DE3113843C2

DE3113843C2 - Durchlicht-Beleuchtungssystem für Mikroskope

Info

Publication number: DE3113843C2
Application number: DE3113843A
Authority: DE
Inventors: Akio Hachiouji Tokio/Tokyo Taira
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1980-04-07
Filing date: 1981-04-06
Publication date: 1987-03-26
Also published as: US4397529A; DE3113843A1; JPS56142509A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Mikroskope. Dieses System ist gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale: das System umfaßt eine Lichtquelle, eine Sammellinse, eine Feldblende, die auf der Objektseite der genannten Sammellinse angeordnet ist, eine Beleuchtungsblende, angeordnet im Bereich eines Bildes der genannten Lichtquelle, gebildet von der genannten Sammellinse, einer Kondenserlinse und einem Relaislinsensystem für hohen Vergrößerungslevel, anzuordnen zwischen der genannten Beleuchtungsblende und der genannten Kondenserlinse, so daß ein Bild des genannten Lichtquellenbildes im Bereich des vorderen Brennpunktes der genannten Kondenserlinse zur Beleuchtung beim Mikroskopieren und bei hohem Vergrößerungslevel gebildet wird, daß das Beleuchtungssystem derart gestaltet ist, daß das genannte Relaislinsensystem für hohen Vergrößerungslevel und die genannte Kondenserlinse aus dem optischen Strahlengang entfernt werden, und daß ein Relaislinsensystem für niedrigen Vergrößerungslevel derart angeordnet wird, daß es sich in dessen vorderem Brennpunkt im Bereich des genannten Lichtquellenbildes zum Mikroskopieren bei niedrigem Vergrößerungslevel befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchlicht-Beleuchtungssystem für Mikroskope gemäß dem Gattungsbegriff.
Aus US-PS 31 37 761 ist ein Beleuchtungssystem bekannt, das einen weiten Vergrößerungsbereich dadurch abzudecken vermag, daß Relaislinsen herein- oder herausgenommen werden, die Kondensoren verwenden, die üblicherweise bei jeglicher Vergrößerungsstufe angewandt werden. Hierbei muß der Kondensor eine recht große Brennweite haben, damit ein sehr weites Gesichtsfeld auch bei geringer Vergrößerung beleuchtet wird. Mit dem Verlängern der Brennweite eines Kondensors verstärken sich jedoch die chromatische und die sphärische Aberration, wobei die Bildqualität bei starken Vergrößerungen verschlechtert wird. Außerdem wird bei vergrößerter Brennweite von Kollektoren das Beleuchtungssystem als ganzes vergrößert. Ein Beleuchtungssystem der genannten Art erlaubt keine Ausweitung des Vergrößerungsbereiches bis hinab zu extrem geringen Vergrößerungen.
Aus der DE-OS 28 46 056 ist ein Beleuchtungssystem für Mikroskope bekannt, das eine Lichtquelle, einen Kollektor, eine Leuchtfeld- und Aperturblende sowie einen Kondensor aufweist und das zur Anpassung der Beleuchtungsanordnung an einen Mikroskopvergrößerungsbereich von 1-100fach ein auswechselbares Relais-Kondensorsystem und verschiedene Beleuchtungsblenden verwendet.
Aus der DE-PS 6 20 537 ist ein derartiges Beleuchtungssystem bekannt, bei dem die Aperturblende fest in einer Ebene angeordnet ist, in die die Lichtquelle durch die Kollektorlinse abgebildet wird und bei der für starke Mikroskop-Objektivvergrößerungen die Aperturblende über ein Relaislinsensystem in die lichtquellenseitige Brennebene eines Kondensors abgebildet wird.
Nachteilig bei den vorbekannten Beleuchtungssystemen für Mikroskope ist ihr komplizierter Aufbau und ihre Störanfälligkeit, die durch die Notwendigkeit der Ein- und Ausschwenkbarkeit der Relaislinsen und ihrer Verschiebung entlang des optischen Strahlenganges bedingt ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den optischen Aufbau eines derartigen Beleuchtungssystems für Mikroskope zu vereinfachen und seine Störanfälligkeit zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Relaislinsensystem für starke Vergrößerungen die Aperturblende mit der Vergrößerung 1 in die Brennebene des Kondensors abbildet und daß beim Übergang von starker zu schwacher Mikroskop-Objektivvergrößerung das Relaislinsensystem und der Kondensor gegen ein zweites Relaislinsensystem ausgetauscht wird, dessen lichtquellenseitige Brennebene mit der Aperturblendebene zusammenfällt, so daß die Aperturblende durch das zweite Relaislinsensystem und das Mikroskopobjektiv in die Austrittspupille des Objektivs abgebildet wird.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
die Fig. 1A und 1B in Schnittansicht den Aufbau eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystemes für Mikroskope,
die Fig. 2A und 2B Schnittansichten eines optischen Systemes mit den Relaislinsen als bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung,
die Fig. 3A und 3B in Schnittansicht den Aufbau des Relaislinsensystemes für starke Vergrößerung, anzuwenden bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
die Fig. 4A und 4B Schnittansichten, die den Aufbau des Relaislinsensystemes für eine schwache Vergrößerung, anzuwenden bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
die Fig. 5A, 5B und 5C in Schnittansicht den Aufbau weiterer Relaislinsensysteme für starke Vergrößerung, anzuwenden beim Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,
die Fig. 6A, 6B und 6C in Schnittansicht den Aufbau weiterer Relaislinsensysteme für schwache Vergrößerung, anzuwenden beim Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,
die Fig. 7A, 7B und 7C in Schnittansicht den Aufbau eines dritten Relaislinsensystemes für starke Vergrößerung, anzuwenden beim Ausführungsbeispiel der Erfindung,
die Fig. 8A, 8B und 8C in Schnittansichten den Aufbau eines dritten Relaislinsensystemes für schwache Vergrößerung, anzuwenden beim Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.
Der grundsätzliche Aufbau des Beleuchtungssystemes gemäß der Erfindung ist in den Fig. 1A und 1B dargestellt. Die erste Figur veranschaulicht das System in der Ausführungsform für Mikroskope bei starker Vergrößerung, die zweite Figur zeigt es für schwache Vergrößerung. Für die Zwecke starker Vergrößerung sind eine Lichtquelle 1, ein Kollektor 2, eine Feldblende 3, eine Aperturblende 4, ein Relaislinsensystem 5 für starke Vergrößerung und ein Kondensor 6 auf der optischen Achse nacheinander angeordnet. Durch den Kollektor 2 wird ein Bild 1&min; der Lichtquelle 1 im Bereich der Aperturblende gebildet. Das Relaislinsensystem 5 für starke Vergrößerung bildet ein Bild 1&sec; des Bildes 1&min; in der Nähe des Brennpunktes des Kondensors 6 ab. Das Bild 1&sec; wird von dem Kondensor 6 zur Eingangspupille eines hier nicht dargestellten Objektives projiziert. Weiterhin wird ein Bild der Feldblende 3 mittels des Relaislinsensystemes 5 und des Kondensors 6 in eine Objektebene 9 projiziert.
Dient das Beleuchtungssystem zum Mikroskopieren bei schwacher Vergrößerung, so ist die Anordnung - wie oben ausgeführt - gemäß Darstellung der Fig. 1B getroffen.
Bei jeglicher Vergrößerung bleiben die genannten Komponenten unverändert im Strahlengang. Der Unterschied liegt lediglich im Relaislinsensystem. Das Relaislinsensystem 10 ist für geringe Vergrößerung, und das Relaislinsensystem 5 für starke Vergrößerung vorgesehen.
Das Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung bildet das Lichtquellenbild 1&min; vor dem Relaislinsensystem ab - siehe Fig. 1A. Außerdem läßt sich das Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung vorteilhaft anwenden beim Mikroskopieren im Dunkelfeld, bei Phasenkontrast usw. Hierbei wird eine Dunkelfeldblende, eine Phasenplatte oder sonstiges Zubehör an der Stelle des Lichtquellenbildes 1&min; vorgesehen.
Auch die Fig. 3A und 3B veranschaulichen, daß sich das Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung an unterschiedliche Vergrößerungen anpassen läßt, und zwar durch Verwendung zweier oder mehrerer Relaislinsensysteme. Das in 3A dargestellte Relaislinsensystem wird in Kombination mit Objektiven verwendet, die Vergrößerungen von 100× bis 40× haben; das in Fig. 3B dargestellte Relaislinsensystem wird in Kombination mit Objektiven verwendet, die Vergrößerungen von 20× bis 10× haben. Werden die in den Fig. 4A und 4B dargestellten Relaislinsensysteme zum Mikroskopieren bei geringen Vergrößerungen angewandt, so ist es möglich, diese derart abzuwandeln, daß sie einen Bereich von 4× bis 2× abdecken - siehe Fig. 4A, und einen Bereich von 2× bis 1× - siehe Fig. 4B.
Das Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung vermeidet somit komplizierte Mehrfach-Relaislinsensysteme. Der zum Abändern oder Umwandeln notwendige Mechanismus ist von einfachem Aufbau, da das Beleuchtungssystem lediglich durch Einfügen des betreffenden Relais-Linsensystemes in den optischen Strahlengang bzw. durch Entfernen hieraus geändert werden kann.
Im Falle eines bei mehreren Stufen umschaltbaren Beleuchtungssystemes ist es möglich, Feldblende und Aperturblende derart anzuordnen, daß ein nahezu ideales Beleuchtungssystem in Kombination mit jedem Objektiv zusammenbaubar ist. Die sonst notwendige Feineinstellung einer jeden Blende bei jeder Abwandlung wird somit überflüssig, womit die Operationen beim Austausch der Objektivlinsen während des Mikroskopierens vereinfacht werden. Das Betrachten und das Fotografieren durch das Mikroskop werden erleichtert.
Nun noch zu den Fig. 2A und 2B. Hieraus erkennt man eine Lichtquelle 1, einen Kollektor 2, der aus drei Elementen besteht, eine Feldblende 3, eine Aperturblende 4, einen Kondensor 6, der aus zwei Elementen besteht sowie eine Feldlinse 12, die derart angeordnet ist, daß ihr Brennpunkt mit der Position der Feldebene 3 nahezu zusammenfällt und dahingehend wirkt, daß sie ein Bild der Feldblende auf eine nahezu unendliche Entfernung projiziert. Zwischen Aperturblende 4 und Probenfläche 9 ist ein Relaislinsensystem angeordnet. Dieses besteht beispielsweise aus drei Linsenkomponenten (hier nicht dargestellt). Das in den Fig. 2A und 2B dargestellte Beleuchtungssystem hat die in der Tabelle 1 wiedergegebenen Daten, und zwar bei F = 1. Tabelle 1 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz21&udf54; &udf53;vu10&udf54;(r&sub1;&sub1; bis r&sub1;&sub7;, d&sub1;&sub0; bis d&sub1;&sub6;, n&sub5;, n&sub6; und n&sub7; sind als numerische Daten des später noch zu beschreibenden Relaislinsensystemes zu addieren) °=c:90&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz8&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Bei den numerischen Daten gemäß der obigen Ausführungsform sind r&sub1;&sub8; bis r&sub2;&sub1;, d&sub1;&sub8; bis d&sub2;&sub0;, n&sub8; und n&sub9; die Daten der Sammellinse, die auf die Äquivalentenbrennweite F = 1 als Einheit aller Längenmaße normiert sind. Die Brechzahlen beziehen sich auf die gelbe d-Linie des Heliumspektrums.
Von den für starke Vergrößerung zwischen Aperturblende und Kondensoranzuordnenden Relais-Linsensystemen hat das in Fig. 3A dargestellte die numerischen Daten, die in der folgenden Tabelle 2 wiedergegeben sind: Tabelle 2 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz16&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Das in Tabelle 2 dargestellte Relaislinsensystem besteht aus drei positiven Linsenkomponenten und ist ein afokales System.
Von den für starke Vergrößerung geeigneten Relaislinsensystemen hat das in Fig. 3B dargestellte die numerischen Daten gemäß der folgenden Tabelle 3: Tabelle 3 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz15&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Das in Tabelle 3 dargestellte Relaislinsensystem besteht aus drei positiven Linsenkomponenten und ist ein afokales System.
Die Relaislinsensysteme für schwache Vergrößerung gemäß der Fig. 4A und 4B haben die numerischen Daten gemäß der folgenden Tabellen 4 und 5: Tabelle 4 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz15&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Das in Tabelle 4 dargestellte Relaislinsensystem besteht aus einer negativen Linsenkomponente und einer positiven Linsenkomponente. Tabelle 5 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz11&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Das in Tabelle 5 dargestellte Relaislinsensystem besteht aus zwei positiven Komponenten.
Im folgenden werden außerdem weitere Relaislinsensysteme in verschiedenen Kombinationen beschrieben. Die Relaislinsensysteme sind dargestellt in den Fig. 5A, 5B, 5C, 6A, 6B, 6C, 7A, 7B, 7C, 8A, 8B und 8C und haben die in den folgenden Tabellen 6 bis 10 dargestellten numerischen Daten: Tabelle 6 &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz15&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Das in Tabelle 6 dargestellte Relaislinsensystem besteht aus drei positiven Linsenkomponenten und ist ein afokales System. Tabelle 7 (Fig. 6C) &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz15&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Das in Tabelle 7 dargestellte Relaislinsensystem besteht aus einer positiven Linsenkomponente, einer negativen Linsenkomponente und einer positiven Linsenkomponente. Tabelle 8 (Fig. 7A) &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz15&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Das in Tabelle 8 dargestellte Relaislinsensystem besteht aus zwei positiven Linsenkomponenten und ist ein afokales System. Tabelle 9 (Fig. 7B) &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz15&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Das in Tabelle 8 dargestellte Relaislinsensystem besteht aus zwei positiven Linsenkomponenten und ist ein afokales System. Tabelle 10 (Fig. 7C) &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz15&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Das in Tabelle 8 dargestellte Relaislinsensystem besteht aus zwei positiven Linsenkomponenten und ist ein afokales System.
Von den oben beschriebenen Beispielen von Relaislinsensystemen werden jene in den Fig. 5A bis 5C dargestellten in Kombination mit jenen gemäß der Fig. 6A bis 6C verwendet, wobei das erstgenannte zum Mikroskopieren bei starker Vergrößerung und das letztgenannte zum Mikroskopieren bei schwacher Vergrößerung dient. Die Fig. 5A zeigt ein Relaislinsensystem, das bei Vergrößerungen von 100× bis 40× verwendet wird, das in Fig. 5B bei einer Vergrößerung von 20× und das in Fig. 5C bei einer Vergrößerung von 10×. Die in den Fig. 5A und 5B jeweils gezeigten Relaislinsensysteme sind dieselben wie jene in den Fig. 3A und 3B und haben die in den Tabellen 2 bzw. 3 wiedergegebenen numerischen Daten. Die in den Fig. 6A bis 6C dargestellten Relaislinsensysteme sind zum Mikroskopieren bei schwacher Vergrößerung zu verwenden, das in Fig. 6A gezeigte bei einer Vergrößerung von 4×, das in Fig. 6B bei einer Vergrößerung von 2× und das in Fig. 6C bei einer Vergrößerung von 1×. Von diesen Relaislinsensystemen sind die in Fig. 6A und 6B gezeigten dieselben wie jene in den Fig. 4A bzw. 4B gezeigten. Die in den Fig. 7A bis 7C und 8A bis 8C gezeigten Relaislinsensysteme sind als Kombination zu verwenden: Fig. 7A zeigt ein Relaislinsensystem zum Mikroskopieren bei einer Vergrößerung von 100× bis 40×, Fig. 7B zeigt eines bei einer Vergrößerung von 20×, Fig. 7C bei einer Vergrößerung von 10×, Fig. 8A bei einer Vergrößerung von 4×, Fig. 8B bei einer Vergrößerung von 2× und Fig. 8C bei einer Vergrößerung von 1×. Von diesen Relaislinsensystemen sind jene in den Fig. 8A, 8B und 8C gezeigten dieselben wie jene in den Fig. 6A, 6B und 6C jeweils gezeigten.

Claims

1. Durchlicht-Beleuchtungssystem für Mikroskope zur Anpassung der Beleuchtung an unterschiedliche Mikroskopobjektivvergrößerungen mit einer Lichtquelle, einem Kollektor, einer Feldblende, einer Feldlinse, die unabhängig von der Vergrößerung fest angeordnet ist, einem Kondensor und einem Relaislinsensystem, bei dem für starke Vergrößerungen die Aperturblende über das Relaislinsensystem in die lichtquellenseitige Brennebene des Kondensors abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Relaislinsensystem für starke Vergrößerung die Aperturblende (4) mit der Vergrößerung 1 in die Brennebene des Kondensors (6) abbildet, und daß beim Übergang von starker zu schwacher Mikroskopobjektivvergrößerung das erste Relais-Linsensystem und der Kondensor (6) gegen ein zweites Relaislinsensystem ausgetauscht werden, dessen lichtquellenseitige Brennebene mit der Aperturblendenebene zusammenfällt, so daß die Aperturblende (4) durch das zweite Relaislinsensystem und das Mikroskopobjektiv in die Austrittsquelle des Objektives abgebildet wird.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldblende (3) nahe dem lichtquellenseitigen Brennpunkt der Feldlinse (12) angeordnet ist.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Daten mit F = 1: &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz23&udf54; &udf53;vu10&udf54;Erste Ausführungsform des Relaislinsensystems für starke Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz13&udf54; &udf53;vu10&udf54;erste Ausführungsform des Relaislinsensystems für schwache Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz14&udf54; &udf53;vu10&udf54;Zweite Ausführungsform des Relaislinsensystems für schwache Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz10&udf54; &udf53;vu10&udf54;wobei
r _i die Krümmungsradien der Linsen, und
d die Dicken bzw. Luftabstände der Linsen bzw. der Blendenebene zu den Linsen, und
n die Brechzahlen bedeuten.

4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Daten mit F = 1: &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz23&udf54; &udf53;vu10&udf54;erste Ausführungsform des Relaislinsensystems für starke Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz24&udf54; &udf53;vu10&udf54;zweite Ausführungsform des Relaislinsensystems für starke Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz27&udf54; &udf53;vu10&udf54;zweite Ausführungsform des Relaislinsensystems für starke Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz12&udf54; &udf53;vu10&udf54;dritte Ausführungsform des Relaislinsensystems für starke Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz14&udf54; &udf53;vu10&udf54;erste Ausführungsform des Relaislinsensystems für schwache Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz14&udf54; &udf53;vu10&udf54;zweite Ausführungsform des Relaislinsensystems für geringe Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz10&udf54; &udf53;vu10&udf54;dritte Ausführungsform des Relaislinsensystems für schwache Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz14&udf54; &udf53;vu10&udf54;wobei
r _i die Krümmungsradien der Linsen, und
d die Dicken bzw. Luftabstände der Linsen bzw. der Blendenebene zu den Linsen, und
n die Brechzahlen bedeuten.

5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Daten F = 1: &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz21&udf54; &udf53;vu10&udf54;erste Ausführungsform des Relaislinsensystems für starke Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz24&udf54; &udf53;vu10&udf54;zweite Ausführungsform des Relaislinsensystems für starke Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz14&udf54; &udf53;vu10&udf54;dritte Ausführungsform des Relaislinsensystems für starke Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz14&udf54; &udf53;vu10&udf54;erste Ausführungsform des Relaislinsensystems für schwache Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz14&udf54; &udf53;vu10&udf54;zweite Ausführungsform des Relaislinsensystems für schwache Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz10&udf54; &udf53;vu10&udf54;dritte Ausführungsform des Relaislinsensystems für schwache Vergrößerung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz14&udf54; &udf53;vu10&udf54;wobei
r _i die Krümmungsradien der Linsen, und
d die Dicken bzw. Luftabstände der Linsen bzw. der Blendenebene zu den Linsen, und
n die Brechzahlen bedeuten.