DE1967105A1 - Nadelsondenmikroskop - Google Patents

Description

1..J.6 7-1-05

Lüdenscheid, 8. Februar 1977 Dr. W. Haßler A 76 176

DbL-Chsm. F. Schrumpf
Posifuch 17 04

5880 Lüdenscheid

Anmelderin: Firma Nippon Self oc Kabushiki Kaisha 7-15,5-Ch-Oitte, Shiba, Minato-Ku !Tokio, Japan

N adelsondenmikroskop ■-*
Die Erfindung betrifft ein Nadelsondenmikroskop.

Damit ein Nadelsondenmikroskop möglichst ohne Beschwerden für den Patienten eingesetzt werden kann, ist eine Objektivlinse mit möglichst kleinem Durchmesser erförderlich. Die Herstellung solcher kleinen Objektivlinsen bereitet sehr große Schwierigkeiten, insbesondere wenn eine starke Vergrößerung gewünscht ist. Es sind in diesem Fall im allgemeinen Kombinationslinsen erforderlich, deren Durchmesser nicht die erforderliche Kleinheit hat.

In "Beil-Systems Technical Journal" Band 44, November 65* Seiten 2017 bis 2QJO ist ein durchsichtiger Körper mit radial quadratisch abnehmendem Brechungsindex beschrieben, der Abbildungseigenschaften hat und infolgedessen in abbildenden Geräten als Linse eingesetzt werden kann. Ein solcher durchsichtiger Körper hat auch bei kleinem Durchmesser eine kurze Brennweite.

Aufgäbe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Nadelsondenmikroskops mit möglichst kleinem Gesamtdurchmesser.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein faserartiger, durchsichtiger Körper, dessen Brechungsindex

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ORIGINAL·. INSPECTED

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radial quadratisch abnimmt, als Objektiv dient und im Innern eines Sondenrohres vom Objektivende bis zum Okularende geführt ist.

Die Verwendung eines derartigen durchsichtigen Körpers mit abbildenden Eigenschaften bringt überraschende Verbesserungen für ein Nadelsondenmikroskop mit sich, indem eine gesonderte Objektivlinse gänzlich in Wegfall kommt. Der faserartige Körper hat eine zylindrische Form und ist außerdem biegsam, so daß immer ein durchgehender Strahlengang durch den durchsichtigen Körper gewährleistet ist, auch wenn Verbiegungen oder Verspannungen im Sondenrohr auftreten. Es ist also nicht erforderlich, das Objektivende des Nadelsondenmikroskops starr auf das Okularende auszurichten. Damit kann ein Nadelsondenmikrosko; außerordentlich kleine Querabmessungen haben und trotzdem ohne Schwierigkeiten für medizinische Untersuchungen eingesetzt werden, ohne den Patienten zu belästigen.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert, in der darstellen:

einen Schnitt durch ein Nadelsondenmikroskop nach der Erfindung und

ein Diagramm zur Erläuterung der Abbildungseigenschaften dieses Nadelsondenmikroskops.

Fig. 2

Ein Faserkörper mit radial quadratisch abnehmendem Brechungsindex hat folgenden Verlauf des Brechungsindex:

η = n₀ (1 -

r²)

mit n_Q als Brechungsindex im Zentrum auf einem Achsenpunkt, η als Brechungsindex im radialen Abstand r vom Zentrum und als einer positiven Konstanten,

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Ein durchsichtiger Körper mit dieser Verteilung des Brechungsindex hat eine Brennweite

f =

_sin

wenn L die axiale Länge ist. Diese Gleichung ist in einer Arbei von H. Kogelnik in Bell System Technical Journal, März 1965» S. 455 bis 494 angegeben,
weite einen Minimalwert f

S. 455 bis 494 angegeben. Für L = —^r erreicht die Brenn-

'min q

Wenn der Brechungsindex n_Q in der Mittelachse den Wert tIq = 1,6 und b den Wert b = 1 mm hat, erhält man eine minimale Brennweite f . «»0,3 mm. Damit kann man eine Objektivlinse mit hoher Vergrößerung verwirklichen. Nach der obigen Gleichung für die Brennweite ist f eine periodische Funktion von L, so daß bei Längenwerten in Vielfachen von ic b keine Änderung der optischen Verhältnisse erfolgt. Folglich erhält man ein langgestrecktes optisches Konvergenzsystem mit kurzer Brennweite und ohne sphärische Aberration. Einen solchen Faserkörper mit Abbildungseigenschaf ten kann man in dem Sondenrohr eines Nadelsondenmikroskops einsetzen.

Eine Glasfaser, deren Brechungsindex quadratisch mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse abnimmt, kann leicht außerordentlich dünn mit einem Durchmesser von weniger als 2 mm hergestellt werden. Wenn diese Glasfaser auf eine entsprechende Länge senkrecht zur Längsachse abgeschnitten wird, erhält man eine Linse kurzer Länge mit sehr kleinem Durchmesser, eine sog. Minilinse. Eine solche Glasfaser kann als lange Stablinse ausgebildet sein.

Als Werkstoff für den durchsichtigen Faserkörper eignen sich Glas oder Kunstharz. Bei Glas kann man die angegebene Verteilung des Brechungsindex durch Änderung der Kationenkonzentration der Abwandlungsoxyde des Glases herstellen. Bei Kunstharzen läßt sich eine solche Änderung des Brechungsindex durch Wärmebehand-

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-X-

' sr ·

lung erreichen, nachdem mehrere Schichten von Harzen mit verschiedenen Brechungsindices aufeinandergeschichtet sind, wobei eine gegenseitige Diffusion der Schichtstoffe erfolgt.

Der durchsichtige Faserkörper mit der angegebenen Verteilung des Brechungsindex hat eine Linsenwirkung, die der Kombination mehrerer Konvexlinsen gleichwertig ist. Nach Fig. 2 bewegen sich Lichtstrahlen in dem durchsichtigen Körper 24 wellenförmig auf einer Sinuskurve um die Mittelachse mit einer Wellenlänge S =<flTb. Das Licht eines Gegenstandes P wird in einem Bild Q nach Durchgang durch den durchsichtigen Körper 24 fokussiert.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Nadelsondenmikroskops für medizinische Untersuchungen. Eine Hohlnadel 23 mit einem Innendurchmesser von 1,5 mm nimmt eine Glasfaser 24 mit Selbstfokussierung sowie ein dieselbe umgebendes optisches Faserbündel 25 auf. Eine Abdeckplatte 26 aus Glas befindet sich an der Spitze der Hohlnadel 23. An der gegenüberliegenden Endseite befinden sich eine Okularlinse 27 sowie eine Beleuchtungslichtquelle 28. Das Licht der Beleuchtungslichtquelle 28 gelangt durch das optische Faserbündel 25 und tritt an der Spitze 29 aus, so daß der Gegenstand außerhalb der Abdeckplatte 26 beleuchtet wird. Das Licht des Gegenstandes P gelangt nach Fig. 2 durch das Innere der Glasfaser 24 und wird in der Nähe der Endfläche 30 zu einem Bild Q fokussiert. Ein vergrößertes virtuelles Bild Q_a wird durch die Okularlinse 27 beobachtet.

Die Glasfaser wird bespw. in folgender Weise hergestellt: ein Glasstab mit einem Durchmesser von 1 mm und einer Zusammensetzungvon 56 Gewichts-% SiO₂, 14 Gewichts-% Na₂O, 20 Gewichts-% Tl₂O, 10 Gewichts-% PbO wird 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 500° C in ein Kaliumnitratbad mit einem Thalliumnitratgehalt eingetaucht, so daß man einen Glasstab mit einem zentralen Brechungsindex n_Q gleich 1,56, einem Oberflächenbrechungsindex von 1,53 und einer Verteilung des Brechungsindex η = n_n (1 ^-5— r²) mit -§ gleich 7 _%7 cm" erhält. Diesel

^υ b b^ '-"""

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Dieser Glasstab wird zurechtgeschnitten und an beiden Stirnenden senkrecht zur Mittelachse geschliffen. Die Länge des Glasstabes ist durch die Länge der Hohlnadel für das Nadelsondenmikroskop und die gewünschte Brennweite festgelegt.

Auch wenn der durchsichtige Körper gebogen ist, bewirkt er immer noch eine Bildübertragung, so daß das Nadelsondenmikroskop nach der Erfindung auf eine starre Ausrichtung des Objektivteils auf den Okularteil verzichten kann. Dieses erleichtert die Handhabung des Nadelsondenmikroskops sehr, weil das Sondenrohr nunmehr biegsam-ausgeführt sein kann und damit die Belästigungen für den Patienten wesentlich verringert werden.

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Claims (1)

1.67T05

P a t ent a η s ρ τ u c h -Λ.¹-- . ;:■ \:^;4- ^; \

Vadelsondenmlkroskop, dadurcn gekennzeichnei;, daß ein faserart iger, durchsientiger Körper (24;) , dessen- Brechungsindex radial quadratisch abnimmt, als Objektiv dient und im Innern eines Sondenrohres (23) vom Objektivende bis zürn Qkularende geführt ist. ; ; ;

.. -709^2 2/0 3 S3 ORIGINAL ÄPECTED