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Koaxiale Auflicht-Hellfeldbeleuchtung
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für Stereomikroskope
Koaxiale Auflicht-Hellfeldbeleuchtung
für Stereomikroskope Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für Stereomikroskope
mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Koaxiale Auflicht-Hellfeldbeleuchtungen für Stereomikroskope sind
oft nach Art eines sog. "Antiflex"-Systems aufgebaut, d.h. sie arbeiten mit polarisiertem
Licht und enthalten Analysatoren, die unerwünschtes, aufgrund von Reflexen an den
Linsenflächen der Optik hervorgerufenes Streulicht abblocken.
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Solche Beleuchtungseinrichtungen sind beispielsweise in der US-PS
34 05 990, der DE-AS 12 79 367, der DE-AS 28 47 962 und der DE-OS 30 06 373 beschrieben.
Allen diesen bekannten Beleuchtungseinrichtungen gemeinsam ist die Verwendung zweier
separater Lichtquellen, deren Strahlungsleistung jedoch nur sehr unvollkommen zur
Objektbeleuchtung ausgenutzt wird.
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So gelongen bei den in den drei erstgenannten Schriften beschriebenen
Beleuchtungseinrichtungen bedingt durch Verluste im Polarisator und an den zweimal
durchlaufenen Teilerspiegeln nicht einmal 1/8 des vom Lampenkollektor aufgenommenen
Lichtes zum Beobachter.
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Das in der DE-OS 30 06 373 beschriebene System verwendet für die Einspiegelung
von bereits vorher polarisiertem Licht in den Beobachtungsstrahlengang polarisationsselektive
Strahlteiler, um den Wirkungsgrad der Beleuchtungseinrichtung zu erhöhen. In dem
angegebenen Wert von 80% für den Wirkungsgrad ist jedoch der Lichtverlust an dem
vor dem Strchlteiler angeordneten Polarisator unberücksichtigt geblieben. Bezieht
man diesen Lichtverlust in die Rechnung ein, so ergibt sich für die in der OS 30
06 373 beschriebene Beleuchtungseinrichtung ein maximaler Wirkungsgrad von deutlich
unter 50%.
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Aus der US-PS 35 12 860 ist eine Auflicht-Hellfeldbeleuchtung für
Stereomikroskope beschrieben, die mit einer einzigen Lichtquelle arbeitet.
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Dort werden die beiden Beleuchtungsstrahlenbündel durch geometrische
Pupillenteilung mit Hilfe eines speziellen Doppelkollektors erzeugt.
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Die Anordnung der Polarisatoren und Strahl teiler für das Antiflex-System
entspricht jedoch im wesentlichen dem bereits aus der DE-AS 12 79 367 bekannten
Aufbau, so daß auch hier der V;irkungsgrad der Beleuchtungseinrichtung unter 12%
liegt. Der größte Teil des Lichts wird also in den Polarisatoren und an den Gehäusewänden
hinter den Teilerspiegeln in unerwünschte und für die Optik schädliche Wärme umgesetzt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst einfach
aufgebaute, koaxiale Auflicht-Beleuchtung für Stereomikroskope mit möglichst hohem
Wirkungsgrad zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ausbildung gemäß den im Kennzeichen
des Hauptanspruches genannten Merkmalen gelöst.
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Der mit diesem Aufbau erzielte Vorteil ist darin zu sehen, daß nur
eine einzige, für beide Stereokanäle gemeinsam benutzte Lichtquelle benötigt wird,
deren Lichtleistung je nach Güte der polarisierenden Teilerschicht nahezu vollstöndig
ausgenutzt wird. Der erste polarisierende Strahlteiler wird also von der Lampe ohne
Vorpolorisation direkt beleuchtet und das nicht in den ersten Stereokanal eingespiegelte
Licht, das aus dem zweiten Ausgang des Strahlteilers austritt, wird nach Drehung
der Polarisationsrichtung an der zu / 2- 1/2-Platte von dem ebenfalls polarisierenden,
zweiten Strahlteiler in den ihm zugeordneten zweiten Stereokanal eingespiegelt.
Auf diese Weise wird das zur Verfügung stehende Licht optimal genutzt und es kann
im Vergleich zum Stand der Technik entweder mit Leuchten geringerer Leistung gearbeitet
werden, oder bei gleicher Leistung eine höhere Bildhelligkeit erzielt werden.
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Polarisierende Strahlteilerwürfel, die 90% des eintretenden Lichtes
in linear polarisierte Einzelkomponenten zerlegen, sind beispielsweise auf Seite
88 in dem Buch von Dr. Hugo Anders mit dem Titel: Dünne Schichten für die Optik",
erschienen 1965 bei der Wissenschaftlichen Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart, beschrieben.
Die angegebenen Werte für Tronsmission und Reflexion lassen sich durch eine Entspiegelung
der Flachen des Strahlteilers noch verbessern. Auf separate Polarisatoren im Beleuchtungsstrahlengang
und Analysatoren im Beobachtungsstrohlengang, wie das die zum Stand der Technik
genannten Aufbauten vorsehen,
kann daher ohne Einbuße in Bezug auf
die Relexminderung verzichtet werden.
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Aufgrund der Verwendung nur einer Lampe für die Beleuchtung kann an
der der Lampe abgewandten Seite des Stereomikroskops, also hinter dem Ausgang des
zweiten Strahlteilers, eine zusätzliche Projektionseinheit zur Überlagerung des
Zwischenbildes mit Zusatzzeichen, Skalen u.ä., oder ein Phototubus angeflanscht
werden. Für die Einspiegelung der Projektionseinheit in beide Beobachtungsstrahlengange
wird dann der gleiche polarisierende Strahlteiler verwendet, der bereits zur Einspiegelung
der Beleuchtung dient.
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Die Strahlteiler und die t/2-Platte können zweckmäßig zu einem Bauteil
zusammengekittet werden, wodurch Justierprobleme vermieden und die Zahl der Glas-Luftflöchen
verringert sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in
den Unteransprüchen und werden nachstehend anhand der Fig. 1-3 der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine Prinzipskizze, die den wesentlichen Teil der Optik
eines mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem ausgerüsteten Stereomikroskops
zeigt; Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der die Strahlteiler enthaltenden
Optik der Fig. 1; Fig. 3 ist die Prinzipskizze der Optik eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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Das in Fig. 1 dargestellte Stereomikroskop besitzt ein gemeinsames
Hauptobjektiv 1 für beide Stereokanäle A und B, von denen das Objektiv 1 exzentrisch
durchsetzt wird. Dahinter ist ein mit Hilfe einer nicht dargestellten Handhabe umschaltbarer
Vergrößerungswechsler angeordnet, dessen Optiken mit 2a und 2b bezeichnet sind.
Ein Paar Tubuslinsen 3a und 3b dienen zur Erzeugung des vom Beobachter wahrgenommenen
Zwischenbildes. Das sich an die Tubuslinsen anschließende Prismensystem zur
Bildaufrichtung
und die Okulare des Alikroskops sind in der vereinfachten Darstellung weggelassen.
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An das Mikroskop ist seitlich eine Beleuchtungseinrichtung angesetzt,
die eine Lichtquelle 4 und einen Kollektor 5 enthalt. Die optische Achse der Beleuchtungseinrichtung
4,5 steht senkrecht auf den hinter dem Hauptobjektiv 1 parallel verlaufenden Achsen
der beiden Beobachtungskanäle A und B. In jedem Stereokanal ist im telezentrischen
Strahlengang zwischen den Optiken 2a und 2b des Vergrößerungswechslers und der Tubuslinse
3 ein polarisierender Strahlteilerwürfel zur Finspiegelung der Beleuchtung eingefügt.
An dieser Stelle besitzt das Mikroskop einen freien Durchgang, der die normalerweise
voneinander getrennten Stereokanäle A und B miteinander verbindet. In dem Durchgang
ist eine sog. )/2-Platte 7 zur Drehung der Polarisation des hindurchtretenden Lichtes
um 900 angeordnet.
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Schließlich befindet sich vor dem Objektiv 1 eine sog. a a/4-Platte
9, die linear polarisierendes Licht in zirkular polarisiertes Licht und nach zweimaligem
Durchgang wieder in linear polarisiertes Licht umwandelt, wobei dann jedoch die
Richtung der Polarisation um 90" gedreht ist.
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Die Wirkungsweise der so aufgebauten Auflicht-Hellfeldbeleuchtung
ist folgende: Das von der Glühlampe 4 ausgehende Licht wird an der polarisierenden
Teilerschicht des ersten Strahlteilerwürfels 6 in seine linear polarisierten Komponenten
zerlegt, wobei die senkrecht zur Zeichenebene schwingende Komponente in Richtung
auf den Vergrößerungswechsler 2b reflektiert wird und die parallel zur Zeichenebene
schwingende Komponente durch den Würfel 6 unreflektiert hindurchtritt. Die letztgenannte
Komponente erfährt an der W/2-Platte 7 eine Drehung ihrer Polarisationsebene um
900, so daß sie an der ebenfalls polarisationsselektiven Teilerschicht des zweiten
Strahlteilerwürfels 8 nunmehr vollstöndig in Richtung auf das Objektiv 1 reflektiert
wird.
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Das somit in der gleichen Richtung linear polarisierte Licht der beiden
Beleuchtungsstrahlengange
wird nach dem Durchtritt durch das Objektiv 1 von der 7l/4-Platte in gleichsinnig
zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Nach Reflexion am Objekt 10 und nochmaligem
Durchtritt durch die t/4-Platte 9 liegt wieder linear polarisiertes Licht vor, dessen
Polarisationrichtung nunmehr aber um 900 gedreht ist, und das die Teilerwürfel 6
und 8 ohne Reflexion in Richtung auf den Beobachter passieren kann. Störendes Reflexlicht
von den Linsenflächen des Objektivs 1 bzw. des Vergrößerungswechslers 2a, 2b, das
die i)/ 4-Platte 9 nicht durchsetzt hat, besitzt dagegen eine andere Polarisationsrichtung
und wird von den Würfeln 6 und 8 in Richtung auf die Lichtquelle 4 zurückreflektiert
und so vom Beobachter ferngehalten.
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Anstelle einzelner Strahlteilerwürfel 6 und 8 kann, wie dies in Fig.
2 skizziert ist, ein zusammenhängender Glasblock 11 eingesetzt werden, in den sowohl
die polarisierenden Teilerschichten 16 und 18 als auch die 2 /2-Plotte 17 integriert
sind. Dadurch wird die Zahl der Glas-Luftflächen, die unerwünschte Reflexe hervorrufen
könnten, vermindert. An die der Lichtquelle 14 für die Auflichtbeleuchtung entgegengesetzte
Seite des Blocks 11 ist außerdem eine Projektionseinheit angesetzt, mit deren Hilfe
ein von einer zweiten Lichtquelle 12 und dem Kollektor 13 beleuchteter Maßstab 19
über ein Hilfsobjektiv 20 in beide Beobachtungsstrahlengänge eingespiegelt wird.
Auch das Licht dieser zweiten Lichtquelle wird optimal genutzt, da das durch die
Teilerschicht 18 hindurchtretende Licht der Lichtquelle 12 nach Drehung seiner Polarisation
an der )/2-Plotte 17 von der Teilerschicht 16 gleichfalls vollständig reflektiert
wird.
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In Fig. 3 ist eine an ein Stereomikroskop mit angeflanschtem Phototubus
angepaßte Auflicht-Hellfeldbeleuchtung dargestellt. Bei diesem Mikroskop nach Greenough
sind die Achsen der beiden Einzelobjektiven 21a und 21b um den Stereowinkel gegeneinander
geneigt. Damit bilden sie mit der Achse des Beleuchtungssystems, bestehend aus der
Lichtquelle 24 und dem Kollektor 25, einen Winkel, der von den 900 im vorherigen
Ausführungsbeispiel abweicht. Die zwischen den Objektiven 21a bzw. 21b und dem Prismensystemen
23a bzw. 23b zur Bildaufrichtung angeordneten, polarisierenden Strahlteiler 26 und
28 sind daher nicht als Würfel ausgebildet, sondern besitzen eine rhombische Form.
Zwischen ihnen ist wie im
vorherigen Ausführungsbeispiel eine 71/2-Platte
27 angeordnet, die allerdings schräg gestellt ist, um Reflexe auf der optischen
Achse von vornherein zu vermeiden. Natürlich können die Seitenflächen der Strahlteiler
26 und 28 selbst auch geneigt ausgeführt werden, damit Störreflexen an diesen Flächen
vermieden sind.
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Vor den Objektiven 21 sind zwei separate 7/4-Plättchen 29a und 29b
angeordnet, die das hindurchtretende Licht gleichsinnig zirkular polarisieren. In
der Wirkungsweise unterscheidet sich diese Beleuchtungseinrichtung nicht von der
nach Fig. 1.
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Auf der der Lichtquelle 24 entgegengesetzten Seite ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein Phototubus 22 an das Mikroskop angeflanscht.
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Außerdem ist der Strahlteiler 28 aus seiner Position heraus verschiebbar,
wie das durch den Pfeil 32 angedeutet ist, und kann durch einen Vollspiegel 31 ersetzt
werden, der das vom Objekt 30 kommende Licht aus dem Beabachtungsstrahlengang A
in den Phototubus 22 einspiegelt. In dieser Schaltstellung kann das Objekt natürlich
nicht binokular im Hellfeld beobachtet werden, wird aber durch die Beleuchtungseinrichtung
im Strahlengang B für die photographische Aufnahme beleuchtet.
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