DE10148782A1

DE10148782A1 - Optisches Modulationselement

Info

Publication number: DE10148782A1
Application number: DE10148782A
Authority: DE
Inventors: Carsten Hoyer
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-24
Also published as: WO2003029872A1; US20050052735A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Modulator zur Nutzung in einem optischen Mikroskop, welcher die Einstellung verschiedener Kontrastmethoden ermöglicht. DOLLAR A Dazu besteht der Modulator aus 2 Platten 3 und 8 verschiedener Transparenz, die gezielt in den Beleuchtungsstrahlengang des Mikroskops einbringbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Modulationselement zur Benutzung in einem optischen Mikroskop.

In der Mikroskopie ist es bekannt, dass Objekte, welche keine Transparenzunterschiede zur Umgebung aufweisen, sondern sich lediglich in der Brechzahl oder der Dicke vom Umfeld unterscheiden, mit normalen Hellfeld-Mikroskopierverfahren nicht sichtbar gemacht werden können.

Zur Sichtbarmachung dieser Objekte kann man sogenannte Phasenkontrasteinrichtungen benutzen, wie sie z. B. in den deutschen Patentschriften DR 6 36 168 und DE 9 74 173 beschrieben sind. Bei diesen Einrichtungen werden meist in der Austrittspupille des Objektivs sogenannte "Phasenringe" angeordnet, welche auf entsprechende in konjugierten Ebenen des Beleuchtungsstrahlenganges angeordnete Blenden abgebildet werden. Diese Phasenringe bestehen aus ringförmigen Strukturen, welche die Phase oder Amplitude des durchgelassenen Lichts ändern. Entsprechende kreisringförmige Blenden werden in der Regel in der hinteren Brennebene des Kondensors so angeordnet, dass sie von dem aus Kondensor und Objektiv bestehenden optischen System exakt auf die Phasenringe abgebildet werden.

In den DE-OS 25 23 463 und 25 23 464 wurde vorgeschlagen, statt der ringförmigen Strukturen drei streifenförmige Bereiche mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften (Transparenz, Farbe, Polarisierung, Phasenverschiebung) zu verwenden. Dabei tritt zu der Sichtbarmachung der Phasenunterschiede noch ein Reliefeffekt ähnlich dem bei einseitiger schiefer Beleuchtung hinzu. Dieser Effekt wird nach seinem Erfinder Hoffman-Modulations-Kontrast genannt. Die genannten ring- oder streifenförmigen Strukturen werden als Modulationselemente oder Modulatoren bezeichnet. In der DE-OS 25 23 463 wurde auch vorgeschlagen, dass Größe und Form des Modulators verstellbar sind bzw. die Durchlässigkeit der mittleren Region variiert werden kann. Technische Mittel, mit denen sich diese Variationen realisieren lassen, wurden nicht offenbart. Auch in der Folgezeit wurden die entsprechenden Mikroskope ausschließlich mit vorbestimmten, vom Nutzer nicht veränderbaren Modulatoren gebaut. Dadurch war eine Anpassung der Beobachtungsbedingungen an die jeweiligen Eigenschaften der zu mikroskopierenden Präparate nur durch Austausch der Modulatoren möglich, wie dies z. B. in der Patentschrift US 5,969,853 mit einer Vielzahl verschiedener Modulatoren zum Ausdruck kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diese Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen optischen Modulator anzugeben, welcher in einfacher Weise an unterschiedliche Präparatbedingungen angepasst werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein optisches Modulationselement zur Nutzung in einem optischen Mikroskop mit einem optischen Strahlengang, bestehend aus mindestens drei Bereichen unterschiedlicher optischer Eigenschaften, wobei Mittel vorgesehen sind, welche die im Strahlengang wirksame Größe der optischen Bereiche und/oder die optischen Eigenschaften der Bereiche variieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.

Dabei ist es von Vorteil, wenn zwei oder mehr optische Elemente unterschiedlicher Transparenz gemeinsam oder einzeln definiert, d. h. mit vorbestimmten Wirkquerschnitt in den optischen Strahlengang einbringbar sind. Bevorzugte optische Elemente sind Platten, von denen eine erste vorzugsweise aus Glas ist und eine Transparenz von 50% aufweist, eine zweite eine Transparenz von 0% aufweist und welche im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des Mikroskops orientiert sind. Zur Realisierung einer 100% Transparenz wird das Licht an den vorbestimmten Stellen ungehindert durchgelassen. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die optischen Elemente Glasplatten sind, welche mit einem Streifenmuster mit einer sin²-förmigen Verteilung der Transparenz versehen sind, so dass die gemittelte Transparenz 50% ergibt, wobei die Perioden der sin²-förmigen Verteilung bevorzugt gleich sind.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die beiden Platten in Form von Schiebern realisiert werden, wie das in der Mikroskopie z. B. in der Form von Filterschiebern weithin üblich ist. Durch unterschiedlich weites Einbringen der Schieber und damit der Platten lassen sich in einfacher Weise unterschiedliche Bereiche mit verschiedenen Transparenzwerten im optischen Strahlengang des Mikroskops realisieren. Eine besonders bevorzugte Verwirklichung der Erfindung ergibt sich, wenn die beiden Schieber an den einander zugewandten Seiten Auskragungen aufweisen welche ineinander eingreifen können, so dass bei Bewegung eines Schiebers der zweite mitgenommen wird. Dadurch lässt sich der zweiten Schieber ohne eigenes Betätigungselement realisieren und trotzdem definiert in den Strahlengang einbringen oder herausnehmen.

Überraschenderweise lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Modulator nicht nur Ergebnisse erzielen, die dem Hoffman- Modulations-Kontrast entsprechen, sondern auch dem VAREL- Kontrast vergleichbar sind (variabler Reliefkontrast, beschrieben in DE-GM 82 19 123); darüber hinaus sind sowohl einseitiges Dunkelfeld sowie Hellfeld realisierbar.

Die zur Realisierung der verschiedenen Kontrastarten notwendigen Stellungen der beiden Glasplatten zueinander werden im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Modulators in Seitenansicht und die Fig. 2 bis X verschiedene Einstellungen des Modulators zur Realisierung der verschiedenen Kontrastarten.
In Fig. 1 definiert die Modulatoraufnahme 1 eines hier nicht dargestellten Kondensors den wirksamen Strahlquerschnitt des Beleuchtungsstrahlengangs eines ebenfalls hier nicht dargestellten Mikroskops. Eine in der Modulatoraufnahme 1 senkrecht zur optischen Achse 2 des Beleuchtungsstrahlengangs bewegbare Glasplatte 3 weist 50% Transparenz auf und ist über eine vordere Auskragung 4 und eine hintere Auskragung 5 in Wirkverbindung mit einer vorderen Auskragung 6 und eine hintere Auskragung 7 einer zweiten Platte 8, welche 0% Transparenz aufweist, bringbar. Diese zweite Platte 8 ist über ein Betätigungselement 9 ebenfalls senkrecht zur optischen Achse 2 bewegbar.
Wird nun mittels des Betätigungselementes 9 die Platte 8 ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Stellung in den Strahlengang eingeschoben, so schiebt sich die nicht durchlässige Platte 8 über die halbdurchlässige Platte 3. Über die hinteren Auskragungen 5 und 7 wird dann die Platte 3 mitgenommen bis zu einem hier nicht dargestellten Endanschlag. Das Ergebnis ist eine Beleuchtung im einseitigen Dunkelfeld, wie in Fig. 2 dargestellt.
Wird jetzt mittels des Betätigungselementes 9 die Platte 8 aus dem Strahlengang gezogen, verbleibt die halbdurchlässige Platte 3 zunächst an ihrem Platz, die Platte 9 gibt einen Bereich des Strahlengangs mit 50% Transparenz frei. Das Ergebnis ist in Fig. 3 dargestellt und bewirkt den normalen Hoffman-Modulations- Kontrast.
Wenn die Platte 8 weiter aus dem Strahlengang gezogen wird, steigt der Anteil des Wirkquerschnitts des Beleuchtungsstrahlengangs, welcher zu 50% gedämpft wird; es ergibt sich ein modifizierter Hoffman-Modulations-Kontrast. Wird die Platte 8 weiter herausgezogen, so kommt die hintere Auskragung 7 der Platte 8 in Wirkverbindung mit der vorderen Auskragung 4 der halbdurchlässigen Platte 3 und nimmt diese im weiteren Verlauf mit, so dass der Strahlengang freigeben wird. In der vorderen Endstellung, welche in Fig. 4 dargestellt ist, wird der Beleuchtungsstrahlengang durch den Modulator nicht beeinflusst, es ergibt sich normale Hellfeld-Beleuchtung.
Insgesamt lassen sich mit dieser Realisierung der Erfindung beliebige Verteilungen der unbeeinflussten, zu 50% gedämpften und komplett geblockten Beleuchtung erzielen, was eine variable Anpassung der Abbildungsverhältnisse an die Präparate in einfacher Weise erlaubt.
Eine weitere günstige Realisierung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die beiden Platten 3 und 8 aus Glas bestehen und jeweils mit einer Streifenstruktur mit sing-förmiger Verteilung der Transparenz und gleicher Periode belegt werden, wobei die Transparenz räumlich zwischen 0 und 100% wechselt und damit die mittlere Transparenz bei 50% liegt. Die Anordnung und Bewegung der Platten 3 und 8 wird in gleicher Weise wie im obigen Ausführungsbeispiel realisiert. Mit dieser Lösung ist es zusätzlich möglich, die Transparenz im Überdeckungsbereich der beiden Platten feinfühlig zwischen 50% (Streifenstrukturen deckungsgleich) und 100% (Streifenstrukturen um eine Halbe Periode gegeneinander verschoben) zu variieren.
Die Realisierung der Erfindung ist nicht an die angegebenen Ausführungsbeispiele gebunden, insbesondere sind auch andere Einrichtungen zum Verschieben der optischen Mittel des Modulators realisierbar.
Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die beiden Platten 3 und 8 so auszugestalten, dass statt der Transparenz andere optische Eigenschaften wie Farbe, Polarisation oder Phasenverschiebung gezielt variiert werden können.

Claims

1. Optisches Modulationselement zur Nutzung in einem optischen Mikroskop mit einem optischen Strahlengang, bestehend aus mindestens drei Bereichen unterschiedlicher optischer Eigenschaften, wobei Mittel vorgesehen sind, welche die im Strahlengang wirksame Größe der optischen Bereiche und/oder die optischen Eigenschaften der Bereiche variieren.

2. Optisches Modulationselement nach Anspruch 1, bei dem die Mittel zur Variation der optisch wirksamen Bereiche aus mindestens einem ersten und einem zweiten optischen Element unterschiedlicher Transparenz bestehen, welche einzeln und/oder gemeinsam so in den optischen Strahlengang einbringbar sind, dass ihre Wirkungsfläche in dem optischen Strahlengang variierbar ist.

3. Optisches Modulationselement nach Anspruch 2, wobei das erste optisches Element eine Glasplatte mit einer Transparenz von vorzugsweise 50% und das zweite optische Element eine Platte mit einer Transparenz von vorzugsweise 0% ist, wobei die Platten im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des optischen Strahlengangs orientiert sind.

4. Optisches Modulationselement nach Anspruch 2, wobei das erste und das zweite optisches Element im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des optischen Strahlengangs orientierte Glasplatten mit einem Streifenmuster mit sin³- förmiger Verteilung der Transparenz sind, wobei die mittlere Transparenz vorzugsweise 50% beträgt.

5. Optisches Modulationselement nach Anspruch 4, wobei die Perioden der sin²-förmigen Verteilung der Transparenz des ersten und des zweiten optischen Elements im wesentlichen gleich sind.

6. Optisches Modulationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die beiden optischen Elemente jeweils als Schieber ausgeführt sind.

7. Optisches Modulationselement nach Anspruch 6, wobei die beiden Schieber miteinander gekoppelt sind und nur einer der beiden Schieber ein Betätigungselement aufweist.

8. Optisches Modulationselement nach Anspruch 7, wobei der erste Schieber ein Betätigungselement und im wesentlichen an seiner distalen und an seiner proximalen Seite eine Auskragung aufweist, welche in Richtung auf den zweiten Schieber gerichtet ist, wobei der zweite Schieber ebenfalls im wesentlichen an seiner distalen und proximalen Seite Auskragungen aufweist, welche ihrerseits in Richtung auf den ersten Schieber gerichtet sind und wobei die Auskragungen mittels des Betätigungselementes lösbar in Eingriff bringbar sind, so dass bei Betätigen des Bedienelementes eine definierte Mitnahmebewegung des zweiten Schiebers bewirkt werden kann.

9. Mikroskop mit einem Optischen Modulationselement nach einem der vorherigen Ansprüche.