DEP0001160MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 27. März 1950 Bekanntgemacht am 29. November 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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 ίο ihrem Weg durchlaufen die beiden Strahlenbündel fast genau gleiche optische Wege. Der Unterschied beider Wege besteht darin, daß das eine Strahlenbündel von dem zu untersuchenden Objekt, das andere Strahlenbündel dagegen von dem Vergleichsspiegel reflektiert wird. Durch Unregelmäßigkeiten in der zu untersuchenden Oberfläche wird die regelmäßige Anordnung der Interferenzstreifen gestört. 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 Erzeugung von Interferenzen nach diesen Prinzipien werden die Strahlenbündel entweder an planparallelen Platten oder mittels halbdurchlässiger

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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

ίο 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.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile der bisher venvendeten Anordnungen zu beseitigen und darüber hinaus ein Interferenzmikroskop so. zu gestalten, daß es einfach aufgebaut, leicht und, in einem Kasten zusammengelegt, bequem zu transportieren ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die besondere Anordnung der Strahlenteilerplatte vor dem Objektiv des Mikroskops. Dadurch wird die Anordnung, die zur Erzeugung der beiden kohärenten Strahlenbündel dient, vollkommen aus dem eigentliehen Mikroskop herausgenommen.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Interferenzmikroskop ist dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsspiegel und die Strahlenteilerplatte senkrecht zur optischen Achse des Mikroskopobjektivs 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 Strahlen- · teilerplatte vom Vergleichsspiegel und von dem spiegelnden. Prüf objekt 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 Strahlenteilerpratte 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.

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. . .

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.

Ein Interferenzmikroskop ist in der Zeichnung in einer bevorzugten Ausführungsform zur Erläuterung der Erfindung dargestellt.

Fig. ι zeigt ein aufgebautes Interferenzmikro- ' skop mit dazugehörigem Transportkasten im Schaubild; ■'..■''

Fig. 2 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. 4 zeigt schematisch den Strahlenverlauf zwischen Objektiv und Prüfling;

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 schematische Ansicht des Strahlen-Verlaufes in einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Im einzelnen werden die Figuren wie folgt beschrieben:

Fig. 2 zeigt den Objektivkopf 12 des Interferenzmikroskope. Die Strahlenteilerplatte besteht aus den beiden planparalleleri Glasplättchen 1 und 2, zwischen denen eine halbdurchlässige Metallschicht 3 angebracht ist. Auf der Frontlinse des Objektivs 5 ist zentrisch der Vergleichsspiegel 4 no 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 11 eingeschraubt, welche ihrerseits mit einem Gewinde in dem Mikroskoptubus 6 sitzt. Die Schraube 13 verbindet die Buchse 11 mit der Betätigungsmuffe 12, wobei die Schraube 13 mit ihrem Schaft in dem Mikrometergang des Mikroskoptubus 14 läuft. Der Mikroskoptubus 6 ist mittels einer Feder 19 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

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Kugel liegt bei O. Der untere Abschluß des Mikroskoptubus 6 stützt sich auf die Kugelzonenfläche ab, wobei durch die Verbindungsfeder 19 ein Auseinanderfallen dieser beiden Teile verhindert wird. Diese Anordnung erlaubt es, die Beobachtungseinrichtung gegenüber der Oberfläche des Objektivs P zu neigen.

Fig. ι 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 20 dient. Diese Säule 20 trägt das Halterungssystem für das Interferenzmikroskop, welches lösbar und in der- Höhe verstellbar bei 23 und 24 mit der Blattfeder 22 die Standsäule 20 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.

Die Gesamtanordnung des Apparates, welche die oben beschriebenen wesentlichen Teile so\vie 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. 4 schematisch dargestellten Weise.

In dieser Fig. 4 sieht man, daß sich der von der . Lichtquelle 5* kommende einfallende Strahl, oder zur Vereinfachung der Elementarstrahl AB, in zwei Teile gemäß folgenden beiden Wegen aufteilt: einerseits ABCDEFG 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' E F G unter aufeinanderfolgenden Reflexionen an der Strahlenteilerplatte und an dem Spiegel oder der Bezugsfläche 4 und hierauf ebenfalls Rückkehr zu der Beobachtungsvorrichtung.

Wenn die beiden Lichtbündel optisch gleiche Wege durchlaufen, was man durch eine geeignete Einstellung der gegenseitigen Lagen der zusammemvirkenden 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 kann, wobei Unterschiede in der Oberflächenbeschaffenheit zwischen PrüflingP und Vergleichsfläche 4 sich in Ungleichmäßigkeiten 10 dieser Streifen auswirken.

Man kann somit mit Hilfe eines solchen Apparates den Zustand von Oberflächen untersuchen und messen.

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.

So richtet man es gemäß einer bevorzugten Anordnung der Erfindung so ein, daß man nach Belieben die Einstellung des einfallenden Lichtbündeis 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 9 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 10 nicht wiedergegeben, um die Zeichnung nicht zu überladen). Die Bedienungsperson gewinnt somit durch das Kippen der optischen Achse neue Untersuchungs- oder Meßmöglichkeiten.

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 zii untersuchende Mittel zwischen das Strahlenteilersystem und die Oberfläche/³ der Fig. 4 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.

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.

Fig. 4 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-U (Fig. 7) mit zwei Spiegeln oder Bezugsflächen D-D' zusammenwirken lassen.

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Ein bei AB durch das Obj ektiv L ankommender

. einfallender Strahl kann sich auf zwei Wege ABC D' EG' und ABC D EG' aufteilen. Diese beiden Strahlen werden dann in dem Objektiv L' beobachtet.

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 ίο oder L' erfolgen.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Interferenzmikroskop, bei dem das von einer Lichtquelle ausgehende Strahlenbündel durch eine Strahlenteilerplatte aufgeteilt und dadurch zu einem Teil auf das zu untersuchende Objekt und zum anderen Teil auf einen Vergleichsspiegel gerichtet wird und die von diesen beiden Flächen reflektierten Strahlenbündel

ao über die Strahlenteilerplatte gemeinsam das

Okular des Mikroskops erreichen und auf ihrem Weg dorthin miteinander interferieren, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsspiegel und die Strahlenteilerplatte senkrecht zur optischen Achse des Mikroskopobjektivs zwischen diesem und dem Prüfobjekt angeordnet sind.

2. Interferenzmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Mitteln zur Feineinstellung, insbesondere nach Art einer Mikrometerschraube, zum Verändern der Abstände zwischen dem Strahlenteiler und dem Vergleichsspiegel oder dem zu untersuchenden Objekt ausgestattet ist.

3. Interferenzmikroskop nach einem der An-Sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der linsenseitig liegende Vergleichsspiegel (4) auf der Mitte der Objektivfrontlinse (5) aufliegt.

4. !Interferenzmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsspiegel (4) von einem reflektierenden metallischen Niederschlag auf der Mitte der Oberfläche der Objektivfrontlinse (5) gebildet wird.

5. Interferenzmikroskop nach einem der An-Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilerplatte (1 bis 3) aus zwei gleichdicken planparallelen Glasplatten (1 und 2) zusammengesetzt ist, deren gemeinsame Kontaktfläche (3) halbdurchlässig verspiegelt ist.

6. Interferenzmikroskop nach den An-Sprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (S) in einem Seitentubus (25) . angeordnet ist und ihre Strahlen mit Hilfe eines Spiegels oder Prismas in den Mikroskoptubus (6) gelenkt werden.

7. Interferenzmikroskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungstubus (25) und der Okulartubus (8) gegeneinander austauschbar ausgebildet sind.

8. Interferenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellmittel einen Fuß (15) umfassen, welcher zur Auflage auf die zu prüfende und den zweiten Spiegel bildende Oberfläche bestimmt ist.

9. Interferenzmikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß 15 mit seiner ebenen Unterfläche (16) zur Auflage auf die zu prüfende Oberfläche bestimmt und an seiner oberen Randfläche (18) als Kugelzone ausgebildet ist, auf welcher die die entsprechend ausgebildete Unterkante des den Mikroskoptubus bildenden Rohres (6) ruht.

10. Interferenzmikroskop nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als federndes Verbindungsglied von Fuß (15) und Mikroskoptubus (6) eine Blattfeder (19) dient.

11. Interferenzmikroskop nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskopobjektiv (5) in einer Schraubfassung (11) der Höhe nach verstellbar angeordnet ist und daß diese, die Strahlenteilerplatte (1 bis 3) enthaltende Schraubfassung (11) selbst im Mikroskoptubus (6) durch Schraub wirkung der Höhe nach verstellbar sitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 631 822, 724040; französische Patentschriften Nr. 663 254,
685.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen