DE10320529B4

DE10320529B4 - Dunkelfeld-Beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE10320529B4
Application number: DE10320529.2A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Brehm Michael; Ingo Fahlbusch; Dipl.-Ing. Heise Heino; Werner Kleinschmidt; Dipl.-Ing. Vogelgsang Anke
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: DE10320529A1; US20070041109A1; WO2004097492A1

Abstract

Dunkelfeld-Beleuchtungssystem mit einem ersten und einem zweiten Ringspiegel, wobei ein auf den ersten Ringspiegel (3) auffallendes Beleuchtungsstrahlenbündel (2) auf den zweiten Ringspiegel (4, 13, 16) reflektiert und von diesem auf eine Objektebene reflektiert wird, wobei der erste Ringspiegel als Segmentspiegel (3, 12, 15) aus ebenen Teilspiegeln ausgeführt ist, wobei der zweite Ringspiegel (4, 13, 16) ein einteiliger asphärischer Spiegel (4, 13, 16) ist, der das Beleuchtungsstrahlenbündel (2) auf einen Punkt zwischen dem zweiten Ringspiegel (4, 13, 16) und der Objektebene fokussiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dunkelfeld-Beleuchtungssystem und ist anwendbar sowohl für Durchlicht- als auch für Auflichtmikroskopie.
Es ist bekannt, die Dunkelfeldbeleuchtung in Lichtmikroskopen auf verschiedene Art und Weise zu realisieren:

– Verwendung von Ringblenden in der eintrittseitigen Kondensorpupille
– Als Lichttreppen ausgebildete Planspiegelanordnungen (z. B. JP H10-268 205 A2 )
– Ringförmig angeordnete torische Mikrospiegel (z. B. JP H11-153 755 A2 )
– Kombination von konkaven und konvexen Ringspiegeln (z. B. DE 830 840 A , DE 24 10 874 A1 )

Allen diesen Lösungen ist gemeinsam, dass sie nur kleine Objektfelder ausleuchten können, d. h. nur für hohe Vergrößerungen (mehr als 10×) geeignet sind.
Um auch größere Objektfelder ausleuchten zu können, wird in der DE 34 25 674 A1 vorgeschlagen, einen Ringspiegel zu verwenden, der als spezieller Toroid ausgebildet ist. Auch diese Lösung zeigt nur bis zu einer Vergrößerung von 10× eine ausreichende Qualität, für größere Objektfelder wird die Ausleuchtung so inhomogen, dass eine zusätzliche Streuscheibe zur Homogenisierung eingesetzt werden muss, welche die Lichtausbeute deutlich verschlechtert.
In der DE 608 644 A aus dem Jahr 1935 wird ein Kondensor beschrieben, welcher einander zugeordnete pyramidenförmig angeordnete Teilspiegelflächen als Haupt- und Gegenspiegel benutzt. Auch diese Lösung weist prinzipbedingt Inhomogenitäten der Beleuchtung auf, außerdem ist insbesondere die Ausführung des Konkavspiegels als segmentierter Spiegel schwierig mit der erforderlichen Genauigkeit zu realisieren.
Weiterhin sind für kleine Vergrößerungen Speziallösungen bekannt wie die im 2,5× HD-Epiplan-Neofluar der Fa. Zeiss realisierte Spiegeltreppe mit 3 Spiegelflächen, wobei eine dieser Spiegelflächen noch eingestanzte torische Mikrospiegel aufweist.
Aus der US 1 951 636 A ist eine Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung bekannt, bei der seitlich (quer zur optischen Achse) eingespeistes Beleuchtungslicht über zwei Prismen mit verspiegelten Fachen und einem Glasring mit einer verspiegelten Partaboloid-Außenkontur auf eine Objektebene fokussiert wird. Problematisch könnte hier sein, dass im Glasweg chromatische Aberrationen auftreten.
Aus der DD 271 963 A1 ist ein Auflicht-Dunkeolfeldkondensor mit einem einzigen Ringspiegel bekannt, bei dem torische Mikrospiegel geneigt zur optischen Achse, konzentrisch ringförmig um das Objektiv angeordnet sind, zur Erzeugung eines divergierenden Strahlenganges. Diese Mikrospiegel sind kompliziert zu fertigen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Dunkelfeldbeleuchtung anzugeben, welche auch große Objektfelder (bei 2,5× Vergrößerung) gleichmäßig ausleuchtet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den unabhängigen Ansprüchen beanspruchten Merkmale gelöst, vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Der der Lichtquelle zugewandte Ringspiegel ist erfindungsgemäß aus einzelnen Planspiegelsegmenten aufgebaut, der objektseitige Ringspiegel ist als asphärischer Spiegel ausgebildet. Damit werden sowohl die Sagittal- als auch die Meridionalstrahlen mit sehr hoher Gleichmäßigkeit über das Objektfeld verteilt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Zahl der Planspiegelsegmente ungerade und größer als 5, vorzugsweise größer als 10 ist.
Dabei ist es günstig, wenn der asphärische Spiegel der folgenden Schnittgleichung genügt:
wobei z die Pfeilhöhe, h² = x² + y² die Entfernung von der optischen Achse, die mit der z-Achse zusammenfällt, und h₀ und r Konstanten sind. h₀ ist dabei die Verschiebung des meridionalen Krümmungsmittelpunktes von der optischen Achse, r der meridionale Krümmungsradius. Mittels der aufgezeigten Erfindungslehre lasst sich sowohl ein Kondensor für die Durchlichtbeleuchtung als auch eine Auflichtbeleuchtung realisieren.
Durch entsprechende Wahl der Konstanten ist es möglich auch größere Arbeitsabstände und trotzdem eine homogene Ausleuchtung zu erreichen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der 1 bis 7 erläutert.
1 zeigt eine Prinzipskizze eines Dunkelfeld-Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung (mit Strahlen im Meridionalschnitt)
2 zeigt eine Prinzipskizze eines Dunkelfeld-Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung (mit Strahlen im Sagittalschnitt)
3 zeigt als Stand der Technik eine Lösung für ein 2,5× Objektiv mit 3 Reflexionen
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Dunkelfeld-Beleuchtungssystem an einem Objektiv zur Auflichtbeleuchtung
5 zeigt ein erfindungsgemäßes Dunkelfeld-Beleuchtungssystem als Schieber für einen Kondensor im Schnitt
6 zeigt ein erfindungsgemäßes Dunkelfeld-Beleuchtungssystem als Schieber für einen Kondensor in räumlicher Ansicht
7 zeigt beispielhaft einen Durchlichtkondensor zum Einsatz des Schiebers gemäß 5 bzw. 6.
In 1 ist eine dreidimensionale Sicht eines erfindungsgemäßen Dunkelfeld-Beleuchtungssystems dargestellt: die von der schematisch dargestellten Lichtquelle 1 kommenden meridionalen Strahlen 2 werden an dem Segmentspiegel 3 nach außen auf den asphärischen Spiegel 4 reflektiert. Dieser fokussiert die Strahlen auf einen Punkt zwischen Spiegel und Objekt. Anschließend zerstreuen sich die Lichtstrahlen wieder gleichmäßig über das gesamte Objektfeld 5.
Mit den in 2 dargestellten sagittalen Strahlen wird ebenfalls eine gleichmäßige Ausleuchtung erreicht (für gleiche Elemente werden die gleichen Bezugszeichen verwendet).
Die in 3 dargestellte bekannte Lösung für ein 2,5× Objektiv 6 weist einen Dunkelfeld-Beleuchtungskanal mit drei Reflexionen an Kegelstumpfspiegeln 7, 8 und 9 auf. Das vom Spiegel 9 reflektierte Licht leuchtet das Objektfeld 10 aus, wobei prinzipbedingt nur geringe Arbeitsabstände erreichbar sind.
In 4 ist die Realisierung der Erfindung in einem neuen 2,5× Objektiv 11 dargestellt. Der Dunkelfeld-Beleuchtungskanal weist einen ersten segmentierten Spiegel 12 und einen asphärischen Spiegel 13 auf. Die vom Spiegel 13 reflektierten Lichtstrahlen leuchten das Objektfeld 10 gleichmäßig aus, wobei sich auch größere Arbeitsabstände als bei den Lösungen des Standes der Technik realisieren lassen.
In 5 und 6 weist der Schieber 14 einen Ausbruch auf, welcher. einen segmentierten Spiegel 15 und einen asphärischen Spiegel 16 enthält.
In 7 ist angedeutet, wie der Schieber 14 in einem Kondensor 17 für Durchlicht-Beleuchtung angeordnet werden kann. Dazu weist der Kondensor 17 einen Ausbruch 18 auf, in welchen der Schieber 14 eingeschoben und so seine optischen Elemente 15, 16 in den Strahlengang des Mikroskops eingebracht werden können.
Die folgende Tabelle zeigt bevorzugte Werte für die Konstanten h0 und r und die sich daraus ergebenden Werte für den Arbeitsabstand:

Winkel des Segmentspiegels Anzahl der Segmente r h₀ Arbeitsabstand

45° 16 –10,0 mm –7,5 mm 15 mm

45° 8 –23,8 mm +6,5 mm 34 mm
Die Realisierung der Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, fachmännische Weiterentwicklungen sollen nicht als Abweichung vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung verstanden werden.

Claims

Dunkelfeld-Beleuchtungssystem mit einem ersten und einem zweiten Ringspiegel, wobei ein auf den ersten Ringspiegel (3) auffallendes Beleuchtungsstrahlenbündel (2) auf den zweiten Ringspiegel (4, 13, 16) reflektiert und von diesem auf eine Objektebene reflektiert wird, wobei der erste Ringspiegel als Segmentspiegel (3, 12, 15) aus ebenen Teilspiegeln ausgeführt ist, wobei der zweite Ringspiegel (4, 13, 16) ein einteiliger asphärischer Spiegel (4, 13, 16) ist, der das Beleuchtungsstrahlenbündel (2) auf einen Punkt zwischen dem zweiten Ringspiegel (4, 13, 16) und der Objektebene fokussiert.
Dunkelfeld-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Segmentspiegel (3, 12, 15) mehr als fünf Segmente umfasst.
Dunkelfeld-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der asphärische Spiegel (4, 13, 16) der folgenden Schnittgleichung genügt:
wobei z die Pfeilhöhe, h die Entfernung von der optischen Achse, h₀ eine Verschiebung eines meridionalen Krümmungsmittelpunktes von der optischen Achse und r ein meridionaler Krümmungsradius sind.