DE3327672C2 - Koaxiale Auflicht-Hellfeldbeleuchtung für Stereomikroskope - Google Patents

Abstract

Die Auflicht-Hellfeldbeleuchtung besitzt nur eine einzige Lichtquelle (4) zur Versorgung beider Stereokanäle (A, B). Erreicht wird dies durch die Verwendung polarisierender Strahlteiler (6, 8), von denen das Licht in die Beobachtungsstrahlengänge eingespiegelt wird. Von den aus dem direkt beleuchteten, ersten Strahlteiler (6) austretenden, nach ihrer Polarisation getrennten Komponenten wird eine Komponente schon vom ersten Strahlteiler (6) in den einen Stereokanal (B) eingespiegelt, während die zweite Komponente eine in einem freien Durchgang zwischen den Stereokanälen (A, B) angeordnete λ/2-Platte (7) durchläuft, dort eine Drehung ihrer Polarisationsrichtung um 90° erfährt und anschließend vollständig von einem zweiten polarisationsselektiven Strahlteiler (8) in den anderen Stereokanal (A) eingespiegelt wird (Fig. 1).

Description

— eine einzige Lichtquelle (4.5) vorgesehen ist, deren Licht unpolarisiert auf den im ersten Beobachtungskanal (B) angeordneten polarisierenden Strahlteiler (6,16) fällt;

— im Lichtweg des durch dessen Teilerfläche hindurchtretenden Anteils des Beleuchtungslichts eine die Polarisationsrichtung bei einmaligem Durchgang um 90° drehende A/2-Platte (7, 17, 27) und der dem zweiten Beobachtungskanal (A) zugeordnete polarisierende Strahlteiler (8, 18, 28) angeordnet ist, so daß dieser Anteil des Beleuchtungslichts in den zweiten Beobachtungskanal umgelenkt wird.

2. Koaxiale Auflicht-Helifeldbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem zweiten, nicht mit dem Beobachtungsstrahlengang zusammenfallenden Ein- bzw. Ausgang des Strahlteilers (18) im zweiten Beobachtungskanal (A) eine Projektionseinheit zur Überlagerung des Zwischenbildes mit Zusatzzeichen angeordnet ist.

3. Koaxiale Auflicht-Hellfeldbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem zweiten, nicht mit dem Beobachtungsstrahlengang zusammenfallenden Ein- bzw. Ausgang des Strahlteilers (28) im zweiten Beobachtiwgskanal (A) ein Phototubus angeordnet ist.

4. Koaxiale Auflicht-Hellfeldbeleuchtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im zweiten Bcobachtungskanal f/ty angeordnete Strahlteiler beweglich gelagert ist und mittels einer Handhabe aus dem Strahlengang entfernbar ist.

5. Koaxiale Auflicht-Hellfeldbeleuchtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen anstelle des im zweiten Beobachtungskanal (A) angeordneten Strahlteilers (28) in den Strahlengang einbringbares, den Beobachtungsstrahlengang in einen Phototubus (22) einspiegelndes Bauelement (31).

6. Koaxiale Auflicht-Hellfeldbeleuchtung nach Anspruch 1 —2, dadurch gekennzeichnet, daß die polarisierenden Strahlteiler (16, 18) und die Λ/2-Platte (17) zu einem Bauteil (11) zusammengekittet sind.

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für Stereomikroskope mit den im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Merkmalen.

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.

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.

So gelangen bei den in den drei erstgenannten Schriften beschriebenen Beleuchtungseinrichtungen bedingt durch Verluste im Polarisator und an den zweimal durchlaufenen Teilerspiegeln nicht einmal Ve des vom Lampenkollektor aufgenommenen Lichtes zum Beobachter.
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 Strahlteiler 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%.

Aus der US-PS 35 12 860 ist eine Auflicht-Hellfeldbeleuchtung für Stereomikroskope beschrieben, die mit einer einzigen Lichtquelle arbeitet. Dort werden die beiden Beleuchtungsstrahlenbündel durch geometrische Pupillenteilung mit Hilfe eines speziellen Doppelkollektors erzeugt.

Die Anordnung der Polarisatoren und Strahlteiler für das Antiflex-System entspricht jedoch im wesentlichen dem bereits aus der DE-AS 12 79 367 bekannten Aufbau, so daß auch hier der Wirkungsgrad 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.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst einfach aufgebaute, koaxiale Auflicht-Beleuchtung für Stereomikroskope mit möglichst hohem Wirkungsgrad zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Ausbildung gemäß den im Kennzeichen des Hauptanspruches genannten Merkmalen gelöst.

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 vollständig ausgenutzt wird. Der erste polarisierende Strahlteiler wird also von der Lampe ohne Vorpolarisation 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/Z/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.
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 Wissenschaftli-

chen Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart, beschrieben. Die angegebenen Werte für Transmission und Reflexion lassen sich durch eine Entspiegelung der Flächen des Strahlteilers noch Verbessern. Aul separate Polarisatoren im Beleuchtungsstrahlengang und Analysatoren im Beobachtungsstrahlengang, wie das die zum Stand der Technik genannten Aufbauten vorsehen, kann daher ohne Einbuße in bezug auf die Reflexminderung verzichtet werden.

•Aufgrund der Verwendung nur einer Lampe für die Beleuchtung kann an der der Lampe abgewandten Seite des Stereomikroskops, also hinter dem Ausgang des zweiten Strahlteiiers, eine zusätzliche Projektionseinheit zur Überlagerung des Zwischenbildes mit Zusatzzeichen, Skalen u. ä., oder ein Phototubus angeflanscht werden. Für die Einspiegelung der Projektionseinheit in beiden Beobachtungsstrahlengänge wird dann der gleiche polarisierende Strahlteiler verwendet, der bereits zur Einspiegelung der Beleuchtung dient.

Die Strahlteiler und die /Z/2-PIatte können zweckmäßig zu einem Bauteil zusammengekittet werden, wodurch Justierprobleme vermieden und die Zahl der Glas-Luftflächen verringert sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen und werden nachstehend anhand der Fig. 1—3 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 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 F i g. 1;

F i g. 3 ist die Prinzipskizze der Optik eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Stereomikroskop besitzt ein gemeinsames Hauptobjektiv 1 für beide Stereokanäle A und β, 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 26 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 Mikroskops sind in der vereinfachten Darstellung weggelassen.

An das Mikroskop ist seitlich eine Beleuchtungseinrichtung angesetzt, die eine Lichtquelle 4 und einen Kollektor 5 enthält. 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 Einspiegelung 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./Z/2-Platte 7 zur Drehung der Polarisiation des hindurchtretenden Lichtes um 90° angeordnet.

Schließlich befindet sich vor dem Objektiv 1 eine sog. /ί/4-Platte 9, die linear polarisierendes Licht in zirkulär polarisiertes Licht und nach zweimaligem Durchgang wieder in linear polarisiertes Licht umwandelt, wobei dann jedoch die Richtung der Polarisation um 90° gerlrphf ist

Die Wirkungsweise der so aufgebauten Auflicht-Hellfeldbeleuchtung ist folgende:

Das von der Glühlampe 4 ausgehende Licht wird an der polarisierenden Teilerschicht des ersten Strahiteilerwürfels 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 ίο Würfel 6 unreflektiert hindurchtritt. Die letztgenannte Komponente erfährt an der /ί/2-Platte 7 eine Drehung ihrer Polarisationsebene um 90°, so daß sie an der ebenfalls polarisationsselektiven Teilerschicht des zweiten Strahlteilerwürfels 8 nunmehr vollständig in Richtung auf das Objektiv 1 reflektiert wird.

Das somit in der gleichen Richtung linear polarisierte Licht der beiden Beleuchtungsstrahlengänge wird nach dem Durchtritt durch das Objektiv 1 von der A/4-Platte in gleichsinnig zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt. Nach Reflexion am Objekt 10 und nochmaligem Durchtritt durch die /ί/4-Platte 9 liegt wieder linear polarisiertes Licht vor, dessen Polarisationsrichtung nunmehr aber um 90° gedreht ist, und das die Teilerwürfel 6 und 8 ohne Reflexion in Richtung auf den Beobachter passieren kann. Störendes Refiexlicht von den iinsenfiächen des Objektivs 1 bzw. des Vergrößerungswechslers 2a. 2b, das die /?/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.

Anstelle einzelner Strahlteilerwürfel 6 und 8 kann, wie dies in F i g. 2 skizziert ist, ein zusammenhängender Glasblock 11 eingesetzt werden, in den sowohl die polarisierenden Teilerschichten 16 und 18 als auch die /ί/2-Platte 17 integriert sind. Dadurch wird die Zahl der Glas-Luftflächen, die unerwünschte Reflexe hervorrufen kennten, 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 /Z/2-Platte 17 von der Teilerschicht 16 gleichfalls vollständig reflektiert wird.

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 Einzelobjektive 21a und 2ib 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 90° im vorherigen Ausführungsbeispiel abweicht. Die zwischen den Objektiven 21a bzw. 21 b und dem Prismensystem 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 /ί/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 Störreflexe an diesen Flächen vermieden sind.

Vor den Objektiven 21 sind zwei separate /ί/4-Plättchen 29<7 und 296 angeordnet, die das hindurchtretende Licht gleichsinnig zirkulär polarisieren. In der Wirkungsweise unterscheidet sich diese Beleuchtungseinrichtung nicht von der nach Fig. 1.

Auf der der Lichtquelle 24 entgegengesetzten Seite ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Phototubus 22 an das Mikroskop angeflanscht. 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 Beobachtungsstrahlengang A in den Phototubus 22 einspiegelt. In dieser Schaltstellung kann das Objekt natürlich nicht binokular im HcHfcld beobachtet werden, wird aber durch die Beleuchtungseinrichtung im Strahlengang B für die photographische Aufnahme beleuchtet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

20

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Koaxiale Auflicht-Hellfeldbeleuchtung für Stereomikroskope mit je einem in den beiden Beobachtungskanälen angeordneten polarisierenden Strahlteilern zur Einspiegelung des Beleuchtungslichts in die Beobachtungskanäle und einer zwischen den Strahlteilern und der Objektebene angeordneten Einrichtung, die die Polarisationsrichtung des Lichts bei zweimaligem Durchgang um 90° dreht, dadurch gekennzeichnet, daß