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Die
Erfindung betrifft eine Durchlichtbasis (Durchlichtbeleuchtungseinrichtung)
mit integrierter Lichtquelle für
Mikroskope, insbesondere für
solche mit kontinuierlich veränderbarer
Vergrößerung,
kurz Zoommikroskope genannt, wie Hochleistungsstereozoommikroskope,
sowie ein Verfahren zur Regelung der Beleuchtungsintensität einer
Durchlichtbasis. Genauer betrifft die Erfindung eine Durchlichtbasis zur
Beleuchtung eines Objekts zur Abbildung durch ein Zoommikroskop,
wobei diese Durchlichtbasis eine Lichtquelle mit zugeordneter elektrischer
Leistungsregelung zur Erzeugung eines geeigneten Strahlungsflusses
und nachschaltbare Mittel zur Erzeugung einer vorgegebenen spektralen
Intensitätsverteilung
aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren
bezieht sich auf die Änderung
oder Regelung der Beleuchtungsintensität und der spektralen Intensitätsverteilung
einer Durchlichtbasis für
eine Objektuntersuchung durch Abbildung eines Objekts mit einem
Zoommikroskop.
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Eine
Durchlichtbasis dient dazu, ein Objekt in einer für eine Betrachtung
mit einem Mikroskop geeigneten Weise zu durchleuchten. Zu diesem
Zweck erzeugt das durch die Durchlichtbasis auf das Objekt gerichtete
Licht in jedem Punkt des ausgeleuchteten Objektfeldes eine Strahlung
in einen Raumwinkel. Der Strahlungsfluss, der von einem Punkt des
Objektfeldes in einen infinitesimalen Raumwinkel ausgeht, wird als
Strahlstärke
bezeichnet.
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Unter
der Regelung der Beleuchtungsintensität einer Durchlichtbasis wird
hier die Regelung der Strahlstärke
verstanden. Im Gegensatz zum Beispiel zu Änderungen des Leuchtfelddurchmessers
oder der numerischen Apertur der Beleuchtung, die die Verteilung
der Strahlstärke
in Abhängigkeit
von Ort oder Winkel beeinflussen, wird bei einer Regelung der Beleuchtungsintensität der Durchlichtbasis
lediglich die Strahlstärke
unabhängig
von Ort und Winkel geregelt.
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Derartige
Durchlichtbasen mit integrierter Lichtquelle sind bekannt. Der Lichtquelle
ist üblicherweise
eine elektrische Leistungsregelung zugeordnet, mit der der Strom
oder die Spannung an der Lichtquelle eingestellt werden kann. Üblicherweise erfolgt
dann die Regelung der Beleuchtungsintensität durch Variation der Spannung
an der Lichtquelle. Weiterhin kann auch alternativ oder zusätzlich der Einsatz
von Neutralgraufiltern vorgesehen werden.
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Eine
Regelung der Beleuchtungsintensität kann aus verschiedenen Gründen notwendig
sein: zum einen erlauben bekannte Durchlichtbasen eine Objektbeleuchtung
mit verschiedenen Beleuchtungsarten, z.B. Durchlicht-Hellfeld, schräge Beleuchtung oder
Relief-Kontrast. Diese Beleuchtungsarten beeinflussen ebenso wie
die objektabhängigen
Transmissionseigenschaften der untersuchten Proben die Bildhelligkeit
stark. Schließlich
ist die gewünschte Bildhelligkeit
auch individuell vom Benutzer abhängig. Bei einer Objektuntersuchung
mit einem Zoommikroskop ist auch eine Regelung der Beleuchtungsintensität erforderlich,
da beim Betätigen
des Zooms die bildseitige Apertur und damit die Bildhelligkeit variiert.
Eine Objektuntersuchung bei konstanter Bildhelligkeit ist jedoch
erforderlich oder zumindest angestrebt, um z.B. Fehlbelichtungen
bei Verwendung von Kameras zu vermeiden oder etwa die Vergleichbarkeit
von Bildern einer Untersuchungsserie zu garantieren.
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Die
oben genannten Faktoren, die die Bildhelligkeit beeinflussen können, zeigen,
dass eine hohe Dynamik der Beleuchtungsintensität erforderlich ist, um alle
Beobachtungs- oder Beleuchtungsarten und Gerätekonfigurationen nutzen zu
können.
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Des
weiteren wird für
spezielle Anwendungen nicht nur eine bestimmte Bildhelligkeit, sondern auch
eine bestimmte Farbtemperatur oder spektrale Intensitätsverteilung
gefordert. Als Farbtemperatur bezeichnet man die Temperatur des
Schwarzen Strahlers mit (annähernd)
derselben spektralen Verteilung wie die der Beleuchtungsquelle.
Im allgemeinen verändert
sich die Farbtemperatur bei elektrischen Beleuchtungsquellen, wenn
die der Lichtquelle zugeführte
elektrische Leistung verändert
wird. Bei Glühlampen
oder Halogenlampen, die eine einem Schwarzen Strahler ähnliche
Lichtemissionscharakteristik aufweisen, verschiebt sich die Farbtemperatur
des von der Lichtquelle emittierten Spektrums bei einer Reduzierung
der zugeführten
elektrischen Leistung vom blauen Spektralbereich zum roten Spektralbereich
hin (auch als Rotverschiebung bezeichnet). Eine solche Farbtemperaturverschiebung ändert den Farbeindruck
der Objektabbildung und erschwert so den Vergleich der Ergebnisse
von verschiedenen Beleuchtungsarten. Dies veranschaulicht, dass
für spezielle
Anwendungen nicht nur eine (nahezu) konstante Bildhelligkeit sondern
auch eine (nahezu) konstante Farbtemperatur erwünscht ist.
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Aus
der
EP 1 418 454 A2 sind
ein Mikroskop und ein Verfahren bekannt, mit denen die Helligkeit und
der Farbeindruck der Objektabbildung konstant gehalten werden können. Die
Lehre dieses Dokuments geht von dem Problem aus, dass Veränderungen
der Einstellung betreffend Auflösung
und Kontrast des Mikroskops von einer Helligkeitsänderung des
Mikroskopbilds überlagert
sind. Gleichzeit führt eine
Helligkeitskorrektur, wie bereits oben erwähnt, bei den üblichen
Lichtquellen zu einer Farbtemperaturänderung. Als Lösung wird
in dem genannten Dokument vorgeschlagen, spektrale Korrekturmittel
in den Beleuchtungs- oder Abbildungsstrahlengang anzuordnen, die
die hervorgerufene Veränderung
der spektralen Intensitätsverteilung
(Farbtemperatur) des von der Lichtquelle emittierten Lichts derart
korrigieren, dass die spektrale Intensitätsverteilung des auf das Objekt
gerichteten Lichts zumindest weitgehend unverändert bleibt. Das spektrale
Korrekturmittel umfaßt
ein Farbfilter, das als kreisscheibenförmiges Interferenzfilter ausgebildet
ist, wobei unterschiedliche Filterflächen unterschiedliche spektrale Interferenzvermögen und
damit verbundene Transmissionsvermögen aufweisen. Je nach Drehung
des kreisscheibenförmigen
Filters kann durch partielles Einbringen der entsprechenden Filterfläche in die Apertur
der Beleuchtungseinrichtung ein durch einen Spannungsabfall eintretender
Farbtemperaturabfall kompensiert werden. Weitere geeignete spektrale Korrekturmittel
umfassen Absorptions- oder Reflexionsfilter. In einem automatisierten
Verfahren wird beispielsweise die Apertur des Beleuchtungsstrahlengangs
zur Erhöhung
des Bildkontrastes verringert, womit andererseits eine geringere
Auflösung
und eine geringere Bildhelligkeit verknüpft sind. Die verringerte Bildhelligkeit
kann mittels eines Steuerrechners automatisch über eine Erhöhung der
der Lichtquelle der Durchlichtbasis zuzuführenden elektrischen Leistung
ausgeglichen werden. Ebenfalls gleichzeitig berechnet der Steuerrechner
die erforderliche Stellung des Farbfilters in der Weise, dass eine
nahezu unveränderte
spektrale Intensitätsverteilung
des auf das Objekt gerichteten Lichts vorliegt.
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Die
in der
EP 1 418 454
A2 beschriebene Lehre ist für Compound-Mikroskope einsetzbar
und erfordert die Zugänglichkeit
einer Apertureinrichtung der Beleuchtung (z.B. Blende). Dabei entsprechen sich
die Apertur und das durch den Beleuchtungskondensor erzeugte Bild
der Objektiveintrittspupille. Bei Zoommikroskopen mit hohem Zoomfaktor
entspricht der Objektiveintrittspupille eine Apertur, die sich beim
Betätigen
des Zooms hinsichtlich Durchmesser und Lage verändert. Insbesondere bei Mikroskopen
mit hohem Zoomfaktor ändert
sich beim Zoomen die Apertur und damit die der Korrektur der Farbtemperatur
dienende Filterfläche
merklich. Bei Stereozoommikroskopen entsprechen den beiden Eintrittspupillen
zwei Aperturen, eine für
den rechten und eine für
den linken stereoskopischen Strahlengang, die sich beim Betätigen des
Zooms hinsichtlich ihres Durchmessers als auch ihrer Lage verändern. Es
ist nicht zu erwarten, dass das Einbringen eines Farbfilters im
Beleuchtungsstrahlengang, wie in der genannten Schrift vorgeschlagen,
beim Zoomen eine konstante und für
beide Stereokanäle
gleiche Farbtemperatur zur Folge hat.
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Durchlichtbasen
ohne integrierte Lichtquelle werden von Lichtleitern gespeist, zu
denen es Lampenhäuser
gibt, die sowohl eine Regelbarkeit der Bildhelligkeit bei konstanter
Farbtemperatur als auch eine Einstellung einer vorgegebenen Farbtemperatur gestatten.
Dies geschieht durch eine mechanische Sichelblende und durch eine
Spannungsregelung im Lampenhaus. Eine derartige Einrichtung, wie
sie aus Lampenhäusern
für Faserbeleuchtungen
bekannt ist, ist jedoch bei Durchlichtbasen mit integrierter Beleuchtung
nicht realisiert. In diesen Lampenhäusern wird das Licht einer
Reflektorlampe auf den geringen Durchmesser des Lichtleitereintritts
gebündelt
und dort gegebenenfalls durch eine Sichelblende beschnitten. Die
Inhomogenität
der Ausleuchtung des Fasereintritts wird durch die Durchmischung
der Fasern im Lichtleiter nahezu aufgehoben, so dass der Lichtleiteraustritt
zur homogenen Beleuchtung eines Objekts genutzt werden kann. Diese
vorteilhafte Anordnung in Lampenhäuser setzt die Verwendung von Lichtleitern
voraus und kann deshalb nicht in Durchlichtbasen mit integrierter
Lichtquelle Verwendung finden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, bei
einer Durchlichtbasis mit integrierter Lichtquelle für Zoommikroskope
eine Regelbarkeit der Beleuchtungsintensität und damit der Helligkeit
bei konstanter Farbtemperatur als auch die Einstellung einer vorgegebenen
Farbtemperatur zu ermöglichen.
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Die
vorliegende Erfindung löst
die genannte Aufgabe mit einer Durchlichtbasis mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 oder 2. In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung
ist die Lichtquelle der Durchlichtbasis als Reflektorlampe ausgebildet
und dicht an der Lichtaustrittsseite der Reflektorlampe ein kontinuierlich
regelbarer mechanischer Helligkeitsregler angeordnet, der mittels
einer zugeordneten Verstelleinrichtung derart ansteuerbar ist, dass
ohne Änderungen
der spektralen Intensitätsverteilung
die Beleuchtungsintensität
der Durchlichtbasis regelbar ist. Ein solcher, der Reflektorlampe
nachgeschalteter Helligkeitsregler erlaubt, die Beleuchtungsintensität in der
Durchlichtbasis innerhalb eines bestimmten Bereichs zu steuern oder
zu regeln, ohne dass die elektrische Leistung der Lichtquelle verändert werden
müßte, und
ohne dass sich somit die spektrale Intensitätsverteilung (Farbtemperatur) ändert. Somit ist
durch die Erfindung ein ideales Instrument geschaffen, in einer
Durchlichtbasis mit integrierter Lichtquelle, insbesondere für Zoommikroskope,
die Bildhelligkeit innerhalb eines bestimmten, durch den mechanischen
Helligkeitsregler vorgegebenen Bereichs anzupassen oder nachzuregeln.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle der
Durchlichtbasis als Lampe mit nachgeschalteter Kollektorlinse ausgebildet und
dicht an der Kollektorlinse ein kontinuierlich regelbarer mechanischer
Helligkeitsregler mit einer zugeordneten Verstelleinrichtung angeordnet, über die der
Helligkeitsregler derart ansteuerbar ist, dass ohne Änderung
der spektralen Intensitätsverteilung die
Beleuchtungsintensität
der Durchlichtbasis regelbar ist. Bei dieser Ausgestaltung der Lichtquelle
kann der Helligkeitsregler in Beleuchtungsrichtung sowohl vor, als
auch nach der Kollektorlinse angeordnet sein.
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Es
hat sich gezeigt, dass für
eine homogene Ausleuchtung der Objektebene der Durchlichtbasis eine
dichte Anordnung des Helligkeitsreglers an der Reflektorlampe bzw.
der Kollektorlinse notwendig ist, wobei der Helligkeitsregler vorzugsweise
in einem Bereich angeordnet wird, der von unmittelbar an der Reflektoraustrittsseite
bzw. Kollektorlinse bis zu einem Abstand von höchstens dem halben Reflektordurchmesser
bzw. dem halben Durchmesser der Kollektorlinse reicht. Es hat sich überraschender
Weise gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Durchlichtbasis und der
genannten Anordnung des Helligkeitsreglers eine ausreichende Bildhomogenität gewährleistet
wird. Weiterhin werden bei dieser Anordnung die Beleuchtungsapertur
als auch das beleuchtete Feld nicht wesentlich beeinflußt. Hierin
unterscheidet sich der mechanische Helligkeitsregler deutlich von den
bekannten Blenden, die die Strahlstärke im Objektfeld abhängig von
Ort und Winkel beeinflussen.
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Es
hat sich gezeigt, dass der erfindungsgemäße mechanische Helligkeitsregler
der vergleichsweise geringen Dynamik der Helligkeitsänderung beim
Zoomvorgang optimal angepaßt
werden kann. Somit ist es im allgemeinen möglich, während des Zoomvorgangs bei
einer Objektuntersuchung Bildhelligkeitsveränderungen primär oder ausschließlich durch
den mechanischen Helligkeitsregler zu kompensieren.
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Die
Beleuchtungsintensität
der Durchlichtbasis ist vorzugsweise mit dem mechanischen Helligkeitsregler
mindestens im Bereich 1:5 regelbar. Es sei in diesem Zusammenhang
darauf hingewiesen, dass der mechanische Helligkeitsregler sich
allgemein für
eine Helligkeitsregelung mit geringerer Dynamik einsetzen läßt. Dies
kann neben dem bereits erwähnten
Zoomvorgang auch bei einer benutzerabhängigen gewünschten Helligkeitsänderung
oder bei einer objektabhängigen
Helligkeitsänderung
der Fall sein. Es ist auch möglich,
dass gewisse Änderungen in
den Beleuchtungsarten der Durchlichtbasis nur zu geringen Helligkeitsänderungen
führen,
die mit dem mechanischen Helligkeitsregler ausgeglichen werden können.
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Der
mechanische Helligkeitsregler ist vorzugsweise als Jalousie mit
Lamellen ausgebildet. Eine solche Ausgestaltung erlaubt, die Emissionsfläche der
Lichtquelle vollständig
abzudecken und innerhalb dieser Fläche eine Helligkeitsänderung,
also eine Änderung
des Strahlungsflusses des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts
zu bewirken. Bei dieser Ausgestaltung sind die Lamellen durch die dem
Helligkeitsregler zugeordnete Verstelleinrichtung in ihrer Position
verstellbar.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Jalousie mindestens vier Lamellen aufweist,
weiter vorteilhaft sind sechs oder acht Lamellen. Die genaue Anzahl
der Lamellen hängt
in erster Linie von dem Durchmesser der Lichtquelle, der Größe der einzelnen
Lamellen sowie der gewünschten
Genauigkeit der Helligkeitsregulierung ab. Eine gerade Anzahl von
Lamellen ist vorteilhaft, da dann eine gleiche Anzahl von Lamellen oberhalb
und unterhalb der optischen Achse angeordnet werden können. Weiterhin
ist vorteilhaft, wenn die Lamellen untereinander parallel und jeweils
um eine Achse in einer Ebene senkrecht zur Beleuchtungsrichtung
kippbar angeordnet sind. In einer geöffneten Position der Jalousie
sind dann die Lamellenflächen
parallel zur Beleuchtungsrichtung ausgerichtet, so dass eine geringstmögliche Schwächung der
Beleuchtungsintensität
stattfindet, während
in einer geschlossenen Position der Jalousie die Lamellenflächen in
einem Winkel zur Beleuchtungsrichtung stehen (im Extremfall senkrecht
zur Beleuchtungsrichtung), so dass eine größtmögliche Schwächung der Beleuchtungsintensität die Folge
ist.
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Weiterhin
ist es sinnvoll, wenn die Lamellen der Jalousie aus Metall gefertigt
sind. Insbesondere bei Verwendung einer Reflektorlampe bietet sich
der Einsatz von Metallstreifen als Lamellen an, da es sich um ein
temperaturbeständiges
Material handeln muß.
Je nach eingesetzter Lichtquelle kann ein anderes Lamellenmaterial
eingesetzt werden. Auch teiltransparente Materialien sind denkbar,
so lange sich durch ein Verstellen der Lamellen die gewünschte Dynamik
der Beleuchtungsintensität
erzielen läßt.
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Es
hat sich als sinnvoll erwiesen, die Lamellen oberhalb der optischen
Achse ebenso wie die Lamellen unterhalb der optischen Achse jeweils
miteinander zu koppeln. Beim Schließen der Jalousie können sich
dann die oberen und die unteren Lamellen gegenläufig bewegen, so dass sich
die mittleren Lamellen auf der Achse treffen. Das Öffnen und
Schließen
der Jalousie wird durch die zugeordnete Verstelleinrichtung bewirkt,
bei der es sich um einen einfachen Hebel, der von Hand bedient wird,
oder um ein elektronisch gesteuertes Stellglied handeln kann. Die Art
und Weise der Verstellung der Jalousie geschieht in bekannter Weise.
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Es
hat sich weiter als sehr zweckmäßig erwiesen,
wenn die Lamellen zumindest entlang einer ihrer Längskanten
ein Profil aufweisen, insbesondere ein Profil in Gestalt eines Sägezahnprofils.
Bei einer teilweise oder ganz geschlossenen Jalousie erhöht eine
derartige Profilierung der Längskanten
der Lamellen im Vergleich zu einer geraden Längskante einer Lamelle die
Homogenität
der Beleuchtung, da insgesamt mehr Punkte zur Beleuchtung beitragen als
bei einer geraden Kantengeometrie der Lamellen. Hierbei ist es sinnvoll,
wenn beide Längskanten
einer Lamelle ein Sägezahnprofil
besitzen, wobei in der geschlossenen Position der Jalousie die Sägezahnprofile
symmetrisch zueinander (also ineinandergreifend), jedoch eventuell
mit Abstand zueinander liegen.
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Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass die Verwendung einer Jalousie mit parallel
angeordneten Lamellen trotz fehlender Rotationssymmetrie eine akzeptable
Homogenität
der Ausleuchtung der Objektebene und damit der Bildhelligkeit ermöglicht.
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Als
Alternative zu einer Jalousie als mechanischer Helligkeitsregler,
der die Größe des ausgeleuchteten
Objektfeldes und die numerische Apertur der Beleuchtung nicht verändert, können zwei
gleiche, hintereinander angeordnete schachbrettartige Siebbleche
eingesetzt werden, wobei die Helligkeitsregelung dadurch erfolgt,
dass die Siebbleche seitlich gegeneinander verschoben werden. Bei
dieser alternativen Ausgestaltung wirkt sich der Lichtverlust durch
die Stegbreiten auch bei der Stellung "offen" nachteilig aus.
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Ein
geeigneter Aufbau einer erfindungsgemäßen Durchlichtbasis besteht
neben der erwähnten integrierten
Lichtquelle, dem mechanischen Helligkeitsregler und den sich zweckmäßig anschließenden Mittel
zur Erzeugung einer vorgegebenen spektralen Intensitätsverteilung
aus einer Beleuchtungsoptik und eventuell einer Apertureinrichtung.
Die Beleuchtungsoptik besteht sinnvollerweise aus einer Kollektorlinse,
die das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht auf eine Mattscheibe
bündelt.
Weiterhin umfaßt
die Beleuchtungsoptik mit Vorteil Fresnellinsen, die das von der
Mattscheibe abgestrahlte Licht bündeln.
Weiterhin kann ein Umlenkspiegel vorgesehen sein, der das von den
Fresnel-Linsen gebündelte Licht
in Richtung des zu untersuchenden Objekts, und damit in Richtung
der Symmetrieachse des Mikroskops umlenkt. Es können ferner als Apertureinrichtung
Blenden vorgesehen sein, die die Beleuchtungsapertur beeinflussen,
um den Bildkontrast zu erhöhen.
Weiterhin ist es sinnvoll, wenn die Stellung des Umlenkspiegels
veränderbar
ist. Eine ausführliche
Beschreibung einer solchen Durchlichtbasis und der zugeordneten
Beleuchtungsarten findet sich in den Ausführungsbeispielen.
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Gegenstand
der Erfindung ist weiterhin das Gesamtgebilde aus Mikroskop und
erfindungsgemäßer Durchlichtbasis,
wobei das Mikroskop ein Zoomsystem aufweist. Wie bereits eingangs
erwähnt,
ist die erfindungsgemäße Durchlichtbasis
mit dem mechanischen Helligkeitsregler optimal für ein Zoommikroskop geeignet,
da die Dynamik des mechanischen Helligkeitsreglers ideal der Dynamik
der Helligkeitsänderung
beim Zoomvorgang angepaßt
werden kann. Insbesondere läßt sich
für Stereomikroskope, die
zwei Zoomsysteme, jeweils eines im rechten und linken stereoskopischen
Strahlengang enthalten, eine einfache Kompensation der Helligkeitsänderung beim
Zoomen erreichen, ohne dass jeder der beiden stereoskopischen Kanäle bzgl.
dieser Helligkeitskompensation zu regeln wäre, und ohne dass ein Eingriff
in diese Kanäle
erfolgen müßte. Die
erfindungsgemäße Durchlichtbasis
eignet sich insbesondere für
Stereomikroskope mit hohem Zoomfaktor, typischerweise z > 15 (der Zoomfaktor
gibt das Verhältnis
von maximaler zu minimaler Zoomvergrößerung an).
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Wiederum
sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Durchlichtbasis
mit ihrem mechanischen Helligkeitsregler allgemein Kompensationen
von Helligkeitsänderungen
geringer Dynamik erlaubt, also auch solche, die nicht (nur) durch
den Zoomvorgang bedingt sind. Beispiele solcher Helligkeitsänderungen
wurden bereits oben gegeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Mikroskop
ist es von Vorteil, wenn bildseitig ein Sensor zur Bestimmung der
Bildhelligkeit vorgesehen ist, und wenn weiterhin eine Steuereinheit
zur Betätigung
des mechanischen Helligkeitsreglers der Durchlichtbasis in Abhängigkeit
von der mittels des Sensors bestimmten Bildhelligkeit vorgesehen
ist. Eine solche Anordnung erlaubt die automatische Korrektur einer
veränderten
Bildhelligkeit durch entsprechende Verstellung des mechanischen
Helligkeitsreglers der Durchlichtbasis. Diese Bildhelligkeitskorrektur
ist, wie bereits erwähnt,
nur innerhalb des durch den Helligkeitsregler vorgegebenen Bereichs
möglich.
Daher kann es weiterhin sinnvoll sein, wenn eine Steuereinheit vorgesehen
ist, die die elektrische Leistungsregelung der Lichtquelle sowie
die Mittel zur Erzeugung einer vorgegebenen spektralen Intensitätsverteilung in
der Durchlichtbasis in Abhängigkeit
von der vom Sensor bestimmten Bildhelligkeit betätigt. Mit dieser Anordnung
lassen sich Helligkeitsänderungen
dadurch kompensieren, dass die Leistung der Lichtquelle entsprechend
angepaßt
wird. Da dies eine Veränderung
der Farbtemperatur nach sich zieht, werden gleichzeitig die Mittel
zur Erzeugung einer vorgegebenen spektralen Intensitätsverteilung
angesteuert, um eine Farbtemperaturänderung zu kompensieren. Es
ist sinnvoll, wenn diese Art der Bildhelligkeitskorrektur erst dann
eingreift, wenn die durch Betätigung
des mechanischen Helligkeitsreglers ermöglichte Bildhelligkeitskorrektur
an ihre Grenzen gerät.
Hierzu ist es zweckmäßig, die
erwähnte
Steuereinheit mit den drei Komponenten (mechanischer Helligkeitsregler,
Leistungsregelung der Lichtquelle, Mittel zur Farbtemperaturänderung)
in Wirkverbindung zu bringen.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Regelung
der Beleuchtungsintensität und
zur Regelung der spektralen Intensitätsverteilung einer Durchlichtbasis
für eine
Objektuntersuchung durch Abbildung eines Objekts mit einem Zoommikroskop.
Die Durchlichtbasis weist hierbei eine Lichtquelle mit Leistungsregelung,
einen mechanischen Helligkeitsregler sowie nachschaltbare Mittel
zur Erzeugung einer vorgegebenen spektralen Intensitätsverteilung
auf. Hierbei betrifft das vorgeschlagene Verfahren insbesondere
die Vorgehensweise zur Voreinstellung der gewünschten Bildhelligkeit und
die nachfolgende Korrektur der Bildhelligkeit während der Objektuntersuchung.
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Zunächst einmal
ist es zweckmäßig, wenn die
erwähnten
drei Komponenten der Durchlichtbasis, nämlich die Leistungsregelung
der Lichtquelle, die Mittel zur Einstellung der vorgegebenen Farbtemperatur
und der mechanische Helligkeitsregler unabhängig voneinander betätigt werden
können,
um die gewünschte
Bildhelligkeit und spektrale Intensitätsverteilung zur Objektuntersuchung
mit dem Mikroskop einzustellen. Dies ist insbesondere zur Voreinstellung
der genannten Parameter zweckmäßig. Nach
erfolgter Voreinstellung kann die Bildhelligkeit während der
Objektuntersuchung primär
oder allein durch Verstellung des mechanischen Helligkeitsreglers
konstant gehalten werden.
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Bei
Verwendung der genannten Jalousie als mechanischen Helligkeitsregler
ist es sinnvoll, die Voreinstellung mit geöffneter (oder geschlossener) Position
der Jalousie vorzunehmen, so dass ein Betätigen der Jalousie während der
Objektuntersuchung zu einer Verminderung (oder Erhöhung) der Bildhelligkeit
führt.
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Besonders
vorteilhaft hat sich das nachfolgende Verfahren mit den Schritten
A) bis E) erwiesen, wobei die Schritte A) bis D) die Voreinstellung beschreiben:
- A) an der Durchlichtbasis und am Mikroskop
wird die Untersuchungsbedingung mit maximalem Bedarf an Beleuchtungsintensität eingestellt.
Hierbei handelt es sich um diejenige Beleuchtungsart der Durchlichtbasis,
die den Strahlungsfluß am stärksten schwächt; gleiches
gilt für
die Einstellungen am Mikroskop, insbesondere am Zoomsystem, das
folglich in eine Stellung gebracht wird, in der es den Strahlungsfluß oder die
Bildhelligkeit am stärksten
abschwächt.
- B) Der mechanische Helligkeitsregler wird in seine Position
der geringstmöglichen
Schwächung der
Beleuchtungsintensität
eingestellt, also bei Verwendung der genannten Jalousie wird diese
in die oben genannte geöffnete
Position gebracht. Gleichzeitig werden die Mittel zur Erzeugung
einer vorgegebenen spektralen Intensitätsverteilung entfernt bzw.
in eine Stellung gebracht, in der keine Änderung der Farbtemperatur
verursacht wird.
- C) Anschließend
wird die gewünschte
Bildhelligkeit durch entsprechende Leistungsregelung der Lichtquelle
eingestellt. Hierbei handelt es sich um eine Einstellung im höheren Bereich
der elektrischen Leistung der Lichtquelle, um den maximalen Helligkeitsbedarf
abdecken zu können.
- D) Im Falle einer unerwünschten
spektralen Intensitätsverteilung,
also einer unerwünschten
Farbtemperatur, werden die Mittel zur gezielten Farbtemperaturänderung
in die Durchlichtbasis eingebracht bzw. in die entsprechende Stellung
gebracht und erneut die gewünschte
Bildhelligkeit durch Leistungsregelung der Lichtquelle eingestellt.
Diese Maßnahme
bietet sich auch in dem Fall an, in dem die elektrische Leistungsregelung der
Lichtquelle nicht ausreichend regelbar ist. Dies ist beispielsweise
dann der Fall, wenn der Regelbereich des Potentiometers der elektrischen
Leistungsregelung aufgrund einer zu großen Rot-(oder Blau-) Verschiebung
an eine Grenze stößt. In diesem
Fall läßt sich
nach einer gezielten Farbtemperaturänderung der Regelbereich wieder
erweitern. Nach dieser Voreinstellung der gewünschten Bildhelligkeit und
spektralen Intensitätsverteilung
wird im folgenden Schritt
- E) vorzugsweise allein der mechanische Helligkeitsregler betätigt, so
dass während
der Objektuntersuchung, insbesondere bei einem Zoomvorgang, die
Bildhelligkeit bei der eingestellten spektralen Intensitätsverteilung
konstant gehalten wird.
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Bei
dem beschriebenen Verfahren ist es sinnvoll, wenn in Schritt A)
das Objekt bereits plaziert und das Mikroskop fokussiert ist. Sollte
sich die Konstanz der Bildhelligkeit nicht allein durch den mechanischen
Helligkeitsregler bewerkstelligen lassen, kann eine erneute Regelung
der elektrischen Leistung der Lichtquelle erfolgen, wobei dies in
der Regel von einem erneuten Einstellen der gewünschten Farbtemperatur begleitet
ist.
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Es
sei angemerkt, dass die oben erwähnte Regelung
der Beleuchtungsintensität
zur Voreinstellung (Schritte A) bis D)) und zur Objektuntersuchung (Schritt
E)) auch vom umgekehrten Fall ausgehen kann, bei dem an der Durchlichtbasis
und am Mikroskop die Untersuchungsbedingungen mit minimalem Bedarf
an Beleuchtungsintensität
eingestellt werden, wobei die Jalousie in diesem Fall in die geschlossene Position
gebracht werden muß.
Die weitere Voreinstellung wird dann in analoger Weise vorgenommen, wobei
zur nachfolgenden Objektuntersuchung vorzugsweise allein der mechanische
Helligkeitsregler betätigt,
d. h. die Jalousie geöffnet
wird. Ohne Einschränkung
der Allgemeinheit soll nachfolgend lediglich auf das zuerst geschilderte
Verfahren gemäß Schritte
A) bis E) Bezug genommen werden.
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Zur
Automatisierung des geschilderten Verfahrens ist es zweckmäßig, wenn
sich an den genannten Schritt D) ein weiterer Schritt D1) anschließt, der
die Übergabe
der Einstellungen der durch die Schritte A) bis D) getätigten Voreinstellung
an eine Steuereinheit umfaßt.
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Diese
Steuereinheit kann dann zumindest den mechanischen Helligkeitsregler
bzw. dessen Verstelleinrichtung ansteuern, um die Bildhelligkeit während der
Objektuntersuchung konstant zu halten. Darüber hinaus ist es auch sinnvoll,
wenn die Steuereinheit die Leistungsregelung der Lichtquelle und
die Mittel zur Erzeugung einer vorgegebenen spektralen Intensitätsverteilung
ansteuert, um, insbesondere dann, wenn der Regelbereich des mechanischen Helligkeitsreglers
erschöpft
ist, die Bildhelligkeit während
der Objektuntersuchung ohne Änderung
der Farbtemperatur konstant zu halten.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass in der Praxis ein absolutes Konstanthalten
der spektralen Intensitätsverteilung
kaum möglich
ist, sondern dass es ausreichend ist, wenn die spektrale Intensitätsverteilung
zumindest im beobachtbaren Spektralbereich im wesentlichen unverändert bleibt.
Die Anforderungen hier richten sich selbstverständlich auch an die Art der
Beobachtung, hängen
also davon ab, ob eine Bedienperson oder eine Digitalkamera die
Bilder beobachtet bzw. auswertet.
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Im
folgenden sollen anhand von in den Figuren illustrierten Ausführungsbeispielen
die Erfindung und deren Vorteile näher erläutert werden.
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Es
zeigt
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1 eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Durchlichtbasis
schematisch im Längsschnitt,
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2 eine
zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Durchlichtbasis
schematisch im Längsschnitt,
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3 eine
schematische Darstellung eines mechanischen Helligkeitsreglers in
Aufsicht,
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4 die
Abhängigkeit
der Farbtemperatur vom Lichtstrom für verschiedene Komponenten
und deren Kombination einer in 1 dargestellten Durchlichtbasis
gemessen an der Austrittspupille eines Mikroskops,
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5 das
Diagramm aus 4 mit eingezeichneter angenehmer
Bildhelligkeit und
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6 ein
Stereomikroskop in schematischer Darstellung mit der erfindungsgemäßen Durchlichtbasis
zur Objektuntersuchung.
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1 zeigt
die erfindungsgemäße Durchlichtbasis 1.
Die optische Achse ist mit 2 bezeichnet. Eine Reflektorlampe 3 strahlt
als Lichtquelle divergent Licht einer bestimmten spektralen Zusammensetzung
ab. Mit Hilfe der elektrischen Leistungsregelung 31, üblicherweise
ein Spannungsregler, ist die Lichtleistung der Lampe von Hand oder
von einem elektronisch gesteuerten Stellglied in bekannter Weise
regelbar.
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Dicht
am Reflektoraustritt ist als mechanischer Helligkeitsregler eine
Jalousie 4 angeordnet. Bei dieser Anordnung bleibt die
Beleuchtungsapertur und das beleuchtete Feld der Objektebene 14 durch den
mechanischen Helligkeitsregler im wesentlichen unverändert. Die
Jalousie 4 ist entweder von Hand über einen Hebel (nicht dargestellt)
oder von einem elektronisch gesteuerten Stellglied 41 zu
betätigen.
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Als
Mittel zur Erzeugung einer vorgegebenen spektralen Intensitätsverteilung
ist der Jalousie ein Filtereinschub 5 nachgeordnet, mit
dessen Hilfe ein Farbkonversionsfilter 6, z.B. ein Schott
BG34 1mm, bei Bedarf entweder vollständig in den Strahlengang eingeführt werden
kann, oder vollständig aus
ihm entfernt werden kann. Der Filtereinschub 5 läßt sich
in bekannter Weise von Hand oder einem elektronisch gesteuertem
Stellglied 51 betätigen.
Alternativ kann man, sofern es die Größenverhältnisse zulassen, auch ein
Farbkonversionsfilterrad wenigstens teilweise in den Strahlengang
einbringen, wobei die in Strahlengang eingebrachten Filterflächen des Filterrades
eine nahezu variable Anpassung der Farbtemperatur erlauben.
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Die
den Filtereinschub folgende Kollektorlinse 7 bündelt das
von der Reflektorlampe ausgestrahlte Licht auf eine Mattscheibe 8.
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Das
von der Mattscheibe 8 ausgehende Licht wird durch die Fresnel-Linsen 10 und 12 gebündelt und
durch den Umlenkspiegel 13 auf die Objektebene 14 gelenkt.
In seiner 45° Stellung
lenkt der Umlenkspiegel 13 das Licht in Richtung der Symmetrieachse
des Mikroskops 21 (vergleiche 6).
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Zwischen
den Fresnel-Linsen 10 und 12 ist eine Diffusor 11 angeordnet,
um Moiré-Effekte,
hervorgerufen durch die Fresnel-Linsen, zu unterdrücken.
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Des
weiteren sind dicht an der Fresnel-Linse 10 auf der Seite
der Mattscheibe 8 zwei schwenkbare Blenden 9a, 9b eingebaut,
die eine Blende 9 oder allgemein eine Apertureinrichtung
bilden.
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Zunächst sei
die Bedeutung des Umlenkspiegels 13 zur Objektuntersuchung
dargestellt. Ist der Umlenkspiegel 13 unter 45° angeordnet,
wird das auf der Objektebene 14 befindliche Objekt 15 steil durchleuchtet.
Durch kontinuierliches Verstellen kann der Umlenkspiegel bis in
eine andere, gestrichelt eingezeichnete Position 13a gebracht
werden, in der das Objekt 15 einseitig flach beleuchtet
wird. Diese Beleuchtungsart ist vorteilhaft zur Erkennung von Strukturen
und Konturen, erfordert aber eine erhöhte Beleuchtungsintensität, da viel
Licht am Objektiv 23 vorbeigeleitet wird. Neben den durch
die verschiedenen Positionen des Umlenkspiegels ermöglichten verschiedenen
Durchlichtmethoden erlauben die schwenkbaren Blenden 9a, 9b zusätzlich ein
Kontrastierverfahren für
farblose, transparente Proben (sogenannte Rottermann-Contrast-Technik). Auch dieses
Kontrastierverfahren benötigt
eine erhöhte Beleuchtungsintensität, da viel
Licht von den Blenden abgeschattet wird. Durch dieses Kontrastierverfahren
können Änderungen
des Brechnungsindex in der Probe als Helligkeitsunterschiede dargestellt werden.
Phasenstrukturen ergeben dann typischerweise reliefartige Bilder.
Durch feines Kippen des Umlenkspiegels 13 läßt sich
der durch die eingebauten Blenden 9a, 9b erzeugte
Reliefeffekt zusätzlich von
leicht bis stark regulieren. Dieses Kontrastierverfahren bietet
die Möglichkeit,
transparente Objekte zu untersuchen, die im direkten Durchlicht-Hellfeld kaum
zu erkennen sind. Die Anwendung eignet sich also insbesondere für die Molekularbiologie,
Embryologie, Mikrobiologie und Genetik. Bei Objekten mit ausreichendem
Kontrast (gefärbte
Amplitudenpräparate)
kann auch im direkten Durchlicht-Hellfeld
gearbeitet werden. Durch Verstellung des Umlenkspiegels 13 können die
Lichtstrahlen von steil bis flach durch das Objekt 15 gelenkt
werden und somit kann im exakten Hellfeld bei maximaler Helligkeit
bis zu einem dunkelfeldähnlichen
Durchlicht mit geringer Helligkeit, in dem sich feine Konturen deutlich
abheben, gearbeitet werden. Nähere
Informationen zu den beschriebenen Beleuchtungsarten können der
folgenden Druckschrift der Anmelderin entnommen werden: Dokument-Nr.
M1-216-2de (bzw. -2en für
die englische Version) -VIII 2003 (vom August 2003). Die dort eingesetzte
Durchlichtbasis entspricht bezüglich der
Apertureinrichtung und der Verschieb- und Verschwenkbarkeit des
Umlenkspiegels der in 1 dargestellten, jedoch nicht
bezüglich
der integrierten Lichtquelle mit nachgeschaltetem mechanischem Helligkeitsregler
und Filtereinschub, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind.
Zu den möglichen Untersuchungsmethoden
und den unterschiedlichen Einstellmöglichkeiten der Durchlichtbasis
sei ausdrücklich
auf das genannte Dokument der Anmelderin verwiesen.
-
Im
folgenden seien Aufbau und Funktion der Jalousie 4 näher erläutert. Die
Lamellen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e und 4f sind
dreh- oder kippbar um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene (bzw.
der Ebene des Längsschnitts
durch die Durchlichtbasis). Bei waagrechter Stellung der Lamellen 4a–4f ist
die Jalousie maximal lichtdurchlässig,
bei senkrechter Stellung der Lamellen verdecken diese den Lichtaustritt
aus der Reflektorlampe 3. In diesem Ausführungsbeispiel sind
die Lamellen 4a, 4b, 4c oberhalb der
optischen Achse 2 miteinander gekoppelt, ebenso die Lamellen 4d, 4e,
und 4f unterhalb dieser Achse 2. Beim Schließen der
Jalousie 4 bewegen sich aber die oberen und die unteren
Lamellen gegenläufig,
so dass sich die mittleren Lamellen 4c und 4d auf
der Achse treffen. Um eine möglichst
feine Regulierung des Lichtflusses durch die Jalousie erzielen zu
können,
sind vier oder mehr Lamellen sinnvoll. Statt der in diesem Ausführungsbeispiel
dargestellten sechs Lamellen können
je nach Größe der Reflektorlampe 3 auch
acht oder mehr Lamellen Einsatz finden.
-
Bei
dem in 1 dargestellten Aufbau der Durchlichtbasis 1 hat
die Mattscheibe 8 die Funktion eines Flächenstrahlers. Verlängerungen
der für
die Probenbeobachtung genutzten Strahlenbündel durch die Objektebene 14 ins
Innere der Durchlichtbasis 1 treffen für den rechten und linken stereoskopischen Strahlengang
im Falle der Verwendung eines Stereomikroskops und in Abhängigkeit
vom verwendeten Objektiv und der gewählten Zoomstellung auf unterschiedliche
Flächen
der Mattscheibe 8. Eine homogene Ausleuchtung der Mattscheibe 8 ist
erforderlich, um eine homogene Bildhelligkeit für alle verwendbaren Objektive
und Zoomstellungen zu erhalten. Die Größe des Reflektorspiegels der
Lichtquelle 3 und die Brechkraft der Kollektorlinse 7 sind
so gewählt, dass
die oben erwähnten
Beobachtungsstrahlenbündel
in ihrer Verlängerung
durch die Mattscheibe 8 im wesentlichen auf die Reflektorfläche treffen.
Aus diesem Grund ist keine starke Streuwirkung und kein damit verbundener
starker Lichtverlust der Mattscheibe erforderlich.
-
Des
weiteren ist die Jalousie 4 dicht am Reflektorausgang und
weit genug von der Mattscheibe 8 entfernt, um beim Schließen eine
akzeptable Homogenität
auf der Mattscheibe und damit im Bild der Probe zu erzeugen. Bei
nahezu geschlossenen Lamellen 4a–4f unterstützt ihre
Zahnung (vergleiche 3) die Verwaschung der Lamellenstruktur
auf der Mattscheibe 8 und damit deren homogene Ausleuchtung.
-
2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Durchlichtbasis,
die bis auf die Lichtquelle dieselben Komponenten aufweist wie die
Durchlichtbasis aus 1. Gleiche Komponenten sind
entsprechend mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Als Lichtquelle
in der Durchlichtbasis aus 2 dient
die Kombination einer Lampe 17 mit einer Kollektorlinse 18 und
als Lampe 17 wird üblicherweise
eine Halogen-Niedervoltlampe
verwendet. Die nachgeschaltete Kollektorlinse 18 bewirkt,
dass ein großer
von der Lampe ausgehender Lichtkegel erfaßt und in die nachfolgende
Beleuchtungsoptik gelenkt wird. Die Leistung der Lampe 17 ist über einen Leistungsregler
(Spannungsregler) 31 steuer- oder besser regelbar, so dass sich
der Strahlungsfluss und damit die Strahldichte auf der Objektebene 14 regeln läßt. Dicht
an der Kollektorlinse 18 ist als Helligkeitsregler auch
in dieser Ausführungsform
eine Jalousie 4 angeordnet. Da im übrigen der Aufbau und die Funktionsweise
der in 2 dargestellten Durchlichtbasis 1 derjenigen
aus 1 entspricht, sei auf die Erläuterungen zu 1 verwiesen.
-
Die
Jalousie 4 kann in der in 2 dargestellten
Durchlichtbasis 1 auch vor die Kollektorlinse 18 gesetzt
werden. In beiden Fällen
ist darauf zu achten, dass der Abstand der Jalousie 4 vom
Scheitel der Kollektorlinse 18 nicht größer als der halbe Durchmesser
der Kollektorlinse 18 ist. Obwohl bei den in 1 und 2 dargestellten
Anordnungen von Lichtquelle und Jalousie 4 mit Inhomogenitäten des
ausgeleuchteten Objektfeldes zu rechnen ist, hat sich überraschend
herausgestellt, dass eine absolut ausreichende Homogenität der Beleuchtung
des Objektfeldes erzielt werden kann.
-
In 3 ist
eine Jalousie 4 schematisch in Aufsicht dargestellt, wobei
zur besseren Veranschaulichung der Struktur der Lamellenkanten eine
geschlossene Position gezeigt ist, wobei zudem die Abstände der
Lamellen 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f untereinander
vergrößert dargestellt
sind. Wie aus 3 ersichtlich, besitzen die
Längskanten
der Lamellen die Gestalt eines Sägezahnprofils 20,
wobei die äußersten
Lamellen 4a und 4f dieses Profil nur auf ihrer
inneren Längskante
aufweisen, während
alle anderen Lamellen 4b, 4c, 4d, 4e,
auf beiden Längskanten
ein Sägezahnprofil 20 besitzen.
In der geschlossenen Position der Jalousie 4 greifen folglich
die Sägezahnprofile 20 benachbarter Lamellen 4a, 4b sowie 4b, 4c u.s.f.
ineinander. Die Abstände
zwischen den Lamellen 4a, 4b, 4c, usw.
sind in der Praxis in der geschlossenen Position wesentlich geringer
als in 3 dargestellt. Selbstverständlich kann auch eine vollkommen
geschlossene Position gewählt
werden, in der kein Licht durch die Jalousie 4 mehr hindurchtritt.
Die Sägezahnprofilierung
hat den Vorteil, dass im Vergleich zu geraden Längskanten der Lamellen das Licht
der Lichtquelle an mehr Punkten und stärker räumlich verteilt durch die Jalousie 4 hindurchtritt, wodurch
die Homogenität
der Beleuchtung im Vergleich zu profillosen Längskanten verbessert wird.
Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz einer in 3 dargestellten
Jalousie 4 in einer Durchlichtbasis 1 gemäß 1 oder 2 zu
einer Verwaschung der Lamellenstruktur im Objektfeld führt und
damit zu einer akzeptablen Beleuchtungs- und Bildhomogenität. Zur Funktionsweise
der Betätigung
der in 3 dargestellten Jalousie 4 wird auf die
obigen Erläuterungen verwiesen.
-
Es
sei noch erwähnt,
dass bei Verwendung stark vergrößernder
Objektive 23 des Stereomikroskops 21 große Beleuchtungswinkel
senkrecht zur Zeichenebene benötigt
werden. Um eine zu große Breite
der Fresnel-Linsen 10, 12 und der Mattscheibe 8 zu
vermeiden, kann es vorteilhaft sein, den kipp- und verschiebbaren
Umlenkspiegel 13 nicht als Planspiegel sondern als Zylinderhohlspiegel
auszubilden, wobei sich die Zylinderachse in der Zeichenebene befindet.
Der Umlenkspiegel 13 kann auch als Planspiegel auf der
einen Seite und als Zylinderspiegel auf der Rückseite ausgebildet und wendbar
gelagert sein, so dass für
hochvergrößernde Objektive 23 der Zylinderspiegel
und für
nicht so starke Objektive 23 der Planspiegel verwendbar
ist.
-
Die
in diesem Ausführungsbeispiel
behandelte Durchlichtbasis 1 ist insbesondere zum Einsatz von
Stereomikroskopen 21 unterschiedlich hoher Zoomfaktoren
und unterschiedlich vergrößernder Objektive 23 bestimmt.
Dabei erfordern die Wahl des Objektivs 23 und die Beobachtungsmethode
(siehe oben: steile Beleuchtung, flache Beleuchtung, Kontrastierverfahren)
unterschiedlich hohe Lichtleistung zur Beleuchtung des Objekts 15.
Sind das Objektiv 23 und die Beobachtungsmethode gewählt, so
wird die Bildhelligkeit weiterhin durch die Zoomstellung des Zoomsystems 22 beeinflußt. Es ist
daher eine hohe Dynamik der Beleuchtungsintensität erforderlich, um alle Beobachtungsarten
bzw. Beleuchtungsarten und Gerätekonfigurationen
nutzen zu können. Obendrein
ist eine Regelung der Beleuchtungsintensität gewünscht, die die Farbtemperatur
des Lichtes beim Zoomen konstant hält. Für diese Regelung ist nur eine
geringere Dynamik erforderlich.
-
Beide
Forderungen kann die erfindungsgemäße Durchlichtbasis 1 erfüllen. Die
Forderung nach einer hohen Dynamik der Beleuchtung wird durch die elektrische
Leistungsregelung 31 der Lichtquelle 3 und den
wahlweisen Einschub von Farbkonversionsfiltern 6 erfüllt. Diese
Dynamik der Beleuchtungsintensität
kann noch erhöht
werden durch die mechanische Helligkeitsregelung, also hier durch
das Betätigen
der Jalousie 4, wodurch die Farbtemperatur bei sich ändernder
Strahlstärke
konstant bleibt. Für
sich allein genommen kann das Betätigen der Jalousie 4 die
geringere Dynamik der Regelung der Beleuchtungsintensität beim Zoomvorgang
mit Konstanz der Farbtemperatur erfüllen.
-
In 4 ist
die Farbtemperatur der Lichtquelle in Kelvin als Funktion des Lichtstroms
(logarithmisch in Lumen (lm)) einer Reflektorlampe aufgetragen.
Die Farbtemperatur stellt diejenige Temperatur eines Schwarzen Strahlers
dar, der im betrachteten Spektralgebiet die gleiche spektrale Intensitätsverteilung
aufweist wie die betreffende Lichtquelle. Die Kurve F1 ist die Darstellung
dieser Abhängigkeit für verschiedne
Spannungen (6V, 8V, 10V und 12V) für die Reflektorlampe allein.
Die Kurve F2 stellt diese Beziehung dar, für die Kombination aus Reflektorlampe 3 und
Farbkonversionsfilter 6. Die dargestellten Kurven sind
schematisch. Der Farbkonversionsfilter 6 erhöht sichtlich
die Farbtemperatur und führt somit
zu einer Blauverschiebung der spektralen Intensitätsverteilung.
Bei den bisher üblichen
Durchlichtbasen sind mögliche
Einstellungen von Farbtemperatur und Lichtstrom auf die beiden Kurven
F1 und F2 beschränkt.
Bei der erfindungsgemäßen Durchlichtbasis 1 mit
der mechanischen Helligkeitsregelung 4 erhält man die
Kurven F1 und F2 in geöffneter Position
des mechanischen Helligkeitsreglers 4. Beim Schließen des
mechanischen Helligkeitsreglers 4 wird die Bildhelligkeit
ohne Änderung
der Farbtemperatur verringert. Aus den Kurven F1 und F2 werden auf
diese Weise die Flächen
A1 bzw. A2, die für
die möglichen
Einstellungen zur Verfügung
stehen. Die Flächen
A1 und A2 beschreiben somit den Vorteil der erfindungsgemäßen Durchlichtbasis
gegenüber
herkömmlichen
Durchlichtbasen mit integrierter Beleuchtung, die nur die Kurven
F1 und F2 ausweisen.
-
Es
sei angemerkt, dass 4 nur beispielhaften und schematischen
Charakter besitzt, insbesondere sind Farbkonversionsfilter einsetzbar,
die andere Verschiebungen, insbesondere auch Rotverschiebungen verursachen.
Bei Verwendung eines Systems mit Lampe und Kollektorlinse ergeben
sich ähnliche
Kurven und Flächen,
wie sie die 4 und 5 darstellen.
-
5 ist
eine zu 4 analoge Darstellung, jedoch
ist hier die Bildhelligkeit anhand des Lichtstromes gemessen in
der Austrittspupille des Mikroskops für eine typische Anwendung dargestellt.
In dieser Anwendung bezeichnet F3 den Ort der angenehmen Bildhelligkeit.
Je nach Probendichte, also Beschaffenheit des Objekts 15,
Beleuchtungsart der Durchlichtbasis 1 und Vergrößerung des
Mikroskops 21 verschieben sich die Flächen A1 mit rechtem Rand F1
sowie A2 mit rechtem Rand F2 nach rechts oder links gegenüber F3.
Die Lage von F3 kann ihrerseits benutzerabhängig sein.
-
Das
Verfahren zur Regelung der Beleuchtungsintensität einer Durchlichtbasis besteht
darin, durch Einstellung der Lampenspannung und/oder Filterwahl
bei geöffneter
Jalousie die Bildhelligkeit bei maximalem Bedarf an Beleuchtungsintensität so zu wählen, dass
die Kurve F1 (ohne Farbkonversionsfilter) oder F2 (mit Farbkonversionsfilter)
die Senkrechte F3 schneidet (dies garantiert die erforderliche hohe Dynamik).
Während
der Probenuntersuchung wird nur noch die Jalousie 4 betätigt. Da
die Voreinstellung bei maximalem Bedarf an Beleuchtungsintensität und geöffneter
Jalousie erfolgt, kann ein Betätigen der
Jalousie nur zu einer Verringerung des Lichtstromes und der Strahlstärke führen. Die
erforderliche kleine Dynamik der Beleuchtungsregelung kann durch
Betätigen
der Jalousie erfüllt
werden, wobei beim Schließen
der Jalousie ein Bereich zur Verfügung steht, der in 4 durch
eine Waagrechte in der Fläche
A1 oder A2 bei der Farbtemperatur repräsentiert wird, die dem Schnittpunkt
der Senkrechten F3 mit der Kurve F1 bzw. F2 entspricht.
-
6 zeigt
einen möglichen
Aufbau zur Probenuntersuchung mit einem Stereomikroskop 21. Dargestellt
ist wiederum schematisch die erfindungsgemäße Durchlichtbasis 1,
die in ihrem Aufbau der in 1 Dargestellten
entspricht. Auf der Objektebene 14 der Durchlichtbasis 1 befindet
sich das zu untersuchende Objekt 15. Ein an sich bekanntes
Stereomikroskop 21 ist nur sehr schematisch dargestellt, wobei
hier das Mikroskopobjektiv mit 23 und die Zoomsysteme für den linken
und rechten stereoskopischen Kanal mit 22 bezeichnet sind.
Aufgrund der Seitenansicht des Stereomikroskops 21 ist
nur einer der beiden Stereokanäle
und damit auch nur ein Zoomsystem 22 sichtbar, da diese
in dieser Seitenansicht hintereinander liegen. Eine Bedienperson kann
durch Betrachtung durch die Okulare 24 ein stark vergrößertes,
dreidimensionales Bild des Objekts 15 betrachten. Es ist
aber auch möglich,
das vergrößerte Bild
durch eine Digitalkamera (nicht dargestellt) aufzunehmen. Bildseitig
ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein Sensor 25 zur Bestimmung der Bildhelligkeit vorgesehen.
Mittels eines optischen Elements, wie ein halbdurchlässiger Spiegel 19,
wird ein Teil des Lichtes aus dem Stereokanal ausgekoppelt und auf
den Sensor 25 geleitet. Der Ausgang des Sensors 25 ist
mit einer Steuereinheit 26 verbunden. Die Steuereinheit 26 steuert
ihrerseits sowohl die Verstelleinrichtung 41 der Jalousie 4 als
auch die elektrische Leistungsregelung 31 der Reflektorlampe 3 und
das Stellglied 51 des Filtereinschubs 5 mit Farbkonversionsfilter 6 an.
-
Mit
dem in 6 dargestellten Aufbau ist somit eine vollautomatische
Regelung der Beleuchtungsintensität und der spektralen Intensitätsverteilung
einer Durchlichtbasis 1 für eine Objektuntersuchung bei
konstanter Bildhelligkeit durch Abbildung des Objekts 15 mit
dem Stereomikroskop 21 möglich. Eine Digitalkamera kann
ebenfalls als Sensor 25 genutzt werden (und diesen ersetzen).
-
Als
Vorbereitung werden zuerst das Objekt 15 plaziert, ein
geeignetes Objektiv 23 gewählt, fokussiert, die Beobachtungsart
der Durchlichtbasis (steile oder flache Beleuchtung oder Kontrastierverfahren)
eingestellt und die mechanische Helligkeitsregelung (hier die Jalousie)
voll geöffnet.
Es wird die Einstellung mit maximalem Bedarf an Beleuchtungsintensität ermittelt,
indem der Zoom 22 auf die der Probe (Objekt 15)
angemessene maximale Vergrößerung eingestellt
wird und die Beleuchtung so flach wie angemessen eingestellt wird
und/oder die Blenden 9a, b so sehr geschlossen werden,
wie es für
die Probe noch geeignet ist. Dann wird durch elektrische Leistungsregelung 31 und/oder
durch Einschub eines Farbkonversionsfilters 6 in den Filtereinschub 5 die
Bildhelligkeit in die Nähe
der angenehmen Helligkeit F3 (siehe 5) justiert.
Der ermittelte Arbeitspunkt befindet sich auf der rechten Seite
von A1 oder A2, da die mechanische Helligkeitsregelung (Jalousie) 4 vollständig geöffnet ist.
Bei der anschließenden Untersuchung
der Probe wird durch Änderung
der Beleuchtungsart an der Durchlichtbasis 1 oder durch Betätigen des
Zooms 22 die Bildhelligkeit erhöht, so dass durch Schließen der
mechanischen Helligkeitsregelung 4 diese Helligkeitsänderung
kompensiert werden kann, ohne eine Änderung der Farbtemperatur
zu bewirken.
-
Mittels
der in 6 dargestellten Steuereinrichtung 26 kann
die Vorwahl des Arbeitspunktes in Nähe der angenehmen Helligkeit
F3 sowie die anschließende
Helligkeitsregelung während
der Probenuntersuchung voll automatisch erfolgen. Hierzu gibt der
Sensor 25 die erforderlichen Daten der Bildhelligkeit an
die Steuereinheit 26. Zur Ermittlung des Arbeitspunktes
wird nach der oben beschriebenen Einstellung mit maximalem Bedarf
an Beleuchtungsintensität
und voll geöffneter
mechanischer Helligkeitsregelung durch die Steuereinheit 26 die
elektrische Leistungsregelung 31 der Reflektorlampe 3 angesteuert,
bis die gewünschte
Bildhelligkeit eingestellt und vom Sensor 25 an die Steuereinheit 26 gemeldet
wird. Die Abhängigkeit
der spektralen Intensitätsverteilung
(Farbtemperatur) von der Spannung (Leistung) des verwendeten Lampentyps
ist in der Regel bekannt oder läßt sich
ermitteln. Die Steuereinheit 26 kann folglich anhand des
eingestellten Wertes der elektrischen Leistungsregelung 31 selbständig eine
Verschiebung der spektralen Intensitätsverteilung (Farbtemperatur)
ermitteln. In diesem Fall kann die Steuereinheit 26 das
Stellglied 51 des Filtereinschubs 5 derart ansteuern,
dass die vorgegebene spektrale Intensitätsverteilung erzeugt (wieder hergestellt)
wird. Wie aus 5 ersichtlich, ist es möglich, dass
durch Korrektur der Farbtemperatur bei gegebener Lampenspannung
der Ort der angenehmen Bildhelligkeit F3 verlassen wird, so dass dann
ein erneutes Einstellen der gewünschten
Bildhelligkeit durch Leistungsregelung der Lichtquelle 3 erforderlich
ist.
-
Nach
Abschluß der
Voreinstellung regelt die Steuereinheit 26 die Bildhelligkeit
während
der Probenuntersuchung nach. Wird während der Objektuntersuchung
die Beleuchtungsart der Durchlichtquelle 1 unverändert beibehalten
und nur die Zoomeinstellung des Mikroskopzooms 22 verändert, so
kann die Steuereinheit 26 primär oder ausschließlich sich
auf die Helligkeitsregelung durch Ansteuerung der Verstelleinrichtung 41 des
mechanischen Helligkeitsreglers 4 beschränken. Sollte
sich allein hierdurch die Bildhelligkeitsänderung nicht mehr kompensieren lassen,
so ist ein Zugriff der Steuereinheit 26 auf die Leistungsregelung 31 und/oder
das Stellglied 51 notwendig. Die vorliegende Erfindung
ermöglicht
eine optimale Bildhelligkeitsregelung für Objektuntersuchungen mit
Hochleistungsstereozoommikroskopen und Durchlichtbasen mit integrierter
Lichtquelle.
-
- 1
- Durchlichtbasis
- 2
- optische
Achse
- 3
- Reflektorlampe
- 4
- mechanischer
Helligkeitsregler, Jalousie
- 4a,b,c,d,e,f
- Lamellen
- 5
- Filtereinschub
- 6
- Farbkonversionsfilter
- 7
- Kollektorlinse
- 8
- Mattscheibe
- 9
- Apertureinrichtung,
Blende
- 9a,b
- Blenden
- 10
- Fresnel-Linse
- 11
- Diffusor
- 12
- Fresnel-Linse
- 13
- Umlenkspiegel
- 13a
- gekippte
Position von (13)
- 14
- Objektebene
- 15
- Objekt
- 16
- Beleuchtungsrichtung
- 17
- Lampe
- 18
- Kollektorlinse
- 19
- halbdurchlässiger Spiegel
- 20
- Profil
der Lamelle, Sägezahnprofil
- 21
- Zoommikroskop,
Stereozoommikroskop
- 22
- Zoomsystem
- 23
- Mikroskopobjektiv
- 24
- Okular
- 25
- Sensor
für Bildhelligkeit
- 26
- Steuereinheit
- 31
- elektrische
Leistungsregelung
- 41
- Verstelleinrichtung
- 51
- Stellglied
von (5)