DD276734A1

DD276734A1 - Verfahren zur gangunterschiedsmessung an anisotropen transparenten objekten

Info

Publication number: DD276734A1
Application number: DD32133588A
Authority: DD
Inventors: Joachim Bergner; Rainer Danz
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1988-11-02
Filing date: 1988-11-02
Publication date: 1990-03-07
Also published as: DE3929713C2; DE3929713A1

Abstract

Verfahren zur Gangunterschiedsmessung an anisotropen transparenten Objekten, mit dem phasen- und strukturanalytische Untersuchungen an Festkoerpern oder die Bestimmung und Regelung technisch-technologischer Eigenschaften z. B. an hochpolymeren Stoffen durchgefuehrt werden. Das zu untersuchende Objekt wird erfindungsgemaess in einer Zirkular-Polarisationseinrichtung mit modulierter Strahlung beleuchtet und die das Objekt verlassende Schwingungsellipse mit einem optisch aktiven Bauelement gedreht, bis die photometrisch nachgewiesene, vom Objekt beeinflusste Strahlungsintensitaet ihre Extremwerte erreicht. Fig. 2

Description

Das in dem DD-WP G02B/314531.1 angegebene Verfahren nutzt zum Eliminieren des Objektazimutes ebenfalls eine Zirkular-PolarisatioTiseinrichtung. Der Meßbereich ist jedoch auf RO s λ beschränkt; für Objekte mit RO = k m A(k = 0,1,2, ...;m = 0...1) ist die Ordnungszahl k mit zusätzlichen Mitteln zu bestimmen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Gangunterschiedsmessung an anisotropen transparenten Objekten für quantitative Bestimmungen von Objekten beliebiger azimutaler Lage und beliebiger Größe ihrer Gangunterschiede.

Darrlcgung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gangunterschiedsmessung an anisotropen transparenten Objekten zu schaffen, bei der quantitative Bestimmungen von Objekten beliebiger azimutaler Lage und beliebiger Größe ihrer Gangunterschiede möglich ist.

Die Aufgabe wird durcn ein Verfahren iui Gangunterschiedsmessung an anisotropen transparenten Objekten, bei dem ein Objekt in beliebiger azimutaler Lage seine Hauptschwingungsrichtungen nz' und nx' in einer aus zwei mit ihren Schwingungsrichtungen Sp und Sa gekreuzten oder parallelen linearen Polaren und zwei zwischen diesen liegenden, vorzugsweise achromatischen Viortelwellen-Retardern bestehenden Zirkular-Polarisationsomeinrichtung nach dem ersten Viertelwellen-Retarder ungeordnet ist, orfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei periodischer Änderung der Schwingungsrichtung des Polarisator odor Analysator gleichzeitig die Schwingungsellipse eines Objektes gedieht wird, bis der maximale Kontrost für das zu vermessende Objekt erreicht ist, danach wird ein zweiter Viertelwellen-Retarder gegen einen mit seinen Hauptschwingungsrichtungen nz'K und nx'K unter 45 Grad zu den Schwingungsrichtungen Sp und Sa angeordneten Meßkomparator mit meßbar veränderlichem Gangunterschied RK ausgewechselt und die Schwingungsollipse des Objektes um 45 Grad so gedreht wird, daß die Schwingungsrichtung nz'O des Objektes mit der Schwingungsrichtung nx'K des Meßkompensaiors zusammenfällt, und folgend die optisch wirksame Kompensationsvorrichtung des Meßkomparators bis zur Aufhebung des Objekt-Gangunterschieds RO verändert und dieser aus

RO = RK ± λ/4

berechnet wird, wobei das Vorzeichen je nach Anordnung der Viertelwellen-Retarder und des Meßkompensators festgelegt ist. Durch das erfindungsgemäße Vorfahren wird das Ziel erreicht und die Aufgabe gelöst.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand einer schematisch in der Zeichnung dargestellten Zirkular-Polarisaiionseinrichtung erläutert

Es zeigen

Fig.1: schematisch vereinfacht die Anordnung der zur Durchführung des Verfahrens notwendigen optischen Bauelemente, und Fig. 2: die Lage der Schwingungsrichtungen dieser Bauelemente während verschiedener Verfahrensschritte.

In einer Zirkuiar-Polarisationseinrichtung gemäß Fig. 1 bildet die Sohwingungsrichtung des Analysptors Sa mit der des Polarisators Sp oinnn Winkel. Zwisr.hnn diesen beiden Srhwinniinnsrirhtiinnon ist «in firster Viertelwßllen-Retardnr 01 sn angeordnet, daß seine Schwingungsrichtung nz'Q 1 den Winkel mit der Schwingungsrichtung Sp bildet und mit der Schwingungsrichtung nx'02 des zweiten Viertelwellen-Retarders zusammenfällt. Die azimutale Lage des Objektes O sei durch den Winkel a_} soiner Schwingungsrichtung nx'O mit dor Schwingungsrichlung Sp gegeben.

Dia Viertelwellcn-Retardcr Q1 und 02 erzeugon die Phasendifferenzen δι bzw. O₁, das Objekt die Phasendifferenz δ;, wobei allgemein die Beziehung R = O- λ/2π gilt. Im dargestellten Fall wird hinter dem Analysator eine Intensität

n²t COS²OCOSo +

I = l_o(sin²—— t COS²O₄COSo₂ + -— sin&;Sin2o4Cos2a]).

beobachtet. Zwiächon gekreuzten Polerun <o₄ - n/2) erscheint das Objekt unabhängig von seinem Azimut mit oinor Intensität, dio nur von seiner Phasendifferenz δ; abhängt. Darin besteht dor Verteil der vorgenannten Zirkular-Polarisationseinrichtung gogonübor oinor Linoar-Polarisationsoinrichtung.

Zur Mossung dor Phasendifferenz 6, mit Hilfe bekannter Kipp-, Keil- oder Drehkompensatoron, die mit ihrer Schwingungsrichtung nz'K unter 4ö Grad zu don Schwingungsrichtungun Sp und Sa angeordnet werden müssen, muß a_?

ubonfolls 45 Grad botrapon.

Dieses wird durch das orfindungsgomaßo Vorfahron erroicht, indem zwischen dem Objekt O und dem zweiten Viertelwellen-Rctiirdor Q 2 oin dio Schwingungsrichtung drohendes optischos Bauulomdnt D, ι. B. eine senkrecht zur optischen Achso qriontiorto Quarzplntto mit veränderlicher Dicko, angoordnet und so lange beeinflußt wird, bis die duich periodische Ändarung dor Schwingungsrichtung Sp dos Polarisators Pol modulierte und mit einom hinter dem Analysator An ongeordneton Photomotor Phot gomossono Intonsität ihro Extromwerto orroicht. Das ist gegeben wonn

dl

da₂

= O = -sinö₂sin2cL₄sin2a₂,

d.h. bei a₂ =Ό, π/2, π,...

Nach Erreichen dieser Lage wird der zweite Viertelwellen-Retarder Q2 durch einen Meßkomparator K mit veränderlicher Phasendifferenz 63' = RK2 π/λ ersetzt und mit dem drehenden optischen Bauelement D eine zusätzliche Änderung des Winkels a₂ um 45 Grad in der Richtung vorgenommen, in der sich bei Veränderung des Meßkomparator-Gangunterschiedes RK innerhalb seines Meßbereiches RK >R0 eine Stelle ergibt, in der die vom Objekt erzeugte Phasendifferenz δ₂ und die des ersten Viertelwellen-Retarders Q1 erzeugte Phasendifferenz S₁ (= n/2) kompensiert werden, im weißen Licht damit wie im Linear-Polarisationsmikroskop gewohnt ein neutralschwarzcr Streifen sichtbar wird. In diesem Fall ist die Gesamt-Phasendifferenz δ durch

sinöjcosöi - COSO₂SInO₁

6 = O₃' + arctan — = O

-(COSO₂COSO₁ + sinöö)

-(sinö₂cosö, + cosö₂sinö,) (bzw. δ = δ₃' + arctan

τζO, - sinö₂sinö,

wenn nz'01 mit nx'K zusammenfällt) gegeben, und damit

δ = δ₃' ± n/2 - δ₂ = O bzw. RO = RK ±λ/4.

Die Drehung der Schwingungsrichtung nx'O des Objektes O um 45 Grad geschieht nach der für das verwendete drehende optische Bauelement D bekannten Abhängikgeit des Drehwinkels von der durchgeführten Beeinflussung dieses Bauelementes.

Claims

Verfahren zur Gangunterschiedsmessung an anisotropen transparenten Objekten, bei dem ein Objekt in beliebiger azimutaler Lage seiner Hauptschwingungsrichtungen nz' und nx' in einer aus zwei mit ihren Schwingungsrichtungen Sp und Sa gekreuzten oder parallelen linearen Polaren und zwei zwischen diesen liegenden, vorzugsweise achromatischen Viertelwellen-Retardern bestehenden Zirkular-Polarisationseinrichtung nach einem ersten Viertelwellen-Retarder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei periodischer Änderung der Schwingungsrichtung eines Polarisators (Pol) oder eines Analysators (An) gleichzeitig die Schwingungsellipse eines Objektes (O) gedreht wird, bis der maximale Kontrast für das zu vermessende Objekt (O) erreicht ist und daß danach ein zweiter Viertelwellen-Retarder (Q2) gegen einen mit seinen Hauptschwingungsrichtungen (nz'K) und (nx'K) unter 45 Grad zu den Schwingungsrichtungen (Sp und Sa) angeordneten Meßkompensator (K) mit meßbar veränderlichem Gangunterschied (RK) ausgewechselt und die Schwingungsellipse des Objektes (O) um 45 Grad so gedreht wird, daß die Schwingungsrichtung (nz'O) des Objektes (O) mit der Schwingungsrichtung (nx'K) des Meßkompensators (K) zusammenfällt, und daß folgend die optisch wirksame Kompensationsvorrichtung des Meßkompensators (K) bis zur Aufhebung des Objekt-Gangunterschieds (RO) verändert und dieser aus

RO = Rk ± λ/4

berechnet wird, wobei das Vorzeichen je nach Anordnung der Viertelwellen-Retarder (Q 1, Q2) und des Meßkompensators (K) festgelegt ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren für optische Ganguntcrschiede beliebiger Größe, die von anisotropen Objekten beliebiger Orientierung zu der verwendeten Polarisationseinrichtung erzeugt werden. Mit diesen Messungen können phason- und strukturanalytische Untersuchungen in der Festkörperanalytik ebenso durchgeführt werden wie die Bestimmung und Regelung technisch-technologischer Eigenschaften, z. B. an hochpolymeren Stoffen. Vorzugsweises Anwendungsgebiet ist die Polarisationsmikroskopie.

Charakteristik des bekannten Standes df r Technik

Zum Bestimmen polarisationsoptischer Gangunterschiede sind eine Reihe objektiv messender Anordnungen bekannt. Nach der DE-OS 2916202 wird das hinter einem Wollaston-Prisma entstehende Interferen.imustor hinsichtlich Amplitude und Phasenlage mit einem Dioden-Array aufgenommen, und aus den Meßwerten wird die Elliptizitäl des Lichtes bestimmt. Nach Journ. Micr. 139 (1 98b) 239... 247 werden die mii einem Photometer gewonnenen Intensitätswerte in Abhängigkeit von der Analysntordrehung mit einem 64-K-Rechner einer hermonischen Analyse unterworfen und der Gangunterschied nach der Senarmont-Mothode berechnet.

Eine sehr schnelle und genaue Messung des Gangunterschiedes ermöglicht die Anordnung nach DE-OS 3631959. Als Lichtquelle dient ein transversaler stabilisierter Zeeman-Lasor; gemessen wird die zeitliche Verschiebung von Schwebungsknoten als Funktion des Objekt-Gangunterschiedes.

Ein wesentlicher Nachtoil, der bei sllen genannten Verfahren auftritt, ist die erforderliche azimutale Orientierung der Probe zur Meßanordnung, da mit linear polarisiertem licht gearbeitet wird.

Auch sind Vorrichtungen bekannt, mit denen zirkulär polarisierte Strahlung über eloktro- und magnetooptische Kristalle zu Modulationszwocken in linear polarisierte Strahlung mit konstant rotierende) Schwingungsebeno umgewandelt wird (DE-OS 1797378).

Eine subjektiv arbeitende Meßmethode für Gangunterschiode in einem Zirkuiarpolariskop ist als Tardy-Methode bekannt (Br>t. Journ. Appl. Phys. 311962) 176... 181). Dio nur monochromatisch arbeitende Methodo ist sohr umständlich und zeitraubend, da sie in violon Einzelschritten von gegenläufig gedrehton Polaron das Intensitätsminimum aufsucht und in dieser Lage mit einem Sonarmont-Komponsator mißt.

Nach (tor in dor DE-OS 2310090 boschtiobenon Polarimetormothodo wird dio zur Drohung einer Schwingungsebeno mittols oinos Quarzkoils erforderliche Verschiebung mit einem Wegspunnungswandlor als Maß für dio vom Objekt hervorgerufene Drohung gomosson. In dor US-PS 4655589 wordon droi Viortolwollon-Plotton vor dem Objekt teilweiso drohbar angeordnet, um ,acht vorschiodono Polarisationsazimuto in foston Inkromonten (koino poriodischo Änderungl) zu erzeugon. Boi der Mothodo nach dor US-PS 3902805 wird dio Probo mit zirkulär poalrisiortem Licht durchstrahlt und die austretende Lichtwollo in zwoi Strahlon unterschiedlicher Wollonlängen aufgespaltet, deron Phasendifferenz in einem Phasonmotor bestimmt wird. Wego mongoindor Achromosio kann diosos Verfahren nur in oinom ong bogronzton Spoktralboreich wirken. Für Objokto mit deutlicher Disporison der Doppolbrochung tritt ein zusätzlicher Fehlor auf.