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Kondensorsystern für Mikroskope, insbesondere zur gleichzeitigen Hellfeld-
und Dunkelfeldbeleuchtung Die Erfindung betrifft ein Kondensorsystem zur Erhöhung
des Auflösungsvermögens von mit durchfallendem Licht arbeitenden Mikroskopen durch
gleichzeitige Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung.
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Es sind bereits Mikroskope dieser Art bekannt, bei deren Kondensorsystem
an der der Frontlinse desselben in der Richtung der optischen Achse entgegengesetzten
Seite ein Filter vorgesehen ist, wobei das Kondensorsystem quer zu seiner optischen
Achse verstellbar an-eordnet ist.
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Außer den bei mit durchfallendem Licht arbeitenden Mikroskopen bisher
bekannten vier prinzipiellen Beleuchtungsarten, nämlich der Hellfeldbeleuchtung,
der Dunkelfeldbeleuchtung, der einseitigen Beleuchtung mittels schiefer Strahlen
und der jüngstens verbreiteten sogenannten Phasenkontrastbeleuchtung betrifft die
Erfindung eine fünfte Art von Beleuchtung, bei welcher eine Hellfeldbeleuchtung
und eine Dunkelfeldbeleuchtung gleichzeitig vorhanden sind. Welche dieser Beleuchtungsarten
im gegebenen Fall verwendet werden soll, hängt von der Eigenschaft des zu beleuchtenden
Gegenstandes ab.
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Die Erfindung besteht darin, daß das obenerwähnte Filter einen vollkommenen
lichtdurchlässigen Spalt aufweist, zu dessen beiden Seiten je ein Feld mit
durch eine Metallschicht verminderter Lichtdurchlässigkeit vorgesehen ist. Zur Ausblendung
der zentralen Lichtstrahlen ist es zweckmäßig, die dem Filter zugekehrte Fläche
der Frontlinse mit Ausnahme einer Kugelzone in an sich bekannter Weise lichtundurchlässig
auszubilden.
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Durch diese Maßnahmen wird nicht nur ein gegenüber den bekannten Vorrichtungen
dieser Art weitgehend besseres Auflösungsvermögen erreicht, sondern durch die seitliche
Verstellbarkeit des Kondensorsystems zusammen mit dem neuen Filter wird auch ermöglicht,
durch dasselbe Kondensorsystem verschiedene Arten von Beleuchtungen zur Anwendung
zu bringen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher- erläutert.
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F i g. 1 zeigt dabei ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Kondensors im Längsschnitt gemäß der Linie I-1 der F i g. 2; F i
g. 2 ist ein Querschnitt gemäß der Linie 11-II der F i g. 1;
F i
g. 3 zeigt den Längsschnitt einer Einzelheit in größerem Maßstab; F i
g. 4 ist die Draufsicht der Einzelheit gemäß F i g. 3;
F i
g. 5 stellt die Draufsicht einer beispielsweisen Blende dar; Fig.
6 stellt ein in der hinteren Brennebene der Objektivlinse des Mikroskops
erscheinendes Bild dar; F i -. 7 ist ein anderes Bild der vorherigen Art;
F i g. 8 stellt optische Verhältnisse dar; F i g. 9 bis
11 zeigen je ein weiteres Bild der den F i g. 6 und
7 ähnlichen Art.
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Gleiche Bezugszeichen in der Zeichnung weisen auf ähnliche Einzelheiten
hin.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 fallen die Lichtstrahlen21
einer Lichtquelle20 über eine Sammellinse 22 und eine Blende 23 auf einen
Spiegel 25, der zur optischen Achse 24 des Kondensors unter einem Winkel
von 451 angeordnet ist. Von diesem Spiegel 25 gelangen die Lichtstrahlen
21 über die öffnung einer Kondensorblende 26 zu einem nachstehend in Einzelheiten
beschriebenen Filter 27,
durch welche die Lichtstrahlen 21 lediglich an vorbestimmten
Stellen hindurchgelassen werden. Die Lichtstrahlen 21, welche durch das Filter
27 hindurchgelangen, fallen auf das optische System des Kondensors, das aus
drei Linsen 28, 29, 30 besteht. Von denen bildet die Linse 30 zugleich
die Frontlinse des Kondensors. Die Lichtstrahlen 21, welche
die
Frontlinse 30 verlassen, schneiden sich im Objektpunkt 31 des Kondensors,
pflanzen sich sodann unter einem durch den Kondensor bestimmten Winkel zur Objektivlinse
32 des Mikroskops fort.
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Die Frontlinse 30 ist in eine Fassung 33 eingebaut,
die am Kondensor auswechselbar angebracht ist. Zu diesem Zweck weist die Fassung
33 beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen ringfärmigen Ansatz 34 auf,
mittels dessen die Fassung 33 auf die zylindrische Fassung 35 des
Kondensors aufgesteckt ist, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist.
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Das Filter 27 ist an einem ringfönnigen Ansatz 37
im
zylindrischen Hohlraum 36 der Fassung 35 angeordnet. Das aus den Elementen
35,36,37 bestehende System ist in einer zur optischen Achse 24 des Kondensors
quergerichteten Ebene entlang einer Geraden verschiebbar gelagert. Zu diesem Zweck
weist der Kondensor einen in F i g. 2 in waagerechtem Schnitt dargestellten
Halterungsring 38 auf, an dessen zwecks Durchlassung der Lichtstrahlen 21
in der Mitte mit einer Öffnung 39 versehenen kreisringförmigen Boden 40 ein
unterer Ansatz 41 der Fassung 35 aufliegt. Wie aus F i g. 2 hervorgeht,
hat der Ansatz 41 die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken und ist zwischen
Klötzen 42 a und 42 b, die eine Geradführung bilden, geführt. Zwecks Verstellbarkeit
in Querrichtung zur optischen Achse 24 des Kondensors greift der Kopf 44 einer Verstellschraube
43 in den Ansatz 41 ein, wobei der Kopf 44 in einer Ausnehmung 45 des Ansatzes 41
mit Spiel angebracht ist. Der Gewindeteil der Verstellschraube 43 greift in eine
Gewindebohrung 46 des Halterungsringes 38
ein. Die Verstellschraube wird mittels
eines Rändelknopfes 47 gedreht. Beim Drehen des Knopfes 47 wird der Ansatz 41 und
somit die Fassung 35 samt des optischen Systems 28, 29, 30 und des
Filters 27 zwischen den Klötzen 42a und 42b in Abhängigkeit von der Drehungsrichtung
der Verstellschraube 43 in einer der Richtungssinne des Doppelpfeiles 48 verstellt.
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Die Halterung der Frontlinse 30 ist in F i g. 3 in größerem
Maßstab dargestellt. Am Scheitel des halbkugelförmigen Teiles der Frontlinse,
d. h. an der der Austrittsfläche 49 derselben gegenüberliegenden Seite, ist
ein scheibenförmiger Klotz 50 aus undurchsichtigem Material, z. B. aus Metall
oder Kunststoff, vorgesehen und z. B. durch Kleben befestigt. Dies bezweckt, auf
der Frontlinse 30 eine auswechselbare Abschirmkappe 52 befestigen
zu können, die eine an die Austrittsfläche 49 der Frontlinse angrenzende Kugelzone
51 frei läßt. Die Kappe 52 weist hierzu eine kreisförmige zentrale,
Öffnung 53 auf, die dicht auf der zylindrischen Fläche des Klotzes
50 aufliegt, wie dies aus F i g. 4 ersichtlich ist. Wenn demnach die
Kappe 52 auf den auf der Frontlinse 30 befestigsten Klotz
50 geschoben wird, können nur jene Lichtstrahlen 21 durch die Frontlinse
30 hindurchgehen, deren Bahn über die Kugelzone 51 führt. Je größer
der Durchmesser der Kappe 52, um so größer ist der Öffnungswinkel a der auf
der Frontlinse 30 heraustretenden und tatsächlich wiiFksamen Lichtstrahlen
21. Bei Verwendung von Kappen 52 mit je verschiedenem Durchmesser besteht
demnach die Möglichkeit, die Breite der Kugelzone 51 zu ändern und somit
den Austrittswinkel c# der Lichtstrahlen 21 zu bestimmen. Wenn dieser Winkel c#
geringer ist als der die numerische Apertur der Objektivlinse 32 kennzeichnende
Winkel, so treten die den Objektpunkt 31 beleuchtenden Strahlen in die Objektivlinse
ein. In diesem Fall entsteht eine Hellfeldbeleuchtung, an welcher die sogenannten
zentralen Strahlen, die mit der optischen Achse 24 einen geringen Winkel einschließen,
nicht teilnehmen. Durch Anbringung einer Kappe 52 von geeignetem Durchmesser
kann auch erreicht werden, daß der Austrittswinkel a der die Frontlinse
30 verlassenden Lichtstrahlen 21 größer ist als der der Apertur der Frontlinse
32 entsprechende Winkel, wie dies zur Dunkelfeldbeleuchtung erforderlich
ist.
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Wenn die Frontlinse 30 keinen Klotz 50 aufweist und
somit auch zur Anbringung einer Kappe nicht geeignet ist, treten aus der Frontlinse
30 des Kondensors auch die zentralen Lichtstrahlen aus und gelangen in die
Objektivlinse 32. In diesem Fall entsteht eine Hellfeldbeleuchtung, bei welcher
die Lichtstrahlen über die volle Öffnung der Objektivlinse 32
eintreten.
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F i g. 5 stellt die Draufsicht auf das Filter 27 dar,
das auf der der Lichtquelle 20 des Kondensorsystoms 28, 29, 30 zugekehrten
Seite angeordnet ist. Das Filter 27 besitzt einen axialen vollständig lichtdurchlässigen
Spalt, zu dessen beiden Seiten je ein Feld
mit Filterwirkung vorgesehen
ist. In F i g. 5 ist der äußere kreisförmige Teil 54 des Filters vollständig
lichtdurchlässig. Der ebenfalls vollst4ndig lichtdurchlässige axiale Spalt
55 ist in der Mitte zu einer kreisfönnigen öffnung 56 erweitert. Die
Felder 57 a bzw. 57 b des Filters 27, die durch die das Licht
vollständig durchlassenden Felder 54, 55, 56 umfaßt sind, lassen die Lichtstrahlen
lediglich zum Teil durch. Zu diesem Zweck sind diese Felder mit einem überzug z.
B. aus Aluminium, Silber, Rhodium oder aus einem anderen Edelmetall versehen, wobei
die Dicke des überzugs derart gewählt ist, daß durch die Felder57a und
57b mit Filterwirkung lediglich 10 bis 50% des einfallenden Lichtes durchgelassen
werden. An den Flächenteilen oder Feldern 57a und 57 b geht demnach Licht
hindurch, das gedämpft 14nd einigermaßen gestreut ist, sowie in Abhängigkeit steht
von den spektralen Eigenschaften des überzugez und in kleinerem oder größerem Maß
gegen den Bereich der kürzeren Wellenlängen verschoben ist, Wie bekannt, ist dies
mit Rücksicht auf das Auflösungsvermögen des Mikroskops von Bedeutung. Je geringer
nämlich die Wellenlänge der beleuchteten Strahlen ist, um so winzigere Einzelheiten
werden im mikroskopischen Bild sichtbar. Die gestreuten Lichtstrahlen erhöhen dabei
unter anderem die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel des erfä# dungsgemäßen Kondensors
arbeitet wie folgt: a) Zentrale Hellfeldbeleuchtung Es sei angenommen, daß mit dem
Kondensor eine zentrale Hellfeldbeleuchtung bewirkt werden soll. In diesem Fall
wird auf die Fassung 35 eine Fassung 33
gesteckt, in die eine Frontlinse
30 ohne, Abdeckung eingebaut ist. Dann wird in der hinteren Brennebeno
58 des Mikroskopobjektivs 32 das Filterbild in der in F i
g. 6 dargestellten Form erscheinen. In F i g. 6 ist
59 das Bild der Aperturblende des Objektivs, 60 das Bild der Kondensorblende
26 57 a und 57 b jeweils das Bild der Felder mit Filter#Jr#ung
des Filters 97, Der Wirkungsgrad einer derartigen zentralen Hellfeldbeleuchtung
ist höher als der Wirkungsgrad der
bekannten Beleuchtungen ähnlicher Art.
Durch die Felder 57 a und 57 b gehen nämlich, wie bercits erwälint,
gefilterte
Lichtstrahlen mit verhältnismäßig kurzer Wellenlänge hindurch, die das Auflösungsvermögen
des Mikroskops erhöhen. Offensichtlich kann der Durchmesser des Feldes dieser Hellfeldbeleuchtung
durch Einstellung der öffnung der Kondensorblende 26 erweitert oder verringert
werden.
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b) Allseitige Hellfeldbeleuchtung Zu diesem Zweck müssen die
zentralen Strahlen ausgeblendet werden. Wie bekannt, ist dies bisher dadurch erreicht
worden, daß in einen unterhalb der Kondensorblende 26 angeordneten nicht
dargestellten Filterhalter eine sogenannte zentrale Blende eingelegt worden ist,
die in der Mitte vollständig abgeschirmt war. In diesem Fall erscheint in der hinteren
Brennebene 58 des Objektivs 32 das in F i g. 7 dargestellte
Bild. Der abgeschirmte Teil dieser Blende ist mit 62
und ihr lichtdurchlässiger
Teil mit 61 bezeichnet. Die Kondensorblende 26 ist in der Brennebene
F des Kondensors angeordnet. Wenn demnach das Kondensorsystem als durch eine einzige
Linse 64 ersetzt vorgestellt wird, wie dies in F i g. 8 dargestellt ist,
dann kann leicht eingesehen werden, daß die einzelnen Strahlen eines Lichtbündels,
das aus einem Punkt A
im Hellfeld 61 ausgeht, auch durch den Mittelpunkt
65 des Kondensors hindurchgehen. Tatsächlich sind die Lichtstrahlen des die
Linse 64 verlassenden Bündels nicht parallel zum Hauptstrahl 66, der durch
den Mittelpunkt 65 hindurchgeht, da die Lichtstrahlen, die den äußeren Teil
der Linse 64 durchqueren, erheblich gebeugt werden und den sogenannten Komafehler
verursachen. Infolge des Komafehlers wird die Beleuchtung des untersuchten Gegenstandes
unvollkommen, wodurch dann auch die Güte des Bildes des Gegenstandes nachteilig
beeinträchtigt wird.
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Wenn jedoch anstatt der Blende gemäß F i g. 7 die erfindungsgemäße
und mit Kappe versehene Frontlinse gemäß F i g. 3 verwendet wird, läßt die
dem einfallenden Licht zugekehrte Fläche der Linse 64 das Licht im Abschnitt B-C
nicht durch. Somit durchqueren lediglich die innerhalb des durch die Strahlen
67 und 68 begrenzten Bündels liegenden Lichtstrahlen die Linse, wobei
der in F i g. 8 gestrichelt gezeichnete Teil des vollen Bündels zwischen
dem Hauptstrahl 66 und dem Strahl 68 liegende Teil vollständig ausgeblendet
ist. Hierdurch nimmt der Komafehler wesentlich ab. Außer der Verrinacrundes Komafehlers
ist aber die Blendung der Mitte der Linse 64 auch deshalb wichtig, weil lediglich
hierdurch erreicht werden kann, daß in den Beleuchtungsbündeln die gestreuten Lichtstrahlen
bzw. die nachteilige Wirkung der an den Rändern der Blende 26 gebeugten Strahlen
gleichwie beseitigt werden. Dies ist insbesondere bei der Dunkelfeldbeleuchtung
mit großem Öffnungswinkel (Apertur) von Bedeutung.
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Zwecks allseitiger schiefer Beleuchtung wird demnach beim erflndungsgemäßen
Kondensor nicht eine in die Blende 26 oder in einen unterhalb derselben angeordneten
Halter gelegte und in der Mitte abgeschirmte Blende verwendet, sondern eine Frontlinse
gemäß F i t. 3 auf die Fassung 35 gesteckt, nachdem die Frontlinse
mit einer Kappe 52, deren Durchmesser der gewünschten Beleuchtung entspricht,
versehen worden ist. In der hinteren Brennebene 58 des Objektivs
32 erscheint dann das aus F i g. 9 ersichtliche Bild. Die Umrißlinie
59 bezeichnet wieder das Bild der Aperturblende des Objektivs und die Umrißlinie
60 das Bild der Kondensorblende 26. Außerdem ist ein dunkles Feld
69 sichtbar, das der abgeschirmten Kugelkalotte der Früntlinse
30 entspricht, durch die die zentralen Beleuchtungsstrahlen ausgeblendet
werden. Durch Verstellung der Kondensorblende 26
kann offensichtlich auch
die Zone der allseitigen Hellfeldbeleuchtung vergrößert bzw. verringert und C
C
hierdurch der Wirkungsgrad der Beleuchtung beliebig geändert werden.
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c) Phasenkontrastbeleuchtung Im Halterungsring 38 können in
in sich bekannter und deshalb nicht dargestellter Weise, Ringblenden angeordnet
werden, die in eine im einen exzentrischen Zapfen drehbare Scheibe gelegt sind.
Durch Auswechseln der Scheibe können zu den verschiedenen Phasenkontrastobjektiven
erforderliche Beleuchtungen bewirkt werden. Dies ist an sich bekannt, so daß von
einer näheren Beschreibung abgesehen werden kann.
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d) Kombinierte Beleuchtung Zur Herstellung einer kombinierten
Beleuchtung, bei welcher mindestens aus einer Richtung eine Dunkelfeldbeleuchtung
und mindestens aus einer Richtung mittels schiefer Strahlen eine Hellfeldbeleuchtung
gleichzeitig vorhanden ist, wird eine Frontlinse 30 mit Kappe gemäß F i
g. 3 verwendet, wobei der Kondensor durch Drehen des Knopfes 47 in einem
Richtungssinn des Pfeiles 48 so lange verschoben wird, bis in der hinteren Brennebene
58 des Objektivs 32 das in F i g. 10 dargestellte Bild erscheint.
Dann werden im Feld 70 a schiefe Strahlen hoher Intensität wirken, die eine
Hellfeldbeleuchtuno, bewirken. Im Feld 70 b außerhalb der Apertur des Objektivs
32 sind Lichtstrahlen wirksam, deren Öffnungswinkel größer sind als der der
Apertur des Objektivs 32 entsprechende öffnungswinkel und die somit eine
Dunkelfeldbeleuchtung ergeben. In den Feldern 71 a bzw. 71 b sind
dagegen einigermaßen diffuse schiefe Strahlen von verhältnismäßig geringer Intensität
wirksam. Durch das vollständig abgeschirmte Feld 52 werden dagegen die zentralen
Beleuchtungsstrahlen vollständig abgeblendet. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß die bei der allseitigen schiefen Beleuchtung auftretende und die Kanten des
untersuchten Gegenstandes überleuchtende störende Wirkung durch das diffuse Licht
von verringerter Intensität der Felder 71 a und 71 b beseitiat ist.
Bei einer derartigen Beleuchtung erscheint das Bild des Gegenstandes 31 vollständig
plastisch, und auch die Einzelheiten der Oberfläche werden scharf sichtbar. e) Dunkelfeldbeleuchtung
Zu diesem Zweck wird der Kondensor mittels des Rändelknopfes47 bzw. der Verstellschraube43
in die zentrale Lage gebracht, sodann die Frontlinse 30
mit einer Kappe
52 versehen, bei welcher infolge der Breite der Kugelzone 51 der öffnungswinkel
oc der die Austrittsfläche 49 der Frontlinse 30 des Kondensors verlassenden
Lichtstrahlen größer ist als der der Apertur des Objektivs 32 entsprechende
Winkel. In diesem Fall können die den Punkt 31 beleuchtenden direkten Strahlen
nicht in das Objektiv 32 gelangen, so daß eine allseitige Dunkeifeldbeleuchtung
entsteht.
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In der hinteren Brennebene 58 der Objektivlinse 32 erscheint
dann das in F i g. 11 dargestellte Bild. Die die Dunkelfeldbeleuchtung bewirkenden
Strahlen durchqueren die ringförmige Fläche 73, wobei die
Apertur
des Objektivs 32 durch das lichtundurchlässige Feld 52 bedeckt ist.
Wenn der Kondensor mittels der Verstellschraube 43 in der Querrichtung entlang einer
Geraden verstellt wird, z. B. in der Weise, daß in der hinteren Brennebene
58 des Ob-
jektivs 32 ein Bild der aus F i g. 10 ersichtlichen
Form erscheint, bei welcher demnach eine sichelförmige kombinierte Beleuchtung entsteht,
jedoch gleichzeitig die Apertur des Objektivs 32 durch eine dem
- Objektiv des Mikroskops zugeordnete, nicht dargestellte Blende derart verengt
wird, daß die Apertur des Objektivs 32 in das vollkommen abgedeckte
Feld 52 zu liegen kommt, so wird ebenfalls eine Dunkelfeldbeleuchtung erhalten.
Diese Dunkelfeldbeleuchtung ist jedoch nicht allseitig, sondern kann als eine gleichsam
mehrseitige Dunkelfeldbeleuchtune, bezeichnet werden, deren Wirkungsgrad höher ist
als der Wirkungsgrad der allseitigen Dunkelfeldbeleuchtung. Das Grundfeld des mikroskopischen
Bildes wird nämlich bei einer derartigen Beleuchtung so dunkel, wie dies bisher
lediglich mittels Spiegelkondensoren erreicht werden konnte. Die optischen Verhältnisse,
die hierfür bürgen, gehen aus den Darlegungen bezüglich der F i g. 8 hervor.
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Wenn die Apertur des Mikroskopobjektivs 32
groß und eine Iris
zur Abänderung der Apertur des Kondensators vorgesehen ist oder wenn die Apertur
des Objektivs 32 verhältnismäßig gering ist, weist die quergerichtete geradlinige
Verstellbarkeit des optischen Systems des Kondensors auch den Vorteil auf, daß von
der ein plastisches Bild ergebenden Hellfeldbeleuchtung allmählich auf die Dunkelfeldbeleuchtung
übergangen werden kann.