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Optisches Beleuchungssystem
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B e s c h r e i b u n g Die Erfindung bezieht sich auf optische Beleuchtungssystem
insbesondere auf ein Beleuchtungssystem für Mikroskope. Es ist bekannt, mittels
eines Beleuchtungssystems oder dergleichen bei optischen Beleuchtungssystemen für
Mikroskope und andere Zwecke ein Verfahren zu verwenden, bei dem das Bild der Frontfläche
eines Lichtleiters als Sekundärlichtquelle auf einem zu beleuchtenden Objekt abgebildet
wird. Mittels dieses Verfahrens kann der beleuchtete Bereich begrenzt werden und
es kann verhindert werden, daß das Beleuchtungslicht andere Instrumententeile und
andere Gegenstände außerhalb des gewünschten Beleuchtungsbereiches erreicht und
durch Reflektion Unschärfe und Geisterbilder hervorruft. Wenn jedoch das Bild der
Frontfläche des Lichtleiters auf dem zu beleuchtenden Gegenstand erzeugt wird, scheint
die Gestalt der Frontfläche selbst, beispielsweise jede Glasfaser oder dergleichen,
die den Lichtleiter bilden, auf dem zu beleuchtenden Gegenstand und infolgedessen
ist es in manchen Fällen schwierig,
die Oberfläche des zu betrachtenden
Gegenstandes richtig zu analysieren. Die Bilder von dunklen Flecken infolge einer
Differenz des Transmissionsfaktors durch Fluktuation bei der Herstellung des Lichtleiters,
Flecken und Schmutz auf der Frontfläche und der Bruch eines Faserelementes während
der Anwendung werden auch abgebildet und es ist sehr schwierig, eine gleichförmige
Bei auch tung zu erhalten. Es werden daher folgende Maßnahmen angewendet: a) Das
den Lichtleiter bildende Element wird so fein und gleichmäßig wie möglich ausgebildet,
b) die Frontfläche des Lichtleiters wird in einer von der b ii dfor'm'nden Steil
uns des optischen Beleuchtungssystems etwas abweichenden Stellung angeordnet, so
daß das Bild der Frontfläche des Lichtleiters unscharf auf dem zu beleuchtenden
Objekt erscheint und c) die Frontfläche des Lichtleiters wird mattiert.
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Das obenerwähnte Verfahren b) hat den Nachteil, daß dadurch, daß das
zu beleuchtende Objekt mit dem unscharfen Bild der Frontfläche beleuchtet wird,
es schwierig ist, den Beleuchtungsbereich genau zu begrenzen. Das obenerwähnte Verfahren
c) hat den Nachteil, daß der Lichtverlust so groß ist, daß keine genügend helle
Beleuchtung erzielbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches
Beleuchtungssystem anzugeben, bei dem der Bclcuchtungsbereich genau begrenzt werden
kann, das zu beleuchtende Objekt mit genügender Helligkeit beleuchtet wird und das
einen einfachen Aufbau besitzt.
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Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die in den Ansprechen gekennzeichneten
Merkmale, indem z. B. ein stangenförmiger Reflektor am Frontende eines Lichtleiters
angeordnet wird.
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Gemflß bevorzugter Ausführungsformen kann dabei der Reflektor als
ein stangenförmiges Prima, eine Einzelfaser oder als ein Rohrglied ausgebildet sein,
dessen Innenfläche eine Spiegelfläche bildet. Der Reflektor wird dabei mit der Frontfläche
des Lichtleiters vorzugsweise verkittet und sonstwie optisch verbunden, Um die Größe
und/oder den Umriß des Beleuchtungsbereiches in gewünschtem Maße vorgeben zu können,
kann die Form der Austrittsfläche des stangenförmigen Reflektors unterschiedlich
zur Eintrittsfläche ausgebildet sein.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Mikroskops,
das mit einem erfindungsgemäßen optischen Beleuchtungssystem versehen ist, Fig.
2 in schematischer Darstellung einen erfindungsgemaßen stangenförmigen Reflektor
und Fig. 3 bis 7 schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen
von stangenförmigen Reflektoren.
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Das zu betrachtende Objekt I ist unterhalb eines Objektivs 2 mit einem
System variabler Vergrößerung 3 über
ein, die Betrachtungsrichtung
änderndes Prisma 4 und ein Poloprisma 5 zur Bildaufrichtung mittels einer Okulars
6 zu betrachten. Von einer Lichtquelle 7 geht ein Lichtleiter 8 zu einem Beleuchtungslinsensystem
9 und ein weiterer Lichtleiter 10 dient zur Hilfsbeleuchtung. An den Vorderenden
der Lichtleiter 8 und 10 sind die nachstehend noch näher beschriebenen Prismen 12
und 13 angeordnet. Bei einem solchen Beleuchtungssystem wird das Licht von der Lichtquelle
7 durch den Lichtleiter 8 übertragen und das Bild von der austrittsseitigen Stirnfläche
des Prismas 12, das an der Vorderseite des Lichtleiters 8 angeordnet ist, wird auf
dem zu betrachtenden Objekt 1 durch ein Beleuchtungslinsensystem 19 und das Objektiv
2 abgebildet, d. h. wenn die austrittsseitige Stirnfläche des Prismas in der Brennebene
des Beleuchtungslinsensystems angeordnet ist, wird das Bild der austrittss<lt!gen
Stirnfläche in der Stellung unendlich von dem B<leuchtungslinstnsystem (das aus
der Stirnfläche austretende Licht verläßt das Linsensystem als paralleles Licht)
im Brennpunkt des Objektivs 2 durch das Objektiv focussiert. Wenn der Brennpunkt
dieses Objektivs 2 und das zu betrachtende Objekt 1 zusamso menfallen, wird das
Bild der austrittsseitigen Stirnfläche des Prismas 12 auf dem zu betrachtenden Objekt
1 abgebildet.
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Wcnn nun das zu beleuchtende Objekt 1 im Brennpunkt des Objektivs
2 betrachtet werden soll, wird dessen Bild an der Stellc E von dem optischen System
3 mit variabler Vergrößerung erzcugt. Dieses Bild wird mittels des Okulars 6 betrachtet.
Andererseits wird im Falle der Verw<'ndung des optischen Hilfssystems das Licht
von der Lichtquelle 7 durch Lichtleiter 10 übertragen und von dem Prisma 13 an der
Frontseite des Lichtleiters 10
austreten gelassen. Das Bild von
der austrittsseitigen Stirnfläche des Prismas 13 wird auf dem zu betrachtenden Objekt
1 durch ein Linsensystem 11 zur Hilfsbeleuchtung des Objekts 1 abgebildet.
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Wie Figur 2 zeigt, ist jedes der Prismen 12 und 13, die in diesem
optischen Beleuchtungssystem verwendet werden, ein Säulenprisma mit einem Durchmesser,
der im wesentlichen gleich dem Durchmesser von jedem der Lichtleiter 8 und 10 ist,
wobei es aus transparentem Material, wie Glas oder Quarz hergestellt, an beiden
Stirnseiten geschliffen und an der Umfansfläche mit einem lichtre-- - (ist flektierenden
Uberzug aus Aluminium oder Silber versehen, der mittel 5 Plattieren oder Aufdampfen
zur Bildung einer Spiegelfäche 12a aufg<'bracht ist. Diese Prismen 12 und 13
sind verkittet oder sonst wie mit den betreffenden Frontflächen der Lichtleiter
8 bzw. 10 optisch verbunden.
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Bei einem solchen optischen Beleuchtungssystem wird das Lichtbündel
großer Ausdehnung, das den Licht leiter verläßt, von der Seitenfläche (Siegelfläche)
jedes Prismas reflektiert und dann von der Stirnfläche ausgesandt.
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Der Austrittswinkel ist im wesentlichen gleich dem Winkiel, mit dem
das Licht das Prisma von der Austrittsfläche des Lichtleiters her erreicht, d. h.
jedes Prisma bewirkt die gleiche Funktion wie ein aus einer Faser hergestellter
Lichtleiter. Daher wird, wenn das Bild der austrittsseitigen Stirnfläche jedes Prisma
auf dem zu betrachtenden Objekt durch das Beleuchtungslinsensystem abgebildet wird,
das gleiche Ergebnis erzielt wie wenn das Bild von der Stirnfläche eines aus einer
dicken Faser hergestellten Bildleiters erzeugt würde. Obiekt Somit kann der Bereich
des das zu beleuchtende erreichenden
Beleuchtungslichts genau begrenzt
werden und das zu beleuchtende Objekt wird sehr gleichmäßig beleuchtet und das Beleuchtungslicht
fluktuiert nicht.
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In diesem Falle muß die Länge jedes der Prismen 12, 13 so groß gewählt
werden, daß das Bild von der austrittsseitigen Stirnfläche des Lichtleiters nicht
durch das Beleuchtungslinsensystem 9 und das Objektiv 2 oder das Hilfsleuchtungslinsensystem
11 auf dem zu beleuchtenden Objekt -1 erscheint. Da die Tiefenschärfe des Beleuchtungslinsensystems
9 bzw. des Hilfsbeleuchtungssystems 11 ungefähr 1 mm in Luft beträgt, erscheint
das Bild der Austrittsfläche des Lichtleiters nicht wenn die Länge 4 jedes Prisma
so gewählt wird, daß der folgenden Bedigung genügt ist: l/n # 1 worin n den Brechungsindez
des Prismas bezeichnet.
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Nebenbei sei erwähnt, daß wenn ein Beleuchtungslinsensystem mit geringer
Tiefenschärfe, d. h. ein optisches System mit großem Öffnungsverhältnis (oder numerischer
Apertur) verwendet wird, ein Prisma, das so kurz ist, daß esi/n <1 genügt, auch
ausreicht.
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Bei der vorstehenden Erläuterung war das säulenförmige Prisma aus
transparentem Material, wie Glas, mit einem reflektierenden Film auf der Umfangsfläche
verwendet.
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Dcr reflektierende Film auf der Umfangsfläche kann jedoch auch weggelassen
werden. Weiterhin kann eine einzelne Faser, bestehend aus einem Kern und einem Mantel
anstelle
des Prismas verwendet werden. Im Falle der einzelnen Faser kann auch die Umhüllung
entfallen. Weiterhin kann ein Rohr, das an der Innenfläche geschliffen ist, um eine
reflektierende Oberfläche durch Plattierung oder dergleichen zu bilden, ebenfalls
verwendet werden. In diesem Falle gilt in der obenangegebenen Formel n = 1.
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Bei der vorstehenden Erläuterung besaßen die Eintritts-und Austrittsflächen
der Prismen, die gleiche Form und die gleiche Fl1iche. Die Prismen können Jedoch
auch konisch mit Eintrittsfläche und Austrittsfläche von verschiedener Größe ausgebildet
sein, wie Figuren 3 und 4 zeigen und sie können darüberhinaus austrlttsseitig 6eneigt
sein (in Form eines diagonal geschnittenen Zylinders), wie Figur 5 zeigt und schließlich
können den Eintritts- und Austrittsflächen auch noch verschiedene geometrische Formen
und Größen gegeben sein, wie die Figuren 6A, 6B und 6C sowie die Figuren 7A 7B und
7C veranschaulichen.
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Wenn so Eintritts- und Austrittsende verschieden voneinander gestaltet
sind, kann das Prisma in verschiedener Weise verwendet werden, d. h. beispielsweise
wenn ein Prisma mit großer Austrittsfläche, wie in Figur 3 gezeigt, verwendet wird,
kann ein weiter Bereich beleuchtet werden, selbst wenn ein dünner Lichtleiter verwendet
wird, ohne Änderung des optischen Beleuchtungssystems. Wenn andererseits ein Prisma,
wie es in Figur 4 gezeigt ist, verwendet wird, kann ein kleiner Bereich mit einem
dicken Lichtleiter beleuchtet werden. Die Ausflkhrungsform von Figur 5 kann vorteilhaft
für eine solche diagonale Beleuchtung, wie sie bei Hilfsbeleuchtungssystemen angewendet
wird, benutzt werden.
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Bei einem diagonal geschnittenen säulenförmigen Prisma ist das Austrittsende
oliptisch, der Beleuchtungsbereich ist aber im wesentlichen kreisförmig. Andererseits
kann, wenn Prismen mit den in Figur 6 und 7 gezeigten Formen verwendet werden, dem
Beleuchungsbereich verschiedene Formen gegeben werden.
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L e e r s e i t e