-
Die
Erfindung betrifft ein Durchlichtmikroskop mit an einem Tubus an-
bzw. eingesetztem Objektiv und Okular sowie mit einer Beleuchtungseinrichtung
mit Apertur- und Leuchtfeldblende.
-
Mikroskope
sind optische Geräte zum Erzeugen stark vergrößerter
Bilder von Objekten, die bei einem Durchlichtmikroskop durch Licht
einer Beleuchtungseinrichtung durchstrahlt werden. Das durchgehende
Licht wird vom Objektiv des Mikroskops aufgenommen, das ein reelles
Bild des Objektes erzeugt, das von dem Okular als Lupe betrachtet
wird, deren virtuelles Bild stark vergrößert ist.
In aller Regel wird das Objekt mittels einer Köhlerschen
Beleuchtungsein richtung ausgeleuchtet, wobei eine korrekte Abstimmung
der Blendenabbildung und der Objektabbildung nötig ist,
um die optimale Leistungsfähigkeit eines Mikroskops zu
erreichen. Bei der Köhlerschen Beleuchtung bildet der Kollektor
die Lichtquelle in die Aperturblende ab und gleichzeitig der Kondensor
die Leuchtfeldblende in das Objekt. Neben der normalen Lichtmikroskopie
gibt es eine Vielzahl von lichtmikroskopischen Spezialverfahren,
etwa Phasenkontrast-, Interferenzkontrast- und Fluoreszenzmikroskopie.
-
Der
Kondensor ist ein optisches System aus einer oder mehreren, oft
asphä rischen Sammellinsen oder Spiegelflächen
zwischen Lichtquelle und dem abzubildenden Objekt. Der Kondensor
lenkt alles Licht, das das Objekt durchsetzt, in das abbildende
Objektiv (Projektor). Beim Mikroskop hat er außerdem die
Aufgabe, die Apertur des Objektivs ganz mit Licht zu füllen,
um die größtmögliche Auflösung
zu erreichen, wobei der Durchtrittsquerschnitt von der Aperturblende
(auch Öffnungsblende) begrenzt ist. Diese beeinflusst auch
Auflösung, Helligkeit und Schärfentiefe der optischen
Abbildung. Eine spezielle Blendenanordnung zur Steigerung des Kontrastes von
mittels eines Phasenkontrastmikroskops erzeugten Bildern, wobei
das Phasenkontrastmikroskop einen Strahlengang aufweist, der von
der Lichtquelle über einen Kondensor mit den Strahlengang
begrenzender Ringblende und beleuchtendem Objektiv/Linsensystem
zum Objekt und von diesem über ein abbildendes Objektiv
und eine Phasenringpatte zu einem Zwischenbild geführt
ist, das mittels eines Okulars als Lupe betrachtbar ist, ist in
DE 10 2006 027 961.1 beschrieben.
Danach ist in vorderer Brennebene des Kondensors ein Doppelblendensystem integriert,
bestehend aus zwei unabhängig voneinander verstell- und
justierbaren Lochblenden, die mit unterschiedlichen Exzentrizitätsgraden
so zueinander verschiebbar und schließbar sind, dass die
Ränder beider Lochblenden des Doppelblendensystems eine
Lichtdurchtrittsöffnung bilden zur Abgrenzung eines sektoral
begrenzten Strahlenbündels, das optisch kongruent zum Ring
der Phasenringplatte verlaufend eine Relief-Phasenkontrastabbildung
ermöglicht. Nachteilig ist hier die spezielle Ausbildung
und die begrenzte Helligkeit, die die Beobachtbarkeit begrenzt.
-
Somit
stellt sich die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Durchlichtmikroskop
mit Objektiven, Okularen und Beleuchtungseinrichtung so weiter zu
bilden, dass transparente Objekte bei variabler Kontrastierung in
verbesserter Helligkeit und Auflösungsvermögen
darstellbar sind, wobei bei fortgesetzter Untersuchung verschiedene
Beleuchtungsvarianten stufenlos ineinander überführbar
sind, deren Charakter und Bildinformation konventionellem Dunkelfeld,
Pha senkontrast, Interferenzkontrast und Hellfeld ähnelt
und zu verbesserten Detaildarstellungen führt.
-
Die
Aufgabenlösung wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des unabhängigen Hauptanspruchs definiert; vorteilhafte
Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen beschreiben
die Unteransprüche.
-
Die
Darstellung der Struktur von Präparaten kann bei einem
Durchlichtmikroskop durch dessen Beleuchtung mit einem vollkegelförmigen
Zentrallicht-Strahlenbündel und einem hohlkegelförmigen Peripherlicht-Strahlenbündel
verbessert werden. Dazu sind in der Beleuchtungseinrichtung Doppelblenden
vorgesehen, die mit einer zentralen Öffnung ein Zentrallicht-Strahlenbündel
erzeugen und die mit einer die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung
umgebenden ringförmigen Öffnung versehen, ein
Peripherlicht-Strahlenbündel erzeugen. Eine Verbesserung
der Strukturdarstellung wird dabei dann erreicht, wenn zumindest
ein Teil eines dieser Strahlenbündel im oder nahe hinter
dem Objektiv mit einem lichtundurchlässigen Element abgedeckt
wird. Dabei versteht sich von selbst, dass die Geometrie dieser
lichtabsorbierenden Elemente und die Geometrie der nahe dem Kondensor
angeordneten Doppelblende aufeinander abzustimmen sind.
-
Bei
einer ersten Ausführungsform weist das Objektiv einen sich
um die optische Achse erstreckenden lichtabsorbierenden Ring auf.
Solche ringförmigen Elemente sind aus der Phasenkontrast-Mikroskopie
bekannt, dort jedoch versehen mit einem lichtdurchlässigen
Ring. Ebenso wie bei Phasenkontrastbeleuchtung befindet sich das
Objekt bei dieser Anordnung in dem von der Optik der Beleuchtungseinrichtung
erzeugten Zentrum des beleuchtenden Lichtbündels, das hohlkegelförmig
herangeführt ist. Ist der Lichtring im Kondensor so schmal
dimensioniert, dass sämtliche von ihm ausgehenden beleuchtenden
Strahlenanteile von dem korrespondierenden ringförmigen
lichtabsorbierenden Element im Objektiv abgefangen werden, resultiert
ein dem Dunkelfeld ähnelnder Beleuchtungseffekt. Wird die
Beleuchtungsanordnung so verändert, dass geringe Anteile des
hohlkegelförmigen Peripherielicht-Strahlenbündels
dem ringförmigen lichtabsorbierenden Element im oder am
Objektiv vorbei geleitet werden, entsteht ein dem Phasenkontrast ähnelnder
Beleuchtungseffekt.
-
Der
für den Phasenkontrast erforderliche partielle Komplettdurchgang
beleuchtender Lichtanteile durch das Objektiv kann bei dieser Anordnung grund sätzlich
auf zweierlei Weise erreicht werden: Zum einen kann der kondensorseitige
ringförmige Lichtdurchlass gegenüber dem korrespondierenden ringförmigen
lichtabsorbierenden Element im Objektiv leicht dezentriert werden.
Dies führt dazu, dass Lichtanteile aus dem schmalen Bereich
des Lichtringes, der sich nicht mehr mit dem ringförmigen
lichtabsorbierenden Element im Objektiv überschneidet,
zur Hintergrundaufhellung beitragen können. Zum anderen
kann auch ein symmetrischer aufhellender Strahlengang erreicht werden,
wenn die Breite des kondensorseitigen ringförmigen Lichtdurchlasses
geringfügig größer ist, als die Breite
des ringförmigen lichtabsorbierenden Element im Objektiv.
Bei exakter konzentrischer Zentrierung würde in diesem
Fall eine gleichmäßige Hintergrundaufhellung im
Sinne einer 360° Beleuchtung resultieren.
-
In
Weiterbildung werden bei dieser Anordnung auch variable Lichtdurchtrittsringe
in einem Kondensor vorgesehen. Damit wird ein stufenloser Übergang
von diesem dem Dunkelfeld ähnelnden Beleuchtungseffekt
zu einem dem Phasenkontrast ähnelnden Beleuchtungseffekt
erreicht. Dazu befindet sich zentrisch im Strahlengang des Kondensors eine
runde lichtundurchlässige Scheibe, deren Randbegrenzung
die innere Randbegrenzung des Lichtdurchtrittsrings bildet. Mittels
der Aperturblende des Kondensors kann eine stufenlos veränderbare
Breite des Lichtringes erreicht werden. In einen Hellfeldkondensor
kann zu diesem Zweck ein transparenter Schieber mit einer passend
dimensionierten runden schwarzen Zentralscheibe eingeschoben werden, welche
mittig im Strahlengang des Kondensors zu zentrieren ist. Die Apperturblende
des Kondensors kann anschließend den Erfordernissen entsprechend mehr
oder weniger stark verengt werden. Dabei versteht sind von selbst,
dass modifizierte Phasenkontrast-Universalkondensoren mit drehbarer
Revolverscheibe dahingehend dafür umgerüstet werden
können, in dem eine solche Revolverscheibe mit einem Satz
verschiedener runder Lichtabdeckplatten wechselnder Durchmesser
bestückt wird. Die Durchmesser dieser lichtundurchlässigen
Scheiben wären jeweils so zu bemessen, dass sie mit den
inneren Randbegrenzungen der ringförmigen lichtabsorbierenden
Elemente in ihren korrespondierenden Objektiven kongruent sind.
Zusätzliche Reliefeffekte bei der Strukturdarstellung können
bei dieser Realisationsvariante zum einen erreicht werden, wenn
der Strahlengang im Kondensor, wie bereits früher beschrieben,
partiell abgedeckt wird. Andererseits konnte ein Reliefeffekt auch
erreicht werden, wenn der ringförmige Lichtdurchlass im
Kondensor durch einen eng begrenzten lichtdurchlässigen
Sektor ersetzt wird, analog der Anordnung, die in der früheren Patentanmeldung
DE 10 2006 027 961.1 beschrieben
ist.
-
Um
diese Ausführungsvariante zu verwirklichen, kann mit Mitteln
der berechnenden Optik ermittelt werden, welche Breite und Dimensionierung
eines ringförmigen lichtabsorbierenden Elements im Objektiv
unter Berücksichtigung von Geometrie und Strahlengang für
das jeweilige Objektiv passend ist. Optische Probleme können
bei dieser Anordnung dadurch entstehen, dass durch die Gesamtfläche
des ringförmigen lichtabsorbierenden Elements im Objektiv
wegen dessen Geometrie auch parazentrale Strahlen, die für
Bildentstehung oder Bildzeichnung eines Objektivs offensichtlich
ebenso wichtig sind, wie die mittelpunktsnahen Strahlen, zumindest
durch teilweise Abdeckung geschwächt sind. Durch eine solche
Berechnung können die Geometrie sowohl des äußeren
Ringes der Doppelblende und der des ringförmigen lichtabsorbierenden
Elements im Objektiv so aufeinander abgestimmt werden, dass die Abbildungsqualität
optimiert ist.
-
Bei
einer zweiten Ausführungsform wird des Zentrallicht-Strahlenbündel
mittels eines im oder nahe dem Objektiv angeordneten kreisförmigen
lichtundurchlässigen Element zumindest teilweise abgedeckt
und so von der Bildentstehung ausgeschlossen. Bei einer ersten Ausführungsform
mit einem Durchlichtmikroskop mit Linsenobjektiv ist dieses Element
im Bereich der hinteren Brennebene im Wesentlichen zentrisch zur
optischen Achse des jeweiligen Linsenobjektivs angeordnet. Der Durchmesser des
lichtabsorbierenden Elements wird vorteilhaft bei etwa 10–20
Prozent des optisch wirksamen Objektiv-Durchmessers gewählt.
Bei einer zweiten Ausführungsform mit einem Durchlicht-Mikroskop
mit Spiegelobjektiv in Cassegrain-Schwarzschild'scher Anordnung
wirkt die rückwärtige Fläche des zentrisch angeordneten
Fangspiegels als lichtabsorbierendes Element. Bei dieser Anordnung
kann bereits durch Justieren der Aperturblende, etwa mit Hilfe eines
Justierfernrohres und anschließendes hinreichendes Abblenden
der Aperturblende, eine wesentliche Verbesserung der Bildqualität
erreicht werden. Zusätzlich ist die Leuchtfeldblende adäquat
zu schließen (Köhler'sche Beleuchtung).
-
Durch
geeignete apparative Einstellung können zusätzlich
zu den beschriebenen Hell-Dunkel-Kontrasten auch Reliefkontraste
variabler Ausprägung erzeugt werden, welche herkömmlichen
Interferenzkontrasten ähneln. So kann beispielsweise über
ein Verschieben rechtwinklig zur optischen Achse des Mikroskops,
alternativ durch teilweise Abdeckung des beleuchtenden Strahlenbündels
mittels eines in den Kondensor einführbaren lichtundurchlässigen
Schiebers, eine reliefartige Darstellung des Objektes erreicht werden.
-
Im
Unterschied zu konventionellem Phasenkontrast kann die Helligkeit
von Objekt- und Bilduntergrund sowie das Ausmaß des Hell-Dunkel-Kontrastes
stufenlos verändert werden; zusätzlich sind störende
Randsäume (Halo-Artefakte) geringer als im konventionellen
Phasenkontrast ausgeprägt oder fehlen gänzlich.
Grundsätzlich können etwaig vorhandene Halo-Artefakte.
aufgrund der möglichen stufenlosen Helligkeitsänderung
des Bilduntergrundes auch dadurch beseitigt werden, dass die Hintergrundhelligkeit
der Helligkeit des jeweiligen Randsaumes angepasst wird.
-
Mit
dieser Ausbildung lassen sich transparente Objekte in variablem
Kontrast bei deutlich verbesserter Strukturdarstellung in überdurchschnittlichem
Auflösungsvermögen darstellen, welches die üblichen
in Abhängigkeit von der Apertur des Objektivs bestehenden
lichtmikroskopischen Auflösungsgrenzen, überwinden
kann. Hierdurch werden transparente Strukturen darstellbar und vermessbar,
die sich bei der jeweiligen Objektivvergrößerung
und der jeweiligen numerischen Apertur des Objektivs mit konventionellen
lichtmikroskopischen Beleuchtungsarten (Hellfeld-, Dunkelfeld-,
Phasenkontrast, Interferenzkontrast) üblicherweise nicht
darstellen lassen.
-
Die
Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass transparente
Objekte bei entsprechender apparativer Einstellung sehr kontrastreich auf
schwarzem Untergrund aufleuchten, wobei im Unterschied zur konventionellen
Dunkelfeldbeleuchtung das Objekt über seine gesamte Fläche
homogen strahlt, so dass insbesondere Binnenstrukturen im Inneren
des Objektes deutlicher als im Dunkelfeld zur Darstellung gelangen.
Dieser Hell-Dunkel-Kontrast ist bei dieser Anordnung abhängig
vom Schließungsgrad der Aperturblende bzw. dem Querschnitt des
objektbeleuchtenden Strahlenbündels. Wenn das Strahlenbündel
so kleinflächig ist, dass es voll oder zumindest nahezu
voll von dem lichtabsorbierenden Element im Objektiv abgedeckt wird,
leuchtet das Objekt bei hinreichend heller Anleuchtung auf tiefschwarzem
Untergrund in maximalem Kontrast auf. Wenn die Aperturblende, welche
den Querschnitt des zentrisch verlaufenden objektbeleuchtenden Strahlenbündels
begrenzt, geringfügig weiter geöffnet wird, gelangt
ein geringer Anteil der objektbeleuchtenden Strahlen an dem lichtabsorbierenden Element
des Objektives vorbei und hellt den Bilduntergrund moderat auf.
Diese den Hintergrund aufhellenden Strahlen interferieren mit den
vom Objekt ausgehenden bildgebenden Strahlen. Unge färbte
Objekte ohne relevante lichtabsorbierende Eigenschaften bleiben
so lange sichtbar, wie die Helligkeit des Bilduntergrundes geringer
bleibt als die Helligkeit des Objektes selbst. Bei weiterem Zuwachs
der Querschnittsfläche des beleuchtenden Strahlenbündels geht
die Darstellung von Phasendifferenzen in Hell-Dunkel-Kontrasten
verloren, so dass analog zur Hellfeldbeleuchtung nur noch Absorptionsdifferenzen dargestellt
werden.
-
Wenn
das beleuchtende Strahlenbündel rechtwinkelig zur optischen
Achse verschoben oder durch einen kondensorseitigen Einschubfilter
partiell abgedeckt wird, resultiert ein Schrägbeleuchtungseffekt,
welcher in ähnlicher Weise wie bei Interferenzkontrast
die dreidimensionale Darstellung des Objektes steigert.
-
Vorteilhaft
werden zur Erzeugung des Zentrallicht-Strahlenbündels und
des Peripherlicht-Strahlenbündels in der vorderen Brennebene
des Kondensors anstelle einer herkömmlichen Aperturblende verschiedene
mögliche Varianten andersartig konzipierter Blenden platziert,
wodurch weitere Nuancierungen der erzielbaren optischen Effekte
erreichbar sind. Dazu kann in der vorderen Brennebene des Kondensors
eine einfache Lochblende angeordnet werden, deren Durchmesser so
bemessen ist, dass das hindurch tretende Zentrallicht-Strahlenbündel durch
die in der hinteren Brennebene eines Linsenobjektivs angeordnete
lichtundurchlässige Abdeckung bzw. durch die rückwärtige
Fläche des Fangspiegels eines Spiegelobjektiv in Cassegrain-Schwarzschild'scher
Anordnung jeweils voll abgedeckt ist. Diese einfache Lochblende
ist vorteilhaft zentrisch zur optischen Achse des Kondensors angeordnet.
Ist sie rechtwinkelig zu dieser verlagert, wird ein Teil des Zentrallicht-Strahlenbündels
vom objektivseitigen lichtabsorbierenden Element nicht mehr abgefangen
und trägt so zur Bildentstehung bei, so dass bei hinreichender
Verlagerung die Helligkeit des Bilduntergrundes von schwarz abweicht,
jedoch geringer bleibt, als die Helligkeit des zentrisch beleuchteten
Objektes, so dass Phasendifferenzen in ähnlicher Weise
wie im Negativ-Phasenkontrast dargestellt werden können.
Etwaige Randsäume (Halo-Artefakte) können, sofern
im Einzelfall vorhanden, durch geeignete Variierung der Untergrundhelligkeit unsichtbar
werden, was die mikroskopische Darstellung verbessert.
-
Die
Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass bei entsprechender
apparativer Einstellung transparente Objekte in Abhängigkeit
von gegebenen Phasendifferenzen bzw. Unterschieden der optischen
Dichte in Hell-Dunkel-Kontrasten dargestellt werden, welche konventionellem
Phasenkontrast äh neln. Üblicherweise wird das
Objekt durch den Gegenstand der Erfindung heller als der Bilduntergrund
dargestellt, so dass eine Parallelität zum Negativ-Phasenkontrast
besteht.
-
Um
Phasenkontrast-analoge Darstellungen von Gangunterschieden in Hell-Dunkel-Kontrasten zu
erreichen, werden modifizierte Lichtmasken vorgesehen, welche zur
optimierten Teilung des beleuchtenden und abbildenden Strahlenbündels
mit einem zentralen und einem peripheren Lichtdurchlass versehen
sind.
-
Um
durch eine weitergehende Trennung der objektbeleuchtenden Zentralstrahlen
und der Bildhintergrund- aufhellenden Peripherstrahlen weitergehende
qualitative Verbesserungen zu erreichen, wird vorteilhaft in der
vorderen Brennebene des Kondensors eine Doppelblende vorgesehen.
Diese weist sowohl eine Zentralöffnung als auch eine Ringspaltöffnung
auf. Bei einer solchen Blendenanordnung wird das Objekt von dem
Zentrallicht-Strahlenbündel axial beleuchtet, wobei das
Peripherlicht-Strahlenbündel den Bilduntergrund aufhellt.
Durch diese Beleuchtung können Effekte erreicht werden,
die zwischen reinen Hellfeld- und reinen Dunkelfeldeffekten liegen. Bei
dieser Anordnung ist das von der Zentralöffnung freigegebene
Zentrallicht-Strahlenbündel in seinem Durchmesser so zu
begrenzen, dass es von dem korrespondierenden lichtabsorbierenden
Element in einem Linsenobjektiv oder von der Fangspiegel-Rückfläche
eines Spiegelobjektiv in Cassegrain-Schwarzschild'scher Anordnung
vollständig abgedeckt wird. Durchmesser und Breite bzw.
die optisch effektive Fläche der äußeren
Ringspaltöffnung sind so zu begrenzen, dass die Helligkeit
des vom durchgelassenen Außenlicht-Strahlenbündel
resultierenden Bilduntergrundes geringer ist als die Helligkeit
des Abbildes des vom Zentralstrahl beleuchteten Objektes.
-
Bei
geeigneter Konstruktion des Kondensors kann eine solche Doppelblende
auch als Blendenschieber ausgebildet sein, welcher in Höhe
der vorderen Brennebene in den Kondensor eingeführt wird. Sofern
ein Set verschiedener Objektive mit unterschiedlicher Vergrößerung
und differierender optischer Geometrie zur Verfügung steht,
kann auf diese Weise korrespondierend zu jedem Objektiv eine optimal
abgestimmte Doppelblende erstellt werden, so dass dieses Set unterschiedlicher
Doppelblenden den Effekt einer "Wechselblende" erfüllt.
Alternativ kann auch ein Satz unterschiedlicher, an das jeweilige
Objektiv-Set angepasster Doppelblenden in der Revolverscheibe eines
entsprechenden Kondensors angeordnet werden, so dass ein Wechseln
der jeweils erforderlichen Doppelblende durch einfaches Drehen dieses
kondensorseitigen Revolvers erreicht wird. Zu diesem Zweck werden
die in herkömmlichen Phasenkontrast-Kondensoren nach Zernicke
befindlichen Revolverscheiben mit unterschiedlich dimensionierten
Phasenringen gegen eine vergleichbar dimensionierte Revolverscheibe
mit einem Set unterschiedlich dimensionierter Doppelblenden ausgetauscht.
-
Eine
Ausführungsform dieser Doppelblende ist dadurch gegeben,
dass in der vorbeschriebenen Weise die Größe der
zentralen Öffnung für das Zentrallicht-Strahlenbündel
und die optisch wirksame Querschnittsfläche der sich hieran
anschließenden konzentrischen Ringspaltöffnung
jeweils fest vorgegeben sind. Hieraus ergibt sich die vorstehend
erwähnte Notwendigkeit, ggf. mehrere unterschiedlich dimensionierte,
jeweils feststehende Doppelblenden zu erstellen, wenn mehrere Objektive
unterschiedlicher Geometrie und Vergrößerung zur
Verfügung stehen.
-
Weitere
vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorerwähnten
Doppelblenden mit zentraler Lichtdurchschnittsöffnung und
peripherem Ringspalt sind dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser
der inneren Zentralöffnung und/oder die Breite bzw. optische
Querschnittsfläche des peripheren Ringspaltes stufenlos
veränderbar sind.
-
Bei
einer solchen Ausführungsform wird in eine runde Lichtmaske,
deren Durchmesser dem jeweils sinnvollen Außendurchmesser
des äußeren Ringspaltes entspricht, eine passend
dimensionierte Irisblende eingelassen, über welche der
Durchmesser der zentralen Lichtdurchtrittsöffnung und damit Querschnitt
und Intensität des objektbeleuchtenden Zentralstrahls variiert
werden können. Die optisch wirksame Fläche der äußeren
Ringspaltöffnung, d. h. deren Breite und Durchmesser, sind
bei dieser Ausführungsform konstant und werden durch den
Durchmesser des Außenrandes der Einfassung der zentralen
Irisblende und den Durchmesser der runden Lichtmaske, welche in
ihrem Zentrum die zentrale Irisblende trägt, vorgegeben.
-
Im
Zentrum der Lichtmaske ist eine vorteilhaft kleinflächige Öffnung
vorgesehen, durch die ein Zentrallicht-Strahlenbündel austritt.
Hiervon beabstandet, ist eine vorteilhaft schmale konzentrische Ringblende
angeordnet, durch die ein Peripherlicht-Strahlenbündel
tritt. Das Objekt wird überwiegend von dem Zentrallicht-Strahlenbündel
axial beleuchtet. Von dem durch das Objekt tretenden Licht wird
nun von dem lichtabsorbierenden Element im Objektiv der Anteil des
Zentrallicht-Strahlenbündels abgefangen, der direkt durch
das Objekt tretend auf das lichtabsorbierende Element auftrifft
und den Bildhintergrund aufhellen würde. Das Peripherlicht-Strahlenbündel
wird an dem objektivseitigen Element vorbeigeleitet und hellt den
Bilduntergrung moderat auf. Eine veränderbare Trennung
dieser beiden Strahlenbündel wird mittels zweier konzentrischer
Irisblenden erreicht, die in einem entsprechend modifizierten Kondensor
zu platzieren sind.
-
Bei
einer anderen Ausführungsvariante ist der Kondensor so
ausgelegt, dass sich im nahen Randbereich seiner optischen Achse
eine klein dimensionierte Lochblendenscheibe befindet, deren zentrale Öffnung
den Querschnitt des objektbeleuchtenden Zentralstrahls definiert
und deren Außenrand die innere feststehende Randbegrenzung
des peripher angeordneten Ringspaltes bildet. Durch eine zusätzlich
vorhandene, im Durchmesser größer dimensionierte
Aperturblende kann bei dieser Ausführungsvariante der Außendurchmesser
des peripheren Ringspaltes und damit dessen optisch wirksame Querschnittsfläche
stufenlos verändert werden.
-
Vorteilhaft
ist es weiter, wenn die in dem Kondensor vorgesehene Doppelblende
zwei Irisblenden aufweist, wobei mit der einen die Weite des Ringspaltes
und damit die Breite des Peripherlicht-Strahlenbündels
und mit der anderen der Durchmesser der Zentralöffnung
und damit der Durchmesser des Zentrallicht-Strahlenbündels
veränderbar ist.
-
Mittels
der inneren Irisblende wird der Querschnitt des Zentrallicht-Strahlenbündels
stufenlos variiert. Unabhängig hiervon lässt sich über
die deutlich größer ausgelegte äußere
Irisblende der Lichtstrom des Peripherlicht-Strahlenbündels
und damit die Helligkeit des Bildhintergrundes stufenlos verändern. Dabei
versteht es sich von selbst, dass entweder eine innere Irisblende
oder eine äußere Irisblende oder aber sowohl eine
innere Irisblende wie auch eine äußere Irisblende
vorgesehen werden können. Im ersten Fall ist der innere
lochförmige Lichtdurchlass über die innere Irisblende
in seinem Durchmesser verstellbar. Der feststehende äußere
Rand dieser inneren Irisblende bildet dabei die innere Begrenzung
des äußeren ringförmigen Lichtdurchlasses, dessen
Breite über die äußere Irisblende verstellbar ist
und der somit eine feststehende innere und eine veränderbare äußere
Randbegrenzung hätte. Dabei ist der Außendurchmesser
der inneren Blende einer solchen Anordnung an die Geometrie des
jeweiligen Objektivs anzupassen. Auf diese Weise kann die Kontrastgebung
optimal an die jeweiligen Gegebenheiten von Objektiv und Objekt
angepasst werden. Bei diesem Doppelblenden-System entsteht eine dem
Phasenkontrast entsprechende Objekt-Darstellung, wenn die innere
Blende hinreichend eng geschlossen ist und die äußere
Blende so weit geöffnet bleibt, dass ein schmaler ringförmiger
Spalt für den Lichtaustritt verbleibt. Wird die äußere
Blende hingegen so weit geschlossen, dass ihre innere Randbegrenzung
den Außenbereich der Innenblende überdeckt, wird
eine dem Dunkelfeld entsprechende Darstellung erreicht. Werden beide
Irisblenden weit geöffnet, wird eine der Hellfeldbeleuchtung
entsprechende Darstellung erreicht.
-
Weiterhin
sind zur besseren Darstellung gering kontrastierter Strukturen bzw.
zur Verbesserung der dreidimensionalen Darstellung des Objekt-Reliefs
die jeweiligen Doppelblenden rechtwinklig zur optischen Achse der
Beleuchtungseinrichtung verschiebbar. Diese Verschiebung kann dabei
die Zentralöffnung und die Ringspaltöffnung einzeln
oder gemeinsam betreffen.
-
In
einer Weiterbildung werden Teile der beleuchtenden Strahlenbündel
abgedeckt, so dass das Licht nur aus einer definierten Richtung
in das Objektiv eintritt. Auf diese Weise können sowohl
im Dunkelfeld als auch im Phasenkontrast ggf. zusätzliche
Reliefkontraste erreicht werden, welche von der lokalen Schichtdicke
und Oberfächentextur des Objektes abhängig sind.
Speziell für die Mikroskopie von ungefärbten Objekten
im Grenzbereich lichtmikroskopischer Vergrößerung
sind die vorgestellten optischen Kontrastierungsverfahren von grundsätzlichem
Interesse und stellen eine nützliche Ergänzung
der herkömmlichen Beleuchtungsmethoden dar. Wesentlich dafür
ist das Ausblenden des das Objekt direkt durchsetzenden Lichtes
des Zentrallicht-Strahlenbündels.
-
Das
Objekt wird durch den Gegenstand der Erfindung so beleuchtet, dass
es in sämtlichen Partien analog zu einem fluoreszierenden
Objekt Licht emittiert. Intensität und Charakter der regionalen Lichtemission
sind abhängig von den Reflexions- und Absorptions-Eigenschaften
des Objektes. Bei maximiertem Hell-Dunkel-Kontrast, wenn das Objekt
auf schwarzem Untergrund auf seiner gesamten Fläche hell
aufleuchtet, ist der Bildcharakter fluoreszenzmikroskopischen Darstellungen
vergleichbar. Ebenso wie in der Fluoreszenzmikroskopie können
auch beim Gegenstand dieser Erfindung kleine Strukturen durch Lichtemissionen
sichtbar werden, deren Größe bei der jeweiligen
Vergrößerung und Apertur des Objektivs deutlich
unter der jeweiligen systembedingten Auflösungsgrenze konventioneller
Beleuchtungsarten liegt.
-
In
einer Weiterbildung sind die Ringspaltöffnung und/oder
die Zentralöffnung zusätzlich mit Farbfilterelementen
versehen, die durch die unterschiedliche Farbgestaltung in bestimmten
Fällen für eine verbesserte Erkennbarkeit unterschiedlicher Strukturen
Sorge tragen. Vorteilhaft werden dazu komplementär farbige
Filter eingesetzt. So kann beispielsweise der äußere
Lichtdurchlass beispielsweise mit Filtern für Rotlicht,
der innere für Blau- oder Grünlicht versehen werden.
Hierdurch werden in dieser Filterung bei dem einem Phasenkontrast ähnelnden
Beleuchtungseffekt Farb-Doppelkontraste und auch zusätzliche
Farbkontrastierungen ungefärbter opaker Objekte erreicht,
die geeignet sind, die Strukturdarstellung zu verbessern.
-
Die
vorerwähnten verschiedenen Ausführungsvarianten
kondensorseitiger Doppelblenden können auch verwendet werden,
um bei geeigneten fluoreszierenden oder fluorchromierten Objekten eine
simultane Fluoreszenzbeleuchtung in Durchlicht-Anregung zu realisieren,
so dass den vorbeschriebenen unterschiedlichen Beleuchtungsvarianten,
welche mit dem Gegenstand der Erfindung realisierbar sind, ein Fluoreszenzbild überlagert
werden kann.
-
Zu
diesem Zweck kann eine Strahlenteilung der Gestalt vorgenommen werden,
dass das Objekt über die zentral angeordnete Lichtblende,
d. h. über den vorbeschriebenen Zentralstrahl, in der vorerwähnten
Weise mit sichtbarem Licht beleuchtet wird. Zur Kontrastoptimierung
kann bei dieser Beleuchtungsanordnung auch monochromatisches Licht qualitätsverbessernd
eingesetzt werden. Die Helligkeit des so entstehenden Objektbildes
kann stufenlos über die Helligkeit der Lichtquelle verändert
werden, so dass etwaige Überstrahlungen von Fluoreszenzphänomenen
vermieden werden. Über die peripher angeordnete, vom axialen
Zentralstrahl separierte Ringblende kann das Objekt mit Erregerlicht
zur Fluoreszenzanregung im durchfallenden Licht bestrahlt werden.
Nach seinem Objektdurchgang ist dieses Erregerlicht durch Sperrfilter
in üblicher Weise aus dem weiteren Strahlengang heraus
zu filtern.
-
In
umgekehrter Weise kann ein fluoreszierendes bzw. fluorchromiertes
Objekt auch über den axialen Zentralstrahl, d. h. die zentral
im Kondensor angeordnete innere Lichtdurchtrittsöffnung
zur Fluoreszenz angeregt werden. In diesem Fall ist das jeweilige
Erregerlicht durch die zentrale Lichtdurchtrittsöffnung
des Kondensors zu leiten. Anteile des Erregerlichtes, welche möglicherweise
an dem lichtabsorbierenden Element im Objektiv vorbeigeleitet werden,
sind wiederum wie vorerwähnt mit Sperrfiltern zu blocken.
Wenn dem Erreger licht sichtbares Licht eines, anderen Wellenlängenbereiches
beigemischt wird, welches den Sperrfilter passieren kann, wird wiederum
dem Fluoreszenzbild ein variabel gestaltbares Bild der bestehenden
Phasendifferenzen im sichtbaren Bereich überlagert. Die
Helligkeit der sichtbaren nicht fluoreszierenden Objektanteile kann wiederum über
die Helligkeit bzw. den energetischen Anteil der sichtbaren Lichtkomponente
gesteuert werden. Wenn Erregerlicht und direkt objektbeleuchtendes
sichtbares Licht zwei separaten Lichtquellen entstammen, welche
erst auf ihrem Weg zum Kondensor zusammengeführt werden,
können die Intensitäten des zur Fluoreszenzentstehung
erforderlichen Erregerlichtes und des zur Darstellung eines Phasenbildes
erforderlichen sichtbaren Lichtes unabhängig voneinander
verändert und den jeweiligen Gegebenheiten optimal angepasst
werden.
-
Schließlich
kann an einem Mikroskop, dessen Beleuchtungseinrichtung außer
für Durchlicht auch für Auflicht ausgelegt ist,
eine gleichzeitige Überlagerung eines Phasen- und Fluoreszenzbildes erreicht
werden, wenn dem jeweiligen, im Durchlicht entstehenden Phasenbild
ein Auflicht-Fluoreszenzbild überlagert wird.
-
Bei
allen drei möglichen Ausführungsvarianten einer
simultanen fluoreszenzmikroskopischen Darstellung wird im Regelfall
die Kombination mit einem Dunkelfeld-basierten Phasenbild zu den
qualitativ besten Ergebnissen führen. Dies wäre
jeweils sichergestellt, wenn bei allen beschriebenen Ausführungsvarianten
der Querschnitt des objektbeleuchtenden sichtbaren Lichtbündels
so bemessen wird, dass dieses objektbeleuchtende Lichtbündel
vollständig oder zumindest im Wesentlichen vollständig von
dem lichtundurchlässigen Element im Objektiv abgedeckt
wird.
-
Ein
Spiegelobjektiv in Cassegrain-Schwarzschild'scher Anordnung ist
dadurch ausgezeichnet, dass eine vollständige Achromasie
sowohl für die sichtbaren als auch für die unsichtbaren
Spektralbereiche besteht. Dies hat zur Folge, dass sowohl die sichtbaren
Lichtanteile, welche das Phasenbild entstehen lassen, als auch die
zur Fluoreszenzanregung erforderlichen Erregerlichtanteile und die
vom Objekt emittierten Fluoreszenzstrahlen in einem Spiegelobjektiv
zum Unterschied zu Linsenobjektiven jeweils in exakt gleicher Weise
optisch gelenkt werden. Zusätzlich kann ein Spiegelobjektiv
simultan für Auflicht- und Durchlicht-Beleuchtung verwendet werden,
wobei bei geeigneter Anordnung der Beleuchtungselemente die Durchlicht-
und Auflicht-Strahlen unabhängig von der Wellenlänge
des jeweiligen Lichtes in einem solchen Spiegelobjektiv in entgegen
gesetzten Richtungen exakt denselben optischen Weg beschreiten,
d. h. im Idealfall absolut deckungsgleich verlaufen. Unter diesem
Aspekt lassen Spiegelobjektive erwarten, dass bei Überlagerungen
von Fluoreszenz- und Phasenbildern optimale Bildkongruenzen und
minimale Konturunschärfen durch Bildversatz bzw. chromatische
Restabbildungsfehler bestehen.
-
Neben
biologisch-medizinischen Objekten können auch transparente
unbelebte Strukturen, z. B. Kristallisationen, mit dem Erfindungsgegenstand in
den vorbeschriebenen Modalitäten aussagekräftig dargestellt
werden.
-
Auch
unabhängig von einer kombinierten Anwendung der Floureszenzbeleuchtung
sind die derzeit wenig beachteten Spiegelobjektive auf Grund ihrer
spezifischen Konstruktionsmerkmale geeignet, Gangunterschiede filigraner
Strukturen im lichtmikroskopischen Grenzbereich effektiv zu kontrastieren, wenn
das Objekt im durchfallenden Licht mit sehr kleinflächigen,
zentral angeordneten Strahlenbündeln beleuchtet wird. Mit
dem vorgeschlagenen Beleuchtungsverfahren wird besonders das Spiegelobjektiv
wegen der gegenüber Linsenobjektiven verringerten Abbildungsfehlern
und besonders unter Berücksichtigung heutiger technischer
Möglichkeiten moderner Objektivfertigung in den Vordergrund
des Interesses gerückt werden.
-
Aufgrund
dieser deutlich gesteigerten Auflösung und der sehr hohen
Varianz möglicher Veränderung der Helligkeits-
und Kontrastverhältnisse erscheint die mittels des Erfindungsgegenstandes
realisierbare Beleuchtung prädestiniert, mit Auflicht- oder
Durchlicht-Fluoreszenz kombiniert eingesetzt zu werden. Insofern
könnte der Erfindungsgegenstand auch die Fluoreszenz-Mikroskopie
bereichern.
-
Das
Wesen der Erfindung wird an Hand der in den 1 bis 6 dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert;
dabei zeigen:
-
1:
Strahlengang im Durchlichtmikroskop mit lichtabsorbierendem Element
auf Linsenobjektiv (schematisch);
-
1a:
Spiegelobjektiv mit Fangspiegel als lichtabsorbierendes Element
mit Strahlengang (schematisch);
-
2:
Blendenschieber mit Doppelblende (zentrale Lochblende und separierte
breiter Ringblende);
-
3:
Blendenschieber mit Doppelblende (zentrale Lochblende und separierte
schmale Ringblende);
-
4:
Doppelblende mit Irisblende für Ringspalt;
-
5:
Doppelblende mit Irisblende für Zentralöffnung;
-
6:
Doppelblende mit Irisblenden für Ringspalt und Zentralöffnung.
-
Die
Lichtquelle 1 – im Allgemeinen eine Glühlampe – wird
mittels der Kollektorlinse 2 des Beleuchtungsapparates
(z. B. nach Köhler) in die Ebene der Aperturblende 4 abgebildet.
Die Linse des Kondensors 6 nimmt dieses Licht auf und bildet
die hintere Brennebene des Objektivs (hier als Linsenobjektiv 10 dargestellt – das
jedoch auch als ein Spiegelobjektiv 15 – s. 1a – aufgebildet
sein kann) ab. Dabei durchleuchtet das Licht dieser virtuellen Lichtquelle
das zwischen Objektträger 7 und Deckglas 8 liegende
Objekt 9. Die Leuchtfeldblende 3 erlaubt ein Einstellen
der Größe des Lichtfeldes und verhindert kontrastabschwächende
Aufhellungen und Überstrahlungseffekte durch störende
randständige Streustrahlen. Die Lichtstärke, d.
h. Helligkeit der Beleuchtung, wird nicht über diese Leuchtfeldblende
reguliert, sondern über die Helligkeit der Lichtquelle selbst.
Das Linsenobjektiv 10 nimmt das vom Objekt kommende Licht
auf und bildet das Objekt in dem Zwischenbild ab, das durch das
Okular 20 mit dem Linsensystem der Kollektivlinse 21 und
der Lupenlinse 22 dem Auge 23 das Betrachten eines
vergrößerten virtuellen Bildes des Objekts erlaubt.
-
Der
in der hinteren Brennebene der Linse des Kondensors 6 angeordnete
Blendenschieber 25 mit Doppelblende blendet das durchtretende
Licht aus und lässt – je nach Einstellung – ein
Zentrallicht-Strahlenbündel Z und ein Peripherlicht-Strahlenbündel
P zum Objekt 9 hindurch treten. Das Licht der so begrenzten
Licht-Strahlenbündel wird vom Objektiv 10 (bzw. 15)
aufgenommen, wobei das direkt durch das Objekt 9 gehende
Licht des Zentrallicht-Strahlenbündels Z von dem lichtabsorbierenden Element 12 des
Linsenobjektivs 10 ausgeblendet wird.
-
Entsprechendes
wie für den Einsatz eines Linsenobjektivs 10 gilt
auch für den Einsatz eines Spiegelobjektivs 15.
Hier werden die am Objekt 9 gebeugten/gestreuten Lichtanteile
sowohl vom Zentrallicht-Strahlenbündel Z wie auch vom Peripherlicht-Strahlenbüdel
P vom Hohlspiegel 16 aufgenommen, wobei das direkt durch
das Objekt 9 gehende Licht des Zentrallicht-Strahlenbündels
Z von dem als lichtabsorbierendes Element wirkenden Fangspiegel 17 ausgeblendet
wird.
-
Sowohl
beim Einsatz eines Linsenobjektivs 10 wie auch beim Einsatz
eines Spiegelobjektivs 15 tragen so nur die am Objekt 9 gebeugten/gestreuten Lichtanteile
sowohl vom Zentrallicht-Strahlenbündel Z wie auch vom Peripherlicht-Strahlenbündel
P zur Bildentstehung bei.
-
Die 2 bis 6 zeigen
unterschiedliche Ausbildungen eines Blendenschiebers 25 mit
Doppelblende. Dieser wird – sofern die Beleuchtungseinrichtung
einen Einschub für eine Blende oder einen Filter aufweist – als
lichtundurchlässiger, in alle Regel schwarzer Blendeneinschub 25 ausgebildet,
der mit seinem Handgriff 25.1 in den Einschub der Beleuchtungseinrichtung
eingesetzt werden kann. Die das Zentrallicht-Strahlenbündel
Z ausblendende innere Zentralöffnung 26 ist bei
diesem Einschub feststehend und kann daher nicht verändert
werden. Ein von zwei Haltefahnen (2) bzw.
von drei Haltefahnen (3) gehaltener Mittelteil 25.2 trennt
die Zentralöffnung 26 vom Ringspalt 28.
Dabei können mit unterschiedlichen Blendeneinschüben 25 sowohl
unterschiedliche Durchmesser der Zentralöffnung 26 wie auch – wie
aus 2 und 3 zu erkennen – unterschiedliche
Breiten des transparenten Ringspaltes 28 realisiert werden.
Bei einem breiten Ringspalt 28 (2) kann
seine optisch wirksamen Fläche auch durch Schließen
der Aperturblende des Kondensors von außen her eingegrenzt
und so verringert werden, dass ein hinreichend schmaler peripherer
Ringspalt resultiert. In gleicher Weise wird dies für den
Ringspalt 28 erreicht, wenn die begrenzende äußere,
das Peripherlicht-Strahlenbündel ausblendende Blende als
Irisblende 29 ausgebildet, eine Variation der Breite des
Ringspaltes 28 erlaubt. Eine Filterung zumindest eines
der Licht-Strahlenbündel mit einem Farbfilter – in 3 für
den das Peripherlicht-Strahlenbündel P ausblendenden Ringspalt 28 durch
Rasterung 28.1 und/oder für die das Peripherlicht-Strahlenbündel
Z ausblendenden Zentralöffnung 26 durch Rasterung 26.1 angedeutet – erlaubt
zusätzliche Farbkontrastierungen der untersuchten Objekte,
wobei zum Erreichen eines besseren Farbkontrastes das Zentrallicht-Strahlenbündel
Z und das Peripherlicht-Strahlenbündel P mit Filtern 26.1 und 28.1 für unterschiedliche
(vorteilhaft komplementäre) Spektralbereiche unterschiedlich
gefärbt sein können.
-
- 1
- Lichtquelle
- 2
- Kollektorlinse
- 3
- Lichtfeldblende
- 4
- Aperturblende
- 5
-
- 6
- Kondensor
- 7
- Objektträger
- 8
- Deckglas
- 9
- Objekt
- 10
- Linsenobjektiv
- 11
- Objektivlinse
- 12
- Lichtabsorbierendes
Element
- 13
- Radialsteg
- 14
-
- 15
- Spiegelobjektiv
- 16
- Hohlspiegel
- 17
- Fangspiegel
als lichtabsorbierendes Element
- 18
-
- 19
-
- 20
- Okular
- 21
- Kollektivlinse
- 22
- Lupenlinse
- 23
- Auge
- 24
-
- 25
- Blendenschieber
mit Doppelblende
- 25.1
- Handgriff
- 25.2
- Haltestege
für Mittelteil
- 26
- Zentralöffnung
- 26.1
- Farbfillter
Zentralöffnung
- 27
- Irisblende
innen (4 und 5)
- 28
- Ringspaltöffnung
- 28.1
- Farbfilter
Ringspalt
- 29
- Irisblende
außen
- Z
- Zentrallicht-Strahlenbündel
- P
- Peripherlicht-Strahlenbündel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006027961 [0003, 0009]