DE3442218C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Auflichtbeleuchtungsapparat für Mikroskope, mit einer Einrichtung zur Umschaltung zwischen Hell- und Dunkelfeldbe­ leuchtung.

Es sind Auflichtbeleuchtungsapparate für Mikroskope bekannt, die eine für die Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung gemeinsame Lichtquelle besitzen und nach einem der folgenden Gesichtspunkte gestaltet sind:

• A) Es wird Wert gelegt auf eine gute Qualität der Dunkelfeldbeleuchtung und geringen Aufwand an optischen Elementen. In diesem Falle wird eine mehr oder weniger mangelhafte Hellfeldbeleuchtung (z.B. ungleichmäßige oder unvollständige Objekt- oder Pupillenausleuchtung, Kontrastmin­ derung infolge von Reflexlicht oder parasitärem Licht) in Kauf genommen.
• Eine nach diesem Gesichtspunkt konzipierte Beleuchtungseinrichtung ist z.B. in dem Buch von Michel: "Die Mikrophotographie", Springerverlag Wien, 1957, Seiten 411/412 beschrieben. Die bekannte Einrichtung erlaubt zwar ein schnelles Umschalten von Hellfeld- auf Dunkelfeld­ beleuchtung durch Betätigen eines Schiebers, mit dessen Hilfe eine Ringblende mit Hilfslinse in den Strahlengang eingebracht wird. Die in der Beleuchtungseinrichtung verwendete Optik ist jedoch nicht dazu geeignet Köhlersche Beleuchtungsbedingungen einzustellen. Zu diesem Zwecke muß der gesamte Beleuchtungsapparat gegen einen anderen aus­ getauscht werden, was relativ zeitaufwendig ist, da mit dem Austausch Justierarbeiten verbunden sind.
• B) Das Schwergewicht wird gelegt auf korrekte Hellfeldbeleuchtung. Dieses erfordert die Erfüllung des Köhlerschen Beleuchtungsprinzips im Hellfeldbeleuchtungssystem, d.h. das Erzeugen von Zwischenabbildungen: Die Lichtquelle wird durch einen Kollektor ein erstes Mal in eine zentrierbare Aperturirisblende abgebildet und durch eine oder mehrere weitere Linsen gemeinsam mit der Aperturblende in die Pupille des als Kondensor wirkenden Objektivs. Gleichzeitig muß der Kollektor, der zur Objektebene konjugiert ist, durch Hilfslinsen in die ebenfalls zen­ trierbare Leuchtfeldirisblende zwischenabgebildet werden. Nach diesem Prinzip aufgebaute, kombinierte Hellfeld-Dunkelfeldbeleuchtungs­ apparate sind z.B. in der DE-OS 29 41 676 beschrieben. Aus der DE-PS 32 28 041 ist ferner eine Umschalteinrichtung für einen derartigen Beleuchtungsapparat bekannt. Bei allen diesen Beleuchtungseinrichtun­ gen werden die Lichtquelle und ein großer Teil der Köhlerschen Be­ leuchtungsoptik für Hellfeld- und für Dunkelfeldbeleuchtung gemeinsam benutzt. Dieser Aufbau bedingt eine beträchtliche Baulänge, die für eine Dunkelfeldbeleuchtung nicht unbedingt erforderlich ist, da man dort grundsätzlich auf regelbare Leuchtfeldblenden und Aperturblenden verzichten und die Lichtquelle, die möglichst groß und homogen sein sollte, in das Objektiv abbilden darf.
• Bei Vereinigung beider Beleuchtungssysteme in einem für beide gemein­ samen optischen System müssen die optischen Längen des Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtungsapparat gleich werden und die beiden Systemen gemeinsamen optischen Elemente benötigen relative weite Öffnungen, ob­ gleich diese für eine Hellfeldbeleuchtung nicht notwendig sind. Folglich sind derartig kombinierte Beleuchtungsapparate; kompliziert aufgebaut und unbequem zu bedienen oder müssen, wenn man die Bedien­ barkeit erleichtern will, mit zusätzlichen Mechanismen versehen sein, durch die Schaltvorgänge an unterschiedlichen optischen Elementen miteinander verkoppelt sind. Demzufolge kann das optische System keines der beiden Beleuchtungsarten optimiert werden, sondern ist als Kompromiß zu betrachten zwischen den gegenteiligen Forderungen, die beide Beleuchtungsarten an die zur Realisierung nötige Optik stellen.

Aus der DE-PS 5 69 884 und der US-PS 21 03 230 sind Einrichtungen zum schnellen Wechseln zwischen Dunkelfeld- und Hellfeldbeleuchtung bekannt, bei denen im Zuge der Umschaltung der Hellfeldreflektor bewegt wird, durch den der Hellfeld-Beleuchtungsstrahlengang in den Beobachtungs­ strahlengang eingespiegelt wird. Auch diese bekannten Einrichtungen sind jedoch jeweils einer einzigen Optik nachgeschaltet, die gemeinsam sowohl bei Dunkelfeld- als auch bei Hellfeldbeleuchtung verwendet wird. Beim Umschalten werden lediglich unterschiedliche koaxiale Teilbündel aus dem gemeinsamen Strahlengang ausgeblendet. Entsprechend ist es auch bei diesen bekannten Einrichtungen nicht möglich die Hellfeld- und die Dun­ kelfeldbeleuchtung unabhängig voneinander zu optimieren.

In der DE-PS 9 73 489 ist ein kombinierter Hellfeld/Dunkelfeld-Beleuch­ tungapparat beschrieben, der nur für die Hellfeldbeleuchtung ein Köhler­ sches System, für die Dunkelfeldbeleuchtung dagegen eine vereinfachte Optik vorsieht. Zur Reduzierung der größeren Baulänge der Hellfeldoptik ist diese um den Auflichtreflektor herumgeführt. Auch in diesem Be­ leuchtungsapparat sind teilweise gleiche Elemente für den Hellfeld- und den Dunkelfeldstrahlengang verwendet.

Aus der JP-OS-58/1 05 208 ist ein Mikroskop mit zwei vollständig von­ einander getrennten Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtungen bekannt, wobei jede Beleuchtungseinrichtung eine eigene Lichtquelle besitzt. Die beiden Beleuchtungseinrichtungen sind jedoch identisch aufgebaut und nicht auf die für Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung unterschiedlichen Erfordernisse optimiert.

Aus der DE-OS 23 01 597 ist eine Auflichtdunkelfeldbeleuchtungsein­ richtung bekannt, die aus ringförmig um das Objektiv des Mikroskops herumgelegten Glasfaserbündeln besteht, die von einer zweiten, zusätz­ lichen Lichtquelle versorgt werden. Derartige Beleuchtungseinrichtungen sind jedoch stets speziell auf ein bestimmtes Objektiv zugeschnitten und können nicht einfach gewechselt werden. Wenn das verwendete Mikroskop einen Revolver besitzt und mehrfach zwischen verschiedenen Objektiven hin- und hergeschaltet werden soll, sind derartige Zusatzeinrichtungen für Dunkelfeldbeleuchtungen ungeeignet. Auflichthellfeldbeleuchtungs­ einrichtungen, die durch Lichtleiter versorgt werden, sind außerdem in der DE-OS 31 47 998 und der DE-OS 31 51 108 beschrieben.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine umschaltbare Hellfeld- Dunkelfeldbeleuchtung zu schaffen, die für beide Beleuchtungsarten optimale Bedingungen einzustellen erlaubt und einen kompakten Aufbau des Mikroskops bei gleichzeitig guter Zugänglichkeit möglich macht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Mikroskop mit zwei getrennten Optiken für die Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung nach dem Oberbegriff gemäß den im Kennzeichen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 auf­ geführten Merkmalen gelöst.

Durch diese Lösung erhält man zwei im wesentlichen bis zum Reflektor im Auflichtilluminator getrennt verlaufende Beleuchtungsoptiken, die unab­ hängig voneinander für Dunkelfeld- und Hellfeldbeleuchtungen optimiert sind.

Gemäß Anspruch 1 ist das bewegliche Spiegelelement ein Ringspiegel, der anstelle des Hellfeldreflektors einschaltbar ist, wobei die Achsen beider Spiegel einen Winkel einschließen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung beispielsweise seitlich an den Auf­ lichtilluminator des Mikroskops angesetzt werden kann. Die Umschaltung von Ringspiegel und Hellfeldreflektor hat weiterhin den Vorteil, daß bei eingeschalteter Dunkelfeldbeleuchtung kein Lichtverlust bei der Ab­ trennung des Beobachtungsstrahlengangs vom Beleuchtungsstrahlengang auftritt.

Es ist jedoch auch möglich, wie in Anspruch 2 ausgeführt, ein schaltbares Spiegelelement in Lichtrichtung gesehen vor dem Hellfeldreflektor anzu­ ordnen, der dann von einem ebenfalls feststehenden Ringspiegel umgeben ist.

In einer der beiden Optiken, nämlich in der für Dunkelfeldbeleuchtung, dient das Ende eines Lichtleiters als homogenisierte, flächenvergrößerte Sekundärlichtquelle. Eine derartige Lichtquelle eignet sich besonders gut in einem vereinfachten optischen System, bei der die Lichtquelle, d.h. also die Austrittsfläche des Lichtleiters, direkt in die Objektebene ab­ gebildet wird.

Es ist weiterhin möglich auch für die Hellfeldbeleuchtung einen Licht­ leiter als Lichtquelle einzusetzen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden dann beide Lichtleiter sowohl für die Dunkelfeldbeleuchtung als auch für die Hellfeldbeleuchtung, aus einer, separat in einem nebenstehenden Lampengehäuse untergebrachten Primärlichtquelle gespeist.

Es ist weiterhin zweckmäßig die Umschaltung zwischen Hell- und Dunkel­ feldbeleuchtung zu koppeln mit einer Einrichtung zur Regelung der Leucht­ dichte der betreffenden Lichtquelle, um auszuschließen, daß Blendeffekte für den Beobachter im Zuge des Umschaltvorganges auftreten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in den Fig. 1-5 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele.

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Auflichtbeleuch­ tungseinrichtung, die den Hellfeldstrahlengang im Schnitt zeigt;

Fig. 2 stellt einen weiteren Schnitt der in Fig. 1 gezeigten Beleuch­ tungseinrichtung dar;

Fig. 3 ist eine dritte Schnittdarstellung der Beleuchtungseinrichtung aus Fig. 1 und 2, aus der der Dunkelfeldstrahlengang ersichtlich ist;

Fig. 4 ist eine Prinzipskizze eines im Vergleich zu Fig. 1 modifizier­ ten Ausführungsbeispiels mit einer Hellfeldbeleuchtungseinrich­ tung der Lichtleiter;

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer kombinierten Hell­ feld-Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung im Schnitt.

Die in Fig. 1-3 dargestellte kombinierte Hellfeld-Dunkelfeldbeleuch­ tungseinrichtung für ein Mikroskop besteht aus einer nach dem Köhlerschen Prinzip aufgebauten Optik für Hellfeldbeleuchtung und einer vereinfachten Optik für Dunkelfeldbeleuchtung.

Der Hellfeldstrahlengang ist aus Fig. 1 ersichtlich. Danach wird das Licht einer Glühlampe 1 von einer Kollektorlinse 2 gesammelt. Die Kol­ lektorlinse 2 bildet die Lichtquelle in die Ebene der Aperturblende 4 ab, in deren unmittelbarer Nähe eine Feldlinse 3 angeordnet ist.

Hinter der Aperturblende 4 ist die Leuchtfeldblende 6 angeordnet, die ebenfalls als Irisblende ausgebildet ist. Mit Hilfe eines aus der Feld­ linse 5 in der Nähe der Leuchtfeldblende und der Hilfslinse 7 bestehenden Systems wird die Aperturblende 4 über den Hellfeldreflektor 10 in die bildseitige Brennebene des Mikroskopobjektivs 12 abgebildet. Der Hell­ feldreflektor 10 ist semitransparent, durch ihn wird der mit 22 bezeich­ nete Beobachtungsstrahlengang vom Beleuchtungsstrahlengang abgetrennt. Die für die Beobachtung nötige Optik ist abgesehen von dem gleichzeitig als Hellfeldkondensor benutzten Objektiv 12 nicht dargestellt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht ist der Hellfeldreflektor 10 mit der Hilfslinse 7 in einem Gehäuse 8 untergebracht, das mit Hilfe einer Handhabe 14 senkrecht zu den optischen Achsen des Beleuchtungs- und Beobachtungs­ strahlenganges, d.h. in Richtunq des Pfeiles 21 verschiebbar ist. Das Gehäuse 8 enthält außerdem einen Ringspiegel 15 mit elliptischer Bohrung 16 sowie eine zweite Linse 17. Die Kollektorlinse 17 und der Ringspiegel 15 stellen Elemente der Optik des Dunkelfeldbeleuchtungsstrahlenganges dar, deren Funktion in der Schnittzeichnung nach Fig. 3 ersichtlich ist.

In der dort gezeigten Stellung ist das Gehäuse 8 im Vergleich zur Fig. 2 in die Schaltstellung "Dunkelfeld" weiterbewegt worden, so daß sich nun­ mehr der Dunkelfeld-Ringspiegel 15 anstelle des Hellfeldreflektors 10 über dem Objektiv 12 befindet. Zur Dunkelfeldbeleuchtung wird die End­ fläche 18 eines am Auflichtilluminator des Mikroskops befestigten Licht­ leiters über die Linse 17 und den das Objektiv 12 ringförmig umgebenden Dunkelfeldkondensor 13 in die Objektebene abgebildet. Die dem Lichtleiter 18 zugewandte Seite des Schiebergehäuses 8 ist zur Unterdrückung von Streulicht als Zentralblende 19 ausgebildet.

Vor dem Lichtleiter 18 ist weiterhin eine Klappblende 20 angeordnet, die beim Umschalten von der in Fig. 3 gezeigten Stellung Dunkelfeldbeleuch­ tung auf Hellfeldbeleuchtung von einem am Schiebergehäuse 8 befestigten Schaltfinger 23 vor die Lichtleiterendfläche 18 geklappt wird. Dadurch ist verhindert, daß beim Weiterbewegen des Ringspiegels 15 Licht aus dem Dunkelfeldstrahlengang auf das Objektiv 12 und dessen Fassung auftrifft und den Beobachter blendet.

In Fig. 4 ist ein leicht modifiziertes Ausführungsbeispiel einer kombi­ nierten Hellfeld/Dunkelfeldbeleuchtungseinrichtung dargestellt, die sich von der in Fig. 1-3 dargestellten allein dadurch unterscheidet, daß die Teile 1-6 der Hellfeldoptik durch eine kompakte Köhlersche Beleuchtungs­ einrichtung 24 mit Lichtleiter als Sekundärlichtquelle ersetzt sind. Der Lichtleiter 31 der Hellfeldbeleuchtungseinrichtung 25 und der Lichtleiter der in Fig. 4 nicht explizit dargestellten Dunkelfeldbeleuchtung können von der gleichen Primärlichtquelle in einem außerhalb des Mikroskops aufgestellten Lampengehäuse gespeist werden.

In dem in Fig. 1-3 und in dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind also zwei separate, bezüglich ihrer Achsen winklig zueinander angeordnete Optiken für Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung vorgesehen, wobei die Achsen beider Optiken die des Mikroskopobjektivs, d.h. also des Beobachtungsstrahlenganges, in einem Punkt nämlich am Auflichtreflektor selbst schneiden. Der Wechsel zwischen Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuch­ tung erfolgt allein durch Umschalten zwischen den Reflektoren 10 und 15. Die übrigen Teile der Hellfeld- bzw. Dunkelfeldoptik wie Linsen und Blenden lassen sich unabhängig voneinander bezüglich ihrer Durchmesser, Brennweiten etc. im Sinne einer möglichst homogenen Ausleuchtung der Objektebene optimieren.

In Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, welches wie das nach Fig. 4 zwei Lichtleiterendflächen als Sekundärlichtquellen für die Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung verwendet. Die Hellfeldoptik besteht wieder im wesentlichen aus einer Köhlerschen Beleuchtungsein­ richtung 24 mit Lichtleiter 34, auf die eine Hilfslinse 27 sowie ein ovaler, semitransparenter Strahlteiler 30 zur Einspiegelung der Beleuch­ tung in den Beobachtungsstrahlengang folgen. Der Strahlteiler 30 ist hier jedoch feststehend und wird von einem ebenfalls feststehenden Ringspiegel 25 umgeben.

Zwischen der Beleuchtungseinrichtung 24 und der Hilfslinse 27 ist ein mittels eines Motors 26 schwenkbares Spiegelprisma 28 angeordnet, auf dessen der Hilfslinse 27 zugewandten Seite eine Zentralblende 29 aufge­ bracht ist. Über das Prisma 28 wird in der gezeigten Stellung das Licht aus einem zweiten Lichtleiter 32 in den Auflichtilluminator eingespie­ gelt, dessen Endfläche 33 senkrecht zu der des ersten Lichtleiters 34 zur Versorgung der Hellfeldoptik 24 angeordnet ist und als Lichtquelle für die Dunkelfeldbeleuchtung dient. Die Hilfslinse 27 hat im Dunkelfeld­ strahlengang die Funktion einer Kollektorlinse.

Beide Lichtleiter 32 und 34 werden von einer gemeinsamen Primärlicht­ quelle 45 in einem neben dem eigentlichen Mikroskop aufgestellten Lam­ pengehäuse 38 gespeist.

Zwischen der Eintrittsseite des Lichtleiters 32 und der Primärlichtquelle 45 ist eine elektromagnetisch einschaltbare Blende 37 angeordnet. Die Betätigungseinrichtung 39 für diese Blende 37 ist elektrisch mit der gleichen Schalteinheit 40 verbunden, die auch den Motor 26 zur Umschal­ tung des Prismas 28 steuert. Die Umschaltung auf Hellfeldbeleuchtung wird in diesem Ausführungsbeispiel also mit Hilfe eines in Lichtrichtung gesehen unmittelbar vor dem feststehenden Auflichtreflektor 25/30 ange­ ordneten Spiegelprismas 28 vorgenommen, wobei gleichzeitig die Ein­ trittsfläche des Lichtleiters 32 durch die Blende 37 abgedeckt wird.

Vor der Eintrittsfläche des Lichtleiters 34 ist eine Filterscheibe 36 angeordnet, über die sich Intensität bzw. Farbtemperatur des übertragenen Lichtes einstellen lassen. Beispielsweise kann damit auch die Leucht­ dichte im Hellfeldstrahlengang so eingestellt werden, daß die Helligkeit des vom Beobachter eingesehenen Objektfeldes in beiden Beleuchtungsarten Hellfeld und Dunkelfeld etwa gleich ist und sich beim Umschalten nicht unangenehm ändert.

Da bei Dunkelfeldbeleuchtung das Objekt dem Beobachter stets weniger hell erscheint als bei Hellfeldbeleuchtung, ist es weiterhin zweckmäßig über die Steuereinheit 40 die Spannung der Lampe je nach eingestellter Be­ leuchtungsart unterschiedlich einzustellen. Sie wird dann beispielsweise nur bei Dunkelfeldbeleuchtung mit höherer Spannung betrieben, was wegen der in der Regel geringeren Betriebsdauer in dieser Beleuchtungsart keine nennenswerte Verkürzung der Lebensdauer der Lampe bedeutet.

Claims (4)

1. Auflichtbeleuchtungsapparat für Mikroskope, mit einer Einrichtung zur Umschaltung zwischen Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung, wobei die Beleuchtung durch zwei getrennte Optiken mit jeweils einer eigenen Lichtquelle erfolgt, und beide Optiken gleichzeitig am Mikroskop befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik für Hellfeldbe­ leuchtung (1-7) ein Köhlersches System mit Apertur- und Leuchtfeld­ blende (4, 6) enthält und die Optik für Dunkelfeldbeleuchtung (17-19) eine Sekundärlichtquelle in Form einer Lichtleiteraustrittsfläche (18) in der Nähe der Objektebene abbildet, daß die Achsen beider Optiken (1-7, 17-19) in einer zum Beobachtungsstrahlengang senkrechten Ebene winklig zueinander ausgerichtet sind und sich am Auflichtreflektor (10/15) treffen, über den die Beleuchtung in den Beobachtungsstrahlen­ gang eingespiegelt wird, und daß die Umschaltung zwischen den beiden Optiken (1-7, 17-19) durch einen anstelle eines Hellfeldreflektors (10) ein- oder ausschaltbaren Ringspiegel (15) des Auflichtreflektors (10/15) erfolgt.

2. Auflichtbeleuchtungsapparat für Mikroskope, mit einer Einrichtung zur Umschaltung zwischen Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung, wobei die Beleuchtung durch zwei getrennte Optiken mit jeweils einer eigenen Lichtquelle erfolgt, und beide Optiken gleichzeitig am Mikroskop befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik für Hellfeld­ beleuchtung (24/35) ein Köhlersches System mit Apertur- und Leucht­ feldblende enthält und die Optik für Dunkelfeldbeleuchtung (28/29/33) eine Sekundärlichtquelle in Form einer Lichtleiteraustrittsfläche (33) in der Nähe der Objektebene abbildet, daß die Achsen beider Optiken (24/35, 28/29/33) winklig zueinander ausgerichtet sind und sich an einem beweglichen Spiegelelement (28) treffen, das in Lichtrichtung gesehen vor dem Auflichtreflektor (25/30) angeordnet ist, über den die Beleuchtung in den Beobachtungsstrahlengang eingespiegelt wird, daß der Auflichtreflektor (25/30) seinem feststehenden Hellfeldreflektor (30) und einem diesen umgebenden, ebenfalls feststehenden Ringspiegel (25) besteht und daß die Umschaltung zwischen den beiden Optiken (24/35, 28/29/33) durch das am Schnittpunkt beider Achsen angeordnete, bewegliche Spiegelelement (28) erfolgt.

3. Auflichtbeleuchtungsapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in beiden Optiken (1-7, 17-19; 24/35, 28/29/33) die Enden (33, 35) von Lichtleitern (32, 34) als Lichtquelle dienen und beide Lichtleiter (32, 34) aus einer einzigen Primärlichtquelle (45) gespeist werden.

4. Auflichtbeleuchtungsapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umschaltung zwischen beiden Optiken (1-7, 17-19; 24/35, 28/29/33) gekoppelt ist mit einer Einrichtung (40) zur Regu­ lierung der Leuchtdichte der betreffenden Lichtquelle (45).