DE1020194B

DE1020194B - Mikroskopkondensor fuer grosse Apertur- und Leuchtfeldbereiche

Info

Publication number: DE1020194B
Application number: DEZ4028A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Conradi; Paul Dopp; Ewald Habermann; Dr Gustav Zieher
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1954-02-26
Filing date: 1954-02-26
Publication date: 1957-11-28

Description

Mikroskopkondensor für große Apertur-und Leuchtfeldbereiche Die Erfindung betrifft einen Mikroskopkondensor für große Apertur- und Leuchtfeldbereiche. Beim Mikroskopieren erfordert die wechselnde Benutzung von starken und schwachen Objektiven eine wechselnde Beleuchtung im Sinne eines Übergangs von hohen Aperturen und kleinen Leuchtfeldern zu kleinen Aperturen und großen Leuchtfeldern. Ein bekanntes Verfahren zur Erreichung dieses Zieles ist beispielsweise das Abschrauben oder Wegklappen der Frontlinse oder auch weiterer Linsen eines mehrlinsigen Kondensors. Dabei ist nachteilig, daß der Kondensor danach stark in der Höhe verstellt werden muß, wenn das Leuchtfeld wieder scharf begrenzt sein soll. Das Abschrauben hat den weiteren Mangel, daß der Kondensor zu diesem Zweck herausgenommen werden muß. Extrem große Leuchtfelder werden ferner auch durch Herausnahme des ganzen Kondensors erzielt, wobei dann natürlich keine Scharfabbildung der Leuchtfeldblende mehr erzielt werden kann. Ein weiteres bekanntes Mittel zur Herstellung verschiedener Apertur- und Leuchtfeldbereiche ist die Anbringung mehrerer Kondensoren auf einem Kondensorrevolver. Diese Lösung hat den Nachteil, teuer zu sein. Außerdem muß im Falle der Immersion das Reinigen und Aufbringen von Öl jeweils erneut geschehen. Schließlich läßt sich eine veränderliche Beleuchtungsoptik, wie bekannt, auch durch ein pankratisches System mit dem Vorteil des kontinuierlichen Wechsels der Leuchtfeldgröße verwirklichen. Die Anwendung des pankratischen Abbildungsprinzips bei Mikroskopkondensoren zur Erzielung verschiedener Apertur-und Leuchtfeldbereiche ist trotz der Anzahl der Linsen (außer dem eigentlichen Kondensor wird ein meist dreilinsiges Zwischensystem in Verbindung mit einer Art Feldlinse benötigt) und trotz des teueren Verschiebemechanismus für die Linsen dann vertretbar, wenn besonders hohe Anforderungen an die Abbildungsgüte nicht gestellt werden; denn bei einem pankratischen System ist eine exakte Abbildung nur in der Symmetriestellung und in den beiden Grenzstellungen der Linsen gegeben, dagegen sind alle Zwischenstellungen hinsichtlich der Abbildungsgüte für die jeweils benutzten Mikroskopobjektive nicht optimal.
Erfindungsgemäß werden die optischen Teile des eigentlichen Kondensors fest angeordnet und zur Erzielung der jeweils- passenden Apertur- und Leuchtfeldbereiche weitere Linsen derart zwischen eine Leuchtfeldblende und die feststehenden optischen Teile des Kondensors in den Strahlengang ein- und ausschaltbar vorgesehen, daß die Abbildung der Lichtquelle in die Aperturblende und der Leuchtfeldblende in die Objektebene exakt erfüllt bleibt. Das Einschalten der Linsen wird vorteilhaft dadurch bewirkt, daß stufenweis einzuschaltende Linsen auf wenigstens einer exzentrisch gelagerten drehbaren Scheibe angeordnet sind. Imbesonderenkönnen auch zuzuschaltende Linsensysteme in einer exzentrisch gelagerten drehbaren Trommel untergebracht sein. Dadurch wird erreicht, daß verschiedene Leuchtfeld- und Aperturbereiche auf optisch exakte, mechanisch einfache und bedienungsmäßig bequeme Weise herbeigeführt werden können. Die feststehenden optischen Teile des Kondensors können dabei zunächst von normaler Bauart sein, d. h. ein- oder mehrlinsig oder auch deformiert, je nach der angestrebten Abbildungsgüte. Diese Linse oder Linsengruppe kann auch mit Rücksicht auf schwankende Objektträgerdicken in entsprechend geringen Grenzen verstellbar sein. Zum Zwischenschalten werden im einfachsten Fall zwei Linsen benötigt, da man mit einer Hilfslinse zwar das Leuchtfeld vergrößern kann, aber ohne eine Grobverstellung eine unscharfe Begrenzung des Leuchtfeldes erhält. Die Anzahl der Abstufungen des Leuchtfeldbereichs ergibt sich einmal aus den konstruktiv bedingten Unterbringungsmöglichkeiten und ist zum andern von der Größe des Gesamtbereichs des Leuchtfeldes und der Apertur abhängig. Für eine Maximalapertur von etwa 0,7 und ein maximales Leuchtfeld von etwa 8 mm Durchmesser wird man mit einem einschaltbaren Linsensystem auskommen, im Falle einer höheren Maximalapertur und gleichem maximalem Feld nimmt man besser zwei einschaltbare Systeme. Für die Ausbildung der einzuschaltenden Systeme ist maßgebend, welchen Leuchtfeld- und Aperturbereich die feststehenden optischen Teile des Kondensors besitzen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung, aus der auch weitere Einzelheiten der Erfindung hervorgehen, mit Zahlenbeispielen belegt, und zwar zeigt Fig. 1 a einen eigentlichen Kondensor mit nur feststehenden Linsen, Fig. 1 b den Kondensor nach Fig. 1 a mit zusätzlich eingeschalteten Linsen, Fig. 1 c den Kondensor nach Fig. 1 b mit ausgewechselten, eingeschalteten Linsen, Fig. 2b den eigentlichen Kondensor nach Fig. 1 a mit zusätzlich eingeschalteten Sammelgliedern in der Art eines Fernrohres mit Innenbild, Fig. 2 c den Kondensor nach der Fig. 2 b mit ausgewechselten, eingeschalteten Linsen, Fig.3a eine geänderte Ausführungsform des eigentlichen Kondensors nach Fig. 1 a mit zusätzlich eingeschalteten Linsen nach Art eines Galileifernrohres, Fig. 3 b und 3 c den Kondensor nach Fig. 3 a mit ausgewechselten, eingeschalteten Linsen, Fig.4a eine geänderte Ausführungsform des eigentlichen Kondensors nach Fig. 1 a mit zusätzlich eingeschalteten Linsen, Fig. 4b und 4c den Kondensor der Fig. 4a mit ausgewechselten, eingeschalteten Linsen, Fig. 5 a eine geänderte Ausführungsform des eigentlichen Kondensors nach Fig. 1 a mit einer zusätzlichen eingeschalteten Linse, Fig. 5 b und 5 c den Kondensor der Fig. 5 a mit ausgewechselten, eingeschalteten Linsen.
In Fig. 1 a wird das von einer Lampenwendel W ausgestrahlte Licht über einen Kollektor K mit den Linsen 1 und 2, einer Leuchtfeldblende L, einer Aperturblende A, einen Kondensor Ko mit den Linsen 3, 4 und 5 auf einen Objektträger 0 geworfen. Der Objektträger 0 ist in allen Beispielen als planparallele Platte von der Dicke 1 mm und der Brechungszahl 1,525 angenommen. Die Lampenwendel W weist einheitlich 2 mm und die Leuchtfeldblende 16 mm Durchmesser auf. Die Krümmungsradien der i-ten Linse sind von links nach rechts mit r" und ri,, bezeichnet oder mit ri"t, falls es sich um gekittete Linsen handelt und der Krümmungsradius der Kittfläche zu bestimmen ist. Die Dicke der i-ten Linse ist mit di bezeichnet, der Abstand der i-ten und k-ten Linse voneinander mit 1i,,. Die Unterteilung des Abstandes 11, in zwei oder mehr Summanden bedeutet, daß der erste Summand den Abstand der Linse bis zu einer zwischengeschalteten Blende bestimmt und der zweite Summand den Abstand von dieser Blende bis zur nächsten Linse oder Blende und ein dritter Summand von dieser Blende bis zur nächsten Linse. 1o gibt den Abstand der Lampenwendel W von der ersten Kollektorlinse an, il, ist die Brechungszahl der i-ten Linse, n' die Brechungszahl einer Immersionsflüssigkeit.

Legt man der Fig. 1 a folgende Werte zugrunde, wobei die Entfernungen und Dicken jeweils in mm ausgedrückt worden sind:

_ Lo = -8,0

Y11 = - 15,8

dl = 3,0; nl = 1,734

8,91

_ L1.2 # 0,1

y21 - +

,1 d2 = 3,5; 1Z2 = 1,734

124 = 173

Y31 = @- 64,0 = 3 -f-162,8 -I- 7,2

d3 = 4,0; s13 = 1,694

-112,2

L3,4= 0,1

Y41 = -r 22,1 _

d4 = 4,0; 114 = 1,694

Y4, = + 52,3

14.5 = 0,1

Q51 = T 10,6

d, = 15,0; iLS = 1,694

ysr = 1,518

151 0 = 0,35

so erhält man eine Apertur von 1,2 und ein Leuchtfeld von 1,1 mm Durchmesser, d. h., der Kondensor leistet allein die llaximalapertur bei entsprechend kleinem Leuchtfeld. Durch stufenweises Einschalten einer aperturverkleinernden Optik, beispielsweise durch ein System mit einer positiven Linse 6 und einer negativen Linse 7, kann das Leuchtfeld schrittweise vergrößert werden (Fig. 1 b und 1 c). Wählt man als Zahlenbeispiel in der Anordnung der Fig. 1 b für die zwischenzuschaltenden Linsen folgende Werte:

12,6 = 103

1s 1 = -f- 66,8 = 3 -f- 100

ds = 4,0; sto = 1,694

vor = -66,8

161 7 = 55,0

y71 = - 14,3 = 54+1

d7 = 10,0; 1@.7 = 1,734

- 43,4

L7,3= 1,0

so erhält man eine Apertur von 0,32 und ein Leuchtfeld von 4,2 mm Durchmesser. Ersetzt man durch Weiterschalten die Linse 7 durch eine Linse 8 mit den Werten

i',' = 55,0

Y81 = -!-13,2 = 43 #- 12

d8 = 10,0; @aa = 1,734

Ysr -.-4,60 1a.3 = 1,0

so wird dadurch das Leuchtfeld auf 8,8 mm Durchmesser vergrößert, und der Aperturwert fällt auf 0,15.

Eine andere Lösung, das Leuchtfeld gemäß der Anordnung nach der Fig. 1 a zu vergrößern, besteht darin, eine Zwischenabbildung der Leuchtfeldblende vorzunehmen, wobei die zwischenzuschaltende Optik aus mehreren Sammelgliedern in der Art eines Fernrohres mit Innenbild besteht. Schaltet man in den Strahlengang nach Fig. 1 a die Linsen 9, 10 und 11 (Fig. 2 b) mit folgenden Werten:

L2,9 = 74,3

Y31- , #,7 = 3 71,3

d9 = 3,7; Klo = 1,694

Y.. = -48,7 19,1, = 59,7

r1,1 = -F-14,3 = 27 -I- 32,7

dlo = 4,0; Silo = 1,694

Ylo r = -52,3 11, 1, = 22,0

Y111 = -10,9 d11= 8,0; n11= 1,694

711 r = -10,0

111.3 = 1,3

so vergrößert sich das Leuchtfeld auf 4,0 mm Durchmesser, und die Apertur wird 0,32. Ersetzt man die Linsen 10 und 11 durch die Linsen 12 und 13, wie in Fig. 2 c dargestellt, mit folgenden Werten:

L" 12 = 62,6

Y121 = -f-24,7 = 27 -f- 35,6

d12 = 4,0: n12 = 1,694

Y12r = -28,2

112,13 = @1

1'131 = -I- 8,41

d131 = 6,0;j1131 = 1,554

Y13m= - 7,83

413r = 16,0; 1113r = 1,734

113r = - 9,31

1133 = 6@3

so wird das Leuchtfeld auf 10 mm Durchmesser vergrößert, und die Apertur wird 0,13.

Im Falle einer dreifachen Stufung des Gesamtbereichs ist es besonders vorteilhaft, wenn man es so einrichtet, daß der feststehende Kondensor Ko allein ein mittleres Leuchtfeld nebst mittlerer Apertur liefert und dann durch Hinzuschalten eines Systems nach Art eines Galileifernrohres in der Stellung der Sammellinse kollektorseitig und der Negativlinse kondensorseitig das maximale Leuchtfeld und in umgekehrter Stellung die Maximalapertur erreicht werden. Dieser Fall ist in den Fig. 3 a bis 3 c dargestellt. Es ist dabei zweckmäßig, die Leuchtfeldblende in den Brennpunkt einer Hilfslinse 14 zu stellen und dadurch den Strahlengang so zu lenken, daß am Kondensor Ko zu große Inzidenzwinkel vermieden werden. Der Kollektor K ist der gleiche wie nach den Fig. 1 und 2. Der Abstand der Lampenwendel W von der Linse 1 ist 10 = -9,4. Dem System nach der Fig. 3a mit den feststehenden Kondensorlinsen 15, 16 und 17 und den dazwischengeschalteten Linsen 18 und 19 nach Art eines Galileifernrohres mit der Sammellinse kondensorseitig liegen folgende Werte zugrunde:

1" 14 = 66,8

y141 =

d14 = 2,5; n14 = 1,625 = 3 + 63,8

71.1,.= -41,0

y161 = -84,1 11411s = 2,5

d16 = 1,5; Z216 = 1,734

7 16 r = -I-18,6

118,19 = 22 3 + 9,6

7191 =

d19 = 4,0; ?a19 = 1,625

71s ,. --- -34,5 7151 + 34,5 119>15 = 2,5

=

= d15 = 4,0; Z115 = 1,694

T15 ;.

y161 = -i-15,4 115r 1s = 0r1

d16 = 3,5; n16 --- 1,694

716r= +24,8

116,17 = 011

y171= + 7,72 d17 = 4,65; a17 = 1,625

717 r = + 7,72

117> 0 = 7>3

d. h., es ergibt sich mit zwischengeschalteten Linsen ein kleineres Leuchtfeld, nämlich von 1,4 mm Durchmesser, und eine größere Apertur, nämlich von 0,9, als wenn die Linsen 18 und 19 aus dem System herausgedreht sind. In diesem Fall erhält man eine mittlere Apertur von 0,34 und ein mittleres Leuchtfeld von 3,7 mm Durchmesser (Fig. 3b). Wird das System 18, 19 umgekehrt in den Strahlengang zwischen Hilfslinse 14 und Kondensor Ko mit den Abständen

114,19 = 2,5; 119,16 = 31,9 116,15 = 2,5

= 16,5 + 15,4;

gemäß der Fig. 3 c eingesetzt, so ergibt sich eine Apertur von 0,14 und ein Leuchtfeld von 9,0 mm Durchmesser.

Man kann schließlich auch mit dem feststehenden Kondensor Ko die Erzeugung des maximalen Leuchtfeldes herbeiführen und durch Hinzunahme eines Galileifernrohres mit dem zerstreuenden Teil kollektorseitig und dem Sammelglied kondensorseitig die Apertur erhöhen, wenn nötig auch wieder in zwei Stufungen bis zur Maximalapertur. Dieser dritte Fall kommt besonders bei kurzer Gesamtbaulänge in Frage, damit dann die Durchmesser am Kondensor in der Schaltstellung mit der Maximalapertur nicht zu groß werden. Ein Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 4 a bis 4c. Die Lampenwendel W hat von der Kollektorlinse 1 den Abstand - 9,5. Die Anordnung und Ausführung der Kollektorlinsen 1 und 2 sind die gleichen wie bei den vorher beschriebenen Beispielen. Zwischen den Kondensorlinsen 20 und 21 und dem Kollektor K ist eine Hilfslinse 22 angeordnet. Schaltet man zwischen diese Hilfslinse 22 und den Kondensor Ko ein System (Fig. 4 a) mit den Linsen 23, 24 und 25, so erhält man, wenn folgende Werte zugrunde gelegt werden,

1"" = 33,4

r221 = -i- 34,5 = 3 + 30,4

d22 = 3,5; n22 = 1,625

y221 = -34,5 122,23 = 2,2

7231 = - 12,0 723r= -1-5r66 d23 - 1,0; y23 = 1r624

123, 24 = 16,2

-# 3,4

y241 = - 3811

d24 = 3,5; Q224 = 1,697 = 12,8

y241= -17r8 12 - 0,1

1,25

y251 = 00 d25 = 4,0; 1225 = 1,697

y25 r = -34,5 125r20- 2r0

y201 = +34°5 d20 = 4,0; n21 = 1,697

y20 r = 00 7211 = +' 14,3 12o121 = @r1

d21 = 21,0; n21 = 1,697

721r= 00 121,0= 0,3

eine Maximalapertur von 0,9 und ein kleines Leuchtfeld von 1,7 mm Durchmesser. Dieses Leuchtfeld läßt sich vergrößern, wenn die Linse 23 aus dem Strahlengang herausgedreht wird und gemäß der Fig. 4b eine Linse 26 mit den Daten

122,26 = 10,6

7261 = - 9,84 d26 = 1,0; n26 = 1,734

726 r

126r24 - 7>8

= 4,4+3,4

dazwischengeschaltet wird. Man erhält in diesem Fall eine Apertur von 0,32 und ein Leuchtfeld von 4,0 mm Durchmesser. Dreht man, wie in Fig. 4 c dargestellt, alle Zusatzlinsen 23 bzw. 26, 24 und 25 aus dem Strahlengang heraus, so gibt das System das Maximalleuchtfeld von 8 mm Durchmesser mit der Apertur von 0,16.

In den Fig. 5 a bis 5 c ist der Fall dargestellt, daß die Maximalapertur durch den feststehenden Kondensor, der aus einer Linse 27 besteht, in Verbindung mit einer eingeschalteten Hilfslinse 28 in Kondensornähe erreicht wird, und man gelangt zu größeren Leuchtfeldern durch Ausschalten dieser Hilfslinse 28 und Einschalten einer andern Sammellinse 29 geeigneter Brechkraft und an geeignetem Ort. Die weitere Hinzunahme einer Negativlinse 30 geeigneter Flächenkrümmung und Brechkraft in Kondensornähe führt schließlich das maximale Leuchtfeld herbei. In Fig. 5 a ist folgende Anordnung getroffen, wobei die Linsen 1 und 2 des Kollektors gegenüber den vorher beschriebenen Beispielen dieselben sind und der Abstand der Lampenwendel W von der Linse 1 zu 10 = - 9,0 gewählt ist

12,26 = 100,2

+ 44,0 = 3 +91;1 +6,1

?'261 =

d26 = 3,0;n26 = 1,610

72s 1= - 44,0

126,27 = 3,6

727l = + 9,31

d27 = 15,8; 1127 = 1,694

727 r = @

127, 0 = 0,3

Es ergibt sich eine Apertur von 0,7 und ein Leuchtfeld von 1,9 mm Durchmesser. Durch Ausschalten der Linse 28 und Zwischenschalten der Linse 29 mit den Daten

12, 29 = 58,5

y291 = +53,9 d, 9 = 3,2; yz29 = 1,792 3 + 55,5

y29r = - 53,9

129, 27 = 45,1

= 32,2 + 12,9

ergibt sich die Apertur zu 0,22 und das vergrößerte Leuchtfeld zu 6 mm Durchmesser. Weiteres Einschalten einer Linse 30 (Fig. 5 c) mit den Daten

129,10 = 33,3

r101 =+ 8,29

d30 = 6,0; a30 = 1,734 = 28 + 5,5

y30T= +4,87

130,27 - 5,8

ergibt eine nochmalige Vergrößerung des Leuchtfeldes auf 8,5 mm Durchmesser mit einer Apertur von 0,15.

Claims

PATENT ANSPRüCHE: 1. Mikroskopkondensor für große Apertur- und Leuchtfeldbereiche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Teile des eigentlichen Kondensors fest angeordnet sind und daß zur Erzielung der jeweils passenden Apertur- und Leuchtfeldbereiche Linsen derart zwischen eine Leuchtfeldblende und die feststehenden Teile des Kondensors ein- und ausschaltbar vorgesehen sind, daß die Abbildung der Lichtquelle in die Aperturblende und der Leuchtfeldblende in die Objektebene erhalten bleibt.
2. Mikroskopkondensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden optischen Teile des eigentlichen Kondensors mit relativ kurzer Brennweite die Maximalapertur bei relativ kleinem Leuchtfeld liefern und durch Hinzuschalten einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse, in der Art eines Gahleifernrohres, mit der Sammellinse lampenseitig, das große Leuchtfeld erzeugt wird.
3. Mikroskopkondensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden optischen Teile des eigentlichen Kondensors mit relativ kurzer Brennweite die Maximalapertur bei relativ kleinem Leuchtfeld liefern und größere Leuchtfelder durch Hinzuschalten von mehreren Sammelgliedern in der Art eines Fernrohres mit Innenbild erzeugt werden.
4. Mikroskopkondensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden optischen Teile des Kondensors mit einer mittleren Brennweite eine mittlere Apertur und ein mittleres Leuchtfeld liefern und durch Hinzuschalten einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse, in der Art eines Galileifernrohres, mit der Sammellinse objektseitig, die Maximalapertur erzeugt wird und in umgekehrter Stellung das maximale Leuchtfeld gewonnen wird.
5. Mikroskopkondensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden optischen Teile des Kondensors mit relativ langer Brennweite das maximale Leuchtfeld bei relativ kleiner Apertur liefern und durch Hinzuschalten einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse, in der Art eines Galileifernrohres, mit der Sammellinse objektseitig, die große Apertur erzeugt wird.
6. Mikroskopkondensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden optischen Teile des Kondensors in Verbindung mit einer eingeschalteten benachbarten Sammellinse die Maximalapertur ergeben und durch Ausschalten dieser Sammellinse und Einschalten einer anderen Sammellinse geeigneter Brechkraft und an geeignetem Ort ein mittleres Leuchtfeld und durch weiteres Einschalten einer Zerstreuungslinse, die infolge ihrer Dicke und ihrer Flächenkrümmung die Wirkung eines Galileifernrohres hat, das maximale Leuchtfeld erreicht wird,
7. Mikroskopkondensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen die optischen Teile des eigentlichen Kondensors und die Leuchtfeldblende stufenweis einzuschaltenden Linsen auf wenigstens einer exzentrisch gelagerten drehbaren Scheibe angeordnet sind. B. Mikroskopkondensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen die optischen Teile des eigentlichen Kondensors und die Leuchtfeldblende stufenweis einzuschaltenden Linsen in einer exzentrisch gelagerten drehbaren Trommel angeordnet sind.