DE3627878A1

DE3627878A1 - Circular polarisation device

Info

Publication number: DE3627878A1
Application number: DE19863627878
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Phys Danz; Joachim Bergner; Hartmut Dipl Phys Heinz
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1985-12-31
Filing date: 1986-08-16
Publication date: 1987-07-02
Also published as: DD245489A1

Abstract

The invention relates to a circular polarisation device in which the conditions of contrast and resolution for the application of finitely opened light bundles are improved in a wide spectral range of visible light. The aim is to guarantee the generated path difference of a quarter wavelength (phase difference pi /2) simultaneously over a large spectral range and as large as possible an aperture angle of the bundle inside a prescribed minimum tolerance. The object is therefore to configure an arrangement of totally reflecting quarter-lambda retarders each having two totally reflecting surfaces. This is achieved according to the invention when the angles of incidence are selected such that they are larger than the angle of incidence, which upon reflection causes the maximum in the phase difference between the p- and s-components of a lightwave polarised linearly at an oblique angle relatively to the plane of incidence. The retarders are arranged in the telecentric beam path downstream of a linear polariser or upstream of a linear analyser. <IMAGE>

Description

Titeltitle

ZirkularpolarisationseinrichtungCircular polarization device

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Polarisationseinrichtung für solche optischen Geräte und Anordnungen, bei denen zur Abbildung und Messung der anisotropen optischen Eigenschaften oder der Strukturen der untersuchten Gebilde oder Substanzen zirkular polarisierte Strahlenbündel mit endlich großem Öffnungswinkel im sichtbaren Spektralbereich angewendet werden, um eine azimutunabhängige Darstellung des von der untersuchten Probe hervorgerufenen Anisotropieeffekts zu erreichen. Ein markantes Anwendungsgebiet der Erfindung ist vorzugsweise die Polarisationsmikroskopie, zum Beispiel bei der Untersuchung anisotroper Festkörper oder gerichteter biologischer Substanzen.The invention relates to a polarization device for such optical Devices and arrangements for imaging and measurement the anisotropic optical properties or the structures of the examined Structures or substances with circularly polarized beams with a finally large opening angle in the visible spectral range are used to provide an azimuth-independent representation of the anisotropy effect caused by the examined sample to reach. A striking field of application of the invention is preferred polarization microscopy, for example during the examination anisotropic solid or directed biological Substances.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist eine Vielzahl von Einrichtungen zur Umwandlung von linear polarisiertem Licht in zirkular polarisiertes Licht bekannt. Die geläufigste Einrichtung ist der Fresnel-Rhombus, bei dem durch zweifache Totalreflexion die gewünschte Phasendifferenz von π/2 (entspricht einer Viertellambda-Retardation) zwischen den parallelen und senkrechten Komponenten einer schräg zur Einfallsebene linear polarisierten Lichtwelle erzeugt wird. Der Fresnel-Rhombus arbeitet mit vernachlässigbarer Rest-Elliptizität, allerdings entweder achromatisch für paraxiale Lichtstrahlen oder in einem relativ kleinen Winkelbereich eines einfallenden monochromatischen Lichtbündels. Auch die Modifikation des Fresnel-Rhombus, das Prisma nach Mooney (Journ. Opt. Soc. Am. 42 (1952) 3) erfüllt nicht die in der Praxis notwendigen Anforderungen, gleichzeitig achromatisch und weitgehend winkelunabhängig zu sein. Lediglich die Achromasie ist gegenüber dem Fresnel-Rhombus verbessert.A variety of devices are known for converting linearly polarized light into circularly polarized light. The most common device is the Fresnel rhombus, in which the desired phase difference of π / 2 (corresponds to a quarter-lambda retardation) between the parallel and perpendicular components of a light wave linearly polarized obliquely to the plane of incidence is generated by double total reflection. The Fresnel rhombus works with negligible residual ellipticity, but either achromatic for paraxial light beams or in a relatively small angular range of an incident monochromatic light beam. The modification of the Fresnel rhombus, the prism according to Mooney (Journ. Opt. Soc. Am. 42 (1952) 3) also does not meet the requirements necessary in practice to be achromatic and largely independent of the angle. Only the achromasia is improved compared to the Fresnel rhombus.

Filinski und Shettrup (Applied Optics 23 (1984) 16, S. 2747) berechnen optimierte Viertellambda-Retarder aus MgF₂-beschichteten Glasprismen, in denen vier rechtwinklige Totalreflexionen stattfinden. Bei Verwendung von FK 3 als Glastyp mit einer 54,4 nm dicken MgF₂-Kompensationsschicht wird im Spektralbereich von 400 nm bis 700 nm eine Phasendifferenz von 90,04° ± 0,61° erreicht, die jedoch stark winkelabhängig ist. Eine weitgehende Winkelunabhängigkeit auf Kosten starker Wellenlängenabhängigkeit weist der aus SF 59 bestehende Dreiviertellamda-Retarder auf, bei dem eine Fläche mit einer 19,6 nm dicken MgF₂-Schicht belegt ist.Filinski and Shettrup (Applied Optics 23 (1984) 16, p. 2747) calculate optimized quarter-lambda retarders made of MgF ₂ -coated glass prisms, in which four right-angled total reflections take place. When using FK 3 as a glass type with a 54.4 nm thick MgF ₂ compensation layer, a phase difference of 90.04 ° ± 0.61 ° is achieved in the spectral range from 400 nm to 700 nm, but this is strongly dependent on the angle. The three-quarter-lamda retarder made of SF 59 has extensive angular independence at the expense of strong wavelength dependency, in which a surface is covered with a 19.6 nm thick MgF ₂ layer.

Neben den genannten Nachteilen, daß analog zum Fresnel-Rhombus oder Mooney-Prisma entweder Achromasie oder weitgehende Winkelunabhängigkeit vorherrscht, haben die von Filinski und Shettrup angegebenen Retarder den weiteren Nachteil, daß einerseits die vier notwendigen Totalreflexionen einen großen Glasweg zur Folge haben, der zusätzliche Elliptizitätsfehler durch Spannungsdoppelbrechung induzieren kann, und andererseits die MgF₂-Kompensationsschichten mit der geforderten Genauigkeit technologisch schwer beherrschbar sind. Spiller (Applied Optics 23 (1984) 20, S. 3544) erzielt hinsichtlich der Achromasie um eine Größenordnung bessere Ergebnisse. Als Viertellambda- Retarder verwendet er ein einfaches rechtwinkliges Glasprisma, dessen Hypotenusenfläche mit einer dieleketrischen Mehrfachschicht belegt ist. Im Spektralbereich 0,88-λ/λ _o-1,12 bleibt die Abweichung von π/2 unter 0,02°. Auch bei dieser Einrichtung existieren Achromasie und weitgehende Winkelunabhängigkeit nicht gleichzeitig.In addition to the disadvantages mentioned that, like the Fresnel rhombus or Mooney prism, either achromasia or extensive angular independence predominate, the retarders specified by Filinski and Shettrup have the further disadvantage that on the one hand the four necessary total reflections result in a large glass path, the additional ellipticity error can induce by voltage birefringence, and on the other hand the MgF ₂ compensation layers are technologically difficult to control with the required accuracy. Spiller (Applied Optics 23 (1984) 20, p. 3544) achieves an order of magnitude better results in terms of achromasia. As a quarter-tambda retarder, he uses a simple right-angled glass prism, the hypotenuse surface of which is covered with a dielectric multilayer. In the spectral range 0.88 λ / λ _o -1.12, the deviation of π / 2 remains below 0.02 °. In this device, too, achromasia and extensive angle independence do not exist at the same time.

In der US-PS 45 14 047 wird ein von einem Dove-Prisma abgeleiteter Viertellambda-Retarder beschrieben, der drei Totalreflexionen aufweist und bei dem ein- und austretender Lichtstrahl auf der gleichen Achse verlaufen. Länge und Dicke des Retarders stehen in einem bestimmten Verhältnis zum Prismenwinkel und Totalreflexionswinkel. In US-PS 45 14 047 is derived from a Dove prism Quarter lambda retarder described, which has three total reflections and with the incoming and outgoing light beam on the same Axis run. Length and thickness of the retarder are in a certain Relationship to prism angle and total reflection angle.

Der Retarder wird als paraxial achromatisch über einen großen Spektralbereich bezeichnet; seine starke Winkelabhängigkeit herrscht aber auch bei monochromatischem Licht vor.The retarder is called paraxial achromatic over a wide spectral range designated; its strong angular dependence prevails but also in monochromatic light.

Die gleichen nachteiligen Eigenschaften, entweder nur für begrenzte Öffnungswinkel der sie durchsetzenden Lichtbündel oder für eingeschränkte Wellenlängenbereiche wirksam zu sein, weisen auch die aus verschiedenen doppelbrechenden Materialien zusammengesetzten sogenannten achromatischen Retarder auf, wie sie zum Beispiel in der DE-OS 17 72 901 als Kombination einer Quarz- mit einer MgF₂-Platte beschrieben sind.The so-called achromatic retarders, which are composed of different birefringent materials, have the same disadvantageous properties, either to be effective only for limited opening angles of the light bundles passing through them, or for restricted wavelength ranges, as described, for example, in DE-OS 17 72 901 as a combination of one Quartz with a MgF ₂ plate are described.

Als Folge der nicht beherrschten gleichzeitigen Winkel- und Wellenlängenunabhängigkeit resultiert bei der Anwendung dieser Retarder zum Aufbau einer Zirkularpolarisationseinrichtung, z. B. einem Zirkular- Polarisationsmikroskop, im weißen Licht eine Untergrundaufhellung, die einen Kontrastverlust bewirkt und damit die Identifizierung schwach anisotroper Gefügebestandteile verhindert, oder erfordert eine solche Drosselung der Beleuchtungs- und Abbildungsapertur, daß das Auflösungsvermögen der Einrichtung in unvertretbarer Weise herabgesetzt wird.As a result of the uncontrolled simultaneous angle and wavelength independence results when using these retarders to build a circular polarization device, e.g. B. a circular Polarizing microscope, in white light a background brightening, which causes a loss of contrast and thus the identification weakly anisotropic structural components prevented, or requires such a throttling of the illumination and imaging aperture, that the resolution of the facility in unacceptable Way is degraded.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Zirkularpolarisationseinrichtung, die ursprünglich linear polarisierte Strahlen in zirkular polarisierte Strahlen so umwandelt, daß der erzeugte Gangunterschied von einer Viertelwellenlänge, die Phasendifferenz π/2, gleichzeitig über einen großen Spektralbereich und einen größtmöglichen Öffnungswinkel der Strahlenbündel innerhalb einer vorgegebenen minimalsten Toleranz gewährleistet ist.The aim of the invention is to provide a circular polarization device which converts originally linearly polarized beams into circularly polarized beams in such a way that the generated path difference of a quarter wavelength, the phase difference π / 2, simultaneously over a large spectral range and the greatest possible opening angle of the beams within a predetermined range minimum tolerance is guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zirkularpolarisationseinrichtung zu schaffen, die ursprünglich linear polarisierte Strahlen in zirkular polarisierte Strahlen so umwandelt, daß der erzeugte Gangunterschied von einer Viertelwellenlänge, die Phasendifferenz π/2, gleichzeitig über einen großen Spektralbereich und einen größtmöglichen Öffnungswinkel der Strahlenbündel innerhalb einer vorgegebenen minimalsten Toleranz gewährleistet ist.The invention has for its object to provide a circular polarization device that converts originally linearly polarized beams into circularly polarized beams so that the path difference generated by a quarter wavelength, the phase difference π / 2, simultaneously over a large spectral range and the largest possible opening angle of the beams within a predetermined minimum tolerance is guaranteed.

Dabei sind die Ursachen der Nachteile der bekannten Lösungen, die in der Art und Weise der Dimensionierung der Prismen-Viertellambda-Retarder begründet sind, zu beseitigen. So sind die gebräuchlichen Prismen-Viertellambda-Retarder, wie zum Beispiel der Fresnel-Rhombus oder dessen Modifikation, das Mooney-Prisma gemäß der Fresnelschen Formel dimensioniert.The causes of the disadvantages of the known solutions, which are in the way the quarter prism retarders are dimensioned are justified to eliminate. So are the common ones Quarter-prism retarders, such as the Fresnel rhombus or its modification, the Mooney prism according to Fresnel's Dimensioned formula.

Diese Fresnelsche Formel definiert die bei Totalreflexion von linear polarisiertem Licht an einer Glas-Luft-Fläche auftretende Phasendifferenz δ nach der Gleichung wobei ϑ den Einfallswinkel auf die totalreflexierende Fläche des Prismas der Brechzahl n darstellt. Der Fresnel-Rhombus, beziehungsweise das Mooney-Prisma, sind hinsichtlich n und ϑ so dimensioniert, daß jede der beiden stattfindenden Totalreflexionen eine Phasendifferenz in der Art verursacht, daß die Phasendifferenz δ ₁ der ersten Totalreflexion gleich der Phasendifferenz δ ₂ der zweiten Totalreflexion ist und beide gleich π/4 sind, in der Summe also π/2 resultiert, und daß gleichzeitig die Phasendifferenzen δ ₁ und δ ₂ jeweils die maximalen Werte der Funktion δ=f(ϑ,n) annehmen.This Fresnel formula defines the phase difference δ that occurs with total reflection of linearly polarized light on a glass-air surface according to the equation where ϑ represents the angle of incidence on the totally reflecting surface of the prism of refractive index n . The Fresnel rhombus, or the Mooney prism, are dimensioned with respect to n and ϑ such that each of the two total reflections taking place causes a phase difference in such a way that the phase difference δ _{1 of} the first total reflection is equal to the phase difference δ _{2 of} the second total reflection and both are equal to π / 4, resulting in a total of π / 2, and that at the same time the phase differences δ ₁ and δ ₂ each assume the maximum values of the function δ = f ( ϑ , n ).

Die Aufgabe wird durch eine Zirkularpolarisiationseinrichtung, bestehend aus einer Strahlungsquelle, umlenkenden und brechenden optischen Systemen zur Abbildung dieser Strahlungsquelle, einem Polarisator zum Erzeugen linear polarisierten Lichtes, mindestens einem Viertellambda-Retarder, vorzugsweise jedoch zwei Viertellambda-Retarder, wobei ein erster Viertellambda-Retarder zwischen dem Polarisator und dem Objekt und ein zweiter Viertellambda-Retarder zwischen dem Objekt und dem Anaylsator angeordnet sind, und umlenkenden und brechenden optischen Systemen, welche die vom Objekt beeinflußten Strahlen eines Strahlenbündels einem optischen oder elektronischen oder optoelektronischen Empfänger zuführen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder der Viertellambda-Retarder mindestens aus einem, vorzugsweise jedoch aus zwei Prismen besteht, daß jeder der Viertellambda-Retarder mit zwei Totalreflexionsflächen versehen ist, die so angeordnet sind, daß mit steigendem Einfallwinkel eines Strahlenbündels an einer ersten Totalreflexionsfläche ein Einfallwinkel desselben Strahlenbündels an eine zweiten Totalreflexionsfläche abnimmt und umgekehrt, und daß die Einfallwinkel der Strahlen des Strahlenbündels an der ersten Totalreflexionsfläche und an der zweiten Totalreflexionsfläche größer sind als ein Winkel, der für die Erzeugung der Maxima einer Phasendifferenz zwischen einer reflektierten parallelen und einer reflektierten senkrechten Komponente einer schräg zur Einfallsebene linear polarisierten Lichtwelle notwendig ist, und daß jeder der Viertellambda-Retarder ein einfallendes Strahlenbündel um einen Winkel zwischen 90° und 180° aus seiner ursprünglichen Richtung umlenkt.The task is accomplished by a circular polarization facility from a radiation source, deflecting and refractive optical Systems for imaging this radiation source, a polarizer for generating linearly polarized light, at least one Quarter tambda retarders, but preferably two quarter tambda retarders, with a first quarter lambda retarder between the polarizer and the object and a second quarter lambda retarder between the object and the analyzer are arranged, and deflecting and refractive optical systems that affected those of the object Rays a beam of optical or electronic radiation or optoelectronic receiver, according to the invention solved by making each of the quarter-lambda retarders at least one, but preferably consists of two prisms that each of the Quarter-lambda retarder is provided with two total reflection surfaces, which are arranged so that with increasing angle of incidence a An angle of incidence on a first total reflection surface the same beam to a second total reflection surface decreases and vice versa, and that the angle of incidence of the rays of the beam on the first total reflection surface and on the second total reflection area are larger than an angle for the generation of the maxima of a phase difference between a reflected one parallel and a reflected vertical component a light wave linearly polarized obliquely to the plane of incidence is necessary, and that each of the quarter lambda retarders incident beam at an angle between 90 ° and 180 ° redirected from its original direction.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Zirkularpolarisationseinrichtung wird erstmalig die Voraussetzung dafür geschaffen, daß ursprünglich linear polarisierte Strahlen eines divergierenden oder konvergierenden Strahlenbündels an geeigneter Stelle in zirkular polarisierte Strahlen umgewandelt werden, bei denen der erzeugte Gangunterschied von einer Viertelwellenlänge, Phasendifferenz π/2, gleichzeitig über einen großen Spektralbereich und einen größtmöglichen Öffnungswinkel des Strahlenbündels innerhalb einer vorgegebenen minimalen Toleranz gewährleistet ist. Damit werden in einer Zirkularpolarisationseinrichtung, zum Beispiel einem Polarisationsmikroskop, bei Anwendung endlich geöffneter Strahlenbündel in einem breiten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes erstmals die Vorteile des zirkular polarisierten Lichtes, wie
- keine Azimutabhängigkeit der Polarisations-Effekte,
- kein Löschungsfehler,
- Wegfall des Brewster-Kreuzes bei sphärischen Objekten und
- Übersicht über Gangunterschiedsprofil in heterogenen Objekten voll genutzt. Die Kontrast- und Auflösungsverhältnisse werden wesentlich verbessert. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung werden Extinktionskoeffizienten E im Bereich von 10^-4 bis 10^-5 mit den bekannten Lösungen jedoch nur im Bereich von 10^-1 bis 10^-2 erreicht. The design of the circular polarization device according to the invention for the first time creates the prerequisite for converting originally linearly polarized beams of a diverging or converging beam at a suitable point into circularly polarized beams in which the path difference generated by a quarter wavelength, phase difference π / 2, simultaneously over one large spectral range and the largest possible opening angle of the beam within a predetermined minimum tolerance is guaranteed. In a circular polarization device, for example a polarization microscope, when using finally opened beams in a wide spectral range of visible light, the advantages of circularly polarized light, such as
- no azimuth dependence of the polarization effects,
- no deletion error,
- Elimination of the Brewster cross on spherical objects and
- Overview of path difference profile fully used in heterogeneous objects. The contrast and resolution ratios are significantly improved. With the device according to the invention, extinction coefficients E in the range from 10 ^-4 to 10 ^{-5 are achieved} with the known solutions, however, only in the range from 10 ^-1 to 10 ^-2 .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Zirkularpolarisationseinrichtung bestehen erfindungsgemäß darin, daß das, beziehungsweise die Prismen eines jeden Viertellambda-Retarders aus gleichem Material oder aus unterschiedlichem Material bestehen und vorzugsweise aus durchsichtigem Material mit einer Brechzahl n _e 1,7 und einer spannungsoptischen Konstanten 0,5 hergestellt sind. Oder darin, daß die Viertellambda-Retarder im telezentrischen Strahlengang angeordnet sind oder, daß die Strahlenführung des Strahlenbündels von einem Objekt aus zu einem Empfänger ohne einen Analysator und ohne einen dem Analysator zugeordneten Viertellambda-Retarder erfolgt.According to the invention, further advantageous embodiments of the circular polarization device consist in that the or the prisms of each quarter-lambda retarder consist of the same material or of different material and are preferably made of transparent material with a refractive index n _e 1.7 and a voltage-optical constant 0.5 . Or in that the quarter-tambda retarders are arranged in the telecentric beam path or in that the beam guidance of the radiation beam takes place from an object to a receiver without an analyzer and without a quarter-tambda retarder assigned to the analyzer.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform besteht darin, daß die Zirkularpolarisationseinrichtung wahlweise in eine Linearpolarisationseinrichtung gewandelt wird, in dem der in Durchstrahlungsrichtung vor dem ersten Viertellambda-Retarder angeordnete Polarisator und der hinter dem zweiten Viertellambda-Retarder angeordnete Analysator so umgeschalten werden, daß der Polarisator hinter dem ersten Viertellambda- Retarder und der Analysator vor dem zweiten Viertellambda-Retarder positioniert werden, wobei die Umschaltung von Polarisator und Analysator einzeln oder gekoppelt erfolgt.Another advantageous embodiment is that the Circular polarization device optionally in a linear polarization device is converted in that in the direction of radiation polarizer arranged in front of the first quarter-lambda retarder and the analyzer located behind the second quarter-lambda retarder be switched so that the polarizer behind the first quarter-lambda Retarder and the analyzer before the second quarter-lambda retarder be positioned, switching from polarizer and analyzer individually or coupled.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is based on exemplary embodiments shown in the drawings explained in more detail.

Es zeigen,Show it,

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß gestalteten Viertellambda-Retarders mit dem Verlauf von einfallenden Strahlen, Fig. 1 is a schematic representation of an inventively designed quarter lambda retarder with the course of the incident beams,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung der einzelnen Elemente einer Zirkularpolarisationseinrichtung, Fig. 2 is a schematic representation of the arrangement of the individual elements of a circular polarization means,

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen einer Zirkularpolarisationseinrichtung mit elektronischem oder optoelektronischem Empfänger und FIGS. 3 and 4 are schematic representations of a circular polarizer with electronic or optoelectronic receiver and

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Zirkularpolarisationseinrichtung, die wahlweise in eine Linearpolarisationseinrichtung gewandelt werden kann. Fig. 5 is a schematic representation of a circular polarization device, which can optionally be converted into a linear polarization device.

Die Fig. 1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Gestaltung eines Viertellambda-Retarders R. Er besteht aus den beiden Prismen P 1 und P 2. Fig. 1 shows schematically the inventive configuration of a quarter-lambda retarder R. It consists of the two prisms P 1 and P 2 .

Zur Verdeutlichung des Verlaufes eines Strahlenbündels durch den Viertellambda-Retarder R sind die aperturbegrenzenden Strahlen A und A′ und der Schwerstrahl S des Strahlenbündels dargestellt. Die in den Viertellambda-Retarder R einfallenden Strahlen A, A′ und S werden an einer ersten Totalreflexionsfläche T 1 des Prismas P 1 so reflektiert, daß sie anschließend auf eine zweite Totalreflexionsfläche T 2 des Prismas P 2 treffen und werden wiederum von dieser so reflektiert, daß sie aus dem Viertellambda-Retarder R austreten.To clarify the course of a beam through the quarter-wave retarder R , the aperture-limiting beams A and A ' and the heavy beam S of the beam are shown. The rays A , A ' and S incident in the quarter-wave retarder R are reflected on a first total reflection surface T 1 of the prism P 1 so that they subsequently meet a second total reflection surface T 2 of the prism P 2 and are in turn reflected by this that they exit the quarter-wave retarder R.

Die Gestaltung des Viertellambda-Retarders R, seiner beiden Prismen P 1 und P 2, der Lage der beiden Totalreflexionsflächen T 1 und T 2 erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.The quarter-wave retarder R , its two prisms P 1 and P 2 , and the position of the two total reflection surfaces T 1 and T 2 are designed in accordance with the characterizing part of claim 1.

In Fig. 2 ist schematisch die Anordnung der einzelnen Elemente einer Zirkularpolarisationseinrichtung dargestellt, wobei die Zirkularpolarisationseinrichtung zum Beispiel ein Polarisationsmikroskop ist. Das von einer Strahlungsquelle 1 ausgehende Strahlenbündel wird über ein Linsensystem 2, einer Blende 3, einem Linsensystem 4 und einem Umlenkelement 5 einem Polarisator zugeführt. Das durch den Polarisator 6 linear polarisierte Strahlenbündel durchläuft einen erfindungsgemäß gestalteten Viertellambda-Retarder 7, wird durch diesen in beabsichtigter Weise zirkular polarisiert, gemäß der Zielstellung, und wird über eine weitere Blende 8 und ein optisches System 9 dem zu untersuchenden Objekt 10 zugeführt. Das vom Objekt beeinflußte Strahlenbündel wird weiter über ein abbildendes System 11, einen erfindungsgemäß gestalteten Viertellambda-Retarder 12, einen Analysator 13, ein abbildendes System 14 und ein Umlenkelement 15 dem abbildenden System 16 zur visuellen oder fotografischen Wiedergabe des Objektes zugeführt. Die vom Objekt 10 hervorgerufenen Veränderungen des zirkular polarisierten Strahlenbündels werden durch den im abbildungsseitigen Teil des Strahlenganges der Zirkularpolarisationseinrichtung zwischengeschalteten Viertellambda-Retarder 12 und den Analysator 13 analysiert.In FIG. 2, the arrangement of the individual elements is shown schematically a circular polarization means, wherein the circular polarizing means is, for example, a polarizing microscope. The beam of rays emanating from a radiation source 1 is fed to a polarizer via a lens system 2 , an aperture 3 , a lens system 4 and a deflection element 5 . The beam of rays linearly polarized by the polarizer 6 passes through a quarter-lambda retarder 7 designed according to the invention, is circularly polarized by this in an intended manner, in accordance with the objective, and is fed to the object 10 to be examined via a further aperture 8 and an optical system 9 . The beam of rays influenced by the object is further fed via an imaging system 11 , a quarter-lambda retarder 12 designed according to the invention, an analyzer 13 , an imaging system 14 and a deflection element 15 to the imaging system 16 for visual or photographic reproduction of the object. The changes in the circularly polarized beam caused by the object 10 are analyzed by the quarter-lambda retarder 12 and the analyzer 13 which are interposed in the part of the beam path of the circular polarization device on the imaging side.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Zirkularpolarisationseinrichtung sind in den Fig. 3 und 5 dargestellt. In Fig. 3 und 4 ist die Zirkularpolarisationseinrichtung analog der Fig. 2 aufgebaut, jedoch ist zur Auswertung des in dem Objekt 21 erzeugten Zirkulardichroismus anstelle der analysierenden Einheit, Viertellambda-Retarder 12 und Analysator 13, eine elektronische oder optoelektronische Einheit, bestehend aus einem Empfänger 18, einem Verstärker 19 und einer Auswerteeinheit 20, angeordnet. Die dem Objekt 10 nachgeordneten Elemente, siehe Fig. 2, können ganz oder teilweise entfallen. Die Zirkularpolarisationseinrichtungen gemäß den Fig. 3 und 4 sind vorzugsweise in Photometern einsetzbar.Further advantageous embodiments of the circular polarization device according to the invention are shown in FIGS. 3 and 5. In FIGS. 3 and 4 is the circular polarization means analogous to the Fig. 2 constructed, however, is to evaluate the circular dichroism generated in the object 21 in place of the analyzing unit, quarter-lambda retarder 12 and analyzer 13, an electronic or opto-electronic unit consisting of a receiver 18 , an amplifier 19 and an evaluation unit 20 . The elements downstream of the object 10 , see FIG. 2, can be omitted entirely or partially. The circular polarization devices according to FIGS. 3 and 4 can preferably be used in photometers.

Eine Zirkularpolarisationseinrichtung, die wahlweise in eine Linearpolarisationseinrichtung umgewandelt werden kann, ist in Fig. 5 dargestellt. Der Grundaufbau entspricht der Zirkularpolarisationseinrichtung gemäß Fig. 2. Die Umwandlung in eine Linearpolarisationseinrichtung erfolgt dadurch, daß der Polarisator 6 von einer Position B in eine Position B′ umgeschalten, also aus einer Lage -Vor- in eine Lage -Hinter- dem Viertellambda-Retarder 7 gebracht wird, und daß eine analoge Umschaltung des Analysators 13, von einer Position D in eine Position D′ erfolgt. Die Umschaltung des Polarisators 6 und des Analysators 13 kann zum Beispiel einzeln, aber auch gekoppelt erfolgen.A circular polarization device, which can optionally be converted into a linear polarization device, is shown in FIG. 5. The basic structure corresponds to the circular polarization device according to FIG. 2. The conversion into a linear polarization device takes place in that the polarizer 6 is switched from a position B to a position B ' , that is to say from a position -for- to a position -back- the quarter-wave retarder 7 is brought, and that an analog switching of the analyzer 13 , from a position D to a position D ' takes place. The polarizer 6 and the analyzer 13 can be switched over individually, for example, but also coupled.

Claims

1. Zirkularpolarisationseinrichtung, bestehend aus einer Strahlungsquelle, umlenkenden und brechenden optischen Systemen zur Abbildung dieser Strahlungsquelle, einem Polarisator zum Erzeugen linear polarisierten Lichtes, einem Analysator zur Analyse linear polarisierten Lichtes, mindestens einem Viertellambda-Retarder, vorzugsweise jedoch zwei Viertellambda-Retarder, wobei ein erster Viertellambda-Retarder zwischen dem Polarisator und dem Objekt und ein zweiter Viertellambda-Retarder zwischen dem Objekt und dem Analysator angeordnet sind, und umlenkenden und brechenden optischen Systemen, welche die vom Objekt beeinflußten Strahlen eines Strahlungsbündels einem optischen oder elektronischen oder optoelektronischen Empfänger zuführen, gekennzeichnet dadurch, daß jeder der Viertellambda-Retarder (7, 12) mindestens aus einem, vorzugsweise jedoch zwei Prismen (P 1, P 2) besteht, daß jeder der Viertellambda-Retarder (7, 12) mit zwei Totalreflexionsflächen (T 1, T 2) versehen ist, die so angeordnet sind, daß mit steigendem Einfallwinkel (ϑ 1) eines Strahlenbündels an einer ersten Totalreflexionsfläche (T 1) ein Einfallwinkel (j 2) desselben Strahlenbündels an einer zweiten Totalreflexionsfläche (T 2) abnimmt und umgekehrt, daß bei abnehmendem Einfallwinkel (ϑ 1) der Einfallwinkel (ϑ 2) steigt, und daß die Einfallwinkel (ϑ 1, ϑ 2) der Strahlen des Strahlenbündels an der ersten Totalreflexionsfläche (T 1) und an der zweiten Totalreflexionsfläche (T 2) größer sind als ein Winkel, der für die Erzeugung der Maxima einer Phasendifferenz zwischen einer reflektierten parallelen und einer reflektierten senkrechten Komponente einer schräg zur Einfallsebene linear polarisierten Lichtwelle notwendig ist, und daß jeder der Viertellambda-Retarder (7, 12) ein einfallendes Strahlenbündel um einen Winkel zwischen 90° und 180° aus seiner ursprünglichen Richtung umlenkt.1. Circular polarization device, consisting of a radiation source, deflecting and refractive optical systems for imaging this radiation source, a polarizer for generating linearly polarized light, an analyzer for analyzing linearly polarized light, at least one quarter-lambda retarder, but preferably two quarter-lambda retarders, one being the first quarter-lambda retarder disposed between the polarizer and the object, and a second quarter-lambda retarder between the object and the analyzer, and deflecting and refractive optical systems which perform the influenced by the object beams of a radiation beam an optical or electronic or opto-electronic receiver, characterized in that each of the quarter-lambda retarders ( 7, 12 ) consists of at least one, but preferably two prisms ( P 1 , P 2 ), that each of the quarter-lambda retarders ( 7, 12 ) has two total reflection surfaces ( T 1 , T 2 ) is provided, which are arranged so that with increasing angle of incidence ( ϑ 1 ) of a beam on a first total reflection surface ( T 1 ), an angle of incidence ( j 2 ) of the same beam on a second total reflection surface ( T 2 ) decreases and vice versa, that with decreasing angle of incidence ( ϑ 1 ) the angle of incidence ( ϑ 2 ) increases, and that the angles of incidence ( ϑ 1 , ϑ 2 ) of the rays of the beam at the first total reflection surface ( T 1 ) and at the second total reflection surface ( T 2 ) are larger than an angle for the Generation of the maxima of a phase difference between a reflected parallel and a reflected vertical component of a light wave linearly polarized obliquely to the plane of incidence is necessary, and that each of the quarter-lambda retarders ( 7, 12 ) has an incident beam at an angle of between 90 ° and 180 ° from it redirects original direction.

2. Zirkularpolarisationseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Prismen (P 1, P 2) eines jeden Viertellambda-Retarders (7, 12) aus unterschiedlichen Materialien bestehen. 2. Circular polarization device according to claim 1, characterized in that the two prisms ( P 1 , P 2 ) of each quarter-wave retarder ( 7, 12 ) consist of different materials.

3. Zirkularpolarisationseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Prismen (P 1, P 2) eines jeden Viertellambda- Retarders (7, 12) aus gleichem Material bestehen.3. Circular polarization device according to claim 1, characterized in that the two prisms ( P 1 , P 2 ) of each quarter-wave retarder ( 7, 12 ) consist of the same material.

4. Zirkularpolarisationseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Prisma oder die beiden Prismen (P 1, P 2) eines jeden Viertellambda-Retarders (7, 12) vorzugsweise aus durchsichtigem Material mit einer Brechzahl n _e 1,7 und einer spannungsoptischen Konstanten 0,5 hergestellt sind.4. Circular polarization device according to claim 1 to 3, characterized in that the prism or the two prisms ( P 1 , P 2 ) of each quarter-wave retarder ( 7, 12 ) preferably made of transparent material with a refractive index n _e 1.7 and one voltage-constant 0.5 are produced.

5. Zirkularpolarisationseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß jeder Viertellambda-Retarder (7, 12) im telezentrischen Strahlengang liegt.5. Circular polarization device according to claim 1 to 4, characterized in that each quarter-lambda retarder ( 7, 12 ) lies in the telecentric beam path.

6. Zirkularpolarisationseinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Strahlenführung von einem Objekt (10 oder 21) zu einem Empfänger (18) ohne einen Analysator (13) und ohne einen dem Analysator zugeordneten Viertellambda-Retarder (12) erfolgt.6. Circular polarization device according to claim 1 to 5, characterized in that the beam guidance from an object ( 10 or 21 ) to a receiver ( 18 ) without an analyzer ( 13 ) and without an associated with the analyzer quarter lambda retarder ( 12 ).

7. Zirkularpolarisationseinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Zirkularpolarisationseinrichtung wahlweise in eine Linearpolarisationseinrichtung gewandelt wird, in dem der in Durchstrahlrichtung vor dem ersten Viertellambda- Retarder (7) angeordnete Polarisator (6) und der hinter dem zweiten Viertellambda-Retarder (12) angeordnete Analysator (13) so umgeschalten werden, daß der Polarisator (6) hinter dem ersten Viertellambda-Retarder (7) und der Analysator (13) vor dem zweiten Viertellambda-Retarder (12) positioniert werden.7. Circular polarization device according to claim 1 to 6, characterized in that the circular polarization device is optionally converted into a linear polarization device in which the polarizer ( 6 ) arranged in the transmission direction in front of the first quarter-lambda retarder ( 7 ) and the one behind the second quarter-lambda retarder ( 12 ) arranged analyzer ( 13 ) are switched so that the polarizer ( 6 ) is positioned behind the first quarter-lambda retarder ( 7 ) and the analyzer ( 13 ) in front of the second quarter-lambda retarder ( 12 ).

8. Zirkularpolarisationseinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltung von Analysator und Polarisator gekoppelt erfolgt.8. circular polarization device according to claim 7, characterized in that the circuit of analyzer and polarizer is coupled he follows.

9. Zirkularpolarisationseinrichtung nach Anspruch 7 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Polarisator und der Analysator einzeln aus dem Strahlengang ausgeschaltet werden.9. circular polarization device according to claim 7 and 8, characterized in that the polarizer and the analyzer individually be switched off from the beam path.