CN108445614A - 用于显微镜的透射光照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于显微镜(1)的透射光照明装置(2)，该透射光照明装置(2)包括平面光源(20)，具有沿着从平面光源(20)发射的光的方向布置的凹形镜面(24)的反射镜(23)，以及至少一个光阑元件(22)，该至少一个光阑元件是至少部分不透明的并且布置在平面光源(20)和凹形镜面(24)之间，使得通过沿与由平面光源(20)限定的平面平行的至少一个方向移动所述至少一个光阑元件(22)，平面光源(20)至少部分地被所述至少一个光阑元件(22)遮盖。

Description

用于显微镜的透射光照明装置
技术领域
本发明涉及一种用于显微镜的透射光照明装置，特别是用于体视显微镜或显宏镜的透射光照明装置。
背景技术
在透射光显微术中，非常重要的是使对待显微镜成像的样品的照度适应特定的观察情况，尤其是在低对比度样品的情况下。已知的复式显微镜通常以可替换的物镜为特色，以允许调整放大倍率。这种复式显微镜还可以实现高级的照明设置，例如相位衬度。因为物镜的光瞳位置几乎彼此没有什么不同，所以所谓的柯勒照明允许在复式显微镜中使照度适应观察。柯勒照明的特征在于将被照亮的视场光阑成像到物平面中，以及将孔径光阑成像到物镜的出射光瞳中。然而，在具有变焦系统的显微镜中，物镜光瞳的共轭平面的轴向位置根据变焦倍率沿着光轴移动。为了适当地使照度适应变焦系统的放大倍率的变化，需要照明变焦动态地追踪显微镜的变焦系统的光学配置。但是，这种照明装置使用起来麻烦且复杂。
用于变焦显微镜，特别是体视显微镜的透射光照明设备(也称为“透射光底座”)的典型要求是：
a)明场照明模式下的高对比度；
b)通过可以穿过整个视野和整个变焦范围的倾斜的光入射而获得浮雕对比度；
c)不同种类的变焦系统、物镜和其他附件的可操作性；
d)低高度的人体工程学设计。
US 7,554,727 B2描述了一种用于显微镜的透射光照明装置，该装置具有其上安装样品的光学透明的样品安装板，将基本上均匀的照明光投射到样品安装板的平面光源，以及限制照明光相对于至少一个方向的漫射的光定向构件。在一个实施例中，光定向构件是百叶窗式的膜，其包括平行于东西方向的微型百叶窗，该东西方向平行于包括双筒体视显微镜的两个光轴的平面。通过减小相对于与该平面垂直的方向的照明角度，改善明场照明的对比度。微型百叶窗的进一步倾斜导致相当于倾斜照明时样品的较高对比度和不对称照明，从而实现浮雕效果。由于光定向构件靠近样品布置，所以无法避免物场中的亮度降低。这导致观察光瞳和照明光瞳不匹配。
DE 10 2011 003 603 A1公开了一种透射光照明装置，其具有用于显微镜的，特别是变焦显微镜和体视显微镜的集成平面光源，并且具有光阑布置，该光阑布置包括两个在南北方向上相对于彼此可移动的光阑元件，该南北方向垂直于包括体视显微镜的两个光轴的平面，两个光阑元件各自包括呈半圆形的切口。使光阑元件朝向彼此移动，从而根据光阑元件的位置限定所得的圆形或基本上椭圆形的光阑开口。根据放大倍率和照明模式，可以选择特定的光阑设置。由于在明场模式下光阑元件不会减小照明角度，所以实现了在相对宽的照明角度范围内的照明，并且因此实现了相对低的对比度的照明。在倾斜照明的情况下，一个光阑元件比另一个光阑元件移位更多，然后使得所得的光阑开口相对于东西方向不对称地布置。这允许对观察光瞳进行操纵。但是，这种操纵只有在光阑元件布置在观察光瞳(物镜光瞳)的共轭平面中时才变得有效。由于该平面的位置根据变焦位置而变化，所以对观察光瞳的操纵不是在整个变焦范围内都有效。
此外，已知有利用集成卤素灯作为光源的用于体视显微镜或显宏镜的透射光底座。定向照明光通过聚光透镜以及漫射元件和菲涅耳透镜的组合来产生。照明光通过可旋转/可移动的反射镜被引导至物平面上。由于利用小范围角度的照明光照亮样本，所以明场对比度足够高。由于用于这种透射光底座的光学部件的种类，其高度的减小是有限的。通过在照明光束路径中布置光阑元件，可以实现倾斜照明。然而，同样，光瞳操纵仅在有限的变焦范围内有效，因为在那变焦范围之外观察光瞳和照明光瞳不匹配。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于显微镜的透射光照明装置和包括这种透射光照明装置的显微镜，其基本上满足上面概述的透射光底座的典型要求，特别是尽可能满足所述要求中的每一项。
在此背景下，本发明提出具有权利要求1的特征的透射光照明装置和具有这种透射光照明装置的显微镜。有利的实施例是从属权利要求和以下描述的主题。
根据本发明的透射光照明装置包括平面光源(平板光源)，具有沿着从平面光源发射的光的方向布置的凹形镜面(光反射表面)的反射镜，以及至少部分不透明的且布置在平面光源和凹形镜面之间的至少一个光阑元件(遮蔽或对比元件)。所述至少一个光阑元件沿与由平面光源限定的平面平行的至少一个方向是可移动的。前述平面优选是与平板光源的主延伸平面平行且靠近光源的平面。通过沿至少一个方向移动所述至少一个光阑元件，平面光源至少部分地被光阑元件遮盖。
通过使用凹形镜面，其有利地为抛物面形状或自由曲面形状，可以限制照明角度的范围，在该范围下，显微镜的物平面上的样品被照亮。这导致在明场观察模式中的高对比度。通过利用至少一个光阑元件遮盖平面光源的部分，可以实现对比照明模式。由于凹形，特别是抛物面镜面，可以实现对比方向上的均匀对比效果。对比方向通常且有利地可以定义为南北方向，该方向垂直于包含体视显微镜的两个光轴的平面。通过本发明，对比元件(光阑元件)不会引起对比方向上的亮度梯度。应当注意的是，对比方向不一定与光阑元件的运动方向一致。
通过改变至少一个光阑元件的形状和凹形镜面的形状，如稍后说明的，可以很容易地在整个视野和整个变焦范围内在不同的显微设置中实现不同的对比照明模式。
根据本发明的透射光照明装置可以容易地构建到现有的显微镜中，并且能够以低高度的设计构造。
因此，根据本发明的透射光照明装置允许满足在本说明书的介绍部分中概述的透射光底座的典型要求。
有利的是，特别是在抛物面镜面的情况下，平面光源布置在凹形镜面的焦点处。这允许将照明角度的范围进一步限制在产生高对比度的小的限定的照明角度范围。
有利的是，存在单个光阑元件或者存在两个光阑元件。在两个光阑元件的情况下，每个光阑元件沿着相同方向(特别是上述南北方向)相对于另一个光阑元件是可移动的。有利的是，两个光阑元件可以朝向彼此移动和远离彼此移动。两个光阑元件之间所得的自由空间限定了光阑开口。在单个光阑元件的情况下，光阑开口对应于未被光阑元件遮盖的平面光源的空间。
在具有两个观察通道的体视显微镜的情况下，对比方向对于两个通道而言应该是南北方向，因此在东西方向上只造成很小的改动，从而导致在东西方向上(即在左右观察通道中)几乎均匀的对比。这提供了高质量的三维图像。
有利的是，所述至少一个光阑元件是平面元件。这允许操作容易并且满足所述至少一个光阑元件的小空间需求。此外，有利的是，至少一个特别是平面的光阑元件包括具有轮廓的边缘。这种轮廓允许适当地限定优选的对比方向，特别是限定为南北方向，并且允许在东西方向上实现均匀的对比效果。在体视显微镜的情况下，(至少部分)弯曲或V形的轮廓已经证明是有益的。弯曲轮廓优选为抛物线形式，而V形轮廓优选为具有下降侧和上升侧的V形。这允许体视显微镜的左右通道以相同的方式同时成对比，更确切地说，以相同的方式同时遮蔽对应于左右通道的平面光表面的部分。V形或抛物线形的轮廓的对称性是由抛物面镜面引起的。这种轮廓因此也适用于单通道显微镜。
有利的是，所述至少一个平面元件的边缘在其透光率方面具有梯度。该实施例考虑到不同的显微设置，并且允许在不同的显微镜配置的情况下允许均匀的对比，这将在后面结合附图进行解释。
在第二方面，本发明提供一种显微镜，特别是体视显微镜或显宏镜，其具有如上所述的根据本发明的第一方面的透射光照明装置。如果在所述至少一个光阑元件的第一位置处平面光源未被光阑元件遮盖或者至少基本上未被遮盖，则可以实施明场照明模式。为了实施对比照明模式，所述至少一个光阑元件移动到第二位置，以便至少部分地遮盖平面光源。
有益的是，显微镜的物平面布置在从透射光照明装置的反射镜反射的光的方向上。
当使用具有成轮廓的边缘的光阑元件时，有利的是轮廓在形状上是可变的。此外，当使用具有透光率梯度的边缘的光阑元件时，有利的是梯度的长度是可变的。上述措施中的每一种，尤其是两种措施，都考虑到了不同的显微设置，即高度放大系统和低度放大系统。通过选择合适的梯度长度和/或特定的弯曲/抛物线轮廓，可以就相关显微镜系统达成最佳的折衷。
本发明的其他优点和实施例从说明书和附图中是显而易见的。
可以理解的是，上述特征和下面待解释的特征不仅能够以所指出的各个组合使用，而且能够以其它组合或者单独使用，而不脱离本发明的上下文。
附图说明
在示例性实施例的基础上，附图中示意性地描绘了本发明，下面将参照附图详细描述本发明。
图1示意性地示出了具有根据本发明实施例的透射光照明装置的显微镜；
图2示出了图1的透射光照明装置的实施例，包括照明设置的图示；
图3示出了图2的透射光照明装置和图1的显微镜的物镜，以图示观察设置；
图4示出了在根据本发明的透射光照明装置中使用的光阑元件的实施例，不同物场点的照明区域被示出用于低显微镜放大倍率(图4A)和用于高显微镜放大倍率(图4B)；
图5示出了与图4相同但用于三种不同的显微镜配置的情况。
具体实施方式
图1示意性地示出了具有透射光照明装置2(也称为透射光底座)的显微镜1，该透射光照明装置2包括平面光源20以及具有凹形镜面24的反射镜23，在该实施例中，表面为抛物面形式并且布置在从平面光源20发射的光的方向上，使得平面光源20布置在抛物面表面24的焦点上。至少部分或者甚至完全不透明的单个光阑元件22布置在平面光源20和抛物面镜面24之间并且更靠近平面光源20。光阑元件22(也称为遮光元件)沿箭头所示方向D是可移动的。光阑元件22有效地限制照明孔径21并且通过被移动到照明光束中来减小照明孔径21。在该实施例中作为平面元件的光阑元件22可以平行于由平面光源20限定的主平面(参见箭头D的方向)移动，从而导致平面光源20的部分遮盖。
从图1中可以看出，显微镜1还包括样品3，样品3将被透射光底座2照亮并且通过显微镜1观察。样品3安装在物平面上，以限定物场平面30。样品3位于显微镜1的物镜4的焦平面内。相应的观察孔径被标记为40。显微镜1还包括用于改变放大倍率的变焦系统5。两个目镜6布置有相应的观察通道，观察通道在延伸到图纸平面的东西方向上彼此相邻。如图1所示，南北方向在图纸平面中延伸。显微镜1的观察镜片安装在显微镜支架7上。
参考图2进一步解释透射光底座2的操作模式。图2示意性地描绘了图1的透射光照明装置2，其更详细地示出了照明设置。平面光源20布置在反射镜23的抛物面镜面24的焦点处。通过这种布置，从图2可以看出，小范围的照明角度的照明光被引导至物场30。这导致在明场照明模式中的高对比度。图2示出了在低显微镜放大倍率下有效的照明设置。点PS、PC和PN描绘了在物场30的南边、中心和北边的照明点。每个照明角度对应于平面光源20上的不同的发光点P。通过沿着方向D将光阑元件22移动到图2所示的照明光束中，照明光束的一部分被遮蔽，导致整个照明点PS、PC和PN的亮度降低以及照明角度范围进一步减小和不对称。这使得沿着南北方向(对比方向)产生没有任何亮度梯度的均匀对比。此外，在东西方向上的对比效果是相同的，这在使用具有沿东西方向布置的观察通道的体视显微镜时是必要的。
图3示出了在高放大倍率时的观察设置。显微镜物镜标记为4，在图3中描绘了物镜4的各种透镜。在高放大倍率的情况下，物场30上的照明点被平面光源20的大面积有效地照亮。通过移动光阑元件22进入照明光束，可以实现对比照明。通过进一步将光阑元件22移动到照明光束中，直到发生照明光束路径不再处于观察孔径40内的情况(见图1)时，可以实现暗场照明。
要注意的是，图2和图3显示了单通道显微镜的截面。图4和图5显示了双通道显微镜的情况，然而，为了清楚起见，仅示出了一个通道。
图4示出了在平面光源20的平面中所选择的物场点的位置和大小，相应的照明光束照亮所选择的物场点。描述了用于低放大倍率(图4A)和高放大倍率(图4B)的示例性显微镜配置的情况。由观察者所感知的，物场点31被标记为N以表示北，E表示东，C表示中心，W表示西，S表示南。
图4示出了透射光底座2的不透明光阑元件22的俯视图，光阑元件22部分遮蔽位于下方的平面光源20。当将对比方法应用于体视显微镜时，要注意左右通道是均匀对比的。这只能在对比的南北方向上实现，其对应于优选在南北方向上的对比元件的移动。换句话说，必须注意的是，对于体视显微镜的两个观察通道，东西方向上的对比条件基本相同。
通过应用抛物面镜面，不同物场点的光束对于每个观察通道以不同的方式偏转并且被引导至光源20的平面上。在低放大倍率的情况下(图4A)，不同的物场点31(N表示在物场30北部中的物场点，E表示在物场30东部中的物场点等，并且C表示在物场30中心的物场点)彼此分离地撞击光源平面20，例如，N指示光源20上的圆形区域，其照亮在物场30北边的物场点。从图4B中可以看出，在高放大倍率的情况下，相应的区域几乎完全重叠。为了实现在东西方向上对称的对比模式，对光束的遮蔽，理想化的是对光瞳的遮蔽应当在东西方向上是对称的。图4A示出了东边、中心和西边物场点31的对称局部遮蔽。这种对称(局部)遮蔽可以通过具有抛物线形式的边缘220(参见虚线)的光阑元件来实现。通过沿着方向D移动光阑元件22直到图4A和4B所示的虚线，可以利用光阑元件22的抛物线边缘220实现这种对称遮蔽。体视显微镜的第二通道的情况可以通过在抛物线的对称轴上成镜像来获得。
图5示出了与图4相同的情况，但是用于三种不同的显微镜配置。每种显微镜配置代表例如不同的放大倍率和/或物镜的显微设置。第一配置的北边、东边、西边和中心物场点31被标记为N1、E1、W1和C1，第二配置的对应点31被标记为N2、E2、W2和C2。为了清晰起见，第三配置的对应点31未被标记。从图5A中可以看出，根据显微镜配置，北边的物场点撞击在光源平面20的不同位置上；西边、东边和中心点也是如此。在图5B所示的高放大倍率情况下也是如此。为了能够将相同的透射光底座2用于如图5所示的三种不同的显微镜配置，可以使用光阑元件22的边缘，该边缘在其透光率方面具有梯度221。这种梯度代表了考虑到不同显微镜配置的折衷。在该梯度中，透光率从0％增加到100％。梯度的长度可以被调整以改变性能的焦点，例如从高度放大系统到低度放大系统。对抛物线形式的边缘220和梯度221的微调使得能够考虑到不同的相关显微镜系统。
附图标记
1 显微镜
2 透射光照明装置
3 样品
4 物镜
5 系统
6 目镜
7 支架
20 平面光源
21 照明孔径
22 光阑元件
220 边缘
221 梯度
23 反射镜
24 凹形镜面
30 物场
31 物场点
40 观察孔径
D 运动方向
S 南
W 西
C 中心
N 北
E 东
P 发光点
PS 照明点(南)
PC 照明点(中心)
PN 照明点(北)

Claims (14)

1.一种用于显微镜(1)的透射光照明装置(2)，所述透射光照明装置(2)包括：
-平面光源(20)，
-具有沿着从所述平面光源(20)发射的光的方向布置的凹形镜面(24)的反射镜(23)，以及
-至少一个光阑元件(22)，所述至少一个光阑元件(22)是至少部分不透明的并且布置在所述平面光源(20)和所述凹形镜面(24)之间，使得通过沿与由所述平面光源限定的平面平行的至少一个方向移动所述至少一个光阑元件(22)，所述平面光源(20)至少部分地被所述至少一个光阑元件(22)遮盖。
2.根据权利要求1所述的透射光照明装置(2)，其中所述凹形镜面(24)为抛物面形状或自由曲面。
3.根据权利要求1或2所述的透射光照明装置(2)，其中所述平面光源(20)布置在所述凹形镜面(24)的焦点处。
4.根据前述权利要求中任一项所述的透射光照明装置(2)，其中存在一个光阑元件(22)或者存在两个光阑元件(22)，其中的每个光阑元件沿着相同方向(D)相对于另一个光阑元件是可移动的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的透射光照明装置(2)，其中所述至少一个光阑元件(22)是平面元件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的透射光照明装置(2)，其中所述至少一个光阑元件(22)包括边缘(220)，所述边缘具有轮廓。
7.根据权利要求6所述的透射光照明装置(2)，其中所述边缘(220)具有至少部分弯曲的轮廓或者至少部分V形的轮廓。
8.根据权利要求7所述的透射光照明装置(2)，其中所述弯曲的轮廓为抛物线形式。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的透射光照明装置(2)，其中所述至少一个光阑元件(22)的边缘(220)在其透光率方面具有梯度(221)。
10.一种显微镜，特别是体视显微镜或显宏镜，具有根据权利要求1至9中任一项所述的透射光照明装置(2)。
11.根据权利要求10所述的显微镜(1)，其中在所述至少一个光阑元件(22)的第一位置处，所述平面光源(20)不被所述光阑元件(22)遮盖，并且其中通过将所述光阑元件(22)移动到第二位置，所述平面光源(20)至少部分地被所述光阑元件(22)遮盖。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的显微镜(1)，其中所述显微镜(1)的物平面布置在从所述反射镜(23)反射的光的方向上。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的显微镜(1)，具有根据权利要求6所述的透射光照明装置(2)，其中所述至少一个光阑元件(22)的轮廓在其形状上是可变的。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的显微镜(1)，具有根据权利要求9所述的透射光照明装置(2)，其中所述梯度(221)的长度是可变的。
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