DE10132360C1 - Vorrichtung zur farbneutralen Helligkeitseinstellung im Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops - Google Patents
Vorrichtung zur farbneutralen Helligkeitseinstellung im Beleuchtungsstrahlengang eines MikroskopsInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung zur Regulierung der Helligkeit einer als Glühlampe ausgebildeten Lichtquelle (2) im Beleuchtungsstrahlengang (8) eines Mikroskops (1), wobei die Helligkeit der Lichtquelle (2) durch Erhöhen oder Erniedrigen der der Lichtquelle (2) zugeführten elektrischen Leistung veränderbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Erniedrigung der zugeführten elektrischen Leistung einhergehende Rotverschiebung des Spektrums des von der Lichtquelle (2) abgestrahlten Lichts im Beleuchtungsstrahlengang (8) durch ein eine Blauverschiebung des Spektrums herbeiführendes variables optisches Filter (16) kompensiert wird. Dadurch wird eine farbneutrale Regulierung der Helligkeit des Beleuchtungslichts erzielt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur farbneutralen Helligkeitseinstellung
im Beleuchtungsstrahlengang eines
Mikroskops.
Bei optischen Geräten, wie z. B. Lichtmikroskopen, in denen ein zu
untersuchendes Objekt durch eine Lichtquelle beleuchtet wird, ist es in der
Regel wünschenswert, wenn die Helligkeit der Lichtquelle veränderbar ist, um
die Beleuchtungsverhältnisse optimal an die Art des zu untersuchenden
Objekts und an das verwendete Beobachtungsverfahren (z. B. Hellfeld,
Polarisation, Interferenzkontrast oder Phasenkontrast) anpassen zu können.
Als Lichtquellen kommen hierbei bevorzugt Glühlampen bzw. Halogenlampen
zum Einsatz, da diese von zahlreichen Herstellern in verschiedensten
Ausgestaltungen hinsichtlich Leistung, Betriebsspannung, Wendelform,
Lebensdauer und Farbtemperatur erhältlich sind.
Bei Mikroskopen, die mit einer Glühlampe als Lichtquelle arbeiten, wird die
Helligkeit der Lichtquelle üblicherweise dadurch verändert, dass die der
Lichtquelle zugeführte elektrische Leistung durch eine entsprechende
Verminderung der der Glühlampe zugeführten elektrischen Spannung, bzw.
des elektrischen Stromes erhöht oder erniedrigt wird.
Aufgrund des einem Schwarzen Strahler ähnlichen Verhaltens von
Glühlampen existiert bei dieser Art der Helligkeitsveränderung das Problem,
dass sich die Farbtemperatur des von der Glühlampe emittierten Spektrums
bei einer Reduzierung der zugeführten Lampenleistung vom blauen
Spektralbereich aus zum roten Spektralbereich hin verschiebt, was allgemein
auch als Rotverschiebung bezeichnet wird, die bei Mikroskopen in der Regel
als nachteilig gilt. So führt beispielsweise eine Verminderung der an eine
Glühlampe angelegten Spannung von 100% auf 80% der Nennspannung
neben einer Reduzierung des Lichtstromes auf ca. 50% in gleicher Weise zu
einer Herabsetzung der Farbtemperatur T von 3200 K auf 2950 K.
Aus der DE 41 42 925 A1 ist eine Vorrichtung zur farbneutralen
Helligkeitseinstellung im Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops mit
einer elektrisch gespeisten Lichtquelle im Beleuchtungsstrahlengang und
einer zugehörigen Steuerungseinrichtung zur Einstellung der der Lichtquelle
zugeführten elektrischen Leistung und damit der Helligkeit des
Beleuchtungsstrahlengangs bekannt. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung
zur Kompensation der mit einer Erniedrigung der zugeführten elektrischen
Leistung einhergehenden Rotverschiebung des Lichtquellenspektrums auf.
Dazu weist diese Einrichtung eine zusätzliche Nebenlichtquelle auf, deren
Lampenstrom so geregelt wird, dass dem Beleuchtungsstrahlengang ein
Blauanteil zugemischt wird, der die Änderung der Farbtemperatur der
(Haupt-)Lichtquelle kompensiert. Obwohl bei der beschriebenen Vorrichtung
eine Erwärmung des Stativs und der Proben durch die Anordnung der
Nebenlichtquelle außerhalb des Stativs des Mikroskops herabgesetzt ist, fällt
bei der Vorrichtung stets die volle Verlustleistung einer Glühbirne als Wärme
an.
Die DE 38 14 006 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur helligkeitsneutralen,
automatischen Farbtemperatureinstellung im Beleuchtungsstrahlengang eines
Mikroskops. Dabei ist die Farbtemperatur mit mindestens einem motorisch
verschiebbaren Filter mit einem sich kontinuierlich ändernden
Transmissionsvermögen für Rotlicht einstellbar. Zugleich ist eine durch eine
Filterverschiebung hervorgerufenen Helligkeitsänderung des
beleuchtungslichtes durch eine einstellbare Blende automatisch
kompensierbar.
Die DE 39 18 990 A1 beschreibt ein Mikroskop mit farbneutraler
Helligkeitseinstellung, die bei konstanter Lichtquellenleistung, also ohne Rot-
bzw. Blauverschiebung, durch Verschieben von Neutralfiltern erfolgt.
Die DE 195 13 350 A1 beschreibt ein Filter, das aus einer
lichtundurchlässigen Filterscheibe mit in verschiedenen Bereichen der
Filterscheibe unterschiedlich großen Öffnungen besteht. Infolge der
unterschiedlich großen Öffnungen weist das Filter in den verschiedenen
Bereichen der Filterscheibe eine unterschiedliche Transmission auf, so dass
durch Verdrehen der in den Beleuchtungsstrahlengang eines optischen
Instruments eingebrachten Filterscheibe die Helligkeit einer Glühlampe
farbneutral verändert werden kann. Allerdings muss für eine farbneutrale
Helligkeitsregelung die Glühlampe ebenfalls nach Möglichkeit stets im Bereich
der Nennspannung betrieben werden, so dass es ebenfalls zu einer
unerwünschten Erwärmung des Stativs, bzw. der Filterscheibe, sowie einer
kürzeren Lebensdauer (im Vergleich zum Betrieb unterhalb der Nennleistung)
der Glühlampe kommt.
Weiterhin beschreibt die DE 198 32 665 A1 ein Homogenisierungsfilter für ein
optisches Strahlungsfeld eines Beleuchtungsstrahlengangs, welches in
Zusammenwirkung mit einer Streuscheibe zu einer Homogenisierung der
Lichtintensität in einer nachgeordneten Bildebene führt. Das
Homogenisierungsfilter besteht aus einem transparenten Substrat, auf das ein
Raster aus lichtundurchlässigen Flächenelementen mittels einer vor dem
Substrat angeordneten gelochten Schablone oder einer auf das Substrat in
einem fotolithographischen Verfahren aufgebrachten gelochten Schicht durch
Bedampfen aufgebracht wird.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden eine
Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, die Helligkeit im Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops
unter Beibehaltung der Farbtemperatur
bei gleichzeitig geringer
Wärmentwicklung einstellen zu können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1
gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen
enthalten.
Gemäß der Erfindung wird bei der Vorrichtung zur farbneutralen Regulierung
der Helligkeit einer durch eine Glühlampe gebildeten Lichtquelle, die
im Beleuchtungsstrahlengang eines Mikroskops zur
Beleuchtung des zu untersuchenden Präparats dient, die Helligkeit der
Lichtquelle durch Erhöhen oder Vermindern der an die Glühlampe angelegten
elektrischen Spannung, bzw. des durch die Glühlampe hindurchfließenden
elektrischen Stromes - und somit der der Glühlampe zugeführten elektrischen
Leistung - verändert. Die mit der Verminderung der Helligkeit verbundene
Rotverschiebung des Spektrums bzw. Verrringerung der Farbtemperatur wird
im Wesentlichen gleichzeitig oder eine kurze Zeit nach der Verminderung der
Helligkeit durch ein eine zusätzliche Blauverschiebung des Spektrums
herbeiführendes, variables optisches Filter kompensiert, welches in den
Beleuchtungsstrahlengang des Mikroskops eingebracht wird. Das
variable optische Filter, das erfindungsgemäß als Blaufilter ausgebildet ist,
reduziert dabei insbesondere den Anteil des roten Lichts in dem von der
Glühlampe ausgestrahlten Spektrum derart, dass das Verhältnis von rotem
Anteil zu blauem Anteil des Spektrums beim reduzierten Helligkeitswert und
beim ursprünglichen Helligkeitswert im Wesentlichen gleich ist, so dass das
Auge des Betrachters im Wesentlichen dieselbe Farbtemperatur wahrnimmt.
Bei einer Erhöhung der Helligkeit der Glühlampe wird in entsprechend
umgekehrter Weise der Rotanteil des Spektrums durch Verstellen des
optischen Filters in der Weise erhöht, dass da Verhältnis von rotem Anteil zu
blauem Anteil des Spektrums wieder den ursprünglichen Wert annimmt, ohne
das sich die Farbtemperatur dabei ändert.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Glühlampe bei einer Verminderung
der Helligkeit unterhalb ihrer Nennleistung betrieben werden kann, wodurch
die Lebensdauer der Lampe erheblich erhöht und die Wärmeentwicklung
sowie der Energieverbrauch der Lampe deutlich reduziert werden können.
Insbesondere wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die häufig als
störend erachtete Erwärmung des Mikroskops oder von dessen Teilen,
beachtlich
herabgesetzt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auf ein zweites
Lampenhaus mit einer Nebenlichtquelle, wie vom Stand der Technik bekannt,
verzichtet werden kann. Damit ist die erfindungsgemäße Lösung besonders
kostengünstig.
Das Filter besitzt vorzugsweise ein sich über die Filterfläche hinweg
änderndes Transmissionsvermögen, insbesondere für rotes Licht. Die
Kompensation der Rotverschiebung des Spektrums bei einer Reduzierung der
zugeführten elektrischen Leistung erfolgt dabei in erfindungsgemäßer Weise
durch eine Veränderung der Lage des Filters im Beleuchtungsstrahlengang.
Hierbei kann die Lage des Filters im einfachsten Falle manuell von Hand
verändert werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
die Lage des Filters im Beleuchtungsstrahlengang jedoch bei einer
Verstellung der Helligkeit automatisch durch einen auf den Filter wirkenden
Antrieb verändert, so dass der Bediener des optischen Instruments lediglich
die gewünschte Helligkeit einstellen muss, ohne den Filter zur Einstellung der
Farbtemperatur auf den ursprünglichen Wert von Hand zu verschieben.
Das Filter kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung durch
eine um eine Drehachse rotierbare, vorzugsweise kreisrunde Filterscheibe
gebildet werden, deren Transmissionsvermögen insbesondere für rotes Licht -
d. h. der Anteil der durch das Filter hindurchtretenden Lichtmenge bezogen auf
die eingestrahlte Lichtmenge - entlang eines im Wesentlichen konzentrisch
zur Drehachse verlaufenden Weges zunimmt. Hierdurch ergibt sich zum einen
eine sehr kompakte Bauform der zugehörigen Vorrichtung, sowie die
Möglichkeit, die Filterscheibe über einen kostengünstigen Motor, z. B. einen
Schrittmotor, direkt anzutreiben, indem die Filterscheibe unmittelbar an der
Antriebswelle des Motors befestigt wird.
In gleicher Weise ist es jedoch auch möglich, den Antrieb der Filterscheibe
über ein Getriebe oder aber einen Zahnriemen vorzunehmen, wodurch die
Stellgenauigkeit verbessert und der Motor in größerem Abstand vom
Beleuchtungsstrahlengang positioniert werden kann.
Bei dieser eine kreisrunde Filterscheibe verwendenden Ausführungsform der
Erfindung nimmt das Transmissionsvermögen für rotes Licht entlang des
konzentrisch verlaufenden Weges vorzugsweise kontinuierlich von einem
Minimalwert zu einem Maximalwert zu, wodurch sich in vorteilhafter Weise die
Möglichkeit einer stufenlosen farbneutrale Regulierung der Helligkeit der
Glühlampe ergibt.
In gleicher Weise ist es jedoch ebenfalls denkbar, dass das
Transmissionsvermögen für rotes Licht vom Minimalwert zum Maximalwert
schrittweise in Stufen zunimmt, wodurch sich die Herstellung der Filterscheibe
vereinfachen sowie der Steuerungsaufwand reduzieren lässt.
Weiterhin ist es möglich, dass das Filter durch ein linear verschiebbares,
beispielsweise rechteckig ausgebildetes Filter gebildet wird, das ein entlang
eines im Wesentlichen parallel zur Verschieberichtung verlaufenden Weges
zunehmendes Transmissionsvermögen insbesondere für rotes Licht aufweist,
welches entlang des Weges von einem Minimalwert zu einem Maximalwert im
Wesentlichen kontinuierlich - oder aber wie zuvor im Zusammenhang mit der
kreisrunden Filterscheibe beschrieben - in Stufen zunimmt. Durch den
Einsatz eines langgestreckten rechteckigen Filters ergibt sich der Vorteil, dass
dieses besonders kostengünstig gefertigt werden kann, da das
Transmissionsvermögen der jeweiligen Flächenelemente in Richtung
senkrecht zur Bewegungsrichtung konstant ist, so dass das rechteckige Filter
z. B. durch Vorbeiführen mit variabler Geschwindigkeit an einer eine
Interferenz- oder Reflexionsschicht aufbringenden Quelle auf einfache Weise
hergestellt werden kann.
Beim kreisrunden Filter ist hingegen noch die vom Zentrum her zunehmende
Ausdehnung der Flächenelemente zu berücksichtigen, so dass der
konzentrische Weg mit variablem, zunehmendem Transmissionsvermögen
vorzugsweise im Bereich der Außenseite der Filterscheibe angeordnet ist,
wodurch sich gegenüber einer radial innenliegenden Anordnung des
konzentrischen Weges beim Auftragen einer Interferenz- oder
Reflexionsschicht in der zuvor beschriebenen Weise durch umfängliches
Drehen der Filterscheibe ein in radialer Richtung betrachtet im Wesentlichen
homogener Verlauf der Schicht ergibt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Filter als ein
Absorptionsfilter ausgebildet, und die Veränderung des
Transmissionsvermögens des Filters für rotes Licht über die Filterfläche
hinweg erfolgt durch eine Variation der Dicke des Filters. Hierzu kann bei dem
scheibenförmig ausgebildeten Filter die Dicke des absorbierenden Mediums
von einem Minimalwert von z. B. 0,1 bis 0,5 mm in umfänglicher Richtung
vorzugsweise kontinuierlich auf einen Maximalwert von beispielsweise 1,5 bis
2 mm oder mehr zunehmen. Bei der rechteckförmigen Ausgestaltung des
Filters kann die Dickenänderung beispielsweise dadurch herbeigeführt
werden, dass dieses als Keil ausgebildet ist, der z. B. aus einem Filtermedium
wie Glas oder Kunststoff mit einem rotes Licht absorbierenden Verhalten
geschliffen, oder in sonstiger Weise hergestellt wird.
In gleicher Weise ist es möglich, das Filtermedium aus einem
Kunststoffmaterial mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke zu fertigen,
welches bei der Herstellung durch Einbringen geeigneter Zusatzstoffe mit
einer rotes Licht absorbierenden oder reflektierenden Einfärbung versehen
wird, die im Falle des kreisrunden Filters in Umfangsrichtung, bzw. beim
rechteckig ausgebildeten Filter vorzugsweise in Richtung des
Verschiebeweges, von einem nicht eingefärbten Bereich zu einem Bereich mit
maximaler Einfärbung hin vorzugsweise kontinuierlich zunimmt.
Ferner besteht die Möglichkeit, das Filter als Reflexionsfilter auszubilden,
welcher insbesondere den Rotanteil im Spektrum über eine auf die
Außenseite des Filters aufgebrachte Interferenz- oder Reflexionsschicht
reflektiert bzw. abschwächt, und bei dem lediglich der kurzwellige Blauanteil
des Spektrums durch das Filter nahezu ungeschwächt hindurchtritt. Die
Veränderung des Transmissionsvermögens des Filters für rotes Licht über die
Filterfläche hinweg wird hierbei in vorteilhafter Weise durch eine Variation der
Flächenbelegung der aufgebrachten Interferenz- oder Reflexionsschicht
erzielt, was z. B. durch ein Punktraster mit Punkten zunehmender Größe oder
flächenmäßig zunehmender Dichte erreicht werden kann, die z. B. in einem
bekannten Lithographieverfahren auf ein für rotes sowie für blaues Licht
transparentes Filtermedium oder Substrat, wie z. B. Glas, aufgebracht werden
können.
Weiterhin ergibt sich durch den Einsatz einer als Punktraster mit variablem
Bedeckungsgrad aufgebrachten Interferenzfilterschicht eine vergleichsweise
hohe Dynamik und ein großer Regelbereicht für die Helligkeit. So kann bei
einer Glühlampe mit einer Nennleistung von 100 W durch Reduzierung des
Lampenstromes von 8 A auf 4 A und gleichzeitiges Einbringen einer
Filterschicht mit einem Bedeckungsanteil von 95% die Lichtintensität unter
Beibehaltung der Farbtemperatur von 100% auf 0,2% reduziert werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Lage oder
Position des Filters im Beleuchtungsstrahlengang vorzugsweise motorisch
über einen Schrittmotor verändert, der durch eine geeignete
Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von einem vom Bediener gewählten
Helligkeitswert der Glühlampe die Filterscheibe im Beleuchtungsstrahlengang
in der Weise rotiert, bzw. linear verschiebt, dass die Farbtemperatur des auf
das Präparat gerichteten Beleuchtungslichtes im Wesentlichen konstant
gehalten wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Bediener die
Farbtemperatur nach einer Veränderung der Helligkeit durch eine
entsprechende Strom/Spannungsänderung nicht von Hand durch Verfahren
der Filterscheibe nachregeln muss.
Die Steuerungseinrichtung umfasst vorzugsweise einen Speicher, aus
welchem die Werte für den der Lichtquelle zugeführten elektrischen Strom
und/oder der der Lichtquelle zugeführten elektrischen Spannung zusammen
mit den zugehörigen Werten für die Lage oder Position des Filters im
Beleuchtungsstrahlengang zur Einstellung auf einen neuen Helligkeitswert
abgespeichert sind, und von der Steuerungseinrichtung ausgelesen werden
können. Die jeweiligen Werte für den Strom, bzw. die Spannung und die
zugehörige Position der Filterscheibe im Beleuchtungsstrahlengang werden
vorzugsweise durch eine Kalibrierung bestimmt, wozu beispielsweise
ausgehend vom Strom-/Spannungswert für die maximale Helligkeit der
Glühlampe die Filterscheibe in eine Position mit maximalem
Transmissionsvermögen verfahren wird, in der sowohl der rote, als auch der
blaue Anteil des von der Glühlampe emittierten Spektrums durch das Filter
hindurchtritt. Nach Abspeichern der zugehörigen Werte für Strom/Spannung
und Position der Filterscheibe wird die Helligkeit der Glühlampe reduziert und
die Position der Filterscheibe durch Erhöhen oder Erniedrigen des
zugeordneten Wertes für die Position unter Messung der Farbtemperatur
solange verfahren, bis der ursprüngliche Wert für die Farbtemperatur wieder
erreicht ist. Die zugehörigen Werte für die Helligkeit und Strom/Spannung
werden im Speicher abgelegt. Anschließend wird die Helligkeit in Schritten
erneut reduziert und die jeweils zugehörige Position der Filterscheibe in der
zuvor beschriebenen Weise bestimmt und abgespeichert, bis die Position
erreicht ist, in der die Filterscheibe ihr minimales Transmissionsvermögen
aufweist.
Gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur farbneutralen Regulierung
der Helligkeit einer Glühlampe im Beleuchtungsstrahlengang eines Mikros
kops ein variables optisches Blaufilter mit einem sich über die Filterfläche
hinweg ändernden Transmissionsvermögen, welches durch einen Antrieb im
Beleuchtungsstrahlengang verfahren werden kann. Der Antrieb, der
vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildet ist, ist mit einer elektronischen
Steuerungseinrichtung verbunden, die den Antrieb zum Verfahren des Filters
in der Weise steuert, dass die bei einer Verringerung der der Glühlampe
zugeführten elektrischen Leistung auftretende Rotverschiebung des
Spektrums des von der Glühlampe emittierten Lichts durch eine
Blauverschiebung kompensiert wird. Die Vorrichtung besitzt den Vorteil, dass
sie sich in einfacher Weise in bekannte Mikroskope einbauen lässt und damit
eine kostengünstige Automatisierung der Geräte ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen,
dass die maximal erreichbare Intensität des Lichts nicht beeinflusst wird.
Das Filter wird vorzugsweise durch eine mit Hilfe des Antriebs um eine
Drehachse rotierbare Filterscheibe gebildet, die ein entlang eines im
Wesentlichen konzentrisch zur Drehachse verlaufenden Weges zunehmendes
Transmissionsvermögen für rotes Licht aufweist.
Das Filter mit variablem Transmissionsvermögen für rotes Licht kann jedoch in
gleicher Weise auch durch ein mit Hilfe des Antriebs linear verschiebbares
Filter gebildet werden, das ein entlang eines im Wesentlichen parallel zur
Verschieberichtung verlaufenden Weges zunehmendes
Transmissionsvermögen für rotes Licht aufweist.
Hierbei kann das Filter als ein aus Kunststoff, Glas oder einem anderen
geeigneten Material gefertigtes Absorptionsfilter ausgebildet sein, welches für
blaues Licht durchlässig ist und rotes Licht zumindest teilweise absorbiert, und
bei welchem die Veränderung des Transmissionsvermögens des Filters für
rotes Licht über die Filterfläche hinweg durch eine Variation der Dicke des
Filters erzielt wird.
In gleicher Weise kann das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte
Filter als ein Reflexionsfilter ausgebildet sein, das einen Filterkörper aus
einem für rotes sowie für blaues Licht durchlässigen Material besitzt, auf den
eine Interferenz-Filterschicht in Form eines Punktrasters aufgebracht ist, die
rotes Licht reflektiert bzw. absorbiert. Die Variation des
Transmissionsvermögens für rotes Licht wird bei dieser Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine sich über die Filterfläche hinweg
ändernde Flächenbelegung der Rasterpunkte, bzw. eine Variation der Größe
oder der Form der Rasterpunkte erzielt, die in bekannter Weise z. B. in einem
Lithographie- und anschließenden Aufdampfprozess auf die Filterfläche des
Filterkörpers aufgebracht werden können.
Die Interferenz-Filterschicht hat beispielsweise einen Spektralverlauf mit den
folgenden Werten für das Transmissionsvermögen, das nachfolgend
allgemein mit "T" bezeichnet wird:
T = 75% bei einer Wellenlänge λ = 425 nm,
T = 17% bei einer Wellenlänge λ = 550 nm und
T = 5% bei λ = 650 nm.
T = 75% bei einer Wellenlänge λ = 425 nm,
T = 17% bei einer Wellenlänge λ = 550 nm und
T = 5% bei λ = 650 nm.
Um bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine
durch die sich ändernde Flächenbelegung der Reflexions- oder
Interferenzschicht hervorgerufene Änderung der Intensität des von der
Glühlampe emittierten Lichts über das beleuchtete Präparat hinweg zu
vermeiden, wird das Filter vorzugsweise nahe einer im
Beleuchtungsstrahlengang des Mikroskops vorgesehenen Aperturblende
angeordnet.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von
Beispielen beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Mikroskops mit einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regulierung der Helligkeit
der im Mikroskop eingesetzten Lichtquelle,
Fig. 2a eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der das Filter durch eine kreisrunde
Filterscheibe mit einer auf diese als Punktraster aufgebrachten
Interferenz- oder Reflexionsschicht gebildet wird, die eine
kontinuierlich zunehmende Flächenbelegung aufweist,
Fig. 2b eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der das Filter durch ein rechteckförmiges Filter
mit einer auf dieses als Punktraster aufgebrachten Interferenz-
oder Reflexionsschicht gebildet wird, die eine kontinuierlich
zunehmende Flächenbelegung aufweist,
Fig. 3a eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der das Filter durch eine kreisrunde
Filterscheibe mit einer auf diese als Punktraster aufgebrachten
Interferenz- oder Reflexionsschicht gebildet wird, die eine in
Stufen zunehmende Flächenbelegung aufweist,
Fig. 3b eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der das Filter durch eine rechteckförmige
Filterscheibe mit einer auf diese als Punktraster aufgebrachten
Interferenz- oder Reflexionsschicht gebildet wird, die eine in
Stufen zunehmende Flächenbelegung aufweist,
Fig. 4a eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der das Filter als ein Absorptionsfilter mit einer
kreisrunden Filterscheibe zunehmender Dicke ausgebildet ist,
Fig. 4b eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der das Filter als ein Absorptionsfilter mit einer
rechteckförmigen Filterscheibe zunehmender Dicke ausgebildet
ist,
Fig. 5 den spektralen Verlauf des Transmissionsvermögens T eines in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz gelangenden
Absorptionsfilters bei einer Dicke von 1 mm, und
Fig. 6 den spektralen Verlauf des Transmissionsvermögens T einer in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz gelangenden
Interferenzfilterschicht, welche in Form eines Punktrasters mit
variablem Bedeckungsgrad auf die Filterfläche aufgebracht
wird.
Das in Fig. 1 dargestellte Mikroskop 1 enthält eine Lichtquelle 2 in Form einer
Glühlampe, deren Licht über ein System von Linsen 4 und Spiegeln 6 entlang
eines Beleuchtungsstrahlengangs 8 zur Beleuchtung eines zu
untersuchenden Präparats 10 geführt ist.
Die Lichtquelle 2 ist elektrisch mit einer Steuerungseinrichtung 12 verbunden,
welche die der Lichtquelle 2 von einer Stromquelle 11 zugeführte elektrische
Leistung steuert, um die Helligkeit der Lichtquelle 2 auf einen gewünschten
Wert einzustellen, der vom Bediener über eine mit der Steuerungseinrichtung
12 verbundene, nicht dargestellte Einstellvorrichtung vorgegeben werden
kann.
In den Beleuchtungsstrahlengang 8 ist im Bereich einer Aperturblende 14 ein
erfindungsgemäßes optisches Filter 16 mit einem für rotes Licht variablen
Transmissionsvermögen angeordnet, welches durch eine im Wesentlichen
kreisförmige Filterscheibe 18 gebildet wird. Die Filterscheibe 18 ist mit der
Antriebswelle 20 eines durch die Steuerungseinrichtung 12 gesteuerten
elektrischen Schrittmotors 22 verbunden, der die Filterscheibe 18 bei einer
Veränderung der Helligkeit der Lichtquelle 2 in eine Position dreht, in der ein
Bereich der Filterscheibe 18 mit einem die Rotverschiebung des Spektrums
kompensierenden Transmissionsvermögen im Beleuchtungsstrahlengang 8
angeordnet wird. Die jeweiligen Positionswerte der Filterscheibe 18 und die
zugehörigen Werte für den der Lichtquelle 2 zugeführten Strom, bzw. die der
Lichtquelle 2 zugeführte Spannung sind in einem Speicher 24 der
Steuerungseinrichtung 12 abgelegt.
Wie der Darstellung von Fig. 2a entnommen werden kann, wird das variable
Transmissionsvermögen des optischen Filters 16 für rotes Licht durch eine
unterschiedliche Flächenbelegung der Filterscheibe mit einer Reflexions- oder
Interferenzschicht 26 erzielt, die in den Figuren aus darstellungstechnischen
Gründen nur schematisch angedeutet ist, und die in Umfangsrichtung von
einem Minimalwert 28 ohne Belegung zu einem Maximalwert 30 mit
vollständiger oder nahezu vollständiger Belegung im Wesentlichen
kontinuierlich zunimmt. Der durch den Lichtstrahl der Lichtquelle 2 auf dem
optischen Filter 16 erzeugte Lichtfleck 38 ist in den Fig. 2a bis 3b
schematisch durch einen Kreis mit einem darin angeordneten Kreuz
angedeutet.
Wie aus Fig. 2b entnehmbar ist, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung das optische Filter 16 durch ein im Wesentlichen
rechteckförmiges Filter 32 gebildet, das ebenfalls mit einer Reflexions- oder
Interferenzschicht 26 beschichtet ist. Das Filter wird durch einen
Spindelantrieb 34 in Richtung des Doppelpfeils 36 linear verfahren. In gleicher
Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 2a nimmt die Flächenbelegung
der Reflexions- oder Interferenzschicht 26 von einem Minimalwert 28 zu
einem Maximalwert 30 hin im Wesentlichen kontinuierlich zu.
Gemäß einer weiteren, in Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsform der
Erfindung nimmt die Dichte der Reflexions- oder Interferenzschicht 26 über
den Umfang der kreisrunden Filterscheibe 18, bzw. in Richtung des
Verschiebeweges der rechteckförmigen Filterscheibe 32 in Stufen zu, was in
den betreffenden Figuren durch Segmente 40 mit im Wesentlichen konstanter
Flächenbelegung zum Ausdruck gebracht ist.
Wie in den Fig. 4a und 4b gezeigt ist, ist bei einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung das optische Filter 16 als ein Absorptionsfilter
ausgebildet, bei dem die Variation des Transmissionsvermögens durch eine
Veränderung der Dicke der aus einem für rotes Licht teilweise durchlässigen
Material gefertigten Filterscheibe erzielt wird. So nimmt die Dicke der
Filterscheibe 18 bei der in Fig. 4a gezeigten Ausführungsform der Erfindung in
Umfangsrichtung, bzw. die Dicke der rechteckigen, keilförmig ausgebildeten
Filterscheibe 32 bei der in Fig. 4b gezeigten Ausführungsform in Richtung der
Verschiebung von einem Minimalwert dmin zu einem Maximalwert dmax im
Wesentlichen/kontinuierlich zu. Hierbei wird bei maximaler Helligkeit der
dünne Bereich der Filterscheiben 18, 32 in den Beleuchtungsstrahlengang
eingebracht und die Filterscheiben 18, 32 mit zunehmender Verminderung der
Helligkeit in Richtung des Bereichs großer Dicke verfahren. Der Minimalwert
der Dicke dmin kann beispielsweise im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm und der
Maximalwert dmax im Bereich von z. B. 1,5 bis 2 mm liegen, wobei die
tatsächlichen Werte in Abhängigkeit vom verwendeten Material des
Absorptionsfilters sowie auch von der Helligkeit der Lichtquelle 2 bei der
Nennspannung zu wählen sind.
In Fig. 5 ist der spektrale Verlauf des Transmissionsvermögens T eines in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz gelangenden
Absorptionsfiltermaterials bei einer Dicke von 1 mm aufgezeigt, wie es in den
Filtern gem. Fig. 4a und 4b zum Einsatz gelangt.
Fig. 6 zeigt den spektralen Verlauf des Transmissionsvermögens T einer in
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz gelangenden
Interferenzschicht 26, welche in Form eines Punktrasters mit variablem
Bedeckungsgrad auf die Filterfläche der Filter nach den Fig. 2a bis 3b
aufgebracht wird.
1
Mikroskop
2
Lichtquelle
4
Linsen
6
Spiegel
8
Beleuchtungsstrahlengang
10
Präparat
11
Stromquelle
12
Steuerungseinrichtung
14
Aperturblende
16
Optisches Filter
18
Filterscheibe
20
Antriebswelle
22
Schrittmotor
24
Speicher
26
Interferenzschicht
28
Minimalwert
30
Maximalwert
32
rechteckförmiges Filter
34
Spindelantrieb
36
Doppelpfeil
38
Lichtfleck
40
Segmente
dmin
dmin
Minimalwert für die Dicke
dmax
dmax
Maximalwert für die Dicke
Claims (8)
1. Vorrichtung zur farbneutralen Helligkeitseinstellung im
Beleuchtungsstrahlengang (8) eines Mikroskops (1),
mit einer elektrisch gespeisten Lichtquelle (2) im Beleuchtungsstrahlengang (8) und einer zugehörigen Steuerungseinrichtung (12) zur Einstellung der der Lichtquelle zugeführten elektrischen Leistung und damit der Helligkeit des Beleuchtungsstrahlengangs (8),
und mit einer Einrichtung zur Kompensation der mit einer Erniedrigung der zugeführten elektrischen Leistung einhergehenden Rotverschiebung des Lichtquellenspektrums,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine durch die Verminderung der elektrischen Leistung bedingte Rotverschiebung des Lichtquellenspektrums durch Verschiebung eines optischen Filters (16) im Beleuchtungsstrahlengang (8) kompensierbar ist,
dessen Transmissionsvermögen für rotes Licht sich über die Filterfläche hinweg ändert und bei Verschiebung des Filters (16) eine Blauverschiebung des Beleuchtungsspektrums bewirkt,
und dass eine Steuerungseinrichtung (12) vorgesehen ist, die abhängig von der eingestellten Lichtquellenhelligkeit die Lage des Filters (16) motorisch ändert und dabei die Farbtemperatur des Beleuchtungslichtes automatisch konstant hält,
wobei die Strom- und/oder Spannungswerte für die Lichtquelle (2) zusammen mit den zugehörigen Helligkeitswerten und den Werten für die Filterlagen in einem Speicher (24) abgelegt und zur Einstellung auf einen neuen Helligkeitswert auslesbar sind.
mit einer elektrisch gespeisten Lichtquelle (2) im Beleuchtungsstrahlengang (8) und einer zugehörigen Steuerungseinrichtung (12) zur Einstellung der der Lichtquelle zugeführten elektrischen Leistung und damit der Helligkeit des Beleuchtungsstrahlengangs (8),
und mit einer Einrichtung zur Kompensation der mit einer Erniedrigung der zugeführten elektrischen Leistung einhergehenden Rotverschiebung des Lichtquellenspektrums,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine durch die Verminderung der elektrischen Leistung bedingte Rotverschiebung des Lichtquellenspektrums durch Verschiebung eines optischen Filters (16) im Beleuchtungsstrahlengang (8) kompensierbar ist,
dessen Transmissionsvermögen für rotes Licht sich über die Filterfläche hinweg ändert und bei Verschiebung des Filters (16) eine Blauverschiebung des Beleuchtungsspektrums bewirkt,
und dass eine Steuerungseinrichtung (12) vorgesehen ist, die abhängig von der eingestellten Lichtquellenhelligkeit die Lage des Filters (16) motorisch ändert und dabei die Farbtemperatur des Beleuchtungslichtes automatisch konstant hält,
wobei die Strom- und/oder Spannungswerte für die Lichtquelle (2) zusammen mit den zugehörigen Helligkeitswerten und den Werten für die Filterlagen in einem Speicher (24) abgelegt und zur Einstellung auf einen neuen Helligkeitswert auslesbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Filter (16) als rotierbare Filterscheibe (18) mit einem
konzentrisch zur Drehachse von einem Minimalwert (28) bis zu einem
Maximalwert (30) zunehmenden Transmissionsvermögen ausgebildet
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Filter (16) als linear verschiebbares Filterelement (32) mit
einem von einem Minimalwert (28) bis zu einem Maximalwert (30)
zunehmenden Transmissionsvermögen ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das Transmissionsvermögen kontinuierlich
oder in Stufen zunimmt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Filter (16) als Absorptionsfilter mit einer
veränderlichen Dicke ausgebildet ist und sich das
Transmissionsvermögen als Funktion der Dicke ändert.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Filter (16) als Interferenz- oder
Reflexionsfilter mit einer veränderlichen Flächenbelegung ausgebildet
ist und sich das Transmissionsvermögen als Folge der veränderlichen
Flächenbelegung ändert, wobei die Flächenbelegung vorzugsweise als
ein in einem Lithographie- und anschliessendem Aufdampfprozess
aufgebrachtes Punktraster ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Transmissionsvermögen T der Interferenzschicht bei einer
Wellenlänge von 425 nm T = 75%, bei 550 nm T = 17% und bei 650 nm
T = 5% beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Filter (16) unmittelbar neben einer im
Beleuchtungsstrahlengang (8) des Mikroskops (1) vorgesehenen
Aperturblende (14) angeordnet ist.
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