DE2712837C3 - Mikroskop mit großer Schärfentiefe - Google Patents
Mikroskop mit großer SchärfentiefeInfo
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Description
T=I- ar, 1 > r = 0
T= 1 -ar2,
T= 1 -ar2,
wobei T der Transmissions-Koeffizient, die Konstante a der Schwächungsfaktor mit dem Bereich
0< a< 1 und r der auf den Radius der Austrittspupille normierte Abstand, gemessen von der optischen
Achse, ist.
4. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter einen Transmissionskurvenveriauf
nach Art einer Cosinuskurve mit maximalem Wert auf der optischen Achse aufweist.
5. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter einen Transmissionskurvenverlauf
entsprechend einer Gauß-Verteilung mit Maximalwert auf der optischen Achse aufweist.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskop mit großer Schärfentiefe und einen Kohärenzgrad M des
Beleuchungslichtes von 0,5 < M< 1.
Die durch ein Mikroskop zu betrachtenden Präparate haben immer eine bestimmte Dicke. Die üblichen
Mikroskope haben insbesondere bei hoher Vergrößerung geringe Schärfentiefe. Mit den üblichen Mikroskopen
ist es möglich, eine bestimmte Schnittfläche zu einem Zeitpunkt zu betrachten. Es ist jedoch erforderlich,
zur Betrachtung einer anderen Schnittfläche die Einstellung zu verändern, wodurch es sehr schwierig ist,
einen Gesamtbereich des Präparates zu betrachten. Weiterhin kann der Kontrast für feine Strukturen in
Bildern außerhalb der Brennebene umgekehrt werden, was zu fehlerhaften Beobachtungsergebnissen führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop anzugeben, das so ausgebildet
ist, daß es bei dem angegebenen Kohärenzgrad des Beleuchtungslichtes eine hohe Schärfentiefe aufweist
und eine Umkehr des Bildkontrastes verhindert.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Filter, dessen Transmissions-Koeffizient an der optischen
Achse hoch ist, während er zum Rand des Filters fortlaufend abnimmt und das an oder nahe der
Austrittspupille eines Objektivs angeordnet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Für die Abbildung von inkohärent beleuchteten Objekten ist der Einfluß von Apodisationsfiltern auf die
Kontrastübertragungsfunktion von fotografischen Objektiven schon untersucht worden (R. Röhler, Informationstheorie
in der Optik, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft,
Stuttgart 1967, Seite 82-85 und Optik 19 (1962) H. 7, 351 -356), wobei gefunden wurde, daß bei
ίο hohen Ortsfrequenzen durch Apodisationsfilter ein
stärkerer Abfall der Kontrastübertragungsfunktion erfolgt Für die bei Mikroskopen mit Kohärenzgraden
M=O,5<M<1 vorliegenden Verhältnissen können
jedoch überraschenderweise mit Filtern, deren Transmissionskoeffizient
in der Nähe der optischen Achse hoch ist und der zum Umfang zu zunehmend verringert
ist, verbesserte Abbildungseigenschaften erzielt werden, wie im folgenden noch näher erläutert
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher
erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung, die das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung erläutert,
F i g. 2 eine grafische Darstellung der Transmissions-Koeffizienten der bei der vorliegenden Erfind ing verwendeten Filter und
F i g. 2 eine grafische Darstellung der Transmissions-Koeffizienten der bei der vorliegenden Erfind ing verwendeten Filter und
Fig. 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B Kurven, die die optischen
Übertragungsfunktionen erläutern.
In F i g. 1 ist das Prinzip des optischen Systems eines Mikroskops nach der vorliegenden Erfindung erläutert (das Beleuchtungssystem ist nicht dargestellt). Die Strahlen, die durch die Aperturblende der Kondensorlinse 5 hindurchgegangen sind, werden vom Kondensor C gesammelt und nach Beleuchtung eines Präparates X treten sie aus der Austrittspupille £Ί aus. Ein von dem Präparat auf diese Weise erhaltenes Bild wird durch ein Okular E betrachtet. Die optische Achse ist mit A bezeichnet. Bei einem normalen Mikroskop ist nichts an der Stelle der Austrittspupille Et angeordnet, die daher gleichmäßig transparent ist. Bei dem Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung ist jedoch ein Filter F mit einem Transmissions-Koeffizienten, wie er beispielsweise in F i g. 2 gezeigt ist, an oder nahe der Ebene der Austrittspupille E\ angeordnet. In F i g. 2 bezeichnet r
In F i g. 1 ist das Prinzip des optischen Systems eines Mikroskops nach der vorliegenden Erfindung erläutert (das Beleuchtungssystem ist nicht dargestellt). Die Strahlen, die durch die Aperturblende der Kondensorlinse 5 hindurchgegangen sind, werden vom Kondensor C gesammelt und nach Beleuchtung eines Präparates X treten sie aus der Austrittspupille £Ί aus. Ein von dem Präparat auf diese Weise erhaltenes Bild wird durch ein Okular E betrachtet. Die optische Achse ist mit A bezeichnet. Bei einem normalen Mikroskop ist nichts an der Stelle der Austrittspupille Et angeordnet, die daher gleichmäßig transparent ist. Bei dem Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung ist jedoch ein Filter F mit einem Transmissions-Koeffizienten, wie er beispielsweise in F i g. 2 gezeigt ist, an oder nahe der Ebene der Austrittspupille E\ angeordnet. In F i g. 2 bezeichnet r
Vi die Entfernung von der optischen Achse, und wobei rauf
den Radius der Austrittspupille Et normiert ist. T bezeichnet den Transmissions-Koeffizienten und der
maximale Transmissionskoeffizient ist zu 1 normiert. Der Verlauf des Transmissionskoeffizienten ist rota-
w tionssymmetrisch zur T-Achse der F i g. 2 und damit zur
optischen Achse A. Die Form der Kurve für den Transmissions-Koeffizienten Tin Fig.2 ist als ein
Beispiel zu betrachten und es ist möglich, Transmissions-Koeffizienten Tin folgender Weise zu wählen
T = 1 - ar, j
T=\-aA
T=\-aA
1 = r SO
0 < a< I .
Die Konstante a ist der Schwächungsfaktor und wählbar in einem Bereich von 0<a5l. Es ist daher
möglich, verschiedene Effekte auf die Schärfentiefe und auf die Umkehrung des Kontrastes zu verhalten, indem
Filter F mit verschiedenen Kurven des Transmissions-Koeffizienten T verwendet werden. Der Verlauf des
Transmissions-Koeffizienten T, wie er in F i g. 2 gezeigt ist, kann von der Art einer Cosinuskurve oder einer
Gaußverteilungskurve mit einem Maximalwert am Nullpunkt O in Fig.2 sein. Filter Fkönnen leicht auf
fotografischem Wege durch Aufdampfen oder ähnliche geeignete Verfahren hergestellt werden Wie zuvor
beschrieben, werden die Strahlen, die die Austrittspupil-Ie Et durchlaufen, von dem Filter F am Randabschnitt
des Filters Fstärker absorbiert.
Um die Wirkung des Filters F zu bestätigen, wurden Mikroskopbetrachtungen und Aufnahmen unter Verwendung
von zwei Mikroskopen durchgeführt, von denen in einem ein Filter, wie es anhand F i g. 2 erläutert
ist, verwendet wurde, während das andere kein Filter enthielt Die Experimente zeigten, daß eine merkliche
Differenz weder für Grob- noch für Feinstrukturen in den scharf eingestellten Präparatbereichen auftrat In
den Präparatbereichen, die zwei Wellenlängen vom Brennpunkt entfernt waren, zeigte jedoch das Mikroskop
mit dem Filter höhere Wiedergabequalität für Grobstrukturen und höheren Bildkontrast sowie höhere
Auflösung für Feinstrukturen. In einem Präparatbereich, der vier Wellenlängen vom Brennpunkt entfernt war,
zeigte das Mikroskop ohne Filter nur stellenweise Auflösung und Eckringe infolge Umkehr des Bildkontrastes,
während das Mikroskop mit dem Filter F eine bedeutend höhere Bildwiedergabequalität und höheren
Kontrast sowie bessere Auflösung für Grob- und Feinstrukturen zeigte. Zur quantitativen Prüfung wurde
die optische Übertragungsfunktion für ein Objekt mit sinusförmigem Verlauf der Transmissions-Koeffizienten
entsprechend der nachstehenden Formel (3) berechnet Figuren stellt die Abszisse die reduzierte Raumfunktion
entsprechend der folgenden Formel dar
O(x) = 1/2(1 +cos ■ 2,-t/ix).
(3)
Darin bezeichnen
χ die Lagekoordinaten auf der Oberfläche des Objekts,
μ die Ortsfrequenz.
Bei der Annahme einer Vergrößerung Ix kann die
Bildintensitätsverteilung l(x)für ein Objekt, das einen
Transmissions-Koeffizienten entsprechend Formel (3) besitzt, wie folgt ausgedrückt werden
I(x) = D + Ax cos 2 π /ι χ + A2 cos 4 .-r u χ . (4)
Fig.3A, 3B, 4A, 4B, 5A und 5B zeigen die Kontrastkurven des Objekts, das eine Bildintensitätsverteilung
entsprechend Formel (4) besitzt. Zur Ermittlung der Kurven in den F i g. 3B, 4B und 5B wurde
ein Filter F mit einem Transmissions-Koeffizienten T entsprechend Formel (2) und mit a=0,8 verwendet.
AiID wurde als vernachlässigbar klein fortgelassen.
F i g. 3A, F i g. 4A und F i g. 5A zeigen die charakteristischen Kontrastkurven eines Mikroskops ohne das Filter
F Fig.3B, Fig.4B und Fig.5B zeigen dagegen die
charakteristischen Kontrastkurven eines Mikroskops nach der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigen F i g. 3A
und F i g. 3B die charakteristischen Kontrastkurven für Präparatbereiche im Brennpunkt, während F i g. 4A und b0
Fig.4B die charakteristische:\ Kontrastkurven für
Bereiche, die eine halbe Wellenlänge außerhalb vom Brennpunkt in bezug auf die Wellenfrontaberration
liegen und F i g. 5A und F i g. 5B zeigen die charakteristischen Kontrastkurven für Abschnitte, die eine b5
Wellenlänge vom Brennpunkt entfernt sind. In diesen s =
N ■ Ao'' '
Darin bezeichnet
λ die Wellenlänge,
μ die Raumfrequenz auf der Objektoberfläche und N ■ Aodie numerische Apertur auf der Gegenstandsseite
des Objektivs.
Das Verhältnis zwischen der numerischen Apertur des Objektivs und der der Kondensorlinse Cin F i g. 1 ist
wie folgt definiert
M =
N-Ac
N-Ao
Darin bezeichnet N ■ Ac die numerische Apertur der Kondensorlinse C In F i g. 3A, 3B, 4A, 4B und F i g. 5B
repräsentiert die Ordinate den Kontrast C-AyID eines
Objekts mit einer Bildintensitätsverteilung, wie sie durch die Formel (4) ausgedrückt ist Obwohl ein kleiner
Unterschied zwischen den in Fig.3A und Fig.3B
gezeigten Kurven erkennbar ist, ist dieser Unterschied von keiner Bedeutung in der Mikroskopiepraxis. Bei der
Kurve für M= 1 in F i g. 4A ist der Kontrast C= 0 bei der Raumfrequenz S= 1 und ein geringer Kontrast C ist
wieder vorhanden, wenn 51 übersteigt. In F i g. 4B ist der Kontrast Choch in dem Bereich von S<
1 und wird Null bei einer weit größeren Frequenz als in Fig.4A.
Daraus ergibt, sich, daß das Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung einen höheren Kontrast und ein
höheres Auflösungsvermögen als ein Mikroskop ohne solch ein Filter liefern kann. Beim Verhältnis M= 0,5
wird der Kontrast C in Fig.4A negativ in einem Bereich von S>\, wodurch die Bildwiedergabe
beeinträchtigt wird. Entsprechend F i g. 4B kann jedoch der Kontrast kaum negativ werden und die dem
Kontrast C=O entsprechende Frequenz ist im wesentlichen die gleiche wie in Fig.4A. Das Mikroskop nach
der vorliegenden Erfindung kann daher eine bessere Bildwiedergabe bei im wesentlichen unveränderter
Auflösung gewährleisten.
Ein Vergleich von F i g. 5A und F i g. 5B zeigt eine größere Differenz zwischen einem erfindungsgemäßen
Mikroskop mit Filter und einem Mikroskop ohne Filter. Das heißt, das Mikroskop nach der vorliegenden
Erfindung erweist sich als desto vorteilhafter, je mehr die Bilder beträchtlich vom Brennpunkt wegliegen.
Diese unter Bezug auf die Zeichnung gegebene Erklärung ist durch praktische Mikroskopuntersuchungen
bestätigt worden.
Bei der Herstellung des Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung kann es praktisch schwierig
sein, das Filter Fdirekt in der Ebene der Austrittspupille E\ anzuordnen. Es ist jedoch möglich, ein reelles Bild der
Austrittspupille E\ durch Verwendung einer konvexen Linse zu erzeugen und das Filter F dann so anzuordnen,
daß es gegen andere Filter leicht austauschbar ist; die verschiedene Transmissions-Koeffizienten entsprecherd
der Formel (2) besitzen. Die Anordnung eines geeigneten Filters bei solchen Untersuchungen kann der
Fachmann leicht vornehmen.
Hierzu 2 Bkill Zui
Claims (3)
1. Mikroskop mit großer Schärfentiefe und einem Kohärenzgrad M des Beleuchtungslichtes von
0,50<Αί<1, gekennzeichnet durch ein Filter F, dessen Transmissions-Koeffizient an der
optischen Achse A hoch ist, während er zum Rand des Filters fortlaufend abnimmt und das an oder
nahe der Austrittspupille eines Objektivs (O) angeordnet ist
2. Mikroskop nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Linse, wobei das Filter an
oder nahe der Ebene des von der zusätzlichen Linse projizierten Bildes der Austrittspupille des Objektivs
liegt
3. Mikroskop nach einem der vorhergehenden Anrpriiche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter
einen durch die folgenden Formeln gegebenen Transmissions-Koeffizienten aufweist
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP3293876A JPS52116257A (en) | 1976-03-25 | 1976-03-25 | Microscope of high focal depth |
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---|---|
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DE2712837B2 DE2712837B2 (de) | 1980-02-14 |
DE2712837C3 true DE2712837C3 (de) | 1980-10-23 |
Family
ID=12372875
Family Applications (2)
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---|---|---|---|
DE19777709132 Expired DE7709132U1 (de) | 1976-03-25 | 1977-03-23 | Mikroskop mit grosser schaerfentiefe |
DE19772712837 Expired DE2712837C3 (de) | 1976-03-25 | 1977-03-23 | Mikroskop mit großer Schärfentiefe |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19777709132 Expired DE7709132U1 (de) | 1976-03-25 | 1977-03-23 | Mikroskop mit grosser schaerfentiefe |
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---|---|
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DE (2) | DE7709132U1 (de) |
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---|---|---|---|---|
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DE19832665A1 (de) * | 1998-07-21 | 2000-01-27 | Leica Microsystems | Homogenisierungsfilter für ein optisches Strahlungsfeld |
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-
1976
- 1976-03-25 JP JP3293876A patent/JPS52116257A/ja active Pending
-
1977
- 1977-03-23 DE DE19777709132 patent/DE7709132U1/de not_active Expired
- 1977-03-23 DE DE19772712837 patent/DE2712837C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE7709132U1 (de) | 1980-12-04 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
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