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Beleuchtungssystem fUr optische Instrumente Die Erfindung betrifft
ein Beleuchtungssystem fUr optische Instrumente mit einem aus Faserelementen bestehenden
lichtleitenden Olasfasersystem. Bei einem solchen System sind die Faserelemente
sowohl am lichtaufnehmenden wie am lichtaussendenden Ende des Lichtleitersystems
einander eng benachbart und im wesentlichen parallel angeordnet.
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Bei Beleuchtungssystemen fUr optische Instrumente, beispielsweise
fUr Mikroskope, ist es erwünscht, daß die Lichtquelle
fUr das Beleuchtungssystem
eine lichtaussendende Fläche hat, die genUgend groß ist, um die Eingangspupille
der Objektivlinse des Mikroskops voll auszuleuchten. Die Lichtintensität soll dabei
möglichst gleichmäßig Uber die gesamte Fläche verteilt sein. Im allgemeinen bestehen
jedoch Ungleichfdrmigkeiten in der Lichtintensität der Lichtquelle, auch wenn eine
weißgluhende Lampe mit gewendelten Drähten oder eine weißglühende Bogenlampe verwendet
wird. Hieraus resultiert eine ungleichmäßige Beleuchtung im Beleuchtungsfeld des
Mikroskops oder dgl.
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Die Lichtintensität einer Wolfram-Fadenlampe, wie sie allgemein als
Lichtquelle verwendet wird, kann durch Einstellung der angelegten Spannung, beispielsweise
mittels eines Schiebewiderstandes, verändert werden. Die Intensität des von einer
Wolfram-Fadenlampe ausgesandten Lichts ist Jedoch begrenzt.
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Andererseits haben Jod-Lampen, Xenon-Lampen und Ultra-Hochspznnungsquecksilberdampf-Lampen,
die Licht hoher Helligkeit aussenden können, nur einen sehr beschränkten Einstellungsbereich
fUr die Helligkeit des von ihnen ausgesandten Lichts oder kdnnen hinsichtlich der
Helligkeit Uberhaupt nicht reguliert werden. Im allgemeinen werden daher verschiedene
Arten von neutralen Graufiltern mit verschiedenen Dichten verwendet, um durch Einschalten
eines solchen Filters in den optischen Weg des Beleuchtungssystems die Helligkeit
des von den vorbeschriebenen Lampen emittierten Lichts zu verändern. Dieses
Verfahren
ist jedoch beschwerlich und die Intensität des Lichts kann nur schrittweise in einer
beschränkten Anzahl von Stufen durchgeftihrt werden0 In einem Mikroskop kann die
Beleuchtungsstärke auch durch Einstellung der OfRnung der Aperturblende verändert
werden.
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Die Aperturblende sollte jedoch so eingestellt werden, daß sie mit
der Größe der Austrittspupille der Objektivlinse des Mikroskops Ubereinstimmt. Die
Einstellung der LichtintensitZt an der Lichtquelle durch Veränderung der Aperturblende
wird deshalb nicht gerne verwendet, da die Wirkungsweise der Objektivlinse verschlechtert
wird.
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Auch von einem allgemeinen Standpunkt der Eeleuchtungstechnik, bei
der das Bild der Lichtquelle auf die Stelle der Aperturblende abgebildet wird, ist
es nicht richtig, die Intensität des Lichts durch Veränderung der lichtaussendenden
Fläche der Lichtquelle zu verändern.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorbeschriebenen Nachteile
der bekannten Beleuchtungssysteme zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, daß
die Faserelemente am lichtaufnehmenden Ende des Glasfasersystems zu FaserbUndeleinheiten
zusammengefaßt und diese in Gruppen angeordnet sind und daß die riaserbUndeleinheiten
am lichtaussendenden Ende in Gruppen angeordnet sind, die eine andere und gleichmäßige
Verteilung
Uber die Querschnittsfläche aufweisen.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das von der lichtaussendenden
Fläche ausgehende Licht auch bei ungleichm§ßiger Verteilung des von der Lichtquelle
ausgesandten und auf die lichtaufnehmende Fläche fallenden Lichts gleichmäßig Uber
die ganze Fläche verteilt ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann bei Erhaltung der Qleichförmigkeit
des von der lichtaussendenden Fläche ausgesandten Lichts dessen Intensität dadurch
verändert werden, daß vor dem lichtaufnehmenden Ende eine bewegbare Blende angeordnet
ist, durch die ein Teil des von der Lichtquelle kommenden Lichts ausblendbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist das lichtaufnehmende
Ende rechteckigen Querschnitt auf und die Gruppen bestehen aus parallelen Reihe
von FaserbUndeleinheiten. Die Blende kann dann senkrecht zu den Gruppen der Faserbündelelnheiten
verschiebbar sein.
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Wenn die Eintrittspupille des zu betrachtenden optischen Instruments
kreisrörmigen Querschnitt aufweist, ist es vorteilhaft, wenn auch das lichtaussendende
Ende kreisförmigen Querschnitt aufweist und die FaserbUndeleinheiten in kreisfrmigen
Gruppen angeordnet sind.
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Die lichtaufnehmende Fläche kann ebenfalls anderen als rechteckigen,
beispielsweise runden, Querschnitt aufweisen. In diesem Falle wUrden die Gruppen
von FaserbUndeleinheiten zweckmäßigerweise ringförmig angeordnet und die Blende
kreisförmig ausgebildet.
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Mit der Erfindung kann eine Gleichverteilung des von der gesamten
Fläche des lichtaussendenden Teils des Beleuchtungssystems ausgesandten Lichts und
bei Erhaltung der Gleichverteilung eine Veränderung der Gesamt intensität dieses
Lichts erreicht werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der Beschreibung
des in der Zeichnung schematisch dargestellten bevorzugten AusfUhrungsbeipiels entnommen
werden. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht der Anordnung
des Beleuchtungssystems nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem
Mikroskop; Fig. 2 eine schematische, perspektivische Teilansicht der Anordnung der
FaserbUndeleinheiten in Gruppen in einem optischen Glasfaserlichtleitersystem, wie
es in dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem verwendet wird.
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In Fig. 1 ist die Anordnung eines Beleuchtungssystems nach der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit einem Mikroskop dargestellt. Sie umfaßt eine Lichtquelle
1, eine Kondensorlinse 2 und ein lichtleitendes optisches Glasfasersystem 3, das
ein lichtaufnehmendes Ende 3a und ein lichtaussendendes Ende gb aufweist. Eine bewegbare
lichtunterbrechende Blende 4, die vor dem licht aufnehmenden Ende 9a und in dessen
Nähe angebracht ist, ist einstellbar, so daß die Fläche des lichtaufnehmenden Endes
3a zunehmend abdeckbar ist.
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Das von der Lichtquelle 1 ausgesandte Licht wird durch die Kondensorlinse
2 auf das lichtaurnehmende Ende 3a des Glasfasersystems 3 fokussiert und von diesem
zum lichtaussendenden Ende 3b weitergeleitet. Das lichtaussendende Ende 3b des optischen
Glasfasersystems 3 ist am licht aufnehmenden Teil des Mikroskops angeordnet, wo
sich üblicherweise eine normale Lichtquelle befindet. Daher wird das von dem lichtaussendenden
Ende 3b ausgesandte Licht als sekundäre Lichtquelle fUr das Mikroskop verwendet.
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Das vom lichtaussendenden Ende 3b ausgehende Licht wird im wesentlichen
durch eine erste Relaislinse 5 im Mikroskop parallel gemacht. Ein Spiegel 6 reflektiert
das kollimferte Licht von der Relaislinse 5 durch eine zweite Helaislinse 7 und
eine Kondensorlinse 8 an die Stelle, an der das zu beobachtende Objekt 9 angeordnet
ist, so daß dieses vom Licht
des lichtaussendenden Endes 3b beleuchtet
wird. Das durch das Objekt 9 hindurchgehende Licht gelangt durch eine Objektivlinse
10, ein Prisma 11 und ein Okular 12 in das Auge des Beobachters, wie dies bei mikroskopischer
Beobachtung Ublich ist.
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Eine Feldblende 13 ist im optischen Weg zwischen der ersten Relaislinse
5 und dem Spiegel 6 angeordnet, während eine Aperturblende 14 vor dei' ondensorlinse
8 und in deren Nähe angeordnet ist, wie dies in der Mikroskopteohnik Ublich ist.
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Das charakteristische Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in
der Anordnung der Faserelemente im lichtleitenden optischen Glasfasersystem 3, durch
die die Intensität des vom lichtaussendenden Ende 3b ausgesandten Lichts gleichmässig
Uber die gesamte Fläche desselben verteilt wird, unabhKngig von der ungleichtörmigen
Verteilung der Lichtintensität> die von der Lichtquelle 1 auf die lichtaufnehmende
Fläche 3a einfällt. Wenn daher die bewegbare lichtunterbrechende Blende 4 betätigt
wird, um die Fläche des lichtaufnehmenden Endes 3a, das durch die Blende 4 abgedeckt
ist, zu verändern, wird die Gesamtintensität des vom lichtaussendenden Ende 3b ausgesandten
Lichts verändert, während die gleichmäßige Verteilung der Intensität des Lichts
Uber die gesamte Fläche des lichtaussendenden Endes 3b aufrechterhalten wird.
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In Fig. 2 ist das optische Glasfasersystem 3 in U-Form gebogen dargestellt,
um die Anordnung der Faserelemente in diesem System besser verdeutlichen zu können,
obwohl das Glasfasersystem 3 üblicherweise in der Praxis in gradliniger Form verwendet
wird. Jedes der Faserelemente ist vor zugsweise aus einer dünnen kristallinen Glasfaser
hergestellt, Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Vielzahl von Glasfaserelementen zu
einer Faserbündeleinheit a> a, a --; b, b, b --; c, c, c --; d, d, d, --; e,
e, e, ---; f, f, f, ---; und g, g, g, --- am lichtaufnehmenden Ende 3a des optischen
Glasfasersystems 3 zusammengebündelt. Die FaserbUndeleinheiten a, a, a, --; b, b,
b, b> --; c, c, c, ---; usw. bilden abwechslungsweise Gruppen von Glasfaserbündeleinheiten
A> B, C,---; usw. am lichtaufnehmenden Ende 3a, wie dies in Fig. 2 dargestellt
ist.
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Die Anordnung der Gruppen A, B, C, --; usw. ist so gewählt, daß sie
durch die Betätigung der lichtunterbrechenden Blende 4 aufeinanderfolgend abgedeckt
werden. Hierdurch wird die durch die Blende 4 abgedeckte Fläche des lichtaufnehmenden
Endes 3a fortlaufend verändert und ein Teil des von der Lichtquelle 1 einfallende
Licht wird ausgeblendet.
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Gemäß dem charakteristischen Merkmal der vorliegenden Erfindung werden
die FaserbUndeleinheiten a, a, --; b, b, --; c, o, -usw. in den zugehörigen Gruppen
A, B, C, --; usw. so zum lichtaussendenden Ende 3b gefUhrt, daß sie dort andere
Gruppen T, U, V, ; usw. bilden, wobei jede Gruppe aus einem der GlasfaserbUndel
jeder Gruppe A, B, C, --; usw. vom lichtaufnehmenden Ende 3a besteht. Daher enthält
jede der Gruppen T, U, V, -- usw. Faserbündeleinheiten a, b, c, ----; usw.
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Die Anordnung der Gruppen T, , V, ---; usw. ist so, daß sie gleichmäßig
verteilt Uber die gesamte Fläche des lichtaussendenden Endes 3b angeordnet sind,
wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
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Durch die vorbeschriebene Anordnung der Faserelemente des optischen
Glasfasersystems 3 ist die vom lichtaussendenden Ende 3b ausgesandte Lichtintensität
gleichförmig Uber die gesamte Fläche desselben verteilt, auch wenn die Intensität
des auf das lichtaufnehmende Ende 3a einfallende Licht nicht gleichförmig Uber dessen
Fläche verteilt ist. Dies ermöglicht, die durch optische Effekte hervorgerufene
ungleiche Beleuchtung des licht,aufnehmenden Endes des Mikroskops während der Beobachtung
vollständig zu vermeiden.
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Wenn die lichtunterbreohende Blende 4 in der durch den Pfeil a bezeichneten
Richtung bewegt wird, wird die Fläche des durch
die Blende 4 abgedeckten
lichtaufnehmenden Endes 3a verändert. Hierdurch kann die Gesamtintensität des vom
lichtgussendenden Ende 3b ausgesandten Lichts frei verändert werden, während die
gleichmäßige Verteilung der Lichtintensität Uber die gesamte Fläche des lichtaussendenden
Endes 3b aufrechterhalten wird.
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Wenn die Blende 4 in Fig. 2 in eine Stellung bewegt wird, wie sie
durch strichpunktierte Linie dargestellt ist, wodurch die Gruppen AJ B und C abgedeckt
werden, wird das Licht gehindert, in die FaserbUndeleinheiten a, a, --; b, b, --;
und c, c,-der Gruppen A, B und C einzutreten, wie dies durch die Schraffierung an
den Enden der FaserbUndeleinheiten dargestellt ist.
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Daher können nur die FaserbUndeleinheiten in jeder der Gruppen T,
U, V, ---,die nicht zu den Faserbündeleinheiten a, b, c gehören» Licht emittieren.
Wegen der gleichmäßigen Verteilung der Gruppen Ts U, V, -- am lichtaussendenden
Ende 3b ist die Intensität des Lichts gleichmäßig Uber die gesamte Fläche desselben
verteilt, während die Gesamtintensität des Lichts durch die Blende 4 abgeschwächt
ist.
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Die Anordnung der Faserbühdelelnheiten am lichtaufnehmenden Ende 3a
ist in der Zeichnung rechteckig dargestellt. Sie kann jedoch jede gewünschte Form
erhalten, insoweit sichergestellt
ist, daß die Gruppen A s B>
C -- durch die Lichtblende 4 nacheinander abgedeckt werden können.
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Da die gesamte Fläche des lichtaussendenden Endes 3b auch bei Veränderung
der Intensität des Lichts konstant gehalten wird, ist das Beleuohtungssystem nach
der vorliegenden Erfindung außerordentlich für die Verwendung in optischen Instrumenten
und Geräten geeignet, ohne die Wirksamkeit beispielsweise des Objektivlinsensystems
des Mikroskops zu verschlechtern. Da ferner die Farbtemperatur während der Einstellung
der Intensität der Beleuchtung bei der vorliegenden Erfindung nicht verändert wird,
ist dieses Beleuchtungssystem fUr die Farbfotografie außerordentlich geeignet.