DE3735784C2 - Mikroskop für photometrische Messungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroskop für photometrische Messungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Mikroskope sind beispielsweise aus der US 34 21 806, der CH 615 762 A5 und der DE 34 43 728 C2 bekannt. Die Einrichtung zur Rückspiegelung der Meßblende dient dazu, dem Betrachter gleichzeitig Objekt und Meßblende im Binokulartubus sichtbar zu machen. Zu diesem Zweck wird die von hinten beleuchtete Meßblende auf das Zwischenbild des Objekts im Binokulartubus überlagert abgebildet.

Bei den eingangs zum Stand der Technik genannten Geräten erfolgt die Abbildung der Meßfeldblende in den Binokulartubus dadurch, daß hinter einem zweiten, im allgemeinen nicht genutzten Ausgang des Teilerprismas eine Spiegeloptik angeordnet ist, die eine vorzugsweise höhen- und seitenrichtige Abbildung der Meßfeldblende auf sich selbst und in die mit der Ebene der Meßfeldblende konjugierte Zwischenbildebene im Binokulartubus bewirkt. Für diesen Zweck werden Tripelspiegel oder Planspiegel mit einer vorgeschalteten abbildenden Optik verwendet.

Die bekannten Lösungen erfordern einen relativ hohen Aufwand an optischen Bauteilen. Darüberhinaus wird ein Teilerprisma mit zwei Ausgängen und Platz benötigt, um die Bauteile der Rückspiegeleinrichtung hinter dem zweiten Ausgang des Prismas anzuordnen. Dieser Platz steht jedoch oft nicht zur Verfügung. Auf die bekannte Art und Weise ist es deshalb nicht ohne weiteres möglich, bereits vorhandene Tuben in Photometertuben aufzurüsten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst einfach aufgebaute Rückspiegelungseinrichtung für einen Photometertubus zu schaffen, die auch in bereits vorhandene Tuben problemlos eingebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Rückspiegelung der Meßblende vor dem objektivseitigen Eingang des Strahlteilerprismas angeordnet und entweder als nicht-entspiegelte oder als gezielt teilverspiegelte Reflexionsfläche ausgebildet ist.

Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß kein zweiter Ausgang für das Teilerprisma benötigt wird. Es ist lediglich eine einzige, teilverspiegelte oder nicht-entspiegelte Fläche erforderlich, die bei jedem Mikroskop ohne Schwierigkeiten im Strahlengang zwischen dem Objektiv und dem Teilerprisma des Mikroskops untergebracht werden kann. Somit können auch vorhandene Tuben leicht für die Mikroskopphotometrie so umgerüstet werden, daß die Meßblende im Bild des Objekts sichtbar wird.

Zwar läßt sich mit den angegebenen Maßnahmen keine seiten- und höhenrichtige Abbildung der Meßfeldblende erzielen und die zur Rückspiegelung verwendete Fläche bzw. das reflektierte Bild der Meßfeldblende muß daher in Bezug auf die Blende selbst justierbar sein. Dieser Umstand wird jedoch durch den Vorteil mehr als wett gemacht, daß höchstens ein einziges, in anderen Ausführungsbeispielen sogar überhaupt kein zusätzliches optisches Element für die Rückspiegelung der Meßfeldblende benötigt wird. Bei Mikroskopen, die eine Tubuslinse bzw. ein Tubuslinsensystem zur Erzeugung des Zwischenbildes besitzen, ist es nämlich möglich, eine der Flächen der bereits vorhandenen Tubuslinse selbst zur Rückspiegelung der Meßfeldblende auszunutzen.

Es hat sich herausgestellt, daß für die Sichtbarmachung der Meßblende im Binokulartubus mit ausreichendem Kontrast nur ein sehr geringer Reflexionsfaktor an der genannten Fläche erfor­ derlich ist. Beispielsweise ist der bei nicht-entspiegelten Glas-Luftgrenzflächen ohnehin vorhandene natürliche Reflex in Höhe von ca. 4% des auffallenden Lichtes für diesen Zweck durchaus ausreichend.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehen­ den Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Fig. 1-6 der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze des Strahlenganges in einem Mikroskop mit Photometertubus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 stellt die Prinzipskizze des Strahlenganges in einem zweiten Ausführungsbeispiel dar;

Fig. 3 ist die Prinzipskizze eines weiteren Ausführungs­ beispiels bei einem Mikroskop mit Tubuslinse;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung der Tubuslinse (23) aus Fig. 3;

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform für die Tubuslinse aus Fig, 4;

Fig. 6 zeigt eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform für ein Tubuslinsensystem, das anstelle der Tubuslinse (23) in Fig. 3 verwendet werden kann.

Die Fig. 1-3 zeigen jeweils den gesamten Strahlengang der wesentlichsten Teile eines Mikroskopphotometers. Da der Strahlengang in diesen drei Ausführungsbeispielen bis auf die geklammerten Bereiche (11, 12, 13) identisch ist, wird er nur einmal anhand von Fig. 1 beschrieben.

Das dort dargestellte Mikroskopphotometer enthält ein Objektiv (1) zur Abbildung des zu photometrierenden Objekts (0). Das Objektiv (1) besitzt eine auf Unendlich gerechnete Ausgangsschnittweite und erzeugt in Verbindung mit einer Tubuslinse (2) ein Zwischenbild (5) des Objektes, das der Betrachter mit Hilfe des Okulars (4) beobachtet.

Im Strahlengang zwischen dem Okular (4) und der Tubuslinse (2) ist ein Teilerprisma (3) angeordnet, das den größten Teil des vom Objektiv (1) kommenden Lichtes in Richtung auf eine dahinter angeordnete Meßfeldblende (6) passieren läßt. Nur etwa 20% des Lichtes wird an der Leiterfläche des Prismas (3) reflektiert und nach einer weiteren Umlenkung in die Okulare (4) ausgekoppelt.

Die Meßfeldblende (6) liegt in einer zum Zwischenbild (5) konjugierten Ebene. Auf die Meßfeldblende (6) folgt ein Klapp­ spiegel (7), der in der gezeichneten Stellung das Licht eines aus einer Glühlampe (9) und einem Kollektor (8) bestehenden Hilfsbeleuchtungsstrahlenganges auf die Meßfeldblende (6) reflektiert und diese somit von hinten beleuchtet. Während der eigentlichen photometrischen Messung ist der Klappspiegel (7) ausgeschaltet, so daß das vom Objektiv (1) kommende und durch die Meßfeldblende (6) hindurchtretende Licht auf den mit (10) bezeichneten Photomultiplier fällt. Vor dem Photomultiplier (10) ist eine Hilfslinse (20) angeordnet. Sie dient zur Abbil­ dung der Objektivaustrittspupille auf die Photokathode des Multipliers (10).

Zur Rückspiegelung der beleuchteten Meßfeldblende (6) in die Zwischenbildebene (5) im Binokulartubus ist eine Planplatte (21) vorgesehen, die objektivseitig vor der Tubuslinse (2) in den Strahlengang eingefügt ist. Die der Tubuslinse (2) zugewandte Seite der Planplatte (21) ist nicht entspiegelt. Diese Glas-Luft-Grenzfläche (26) reflektiert etwa 4% des von der Meßfeldblende kommenden, auf die Platte (21) auffallenden Lichtes zurück. Da die Platte (21) unterhalb der Tubuslinse angeordnet ist, wird die Meßfeldblende (6) durch den Reflex an der Fläche (26) der Planplatte (21) in Autokollimation auf sich selbst abgebildet und infolge der Strahlteilung im Prisma (3) dem Zwischenbild (5) überlagert und ist daher für den Betrachter im Bild des Objekts (0) sichtbar.

Die Planplatte (21) ist wie der zugehörige Pfeil andeutet kippbar, um ein Justieren der seiten- und höhenverkehrt auf das Zwischenbild (5) und auf sich selbst abgebildeten Meßfeldblende (6) zu ermöglichen. Die objektivseitige Fläche der Planplatte (21) ist ebenso wie die gesamte andere Optik des Gerätes entspiegelt. Das Nichtentspiegeln dieser einen Fläche (26) im Abbildungsstrahlengang hat für die Qualität der mikroskopischen Abbildung des Objektes (0) keinen nennenswerten Einfluß.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist anstelle der objektiv­ seitig vor die Tubuslinse (2) gesetzten Planplatte (21) ein brechkraftloser, d. h. afokaler Meniskus (22) zwischen die Tubuslinse (2) und den Strahlteiler (3) eingefügt. Die okularseitige Fläche (27) dieses Meniskus ist nicht entspiegelt oder mit einer leicht reflexerhöhenden Schicht mit einem Reflexionsfaktor von beispielsweise 10% überzogen, während die objektivseitige Fläche des Meniskus (22) wieder entspiegelt ist. Der Krümmungsradius des Meniskus (22) entspricht der optischen Weglänge zwischen der Meßblende (6) und der Fläche (27), so daß der von der Fläche (27) gebildete Konkavspiegel mit seinem Restreflex von 4% die Meßfeldblende (6) wieder auf sich selbst und in die Zwischenbildebene (5) abbildet. Zur Justierung des Blendenbildes ist der Meniskus (27) senkrecht zur optischen Achse des Mikroskops verschiebbar oder kippbar.

Bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen wird ein z. B. bereits vorhandener Tubus dadurch für die Rückspiege­ lung der Meßblende ausgerüstet, indem vor oder hinter die Tubuslinse (2) ein einfaches optisches Bauteil zusätzlich eingefügt wird. Hierbei ist noch zu bemerken, daß die in Fig. 2 dargestellte Lösung auch für Mikroskope mit Objektiven endlicher Ausgangsschnittweite geeignet ist, die keine Tubuslinse zur Zwischenbilderzeugung verwenden, denn die Tubuslinse wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 für die Rückspiegelung der Meßfeldblende (6) nicht benötigt.

Ein Ausführungsbeispiel für Mikroskope mit Tubuslinse ist in Fig. 3 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die okularseitige konkave Fläche der Tubuslinse (23) für die Rückspiegelung der Blende (6) ausgenutzt und es wird kein weiteres Bauteil für diesen Zweck benötigt. Die in Fig. 4 vergrößert gezeichnete und detaillierter beschriftete Darstellung der Tubuslinse (23) läßt erkennen, daß die okularseitige Fläche (28) nicht entspiegelt ist, während die objektivseitige Fläche wie die gesamte übrige Optik des Mikroskops mit einer Entspiegelungsschicht (33) belegt ist. Die Tubuslinse (23) ist ein aus zwei Komponenten L1 und L2 bestehendes Kittglied und besitzt eine Brennweite von 160 mm, d. h. in diesem Abstand entsteht das vom Objektiv (1) und der Tubuslinse (23) erzeugte Zwischenbild. Der Radius der nicht- entspiegelten Fläche der Tubuslinse beträgt ebenfalls 160 mm, so daß der an dieser Glas-Luft-Fläche entstehende Reflex von ca. 4% der Lichtintensität die Meßfeldblende in die Zwischenbildebene (5) abbildet.

Bereits vorhandene Tuben ohne Rückspiegelungsmöglichkeit können also beispielsweise dadurch umgerüstet werden, daß man die bisherige Tubuslinse durch eine Tubuslinse ersetzt, die mit einem speziellen auf die Systembrennweite abgestimmten, okularseitigen Radius versehen ist, und diese Fläche nicht entspiegelt.

Auch hier empfiehlt es sich, die Tubuslinse wie durch den Pfeil angedeutet in eine zentrierbare oder kippbare Justierfassung einzubauen.

Alternativ zu der in Fig. 4 dargestellten Tubuslinse (23) kann auch die in Fig. 5 dargestellte plankonvexe Tubuslinse (25) eingesetzt werden. Bei der Tubuslinse (25) ist die objektivseitige Planfläche (25) nicht entspiegelt. Diese Fläche wirkt in Bezug auf die Rückspiegelung so wie die Planfläche (26) im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für ein mehrlinsiges Tubuslinsensystem, das anstelle der Tubuslinse (23) verwendet werden kann, ist in Fig. 6 dargestellt. Das Tubuslinsensystem (30) besteht aus einem bikonvexen Kittglied (31) und einer okularseitigen Plankonkavlinse (32). Während die Glas-Luft-Grenzflächen r₁, r₃ und r₄ wie bisher entspiegelt sind, ist die konkave Fläche r₅ der Linse (32) nicht entspiegelt. Der Radius r₅ dieser Fläche ist mit 160,79 mm so gewählt, daß der dort entstehende Reflex die Meßfeldblende in die Ebene abbildet, in der das Tubuslinsensystem (30) das Zwischenbild des Objekts erzeugt. Die Daten für die Brechzahl n, die Abbezahl ν und die Radien r₁-r₅ des Tubuslinsensystems und die Abstände bzw. Dicken d₁-d₄ sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt:

Die Teilung der Tubuslinse (30) in ein bikonvexes Glied (31a, b) und ein plankonkaves Glied (32) hat mehrere Vorteile: Da der Hauptbeitrag zur Brechkraft des Systems vom bikonvexen Glied (31a, b) aufgebracht wird, kann dieses so justiert werden, daß das Zwischenbild an der dafür vorgesehenen Stelle im Tubus entsteht. Die Abstimmung des Reflexes der Meßfeldblende kann dann durch Bewegen des plankonkaven Gliedes (32) vorgenommen werden, ohne daß die Lage des Zwischenbildes davon beeinflußt wird. Diesen Vorteil bietet auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, wo die Tubuslinse (2) und der brechkraftlose Meniskus (22) unabhängig voneinander zur Abstimmung der Zwischenbild­ ebene und des Reflexes der Meßfeldblende bewegt werden können.

Dort können jedoch Doppelbilder der Meßfeldblende dann entstehen, wenn die konvexe Fläche des Meniskus (22) nicht ausreichend gut entspiegelt ist, deren Radius ja dem der konkaven Fläche (27) entspricht. Dies ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 zuverlässig vermieden, denn weder die Planfläche r₄ noch die übrigen Flächen r₁-r₃ des Kittglieds erzeugen Reflexe in der Nähe der Zwischenbildebene.

Die Lösung nach Fig. 6 hat außerdem wie die Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und Fig. 3, 4 den Vorteil, daß keine chromatischen Fehler bei der Abbildung der Meßfeldblende entstehen, da für den Rückspiegelungsstrahlengang die Tubuslinse nicht benutzt wird.

Claims (11)

1. Mikroskop für photometrische Messungen,

• - mit einem Strahlteilerprisma (3) zwischen dem Objektiv (1) und dem Okulareinblick (4) des Mikroskops, das den Objektivstrahlengang auf den Okulareinblick (4) und einen photoelektrischen Empfänger (10) mit vorgeschalteter, beleuchteter Meßblende (6) aufteilt
• - und mit einer Einrichtung (26, 27, 28, 29), welche die Meßblende (6) in den Okulareinblick (4) rückspiegelt sowie in Autokollimation auf sich selbst abbildet,
• - wobei der Objektivstrahlengang vor dem Okulareinblick (4) eine Zwischenbildebene (5) ausbildet zu der die Meßblende (6) konjugiert angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Einrichtung (26, 27, 28, 29) zur Rückspiegelung der Meßblende (6) vor dem objektivseitigen Eingang des Strahlteilerprismas (3) angeordnet
• - und entweder als nicht-entspiegelte oder als gezielt teilverspiegelte Reflexionsfläche (26, 27, 28, 29) ausgebildet ist.

2. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (26, 27, 28, 29) auf einem separat in den Strahlengang zwischen Strahlteilerprisma (3) und Objektiv (1) eingebrachten optischen Element (21, 22) ausgebildet ist.

3. Mikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element als eine Planplatte (21) ausgebildet ist, welche die Reflexionsfläche objektivseitig aufweist.

4. Mikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element als afokaler, sphärischer Meniskus (22) ausgebildet ist, dessen Krümmungsmittelpunkt in der Meßblende (6) liegt und der die Reflexionsfläche okularseitig aufweist.

5. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop zwischen dem Objektiv (1) und dem Strahlteilerprisma (3) ein Tubuslinsensystem (23, 25, 39) aufweist und daß die Reflexionsfläche auf einer der Linsenflächen (28, 29, r5) dieses Tubuslinsensystems (23, 25, 39) ausgebildet ist.

6. Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tubuslinsensystem (23, 25, 39) okularseitig eine Konkavfläche mit Krümmungsmittelpunkt in der Meßblende (6) aufweist und daß diese Konkavfläche als die Reflexionsfläche ausgebildet ist.

7. Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tubuslinsensystem (23, 25, 39) objektivseitig eine Planfläche aufweist und daß diese Planfläche als die Reflexionsfläche ausgebildet ist.

8. Mikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tubuslinsensystem (23, 25, 39) okularseitig eine Plankonkavlinse (32) und objektivseitig eine binkonvexe Linsenkombination (31a, 31b) aufweist, wobei die Konkavfläche der Plankonkavlinse (32) okularseitig ausgebildet ist und die Reflexionsfläche aufweist.

9. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche auf einem zentrierbar oder kippbar im Objektivtubus des Mikroskops angebrachten Bauteil ausgebildet ist.

10. Mikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsfaktor der Reflexionsfläche kleiner als 0,1 ist.