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Phasenkontrastmikroskop mit veränderbarem Phasenkontrast Die Erfindung
betrifft ein Phasenkontrastmikroskop, dessen Phasenkontrast veränderbar ist und
dessen phasenverschiebende Schicht die Form zweier konzentrischer Ringe hat, denen
zwei konzentrische ringförmige Blendenöffnungen im Strahlengang vor der Objektebene
konjugiert sind, wobei ferner vor der Objektebene ein Polarisationsfilter vorgesehen
ist.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Phasenmikroskop,
das die Beobachtung von Mikroobjekten, die die Änderung der Phase des durchdringenden
oder von ihnen reflektierten Lichtes bewirken, und zwar sowohl im positiven Phasenkontrast,
in dem ein dunkles Bild des Objektes auf hellem Hintergrund, als auch im negativen
Phasenkontrast, in dem ein helles Bild auf dunklerem Hintergrund erscheint, sowie
einen übergang von einer Art des Kontrastes zu der anderen gestattet.
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Bekannt sind Phasenkontrastmikroskope und -vorrichtungen, die entweder
positiv oder negativ sind, da sie eine positive oder eine negative Phasenplatte
enthalten. Der übergang von der Beobachtung im positiven Phasenkontrast zur Beobachtung
im negativen Phasenkontrast erfordert in diesem Falle eine Auswechselung bestimmter
Bestandteile des Mikroskops, z. B. des Phasenobjektivs, der Phasenplatte u. dgl.,
was natürlich unbequem ist, insbesondere dann, wenn es erforderlich ist, das Bild
des Mikroobjekts im positiven und im negativen Phasenkontrast schnell zu vergleichen.
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Bekannte Phasenkontrastmikroskope mit veränderlichem Kontrast, bei
denen die vorwiegend aus doppelbrechenden und Polarisationsmaterialien hergestellten
Phasenplatten die Regulierung der Phasenverschiebung oder der Lichtpermeabilität
ermöglichen, sind kompliziert und in industriellem Maßstab sehr schwer herstellbar.
Infolgedessen werden sie praktisch nicht angewandt.
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Es ist ein Phasenkontrastmikroskop bekannt, dessen beide Ringe der
phasenverschiebenden Schicht immer gleichzeitig mit Licht unterschiedlicher Farbe
beaufschlagt werden. Dabei wird die Phase des Lichtes der einen Farbe um den Betrag
von A/4 dieser Farbe in einer Richtung und die Phase des Lichtes der anderen Farbe
um den Betrag von A./4 dieser anderen Farbe in der anderen Richtung verschoben.
Eine Möglichkeit zum übergang von rein positivem zu rein negativem Phasenkontrast
ist bei diesem Mikroskop nicht gegeben, bei dem immer ein Mischkontrast entstehen
wird, wobei höchstens die eine Kontrastart überwiegt. Das Mikroskop soll es ermöglichen,
durch additive Bildmischung zwei verschiedenfarbige Objektbilder zu erzeugen, welche
einander überlagert werden und dadurch die optische Empfindlichkeit des Mikroskops
für geringe Veränderungen in der Phase des Objekts zu erhöhen.
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Es ist außerdem ein Phasenkontrastmikroskop bekannt, welches es erlaubt,
von negativem zu positivem Kontrast überzugehen und umgekehrt. Der hierzu nach dieser
Patentschrift vorgeschlagene Weg beruht darauf, daß eine Phasenverschiebungsschicht
gewählt wird, welche für unterschiedliche Lichtwellenlängen eine unterschiedliche
Phasenverschiebung hervorbringt. Auf diese Weise wird mit der Änderung des Phasenkontrastes
auch die Farbe geändert. Es ist darüber hinaus bei einer derartigen Anordnung eine
verhältnismäßig komplizierte Einrichtung erforderlich, um die gewünschten Änderungen
in der Lichtwellenlänge zu erzeugen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Phasenkontrastmikroskop
zu schaffen, welches es erlaubt, mit einem Mindestmaß an Aufwand die Beobachtung
sowohl bei positivem als auch bei negativem Phasenkontrast und außerdem im Hellfeld
durchzuführen. Dabei soll eine kontinuierliche Einstellbarkeit des Kontrastes von
voll positiv bis voll negativ ermöglicht werden.
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Dies wird gemäß Erfindung dadurch erzielt, daß die Polarisationsebene
des Polarisationsfilters im der einen Blendenöffnung zugeordneten Teil des Polarisationsfilters
senkrecht zur Polarisationsebene des der anderen Blendenöffnung zugeordneten Teiles
steht, daß im Strahlengang ein zweites drehbares Polarisationsfilter vorgesehen
ist und daß ferner mit
einer der obenerwähnten Öffnungen eine Phasenplatte
von positiver Phasenverschiebung, z. B. .1/4 für eine gegebene Lichtwellenlänge
und mit der anderen Öffnung eine Phasenplatte von negativer Phasenverschiebung )/4
für dieselbe Lichtwellenlänge konjugiert sind.
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Die Erfindung kommt also mit sehr einfachen Mitteln aus, nämlich indem
bei einem Mikroskop der eingangs umrissenen Art lediglich der Blende ein doppeltes
Polarisationsfilter zugeordnet wird, welches die durch die beiden Blendenöffnungen
durchtretenden Lichtstrahlen in aufeinander senkrecht stehende Richtungen polarisiert,
indem ferner ein weiteres drehbares Polarisationsfilter in den Strahlengang geschaltet
wird, und in dem schließlich die phasenverschiebende Schicht eine bestimmte Bemessung
in bezug auf die Phasenverschiebung erhält. Bei einer derartigen Anordnung erlaubt
das eine Ringstrahlenbündel eine Beobachtung mit positivem Kontrast und das andere
eine mit negativem Kontrast. Je nach der Lage des drehbaren Polarisationsfilters
ist das eine der beiden Ringbündel ganz ausgeschaltet, oder aber die Beobachtung
wird in einer Zwischenstellung durchgeführt.
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Bei einer derartigen Ausbildung ist zunächst einmal der technische
Aufwand gering, da der ganze bewegbare Apparat vor dem Kondensor angeordnet ist
und keiner besonderen Präzision bedarf. Zum anderen ist die Bedienung durch den
Beobachtenden denkbar einfach, da es genügt, wenn dieser zur Veränderung des Kontrastes
das drehbare Polarisationsfilter dreht.
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Der so bewirkte kontinuierliche übergang vom positiven zum negativen
Kontrast und umgekehrt wird dabei durch entsprechendes Löschen des durch die einzelnen
Ringe durchdringenden Lichtes mittels Polarisationsfilter ermöglicht, ohne daß die
Phasenplatten und die Blenden vor der Objektebene ausgewechselt werden müssen. Die
Gefahr der gegenseitigen schädlichen Beeinflussung durch beide Phasenringe des durch
die ringförmigen Blendenöffnungen tretenden Lichtes wird hierbei dadurch ausgeschaltet,
daß diesen Ringen entsprechende, von der Vergrößerung des Objektivs und der Korrektion
seiner Aberration abhängige geometrische Dimensionen verliehen werden.
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Das Prinzip der Konstruktion und der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Mikroskops ist in der Zeichnung erläutert, in der die F i g. 1 das allgemeine optische
Schema des Mikroskops beispielsweise veranschaulicht; F i g. 2 ist eine Draufsicht
der Ausgangspupille des Objektivs, und F i g. 3 ist eine Draufsicht der Kondensorblende.
Das erfindungsgemäße Mikroskop besteht aus folgenden optischen Einheiten: Okular
0k, Objektiv Ob, Objektplatte P, Kondensor K und Polarisationsfilteranordnung
E. Zwischen den Linsen L1 und L2 der Ausgangspupille des Objektivs Ob befinden
sich zwei konzentrische Phasenringe Phi und Ph2, von denen der eine ein positiver
Phasenring ist, der die Phase des durchdringenden Lichtes um n/2 verändert, und
der andere ein negativer Phasenring ist, der die Phase des durch ihn tretenden Lichtes
um n/2 verändert. Diese Ringe sind dabei auf einer oder auf zwei unmittelbar miteinander
benachbarten Linsen L1 und L2 des Objektivs des Mikroskops oder auf einer zusätzlichen,
in das Objektiv oder in den Tubus des Mikroskops eingesetzte flach parallele Glasscheibe
aufgebracht. Unter dem Kondensor K des Mikroskops befindet sich als Blende eine
in der Nähe der Fokusebene des Kondensors K angebrachte und mit zwei transparenten
Ringöffnungen S1 und S2 versehenen Platte D sowie ein Polarisationsfiltersystem
P1, P2, P3. Die Platte D mit den optischen Ringöffnungen S1 und S2 ist dabei in
der mit den Phasenringen Phi und Ph. des Objektivs konjugierten Ebene derart angebracht,
daß das Bild der Ringöffnung S1 auf dem Phasenring Phi und das Bild der Ringöffnung
S2 auf dem Phasenring Ph2 erscheint.
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Das Polarisationsfilter P1 hat die Gestalt eines Kreises und verdeckt
die Ringöffnung S1 in der Platte D. Das Polarisationsfilter P2 hat die Gestalt eines
Ringes und verdeckt die Ringöffnung S2, wobei die Lichtschwingungsebenen dieser
Polarisationsfilter senkrecht aufeinander stehen. Das vor den Polarisationsfiltern
P1 und P2 (F i g. 1) oder an anderer Stelle im Objekt- oder Bildraum des Mikroskops
befindliche dritte Polarisationsfilter P3 ist drehbar angebracht und ermöglicht
die kontinuierliche Regulierung des Verhältnisses der Intensität des durch die Ringöffnungen
S1 und S2 tretenden Lichtes.
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Wenn die Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters P3 senkrecht
auf der des Polarisationsfilters P1 steht, geht das Licht nicht durch die Öffnung
S1, sondern durch die Öffnung S2, und es wird ein durch die Eigenschaften des Phasenringes
Ph. bestimmter Phasenkontrast erlangt. Wenn sie dagegen senkrecht auf der des Polarisationsfilters
P2 steht, geht das Licht nicht durch die Öffnung S2, sondern durch die Öffnung S1,
und es wird ein durch die Eigenschaften des Phasenringes Phi bestimmter Phasenkontrast
erhalten. Ist der Phasenring Phi positiv und der- Ring Ph2 negativ, dann wird im
ersten Falle beim Löschen das von der Öffnung S1 kommenden Lichtes ein negativer
Phasenkontrast und im zweiten Falle wird bei Löschen des von der Öffnung S2 kommenden
Lichtes ein positiver Phasenkontrast erzeugt. Bei mittleren Lagen des Polarisationsfilters
P3, wenn das Licht sowohl durch die Öffnung S1 als auch durch die Öffnung S2 passiert,
wird ein gemischter Phasenkontrast erzeugt, der überwiegend positiv oder negativ
ist. Wenn das Polarisationsfilter P3 gedreht wird, kann man ohne Unterbrechung der
Beobachtung kontinuierlich von negativem zu positivem Phasenkontrast und umgekehrt
übergehen.
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Die Durchmesser und die Breiten der Phasenringe Phi und Ph2 sowie
die der ihnen zugeordneten durchsichtigen Ringöffnungen S1 und S2 der Blende D sind
so gewählt, daß das auf den optisch heterogenen Elementen des geprüften Phasenpräparates
zerstreute Licht aus der Öffnung S1 durch den Phasenring Ph2 nicht gestört und gleichzeitig
das zerstreute Licht aus der Öffnung S2 durch den Phasenring Phi nicht gestört wird.
Gute Resultate werden erlangt, wenn die Durchmesser der Phasenringe Phi und Ph.
ein Drittel bzw. zwei Drittel des Durchmessers der Ausgangspupille des Objektivs,
und die Breiten dieser Ringe etwa ein Zwanzigstel dieses Durchmessers betragen.
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Besonders gute Resultate der Beobachtung verschiedener mikroskopischer
Gegenstände werden erzielt, wenn der innere Phasenring Phi ein positiver Ring aus
dielektrisch-metallischen Substanzen ist und der äußere Phasenring Ph2 ein aus Ruß
hergestellter negativer Ring ist. In diesem Falle zeichnet sich das
erfindungsgemäße
Phasenmikroskop durch hohe Plastizität und hohen Bildkontrast sowie durch eine für
das Auge günstige Färbung des Hintergrundes des Sehfeldes aus.