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Interferenzmikroskop Es sind Interferenzmikroskope bekannt, bei denen
der von einer Lichtquelle ausgehende Strahlengang durch eine Strahlenteilerplatte
aufgeteilt wird. Dabei wird ein Strahlenbündel auf das zu untersuchende Objekt gelenkt
und das andere Strahlenbündel auf einen Vergleichsspiegel. Die von diesen beiden
Flächen reflektierten Strahlenbündel erreichen über die Strahlenteilerplatte gemeinsam
das Okular des Mikroskops. Auf ihrem Weg durchlaufen die beiden Strahlenbündel fast
genau gleiche optische Wege. Der Unterschied beider Wege besteht darin, daß das
eine Strahlen-Bündel von dem zu untersuchenden Objekt, das ändere Strahlenbündel
dagegen von dem Vergleichsspiegel reflektiert wird. Durch Unregelmäßigkeiten in
der zu untersuchenden Oberfläche wird die regelmäßige Anordnung der Interferenzstreifen
gestört.
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Diese bekannten Interferenzmikroskope sind aufgebaut nach dem Prinzip
des Michelson-Interferometers oder nach dem Prinzip des Interferenzapparates von
J a m i n. Bei Apparaten zur Er-. zeugung von Interferenzen nach diesen Prinzipien
werden die Strahlenbündel entweder, an planparallelen Platten oder mittels halbdurchlässiger
Spiegel
getrennt. In jedem Fall jedoch verläuft der hauptsächliche Strahlengang im Interferenzapparat
in einem vorzugsweise rechten Winkel zum Strahlengang im Mikroskop. Um bei der geteilten
Führung der Strahlenbündel zu erreichen, daß diese optisch gleichartige Wege durchlaufen,
ist es nötig, daß die einzelnen optischen Einrichtungen beider Wege miteinander
identisch sind. Das bedingt bei Interferenzmikroskopen, bei denen das Objektiv dicht
über dem Objekt angeordnet sein muß, daß statt eines einzigen Objektivs zwei einander
optisch identische Objektive verwendet werden müssen, und zwar eines über dem Objekt
und eines. über dem Vergleichsspiegel. Durch die Verwendung von zwei Objektiven
und durch die Anordnung zur Strahlenteilung vor diesen Objektiven sind Interferenzmikroskope
der bisherigen Bauart aufwendig, sperrig und teuer.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile der bisher
verwendeten Anordnungen zu beseitigen und darüber hinaus ein Interferenzmikrosko-p
so zu gestalten, daß es einfach aufgebaut, leicht und, in einem Kasten zusammengelegt,
bequem zu transportieren ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die besondere Anordnung der Strahlenteilerplätte
vor dem Objektiv des Mikroskops. Dadurch wird die Anordnung, die._-zur Erzeugung
der beiden kohärenten Strahlenbündel dient, vollkommen aus dem eigentlichen Mikroskop
herausgenommen.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlageneInterferenzmikroskop ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Vergleichsspiegel und -die Strahlenteilerplatte senkrecht
zur optischen Achse. des Mikrdskopobjektivs und zwischen diesem und dem Objekt angeordnet
sind. Weitere Ausgestaltungen der so gekennzeichneten Erfindung bilden den Gegenstand
der Unteransprüche.- Um die Interferenzbedingungen zu erfüllen, .ist- es. nötig,
daß der Abstand der Strahlenteilerplatte vom . Vergleichsspiegel und von dem spiegelnden
Prüfobjekt gleich groß ist: Zum Einstellen dieses Abstandes sind Mittel.- insbesondere
nach Art einer. Mikrometerschraube, vorgesehen. Die Anordnung zur Erzeugung der
Interferenzen soll klein und gedrängt sein. damit möglichst geringe Lichtverluste
auftreten. Aus diesem Grund wird der Vergleichsspiegel direkt auf der Frontlinse
des Objektivs angeordnet, er kann auch in Form eines Metallniederschlages mittels
einer Lochschablone direkt. auf diese Linse aufgebracht sein. -Die Strahlenteilerplatte
wird von zwei Glasplättchen gleicher Dicke mit planparallelen Oberflächen gebildet,
die zusammengeklebt und senkrecht zur Achse des Objektivs angeordnet sind, nachdem
zuvor eine der einander berührenden Flächen mit einem halbdurchlässigen Überzug
versehen worden ist.
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-Nach einem der Unteransprüche befindet sich die Lichtquelle, mit
deren Licht die Interferenzen erzeugt werden, in einem Seitenrohr, das winklig am
Tubus des :Mikroskops angeordnet ist. Ihre Strahlen werden mit Hilfe eines Spiegels
oder Prismas in das Hauptrohr geworfen. Dabei können weiterhin die beiden-Rohre
gegeneinander austauschbar sein.
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Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß die erwähnten
Einstellmittel einen Fuß umfassen, welcher zur Auflage auf die zu prüfende und den
zweiten Spiegel bildende Oberfläche bestimmt ist. Die ebene Unterfläche dieses Fußes
dient zur Auflage auf die zu prüfende Oberfläche, während- sein oberer Abschluß
als Kugelzone ausgebildet ist. Auf dieser ruht die Unterkante des den Gerätekörper
bildenden Rohres. Diese Anordnung erlaubt, die optische Achse des Mikroskops gegenüber
dem Objekt zu ändern, um auf diese Weise die Interferenzstreifen in .eine zur Messung
möglichst günstige Lage zu bringen.
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Ein Interferenzmikroskop ist in der Zeichnung in einer bevorzugten
Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt ein aufgebautes Interferenzmikroskop mit dazugehörigem
Transportkasten im Schaubild; Fig. z zeigt in vergrößertem Maßstab und im axialen
Schnitt den Objektivkopf dieses Interferenzmikroskops ; Fig.3 stellt denselben Objektivkopf
nach dem Entfernen eines Teiles der äußeren Umhüllung dar; Fig. q zeigt schematisch
den Strahlenverlauf zwischen Objektiv und Prüfling; .
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Fig. 5 zeigt. schematisch in Seitenansicht den Apparat mit gegen die
Vertikale geneigter optischer Achse; -Fig.6 zeigt schematisch die Änderung des Streifenabstandes
d bei geänderter Neigung der optischen. Achse; Fig. 7 ist eine schematischeAnsicht
des Strahlenverlaufes in einer anderen Ausführungsform der Erfindung. -Im einzelnen
werden die Figuren wie folgt K-schrieben: Fig. z zeigt den Objektivkopf 12 des Interferenzmikroslcops.
Die Strahlenteilerplatte besteht aus den beiden planparallelen Glasplättchen i und
z. zwischen denen eine halbdurchlässige Metallschicht 3 angebracht ist. Auf der
Frontlinse des Objektivs 5 ist zentrisch der Vergleichsspiegel angeordnet. Dieser
Spiegel ist auf die Achse des Objektivs zentriert und in seinem Durchmesser'so bemessen,
daß nur ein kleiner Teil des Beleuchtungsbündels ausgeblendet wird. Das Objektiv
ist in die Buchse i i eingeschraubt, welche ihrerseits mit einem Gewinde in dem
Mikroskoptubus 6 sitzt. Die Schraube 13 verbindet die Buchse i i mit der Betätigungsmuffe
12, wobei die Schraube 13 mit ihrem Schaft in dem Mikrometergang des Mikroskoptubus
1q. läuft. Der Mikroskoptubus 6 ist mittels einer Feder i9 mit dem Fußteil 15 verbunden.
Dieser weist an seiner Unterseite eine ebene Fläche 16 auf und mindestens ein Loch
17 für den Durchtritt des Prüflichtbündels. Das Fußteil 15 ist nach oben durch die
Oberfläche 18 einer Kugelzone abgeschlossen. Der :Mittelpunkt der zugehörigen
Kugel
liegt bei O. Der untere Abschluß des Mikroskoptubus 6 stützt sich auf die Kugelzonenfläche
ab, wobei durch die Verbindungsfeder i9 ein Auseinanderfalien dieser beiden Teile
verhindert wird. Diese Anordnung erlaubt es, die Beobachtungseinrichtung gegenüber
der Oberfläche des Objektivs P zu neigen.
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Fig. i zeigt ein aufgebautes Interferenzmikroskop mit dem dazugehörigen
Transportkasten 27. In diesem Kasten sind ein Transformator 28 und eine Batterie
29 untergebracht. Diese dienen wahlweise zur Versorgung der Lichtquelle S, welche
mit ihrer Linse 26 in einem Seitentubus 25 eingebaut ist. In dem Kasten ist außerdem
der Sockel 21 untergebracht, welcher zur Befestigung der Säule 2o dient. Diese Säule
20 trägt das Halterungssystem für das Interferenzmikroskop, welches lösbar und in
der Höhe verstellbar bei 23 und 2.4 mit der Blattfeder 22 die Standsäule 2o und
das Mikroskop 6 miteinander verbindet. Mit 7 ist ein halbdurchlässiger Spiegel oder
ein Prisma bezeichnet, wodurch die Strahlrichtung der Lichtquelle .S in die optische
Achse des Mikroskops umgelenkt sowie die Betrachtung des Mikroskopbildes durch das
Okular 8 erlaubt wird.
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Die Gesamtanordnung des Apparates, welche die oben beschriebenen wesentlichen
Teile sowie Mittel umfaßt, um geeignete gegenseitige und vorzugsweise regelbare
Lagen zwischen der Strahlenteilerplatte und dem Objektiv und dem Objekt P
herzustellen, arbeitet in der in Fig..I schematisch dargestellten Weise.
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In dieser Fig. 4. sieht man, daß sich der von der Lichtquelle S kommende
einfallende Strahl, oder zur Vereinfachung der Elementarstrahl AB, in zw°i
Teile gemäß folgenden beiden Wegen aufteilt: einerseits A B C D E F
G unter Durchdringung der Strahlenteilerplatte, Reflexion an dem Prüfling P, neuerlicher
Durchdringung der Strahlenteilerplatte und Rückkehr zu dem Objektiv, d. h. zu der
Beobachtungsvorrichtung; und andererseits A B C D' l: F G unter aufeinanderfolgenden
Reflexionen an der Strahlenteilerplatte und an dem Spiegel oder der Bezugsfläche
4 und hierauf ebenfalls Rückkehr zu der Beobachtungsvorrichtung.
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Wenn die beiden Lichtbündel optisch gleiche Wege durchlaufen, was
man durch eine geeignete Einstellung der gegenseitigen Lagen der zusammenwirkenden
Teile erhalten kann, sieht man in dem Okular Interferenzstreifen auf der untersuchten
Oberfläche erscheinen, deren Einzelheiten man, wie z. B. bei 9 in Fig. 6, erkennen
und beurteilen känn, wobei Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit zwischen
Prüflinge und Vergleichsfläche q. sich in Ungleichmäßigkeiten io dieser Streifen
auswirken.
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Man kann somit mit Hilfe eines solchen Appärates den Zustand von Oberflächen
untersuchen und messen.
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Ein solcher Apparat gestattet jedoch auch, mit großer Genauigkeit
und ohne körperliche Berührung die Lage einer polierten Fläche im Raum in bezug
auf eine Vergleichsfläche festzustellen, indem man einem der Teile, deren Stellung
und Lage die Interferenzerscheinung bestimmen, bei gleichzeitiger Beobachtung der
Veränderungen des Interferenzbildes eine Verschiebung erteilt.
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So richtet man es gemäß einer bevorzugten Anordnung der Erfindung
so ein, daß man nach Belieben die Einstellung des einfallenden Lichtbündels oder
der optischen Achse des Apparates gegenüber der zu untersuchenden Oberfläche oder
dem zu untersuchenden Gegenstand verändern kann, oder umgekehrt. Fig. 5 und 6 zeigen
hierfür schematisch, daß bei einer Veränderung des Winkels zwischen der optischen
Achse X-X und der Oberfläche P sich der Abstand d der Streifen 9 (Fig. 6), welche
Schnitte in Fig. 5 stark vergrößert dargestellten Interferenzebenen i mit der Oberfläche
P sind, ändert. Ebenso verändert sich die Lage der Streifen g bei der Bewegung der
Achse X-X auf einer Kegelfläche um eine lotrechte Achse Z-Z. Diese Streifen nehmen
z. B. die neue, bei 9' gestrichelt angegebene Lage ein (an diesem gestrichelten
Linienzug sind die Ungleichmäßigkeiten io nicht wiedergegeben, um die Zeichnung
nicht zu überladen). Die Bedienungsperson gewinnt somit durch das Kippen der optischen
Achse neue Untersuchungs- oder Meßmöglichkeiten.
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Die vorstehend angegebene Interferenzeinrichtung ist in ihrer Anwendung
keineswegs auf das Prüfen von Oberflächen beschränkt. Man kann derartige Apparate
als Interferenzfraktometer zur Kontrolle der Konstanz des Brechungsindex einer durchsichtigen
Flüssigkeit oder zur Messung der Abweichung dieses Index von dem eines als Bezugsgröße
dienenden Normalmittels benutzen. Hierfür genügt es, zwischen das Objektiv und das
Strahlenteilersystem das Eichmittel zu bringen und das zu untersuchende Mittel zwischen
das Strahlenteilersystem und die Oberfläche P der Fig. d. einzuschalten. Eine Veränderung
des Brechungsindex wirkt sich in einer Verschiebung der Interferenzstreifen aus,
die leicht zu messen ist und leicht die Berechnung dieser Veränderung gestattet.
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Ferner kann man sie für die Beobachtung von durchsichtigen Stoffen,
z. B. von biologischen Präparaten, verwenden. Hierfür genügt es, das zu untersuchende
Präparat auf eine tadellos polierte Metallfläche zu bringen. Die Unregelmäßigkeiten
der Interferenzstreifen rühren dann von den Unterschieden der Indizes der von dem
Licht durchdrungenen Substanzen her und lassen so Einzelheiten erscheinen, welche
man durch die üblichen Verfahren nicht erhält, wenn die Absorption des Lichtes in
den verschiedenen Bestandteilen des Präparates gleich ist.
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Fig. q. stellt nur eine Möglichkeit der Strahlenführung in einem Interferenzmikroskop
gemäß der Erfindung dar. Beispielsweise kann man auch in gewissen Fällen, insbesondere
wenn es sich um die Bestimmung ,des Brechungsindex von durchsichtigen - Körpern
handelt, mit ein und demselben Strahlenteiler zwei optische Systeme oder Objektive
L-L' (Fig. 7) mit zwei Spiegeln oder Bezugsflächen D-D' zusammenwirken lassen.
Ein
bei AB durch das Objektiv L ankommender einfallender Strahl kann sich
auf zwei Wege A B C
D' E G' und A B C D E G' aufteilen. Diese
beiden Strahlen werden dann in dem Objektiv L' beobachtet.
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Das eine der Objektive L kann somit nur zur Beleuchtung dienen, und
das andere, L', zur Beobachtung. Die Beobachtung kann jedoch auch gleichzeitig auf
beiden Seiten durch das Objektiv L oder L' erfolgen.