DE4011288A1

DE4011288A1 - Modulare beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE4011288A1
Application number: DE4011288A
Authority: DE
Inventors: Joachim Bergner; Burkhard Bufe; Hubert Dipl Ing Wahl
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1990-12-06
Also published as: GB9011726D0; DD284768B5; GB2232270B; GB2232270A; US5136429A

Description

Die Erfindung wird in Durchlichtmikroskopen angewandt, die eine Beleuchtungseinrichtung nach dem Köhlerschen Beleuchtungsprin zip aufweisen. Sie findet vorzugsweise in Durchlichtmikroskopen Anwendung, die Bestandteil eines mehrere Mikroskoptypen umfassenden Komplexes sind, innerhalb dessen ein hoher Wieder holteilgrad der eingesetzten optischen und mechanischen Bauele mente und eine einfache Austauschbarkeit von Leuchten unterschiedlicher Leistung mit geringem Justieraufwand gefordert ist.

Beim klassischen Beleuchtungsprinzip nach Köhler wird die in endlicher Entfernung vor einem Kondensor liegende Lichtquelle durch einen Kollektor direkt in die Aperturblende dieses Kondensors und die dicht hinter dem Kollektor angeordnete Leuchtfeldblende vom Kondensor in die Objektebene abgebildet (Beyer-Riesenberg: Handbuch der Mikroskopie, 3. Auflage, Berlin 1988, S. 145). Unterschiedliche Entfernungen der Lichtquelle und der Leuchtfeldblende von der Objektebene (optische Übertra gungslänge) erfordern für jedes spezifische Mikroskop eine eigene Dimensionierung und Korrektion der abbildenden Systeme, die bei großen Übertragungslängen zu nicht mehr anwendbaren Linsendurchmessern bei vorgegebener Brennweite führen.

Bekannt ist ein Variosystem (DE-PS 26 35 142), das einen endli chen Strahlengang aufweist und reelle Zwischenbilder der Licht quelle beziehungsweise der Leuchtfeldblende erzeugt. Dieses Va riosystem ist jedoch für einfache Ausbildungsmikroskope ökono misch nicht vertretbar.

Bei einem weiteren bekannten Beleuchtungssystem nach der DE-PS 28 46 056 werden neben unterschiedlichen Kondensorsyste men auch unterschiedliche, in verschiedenen Ebenen liegende Aperturblenden vorgesehen, damit ist ebenfalls ein erheblicher Aufwand für die Ausleuchtung unterschiedlich großer Objektfel der und Aperaturen notwendig.

Ein bekanntes Beleuchtungssystem nach der DE-PS 31 13 843 sieht zur Ausleuchtung unterschiedlich großer Objektfelder und Aperturen zwei austauschbare Relaislinsensysteme vor, die ein vom Kollektor in endlicher Entfernung entworfenes Zwischenbild der Lichtquelle aufnehmen und in endlicher (System 1) bzw. un endlicher (System 2) Entfernung abbilden. Abgesehen von dem erhöhten Aufwand durch Anwenden von Relaislinsensystemen führt die telezentrische Abbildung der Lichtquelle im Objektraum bei schwachen Vergrößerungen des Mikroskopobjektivs in der Regel zu Abschattungen des ausgeleuchteten Objektfeldes durch die nach geschalteten abbildenden optischen Systeme.

Auch sind Mikroskope bekannt, bei denen zur vorteilhaften Anordnung optischer Bauelemente wie Polarisatoren oder Interfe renzkontrastprismen im telezentrischen Strahlengang die Leuchtfeldblende im Unendlichen abgebildet wird (Jenaer Rundschau 28 (1983) 2, 61 . . . 62). Zur Lichtquellenabbildung in endlicher Entfernung wird dabei jedoch wegen der großen optischen Übertragungslänge ein mehrgliedriges, für jede der ansetzbaren Mikroskopierleuchten speziell ausgebildetes Zwischenabbildungssystem benötigt.

Allen genannten Beleuchtungseinrichtungen gemeinsam ist, daß sie jeweils für einen definierten Aufbau des Mikroskops mit einer vorgegebenen optischen Übertragungslänge bestimmt sind und es nicht möglich ist, sie unter Verwendung der gleichen Bauelemente für Mikroskope mit anderer optischer Übertragungslänge einzusetzen.

Das Ziel der Erfindung ist eine Modulare Beleuchtungseinrich tung, die in Durchlichtmikroskopen flexibel Anwendung findet, die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und mit geringem technisch-ökonomischen Aufwand herstellbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope zu schaffen, die sowohl in Mikroskopen mit großer optischer Übertragungs länge als auch in Mikroskopen mit kleiner optischer Übertra gungslänge zwischen Lichtquelle und Objektebene einsetzbar ist, wobei aus Korrektionsgründen insbesondere die Eingangsschnitt weite für die einzusetzenden Kondensoren den gleichen Wert haben soll, einen leichten, den Zentrierzustand der Lichtquel lenabbildung nicht oder nur wenig beeinflussenden Wechsel zwi schen Lichtquellen unterschiedlicher Lichtleistung oder physi kalischer Qualität ermöglicht, wobei innerhalb des Mikroskops keine Veränderung an der optischen Bestückung vorgenommen wird, und sowohl zum Ausleuchten relativ kleiner Objektfelder mit hoher Apertur oder zum Ausleuchten relativ großer Objekt felder mit kleiner Apertur ohne zusätzlichen Bauelementeaufwand geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Modulare Beleuch tungseinrichtung für Durchlichtmikroskope, die das Köhlersche Beleuchtungsprinzip verwirklicht, eine Lichtquelle mit kleiner leuchtender Fläche großer Leuchtdichte, mindestens zwei Linsen zur Abbildung dieser Lichtquelle, eine Leuchtfeldblende und eine Aperturblende, die jeweils in ihrer Öffnung kontinuierlich veränderbar sind, und einen vorzugsweise mehrlinsigen Kondensor aufweisend, dadurch gelöst, daß zwischen der Leuchtfeldblende und der Aperturblende eine die Leuchtfeldblende im Unendlichen abbildende, vorzugsweise senkrecht zur optischen Achse ver schiebliche Telezlinse vorgesehen ist.

Vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführungsvarianten bestehen darin, daß

- die Brennweite f _TL der Telezlinse vorzugsweise nach

dimensioniert ist, wobei

f _TL die Brennweite der Telezlinse,
f _K die Brennweite des Kollektors,
d der maximale nutzbare Durchmesser der Öff nung der Aperturblende und
a, b die Seitenlängen der leuchtenden Fläche der Lichtquelle

sind,

- die kondensorseitige Brennweite der Telezlinse in der vorde ren Brennweite des Kondensors liegt, wobei die optisch im Un endlichen liegende Lichtquelle in die besagte Brennebene des Kondensors abgebildet ist, oder
- die Telezlinse in unmittelbarer Nähe der vorderen Brennebene des Kondensors angeordnet und die optisch im Endlichen lie gende Lichtquelle in die vordere Brennebene des Kondensors abgebildet ist,
- das Kondensorfrontsystem des Kondensors aus dem Strahlengang ausschaltbar ist,
- die Lichtquelle und der Kollektor eine Baueinheit bilden, die trennbar an einer vor der Leuchtfeldblende befindlichen Kop pelstelle befestigt ist.

Die Wirkungsweise der Erfindung wird folgend geschildert.

Die Lichtquelle wird bei der einen Ausführungsvariante von dem Kollektor im Unendlichen und von der Telezlinse in die vordere Brennebene des Kondensors abgebildet. Die dicht hinter dem Kollektor angeordnete Leuchtfeldblende wird von der Telezlinse im Unendlichen und von dem Kondensor in die Objektebene abge bildet.

Diese Anordnung eignet sich besonders für Beleuchtungssysteme mit großer optischer Übertragungslänge.

Zum Ausleuchten der Objektfelder schwach vergrößernder Objekti ve, z. B. zwischen 2,5 und 8,5 mm Durchmesser, ist das Hinterglied des aus mindestens zwei Linsen bestehenden Kondensors in seiner Brennweite so gewählt, daß es nach Wegschalten des Kondensorfrontsystemes zusammen mit der Telez linse die Leuchtfeldblende in entsprechender Größe in die Ob jektebene abbildet.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich dabei, wenn der Brennpunkt des Hintergliedes mit dem Brennpunkt des Gesamt kondensors in der Objektebene zusammenfällt.

Bei der anderen Ausführungsvariante der Erfindung, der für kleine optische Übergangslängen, ist die Telezlinse in unmittelbarer Nähe der vorderen Brennebene des Kondensors ange ordnet und die optisch im Endlichen liegende Lichtquelle wird in die vordere Brennebene des Kondensors abgebildet.

Durch die in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse ver schiebbare Anordnung der Telezlinse sind geringe Ortstoleran zen des Leuchtfeldblendenbildes ausgleichbar.

Die Zusammenfassung der Lichtquelle und des Kollektors in einer Baueinheit, die trennbar an einer vor der Leuchtfeldblende be findlichen zentrierunempfindlichen Koppelstelle befestigt ist, gestattet den Wechsel von Lichtquellen unterschiedlicher Licht leistungen oder physikalischer Qualität.

Das Bild der verwendeten Lichtquelle wird vorteilhafterweise so in die Aperturblende einbeschrieben, daß die Diagonale des Lichtquellenbildes dem maximal genutzten Durchmesser der Aper turblende entspricht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Telezlinse und die Leuchtfeldblende in einer modularen Baueinheit anzuordnen.

Mit der erfindungsgemäßen Modularen Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope ist es möglich, mit den gleichen optischen und mechanischen Bauelementen sowohl einfache Ausbildungsmikro skope als auch anspruchsvollere Rnemikroskope auszurüsten.

Die Nutzung gleicher Kondensoren erhöht weiter den Wiederhol teilgrad. Die Trennung der Leuchte vom Mikroskop im telezentri schen Strahlengang spart Zentrierelemente an der Leuchte und reduziert dadurch den technischen Aufwand.

Der doppelt-telezentrische Strahlengang ermöglicht schließlich die Anwendung optischer Systeme mit technisch-ökonomisch günstigen Durchmesser-Brennweiten-Verhältnissen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu tert.

Es zeigen

Fig. 1 die Anordnung der Bauelemente der Modularen Be leuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope und den Strahlenverlauf für eine große optische Übertragungslänge,

Fig. 2 den Strahlenverlauf der Modularen Beleuchtungs einrichtung nach Fig. 1 bei ausgeschaltetem Kondensorfrontsystem,

Fig. 3 eine Ausführungsvariante der Modularen Beleuch tungseinrichtung für eine kleine optische Über tragungslänge und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem ebenfalls das Kondensorfrontsystem ausgeschaltet ist.

Bei der erfindungsgemäßen, bei verschieden großen optischen Übertragungslängen mit den gleichen optischen Systemen arbei tenden Modularen Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikro skope wird mit dem in Fig. 1 dargestellten Strahlenverlauf bei großer optischer Übertragungslänge die Lichtquelle 1 durch den Kollektor 2 im Unendlichen und durch die Telezlinse 8 in die Aperturblende 4 abgebildet.

Die dicht hinter dem Kollektor 2 liegende Leuchtfeldblende 3 wird von der Telezlinse 8 im Unendlichen und vom Kondensor 5, 6 in die Objektebene abgebildet.

Ist das zu beleuchtende Objektfeld bei schwachen Mikroskopob jektivvergrößerungen größer als 2,5 mm im Durchmesser, wird das Kondensorfrontsystem wie in Fig. 2 dargestellt aus dem Strahlengang entfernt, die Telezlinse 8 wirkt jetzt erfindungsgemäß als Großfeldlinse mit dem Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, daß die Leuchtfeldblende scharf in die Ob jektebene abgebildet wird.

In Fig. 3 ist der Strahlenverlauf in einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit kleiner optischer Übertragungslänge unter Nutzung der gleichen schon beschriebenen Bauelemente dar gestellt. Die Telezlinse 8 ist jetzt in der Ebene der Apertur blende 4 bzw. in ihrer unmittelbaren Nähe angeordnet, die Lichtquelle 1 wird direkt in diese Ebene abgebildet. Fig. 4 zeigt schließlich den Strahlenverlauf in der Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung größerer Objektfelder mit Abbildung der Leuchtfeldblende 3 in die Objektebene 7 nach Ausschalten des Kondensorfrontsystems 6.

Eine vorteilhafte, weil in ausreichenden Grenzen zentrierun empfindliche Wechselung zwischen Lichtquellen unterschiedlicher Lichtleistung oder physikalischer Qualität ermöglicht das er findungsgemäße Abkoppeln von Lichtquelle und Kollektor, die als geschlossene Baueinheit verbunden sind, zwischen Kollektor und Leuchtfeldblende.

Die aus Lichtquelle 1 und Kollektor 2 bestehende Baueinheit ist vor der Leuchtfeldblende 3 trennbar mit den anderen, im Mikro skopkörper eingebauten Teilen der Modularen Beleuchtungseinrichtung verbunden und kann durch eine andere, nicht dargestellte Einheit ersetzt werden, deren Lichtquelle mit dem zugehörigen Kollektor optisch an die Modulare Beleuch tungseinrichtung angepaßt ist und in sich wiederum eine geschlossene Baueinheit bildet.

Claims

1. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope, die das Köhlersche Beleuchtungsprinzip verwirklicht, eine Lichtquelle mit kleiner leuchtender Fläche großer Leuchtdichte, mindestens zwei Linsen zur Abbildung dieser Lichtquelle, eine Leuchtfeldblende und eine Aperturblende, die jeweils in ihrer Öffnung kontinuierlich veränderbar sind, und einen vorzugsweise mehrlinsigen Kondensor aufwei send gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der Leuchtfeld blende (3) und der Aperturblende (4) eine die Leuchtfeld blende im Unendlichen abbildende, vorzugsweise senkrecht zur optischen Achse verschiebliche Telezlinse (8) vorgesehen ist.

2. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Brennweite f _TL der Telezlinse (8) vorzugsweise nach dimensioniert ist, wobeif _TL die Brennweite der Telezlinse (8),
f _K die Brennweite des Kollektors (2),
d der maximal nutzbare Durchmesser der Öffnung der Aperturblende (4) und
a, b die Seitenlängen der leuchtenden Fläche der Lichtquelle (1)sind.

3. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die kon densorseitige Brennweite der Telezlinse (8) in der vorderen Brennebene des Kondensors (5) liegt, wobei die optisch im Unendlichen liegende Lichtquelle (1) in die besagte Brenn ebene des Kondensors (5) abgebildet ist.

4. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Kondensor frontsystem (6) des Kondensors (5) aus dem Strahlengang aus geschaltet ist.

5. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Telezlinse (8) in unmittelbarer Nähe der vorderen Brennebene des Kondensors (5) angeordnet und die optisch im Endlichen liegende Lichtquelle (1) in die vordere Brennebene des Kon densors (5) abgebildet ist.

6. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Kondensor frontsystem (6) des Kondensors (5) aus dem Strahlengang aus geschaltet ist.

7. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Lichtquelle (1) und der Kollektor (2) eine Bauein heit bilden, die trennbar an einer vor der Leuchtfeldblende (3) befindlichen Koppelstelle befestigt ist.