DD247751A1

DD247751A1 - Anordnung zur kennzeichnung der kompensationsstellung bei gangunterschiedsmessungen

Info

Publication number: DD247751A1
Application number: DD28786586A
Authority: DD
Inventors: Guenter Schoeppe; Rainer Danz; Reed Werlich
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1987-07-15
Also published as: DE3643846A1

Abstract

Anordnung zur Kennzeichnung der Kompensationsstellung bei Gangunterschiedsmessungen, die als Zusatzeinheit wahlweise in Polarisations- oder in mit natuerlichem Licht arbeitenden Zweistrahlinterferenzmessanordnungen einsetzbar ist. Das Ziel und die Aufgabe der Erfindung ist es, zu gewaehrleisten, dass die mit den in den Messanordnungen vorhandenen oder wahlweise einsetzbaren Kompensatoren vornehmbare Einstellung, bei der der Gangunterschied des Objektes kompensiert ist, objektiv mit hoher Empfindlichkeit angezeigt wird. Das Bild darf nicht durch zusaetzliche Strukturen gestoert werden. Der technisch-oekonomische Aufwand ist gering zu halten. Die Aufgabe loest eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemaess durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1. Wesentlich ist dabei, dass ausser den ueblicherweise vorhandenen Messkompensatoren ein weiterer Messkompensator in den Strahlengang eingefuegt wird, der den gesamten Strahlenquerschnitt hinreichend einheitlich beeinflusst und den wirksamen Gangunterschied D stetig und periodisch bei einer festen Frequenz um l/8Dl/4 aendert. Weiterhin ist eine den Anteil der mit der Frequenz der den Messkompensator antreibenden Spannung uebereinstimmende, vom Empfaenger abgegebene Signalspannung anzeigende, Anzeigeeinrichtung vorgesehen.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kennzeichnung der Kompensationsstellung bei Gangunterschiedsmessungen, die als Zusatzeinheit wahlweise in Polarisations- oder in mit natürlichem Licht arbeitenden Zweistrahlinterferenzmeßanordnungen, vorzugsweise in Polarisations- oder Interferenzmikroskopen, einsetzbar ist. Sie gestattet es, die mit den besagten Meßanordnungen vornehmbare Einstellung, bei der der Gangunterschied des gemessenen Objektes kompensiert ist, objektiv mit hoher Empfindlichkeit anzuzeigen, ohne daß zusätzliche Strukturen das Bild stören.

Angewendet wird die Erfindung in besagten Meßanordnungen in der Mineralogie, Petrografie, Erzmikroskopie, Chemie, Biologie, Medizin und anderen Gebieten.

Bekannt ist eine Lösung, bei der eine geeignet strukturierte Platte in der Zwischenbildebene eines Interferenz- oder Polarisationsmikroskopes schwingend bewegt wird (DD-WP 140674). Diese Anordnung erfordert eine sehr genaue Justierung der Struktur gegenüber der Meßfeldblende. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist, daß das Mikroskop mit einer zusätzlichen Zwischenbildebene ausgebildet werden muß.

In der praktischen Anwendung hat die zusätzliche Struktur der Platte, die der Objektstruktur überlagert wird, oft verwirrend gewirkt, so daß diese Anordnung sich für Routineanwendungen nicht voll durchsetzen konnte.

Bekannt ist weiterhin eine Lösung, bei der routiert der Analysator des Senarmont-Kompensators mit einer vorgegebenen Drehzahl und Phasenlage im Strahlengang eines polarisationsoptischen Interferenzmikroskopes. Der derart realisierte Polarisationsmodulator moduliert die Phasenlage des Strahlenweges um ±λ/2. Aus dem Verlauf der daraus abgeleiteten Signale wird der Zeitpunkt der Kompensation des Objektgangunterschiedes relativ zur Phasenlage der den Analysator antreibenden Spannung bestimmt (Lommakka, Aeta Histochemika Suppl. Vl, 1965). Der Nachteil dieser Lösung ist, daß, bedingt durch die auftretenden Gleichlauffehler des Analysators, nur mit hohem Aufwand an mechanischen und elektronischen Bauelementen befriedigende Meßgenauigkeiten erreicht werden.

Diese Lösung ist auch an ein spezielles polarisationsoptisches Interferenzmikroskop gebunden.

Bekannt ist auch ein Verfahren und Anordnung (DE-AS 2851750), bei der die Proportionalität der den Polarisationsmodulator antreibende Spannung zum kompensierten Gangunterschied ausgenutzt wird. Der Nachteil dieser Lösung ist ein hoher Aufwand an technischen Mitteln zur Beseitigung des auftretenden Gleichlauffehlers und die Bindung an ein polarisationsoptisches Interferometer.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine Anordnung zur Kennzeichnung der Kompensationsstellung bei Gangunterschiedsmessungen, die als Zusatzeinheit wahlweise in Polarisations- oder in mit natürlichem Licht arbeitenden Zweistrahlinterferenzmeßanordnungen, vorzugsweise in Polarisations- oder Interferenzmikroskopen, einsetzbar ist. Diese Anordnung muß gewährleisten, daß die mit den in den Meßanordnungen oder wahlweise vorhandenen einsetzbaren Kompensatoren vomehmbaren.Einstellungen, bei der der Gangunterschied des Objektes kompensiert ist, objektiv mit hoher Empfindlichkeit angezeigt wird. Das Bild darf nicht durch zusätzliche Strukturen gestört werden. Der technisch-ökonomische Aufwand ist gering zu halten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Kennzeichnung der Kompensationsstellung bei Gangunterschiedmessungen zu schaffen, die als Zusatzeinheit wahlweise in Polarisations- oder in mit natürlichem Licht arbeitenden Zweistrahlinterferenzmeßanordnungen, vorzugsweise in Polarisations- oder Interferenzmikroskopen, einsetzbar ist und die es gestattet, die mit der besagten Meßanordnung vornehmbare Einstellung, bei der der Gangunterschied des gemessenen Objektes kompensiert ist, objektiv mit hoher Empfindlichkeit anzuzeigen, ohne daß zusätzliche Strukturen das Bild stören.

Die Aufgabe wird mit einer Anordnung zur Kennzeichnung der Kompensationsstellung bei Gangunterschiedsmessungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Außer den üblicherweise vorhandenen Meßkompensatoren wird ein weiterer Meßkompensator vorzugsweise ein aus transparenten keilförmigen Teilen bestehender, den gesamten Strahlenquerschnitt hinreichend einheitlich beeinflussender, den wirksamen Gangunterschied Δ mit an sich bekannten elektrischen Mitteln stetig und periodisch bei einer festen Frequenz um ± λ/8 < Δ < λ/4 ändernden Kompensator, in den Strahlengang eingefügt und ist eine den Anteil der mit der Frequenz der den Meßkompensator antreibenden Spannung übereinstimmende, vom Empfänger abgegebenen Signalspannung anzeigende Anzeigeeinrichtung vorgesehen.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Polarisationsmeßanordnung, zum Beispiel einem Polarisationsmikroskop, ist der zusätzliche Meßkompensator vorzugsweise zwischen dem Polarisator und dem Kondensor angeordnet, bei Verwendung des Auflichtverfahrens an einer entsprechenden Stelle, zum Beispiel in einem Illuminator. Die optisch wirksamen Elemente des Meßkompensators, die Keile und die planparallele Platte bestehen aus anisotropen Material. Der Meßkompensator enthält entsprechende Halterungen für die optisch-wirksamen Elemente. Die Halterungen sind so gestaltet und angeordnet, daß ein optisch-wirksames Element, ein Keil, gegenüber den anderen optisch-wirksamen Elementen in periodische Schwingungen versetzt werden kann, die in einer Ebene senkrecht zur Achse der Meßanordnung verlaufen. Die Schwingungen werden vorteilhafterweise von einem in den Meßkompensator integrierten Antriebssystem erzeugt. Bei Nutzung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer mit natürlichem Licht arbeitenden Zweistrahlinterferenzmeßanordnung, zum Beispiel einem Interferenzmikroskop nach dem Interphako-Prinzip ist der zusätzliche Meßkompensator zwischen dem Strahlteiler und dem Strahlvereiniger als Interferometers angeordnet. Dieser Meßkompensator besteht aus zwei Keilen, vorzugsweise isotropen Materials, und einem Antriebssystem. In jedem der beiden Wege des Interferometers «t jeweils ein Keil angeordnet. Einer der beiden Keile steht mit dem Antriebssystem in Wirkverbindung und wird durch dieses in Schwingungen in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse der Meßanordnung versetzt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand von nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen in schematischer Ansicht

Figur 1: ein Polarisationsmikroskop mit einer erfindungsgemäßen Anordnung; Figur 2: eine Ausführungsvariante eines Meßkompensators für eine Anordnung nach Figur 1 und

Figur 3: eine mit natürlichem Licht arbeitende Zweistrahleninterferenzmeßanordnung, nach dem Interphako-Prinzip aufgebaut, mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.

In Figur 1 ist in schematischer Darstellung ein Polarisationsmikroskop gezeigt. Entlang der optischen Achse sind nacheinander angeordnet eine Beleuchtungseinrichtung 1,ein Polarisator 2, ein Meßkompensator 28, ein Kondensator 4, ein Objekt 5 auf einem Objekttisch angeordnet, ein Objektiv 6, ein Kompensator?, ein Analysator 8, eine Tubuslinse 9 und ein Umlenkelement 10'. Auf dem Umlenkelement 10' ist eine Meßfeldblende lOangeordnet.

Weiterhin sind ein Empfänger 11, ein Verstärker 12, ein Gleichrichter 13, eine Anzeigeeinrichtung 14 und ein Generator 15 vorgesehen. Diese Elemente sind in einem aufsetzbaren Tubus 30 angeordnet und in der dargestellten Art untereinander verbunden. In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Empfänger 11 in der Meßanordnung hinter der Meßfeldblende 10 und die Elemente Verstärker 12, Gleichrichter 13, Anzeigeeinrichtung 14 und Generator 15 in einer gesonderten, beistellbaren Einheit angeordnet.

In Figur 2 ist der Aufbau des Meßkompensators 28 dargestellt. Der Meßkompensator 28 besteht aus einem Joch 18, einer mit dem Joch 18 starr verbundenen Fassung 21 und einer über der Fassung 21 angeordneten Fassung 20, die mittels einem Federelement 22, zum Beispiel einer Blattfeder, und einem piezokeramischen Biegestreifen 19 mit dem Joch 18 verbunden ist. In der Fassung 20 ist ein Keil 3' und in der Fassung 21 sind ein Keil 3" und eine planparallele Platte 3'" angeordnet, sie bilden zusammen einen Keilkompensator3, zum Beispiel einen Soleil-Babinett-Keilkompensator.

Die Elemente 18,19 und 22 bilden das Antriebssystem 16. Dieses Antriebssystem 16 wird von einem Generator 15 mit Strom versorgt. Bei Anliegen einer Spannung am piezokeramischen Biegestreifen 19 wird die Fassung 20 in Schwingungen versetzt. Der in der Fassung 20 angeordente Keil 3' wird dadurch in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse des Polarisationsmikroskopes gegenüber dem/eststehenden Keil 3" periodisch verschoben.

Sind die Polare des Polarisator 2 und des Analysator 8 gekreuzt, der Kompensator 7 in O-Stellung und der Keilkompensator 3 in Ruhelage, so ist das Sehfeld des Polarisationsmikroskopes ohne doppelbrechendes Objekt im Okular 17 dunkel. Schwingt der Keil 3' des Keilkompensators 3, so tritt bei jeder Auslenkung aus der Ruhelage eine Aufhellung des Sehfeldes auf. Das Licht ist mit der doppelten Frequenz der Schwingung des Keiles 3' moduliert. Das Bild des Objektes 5 ist bei Auslenkung des Keiles 3' in eine Richtung aufgehellt und bei Auslenkung in entgegengesetzter Richtung abgedunkelt.

Die Amplitude des modulierten Lichtes ist proportional dem Sinus der Phasendrehung des Objektes 5. Die Phasendrehung ist der mit 360° multiplizierte Quotient aus Objektgangunterschied und wirksamer Lichtwellenlänge. Dieser Frequenzanteil erreicht sein Maximum bei jedem ungeradzahligen Vielfachen des Gangunterschiedes von λ/4 und wird zu 0 beim Gangunterschied η λ/2 mit η = 0; 1; 2;... Die Phasenlage der Signalfrequenz ist entsprechend der Abhängigkeit bei positiven und negativen gleichen Gangunterschieden entgegengesetzt.

Das die Meßfeldblende 10 passierende modulierte Licht fällt auf dem Empfänger 11, dessen Signal selektiv vom Verstärker 12 verstärkt und von dem phasenabhängigen Gleichrichter 13, durch den Generator 15 gesteuert, gleichgerichtet wird. Die Gleichrichter-Schaltung ist vorteilhafterweise als look-in-Schaltung aufgebaut. Dadurch werden alle Signalanteile, die einem geradzahligen Vielfachen der Modulationsfrequenz entsprechen, unterdrückt. Die Signalspannung wird von der Anzeige 14 vorzeichenbehaftet angezeigt.

Aus dieser angezeigten Signalspannung erkennt man im Bereich eines Gangunterschiedes von ±λ/4, ob eine positive oder eine negative Fehlkompensation der am Ort der Meßfeldblende abgebildeten Stelle des Objektes 5 vorliegt. Aus dem Betrag der angezeigten Signalspannung wird die Größe der Fehlkompensation bestimmt.

In einem eng begrenzten Gangunterschiedsbereich wird durch Kalibrierung der Einrichtung der Gangunterschied des Objektes 5 direkt angezeigt, da in einem eng begrenztem Bereich der Betrag der Signalspannung proportional dem Betrag des Gangunterschiedes ist. Der Meßkompensator 28 ist vorteilhafterweise so ausgebildet, daß er mit einer ansich bekannten, in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten, Klemmvorrichtung unterhalb des Kondensators 4 befestigbar ist oder zwischen einem Polarisator und einem Planglas beziehungsweise Berekprisma eines Auflichtilluminators einsetzbar ist. In Figur 3 ist die Anordnung eines zusätzlichen Meßkompensators 29 in eine mit natürlichem Licht arbeitende Zweistrahlinterferenzmeßanordung nach dem Interphako-Prinzip gezeigt. Die Elemente Verstärker 12, Gleichrichter 13, Anzeigeeinrichtung 14, Generator 15 sind in analoger Weise wie in Figur 1 angeordnet. Der Meßkompensator besteht aus zwei Keilen 25,26 und einem Antriebssystem 16. Die Keile 25,26 sind vorzugsweise aus isotropem Material gefertigt. In jedem der beiden Wege des Interferometers 27 ist jeweils einer der beiden Keile 25,26 angeordnet. Der Keil 25 steht mit dem Antriebssystem 16 in Wirkverbindung und wird in einer Ebene senkrecht zum optischen Weg periodisch verschoben. Das Licht wird entsprechend moduliert. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist in diesem Beispiel analog der Beschreibung zu Figur 1. Das Umlenkelement 10' mit Meßfeldblende 10, der Empfänger 11 und das Okular 17 sind zum Beispiel an einem Interferenzmikroskop vorteilhafterweise in einem aufsetzbaren Tubus angeordnet.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Aufgabe und das Ziel der Erfindung erfüllt und die Nachteile der bekannten technischen Lösungen beseitigt.

Claims

1. Anordnung zur Kennzeichnung der Kompensationsstellung bei Gangunterschiedsmessungen, bestehend aus einer Polarisationsanordnung oder einer mit natürlichem Licht arbeitenden Zweistrahlinterferenzmeßanordnung mit Meßkompensatoren, vorzugsweise einem Polarisations- oder Interferenzmikroskop, einer eine eng begrenzte Feldstelle ausblendenden Meßfeldblende, einem fotoelektrischem Empfänger, einem Verstärker, einem Gleichrichter und einem Generator, gekennzeichnet dadurch, daß in einer Polarisationsmeßanordnung oder in einer mit natürlichem Licht arbeitenden Zweistrahlinterferenzmeßanordnung zusätzlich zu den vorhandenen Meßkompensatoren ein weiterer, den gesamten Strahlenquerschnitt hinreichend einheitlich beeinflussender, den wirksamen Gangunterschied Δ mit an sich bekannten elektrischen Mitteln stetig und periodisch bei einer festen Frequenz um ± λ/8 < Δ < ± λ/4 ändernder Meßkompensator (28,29) angeordnet ist und daß eine, den Anteil der mit der Frequenz der den Meßkompensator (28,29) über einem Antriebssystem (16) antreibenden Spannung übereinstimmenden, vom Empfänger (11) abgegebenen Signalspannung anzeigende Anzeigeeinrichtung (14) vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in einer Polarisationsmeßanordnung, vorzugsweise einem Polarisationsmikroskop, ein Meßkompensator (28), bestehend aus einem Keilkompensator (3) und einem Antriebssystem (16), vorzugsweise zwischen einem Polarisator (2) und einem Kondensor (4) oder einem Objektiv (6) bei Auflichtverfahren angeordnet ist und daß der Keilkompensator (3) senkrecht zur optischen Achse der Polarisationsmeßanordnung schwingend bewegbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Meßkompensator (28) an dem Kondensor (4) lösbar befestigt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Meßkompensator (28) wahlweise in einem Illuminator einsetzbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in einer mit natürlichem Licht arbeitenden Zweistrahlinterferenzmeßanordnung, vorzugsweise einem Interferenzmikroskop, ein Meßkompensator (29), bestehend aus mindestens einem Keil (25) und einem Antriebssystem (16), die miteinander in Wirkverbindung stehen, vorzugsweise aus zwei Keilen (25,26) und einem Antriebssystem (16), zwischen einem Strahlteiler (23) und einem Strahlvereiniger (24) eines Interferometers (27) angeordnet ist und daß der Keil (25) senkrecht zur optischen Achse des Interferometers (27) schwingend bewegbar ist.