DD203786A1

DD203786A1 - Anordnung fuer interferenzmikroskope

Info

Publication number: DD203786A1
Application number: DD23453281A
Authority: DD
Inventors: Guenter Schoeppe
Original assignee: Guenter Schoeppe
Priority date: 1981-11-02
Filing date: 1981-11-02
Publication date: 1983-11-02

Abstract

Die Erfindung dient der Erzeugung einer Interferenzerscheinung, die einem Gitterbild mit wellenlaengenabhaengiger Gitterkonstante in der Aperturblendenebene der Mikroskope entspricht. Durch die Anordnung wird die nutzbare Beleuchtungsapertur von im weiszen natuerlichen Licht arbeitenden Shearinginterferometern vergroeszert. Zwei planparallele optische Platten mit im wesentlichen gleicher Dicke sind geneigt und parallel zueinander im Beleuchtungsstrahlengang zwischen Leuchtfeldblende und Aperturblende des Interferenzmikroskopes angeordnet. Die jeweils voneinander abgewandten Flaechen der Platten sind mit einem reflektierenden Belag versehen. Die einander zugewandten Flaechen besitzen einen teildurchlaessigen Belag, der ein abgestuftes Verhaeltnis von Reflexion und Transmission aufweist. Das in die der Leuchtfeldblende zugewandte Platte eintretende Beleuchtungsstrahlenbuendel wird durch Reflexion im Inneren der Platten in mehrere Teilstrahlenbuendel aufgespalten. Im Bereich jedes der zwischen den beiden Platten verlaufenden Teilstrahlenbuendels ist ein Glaskeilpaar angeordnet. Die Keile sind um einander parallele Achsen drehbar.

Description

-7-

Eitel

Anordnung für Interferenzmikroskope

ur e

Die Anordnung wird in der Interferenzmikroskopie zu gung einer Interferenzerscheinung, die einem Gitterbild mit wellenlängenabhängiger Gitterkonstante in der Aperturblendenebene der Mikroskope entspricht, verwendet. Durch. Einsatz der erfindungsgemäiien anordnung bei mit weißem natürlichem Licht arbeitenden Shearinginterferenzraikroskopen wird eine Erhöhung der Bildqualität durch.Auflösungs- und Bildhelligkeitssteigerung bei Untersuchungen ungefärbter Präparate erzielt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Interferenzmikroskope bekannt, bei denen mit Hilfe poiarisationsoptischer Hilfsmittel die Beleuchtungsapertur von Shearinginterferenzrnikroskopen im \veii3en Licht vergrößert v/erden капп.

Bei dem Einsatz von polarisiertem Licht werden höchste Anforderungen an die 3pannungsarrr.ut der eingesetzten Elemente gestellt, wenn der gewünschte Effekt unbeeinträohtigt eintreten soll. Bei größeren 3eieuchtungsaperturen treten zusätzliche Depolarisationserscheinungen auf, die aie ',Virksam .ceit bei .-,perturen über 0,4 mer:ciioh beeinträchtigen.

Bei Shearinginterferometern, die im natürlichen Licht arbeiten, ist bisher zur für monochromatisches Licht eine Einrichtung bekannt, die eine Erhöhung der Beleuchtungsapertur gestattet (DD-WP 53890). Alle bisher bekannten Lösungen sind nur für konstruktiv fest vorgegebene Bildaufspaltungsgrößen funktionsfähig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, welche die nutzbare Beleuchtungsapertur von Shearinginterferometern, die im weißem natürlichem Licht arbeiten vergrößert, wobei die Anordnung eine kontinuierliche Anpassung an verschiedene Aufspaltungsgrößen gestatten soll.

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Darlegung des '-Уезепз der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für Interferenzmikroskope zur Erzeugung einer Interferenzerscheinung zu schaffen, die einem Gitterbild mit wellenlängenabhängiger Gitterkonstante in der Aperturblendenebene der Mikroskope entspricht, um die nutzbare Beleuchtungsapertur von mit weißem natürlichem Licht arbeitenden Shearinginterferenzmikroskopen, deren Bildaufspaltung kontinuierlich veränderbar ist, zu erhöhen. Dabei sind zwei planparallele optische Platten mit im wesentlichen gleicher Dicke geneigt Lm Beleuchtungsstrahlengang zwischen Leuchtfeldblende und Aperturblende des Interferenzmikroskopes parallel zueinander angeordnet, wobei der Beleuchtungsstrahlengang an einer Seite der.beiden Platten eintritt und an der entgegengesetzt liegenden Seite der anderen der beiden Platten austritt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ,jeweils die voneinander abgewandten Flächen der Platten außer der Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche mit einem reflektierenden Belag versehen sind. Die einander zugewandten Flächen der beiden Platten besitzen einen teildurchlässigen Belag, welcher ein abgestuftes Verhältnis von Reflexion und Transmission aufv/eist. Das in die der Leuchtfeldblende zugewandte Platte eintretende Beleuchtungsstrahlenbündel wird in deren Inneren mehrmals reflektiert und dadurch aufgespalten und tritt an mehreren Stellen ohne Überdeckung mit den benachbarten Teilchenstrahlenbündel aus und in die der Aperturblende zugewandte Platte wieder ein. Das Verhältnis von Reflexion und Transmission des teildurchlässigen Belages beider Platten, also das Teilungsverhältnis, ist an den Stellen, an denen die Teilstrahlenbündel diese Flächen treffen so abgestimmt, daß der Quotient aus der Summe der Quadrate der Summe der -unplituden jeweils zweier benachbarter Teilstrahlenbündel plus dem Quadrat der ^nplitude der ersten und letzten Tsilstrahlenbündel and der Summe der Quadrate der Differenz

der Amplituden jeweils zweier benachbarter Teilstrahlen· bündel plus dem Quadrat der Amplitude des ersten und letzten Teilstrahlenbündels ein Maximum wird:

- A² + (A+B)² + (B+C)² +

+ (A-B Г + (B-C Г + + IT

Im Bereich jedes der zwischen den beiden Platten verlaufenden Teilstrahlenbündel ist ein Glaskeilpaar mit kleinen Keilwinkel angeordnet, dessen Keilflächen im wesentlichen senkrecht zum Bele.uciitungastrahlengang verlaufen und in ihrer Ausgangsstellung gleich orientiert sind. Die Keile sind um zueinander- parallele Achsen drehbar, wobei ,jeweils die Keile eines Keilpaares gegenläufig verdreht werden. Jeweils ein Keil eines Keilpaares ist parallel zu einer Drehachse verschiebbar. Die Anzahl der Glaskeilpaare entspricht der Anzahl der Abstufungen des Teilungsverhältnisses des teildurchlässigen Belages.

Der Lichtaustrittsfläche der der Aperturblende zugewandten Platte ist ein abbildendes optisches System zugeordnet, in dessen bildseitiger Bi-ennebene sich die Aperturblende des Interferenzmikroskopeg befindet. Es werden somit alle Teilstrahlenbündel in der Aperturblende zur Interferenz gebracht.

Eine vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn die Drehachsen der Keile rechtwinklig zur Hauptspiegelungsebene beider Platten verlaufen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die der Leuchtfeldblende am nächsten liegenden Keile der Keilpaare von Keil zu Keil stufenweise eine konstante Dickenänderung aufweisen und die der .--perturblende am nächsten liegenden jeweils zweiten Keile jedes Keilpaares einen entgegengesetzt konstant abgestufte Dickenänderung besitzen.

Die Dickenänderungen erioxgen so,- daß die Summendicke aller Keilpaare konstant bleibt. Dadurch ist es möglich, jeweils alle Keile um gleiche Winkel zu drehen. Werden alle Keile gleich dick dimensioniert, ist eine Drehung der einzelnen Keilpaare um jeweils unterschiedliche Winkel erforderlich. Die erfindungsgemäße Anordnung stellt ein Interferometer dar, das prinzipiell die Erzeugung einer beliebigen Anzahl von interferenzfähigen Teilstrahlenbündeln gestattet. Durch die Drehbarkeit der Keile und die Abstufung der Dickenverhältnisse lassen sich zwischen allen 'Teilstrahlenbündeln gleiche kontinuierlich veränderliche Abstände einstellen. Die parallel zueinander aus dem Interferometer austretenden Teilstrahlenbündel gelangen in der Aperturblende des Interferenzmikroskopes zur Interferenz und erzeugen dort ein Interferenzstreifensystem, das in seiner Wirkung einen wellenproportionalen "Gitter" mit relativ schmalen "Spalten" entspricht. Damit ist es möglich, im weißen natürlichen Licht interferenzmikroskopische Beobachtungen mit großer Beleuchtungsapertur bei einem Kontrast, der höher als bei Erfüllung der Jy'4-Bedingung ist, durchzuführen.

A us f ülirung s beispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert

Es zeigen: Fig. 1: ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße

Anordnung, Pig. 2: eine Draufsicht auf den zentralen Teil der Anordnung nach Pig. 1,

Pig. 3: die Vereinigung der Teilstrahlen in derrAperturblendenebene.

In Fig. 1 ist eine Lichtquelle 15, eine Leuchtfeldblende 1, eine Linse 2 und eine Linse 3 dargestellt.

338;

Eine Platte 4 ist sehr gut-eben, planparallel und aus schlierenfreiein Glas gefertigt. Auf ihrer der Leuchtfeldblende 1 zugewandten Fläche trägt sie bis auf eine der Linse 3 gegenüberliegende Teilfläche einen total reflektierenden Belag, Eine Platte 7 entspricht in ihrer Ausführung der Platte 4-Sie ist parallel zur Platte 4 justiert. Ihre belagfreie Teilfläche befindet sich gegenüber einem optischen System Die einander zugewandten Flächen der beiden Platten 4 und sind mit teildurchlässigen Belägen versehen, deren Teilungsverhältnisse sich gegenläufig stufenweise ändern. Zwischen den Platten 4 und 7 sind Keilplattenpaare angeordnet, welche aus Keilplatten 5 und 6 A, B, G, D, Ξ bestehen. Die Keilplatten 5 und 6 haben eine geringe bei allen Platten gleiche Keilwirkung. Sie lassen 3ich um senkrecht zur Zeichenebene stehende Ac hsen drehen, während sich die 'Keilplatten 5 A bis E im Uhrzeigersinn drehen, drehen sich die Keilplatten 6 A bis 3 gegen den Uhrzeigersinn. Die Keilplatten 5 C und 6 C haben gleiche Dicke. Die Keilplatte 5 B ist um einen bestimmten Betrag dicker als die Keilplatte 5 C. Um den gleichen Betrag, um den die Keilplatte 5 3 dicker ist, als die Platte 5 G und б C, ist die Keilplatte 6 B dünner. Die Keilplatte 5 A hat gegenüber der Keilplatte 5 3 den gleichen Dickenzuwachs, wie die Keilplatte 5 3 gegenüber der Keilplatte 5 G, die Keilplatte 6 A hat die gleiche Dickenabnahme. Die Dicke der Keilplatte 6 S entspricht wiederum der Keilplatte 5 A, die der Keilplatte 5 E der Keilplatte 6 A.

Eine Aperturblende 9, ein Kondensor 10, eine Objektebene und ein Objektiv 12 gehören su einem nicht dargestellten Shearinginterferenzmikroskop, durch dessen Shearinginterferenzeinrichtung 13 zwei Teilbilder 14 und 14* erzeugt werden. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Platten 4 und 7 mit dem Keilpaar 5 S und б Ξ.

In Fig. 3 ist das optische System 3, welches drei eingezeichnete Teilstrahlenbündel л, B, C in der Ebene der Aperturblende 9 zur Interferenz bringt, dargestellt. Nach Passieren des Objektes und der Lnterferenzeinrichtung, weiche nicht eingezeichnet

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sind, ergeben sich die Teilbilder 14 und 14 '· Die Leuchtfelctblende 1 wird von der Lichtquelle 15 beleuchtet. Durch eine Linse 2 wird die Leuchtfeldblende 1 im Unendlichen, durch die Linse 3 zwischen die Keilplatten 5 und 6 und durch das optische System 8 und den Kondensor 10 in die Ebene des Objektes 11 abgebildet.

Das in die Platte 4 eintretende Strahlenbündel wird an dem teildurchlässigen Belag aufgespalten, wobei ein Teilstrahlenbündel durch die Keile 5 л und β λ auf die Platte 7 trifft, in diese eintritt, an dem total reflektierenden Belag reflektiert wird und nach mehrmaligen Reflexionen die Platte gegenüber dem optischen System 8 verläßt. Das andere Teilstrahlenbündel trifft nach einer Reflexion an den total reflektierenden Belag der Platte 4 gegenüber dem Glaskeilpaar 5 B und 6 3 nochmals auf den teildurchlässigen Belag und wird wiederum in zwei Teilstrahlenbündel aufgespalten. Eins dieser Teilstrahlenbündel tritt nach Passieren des Glaskeilpaares 5 und δ 3 in die Platte 7 ein und durchläuft diese versetzt zu dem Teilstrahlenbündel, welches das Glaskeilpaar 5 A und oA passiert hat. Das zweite Teilstrahlenbündel durchläuft die Platte 4 weiter. Dies setzt sich fort, bis alle Glaskeilpaare 5, 6 durchlaufen sind, so daß die entsprechende Anzahl Teilstrahlen in das optische System 8 eintreten.

Beim gegenläufigen Drehen der Glaskeile jedes Glaskeilpaares erfährt das Teilstrahlenbündel C keine seitliche Verschiebung, das Teilstrahlenbündel 3 eine seitliche Verschiebung um eine bestimmte.Strecke in eine Richtung, das,Teilstrahlenbündel D um die gleiche Strecke in entgegengesetzter Richtung. Die Teilstrahlenbündel Λ und Ξ werden um die doppelte Strecke verschoben.

Die Platten 5 sind in rig. 1 senkrecht zur Zeichenebene verschiebbar angeordnet. Damit können die unvermeidlichen T/egdifferenzen zwischen den einzelnen Strahlenbündeln kompensiert und optimale Interferenzbedingungen eingestellt werden.

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-B-

Die Brennebene des optischen ^Systems 8 befindet sich in der Ebene der Aperturblende 9· Dadurch werden die untereinander parallelen Teilstrahlenbündel A bis E in der Aperturblendenebene vereinigt und gelangen zur Interferenz. Jedes dieser Teilstrahlenbündel entwirft in der Objektebene 11 ein Bild der Leuchtfeldblende 1. Diese Bilder haben untereinander einen gleiche je nach Stellung der Glaskeile 5 und 6 mehr oder weniger großen Abstand voneinander. Dieser Abstand muß der Bildaufspaltung des Shearinginterferenzmikroskopes 12, 13 angepaßt werden.

Unter diesen Bedingungen interferiert das Teilstrahlenbündel B des ersten Bildes mit dem Teilstrahlenbündel A des verschobenen Bildes, das Teilstrahlenbündel C des ersten Bildes mit dem Teilstrahlenbündel B des verschobenen Bildes usw. Jeweils das Teilstrahlenbündel A des ersten Bildes und das letzte Bündel des verschobenen Bildes bleibt ohne Partner. Da alle Teilstrahlenbündel untereinander interferenzfähig und die Teil strahlenbündel, die aus der erf.indungsgemäßen i-jx-

phasengleicn Ordnung, austreten untereinanderTsind, überlagern sich deren Amplituden. Dabei wird, wenn ein Teilstrahlenbundel des durch die ShearinginterferenzanOrdnung unverschobenen und des von ihr verschobenen Bildes phasengleich sind eine Addition der Amplitude benachbarter Bündel und wenn beide Bilder gegenphasig sind eine Subtraktion der Amplituden benachbarter Teilstrahlenbündel eintreten. Im mittleren Bereich des Bildfeldes addieren sich die resultierenden Intensitäten der interferierenden Bilder. Dabei entsteht in einem Pail eine Intensität, die proportional

2 2 2 2

A + (A+B) + (B+G) + ..... + Xi , im anderen Fall eine

solche, die proportional

<? + U-B)² + (B-G)² + + ϊί² ist.

Ziel ist es, die Amplituden der Teilstrahlen .- bis II so abzustimmen, daß der quotient aus der ersten und zweiten -relativen Intensität ein L'aximum wird. Bei sieben Teil-

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strahlen wird diese Bedingung erfüllt, wenn sich die Amplituden verhalten wie

A:B:C:D:E:F:G =1

+ jo,5) : £~Λ/2 YF ( 1 + \/о,5)² _7

' (1 +YÖT?) : /~1/2 "YF (1 ~^o7?)²_7 : (1 ^[0^5 : 1

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Claims

Erfindungsanspruch.

1. Anordnung für Interferenzmikroskope zur Erzeugung einer Interferenzerscheinung, die einem G-itterbild mit wellenlängenabhängiger Gitterkonstante entspricht, in der Aperturblendenebene der Mikroskope durch Mehrfachinterferenz mit Hilfe von zwei zueinander parallelen und zu. einem Beleuchtungsstrahlengang geneigtem planparallelen optischen Platten mit im wesentlichen gleicher Bicke. , wobei der Beleuchtungsstrahlengang an einer Seite der beiden Platten eintritt, gekennzeichnet dadurch, daß jeweils die voneinander abgewandten Flachen der Platten über einen größeren Bereich mit einem reflektierenden Belag versehen sind,

daß die einander zugewandten Flächen der beiden Platten einen teildurchlässigen Belag mit einem abgestuften Verhältnis von Reflexion und Transmission besitzen, daß zwischen den Platten eine Anzahl von Crlaskeilpaaren mit kleinem Keilwinkel angeordnet sind, deren Zeilflächen im wesentlichen senkrecht zum Beleuchtungsstrahlengang verlaufen und in ihrer Ausgangsstellung gleich orientiert sind, daß alle Zeile um zueinander parallele Achsen und jeweils die Zeile eines Zeilpaares gegenläufig drehbar sind,

daß jeweils ein Zeil eines Zeilpaares parallel zur Drehachse verschiebbar ist,

daß die Anzahl Abstufungen des Verhältnisses von Reflexion und Transmission des teildurchlässigen Belages gleich der Anzahl der Zeilpaare ist,

daß der Austrittsfläche der der Aperturblende zugewandten Platte ein abbildendes optisches System zugeordnet ist, in dessen bildseitigen Brennebene sich die Aperturblende des Interferenzmikroskopes befindet«
2. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Achsen der Keile rechtwinklig zur Hauptspiegelungsebene beider Platten verlaufen.

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12ilRL1992*9H6üöi

Anordnung nach. Punkt 2, gekennzeichnet dadurch., daß die der Leuchtfeldblende am nächsten liegenden Keile der
Keilpaare von Keil zu Keil stufenweise eine konstante Dickenänderung aufweisen, welcher eine Dickenänderung der jeweils zweiten Keiles jedes Keilpaares entgegengesetzt ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung·

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