DE3708647A1

DE3708647A1 - Koehler'sche beleuchtungseinrichtung fuer mikroskope

Info

Publication number: DE3708647A1
Application number: DE19873708647
Authority: DE
Inventors: Fritz Bierleutgeb; Kurt Merstallinger
Original assignee: C Reichert Optische Werke AG; Reichert Jung Optische Werke AG
Current assignee: Leica AG Austria
Priority date: 1987-03-17
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1988-09-29
Also published as: DE3708647C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Köhler′sche Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope, mit einer Lichtquelle, einem Kollektor, einem Kondensor, einer Aperturblende, die in einer Zwischenabbildungsebene der Lichtquelle angeordnet ist und einer Leuchtfeldblende, die über den Kondensor in die Objektebene abgebildet wird.

Eine Beleuchtungseinrichtung dieser Art ist u.a. in H. Naumann/G. Schröder, "Bauelemente der Optik", Carl Hanser Verlag München, Wien 1983, Seiten 362 und 363, beschrieben. Bei diesem Beleuchtungssystem können sowohl die Größe der Apertur als auch die Größe des ausgeleuchteten Gesichtsfeldes unabhängig voneinander eingestellt und der Ausdehnung des zu untersuchenden Objektes bzw. dessen Belastbarkeit für Wärmestrahlung angepaßt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die im Beleuchtungsstrahlengang auftretenden Farbfehler sowie die Erfordernisse der genauen Einstellung des Kollektors gegenüber der Lichtquelle, sowohl bezüglich seines Abstandes als auch bezüglich seiner Zentrierung verringert werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein die Lichtquelle umgebender Reflektor vorgesehen ist, welcher eine erste Zwischenabbildung der Lichtquelle erzeugt, daß von dieser ersten Zwischenabbildung der Lichtquelle über den Kollektor mindestens eine weitere Abbildung erzeugt wird, und daß in oder nahe einer dieser Abbildungsebenen der Lichtquelle ein lichtverwischendes Element angeordnet ist, und daß der Reflektor ein vergrößertes Bild der Lichtquelle in der Schärfeebene des Kollektors erzeugt. Im einzelnen kann gemäß weiteren vorteilhaften Merkmalen der Erfindung das lichtverwischende Element von einer Mattscheibe oder von einem Faserlichtleiterelement gebildet werden.

Durch diese Anordnung wird aufgrund des größeren von der Lichtquelle erfaßbaren Raumwinkels eine wesentlich größere Lichtausbeute erzielt, wobei sich der bei vergleichbarer optischer Qualität der Beleuchtungslinsen im Beleuchtungsstrahlengang auftretende Farbfehler dadurch beträchtlich verkleinert, daß einmal die durch den Reflektor erfolgende Abbildung der Lichtquelle in die Schärfeebene des Kollektors bzw. auf die dem Kollektor vorgelagerte Mattscheibe völlig frei von Farbfehlern ist, und daß zum anderen der nur noch zur Weiterleitung des Mattscheibenbildes dienende Kollektor ein wesentlich kleineres Öffnungsverhältnis aufweisen kann als herkömmliche Kollektoren, ohne daß deshalb eine Einbuße an der Lichtausbeute in Kauf genommen werden muß. Der größere, mittels der Erfindung erzielbare Lichtleitwert erlaubt bei Verwendung vergleichbarer Lichtquellen größere Bildfelder und/oder Aperturen. Ferner wird die Einstellung der Lichtquelle gegenüber dem Kollektor und dem übrigen Beleuchtungssystem weniger kritisch, so daß eine Nachjustierung der Beleuchtungseinrichtung durch den Benutzer auch nach einem Auswechseln der Lichtquelle zumindest dann nicht mehr erforderlich ist, wenn Reflektorlampen verwendet werden, die zusammen mit ihrem Reflektor ausgewechselt werden können.

Eine optimale Lichtausbeute läßt sich dadurch erzielen, daß das vom Reflektor in der lichtquellenseitigen Schärfeebene des Kollektors erzeugte Bild der Lichtquelle größenmäßig etwa mit der konjugierten Größe der Abbildung der größtmöglichen Aperturblende durch den Kollektor in dieser Ebene übereinstimmt.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist sowohl für Auflicht als auch für Durchlicht geeignet. Im Falle der Verwendung als Auflichtbeleuchtungseinrichtung wird zweckmäßig der Kondensor vom Abbildungsobjektiv des Mikroskopes gebildet, wobei zur Ausspiegelung des Betrachtungsstrahlenganges ein halbdurchlässiger Spiegel in den Beleuchtungsstrahlengang eingeschaltet ist.

Gemäß weiteren vorteilhaften Merkmalen der Erfindung wird die Lichtquelle entweder von einer Gasentladungslampe, vorzugsweise einer Quecksilber- oder Xenon-Lampe, oder von einer Niedervolt-Halogenglühlampe gebildet.

Vorteilhaft erfaßt der Reflektor vom Abstrahlungswinkel der Lichtquelle einen Bereich von mindestens 180°, wobei dem Reflektor zur Verbesserung seiner Strahlengeometrie eine Sammellinse nachgeschaltet sein kann.

Eine besondere Gleichmäßigkeit des Beleuchtungsstrahlen ganges in der Objektebene wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung schließlich noch dadurch erzielt, daß der Kondensor das Bild der Lichtquelle ins Unendliche abbildet.

In der Beschreibung sind anhand der Zeichnungen einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise erörtert. Es zeigt:

Fig. 1 das Optikschema einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung für Durchlicht, und

Fig. 2 das Optikschema einer erfindungsgemäßen Auflichtbeleuchtungseinrichtung.

Gemäß Fig. 1 sind auf einer gemeinsamen optischen Achse eine Lichtquelle 1, eine Kollektorlinse 2 und eine Kondensorlinse 3 angeordnet. Die Lichtquelle 1 ist von einem, vorzugsweise eliptischen oder parabolischen Reflektor 4 umgeben, der das Bild der Lichtquelle 1 in vergrößertem Maßstab auf eine Mattscheibe 5 abbildet, die in der lichtquellenseitigen Schärfeebene des Kollektors 2 angeordnet ist und als lichtverwischendes Element dient. In der der Lichtquelle 1 abgewandten Schärfeebene der Kollektorlinse 2 ist eine Aperturblende 6 angeordnet. Der Maßstab der Lichtquellenabbildung auf die Ebene der Mattscheibe 5 ist vorzugsweise so gewählt, daß die Größe des Lichtquellenbildes in dieser Ebene etwa der Abbildung der größtmöglichen Aperturblende durch die Kollektorlinse 2 in diese Ebene entspricht. Anstelle der Mattscheibe 5 könnte auch ein Faserlichtleiterelement oder dergleichen als lichtverwischendes Element dienen. Ferner könnte die Mattscheibe oder ein anderes lichtverwischendes Element auch in oder in der Nähe von einer weiteren zwischen der Kollektorlinse 2 und dem Objekt O gelegenen Abbildungs- bzw. Zwischenabbildungsebene der Lichtquelle, beispielsweise in der Nähe der Apperturblende 6, angeordnet sein.

Auf der der Mattscheibe 5 abgewandten Seite der Kollektorlinse 2 ist noch eine Leuchtfeldblende 7 angeordnet, welche mittels der Kondensorlinse 3 in die Objektebene O des in der Figur nicht dargestellten Mikroskopobjektives abgebildet wird. Die Brennweiten- und Abstandsverhältnisse sind so gewählt, daß gleichzeitig die Aperturblende 6, in deren Ebene eine Zwischenabbildung der Lichtquelle 1 stattfindet, durch die Kondensorlinse 3 ins Unendliche abgebildet wird. Dadurch entsteht ein telezentrischer Beleuchtungs strahlengang, der zur Vergleichmäßigung der Beleuchtungsintensität in der Objektebene O beiträgt und die Beleuchtung des mit dem Mikroskop betrachteten Objektes von Verschiebungen der Objektebene weitgehend unabhängig macht.

Gemäß Fig. 2, welche ein Auflichtbeleuchtungssystem darstellt, ist dem als Kollektor wirkenden Reflektor 4 zur Verbesserung seiner Strahlengeometrie noch eine Kollektorlinse 8 nachgeschaltet. Diese Maßnahme, mittels derer eine bessere Anpassung der Eigenschaften der Reflektorlampe an die Eigenschaften des jeweiligen Mikroskops, z.B. erforderlichenfalls eine Verkürzung des Abstands zwischen der Lichtquelle und ihrer Abbildung, erzielt werden kann, ist natürlich auch bei Durchlichtbeleuchtungssystemen anwendbar.

Am Ort der Mattscheibe 5 ist in diesem Falle eine Aperturblende 9 angeordnet. Der Kollektor wird von zwei Kollektorlinsen 11 und 12 gebildet, zwischen denen eine Leuchtfeldblende 13 angeordnet ist. Als Kondensor dient das im vorliegenden Fall von zwei Linsen 14 und 15 gebildete Abbildungsobjektiv 16 des Mikroskopes. Die Abstands- und Brennweitenverhältnisse sind wieder so gewahlt, daß die Leuchtfeldblende 13 in die Objektebene O und gleichzeitig das Mattscheibenbild der Lichtquelle ins Unendliche abgebildet wird.

Zur Einspiegelung des Beleuchtungsstrahlenganges bzw. Ausspiegelung des Betrachtungsstrahlenganges ist in bekannter Weise ein halbdurchlässiger Spiegel 14 vorgesehen.

Claims

1. Köhler′sche Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope, mit einer Lichtquelle, einem Kollektor, einem Kondensor, einer Aperturblende, die in einer Zwischenabbildungsebene der Lichtquelle angeordnet ist und einer Leuchtfeldblende, die über den Kondensor in die Objektebene abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Lichtquelle (1) umgebender Reflektor (4) vorgesehen ist, welcher eine erste Zwischenabbildung der Lichtquelle erzeugt, daß von dieser ersten Zwischenabbildung der Lichtquelle über den Kollektor (2, 11, 12) mindestens eine weitere Abbildung erzeugt wird, daß in oder nahe einer dieser Abbildungsebenen der Lichtquelle ein lichtverwischendes Element (5) angeordnet ist, und daß der Reflektor (4) in der Schärfeebene des Kollektors (2, 11, 12) ein vergrößertes Bild der Lichtquelle (1) erzeugt.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtverwischende Element von einer Mattscheibe (5) gebildet wird.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtverwischende Element von einem Faserlichtleiterelement gebildet wird.

4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Reflektor (4) in der lichtquellenseitigen Schärfeebene des Kollektors (2, 11, 12) erzeugte Bild der Lichtquelle (1) größenmäßig etwa mit der konjugierten Größe der Abbildung der größtmöglichen Aperturblende durch den Kollektor in dieser Ebene übereinstimmt.

5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Auflichtbeleuchtung in der Objektebene (O), der Kondensor (14, 15) vom Abbildungsobjektiv (16) des Mikroskopes gebildet ist, wobei zur Ausspiegelung des Betrachtungsstrahlenganges ein halbdurchlässiger Spiegel (14) in den Beleuchtungsstrahlengang eingeschaltet ist.

6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) von einer Gasentladungslampe, vorzugsweise einer Quecksilber- oder Xenon-Lampe, gebildet ist.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) von einer Niedervolt-Halogenglühlampe gebildet ist.

8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (4) vom Abstrahlungswinkel der Lichtquelle (1) einen Bereich vom mindestens 180° erfaßt.

9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reflektor (4) eine Sammellinse (8) nachgeschaltet ist.

10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensor (3, 14, 15) das Bild der Lichtquelle (1) ins Unendliche abbildet.