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Mikroskop zur Beobachtung mit veränderbarem Phasenkontrast
Gegenstand der Erfindung ist ein Phasenmikroskop, das die Beobachtung von Mikroobjekten, die die Änderung der Phase des durchdringenden oder von ihnen reflektierten Lichtes bewirken, u. zw. sowohl im positiven Phasenkontrast, in dem ein dunkles Bild des Objektes auf hellem Hintergrund, als auch im negativen Phasenkontrast, in dem ein helles Bild auf dunklerem Hintergrund erscheint, sowie einen schnellen kontinuierlichen Übergang von einer Art des Kontrastes zu der andern gestattet.
Die allgemein bekannten Phasenkontrast-Mikroskopvorrichtungen vom Typ Zernike sind im allgemeinen derart gebaut, dass sie in der Brennebene des Objektivs eine Phasenplatte besitzen, die die Phase (und auch die Amplitude) des ungebeugten Lichtes im Verhältnis zum gebeugten Licht ändert, und in der Brennebene des Kondensors eine entsprechende Aperturblende, deren Bild auf der Phasenplatte entsteht.
Die Phasenplatte und die mit ihr konjugierte Aperturblende sind gewöhnlich ringförmig gestaltet.
Phasenmikroskope dienen grundsätzlich zur Beobachtung von Phasengegenständen, das sind vollkommen durchsichtige und sich von ihrer Umgebung nur hinsichtlich des Brechungskoeffizienten oder der Dicke unterscheidende Gegenstände. Der Bildkontrast im Phasenmikroskop hängt von den optischen und geometrischen Eigenschaften der beobachteten Gegenstände, von der Phasenverschiebung und Absorpation der Phasenplatte ab. Die Phasenmikroskope vom Typ Zernike sind mit einer Viertelwellen-Phasenplatte versehen, d. h. mit einer solchen, die die Phase des direkten Lichtes im Verhältnis zum gebeugten Licht um +900 (positiver Phasenkontrast) oder um -900 (negativer Phasenkontrast) ändert.
Im allgemeinen sind kleine Objekte und dicht gelagerte Strukturen mit einem Brechungskoeffizienten, der grösser ist als der Brechungskoeffizient der Umgebung, im Mikroskop mit einer-900 Phasenplatte besser sichtbar, während zur Beobachtung von stärker brechenden und in einem gewissen Masse das Licht absorbierenden Objekten Mikroskope mit +900 Phasenplatten sich besser eignen. Gewöhnlich hat man es in der Praxis mit komplexen Präparaten zu tun, in denen schwach und stark phasendrehende, feine und dicke, sowie auch in einem gewissen Grade lichtabsorbierende Einzelheiten vorkommen. Die letzteren sind im Phasenmikroskop schlecht sichtbar, dagegen sind sie im gewöhnlichen Mikroskop im Hellfeld gut sichtbar. Der Übergang von der Beobachtung mit einem Mikroskop, das z.
B. mit einer positiven Phaseneinrichtung (mit einer +900 Phasenplatte) ausgerüstet ist, zu einem Mikroskop mit negativer Phaseneinrichtung (mit-900 Phasenplatte) oder zu einem gewöhnlichem Hellfeld-Mikroskop ist unbequem und nicht immer möglich, insbesondere wenn man mit lebendigen und sich bewegenden Mikroobjekten zu tun hat. Es entstand somit eine Notwendigkeit, mehr universelle Phasenkontrasteinrichtungen zu bauen, die es ermöglichen, vom positiven oder negativen Phasenkontrast schnell zu Hellfeld- oder Dunkelfeldbeobachtung überzugehen. Von den aus der Praxis bekannten derartigen Einrichtungen mit veränderlichem Kontrast kann man einige Lösungen nennen.
Die Vorrichtung von Köhler und Loos, in der sich anstatt der ringförmigen Blende im Kondensor eine polarisierende Blende befindet, die es ermöglicht durch Drehung des Polarisators, vom Phasenkontrast zum Hellfeld und umgekehrt überzugehen.
Die Vorrichtung von Wolter, die im Verhältnis zu der obigen Vorrichtung noch zusätzlich hinter dem
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Objektiv eine Viertelwellenplatte und einen Analysator besitzt, die die Beobachtung im Hellfeld und im farbigen Phasenkontrast ermöglichen.
Die Phasenkontrastvorrichtung von Bayer hat in der Brennebene des Objektives zwei konzentrische (positive) Phasenringe, einen äusseren normalen und einen inneren schmalen, sowie eine mit ihnen konjugierte Aperturblende im Kondensor mit drei ringförmigen Öffnungen, die bei ihrem Verdecken mit einer Irisblende es gestatten, vom Hellfeld zum normalen Phasenkontrast überzugehen, der ein Bild der absorbierenden und der phasendrehenden Objekte (wirksam ist der normale und der schmale Phasenring) und danach zum strengen Phasenkontrast der ein Bild der reinen Phasenobjekte liefert (wirksam ist nur der schmale Phasenring). Die getreue Wiedergabe und der Kontrast von Phasengegenständen hängt nämlich von ihren Dimensionen und von der Breite und dem Durchmesser des Phasenringes ab.
Die von der Firma Wild produzierte,"Varicolor"genannte Vorrichtung ist dadurch charakterisiert, dass in ihr die Aufgabe der gewöhnlichen Phasenplatte vom Typ Zernike ein vielschichtiges Interferenzfilter erfüllt, welches für verschiedene Längen der Lichtwelle eine verschiedene Phasenverschiebung und
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senverschiebung und für rotes Licht eine +900 Phasenverschiebung ergibt. Durch Änderung der auf das zu prüfende Präparat fallenden Lichtwellenlänge kann man vom negativen Phasenkontrast zum positiven Phasenkontrast übergehen und auch umgekehrt, mit gleichzeitiger Änderung der Färbung des Gesichtsfeldhintergrundes und des Bildes der Phasengegenstände.
In den obigen Phasenvorrichtungen befinden sich isotrope Phasenplatten. Bekannt sich auch Phasenvorrichtungen mit veränderlichem Kontrast, in denen die Phasenplatten aus anisotropen, doppelbrechenden Filmen (z. B. Zellophan), dichroitischen Filtern, Quarzplatten u. dgl. entsprechend ausgeschnitten und im Verhältnis zu ihren Lichtschwingungsrichtungen zusammengestellten Materialien hergestellt sind. Durch Drehung des Polarisators oder des Analysators können solche Platten eine veränderliche Phasenverschiebung (insbesondere +900 und -900) ergeben. wie z.
B. die Kastler-Montamal-Platte, ein veränderliches Verhältnis der Intensität des unmittelbaren Lichtes zum abgebeugten Licht (die Platte von Taylor, Kastler und Montarnal, Loquin) oder auch gleichzeitig veränderliche Phasenverschiebung und veränderliches Verhältnis der Intensität des unmittelbaren Lichtes zum abgebeugten Licht (die Vorrichtung von Osterberg, genannt"Polanret", Spiegel-Polarisations-Phasenplatte von Francon-Nomarski).
Anisotrope Phasenplatten sind jedoch in der Herstellung umständlich und fanden bisher in der Praxis keine breitere Anwendung.
Die obigen Nachteile beseitigt das erfindungsgemässe Mikroskop, dessen Objektiv mit zwei konzentrischen isotropen Phasenringen, einem für negativen und einem für positiven Phasenkontrast, und die Kondensorblende mit zwei mit ihnen konjugierten transparenten Ringen sowie mit einem Polarisationsfiltersystem versehen ist, das die Regulierung des Verhältnisses der Intensität des durch beide Ringe durchdringenden Lichtes ermöglicht. Infolgedessen ist der kontinuierliche Übergang vom positiven zum negativen Kontrast und umgekehrt, durch entsprechendes Löschen des durch die einzelnen Ringe durchdringenden Lichtes mittels Polarisationsfilter möglich, ohne die Phasenplatten und die Kondensorblenden auswechseln zu müssen.
Die Möglichkeit der gegenseitigen schädlichen Beeinflussung durch beide Phasenringe des durch die ringförmigen Kondensorblenden durchdringenden Lichtes wird hiebei dadurch ausgeschaltet, dass diesen Ringen entsprechende, von der Vergrösserung des Objektives und der Korrektion seiner Aberration abhängige geometrische Dimensionen verliehen werden.
Das Prinzip der Konstruktion und der Wirkungsweise des erfindungsgemässen Mikroskopes ist in den Zeichnungen erläutert, in denen die Fig. 1 das allgemeine optische Schema des Mikroskopes beispielsweise veranschaulicht. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Austrittspupille des Objektives, und Fig. 3 eine Draufsicht auf die Kondensorblende.
Das erfindungsgemässe Mikroskop besteht aus folgenden optischen Einheiten : Okular Ok, Objektiv Ob, Objekttisch P, Kondensor K und Blende E. Zwischen den Linsen Ll und Lz in der Austrittspupille des des Objektives Ob befinden sich zwei konzentrische Phasenringe Phl und Phz, von denen der eine
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Objektives des Mikroskops oder auf eine zusätzliche, in das Objektiv oder in den Tubus des Mikroskops eingesetzte plan-parallele Glasscheibe aufgebracht. Unter dem Kondensor K des Mikroskops befindet sich eine Kondensorblende E, die aus einer in der Nähe der Brennebene des Kondensors K angebrachten und mit zwei transparenten Ringöffnungen Sl und 8z versehenen Platte D
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sowie aus einem Polarisationsfiltersystem Pl, Pz, PS besteht.
Die Platte D der Kondensorblende mit den transparenten Ringen 81und 8z ist dabei in der zu den Phasenringen Ph1 und Ph, des Objektives konjugierten Ebene derart angebracht, dass das Bild der Ringöffnung S1 auf dem Phasenring Ph1 und das Bild der Ringöffnung Se auf dem Phasenring Ph2 erscheint.
Das Polarisationsfilter P1 der Blende E ist kreisförmig und verdeckt die Ringöffnung S1 in der Blende D. Das Polarisationsfilter P hat die Gestalt eines Kreisringes und verdeckt die Ringöffnung S, wobei die Schwingungsebenen dieser Polarisationsfilter senkrecht zueinander orientiert sind.
Das vor den Polarisationsfiltern P. und P oder irgendwo anders im Objekt- oder Bildraum des Mikroskops befindliche dritte Polarisationsfilter Ps ist drehbar angebracht und ermöglicht die kontinuierliche Regulierung des Verhältnisses der Intensität des durch die Ringöffnungen S und S2 hindurchtretenden Lichtes.
Im besonderen Fall, wenn das Polarisationsfilter Ps sich mit dem Polarisationsfilter P 1 kreuzt, geht das Licht nicht durch die Öffnung Su, sonder durch die Öffnung S 2 und es wird ein durch die Eigenschaften des Phasenringes Ph2 bestimmter Phasenkontrast erlangt. Wenn es sich dagegen mit dem Polarisationsfilter P kreuzt, dann geht das Licht nicht durch die Öffnung S2, sondern durch die Öffnung Sl und es wird ein durch die Eigenschaften des Phasenringes Phl bestimmter Phasenkontrast erhalten.
Ist der Phasenring Ph, positiv und der Ring Ph, negativ, dann wird im ersten Falle beim Löschen des von der Öffnung Sl kommenden Lichtes negativer Phasenkontrast, und im zweiten Falle wird beim Löschen des von der Öffnung S kommenden Lichtes ein positiver Phasenkontrast erlangt. Bei mittleren Lagen des Polarisationsfilters Ps, wenn das Licht sowohl durch die Öffnung S z tritt, wird gemischter Phasenkontrast mit positivem oder negativem Übergewicht erlangt. Wenn das Polarisationsfilter Pg gedreht wird, kann man ohne Unterbrechung der Beobachtung vom negativen Phasenkontrast zum positiven Phasenkontrast und umgekehrt kontinuierlich übergehen.
Die Durchmesser und die Breiten der Phasenringe Phl und Ph, sowie die der ihnen entsprechenden transparenten Ringöffnungen S1 und S z in der Kondensorblende D sind so gewählt, dass das an den optisch heterogenen Elementen des geprüften Phasenpräparates gebeugte, aus der Öffnung S1 stammende Licht durch die Phasenringe Ph2 nicht gestört und gleichzeitig das gebeugte Licht, welches aus der Öffnung S2 kommt, durch die Phasenringe Phl nicht gestört wird. Gute Resultate werden erlangt, wenn die Durchmesser der Phasenringe Ph, und Ph2 1/3 bzw. 2/3 des Durchmessers der Austrittspupille des Objektives, und die Breiten dieser Ringe etwa 1/20 dieses Durchmessers betragen.
Besonders gute Resultate der Beobachtung verschiedener mikroskopischer Gegenstände werden erlangt, wenn der innere Phasenring Phl ein positiver aus dielektrisch-metallischen Substanzen hergestellter Ring ist und der äussere Phasenring Ph2 ein aus Russ hergestellter negativer Ring ist. In diesem Falle zeichnet sich das erfindungsgemässe Phasenmikroskop durch hohe Plastik und hohen Bildkontrast sowie durch eine für das Auge günstige Färbung des Hintergrundes des Sehfeldes aus.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mikroskop zur Beobachtung mit veränderbarem Phasenkontrast mit zwei konzentrischen isotropen Phasenringen in der Austrittspupille des Objektives und mit einer polarisierenden Aperturblende im Kon-
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densorblende und durch die mit ihnen konjugierten Phasenringe (Phl, Phz) hindurchgehenden Lichtes ver- änderbar ist, wodurch ein kontinuierlicher Übergang ohne Unterbrechung der Beobachtung vom negativen Phasenkontrast zum positiven Phasenkontrast und umgekehrt sowie zur Beobachtung im Hellfeld möglich ist.