DE3425674C2 - Dark field lighting system - Google Patents

Dark field lighting system

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DE3425674C2 DE19843425674 DE3425674A DE3425674C2 DE 3425674 C2 DE3425674 C2 DE 3425674C2 DE 19843425674 DE19843425674 DE 19843425674 DE 3425674 A DE3425674 A DE 3425674A DE 3425674 C2 DE3425674 C2 DE 3425674C2
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Abstract

Zur Auflicht-Dunkelfeld-Beleuchtung verschieden großer Objektfelder werden ohne Zwischenschaltung weiterer optischer Bauteile konkave oder konvexe torische Ringspiegel verwendet. Die Tangentialabschnitte der Spiegel sind vorzugsweise Parabeln 2. Ordnung oder daran angenäherte Kreisbögen, deren Scheitel- bzw. Krümmungsmittelpunkte außerhalb der optischen Achse liegen.Concave or convex toric annular mirrors are used for reflected-light dark-field illumination of object fields of different sizes without the interposition of further optical components. The tangential sections of the mirrors are preferably second order parabolas or circular arcs approximated to them, the apex or centers of curvature of which lie outside the optical axis.

Description

Έ.Έ. 33

■S.i J ■ Si J

|·; Beleuchtungsbündel wird über einen ringförmigen Plan- gende Form besitzt:| · ; The lighting bundle has an annular planar shape:

}5 spiegel 5 im Auflicht-Uluminator des Mikroskops umge-} 5 mirror 5 in the reflected light uluminator of the microscope

% ienkt und tritt konzentrisch in einen ringförmigen Kanal + 39 η — % moves and enters concentrically into an annular channel + 39 η -

+ 39 η = (2)+ 39 η = (2)

8 der Hülse 13 des am nicht im einzelnen dirgestellten x ' ~ 46,0 * '8 of the sleeve 13 of the x '~ 46.0 *', which is not specified in detail

Illuminator befestigten Objektivs 6 ein. Arn unteren En-Illuminator attached lens 6 a. At the lower end

de der Hülse 13 ist ein das Iichtbündei direkt auf das Hier liegt der Fokus des Beleuchtungsstrahlenbün-de of the sleeve 13 is the light bundle directly on the Here is the focus of the illuminating beam bundle

Objektfeld 11 reflektierender Ringspiegel 9 angebracht dels ebenso wie der Scheitelpunkt der Parabel unter-Object field 11 reflecting ring mirror 9 attached dels as well as the vertex of the parabola below-

Bis hierher ist ein Auflicht-Dunkelfeld-Beleuchtungssv- halb der Objektebene und außerhalb vier optischenUp to this point there is one reflected-light dark-field illumination half of the object plane and four optical outside

stern mit bekanntem Aufbau beschrieben. Achsestar with a known structure. axis

Erfindungsgcmmäß besitzt der Ringspiegel 9 jedoch 10 In Flg. 4 ist eine zur Ausleuchtung eines Objektfeldes According to the invention, however, the ring mirror 9 has 10 in Flg. 4 is one for illuminating an object field

im Tangentialschnitt betrachtet nicht die Form einer 28 von 10 mm Durchmesser geeignete Lösung skizziert,viewed in the tangential section, does not sketch the shape of a solution suitable for 28 x 10 mm in diameter,

Parabel oder Hyperbel mit Scheitelpunkt auf der opti- wie sie beispielsweise für ein Objektiv mit Abbildungs-Parabola or hyperbola with a vertex on the optic, as is the case, for example, for a lens with imaging

sehen Achse. Der Spiegel 9 besitzt vielmehr die Form maßstab 2,5 χ und einer Apertur von 0,075 benötigtsee axis. Rather, the mirror 9 has the shape of a scale of 2.5 χ and an aperture of 0.075 required

eines parabolischen Toroids, d. h. die Scheitelpunkte 21 wird.a parabolic toroid, d. H. the vertices becomes 21.

der Tangentialschnitte des Spiegels bilden ebenso wie 15 Der konvexe Ringspiegel 29, der das einfallende Par-of the tangential sections of the mirror, as well as 15 the convex ring mirror 29, which forms the incident par-

die Brennpunkte 12 des vom Spiegel 9 fokussierten allellichtbündel aufweitet und auf das Objektivfeldexpands the focal points 12 of the allele light bundle focused by the mirror 9 and onto the objective field

Strahlenbündels einen zur optischen Achse konzentri- reflektiert, ist ein parabolisches Toroid, dessen Tangen-A bundle of rays concentric to the optical axis, is a parabolic toroid whose tangential

sehen Ring. tialschnitt folgender Kurvengleichung genügt:see ring. tial section of the following curve equation is sufficient:

Durch Wahl der folgenden drei ParameterBy choosing the following three parameters

1. Krümmung der Parabel 20 .,„ _ (15,7—yp ._.1. Curvature of the parabola 20., "_ (15.7-yp ._.

2. axialer Versatz des Scheitels in x, d. h. gegenüber ' x ~ 4,14 * ' der Objektebene und2. Axial offset of the vertex in x, ie with respect to ' x ~ 4.14 *' of the object plane and

3. radialer Versatz des Scheitels gegenüber der op- Der Scheitelpunkt 30 und der virtuelle Fokus 26 dietischen Achse 7 lassen sich die für eine derartige ser Parabel liegen auch hier außerhalb der optischen Beleuchtung gestellten Forderungen 25 Achse 27 des nicht näher dargestellten Objektivs.3. Radial offset of the vertex with respect to the op- The vertex 30 and the virtual focus 26 diet Axis 7 can also be outside of the optical for such a parabola Lighting made demands 25 axis 27 of the lens, not shown.

a) möglichst großer Arbeitsabstand des Ob- Eine dem Spiegel 29 beleuchtungsseitig vorgeschaltejektivs te, ringförmige Streuscheibe 31 verbessert die Homoge-a) The largest possible working distance of the ob- A lens upstream of the mirror 29 on the illumination side te, ring-shaped diffuser 31 improves the homogeneity

b) Einhalten der durch die Dunkelfeldbedin- nität der Ausleuchtung des Feldes gung gegebenen maximalen Ablenkwinkelb) Compliance with the illumination of the field due to the dark field condition given maximum deflection angle

und 30 and 30

c) vollständige und homogene Ausleuchtung Hierzu 4 Blatt Zeichnungen des Objektfeldes relativ gut erfüllen. c) complete and homogeneous illumination. 4 sheets of drawings of the object field relatively well.

Dies zeigen die für drei verschiedene Anwendungsflälle errechneten Beispiele nach Fig. 2—4.This is shown by the examples calculated for three different application cases according to FIGS. 2-4.

In Fig. 2 sind die geometrischen Verhältnisse einer Dunkelfeld-Beleuchtung für ein Mikroskopobjektiv mit Abbildungsmaßstab 20 χ und einer Apertur 0,5 dargestellt, das ein Objektfeld von 1,25 mm besitzt, welches homogen ausgeleuchtet werden soll. Es ist ein Arbeitsabstand von mindestens 1 mm gefordert Das Beleuchtungsstrahlenbündel, das der Ringspiegel des Auflichtilluminators liefert, besitzt einen Innendurchmesser von 20 mm und einen Außendurchmesser von 24 mm.In Fig. 2, the geometric relationships of a dark field illumination for a microscope objective with an imaging scale of 20 χ and an aperture of 0.5 is shown, which has an object field of 1.25 mm, which is to be homogeneously illuminated. A working distance of at least 1 mm is required. The bundle of illuminating rays supplied by the ring mirror of the incident light illuminator has an inside diameter of 20 mm and an outside diameter of 24 mm.

Gemäß der Erfindung wird zur Ausleuchtung des Objektfeldes ein torischer Ringspiegel 24 verwendet, desen Tangentialschnitt in dem von der optischen Achse 23 und der Objektebene gebildeten Koordinatensystem folgender Gleichung genügtAccording to the invention, the object field is illuminated a toric annular mirror 24 is used, the tangential section of which is in that of the optical axis 23 The following equation is sufficient for the coordinate system formed by the object plane

λ·| 27- (y~2A7)2 M)50 λ · | 27- (y ~ 2A7) 2 M) 50

• 13,0 ^ ' • 13.0 ^ '

Der vom Beleuchtungsstrahlenbündel beaufrchlagte Teilbereich dieser Parabel läßt sich sehr gut durch einen Kreis mit einem Radius von 31 mm annähern, dessen Mittelpunkt mit den KoordinatenThe partial area of this parabola impinged on by the illuminating beam can be very well defined by a Approach a circle with a radius of 31 mm, its center point with the coordinates

Xn, = 21,8 mm und
Vn, = 14,1 X n , = 21.8 mm and
V n = 14.1

6060

weit außerhalb der optischen Achse liegt. Der Fokus 22, in dem die Lichtquelle ringförmig verzerrt zwischenabgebildet wird, liegt oberhalb der Objektebene.is far outside the optical axis. The focus 22, in which the light source is mapped in an annularly distorted manner is above the object level.

Zur Ausleuchtung eines Objektfeldes 18 mit Durchmesser d = 2,5 mm eines Objektivs mit Abbildungsmaßstab 10 χ und Apertur 0,3 wird wie in Fig. 3 dargestellt, ein ebenfalls konkaver, torischer Ringspiegel 19 verwendet, dessen Gleichung im Tangentialschnitt fol-To illuminate an object field 18 with a diameter d = 2.5 mm of an objective with an imaging scale of 10 χ and an aperture of 0.3, a likewise concave, toric ring mirror 19 is used, as shown in FIG.

Claims (2)

1 2 Patentansprüche läßt sich mit einem konischen Spiegel jedoch nur ein einziges Objektfeld bestimmter Größe ausleuchten. Zur1 2 claims, however, only a single object field of a certain size can be illuminated with a conical mirror. To the 1. Dunkelfeld-Beleuchtungssystem mit einem tori- Ausleuchtung nach größerer Felder ist es bekannt, die sehen Ringspiegel, der das auf ihn auffallende, im Fläche des "Ringspiegels" aus einer Aneinanderreihung wesentlichen parallele Beleuchtungsstrahlenbündel 5 von 5 oder wie aus der DE 608 644 bekannt, einer Vieldirekt in die Objektebene reflektiert, dadurch ge- zahl von ebenen Teilflächen aufzubauen. Bei dieser Art kennzeichnet, daß der Spiegel (9, 19, 24, 29) im der Beleuchtung treten jedoch azimutabhängige Inho-Tangentialabschnitt eine Parabel 2. Ordnung ist, mogenitäten im Leuchtfeld auf.1. Dark-field lighting system with a tori illumination for larger fields, it is known to see the ring mirror, the incident on it, in the area of the "ring mirror" from a string of essentially parallel lighting beams 5 of 5 or as known from DE 608 644 , one that reflects directly into the object plane, thereby building up a large number of flat sub-areas. In this type , the fact that the mirror (9, 19, 24, 29) occurs in the illumination, however, the azimuth-dependent inho-tangential section is a parabola of the 2nd order, potentialities in the luminous field. deren optisch wirksamer Bereich durch einen Aus der DE-OS 32 08 753 ist es weiterhin bekannt zurthe optically effective area by a From DE-OS 32 08 753 it is also known for Kreisbogen angenähert werden kann, und der io Ausleuchtung größerer Objektfelder dem konischenCircular arc can be approximated, and the io illumination of larger object fields the conical Scheitelpunkt der Parabel, der Fokus (12, 22, 26) Ringspiegel ringförmige Konkav- oder konvexlinsenVertex of the parabola, the focus (12, 22, 26) Ring mirror, ring-shaped concave or convex lenses des vom Spiegel reflektierten Strahlenbündels und vorzuschalten, die das Parallelstrahlenbündel aufweiten,of the bundle of rays reflected by the mirror and upstream, which expand the parallel bundle of rays, der Krümmungsmittelpunkt des Näherungskreises Hier wird also ein zusätzliches brechendes Element ver-the center of curvature of the approximation circle Here an additional refractive element is außerhalb der mit der opt Achse (7,17,23,27) des wendet das den Herstellungsaufwand erhöht und zu-outside of the with the opt axis (7,17,23,27) of the turns the manufacturing costs increase and Beobachtungssystems (6) zusammenfallenden Ro- is sätzlich chromatische Fehler einführen kann,Observation system (6) can also introduce chromatic errors, tationsachse des Spiegels liegen. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einaxis of the mirror lie. It is the object of the present invention 2. Dunkelfeld-Beleuchtungssystem nach An- Dunkelfeld-Beleuchtungssystem zu schaffen, das mit SDruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Spiegel möglichst wenig optisch wirksamen Flächen auskommt (9,19,24) konkav geformt ist und eine verhältnismäßig homogene Ausleuchtung un-2. To create dark field lighting system after dark field lighting system that with SDruch 1, characterized in that the mirror manages as few optically effective surfaces as possible (9,19,24) is concave and a relatively homogeneous illumination un- 3. Dunkelfeld-Beleuchtungssystem nach An- 20 terschiedlicher Objektfelder, insbesondere auch großer spruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Spiegel Objektfelder ermöglicht.3. Dark field lighting system according to different object fields, in particular also large ones Claim 1, characterized in that the mirror enables object fields. (29) zur Ausleuchtung großer Objektfelder konvex Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Dunkelgeformt ist feld-Beleuchtungssystem nach dem Oberbegriff durch(29) for the illumination of large object fields convex This task is formed starting from a dark is field lighting system according to the generic term by 4. Dunkelfeld-Beleuchtungssystem nach Anspruch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß beleuchtungs- 25 Maßnahmen gelöst.4. Dark field lighting system according to claim which is specified in the characterizing part of the main claim 1-3, characterized in that lighting measures are resolved. seitig vor dem Ringspiegel (29) eine Mattscheibe Der Ringspiegel in dem erfindungsgemäßen Beleuch-side in front of the ring mirror (29) a ground glass screen The ring mirror in the lighting according to the invention (31) angeordnet ist tungssystem ist demgemäß nicht als Rotationsparabo-(31) is arranged accordingly not as a rotational parabo- 5. Dunkelfeld-Beleuchtungssystem nach An- loid oder Kugelringsegment mit einem gemeinsamen spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokus Krümmungsmittelpunkt für alle Tangentialschnitte auf (121, 22, 26) des vom Spiegel (9,19, 24, 29) reflek- 30 der optischen Achse des Objektivs ausgebildet sondern tierten Strahlenbündels außerhalb der Objektebe- als Toroid, dessen Tangentialschnitte eine Parabel 2. ne(l 1,18,25,28) liegt. Ordnung ist, deren optisch wirksamer Bereich durch5. Dark-field lighting system according to anloid or spherical ring segment with a common claim 2, characterized in that the focus center of curvature for all tangential cuts on (121, 22, 26) of the mirror (9, 19, 24, 29) reflective 30 formed the optical axis of the objective but oriented beam outside the Objektebe- as a toroid, the tangential sections of a parabola 2. ne (l 1,18, 25, 28) lies. Order is whose optically effective area through einen Kreisbogen angenähert werden kann. Der Schei-an arc can be approximated. The shit Beschreibung tel der Parabel und der von dem Ringspiegel erzeugteDescription tel of the parabola and that generated by the circular mirror 35 Fokus des auffallenden, im wesentlichen parallelen Be-35 focus of the conspicuous, essentially parallel Die Erfindung betrifft ein Dunkelfeld-Beleuchtungs- leuchtungsstrahlenbündels liegen außerhalb der optisystem insbesondere für Auflichtmikroskope. Derartige sehen Achse und besitzen eine ringförmige Gestalt.
Einrichtungen besitzen in der Regel einen oder mehre- Indem der Scheitel der Parabel aus der optischen re, das Objektiv umgebende Ringspiegel, die das auf ihn Achse herausverlegt wird, gewinnt man bei der Ausleauffallende, im wesentlichen parallele Beleuchtungs- 40 gung des DunkelfeldBeleuchtungssystems einen weitestrahlenbündel auf das Objektfeld fokussieren. Beispiele ren Parameter, der im Hinblick auf optimale Objektausfür derartige Beleuchtungseinrichtungen sind in den fol- leuchtung variiert werden kann,
genden Patentschriften dargestellt: DE 830 840, DE Zur Ausleuchtung großer Objektfelder ist es zweck-409, DE 603 323, DE 510 756, DE 507 939, DE mäßig den Ringspiegel konvex auszubilden und be-436, DE 587 077, DE 2 542 075, DE 2 410 874, US 45 leuchtungsseitig eine Mattscheibe vorzuschalten, wäh-160 578. rend bei kleineren Feldern, wie sie beispielsweise fürThe invention relates to a dark field illuminating beam of light lying outside the optisystem, in particular for reflected light microscopes. Such see axis and have an annular shape.
As a rule, devices have one or more of the parabola by moving the vertex of the parabola out of the optical right ring mirror that surrounds the lens and that is moved out onto the axis focus the object field. Examples of parameters that can be varied in the following lighting with regard to the optimal object for such lighting devices,
The following patents are shown: DE 830 840, DE To illuminate large object fields, it is expedient to make the ring mirror convex and be-436, DE 587 077, DE 2 542 075 , DE 2 410 874, US 45 to connect a ground glass on the lighting side, while 160 578. rend for smaller fields, such as those for Die bisher dort verwendeten Ringspiegel wurden Mikroskopobjektive mit einem Abbildungsmaßstab vonThe ring mirrors previously used there were microscope objectives with an imaging scale of stets als sphärische, parabolische oder hyperbolische 2Ox benötigt werden, allein ein konkaver, torischerare always required as spherical, parabolic or hyperbolic 2Ox, only a concave, toric one Konkavspiegel ausgebildet, deren Krümmungsmittel- Ringspiegel ausreicht.Concave mirror formed, the center of curvature ring mirror is sufficient. punkt ebenso wie der Fokus des Beleuchtungssystem 50 Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfin-point as well as the focus of the lighting system 50 Below, embodiments of the invention auf der optischen Achse des vom Kondensor umgebe- dung anhand der Fig. 1 —4 näher erläutert,explained in more detail on the optical axis of the environment from the condenser with reference to FIGS . nen Objektivs lag. Wurden diese Konkavspiegel zusatz- Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Dunkelfeld-Be-a lens. If these concave mirrors were added- Fig. 1 shows a schematic diagram of a dark field loading lich mit einem beleuchtungsseitig vorgeschalteten kon- leuchtungssystems ge näß der Erfindung;Lich with an upstream lighting system according to the invention; vexen Ringspiegel kombiniert, wie z. B. bei den in der Fig. 2 ist eine vergrößerte Skizze einer in Verbindungvexen ring mirror combined, such as B. in the Fig. 2 is an enlarged sketch of a in connection DE 830 840 und DE 2 410 874 beschriebenen Dunkel- 55 mit einem Objektiv mit 20facher Vergrößerung verwen-DE 830 840 and DE 2 410 874 described dark 55 with an objective with 20x magnification. feld-Beleuchtungssystemen, dann lag auch der Krüm- deten Spiegelfläche im Tangentialschnitt:field lighting systems, then the curved mirror surface was also in the tangential section: mungsmittelpunkt des zusätzlichen Konvexspiegel auf Fig. 3 ist eine vergrößerte einer in Verbindung mitThe center of the additional convex mirror in FIG. 3 is an enlarged one in conjunction with der optischen Achse. einem Objektiv mit 1Ofacher Vergrößerung verwende-the optical axis. use an objective with 10x magnification. Mit derartigen Spiege'.anordnungen ist es schwierig ten Spiegelfläche im Tangentialschnitt;With such mirror arrangements it is difficult th mirror surface in the tangential section; relativ große Objektfelder einigermaßen homogen aus- 60 Fig. 4 ist eine vergrößerte Skizze einer in Verbindungrelatively large object fields are reasonably homogeneous from 60 Fig. 4 is an enlarged sketch of a connection 7iileiirhten. Zur Äusleiichtung größerer Objektfelder ist mit einem Objektiv mit 2.5facher Vergrößerung ver-7iirhten. A lens with 2.5x magnification is used to align larger object fields. es bekannt, den als konkaven Rotationsparaboloid aus- wendeten Spiegelfläche im Tangentialschnitt.it is known, the mirror surface used as a concave paraboloid of revolution in the tangential section. gebildeten Ringspicgel asphärisch zu deformieren, oder, Das in Fig. 1 skizzierte Dunkelfeld-Beleuchtungssy-formed ring spicgel to deform aspherically, or, the sketched in Fig. 1 dark field illumination system wie für das Objektiv mit Abbildungsmaßstab 6,5 χ in stern für ein Auflicht-Mikroskop umfaßt eine Lichtquelder US 4 160 578, einen konischen Ringspiegel zu ver- 65 Ie 1 im Brennpunkt eines Kondensors 3 zur Erzeugungas for the lens with magnification 6.5 χ in star for a reflected light microscope includes a light source No. 4,160,578, a conical ring mirror for generating 65 Ie 1 at the focal point of a condenser 3 wenden. eines möglichst parallelen Strahlenbündels, das vonturn around. a bundle of rays that is as parallel as possible and that of Da der Querschnitt des auf den Spiegel auffallenden zwei Blenden 2 und 4 auf einen ringförmigen Querringförmigen Beleuchtungsstrahlenbündels festliegt, schnitt abgeblendet wird. Dieses parallele ringförmigeSince the cross-section of the two diaphragms 2 and 4 striking the mirror on an annular transverse ring-shaped Illumination beam is fixed, cut is dimmed. This parallel ring-shaped
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