DE3229768A1 - Dark-surface illuminating system - Google Patents
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Abstract
Description
Epidarkes Beleuchtungssystem Epidark lighting system
Die Erfindung bezieht sich auf ein epidarkes Beleuchtungssystem, insbesondere ein solches zur Verwendung mit einem Mikroskop, bei dem von einer Lichtquelle ausgehendes Licht zur Beleuchtung eines Objekts zwischen einer Hülse und einer Objektivlinse durchgeleitet wird.The invention relates to an epidark lighting system, in particular one for use with a microscope in which emanating from a light source Light for illuminating an object between a sleeve and an objective lens is passed through.
Generell hat ein epidarkes Beleuchtungssystem die in Fig.In general, an epidark lighting system has the characteristics shown in Fig.
1 dargestellte Ausbildung. Von einer Lichtquelle 1 ausgehendes Licht wird durch eine vor der Lichtquelle 1 angeordnete Blende 2 mit einer ringförmigen Öffnung geleitet, von einer kollimierenden Linse 3 parallel gerichtet und danach von einem Ringspiegel 4, der zur optischen Achse eines Beobachtungssystems koaxial und geneigt angeordnet ist, reflektiert. Das Licht wird danach durch einen Zylinderraum geleitet, der zwischen einer Objektivlinse 5 und einer letztere umgebenden Hülse 6 angeordnet ist, und von einem ringförmigen konischen Spiegel 7 o. dgl., der an der Spitze der Objektivlinse koaxial zu dieser angeordnet ist, zur Beleuchtung eines Objekts 8 reflektiert. Bei einem solchen epidarken optischen Beleuchtungssystem hat es sich als schwierig erwiesen, eine solche flache Beleuchtung wie die bei einem Übertragungsbeleuchtungssystem verwendete Koehler-Beleuchtung zu erreichen. Diese Schwierigkeit geht auf die ringförmige Öffnung, die Unterbrechung des Lichtstrahlengangs durch die Halterung 9 der Objektivlinse 5 (gezeigt in Fig. 2 durch die Eklipsenteile 11, die von der Halterung 9 in einem ringförmigen Beleuchtungslichtfeld 10 auf der Pupillenfläche des optischen Beleuchtungssystems gebildet werden) und die wenig perfekte Beseitigung von an dem Objekt 8 direkt reflektierten Lichtstrahlen zurück. Daher wurden verschiedene Versuche gemacht, um eine flache Beleuchtung zu gewinnen. Eine Methode bestand darin, ein Mattglas in die Beleuchtungsöffnung innerhalb der Hülse derart einzusetzen, daß das Beleuchtungslichtbündel von dem Mattglas gestreut und das gestreute Licht von einem Bildformungsbauteil, das nahe der Spitze der Objektivlinse in koaxialer Anordnung mit letzterer vorgesehen ist, zur Gewinnung einer flachen Beleuchtung bei der Entwicklung eines Bildes verwendet wird. Selbst bei einer Objektivlinse einer starken Vergrößerung ist eine kollimierende Linse nahe der Spitze der Objektivlinse oder ein reflektierender Spiegel mit einer Krümmung vorgesehen, um das von einem Zerstreuungsglied gestreute Licht auf das Objekt derart zu richten, daß das Licht von der Objektoberfläche nicht direkt in die Objektivlinse zurückgeworfen wird. Bei derartigen Methoden nimmt die Zahl der Systemkomponenten, wie das optische Diffusionsbauteil, die nahe des Endes der Objektivlinse angeordnete kolilmierende Linse und das Haltebauteil, zu. Außerdem sind diese Bauteile aufgrund von Fabrikationsabweichungen häufig exzentrisch zum Objektivlinsensystem, und zur Gewinnung einer flachen Beleuchtung ist es notwendig, die Teile genau einzusetzen und beim Zusammenbau in aufwendiger Weise einzustellen.1 training shown. Light emanating from a light source 1 is arranged in front of the light source 1 by a diaphragm 2 with an annular Opening guided, directed parallel by a collimating lens 3 and then by an annular mirror 4 which is coaxial with the optical axis of an observation system and is arranged inclined, is reflected. The light then passes through a cylinder space passed between an objective lens 5 and a sleeve surrounding the latter 6 is arranged, and of an annular conical mirror 7 or the like the tip of the objective lens is arranged coaxially to this, for illuminating a Object 8 reflected. With such an epidark optical lighting system it has proven difficult to get such flat lighting as that on one Transmission lighting system used to achieve Koehler lighting. These Difficulty going on the annular opening, the interruption of the light beam path through the holder 9 of the objective lens 5 (shown in Fig. 2 by the eclipse parts 11, which are held by the holder 9 in an annular illuminating light field 10 are formed on the pupil surface of the illumination optical system) and the less than perfect elimination of light rays reflected directly on the object 8 return. Therefore, various attempts have been made to achieve flat lighting to win. One method was to put a frosted glass into the lighting opening inside insert the sleeve in such a way that the illuminating light beam is scattered by the frosted glass and the scattered light from an image forming member located near the tip of the objective lens is provided in coaxial arrangement with the latter, for obtaining a flat Lighting is used in developing an image. Even with an objective lens a high magnification is a collimating lens near the tip of the objective lens or a reflective mirror with a curvature provided around that of one Diffusing member to direct scattered light onto the object in such a way that the light is not reflected directly back into the objective lens from the object surface. In such methods, the number of system components, such as the optical diffusion component, the collimating lens and the holding member located near the end of the objective lens, to. In addition, these components are often eccentric due to manufacturing variances to the objective lens system, and to obtain flat illumination it is necessary to use the parts exactly and to adjust them in a complex manner during assembly.
Die Herstellung ist daher schwieriger und kostspieliger als erwünscht. Im Falle der Verwendung eines Reflektors nahe des Endes der Objektivlinse besteht die Gefahr, daß Staub und Schmutz in das optische Beleuchtungssystem eindringt und sich Rost ansetzt. Außerdem besteht die hohe Wahrscheinlichkeit, daß Öl, o. dgl. eindringt, so daß eine Immersionslinse nicht als Objektivlinse starker Vergrößerung verwendet werden kann, also auch keine Mikroskopie mit starker Auflösung durchgeführt werden kann.Production is therefore more difficult and expensive than would be desirable. In the case of using a reflector near the end of the objective lens the risk of dust and dirt entering the optical lighting system and rust builds up. There is also the high Probability, that oil or the like penetrates, so that an immersion lens is not stronger as an objective lens Magnification can be used, so no microscopy with high resolution either can be carried out.
Selbst bei Verwendung einer kollimierenden Linse nahe des Endes der Objektivlinse derart, daß eine Immersionslinse als Objektivlinse verwendet werden kann, ist das System durch Eindringen von Staub und Schmutz gefährdet.Even when using a collimating lens near the end of the Objective lens such that an immersion lens can be used as an objective lens the system is at risk from the ingress of dust and dirt.
Außerdem kann das Beleuchtungslichtbündel, das innerhalb des optischen Beleuchtungssystems gestreut wird, an der Innenwand der Hülse erneut gestreut und als Streulicht gemischt mit dem Beleuchtungslicht in das Objektiv als direkt von der Objektoberfläche reflektiertes Licht eindringen. Daher wird ein Antireflexionsbelag an der Innenwand der Hülse angeordnet, um ein Einblenden von Streulicht zu verhindern, wodurch die gesamte Lichtmenge des Beleuchtungslichts nicht zum Objekt überführt und ein starker Lichtverlust auftreten kann.In addition, the illuminating light beam that is within the optical Lighting system is scattered, scattered again on the inner wall of the sleeve and as scattered light mixed with the illuminating light into the lens as directly from light reflected from the object surface penetrate. Therefore it becomes an anti-reflective coating arranged on the inner wall of the sleeve to prevent stray light from blending in, whereby the entire amount of light of the illuminating light is not transferred to the object and severe loss of light can occur.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein epidarkes Beleuchtungssystem zu schaffen, das eine einheitliche und gleichmäßige Beleuchtung gewährleistet, dessen Herstellung und Zusammenbau einfach sind und das eine Beobachtung bei starker Vergrößerung und hoher Auflösung ermöglicht.The invention is therefore based on the object of an epidark lighting system to create that ensures uniform and uniform lighting, of which Manufacture and assembly are simple, and observation at high magnification and high resolution.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein dickes optisches Bauteil mit einer Diffusionsfläche an der Beleuchtungslicht-Eintrittsseite und einer reflektierenden Oberfläche nahe einer Beleuchtungslicht-Austrittsstelle konzentrisch mit einer Objektivlinse zwischen einer H;lse und der Objektivlinse angeordnet ist.To solve this problem, the invention provides that a thick Optical component with a diffusion surface on the illuminating light entry side and a reflective surface near an illuminating light exit point concentric with an objective lens between a sleeve and the objective lens is arranged.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das optische Bauteil eine solche Form hat, daß es den Raum zwischen der pulse und der Objektivlinse ausfüllt und das Beleuchtungslicht-Eintrittsende nahe einem Gewindeabschnitt angeordnet ist, der an der Hülse zum Einschrauben der Hülse in einen Revolver vorgesehen ist.In a preferred development of the invention it is provided that the optical component has such a shape that there is the space between the pulse and the Objective lens fills and near the illuminating light entrance end a threaded portion is arranged on the sleeve for screwing in the sleeve is provided in a revolver.
Die Austrittsfläche des optischen Bauteils kann so ausgebildet sein, daß es Bestandteil einer gekrümmten Fläche ist, die symmetrisch zur optischen Achse der Objektivlinse angeordnet ist, z. B. ein Teil einer konischen Oberfläche, ein Teil einer sphärischen Oberfläche oder ein Teil einer torischen Oberfläche. Außerdem kann die austrittsseitige Endfläche so ausgebildet sein, daß sie Teil einer Zylinderfläche ist.The exit surface of the optical component can be designed in such a way that that it is part of a curved surface that is symmetrical to the optical axis the objective lens is arranged, e.g. B. part of a conical surface Part of a spherical surface or part of a toric surface. aside from that the outlet-side end surface can be designed so that it is part of a cylindrical surface is.
Die Außenseite nahe des Austrittsendes des optischen Bauteils kann so ausgebildet sein, daß sie Teil einer zur optischen Achse der Objektivlinse symmetrisch angeordneten gekrümmten Fläche ist, so beispielsweise Teil einer konischen Fläche oder Teil einer sphärischen Fläche.The outside near the exit end of the optical component can be designed so that they are part of a symmetrical to the optical axis of the objective lens arranged curved surface is, for example part of a conical surface or part of a spherical surface.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Ansicht eines konventionellen epidarken Beleuchtungssystems; Fig. 2 eine Ansicht eines Musters des Beleuchtungslichts auf einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems gemäß Fig. 1; Fig. 3 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des epidarken Beleuchtungssystems nach der Erfindung; und Fig. 4 bis 7 Ansichten von weiteren Ausführungsbeispielen des epidarken Beleuchtungssystem nach der Erfindung.In the following the invention is illustrated in the drawing with reference to FIG Embodiments explained in more detail. The drawing shows: FIG. 1 a view a conventional epidural lighting system; Fig. 2 is a view of a pattern of the illumination light on a pupil surface of the illumination system according to FIG. 1; 3 schematically shows a first exemplary embodiment of the epidark lighting system according to the invention; and FIGS. 4 to 7 are views of further exemplary embodiments of the epidark lighting system according to the invention.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, auf das im folgenden eingegangen wird, werden die gleichen Bezugszeichen wie bei den entsprechenden Bauteilen des oben erwähnten konventionellen Ausführungsbeispiels benutzt. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein dickes, im wesentlichen zylindrisches optisches Bauteil, das konzentrisch um die Objektivlinse 5 angeordnet ist und einen Ringraum zwischen der Hülse 6 und der Objektivlinse 5 ausfüllt. Das optische Bauteil 12 hat eine streuende Fläche 13, die an der Eintrittsseite 12a des Beleuchtungslichts angeordnet ist, und eine reflektierende Fläche 14, die Bestandteil einer sich zum Austrittsende nahe eines Beleuchtungslichtausgangs 12b verjüngenden konischen Fläche ist. Vorzugsweise hat dieses optische Bauteil 12 eine solche Dicke (Länge in der optischen Axialrichtung), daß das Beleuchtungslicht-Eintrittsende 12a nahe eines Gewindeabschnitts 6a liegt, der auf der Hülse 6 zum Befestigen an einem nicht dargestellten Revolver vorgesehen ist.In the embodiment according to FIG. 3, this is discussed below will have the same reference numerals as with the corresponding Components of the above-mentioned conventional embodiment are used. The reference number 12 denotes a thick, substantially cylindrical optical component which is concentric is arranged around the objective lens 5 and an annular space between the sleeve 6 and the objective lens 5 fills. The optical component 12 has a scattering surface 13, which is arranged on the entrance side 12a of the illumination light, and a reflective surface 14, which is part of a near the exit end of a Illumination light output 12b is tapered conical surface. Preferably has this optical component 12 has such a thickness (length in the optical axial direction) that the illuminating light entry end 12a is close to a threaded section 6a, which is provided on the sleeve 6 for attachment to a revolver, not shown is.
Aufgrund der zuvor beschriebenen Ausbildung des erfindungsgemäßen epidarken Beleuchtungssystems wird von der Lichtquelle ausgehendes und in die Eintrittsseite 12a einfallendes Licht von der streuenden Fläche 13 gestreut, durchläuft das optische Bauteil 12, wird von der reflektierenden Oberfläche 14 reflektiert und danach durch das Austrittsende 12b auf das Objekt 8 gelenkt. Dies ergibt eine epidarke Beleuchtung. Da das optische Bauteil 12 bei dem beschriebenen Beleuchtungssystem auch die Funktion einer Linsenhalterung zur Festlegung der Objektivlinse 5 an der Hülse übernimmt, ergibt sich'keine Abschattung des Beleuchtungslichts, sondern es wird ein vollständig ringförmiger Beleuchtungslichtquerschnitt gewonnen. Da außerdem nur das optische Bauteil 12 zwischen der optischen Linse 5 und der Hülse 6 angeordnet ist und die Streufläche 13 und die Reflexionsfläche 14 mit dem optischen Bauteil 12 integral ausgebildet sind, sind Fehler wie Exzentrizitäten zwischen Objektivlinse 5, Beleuchtungslichtbündel und Hülse 6 minimiert. Daher kann mit dem beschriebenen Beleuchtungssystem eine im wesentlichen einheitliche oder flache Beleuchtung erzielt werden. Da das optische Bauteil 12 einteilig ausgebildet sein kann, läßt sich eine Verbesserung der Gleichförmigkeit der epidarken Beleuchtung leicht dadurch erreichen, daß der Streueungsgrad der Streufläche 13, der Reflexionsgrad der Seitenfläche 12c des optischen Bauteils 12 und die Dicke des optischen Bauteils 12, d. h. die Länge vom Eintrittsende 12a (Streufläche 13) zum Austrittsende 12b geeignet gewählt werden. Außerdem reicht bei dem beschriebenen Beleuchtungssystem ein optisches Bauteil 12 zusätzlich zur Objektivlinse 5 und zur Hülse 6 aus, so daß relativ wenige Komponententeile erforderlich sind. Das optische Bauteil 12 als Kunstharz-Gießbauteil o. dgl. kann billig, leicht und genau hergestellt werden. Selbst bei Verwendung eines Immersionsobjektivs tritt keine Immersion des Beleuchtungssystems auf, so daß ein Objektiv mit einer großen numerischen Apertur (NA) und einer hohen Auflösung verwendet werden kann. Auch kann Staub und Schmutz nicht von der Außenseite eindringen, so daß die Arbeitsweise des optischen Beleuchtungssystems nicht von äußeren Gegebenheiten beeinträchtigt wird. Die von der streuenden Fläche 13 gestreuten Lichtstrahlbündel werden von der Außenfläche 12c des optischen Bauteils 12 reflektiert und übertragen, jedoch nichtvon der Innenfläche der Hülse 6 gestreut, so daß der Lichtverlust sehr gering ist.Due to the above-described design of the invention The epidark lighting system is emanating from the light source and into the entry side 12a incident light scattered by the scattering surface 13, passes through the optical Component 12 is reflected by the reflective surface 14 and then through the exit end 12b is directed onto the object 8. This results in epidark lighting. Since the optical component 12 in the described lighting system also has the function a lens holder for fixing the objective lens 5 on the sleeve takes over, there is no shadowing of the illuminating light, but a complete one annular illumination light cross-section obtained. Since only the optical Component 12 is arranged between the optical lens 5 and the sleeve 6 and the The scattering surface 13 and the reflection surface 14 are integral with the optical component 12 are formed are errors such as eccentricities between objective lens 5, illuminating light bundles and sleeve 6 minimized. Therefore, with the described lighting system a substantially uniform or flat illumination can be achieved. Since that optical component 12 can be formed in one piece, an improvement can be made The uniformity of epidarial illumination can easily be achieved by the Diffusion degree of the diffusion surface 13, the degree of reflection of the side surface 12c of the optical Component 12 and the thickness of the optical component 12, d. H. the length from the entry end 12a (scattering surface 13) can be selected to be suitable for the exit end 12b. In addition, enough in the described lighting system, an optical component 12 in addition to Objective lens 5 and to the sleeve 6, so that relatively few component parts are required are. The optical component 12 as a synthetic resin molded component or the like can be inexpensive, light and be made accurately. Even when using an immersion lens occurs no immersion of the lighting system, so a lens with a large numerical aperture (NA) and high resolution can be used. Also can Dust and dirt do not enter from the outside, so that the operation of the optical lighting system is not affected by external conditions. The light beams scattered by the scattering surface 13 are emitted from the outer surface 12c of the optical component 12 reflects and transmits, but not from the inner surface the sleeve 6 scattered so that the loss of light is very small.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem das Austrittsende 12b des optischen Bauteils 12 Teil einer Torusfläche bildet. Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die reflektierende Fläche 14 des optischen Bauteils 12 als Teil einer sphärischen Fläche und das Austrit:sende 12b als Teil einer zylindrischen Fläche ausgebildet sind. Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl das Austrittsende 12b als auch die reflektierende Fläche 14 des optischen Bauteils 12 jeweils als Teile von Torusflächen ausgebildet sind. Bei jedem dieser Ausführungsbeispiele hat also ein Teil des optischen Bauteils 12 eine Linsenfunktion mit der Wirkung einer verstärkten-Erzielung einer einheitlichen Beleuchtung, und der Abstand zwischen der Objektoberfläche 8 und der untersten Fläche 15 des Objektivs ist so gering, daß das jeweilige System in Verbindung mit einem Objektiv starker Vergrößerung zur Beleuchtung verwendet werden kann.Fig. 4 shows a second embodiment in which the exit end 12b of the optical component 12 forms part of a torus surface. Fig. 5 shows a third Embodiment in which the reflective surface 14 of the optical component 12 as part of a spherical surface and the outlet: send 12b as part of a cylindrical surface Surface are formed. Fig. 6 shows a fourth embodiment in which both the exit end 12b as well as the reflective one Area 14 des optical component 12 are each formed as parts of toroidal surfaces. With everyone In these exemplary embodiments, a part of the optical component 12 thus has a lens function with the effect of increased-achieving uniform lighting, and the distance between the object surface 8 and the lowermost surface 15 of the objective is so small that the respective system is stronger in connection with a lens Magnification can be used for lighting.
Fig. 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem das Austrittsende 12b des optischen Bauteils 12 als Teil einer auf der Objektseite konvexgekrümmten Oberfläche, die symmetrisch zur optischen Achse der Objektivlinse 5 verläuft, ausgebildet ist, wobei keine reflektierende Oberfläche vorgesehen ist. Aus der Lichtquelle kommendes Licht wird also von der streuenden Fläche 13 gestreut, durch das optische Bauteil 12 und das als Linsenoberfläche wirkende Austrittsende 12b zur Entwicklung eines Bildes nach außen geworfen, wird danach erneut gestreut und auf die Objektoberfläche 8 gerichtet. Daher ist bei diesem System eine gleichmäßige Beleuchtung bei relativ großem Abstand zwischen der Objektoberfläche 8 und der untersten Fläche 15 des Objektivs und geringer Vergrößerung erreicht.Fig. 7 shows a fifth embodiment in which the exit end 12b of the optical component 12 as part of one that is convexly curved on the object side Surface which is symmetrical to the optical axis of the objective lens 5 is formed with no reflective surface being provided. Coming from the light source Light is therefore scattered from the scattering surface 13, through the optical component 12 and the exit end 12b acting as a lens surface for developing a The image is thrown outwards, is then scattered again and onto the object surface 8 directed. Therefore, in this system, uniform lighting is relatively large distance between the object surface 8 and the lowermost surface 15 of the lens and low magnification achieved.
Aus der obigen Erläuterung wird klar, daß bei Änderung der Länge zwischen dem Eintrittsende 12a und dem Austrittsende 12b des optischen Bauteils 12 und der Form der reflektierenden Oberfläche 14 und des Austrittsendes 12b selbst dann eine geeignete Beleuchtung ohne weiteres erzielbar ist, wenn die geeigneten Beleuchtungsbedingungen je nach Art des Objektivs unterschiedlich sind. Daher kann der Streuungsgrad der Streuungsfläche 13 ebenso minimiert werden wie der im System auftretende Lichtverlust.From the above explanation it is clear that when the length is changed between the entry end 12a and the exit end 12b of the optical component 12 and the Shape of the reflective surface 14 and the exit end 12b even then have a suitable lighting is readily achievable if the appropriate lighting conditions vary depending on the type of lens. Therefore, the degree of dispersion of the Scattering area 13 can be minimized as well as the loss of light occurring in the system.
Claims (3)
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