Autor Thema: Jena Amplival Interphako Teil 2 : Was man sieht --> Korrektur  (Gelesen 693 mal)

Carsten Wieczorrek

  • Member
  • Beiträge: 1138
Jena Amplival Interphako Teil 2 : Was man sieht --> Korrektur
« am: Dezember 22, 2019, 14:16:59 Nachmittag »
Jena Amplival Interphako Teil 2 : Was man sieht

Hallo,

ich füge meinem Interphako-Beitrag nun den zweiten Teil zu. Der erste Beitrag kann unter folgendem Link erreicht werden:
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=35829.0

Ich behalte hier die Bennennung/Nummerierung der Bedienelemnte analog der Jena Bedienungsanleitung und meinem ersten Beitrag bei.
Dieser Beitrag wird sich damit beschäftigen, was man sieht, wenn man hineinschaut, wie das Gerät kalibriert wird und ich werde eine erste einfache Messung demonstrieren.

Alle Arbeiten am Interphako drehen sich irgendwie um Interferenzstreifen. Diese Streifen lassen sich prinzipiell sehr einfach einstellen: Licht an und an den Kompensationskeilen 21 und 31 drehen, bis irgendwelche Streifen im Bild erscheinen. Irgendwelche erscheinen immer ;-). Die Bilder 1 bis 4 sind im Auflicht bei Beleuchtung mit weissem Licht und eingesetztem Drehkeil 20 aufgenommen. Ob ein Objekt vorhanden ist und ob und welche Zubehörteile wie Spalte oder Gitter vorhanden sind, spielt hier erst mal keine Rolle, genausowenig, ob man mit diesen Streifen etwas messen kann. Irgendwelche Objekte und Spalten sind hier ausschließlich zur Kontraststeigerung verwendet worden.

Bild 1 zeigt ein Testobjekt mit Interferenzstreifen. Der Streifen "Nullter Ordnung" befindet sich etwa in der Mitte des Kreuzungspuktes und ist natürlich weiss. Schräg nach oben und unten befinden sich die ersten Auslöschungsstreifen. Auch wenn sie fast schwarz sind, sie zeigen schon einen Farbsaum. Bei den folgenden Streifen wird die Auftrennung in die einzelnen Spektralfarben immer deutlicher. Man beachte, dass die Farbverläufe oberhalb und unterhalb der Nullten Ordnung gespiegelt sind.

Bild 1: Testobjekt mit Interferenzstreifen


Durch vorsichtiges gleichzeitiges drehen an den Drehknöpfen der Kompensationskeilen 21 und 31 kann der Abstand der Interferenzstreifen vergrößert werden, dadurch vergrößert sich auch die Farbaufspaltung der Interferenzstreifen. Sollten die Streifen horizontal oder waagerecht eingestellt sein (oder zufällig so liegen), reicht das drehen an nur einem Regler. Die Bilder 2 und 3 zeigen das gleiche Objekt wie Bild 1 mit vergrößertem Interferenzstreifenabstand.


Bild 2: Interferenzstreifen mit größerem Abstand



Bild 3: Interferenzstreifen mit noch größerem Abstand



Dabei lassen sich die Interferenzstreifen so weit auseinander ziehen, dass man bei Beleuchtung mit weissem Licht das gesammte mikroskopische Bild mit nur einer Spektralfarbe beleuchten kann. Bild 4 zeigt das gleiche Testobjekt mit extrem auseinander gezogenen Interferenzstreifen. Zeiss Jena nennt diesen Zustand "streifenfreies Feld" oder "homogenes Feld". Durch drehen an der Messtrommel 19 kann dabei jede Spektralfarbe als Bildhintergrund eingestellt werden. Bild 4 zeigt eine Beleuchtung mit dem orangen Lichtanteil eines Interferenzstreifens.


Bild 4: nur eine Spektralfarbe


Diese Einstellung ist gleichzeitig die Grundeinstellung des Interphako-Kontrastes. Das erklärt auch, warum der Interphako-Kontrast als wahrer Lichtkiller verschrien ist: Man teilt das zur Beleuchtung vorhandene Lich erst mal in ca. 30 Interferenzstreifen auf. Davon nimmt man nur einen. Und diesen spaltet man dann soweit auf, dass nur eine Spektralfarbe des einen Streifens verwendet wird. Weniger Licht geht wirklich nicht.

So, nun kalibrieren wir mal das Gerät. Nach dem Einstellen irgendwelcher Streifen ist die Messtrommel 19 das eigentliche Messinstrument des Mikroskopes und auch der einzige Drehknopf, an dem man Messwerte ablesen kann (mit Ausnahme des Schärfereglers der Bertrandlinse 16, wobei ich nicht weiss, wofür diese ablesbaren Zahlen sind).

Ein Vorwort: Zeiss Jena gibt in seinen Anleitungen als "Grund-Daumenregel" für Geräte ohne Kalibrierangaben einen Richtwert von "ungefähr" 5 nm Phasenverschiebung pro Skalenteil der Messtrommel an. Die exakten Werte hängen ausschließlich vom Keilwinkel des verwendeten Mess-Kompensationskeils 15 ab. Da diese individuell für jedes Mikroskop geschliffen und poliert wurden, hat jedes Jena Interphako eine individuelle Kalibrierung. Hat man damals so ein Gerät gekauft, lag dem ein entsprechender Kalbrierschein bei. Ich besitze leider keinen. Wenn jemand so etwas besitzt, würde ich mich über eine PDF freuen.

Für die Geräte-Kalibrierung wird das Grundprinzip eingesetzt, dass die Verschiebung eines Interferenzstreifens xter Ordnung auf die Position des Interferenzstreifens (x+n)ter Ordnung eine Phasenverschiebung von exakt n Lambda (n mal der Wellenlänge) benötigt. Da das Lambda bei Verwendung monochromatischen Lichts bekannt ist, kann die Messung der Streifenverschiebung als Kalibrierung genutzt werden.

Für die nächsten Bilder arbeite ich mit monochromatischem Licht 550 nm und einem Grün-Farbfilter im Auflicht (leider fehlt mir für den Auflichttubus ein 550 nm Interferenzfilter). Es wird eine Gitterblende verwendet, deren Einstellung ich hier weiter unten Zeige. Wir sehen das gleiche Testobjekt wie in den Bildern 1-4. Ich habe zwei Interferenzstreifen mit 1 und 2 markiert. Ein Pfeil zeigt auf ein Dreck-Korn, den ich hier in Ermangelung eines Fadenkreuz-Messprojektives 2.5x (ich besizte nur 4x, das ist für die Demonstration hier aber zu gross) als Marker verwenden möchte. Die Position/Anordnung der Streifen ist zufällig.


Bild 5: monochromatische Interferenzstreifen


In Bild 6 habe ich den Interferenzstreifen 1 mit Hilfe der Messtrommel 19 so weit nach oben verschoben, dass sein oberer Rand die Dreck-Markierung mittig trifft. Das ist der Punkt, an dem der erste Messwert abgelesen wird (durch die Lupe f am Nonius der Messtrommel 19 abgelesen, siehe Bild 7:


Bild 6: Interferenzstreifen 1 auf Markierung



Bild 7: 1. Ablesen der Messtrommel


Ich lese hier einen Messwert von 23,5 Skalenteilen ab. Jetzt schieben wir mit der Messtrommel 19 den Interferenzstreifen 1 nach unten. So weit, dass Interferenzstreifen 2 die Markierung trifft, siehe Bilder 8 und 9:


Bild 8: Schieben des Interferenzstreifen 1 nach unten



Bild 9: Schieben des Interferenzstreifen 2 auf die Markierung


In Bild 10 lesen wir dann den zweiten Messwert der Messtrommel ab:


Bild 10: 2. Ablesen der Messtrommel


Ich lese hier 31,5 Skalenteile ab. Wichtig zu berücksichtigen ist - was man hier nicht sehen kann - dass ich die Messtrommel etwas mehr als einmal komplett herumm gedreht habe. Das bedeutet, dass man zu den 31,5 Skalenteilen noch die 100 Skalenteile der Trommel-Umdrehung addieren muss. Ganz wichtig für eine Messung ist auch die Drehrichtung der Messtrommel 19: für die Kalibrierung ist das egal, da zählt nur eine Differenz. Bei echten Messungen muss man wissen: messe ich einen Berg (eine Erhöhung) oder ein Tal (eine Vertiefung). Die Differenz ist gleich, aber ob es hoch oder runter geht, bestimmt die Drehrichtung der Messtrommel! Oder korrekter: der tatsächliche Sachverhalt hoch oder runter MUSS meine Drehrichtung bestimmen!

Also berechne ich hier:

550 nm Licht / (131,5 Skt - 23,5 Skt) = 5,09 nm / Skalenteil


Das Sheering-Verfahren

Nun versuchen wir mal, das Testobjekt zu vermessen. Ich folge dabei der Zeiss-Jena Bedienungsanleitung. Das Messverfahren ist als Sheering-Verfahren bekannt. Sheering steht dabei für Aufspaltung. Die Messung verläuft im Prinzip so: Es wird ein homogenes Feld eingestellt. Mit der Messtrommel 19 wird der Bildhintergrund in unmittellbarer Nähe des zu vermessenden Objektes auf den hellsten Wert eingestellt und Messwert 1 abgelesen. Dann Stellt man das Objekt, das aufgrund seiner Phasenverschiebung eine andere Helligkeit haben muss, auf die Helligkeit des Hintergrundes ein (wobei sich der Wert des Hintergrundes natürlich verändert) und liest Messwert 2 ab. Wesentlich deutlicher wird dieser Effekt - und dabei auch noch mit Verdoppelung der Messgenauigkeit -, wenn man mit Hilfe des Drehkeils 20 ein Doppelbild (Bildaufspaltung, Sheering) einstellt. In dem Doppelbild wirkt sich jede Phasenverschiebung positiv in einer Bildhälfte und negativ in der anderen Bildhälfte aus. Man stellt also eine "Doppelbildhälfte" auf maximale Helligkeit ein. Dabei wird die zweite Bildhälfte automatisch auf maximale Dunkelheit eingestellt. Man liest Messwert 1 ab. Dann verstellt man die Messtrommel so lange, bis der Effekt kippt, also Bild 1 dunkel und Bild 2 hell wird und liest Messwert 2 ab. Da dabei die Doppelte Phasenverschiebung gemessen wird, muss man das Ergebnis noch durch 2 Teilen.

Wenn man mit der Messung startet, befindet sich das Mikroskop in einem "nicht definierten Zustand", also die Drehregler stehen so, wie der letzte Anwender sie verlassen hat. Daher kann man nicht vorhersehen, wie das mikroskopische Bild aussieht. Als ich das zum ersten mal gemacht habe, dachte ich, das Gerät ist defekt. Ein Schaden am Bino, alles Doppelbilder. Nein, alles OK, ein Interphako ist erst dann defekt, wenn sich gar keine Doppelbider mehr einstellen lassen ;-)

Also Testobjekt auflegen, monochromatisches Licht 550 nm mit Grünfilter einstellen, Doppelkeil 20 einsetzen, Auflicht-Gitterblende einsetzen. In aller Regel sieht man ein Doppelbild, wie in Bild 11:


Bild 11: Testobjekt-Doppelbild


Die erste Aufgabe besteht nun darin, durch justieren des Drehkeils 20 das Doppelbild zu entfernen. Bild 12 zeigt den Weg dorthin. Man erkennt, das mit kleiner werdender Bildaufspaltung Interferenzstreifen entstehen, deren Kontrast mit weiter schrumpfender Bildaufspaltung weiter zunimmt:

Bild 12: eliminieren der Bildaufspaltung


In der Regel läßt sich die Bildaufspaltung nicht vollständig entfernen, da auch die Kompensationskeile 21 und 31 nicht korrekt stehen. Das ist die nächste Aufgabe, dazu schalten wir die Betrandlinse 16 ein und schauen in die Pupille, siehe Bild 13:


Bild 13: erster Blick durch die Bertrand-Linse


Die Blendenebene wird nicht scharf abgebildet. Diese wird mit dem Drehknopf 15 scharf gestellt, siehe Bild 14:


Bild 14: scharf eingestellte Blendenebene


Man erkennt, dass auch die Gitterspalten aufgespalten sind, siehe Markierungen a und b. Die Bilder 15 und 16 zeigen, wie mit Hilfe der Kompensationskeile 21 und 31 das Doppelbild der Blenden entfernt wird.


Bild 15: Veringerung der Bildaufspaltung



Bild 16: Bildaufspaltung aufgehoben


Auch im Bild der Blenden treten mit geringer werdender Aufspaltung Interferenzstreifen auf, in Bild 16 kann man sie erahnen (schräg von links unten nach rechts oben). Die sind aber deutlich schlechter zu sehen. Im nächsten Bild 17 habe ich daher die Kamera-Empfindlichkeit extrem erhöht. Die Interferenzstreifen habe ich mit einem roten Rechteck markiert. Zu erkennen ist, dass die Orientierung von Gitterblende und Interferenzstreifen unterschiedlich ist. Das Gitter muss daher noch gedreht werden, so dass seine Spalten mit den Interferenzstreifen parallel liegen, siehe Bild 18:


Bild 17: Interferenzstreifen in der Pupille



Bild 18: Interferenzstreifen und Gitter sind parallel


Die Betrandlinse wird nun ausgeschaltet, man sieht etwa Bild 19 mit kontrastreichen Interferenzstreifen:


Bild 19: korrekt eingestelltes Testobjekt


Durch vorsichtiges drehen der Kompensationskeile 21 und 31, ohne die Orientierung der Interferenzstreifen zu ändern, werden die Streifen nun so weit auseinander gezogen, dass ein homogenes Feld entsteht. Durch Verstellen des Drehkeils 20 wird ein Doppelbild erstellt. Dabei soll die Bildaufspaltung so klein wie möglich sein. Durch drehen der Messtrommel 19 wird das obere Teilbild auf maximale Dunkelheit eingestellt. Als Messwert erhalte ich hier 28,5 Skt. Nun wird durch weiteres Verstellen der Messtrommel 19 das untere Teilbild auf maximale Dunkelheit eingestellt. Siehe die Bilder 20 und 21:


Bild 20: oberes Teilbild dunkel



Bild 21: unteres Teilbild dunkel


Als Messwert erhalte ich 67,5 Skt. Damit errechnet sich der Höhenunterschied der Kante im Bild zu Gerätefaktor x (Werte 2 - Wert 1) / 2 zu 5,09 x (67,5 - 28,5)/ 2 = 99,2 nm.
Korrektur : Die Formel muss natürlich in Reflexion mit Bildaufspaltung Gerätefaktor x (Werte 2 - Wert 1) / 4 lauten. Eine neune Berechnung mit korrekten Messwerten folgt in meiner nächsten Antwort.


Testobjekt

hugojun (Jürgens) Anmerkungen zu meinem ersten Interphako-Bericht habe ich natürlich aufgenommen. In der Tat erfährt eine Lichtwelle eine geringe Phasenverschiebung, wenn sie von einer metallischen Oberfläche Reflektiert wird. Diese Phasenverschiebung ist für alle Metalle unterschiedlich. Somit kann man in einem Bild fälschlich "Höhenunterschiede" messen, die gar nicht vorhanden sind: wenn zwei unterschiedliche Metalle eine gemeinsame Grenze bilden. Dieses Testobjekt ist homogen und besteht aus einer dünnen Goldfolie mit kreuzförmig angebrachten Stegen. Bild 22 zeigt das Testobjekt.


Bild 22: Objektträger mit Testobjekt



Mit Unterschieden ist zu rechnen: mir fehlt der Auflicht-Interferenzfilter, das Testobjekt mit seinen Kalibrierdaten ist nicht "meines", mein Interferometer hat die Seriennummer 000284, da stimmt also der Keilwinkel des Kompensatorkeils nicht exakt, ein Fadenkreuz fehlt auch. Aber für einen Schnellschuss doch ein erstaunlich gutes Ergebnis?

Für diese Art der Messung fehlt jetzt nur noch die Bestimmung der Richtung der Phasenverschiebung. Prinzipiell kann man mit der hier vorgestellten Messung nicht unterscheiden, ob ein Steg mit 99,2 nm Höhe vorliegt oder eine Kerbe mit 99,2 nm Tiefe. Wie das funktioniert, werde ich im nächsten Beitrag vorstellen.

Viel Spaß beim "Erarbeiten",

Carsten
« Letzte Änderung: Dezember 23, 2019, 16:48:57 Nachmittag von Carsten Wieczorrek »
Für's grobe : CZJ GSZ 1
Zum Durchsehen : CZJ Amplival Hellfeld, Dunkelfeld
Zum Draufsehen : CZJ Vertival Hellfeld, Dunkelfeld
Zum Drauf- und Durchsehen: CZJ Epival Hellfeld
Für psychedelische Farben : CZJ Fluoval 2 Auflichtfluoreszenz
Für farbige Streifen : CZJ Epival Interphako

hugojun

  • Member
  • Beiträge: 164
Re: Jena Amplival Interphako Teil 2 : Was man sieht
« Antwort #1 am: Dezember 23, 2019, 11:54:45 Vormittag »
Hallo Carsten ,
in der folgenden Bilderreihe habe ich mal den Messvorgang mit dem Interphako für Auflicht
dokumentiert.
An dieser Stelle möchte darauf hinweisen, dass es sich nicht um spektakuläre Fotos im
Sinne von farbigen Feuerwerken handelt, wie wir sie gerne hier im Forum bestaunen.
Sie sind sehr nüchtern und technisch in sw  gehalten.
Testobjekt ist eine auf einem Glasträger aufgedampfte Chromschicht, die ihrerseits einen schmalen Chromstreifen
Trägt (diagonal im Bild), dessen lateral Ausdehnung etwa 19µm in der Breite ausmacht.
Die Dicke dieses Chromstreifens auf seiner Chromunterlage gilt es zu bestimmen.
Im ersten Schritt, wird mit Hilfe der Streifenmethode die Größenordnung der Chromstreifendicke
bestimmt. 


Bild 1
Bild 1 zeigt den Chromstreifen diagonal (links unten nach rechts oben) bereits in totaler Bildaufspaltung, es handelt sich aber um ein und denselben Streifen.
Durchkreuzt wird dieser Chromstreifen durch Interferenzstreifen in einem fast rechten Winkel zum Chromstreifen.
Die dunkelsten Interferenzstreifen treten hier bei weißem Licht besonders hervor, da es sich dabei um die Interferenz der 0. Ordnung handelt. Der Abstand der Interferenzstreifen untereinander beträgt genau eine Wellenlänge der Farbe des benutzen Lichtes. Verfolgt man die dunkelsten Interferenzstreifen am Übergang des
Chromstreifens, so erkennt man eine Auslenkung der dunklen Streifen in der Größenordnung von etwa ¼ des
Streifenabstandes in eine Richtung und am Spaltbild des Chromstreifens in entgegengesetzter Richtung.
Damit ist die Größenordnung der Phasendicke des Chromstreifens bestimmt. Bei weißem Licht rechnet man mit 551nm Wellenlänge und wegen der Auflicht-Beobachtung die halbe Auslenkung: Eine viertel Auslenkung ist somit = λ/8   , gerechnet :551/8~ 68,9nm ( Größenordnung).
Da die Auslenkung nicht über eine Streifenabstand hinaus geht, braucht auch keine Gangordnung aufgerechnet zu werden.




Bild 2
Bild 2 zeigt nun den gleichen Ausschnitt bei monochromem Licht von 589nm. Hier sind nun die Ordnungen des Gangunterschiedes an den aufeinanderfolgenden dunklen Streifen für diese Wellenlänge zu sehen.

Nun beginnt die eigentliche Messung:
Die Interferenzstreifen werden nun auseinandergezogen, so dass man in einem homogenen Hintergrund arbeitet.
Das Doppelbild des Chromstreifens wird am Kompensator des Interphako so abgeglichen, dass das Original und das Spaltbild gleiche Helligkeit und Farbe bekommen. Bild 3.



Bild 3



Bild 4





Bld 5

Mit dem Kompensator dreh man jetzt in eine Richtung, bis eines der Teilbilder am dunkelsten erscheint: Bild4
Am Kompensator liest man auf dessen Skala von 0-100 den Wert 98 ab. Nun dreht man den Kompensator in entgegengesetzter Richtung, bis das andere Teilbild am dunkelsten erscheint. Hier wird nun der zweite Wert an der Skala abgelesen , 48. Bild 5.
Durch die Bildung der Differenz des oberen Wertes minus unteren Wert, bekommt man einen Betrag, der multipliziert mit der Kompensator Konstante (hier 5,12nm/ skt bei 589 nm) den genauen Gangunterscheid ergibt.
Die Formel für totale Bildaufspaltung im Auflicht: (98 Skt – 48 Skt ) * 5,12/ 4 = 64 nm.
Die Dicke des Chromstreifens beträgt also 64 nm.


Gruß

Jürgen




« Letzte Änderung: Dezember 23, 2019, 12:05:56 Nachmittag von hugojun »

Carsten Wieczorrek

  • Member
  • Beiträge: 1138
Re: Jena Amplival Interphako Teil 2 : Was man sieht
« Antwort #2 am: Dezember 23, 2019, 16:46:41 Nachmittag »
Hallo,

Jürgen hat natürlich völlig recht. Und wieder gilt, wer lesen kann und das auch tut, macht deutlich weniger Fehler.

Zitat aus der Anleitung:

Zitat
Dabei ist stets darauf zu achten, daß der Übergang von der Dunkelstellung oder von der empfindlichen Farbe des einen Bildes zum anderen über die Dunkelstellung oder empfindliche Farbe der Umgebung geht und daß letztere in der Mitte der beiden erstgenannten liegt.

Einfach nur von hell auf dunkel drehen, langt nicht.

Und natürlich gilt für die Phasenverschiebung bei Reflexion (im Auflicht), dass die gemessene Verschiebung durch 2 geteilt werden muss, und bei totaler Bildaufspaltung durch 4.

Also auf ein neues:

Bild 1 zeigt das Testobjekt in totaler Bildaufspaltung mit Einstellung "oberes Bild maximale Dunkelheit"



Bild 2 zeigt das Testobjekt in totaler Bildaufspaltung mit Einstellung "Hintergrund mitte maximale Dunkelheit"



Bild 3 zeigt das Testobjekt in totaler Bildaufspaltung mit Einstellung "unteres Bild maximale Dunkelheit"


Das ergibt dann

Höhenunterschied = Keilfaktor x (Messwert 2 - Messwert 1) / 4
H = 5,09 x (81,5 - 3,5) / 4   -->  H = 99,3 nm

Ich korrigiere das im oberen Abschnitt.

Und nun wünsche ich allen frohe Festtage und einen guten Rutsch,

Carsten

P.S.: Ich habe mich getraut, das Testobjekt mit Testbenzin abzuwischen.
« Letzte Änderung: Dezember 23, 2019, 20:52:52 Nachmittag von Carsten Wieczorrek »
Für's grobe : CZJ GSZ 1
Zum Durchsehen : CZJ Amplival Hellfeld, Dunkelfeld
Zum Draufsehen : CZJ Vertival Hellfeld, Dunkelfeld
Zum Drauf- und Durchsehen: CZJ Epival Hellfeld
Für psychedelische Farben : CZJ Fluoval 2 Auflichtfluoreszenz
Für farbige Streifen : CZJ Epival Interphako

msamsam

  • Member
  • Beiträge: 8
Re: Jena Amplival Interphako Teil 2 : Was man sieht --> Korrektur
« Antwort #3 am: April 03, 2020, 09:10:02 Vormittag »
Hallo,

erstmal vielen Dank für den Beitrag, den ich leider erst jetzt sehe ...

Falls noch von Interesse habe ich hier ein Eichprotokoll für meinen Interphako.

Grüße

Markus
 

hugojun

  • Member
  • Beiträge: 164
Re: Jena Amplival Interphako Teil 2 : Was man sieht --> Korrektur
« Antwort #4 am: April 04, 2020, 14:47:18 Nachmittag »
Hallo Markus,
ja danke, noch von Interesse. Im Vergleich mit der eigenen Kalibrierung, weil Original nicht vorhanden, zeigt Dein Kalibrier-Blatt eine extrem lineare Dispersion.
Bei meinem Ergebnis hats am roten Ende erhebliche Abweichungen.
Hast Du die Möglichkeit, Deine Daten zu überprüfen?
Im Diagramm sind die blauen Daten von Deinem Blatt , in Rot meine eigenen.
Würde mich mal interessieren, was dabei rauskommt.


Gruß
Jürgen

« Letzte Änderung: April 04, 2020, 14:58:30 Nachmittag von hugojun »