DE3028418A1

DE3028418A1 - Beleuchtungsanordnung fuer mikroskope

Info

Publication number: DE3028418A1
Application number: DE19803028418
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Johannes DDR 6900 Jena Grosser
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1979-08-27
Filing date: 1980-07-26
Publication date: 1981-03-19
Also published as: GB2058393B; FR2464492A1; GB2058393A; DD145805A1; JPS5635117A; US4317613A; DD145805B1

Description

Beleuchtungsanordnung für Mikroskope

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung für Durch-und Auflicht zur Ausleuchtung mikroskopischer Präparate. Die Beleuchtungsanordnung gestattet simultan und alternierend eine Dunkelfeld-und Ringbeleuchtung, die für eine Hellfeld-bzw. Pha— senkontrastbeobachtung genutzt werden kann.

Eine bekannte technische Lösung eines Dunkelfeldkondensors ist der Zweispiegelkondensor. Dieser besteht aus zwei unterschiedlich sphärisch gekrümmten Flächen und es kann daher der zentrale Bereich des vom Kollektor kommenden Strahlenbündels für die Dunkelfeldbeleuchtung nicht genutzt werden. Weiterhin ist eine Dunkelfeldbeleuchtung nur für weniger große Objektfelder möglich.

Eine andere Lösung ist der Keine-Kondensor. Die Dunlcelf eldbe— leuchtung erfolgt bei diesem ebenfalls über ein Zweispiegelsys— tem. Durch eine v/eitere plane Reflexionsfläche wird teilweise der mittlere Bereich des von dem Kollektor kommenden Strahlen— bündeis für eine zentrale bzw. periphere Hellfeld— sowie Phasenkontrastbeleuchtung genutzt. Der Vorzug dieses Kondensors liegt darin, daß sehr rasch zwischen der zentralen Hellfeld-, Phasen— kontrast, peripheren Hellfeld— oder Dunkelfeldbeleuchtung gewechselt werden kann. Der ffechsel erfolgt durch Verschiebung des gesamten Spiegelkörpers. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß eine Objektivbeschädigung nicht auszuschließen ist. Die Simultane ins te llung von Dunkelfeld— und Phasenkontrastbeleuchtung ist nicht möglich. Außerdem kann nur ein Phasenring ausgeleuchtet werden.

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsanordnung für Durch- und Auflicht zu schaffen, die den schnellen Wechsel zwischen der zentralen Hellfeld-, Phasenkontrast-,peripheren Hellfeld— und Dunkelfeldbeleuchtung gestattet, die die simultane Einstellung von·Dunkelfeld- und Phasenkontrastbeleuchtung ermöglicht und die die Helligkeiten der überlagerten Bilder auf—

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einender abstimmbar macht. Darüberhinaus ist es das Ziel der Erfindung, bei Dunkelfeld die Ausleuchtung größerer Objektfelder sowie die vollständige Nutzung des vom Kollektor kommenden Strahlenbündels zu erreichen.

Bei den bekannten Beleuchtungsanordnungen für Dunkelfeld im Durchlicht kann der gesamte vom Kollektor kommende Lichtstrom nicht genutzt werden, da keine Reflexionsflächen mit einer Un-Stetigkeit verwendet werden. Diese und die Tatsache, daß keine aperturmäßige Strahlenteilung erfolgt, sind die Gründe dafür, das Dunkelfeld und Phasenkontrast nicht gleichzeitig möglich sind.

Die Aufgabe wird durch eine Strahlenführung über einen Kegel, durch Totalreflexion und Brechung an einem Kegelmantel, gelöst. Das gesamte vom Kollektor kommende Strahlenbündel wird durch Totalreflexion an einem Kegelmantel rotationssymetrisch umgelenkt und anschließend über eine torische Spiegelfläche zum Durchlichtobjekt bzw. im Auflichtfall zum Ringspiegel für Dunkelfeldbeleuchtung reflektiert. Die torische Spiegelfläche kann einen im Unendlichen liegenden Krümmungsradius haben, also eine Kegelspiegelfläche sein. Durch Einschalten eines Systems zur Aperturerhöhung einer Positivlinse oder eines Kegelstumpfes wird die Totalreflexion am Kegelmantel teilweise aufgehoben. Diese Strahlen gehen gebrochen durch den Kegel hindurch und werden anschließend mit Hilfe eines sammelnden Systems in der Pha— senringebene des Objektivs konzentriert. Der Strahlengang zur Phasenkontrastbeleuchtung wird also über ein System zur Aperturerhöhung, rotationssymmetrisch ablenkendes und ein sammelndes System geführt. Im Durchlichtfall übernimmt die sammelnde Funktion weitgehend das Objektiv, während im Auflicht ein zusätzliches Abbildungssystem vorhanden ist.

Die aperturmäßige Änderung des vom Kollektor kommenden Strahlenbündels öffnet für stärker geneigte Strahlen einen zweiten Beleuchtung skanal für geringere Beleuchtungsaperturen. Auf diese Weise können neben der einkanaligen rotationssymmetrischen Strahlenführung gleichzeitig zwei verschiedene Kanäle für die Objekt—

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beleuchtung, wirksam werden.

A-'sführungsbeivoicle "γϊ :'e-:eus-|;faaes eier ^rfini-^v-· ΐ±πδ in "er Zeichnung dargestellt. Es zeigen :

]?ig.1 eine Beleuchtr>ngs anordnung für Auf licht

5¹Ig. 2 eine Beleuchtungsanordnung für Durchlicht

T?if:.3 eine Beleuchtirngsanordnuiig für Durchlicht mit einem ~'e-

gelstuiüOf

Pig.4 eine Beleuchtungsanordnung für !Durchlicht mit einem Ab-

schlußglas.

Gemäß Mg.1 ist nach Gem der Lichtquelle 1 folgenden Kollektor 2 ein System zur Aperturerhöhung, eine ein-unä ausschaltbare kurzbrennweitige Positivlinse 3 angeordnet. Die Positivlinse 3 ist entlang der optischen Achse 20 mit Hilfe eines Triebes 4 bev:egber, ihr Durchmesser entspricht dem vom Γ ollehtor 2 l'owmen.- ö.en Ttrshlenbünöel 8. Unmittelbar bei der Positivlinse 3 befindet sich die Irisblende 9. Es folgt der Pleuel 5· Um diesen ist eine torische Spiegelfläche, ein Kegelspiegelstumpf 10, zur Umlenkung der Beleuchtungsstrahlen 16 angeordnet. Für die Dunkelfeldbeleuchtung sind weiterhin eine Hinglinse 11, ein Ringspie— gel -13 und ein einem Dunkelfeldkanal 14 eines Auflichtobjektives 15 abschließender Ringkondensor 23 wirksam. Auf der optischen Achse 20 ist nach dem !Tegel 5 ein System zur Lichtkonzentration, eine Sammellinse 18 angeordnet, die das Strahlenbündel 24 über einen folgenden Strahlenteilerspiegel 17 in einer Phasenring— ebene 19 des Auflichtobjektives 15 konzentriert. Oberhalb des Teilerspiegels 17 sind v;ie bekannt eine Tubuslinse 28 und ein Okular 29 suf der optischen Achse 7 des Abbildungsstrahlen^an— ves angeordnet.

Die Funktionsweise der Anordnung nach Fig.1 besteht darin, daß das vom Kollektor 2 kommende Strahlenbündel 8 eine geringere Apertur hat und bei ausgeschalteter Positivlinse 3 vollständig am Kegelmantel 21 in Richtung der gegenüberliegenden Kegelmantelfläche total reflektiert wird. Das den Kegel 5 verlassende Strahlenbündel 16 wird anschließend durch den Kegelspiegel— "tumpf 10 in Richtung des Ringspiegels 13 umgelenkt. Der Ring-

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spiegel 13 reflektiert die Strahlen in den "Junkelf eldka.nal 1-- und der "Hingkondensor 23 konzentriert sie in der i:instellebene 22 des Abbilc-T'-igsF.tra.hlenganges. Zur AnOassung der Strahlenringbreite an den "Ringsniegel 13 und den Dunkelfeldkanal 14 ckLent die P.inglinse 11 .

V/ird das System zur Apertur erhöhung, die Poöitivlinse 3, eingeschaltet, so bleibt für die weniger geneigten strahlen der Jtrahlengang unverändert. Die stärker geneigten Strahlen werden nicht total reflektiert, sondern durch den Kegel 5 -.yeV-rochen. Dabei - inc⁵ c-?r ' ..' ":r.i",-rswinkel 6 des Kegels 5 und die Brennweite der Linse 3 aufeinander abgestimmt. Durch die Linse 18 wird das Strahlenbündel 24 in der Phasenringebene 19 konzentriert, nachdem er vorher am Teilerspiegel 17 umgelenkt wurde. Der Durchmesser des ausgeleuchteten Ringes in der Phasenringebene 19 v-'ird durch Verschieben der Positivlinse 3 verändert. Auf diese "eise ist es bei eingeschalteter Positivlinse 3 möglich, gleichzeitig Phasenkontrast- und Dunkelfeldbeleuchtung zu realisieren. Durch Offnen und Schließen der Irisblende 9 werden die Helligkeiten des Phasenkontrast- und Dunkelieldbild.es verändert und aufeinander abgestimmt.

Die Anordnung für Durchlicht nach Fig.2 entspricht, beginnend von der Lichtquelle 1 bis zum ". e^el 5 und dem llegelspiegelstumpf 10, der Anordnung nach Vig.1. Der Durchmesser der Linse 3 ist kleiner gewählt als der des vom Kollektor 2 kommenden Strahlenbündel 8. Kit Hilfe eines Triebes 12 ist die Kondensorbaugruppe, bestehend aus der Positivlinse 3, dem Kegel 5 und dem Kegel— spiegelstunpf 10, entlang der optischen Achse bewegbar und dient zur Einstellung der maximalen Licht.konzentration für die Dunkelfeldbeleuchtung in der I'.instellebene 22. Dem in der Jlinstell— ebene 22 befindlichen Objekt 30 folgen, wie bekannt, die abbildenden Bauelemente Objektiv 15, Tubuslinse 28 und Okular Das Objektiv 15 hat neben der abbildenden Funktion die Aufgabe, das Strahlenbündel 24 in der Eahe der Phasenringebene 19 zu konzentrieren. Die Einrichtung kann durch eine Ringlinse, die zwischen der torischen Spiegelfläche 10 und der TOinstellebene

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a.n_v:eordnet ist, sowie ein für den Strahlengang 24 wirksames zusätzlich rotationssymmetrisch ablenkendes "Bauelement ergänzt werden.

In der Fig. 3 wird als System zur Aperturerhöhung ein ""egelstumpf 27 an Stelle der Positivlinse 3 verwendet. Bei Wechsel des Objektivs 15 wird auch der an das jeweilige Objektiv 15 angepaßte Kegelstumpf 27 ausgetauscht. Sollen zwei Phasenrin,^e ausgeleuchtet werden, so können ein Doppelkegelstumpf bzw. eine bifokal e Fresnellinse oder eine Ringlnse gemeinsam mit einer Posii tivlinse verwendet werden. Der Kegelspiegelstumpf 10 ist durch eine torische Spiegelfläche 26 :nit im Endlichen liegenden Krümmungsradien ersetzt.

In der Durchlichtanordnung der Fig.4 ist das System zur Aperturerhöhung ausgeschaltet, 'rle gesamte Kondensorbaugruppe ist durch ein plankonvexes Ab-ciiluß^las 25 ergänzt. J)a3 Abr-chluß- : le.s kann so ausgebildet sein, daß es als zusätzlich ablenkendes und sammelndes System für die Phasenkontrastbeleuchtung wirksam ist. Der Kegel 5 enthält eine Strahlenteilerflache 31 zur Homogenisierung der Objektausleuchtung. "Ue Symmetrieachse des Kegels 5 liegt vollständig in der strahlenteilerflache 31·

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Z unam.r. enf as s ung
Beleuohtungsanoranung für Ivlikroskcpe

Die Anordnung gestattet im Durch- und Auflicht die simultane Einstellung von Dunkelfeld.- \iuu Phasenkontrastbeleuchtung sowie fen schnellen Wechsel zv/ischen der zentralen Hellfeld-, Phasenkontrast—, peripheren Hellfeld- und. Dunkelfeldbeleuchtung.

Das vom Kollektor (2) kommenae Strahlenbündel (8) ,vird durch Totalreflexion an einem Xegelmant-jl (21) rotationssymmetrisch umgelenkt und aber eine torir/ahe Spiegelfläche ;;uin Durchliohtobjekt bzw» im Auflicht fall zum Ringspiegel (13) für Dunkelfeldbeleuchtung refioktiort·

Für die Phasenkontrastbeleuchtung v.'ird ein System ^ur Aperturerhöhung - ein« Posit ivliiisc (3) oder ein Kegelnpiegelstumpf (1O) zwischen Kollektor (2) unJ "e.-Tel (5) eingeschaltete Dadurch wild die xotalreflexion am Kegelmantel (°1) teilweise aufgehoben. Diese Strahlen gehen gebrochen ^urch uen Kegel (5) hindurch un.i v/erder. an^ohliexlend mit Hilfe einer Sammellinse (18) in icr Phanenringebene (19) des Objektivs (1!;) konzentriert.

Diü aperturmäßige And.erung des vom Kollektor (2) kommenden Strahlenbündeis (8) öffnet also für stärker geneigte Strahlen einen zweiten Beleuchtungskanal für geringere Beleuchtungsaperturen. Die weniger atafk geneigten Strahlen bleiben weiterhin für die Dunkelfeldbeleuchtung wirksame

Der Inhalt der Erfindung wird am umfassendsten in der Fig, 1 dargestellt.

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Claims

Patentanspruch:

'1. Beleuchtungsanordnung für Mikroskope dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kollektor (2) und Phasenringebene (19) ein System zur Apertürerhöhung (3) oder (27), eine Irisblende (9)> ein Kegel (5)» eine torische Spiegelfläche (10) oder (26) und ein Abbildungssystem (18) oder ein Objektiv (15) angeordnet ist.
2. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet t daß das System zur Aperturerhöhung (3) oder (27) ein— und ausschaltbar sowie axial verschiebbar angeordnet ist.
3. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die torische Spiegelfläche (10) zusätzlich mit einer Ringlinse (11) versehen wird.
4. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für Durchlichtbeleuchtung zwischen der torischen Spiegelfläche (10) oder (26) und dem Objektiv (15) ein Abschlußglas (25) angeordnet ist.
5. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kegel (5) mit einer die Symmetrieachse aufnehmenden Strahlenteilerfläche (31) versehen ist.

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