechten Richtung zylindrisch ge­ wölbt ist und daß eine erste Glasplatte (5.2) eine Brechzahl aufweist, die der Brechzahl des ordentlichen Strahles in der ersten Kristallplatte (5.1) mindestens annähernd gleich ist.

5. Mikroskopobjektiv nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß eine zweite, optisch zweiachsige Kristallplatte (5.3) in Neigungsrichtung keilförmig ausgebildet ist, wobei die Nei­ gungsrichtung des Keiles senkrecht zur optischen Achsenebene der Kristallplatte (5.3) liegt und daß eine zweite Glas­ platte (5.4) eine Brechzahl aufweist, die dem Mittelwert der in Richtung der optischen Normalen und der zweiten Mittel­ linie des optisch zweiachsigen Kristall wirkenden Brechzah­ len entspricht.