DE900881C - Interferenzgeraet - Google Patents

Interferenzgeraet

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Publication number
DE900881C
DE900881C DEW5134A DEW0005134A DE900881C DE 900881 C DE900881 C DE 900881C DE W5134 A DEW5134 A DE W5134A DE W0005134 A DEW0005134 A DE W0005134A DE 900881 C DE900881 C DE 900881C
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DE
Germany
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mirror
interference device
microscope
interference
optical axis
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Expired
Application number
DEW5134A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Hans Wolter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HANS WOLTER DR
Original Assignee
HANS WOLTER DR
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Publication date
Application filed by HANS WOLTER DR filed Critical HANS WOLTER DR
Priority to DEW5134A priority Critical patent/DE900881C/de
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

  • Interferenzgerät Das Gerät nach der Erfindung dient im Zusammenhang mit einem Mikroskop zur Verdeutlichung und zur Vermessung von mikroskopischen Phasenobjekten, d. h. von solchen Gegenständen, die sich von ihrer Umgebung vorwiegend im Brechungsindex unterscheiden.
  • Diesem Zweck dient auch das bekannte Phasenkontrastverfahren nach Zerni'ke, das Reflexiorsinterferometer nach Fizeau und Tolansky und das M i c h e l s o n s c h e Interferometer. Das erste gibt keineeindeutige Zuordnung zwischen Phasen und Bildkontrast, wie das in der Veröffentlichung von H. W o l t e r, Ann. der Phys. (6),7,S.33[1950], im einzelnen gezeigt wurde. Das zweite erfordert geringen Abstand zwischen dem dort verwendeten versilberten Objektträger und dem versilberten Deckgias, sofern weißes Licht zur Beleuchtung benutzt werden soll, und läßt daher nur die Beobachtung sehr dünner Objekte zu. Das Michelsonsche Interferometer bedingt bei seinem Ausbau zum Interferenzmikroskop eine komplizierte Anordnung und erlaubt keine bequeme Kombination mit der Polarisationsmikroskopie.
  • Es sind Interferenzgeräte bekannt, die zwischen den Kondensor und das Objektiv insbesondere eines Mikroskops eingesetzt werden. Das in der Zeitschrift Nature I949, S. 229, beschriebene Gerät von Dyson besitzt drei halbdurchlässige Spiegel, so daß nur ein geringer Bruchteil des einfallenden Lichtes nutzbar ist. Bei einer Anordnung mit nur einer halbdurchlässigen Spiegelfläche zwischen zwei vollständig spiegelnden Flächen, die z. B. in dem Buch "Die Anwendung der Interferenzen in Spektroskopie und Metrologie" von Gehrcke (1906), S. 122, Fig. 6, dargestellt ist, entstehen Interferenzen niederer Ordnung nur dann, wenn die halbdurchlässige Spiegel fläche genau gleichen Abstand von den beiden anderen Spiegeln hat. Dies ist schwer zu erreichen.
  • Der Erfindung biegt die Aufgabe zugrunde, den Strahlengang in einem Interferenzgerät so zu führen, daß auch bei unsymmetrischer Lage des Strahlenteilers zu beiden Spiegelflächen die optischen Wege beider Strahlen gleich oder zumindest sehr nahezu gleich sind, so daß Interferenzen nullter oder sehr geringer Ordnung erreicht werden.
  • Die Erfindung besteht darin, daß jedes der am Strahlenteiler getrennten Strahlenbündel vor ihrer Wiedervereinigung mindestens zwei Reflexionen erleidet, wobei das eine Strahlenbündel durch das Objekt, das andere durch eine Kompensationsschicht geleitet ist. Insbesondere erfolgt die zusätzliche Reflexion an einer zylindrischen Spiegelfläche, deren Achse mit der optischen Achse des Gerätes zusammenfällt.
  • Das Gerät nach der Erfindung wird auf den Objekttisch eines Mikroskops aufgesetzt und besteht entsprechend ;der Fig. I aus zwei einander annähernd oder genau parallelen, vorzugsweise undurchlässigen, ebenen und vorzugsweise kreisförmig begrenzten Spiegeln I und 2 und aus einer zu beiden Spiegeln parallelen teildurchlässigen Spiegelfläche 3, ferner einem vorzugsweise als Zylinder geformten Spiegel 4, dessen Achse mit der optischen Achse 5 des Mikroskops annähernd oder genau zusammenfällt. Die drei Flächen I, 2, 3 können senkrecht zur optischen Achse angebracht und fest oder gegeneinander beweglich sein.
  • Beleuchtet wird mit einem Lichtkegel, der z. B. dadurch hergestellt werden kann, daß in die untere Brennebene des Mikroskopkondensors eine Ringblende eingelegt wird. Mit 6 ist ein einfallender Strahl des Lichtkegels bezeichnet. Der Teil 7 dieses Strahles wird an der teildurchlässigen Fläche 3, dann an den Flächen I, 4, 2 und schließlich an der Rückfläche des Spiegels 3 reflektiert. Er verläßt das Gerät als Strahl 8 und tritt dort in das Mikroskopobjektiv ein. Der andere Teil 10 des einfallenden Strahles wird an den Spiegeln 2, 4 und I reflektiert und durchsetzt die zur Aufnahme des Objekts bestimmte Objektkammer II, dann die hralbdurchlässige Fläche 3 und vereinigt sich mit dem Strahl 7. iMit I2 ist eine Kompensationskammer bezeichnet. Beide Strahlenwege haben gleiche Länge, wenn in die Kompensationskammer ein Medium eingebracht ist, dessen Brechungsindex dem des Objektes gleich ist. Liegen innerhalb des Objektes mikroskopische Phasenobjekte, so tritt ein Gangunterschied auf, der sich bei ETerwendung weißer Beleuchtung in Farbunterschieden oder bei Verwendung monochromatisehenLichtes inHelligl;eitsunterschieden äußert. Das Gerät besteht vorzulgsweise aus miteinander verkitteten Glaskörpern, die zwei in der Ebene der Objektliammer zusammenpassende Stünde bilden, wie in Fig. I durch die Linie 14 angedeutet ist.
  • Man kann auch in an sich bekannter Weise einen Kugeispiegel 9 vorsehen, von dem die Uchtstrahlen über die Rückfläche 2t des Spiegels 2 dem Objektiv zugeführt werden. Benutzt man den Kugelspiegel nicht, so treten die Strahlen 8 un mittelbar in das Mikroskopobjektiv ein. Das Objektiv wird dann auf die Objektkammer 11 scharf eingestellt. Da die gebräuchlichen Mikroskopobjektive sehr kleine Frontlinsen haben, müßte das Interferometer in diesem Falle unbequem klein ausgeführt werden.
  • Deshalb ist es zweckmäßig, den Kugelspiegel 9, der in der Umgebung der optischen Achse 5 ausgespart ist, in bekannter Weise zu verwenden und durch ihn die Objektkammer bei I3 abzubilden und dieses Bild mit dem Mikroskopobjektiv zu betrachten.
  • Hierdurch wird die Größe des Gerätes weitgehend änabhänigig von der 'Größe der Frontl'inse.
  • Die Lage der Objektkammer kann weitgehend variiert werden. So kann sie z. B. unmittelbar an der Eläche 1 oder 2 liegen, so daß das Objekt von den auf den Spiegel I bzw. 2 auftreffenden und von den an ihnen reflektierten Strahlen durchsetzt wird.
  • Dadurch erreicht man die doppelte Empfindlichkeit.
  • Man kann auch darauf verzichten, die Objektkammer und die Kompensationskammer voneinander zu trennen. Am einfachsten werden beide als ein gemeinsamer Raum wie der zwischen einem Objektträger und einem Deckglas gebildete Raum verwendet.
  • In Fig. 2 ist dargestellt, daß die Objektkammer und die Kompensationskammer oberhalb der Teilerfläche 3 liegen.
  • Das Gerät nach der Erfindung erlaubt die Herstellung niederer Interferenzordnungen auch bei Verwendung einer dieleen Objektkammer. Darin liegt der entscheidende Vorteil gegenüber der Anordnung von Tolansky, in der dicke Objekte nur mit hohen Interferenlzordnungen beobachtet werden könne.
  • Die Verwendung niederer Interferenz ordnungen bietet mehrere Vorteile: a) Es kann beliebig spektral zusa1nmengesetztes Licht benutzt werden, so daß kurze Belichtungszeiten erreicht Werden, auch können Elektron;enblitzlampen bei der eN;Likrophotographie benutzt werden. b) Bei Verwendung weißen Lichtes kann man den Gangunterschied z. B. so wählen, daß das Gesichtsfeld in der Farbe Purpur erscheint. Die Objekte erscheinen dann farbig differenziert, weiße Blutkörperchen z. B. grün mit blauem Kern.
  • Bakterien sind deutlich farbig von der Umgebung abgesetzt. Um feine Bakterien nachzuweisen, stellt man zweckmäßig den Gangunterschied auf fast dunkles Gesichtsfeld ein, auf dem die Bakterien sich dann hell abheben. Bei allerfeinsten Spirochäten hat sich freilich am besten Quecksilberlicht bewährt, c) Die Benutzung weißen Lichtes läßt eine Kombination mit der Polarisationsmikroskopie zu; die Vorrichtung ist dann zwischen Kondensor und Objektiv eines Polarisationsmikroskops zu setzen, das die Polarisationsunterschiede zweckmäßig durch eine in den Strahlengang gebrachte Quarzplatte oder Glimmerplatte in bekannter Weise zu Farbunterschieden umwandelt. Die Depolarisation an den Spiegelflächen erschwert zwar die quantitative Auswertung, doch erlaubt ein so aufgebautes Mikroskop, Polarisationsobjekte und Phasenobjekte gleichzeitig sichtbar zu machen. Amplitudenobjekte sind ebenfalls ohne Schwierigkeiten erkennbar.
  • Die mit dem Einbau des Kugelspiegels verbundenen Abbildungsfehler vermeidet man, wenn man den Kugeispiegel nur für radiale in sich reflektierte Strahlen verwendet. Der Spiegel 2 muß dann von einer durchlässigen verspiegelten Fläche I5 umgeben sein. Dies führt jedoch zu einem gewissen Lichtverlust.
  • In Fig. 2 ist dargestellt, daß unmittelbar über den Spiegel 2 ein nach oben erhabener Spiegel I6 gesetzt ist, dieser reflektiert das von dem Kugeln spiegel kommende Licht und entwirft ein Bild in dem Okular des Mikroskops, so daß ein Mikroskopobjektiv entbehrlich ist.
  • Das Interferometer nach der Erfindung kann auch so ausgerü;stet sein, daß reflektierende Objekte im Auflicht betrachtet werden können. Das reflektierende Objekt tritt dann an die Stelle des Spiegels I, und eine besondere Objektkammer ist dann entbehrlich.
  • Das Interferometergerät kann noch in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden. Wenn es auf die Lichtintensität nicht ankommt, wie z. B. bei der Beobachtung und M ikrophotographie unbeweglicher Objekte, so kann man die Spiegelfläche 2 in der gesamten Ausdehnung der Oberfläche des Gerätes halbdurchlässig spiegelnd ausführen. Man gewinnt dadurch größere Freiheit in der Wahl der Objektivapertur, besonders dann, wenn man auch die Fläche ganz oder größtenteils halb durchlässig verspiegelt.
  • Es ist nicht unbedingt erforderlich, den Spiegel 4 als Zylinderspiegel auszubilden. Sein Querschnitt senkrecht zur optischen Achse kann auch ein Vieleck sein, vorzugsweise ein regelmäßiges Vieleck.
  • Dann wird man statt eines Beleuchtungskegels zweckmäßig eine Beleuchtung verwenden, die man durch eine Kondensorblende mit so viel Öffnungen herstellt, wie die Seitenzahl des Vielecks beträgt.
  • Ausnahmsweise kann auch der Spiegel 4 durch zwei oder einen ebenen Spiegel ersetzt werden.
  • Der Spiegel 4 braucht nicht versilbert zu sein; man kann ihn unter Umständen als totalreflektierende Innenfläche eines Glaskörpers od. dgl. ausbilden.
  • Ein besonders empfindliches und zu quantitativen Messungen geeignetes Gerät zur Sichtbarmachung der Phasenunterschiede erhält man, wenn man, wie in Fig. 3 dargestellt ist, zu beiden Seiten der Teilerschicht 3 einen z. B. radial polarisierenden Ring 17 und einen z. B. tangential polarisierenden Ring I8 anbringt. Man kann dabei die Wlorte tangential und radial miteinander vertauschen. Die Ringe können auch an andere Stellen des geteilten Strahlenganges gebracht werden. Man kann die Ringe auch durch polarisierende, auf- der optischen Achse liegende Kreisscheiben ersetzen, die in Fig. 4 mit 19 und 20 bezeichnet sind. Hierdurch werden die Gangunterschiede, die das Objekt verursacht, in Gangunterschiede zwischen zwei polarisierten Komponenten im Strahle 8 umgewandelt. Dadurch werden auf dieses Interferenzmikroskop alle vom Polaris ationsmikroskop her bekannten Verfahren zum Nachweis von Gangunterschieden zweier senkrecht zueinander polarisierter Schwinigungskomponenten übertragbar. Man setzt hierzu insbesondere in den Weg der Strahlen 8 und Io je einen vorzugsweise unter 450 gegen den Radius polarisierenden Ring. Werden zwischen diese Ringe noch doppelt brechende oder rotationsdispersion zeigende Platten oder Ringe eingelegt, so können die Polarisationsunterschiede in Farbunterschiede umgewandelt werden, wie das an sich vom Polarisationsmikroskop her bekannt ist.
  • Alle beschriebenen Ausführungsformen des Gerätes nach der Erfindung können auch so ausgerüstet werden, daß reflektierende Objekte im Auflicht betrachtet werden können. Das reflektierende Objekt tritt dann an die Stelle des Spiegels I, so daß eine Objektkammer entbehrlich ist.
  • PATENTANSPRÜCEXE I. Interferenzgerät mit einer zwischen zwei parallelen Spiegelflächen angeordneten Strahlenteilerfläche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ausgenutzten beiden am Strahlenteiler getrennten Strahlenbündel vor ihrer Wiedervereinigung mindestens zwei Reflexionen erleidet und daß das eine Strahlenbündel durch das Objekt, das andere durch eine Kompensationsschicht geleitet ist.

Claims (1)

  1. 2. Interferenzgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Strahlenbündel zwischen den Reflexionen an zwei parallelen Spiegelflächen noch einmal an einer dritten, parallel zur optischen Achse des Gerätes liegenden Spiegelfläche reflektiert ist.
    3. Interferenzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Spiegelfläche ein Zylinder ist, dessen Achse mit der optischen Achse des Gerätes zusammenfällt.
    4. Interferenzgerät nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus zwei Teilen besteht, zwischen denen die Objekt und die Kompensationskammer angeordnet ist.
    5. Interferenzgerät nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Polarisationsmikroskop gegebenenfalls mit Quarz- oder tGlimmerplatte angeordnet ist.
    6. Interferenzgerät nach Anspruch I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es in an sich bekannter Weise mit einem Kugeispiegel zwischen Kondensor und Objektiv eines Mikroskops angeordnet ist.
    7. Interferenzgerät nach Anspruch .I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fortlassung des Mikroskop objektivs oberhalb des oberen ebenen Spiegels ein Konvexspiegel angeordnet ist.
    8. Interferenzgerät nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Spiegel fläche in ganzer Ausdehnung halbdurchlässig ist.
    9. Interferenzgerät nach Anspruch I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein radial und ein tangential polarisierender Ring oberhalb bzw. unterhalb der Strahlenteilerfläche angeordnet sind.
DEW5134A 1951-02-11 1951-02-11 Interferenzgeraet Expired DE900881C (de)

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DE900881C true DE900881C (de) 1954-01-04

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1137574B (de) * 1961-03-20 1962-10-04 Akad Wissenschaften Ddr Interferenzmikroskop

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1137574B (de) * 1961-03-20 1962-10-04 Akad Wissenschaften Ddr Interferenzmikroskop

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