DE2701764A1 - Lichtflussregler - Google Patents

Description

Λ 2051/Β 2922 JlΛ' Pat 3t/at - 17. 1 .77

Lichtflußregier

Die Erfindung betrifft einen Lichtflußregler in Beleuchtungsvorrichtungen für Mikroskope.

Bei Mikroskopen mit auswechselbaren oder hinsichtlich Vergrößerung und Apertur veränderlichen Objektiven bzw. Okularen muß die Beleuchtung des Objekts dem jeweiligen Objek tiv oder Okular angepaßt werden, d.h. der auf das Objekt treffende Lichtfluß muß regelbar sein. Dieselbe Forderung ergibt sich bei Vergleichsmikroskopen, bei denen die Lichtflüsse in zwei getrennten Abbildungsstrahlengängen aneinander anzupassen sind. Ein weiterer Anwendungsfall für eine Regelung des Lichtflusses liegt auf dem Gebiet der Mikrofotographie, bei der beispielsweise die Helligkeit des Objekts bestimmten Belichtungszeiten und Filmempfindlichkeiten angepaßt werden soll.

Eine Art der Lichtflußregelung besteht darin, die Lampenhelligkeit zu steuern. Damit ändert sich in der Regel aber auch die spektrale Zusammensetzung des Lichts, was zu einer Veränderung des mikroskopischen Bildes führt.

Es sind daher verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, bei gleichbleibender Lampenhelligkeit den Lichtfluß im Beleuchtungsstrahlengang zu verändern. In der US-PS 2 höh 888 ist in den Beleuchtungsstrahlengang eine Scheibe mit kontinuierlich abnehmendem Transmissionsvermögen (Graukeil) eingefügt, Der Regelbereich geht beispielsweise von 50 $ bis 1 f

809829/0381

A Ulm1/B 2922 Pat St/Bt - 17.1.77

Patentabteilung _ ^. _

der von der Lampe ausgehenden Lichtintensität. Nach dor DL-Pb 19 10ό besteht eine andere Lösung darin, Polarisationsfilter in den Beleuchtungsstrahlengang einzusetzen. Abgesehen von der physikalisch bedingten hohen Lichtabsorption durcn Polarisationsfilter haftet beiden Maßnahmen der Nachteil an, daß sie in ihrem Absorptionsverhalten innerhalb eines größeren Wellenlängenbereiches nicht konstant sind. Das gilt auch für Flüssigkeitsfilter mit neutralgrau eingefärbter Flüssigkeit, die in ihrer Dicke variabel sind. Hier treten darüber hinaus Probleme durch die Erwärmung der Flüssigkeit bei einer Anordnung nahe der Lampe auf.

In der DT-AS 2k 21 866 ist zur Regelung des Lichtflusses eine Flüssigkristallzelle vorgeschlagen Worden, deren Streuvermögen von der angelegten elektrischen Spannung abhängig ist. Eine solche Anordnung besitzt jedoch nur einen relativ geringen Regelbereich.

Neben diesen physikalischen Lichtflußregelungen sind in der DL-PS 19 106 noch eine Reihe geometrischer Lichtfluürege lungen durch verschieden geformte und bewegte Blenden ge nannt. Diese sind zwar wellenlängenunabhängig; da mit ihnen aber immer unterschiedliche Querechnittsbereiche des Beleuchtungsstrahlenbunde Is beeinflußt werden, ist hier eine möglichst homogene Leuchtdichteverteilung über den Querschnitt des Beleuchtungsstrahlenbündels notwendig. Um hiervon weitgehend unabhängig zu werden, ist daher auch schon vorgeschlagen worden, lineare Blenden mit kammförmigen Backen zu verwenden. Alle bekannten Blendenregelungen erfordern darüber hinaus hinsichtlieh der Blendenformung und Blendenführungen einen z.T. erheblichen mechanischen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtflufl-

809829/0381

A JJO I, J 2^22 Pat St/Dt - 17.1.77

Patentabteilung _ ij» _

realer anzugeben, der mechanisch wenig aufwendig ist, einen großen Hegelbereich besitzt, eine geringe Grundschwächun^ aufweist, von der Leuchtdichteverte llung und der Lichtintensität im Beleuchtungsstrahlenbündel weitgehend unabhängig ist und eine schnelle Lichtflußregelung erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einem Lichtflußregler in Beleuchtungsvorrichtungen für Mikroskope erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Träger mit mindestens einer Schar feststehender, zueinander paralleler, sich in Lichtrichtung erstreckender, lichtdurchlässiger Kanäle auf einer Achse angeordnet ist, die mindestens angenähert senkrecht zur optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenganges drehbar gelagert ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die lichtdurchlässigen Kanäle durch in den Träger eingespannte lichtundurchlässige Lamellen begrenzt. Dabei können die Abstände und/oder die Neigungen der Lamellen zueinander in mindestens einer Richtung senkrecht zur Lamellenlängsrichtung örtlich unterschiedlich sein. Auch können die einzelnen Lamellen in ihrer Längsrichtung gewellt sein.

Dann ist es zweckmäßig, daß die Abstände der Lamellen so gewählt sind, daß sich röhrenförmige lichtdurchlässige Kanäle ergeben. Eine weitere technisch vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Lamellen in einen transparenten, scheibenförmigen Träger eingebettet sind.

Die Achse auf der der Träger angeordnet ist, soll zur Längsrichtung einer Lamellenschar parallel sein. Es ist aber auch möglich, daß die Achse· auf der der Träger angeordnet ist, zur Längsrichtung mindestens einer Lamellenschar geneigt ist.

Eine andere Ausgestaltung des Lichtreglers besteht darin, daO die lichtdurchlässigen Kanäle durch zylinderförmige Röhren

809829/0381

a ->t »ο 1 /13 2<J22 Pat St/Bt - 17.1.77

Patentabteilung - A" -

runden oder eckigen Querschnitts gebildet sind. Es können aber auch die lichtdurchlässigen Kanäle durch kegelstumpf förnige Höhren runden oder eckigen liuerschnitts gebildet sein. Wie die Lamellen können auch die Höhren = in einen transparenten, scheibenförmigen Träger eingebettet sein.

In regelungstechnischer Hinsicht ist es vorteilhaft, wenn die .Achse, auf der der Träger angeordnet ist, mit einem motorischen Antrieb verbunden ist. Der Träger kann im ]Q kollimierten Beleuchtungsstrahlenbündel· angeordnet sein. Er kann aber auch im divergenten oder konvergenten Beleuchtungsstrahlenbündel angeordnet sein.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Lichtf luiJreglers sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und = werden nachfolgend beschrieben. Im einzelnen zeigen:

'Fig. 1 einen Träger mit darin aufgespannten Lamellen, auf der Achse eines motorischen Antriebs,

Fig. 2 einen Lichtflußregler in Durchlaiistellung im kollimierten Beleuchtungsstrahlenbündel und

Fig. 3 denselben LichtfluOregler in_Sperrstellung;

Fig. 4 einen Lichtflußregler mit unterschiedlich geneigten Lamellen im konvergenten Beleuchtungsstranlenbündel in Durchlaßstellung und

Fig. 5 denselben Lichtflußregler in Sperrstellung;

Fig. 6 einen Träger mit gewellten, wabenförmig zusammengefügten Lamellen; und

Fig. 7 einen Träger mit zylinderförmigen lichtdurchlässigen Kanälen.

809829/0381

Pat St/üt - 17.1.77

Patentabteilung - JfT —

Dev Lichtf linlregler nach Fig. 1 besteht aus einem Träger 10, in «!en eine Schar zueinander paralleler dünner Lamellen 11 eingespannt sind. Die Breite der einzelnen Lamellen ist gröüer als ihr gegenseitiger Abstand. Der Träger 10 ist auf einer Achse 12 angeordnet, die in Hichtung der Lamellen verläuft und gleichzeitig mit der Achse eines Antriebs 13 verbunden ist. Der Lichtf lul-Sregler stellt eine Jalousie mit starren Lamellen dar. Die Zwischenräume zwischen den Lamellen sind spaltförmige licntdurchlässige Kanäle 9·

In Fig. 2 und 3 ist das Funktionsprinzip des Lichtflußreglers dargestellt, der im von einer Lampe 14 ausgehenden und durch eine Linse I5 kollimierten Beleuchtungsstrahlengang angeordnet ist. In Fig. 2 stehen die Lamellen 11 parallel zur optischen Achse 16 des Beleuchtungsstrahlenbündels. Bei ideal parallel zueinander ausgerichteten Lamellen tritt nahezu der gesamte im Beleuchtungsstrahlenbunde 1 enthaltene Lichtfluß ungehindert durch den Regler hindurch. Die Grundabsorption des Reglers wird ausschließlieh durch die Querschnittsfläche der dünnen Lamellen bestimmt und ist ersichtlich sehr gering.

Bei einer Drehung des Trägers 10 um die Achse 12 werden die Lamellen 11 gegenüber der optischen Achse 16 geneigt und sperren damit zunehmend den LichtfIuO. Je nach Lamellenbrei· te und Lamellenabstand ist bis zur vollständigen Sperrung ein mehr oder weniger großer Neigungswinkel und damit Drehwinkel für die Achse 12 erforderlich. Damit kann die Lichtfluß-Regelungsgeschwindigkeit in einfacher Weise beeinflußt werden.

Da der LichtfluOregler selbst keine bewegten Teile enthält, ist er mechanisch sehr robust. Der Aufbau wird noch vorteil-

809829/0381

a 2Oo1/B 2922 Pat St/Bt - I7.I.77

Patentabteilung - τΓ -

nafter, wenn der Träger als transparente Scheibe ausgebildet ist, in die die Lamellen eingebettet sind, so daß dir Lamellen vor einer mechanischen Beschädigung geschützt sind. Solche beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Folien mit eingebetteten Mikrolame Ilen sind an sich bekannt und dienen zur Reflexminderung bei Lichtanzeigen. Ihre Verwendung als Lichtflußregler bei Anordnung auf einer drehbaren Achse hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen.

Bei Anordnung des bisher beschriebenen Lichtflußreglers in einem konvergenten oder divergenten Beleuchtungsstrahlenbündel ergibt eich über den Strahlenbündelquerschnitt eine ungleichmäßig ablaufende Abschattung. Entsprechend der jeweiligen Strahlenneigung zur optiscnen Achse werden die Lamellen 11 in der einen Hälfte des Strahlenbündelquerschnitts den Lichtfluß noch durchlassen, während in der anderen Hälfte bereits eine vollständige Sperrung eintritt. Eine Abhilfe schafft hier eine Anordnung der Lamellen wie sie in Fig. k dargestellt ist. Die Neigung der Lamellen zueinander ändert sich in Richtung senkrecht zur Lamellenlängsrichtung, und zwar ist sie im AusfUhrungsbeispiel dem geometrischen Strahlenverlauf, der durch die Linse 17 erzeugt wird, angepaßt. Fig. k zeigt die Durchlaßstellung und Fig. 5 die Sperrstellung.

In den Figuren 1 bis 5 sind die lichtundurchlässigen La» me Ilen als ebene Streifen dargestellt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die einzelnen Lamellen 11 in Längsrichtung z.B. mäanderförmig gewellt auszuführen (Fig. ό), üie zueinander parallelen Lamellen können dann in einem solchen Abstand zueinander angeordnet werden, daß sich eine wabenförmige Lamellen-Struktur ergibt. Eine solche Lame I-

-1-

809829/0381

Tat öt/Bt - 17.1.77

lenstruktur kanu bei einer Anordnung des LictitfluiJreglers im konvergenten oder divergenten Beleuchtungsstranlengang zusätzliche Vorteile bieten. Versuche haben gezeigt, dajJ die in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Lichtregler eine ausreichend gleichförmige Abschat tung im Objektfeld erzeugen. Es ist jedoch offensichtlich, daJi die in den Figuren h und 5 dargestellten Verhältnisse korrekt nur für die in der Zeichenebene verlaufenden Strahlen gelten. Um auch die aus anderen Ilaum- winkeln kommenden Strahlen mit au beeinflussen, kann es daher vorteilhaft sein, die durch die dargestellten Lamellen gebildeten lichtdurchlässigen spaltförmigen Kanäle durch zumindest eine weitere, die erste Lame 1lenschar kreuzende Lamellenschar in röhrenförmige Kanäle zu unter teilen. Dasselbe Ziel kann selbstverständlich auch durch die Anordnung von zylinderförmigen kurzen Röhren 13 mit lichtdurchlässigen Mantelflächen im Träger 10 erreicht werden (Fig. 7)· Ein solcher Lichtregler könnte beispielsweise aus miteinander verkitteten, beschichteten Licht- leitern aufgebaut sein.

Lichtregler mit den zuletzt genannten lichtdurchlässigen Kanälen weisen in Bezug auf den Querschnitt des Beleuchtungsstrahlenbündels eine grollere Symmetrie als die in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Lamellen auf. Dann braucht ersichtlich die Achse 12 auch nicht in einer Vorzugsrichtung der lichtdurchlässigen Kanäle zu verlaufen.

Aus Gründen der mechanischen Stabilität ist es auch möglich, die einzelnen Lamellen in den Figuren 1 bis 5 in Querschnitt gewölbt oder gewellt auszuführen. Damit ist dann jedoch wegen der in Lichtrichtung erscheinenden größeren Dickn der Lamellen eino größere Grundabsorption verbunden.

809829/0381

A 2/
Pat St/3t - 17.1·77

Bei einein motorischer» Antrieb des neuen Licntfluilre^ler.s ist es auch möglich, über eine fotometrische Messung dos Lichtflusses in der Bildebene und einen jeei^neten Regelkreis die Stellung des Lichtfluüreglers autoinatisch zu steuern.

809829/0381

Le e rs e

ite

Claims (14)

PateηtansprueHe

1. Lichtf luürefjler in Beleuchtungsvorrichtungen für Mikroskope, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (lü) mit mindestens einer Schar feststehender, zueinander paralleler, sich in Lichtrichtung erstreckender, lichtdurch-' lässiger Kanäle (9) auf einer Achse (12) angeordnet ist,

die mindestens angenähert senkrecht zur optischen Achse (16) des Beleuchtungsstrahlenganges drehbar gelagert ist.

2. Lichtregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Kanäle (9) durch in den Träger eingespannte lichtundurchlässige Lamellen (11) begrenzt werden.

3. Lichtregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände und/oder die Neigungen der Lamellen (ii) zueinander in mindestens einer Richtung senkrectit zur Lamellenlängsrichtung örtlich unterschiedlich sind.

4. Lichtregler nach Anspruch 2 oder Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lamellen (11) in ihrer Längsrichtung gewellt sind.

5. Lichtregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Lamellen (ii) so gewählt sind, daß sich röhrenförmige lichtdurchlässige Kanäle ergeben.

6. Lichtregler nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen in einen transparenten, scheibenförmigen Träger (1O) eingebettet sind.

7. Lichtregler nach einem der Ansprüche 2 bis b, dadurcn gekennzeichnet, daü die Achse (12) auf der der Träger (lü) angeordnet ist, zur Längsrichtung einer Lamellenschar (il) pa-

- Io -

809829/0381 ORIGINAL INSPECTED

A .'2UtJi/B 2922 Pat St/Bt - 17.1.77

Patentabteilung - >&· _

rallel ist.

8. Lichtregler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (12), auf der der Träger (10) angeordnet ist, zur Längsrichtung mindestens einer Lame 1lenschar geneigt ist.

9. Lichtregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Kanäle (9) durch zylinderf öruiige Röhren (18) runden oder eckigen Querschnitts gebildet sind.

10. Lichtregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Kanäle (9) durch kegelstumpfförraige Rühren runden oder eckigen Querschnitts gebildet sind.

11. Lichtregler nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (18) in einen transparenten, scheibenförmigen Träger eingebettet sind.

12. Lichtregler nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse, auf der der Träger (1O) angeordnet ist, mit einem motorischen Antrieb (lU) verbunden ist.

13. Lichtregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (io) im kollirnierten Beleuchtungsstrahlenbündel angeordnet ist.

14. Lichtregler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1O) im divergenten oder konvergenten Beleuchtungsstrahlenbündel angeordnet ist.

809829/0381