DE4344908A1

DE4344908A1 - Kondensorlinsensystem

Info

Publication number: DE4344908A1
Application number: DE4344908A
Authority: DE
Inventors: Tatsuro Otaki
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1994-07-14
Also published as: US5657166A; US5699197A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kondensorlinsensystem, wie es in einer Beleuchtungsoptik für ein Mikroskop verwendet wird. Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein Kondensorlinsen system, wie es in einer Beleuchtungsoptik für ein umgekehrtes Mikroskop (Plankton-Mikroskop) eingesetzt wird.

Fig. 11 zeigt schematisch den Aufbau eines umgekehrten Mikroskops. Der Aufbau eines umgekehrten Mikroskops soll zunächst kurz erläutert werden. Von einer Lichtquelle 10 kommendes Licht wird durch eine Sammellinse 11 und eine Kondensorlinse 12 gesammelt und konzentriert, um eine in einer Nährlösung W gezüchtete Probe O in einer Laborschale S zu beleuchten. Die Schale S ist auf einer Bühne 13 ge lagert, welche zweidimensional beweglich ist. Ein Objektiv 14 und ein reflektierender Spiegel M₁ fokussieren Licht, welches durch die Probe O innerhalb der Schale S gelangt, um ein räumliches Bild I₁ zu erhalten. Dann wird das räumliche Bild I₁ mittels einer Zwischenlinse 15 und eines reflektierenden Spiegels M₂ zur Bildung eines weiteren räumlichen Bildes I₂ weitergeleitet. Danach wird das Licht durch ein Umlenk- Prisma P zu einem Okular 16 geleitet, wo das räumliche Bild I₂ (das Abbild der Probe Q) durch das Okular 16 in vergrößertem Zustand betrachtet werden kann.

Das in Fig. 11 gezeigte umgekehrte Mikroskop wird häufig dazu benutzt, eine in einer Nährlösung W innerhalb einer Laborschale S befindliche Probe zu beobachten. Für der artige Beobachtungen verwendet eine Beleuchtungseinrichtung für das umgekehrte Mikroskop als die Kondensorlinse 12 beispielsweise ein Kondensorlinsensystem LS, wie es in Fig. 12 gezeigt ist, und welches einen langen Arbeitsabstand (Entfernung zwischen einer beleuchteten Fläche und der Kon densorlinse) aufweist, und das einer Flüssigkeitsoberfläche der Nährlösung W abgewandt ist. Durch das Kondensorlinsen system hindurch beleuchtet das Licht von der Beleuchtungs lichtquelle die in der Lösung befindliche Probe O.

In dem Fall, daß die in der Nährlösung W befindliche Probe O unter Verwendung des Kondensorlinsensystems LS mit großem Arbeitsabstand gemäß Fig. 12 beleuchtet wird, verursachen äußere Erschütterungen ein Arbeiten der Flüssigkeitsober fläche der Nährlösung W, wodurch die Beleuchtung ungleich mäßig wird, was zu einer starken Beeinträchtigung bei der Betrachtung der Probe O führt. Dieses Problem wird häufig bei dem Kondensorlinsensystem LS gemäß Fig. 12 angetroffen.

Insbesondere dann, wenn die in der Nährlösung W befindliche Probe O unter Verwendung eines umgekehrten Phasenkontrast- Mikroskops oder eines umgekehrten Differential-Interferenz- Mikroskops betrachtet wurde, welches eine geringfügige Phasen differenz zwischen die Probe O durchlaufenden Strahlen erfaßt, ruft ein geringfügiges Schütteln der Flüssigkeitsoberfläche der Nährlösung W eine Phasendifferenz an der Flüssigkeits oberfläche hervor. Diese Phasendifferenz an der Flüssigkeits oberfläche wird zu einem starken Rauschen, welches eine Beobachtung der Probe innerhalb der Nährlösung W unmöglich macht. Dies war bislang ein Problem.

Wird eine Manipulation vorgenommen, um eine Probe innerhalb der Nährlösung W mit einem schlanken Glasröhrchen zu mani pulieren, steigt die Oberflächenspannung der Nährlösung W der Flüssigkeitsoberfläche in dem Berührungsbereich zwischen dem Glasröhrchen und der Flüssigkeitsoberfläche an. Dieser Bereich ruft eine Phasendifferenz hervor, was es während der Manipulation sehr schwierig macht, die Probe O durch das umgekehrte Phasenkontrastmikroskop oder das umgekehrte Diffe rential-Interferenz-Mikroskop hindurch zu beobachten. Auch dies war ein Problem.

Da ferner das einen großen Arbeitsabstand gemäß Fig. 12 aufweisende Kondensorlinsensystem LS unvermeidlich eine große Brennweite aufweist, um den langen Arbeitsbereich zu gewährleisten, ist es schwierig, eine große numerische Apertur für die Kondensorlinse bei deren optischem Entwurf vorzusehen. Für den Fall, daß die Probe in der Nährlösung unter Verwendung eines Objektivs beobachtet wird, welches eine starke Vergrößerung und eine große numerische Apertur besitzt, läßt sich das dem die große numerische Apertur aufweisenden Objektiv eigene Leistungsvermögen nicht voll ständig ausnutzen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kondensorlinsen system anzugeben, welches stets eine exzellente mikroskopische Beobachtung einer in einer Lösung befindlichen Probe zuläßt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Lösung der obigen Aufgabe ein Kondensorlinsensystem angegeben, welches so ausgebildet ist, daß es Licht von einer Licht quelle sammelt und damit eine Probe beleuchtet, wobei das Linsensystem in der folgenden Reihenfolge von der Seite der Lichtquelle aus aufweist: Eine vordere Gruppe G_F positiver Brechkraft mit mindestens einer Linse und eine hintere Gruppe G_R positiver Brechkraft mit mindestens einer positiven Linse L_a für das Eintauchen in Flüssigkeit, welche am nächsten bei der Probe angeordnet ist und auf der Probenseite eine flache Oberfläche aufweist.

Diese Ausgestaltung macht es möglich, die Probe in der Lösung in dem Zustand zu beleuchten, in welchem die der Probe nächstliegende Linsenfläche des Kondensorlinsen systems dichter bei der Probe angeordnet ist als die Flüssigkeitsoberfläche. Bei einer solchen Ausgestaltung wird bei einem Schütteln der Flüssigkeitsoberfläche keine Beleuchtungs-Unregelmäßigkeit hervorgerufen.

Weiterhin wird das erfindungsgemäße Kondensorlinsensystem für ein umgekehrtes Phasenkontrastmikroskpp oder ein umge kehrtes Differential-Interferenz-Mikroskop eingesetzt, und dabei wird keinerlei Problem verursacht durch eine Phasendifferenz aufgrund eines Schüttelns der Flüssigkeits oberfläche oder einer Phasendifferenz aufgrund einer Mani pulation.

Vorzugsweise ist das Kondensorlinsensystem derart angeordnet, daß die Positivlinse L_a für das Eintauchen in Flüssigkeit derart angeordnet ist, daß sie aus einem die Positivlinse L_a haltenden Objektivtubus vorsteht. Diese Ausgestaltung reduziert somit die Möglichkeit, daß die Lösung durch einen Klebstoff kontaminiert wird, mit dessen Hilfe die Positiv linse L_a an dem Objektivtubus angeklebt wird.

Bei dem Kondensorlinsensystem mit dem obigen Aufbau kann der vorstehende Abschnitt der Positivlinse L_a einen ver jüngten Abschnitt aufweisen, was in vorteilhafter Weise das Manipulieren bei gleichzeitiger Beobachtung der Probe durch das Mikroskop hindurch vereinfacht.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kondensorlinsensystem vorzugsweise derart ausgestaltet, daß die Sammellinse L_a für das Eintauchen in Flüssigkeit austauschbar ist gegen eine Positivlinse L_b zum Eintauchen in Öl einer konvexen Oberfläche auf der Seite der Licht quelle. Diese Ausgestaltung erfordert kein besonderes Kondensorlinsensystem zum Eintauchen in Öl und gestattet das Beobachten der Probe bei einer höheren Beobachtungs vergrößerung.

Das obige Kondensorlinsensystem ist vorzugsweise so ausge staltet, daß es den folgenden Bedingungen genügt:

0,4 f_Lb/f_F f_La/f_F 0,7 (1)
0,6 NA_a/NA_b 1 (2)

wobei f_F die Brennweite der vorderen Gruppe G_F, f_La die Brennweite der Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit, f_Lb die Brennweite der zweiten Linse L_b, NA_a die numerische Apertur des Kondensorlinsensystems für den Fall ist, daß die Sammellinse L_a für das Eintauchen in Flüssigkeit in das Kondensorlinsensystem eingesetzt ist, und NA_b die numerische Apertur des Kondensorlinsensystems für den Fall ist, daß die zweite Linse L_b in das Kondensorlinsensystem eingesetzt ist.

Diese Ausgestaltung macht es möglich, die Probe bei einer großen numerischen Apertur gut zu beleuchten, indem entweder ein Kondensorlinsensystem zum Eintauchen in Flüssigkeit oder zum Eintauchen in Öl bereitgestellt wird, wobei das Leistungs vermögen des Objektivs voll genutzt wird.

Die obige Bedingung (1) ist eine Bedingung für die Anordnung, bei der entweder die erste Linse L_a zum Eintauchen in Flüssig keit oder die zweite Linse L_b zum Eintauchen in Öl in der hinteren Gruppe innerhalb des Kondensorlinsensystems vorge sehen ist, wobei die Aberration der Kondensorlinse in jedem Einstellzustand gut kompensiert ist, die vordere (licht quellenseitige) Brennpunktlage der Kondensorlinse außerhalb der Kondensorlinse unverändert bleibt, und die hintere (proben seitige) Brennpunktlage ebenfalls außerhalb der Kondensorlinse gehalten wird.

Zunächst ist in der Bedingung (1) die Relation 0,4 f_Lb/f_F die optimale Bedingung für eine solche Ausgestaltung, daß die sphärische Aberration und das Koma durch die licht quellenseitige Oberfläche der zweiten Linse L_b zum Ein tauchen in Öl gut kompensiert werden, und die vordere (lichtquellenseitige) Brennpunktlage der Kondensorlinse in einem Raum außerhalb der Kondensorlinse eingestellt ist. In dem Bereich außerhalb der Beziehung 0,4 f_Lb/f_F gelangt die vordere (lichtquellenseitige) Brennpunkt position der Kondensorlinse in das Innere der Kondensor linse, wodurch kein ausreichender Platz für eine Ringblende oder Aperturblende für das Phasenkontrastmikroskop er halten werden kann.

In der Bedingung (1) ist die Relation f_La/f_F 0,7 die optimale Bedingung für eine solche Ausgestaltung, daß die sphärische Aberration und das Koma durch die lichtquellen seitige Oberfläche der ersten Linse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit gut kompensiert werdend und die hintere (proben seitige) Brennpunktlage der Kondensorlinse in einem Raum außerhalb der Kondensorlinse eingestellt ist. In dem Bereich außerhalb der Relation f_La/f_F 0,7 kommt die hintere (probenseitige) Brennpunktposition der Kondensor linse im Inneren der Kondensorlinse zu liegen, was ein Funktionieren der Kondensorlinse als solche nicht gestattet.

Wenn die hintere (probenseitige) Brennpunktlage der Kondensorlinse zwangsweise nach außerhalb der Kondensor linse verlegt wird, lassen sich die sphärische Aberration und die Koma nicht kompensieren- und die Kondensorlinse kann keine große numerische Apertur besitzen.

In der Bedingung (1) definiert die Beziehung f_Lb/f_F f_La/f_F eine Relation der relativen Brennweite zwischen der ersten Linse L_a für das Eintauchen der Flüssigkeit und der zweiten Linse L_b für das Eintauchen in Öl. Ohne Erfüllung der Relation f_Lbf_F f_La/f_F kann die vordere (lichtquellen seitige) Brennpunktlage der Kondensorlinse nicht für die beiden Linsen gemeinsam sein, auch wenn die Kondensorlinse so ausgelegt ist, daß die verschiedenen Aberrationen gut kompensiert werden, wobei die vordere Gruppe der ersten und der zweiten Linse gemeinsam ist. Speziell gilt, daß, wenn eine Blende an der vorderen (lichtquellenseitigen) Brenn punktlage der Kondensorlinse eingestellt wird und jede Linse in der hinteren Gruppe G_R eingestellt ist, ein Mechanismus notwendig ist, um die Lage der Blende zu bewegen, was deshalb unerwünscht ist, weil der Aufbau kompliziert ist.

Als nächstes definiert die Bedingung (2) das optimale Ver hältnis der numerischen Apertur zwischen der ersten Linse L_a für das Eintauchen in Flüssigkeit und der zweiten Linse L_b für das Eintauchen in Öl.

Unterhalb der Untergrenze nach Bedingung (2) ist die numerische Apertur der Kondensorlinse zu klein, wenn die erste Linse L_a für das Eintauchen in Flüssigkeit gewählt ist, was es nicht erlaubt, die Probe unter einer großen numerischen Apertur zu beleuchten. Wenn dann eine Probe durch ein (eine hohe Vergrößerung aufweisendes) Objektiv mit großer numerischer Apertur beobachtet wird, läßt sich das Leistungsvermögen des Objektivs nicht voll nutzen.

Umgekehrt gilt: Oberhalb der Obergrenze der Bedingung (2) ist die numerische Apertur der Kondensorlinse zu klein, wenn die zweite Linse L_b für das Eintauchen in Öl gewählt ist, was es unmöglich macht, die Probe unter einer großen numerischen Apertur zu beleuchten. Wenn dann die Probe durch ein Objektiv (höherer Vergrößerung) bei großer numerischer Apertur betrachtet wird, läßt sich das Leistungs vermögen des Objektivs nicht voll nutzen.

Außerdem wird die nachstehende Bedingung (3) vorzugsweise zusätzlich zu den obigen Bedingungen (1) und (2) erfüllt,

0 D_b/D_a 0,4 (3)

wobei

D_a: der axiale Abstand zwischen der der Probe am nächsten liegenden Linsenoberfläche in der vorderen Gruppe G_F und der der Lichtquelle am nächsten liegenden Linsenfläche in der ersten Linse L_a für das Eintauchen in Flüssigkeit in der Kondensorlinse;
D_b: der axiale Abstand zwischen der der Probe am nächsten liegenden Linsenoberfläche der vorderen Gruppe G_F und der der Lichtquelle am nächsten liegenden Linsenfläche in der zweiten Linse L_b für das Eintauchen in Öl in der Kondensorlinse.

Unterhalb der Untergrenze der Bedingung (3) kollidieren die Linsen mechanisch miteinander, wenn die zweite Linse L_b zum Eintauchen in Öl in der hinteren Gruppe G_R in der Kondensor linse eingesetzt ist. Umgekehrt kann die vordere (licht quellenseitige) Brennpunktlage der Kondensorlinse nicht für beide Linsen gemeinsam gemacht werden oberhalb der oberen Grenze der Bedingung (3), wenngleich dann, wenn die vordere Gruppe G_F der ersten und der zweiten Linse gemeinsam ist, die verschiedenen Aberrationen der Kondensorlinse gut kompensiert werden, wenn die erste Linse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit eingesetzt ist.

Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kondensorlinsensystem vorzugsweise so ausgestaltet, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

0,4 d_La/f 1 (4)
0,22 d_La/L 6,6 (5)
0,1 d_W/f 0,7 (6)
0,6 f_La/f_F 1 (7)

wobei f die Brennweite des gesamten Kondensorlinsensystems, d_La die axiale Dicke der Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit, L der axiale Abstand zwischen der der Licht quelle am nächsten gelegenen Linsenoberfläche in der Vorder gruppe und der der Probe am nächsten liegenden Linsenober fläche in der hinteren Gruppe, d_W der Abstand zwischen der Sammellinse zum Eintauchen in Flüssigkeit und der Proben oberfläche, f_La die Brennweite der Sammellinse zum Ein tauchen in Flüssigkeit und f_F die Brennweite der vorderen Gruppe G_F bedeuten.

Diese Ausgestaltung kann ein Kondensorlinsensystem zur Flüssigkeitseintauchung mit zufriedenstellender Leistungs fähigkeit liefern.

Die Bedingung (4) und die Bedingung (5) definieren den optimalen Aufbau der sich am nächsten bei der Probe be findlichen Linse innerhalb der Kondensorlinse für Flüssig keitseintauchung, von der zumindest ein Teil in eine Lösung eintaucht ist.

Wenn die Brennweite der Kondensorlinse zu groß wird und unter die Untergrenze von Bedingung (4) gelangt, muß die Kondensorlinse selbst baulich vergrößert werden, um eine große numerische Apertur zu erreichen, was der erwünschten Größenverringerung zuwiderläuft. Außerdem würde die Sammellinse L_R, die sich am nächsten bei der Proben oberfläche befindet, eine zu dünne axiale Stärke auf weisen, so daß es schwierig ist, einen Teil der Sammel linse L_R in eine Lösung einzutauchen, in der sich die Probe befindet. Umgekehrt würde oberhalb der Obergrenze von Bedingung (4) die Kondensorlinse eine zu kurze Brenn weite aufweisen, was dazu führt, daß ein ausreichender Ar beitsabstand nicht gewährleistet wird und es schwierig wird, die Probe im Betrieb, beispielsweise während der Manipulation zu beobachten. Für den Fall, daß die Brenn weite der Kondensorlinse extrem kurz relativ zur axialen Dicke der Sammellinse L_a ist, wird die Aberrations-Kompen sation der gesamten Kondensorlinse, insbesondere die Kompensation der sphärischen Aberration schwierig.

Unterhalb der Untergrenze der Bedingung (5) wird es schwierig, einen Teil der Sammellinse L_a in die Lösung einzutauchen, in der sich die Probe befindet, und die Gesamtlänge der Kondensorlinse wird entgegen dem Wunsch einer baulichen Verkleinerung länger. Umgekehrt wird oberhalb der Obergrenze von Bedingung (5) die axiale Stärke der Sammellinse L_a äußerst dick in Relation zu der Gesamtlänge der Kondensorlinse, was die Aberrations kompensation der gesamten Kondensorlinse schwierig macht, insbesondere die Kompensation der sphärischen Aberration, ähnlich wie im Fall oberhalb der Obergrenze von Bedingung (4).

Die Bedingung (6) ist eine Bedingung zur Erzielung einer geeigneten Arbeitsentfernung bei Gewährleistung einer aus reichenden numerischen Apertur der Kondensorlinse.

Für den Fall, daß die Arbeitsentfernung kürzer wird und unter der Untergrenze von Bedingung (6) liegt, so wird es schwierig, eine Probe zu beobachten, während ein betrieblicher Vorgang durchgeführt wird, beispielsweise eine Manipulation. Für den Fall, daß die Brennweite der Kondensorlinse länger wird, nimmt die Größe der Kondensorlinse zu, was nicht bevor zugt ist. Umgekehrt wird oberhalb der Obergrenze von Bedingung (6) die Arbeitsentfernung relativ zu der Brennweite der Kondensorlinse größer, was verhindert, daß eine ausreichend große numerische Apertur in Relation zu der Aberrations kompensation erhalten wird.

Die Bedingung (7) definiert ein optimales Gleichgewicht von Brechkraft für die der Probenoberfläche am nächsten gelegene Sammellinse L_a bezüglich der vorderen Gruppe.

Unterhalb der Untergrenze von Bedingung (7) wird die erste Gruppe größer, und der Arbeitsabstand wird kürzer, was nicht zu bevorzugen ist. In anderen Worten: Die Aberrations kompensation läßt sich bei einer kompakten Bauweise nicht erreichen, wenn eine gewünschte Arbeitsentfernung beibehalten wird. Umgekehrt wird oberhalb der Obergrenze von Bedingung (7) die Kompensation für die sphärische Aberration sehr schwierig und verletzt die Abbesche Sinusbedingung, während eine gewünschte numerische Apertur gewährleistet wird.

Außerdem wird die nachfolgende Bedingung (8) vorzugsweise zur Erzielung einer besseren Aberrationskompensation erfüllt:

n_a 1,5 (8)

wobei n_a der Brechungsindex des optischen Materials der der Probe am nächsten liegenden Fläche in der Sammellinse L_a ist, die innerhalb der Kondensorlinse der Probe am nächsten gelegen ist.

Ohne Erfüllung der Bedingung (8) wird durch die Lösung und die mit der Lösung in Berührung stehende Glasfläche eine starke sphärische Aberration verursacht, was dazu führt, daß eine starke Kompensationsbelastung für die sphärische Aberration gegeben ist. Damit läßt sich das hervorragende Leistungsvermögen nicht vollständig ausnutzen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt ein Kondensorlinsensystem ein einzelnes Linsen element oder mehrere Linsenelemente, die von einem Objektiv tubus gehalten werden, und das beziehungsweise die so angeordnet sind, daß von einer Lichtquelle kommendes Licht gesammelt wird, um eine Probe zu beleuchten, wobei der Objektivtubus die Linse (die Linsen) in einem solchen Zustand hält, daß eine probenseitige Linsenoberfläche des Linsenelements, das der Probe am nächsten liegt, aus dem Objektivtubus vorsteht.

Diese Ausgestaltung macht es möglich, die in der Lösung befindliche Probe in dem Zustand zu beleuchten, in welchem die der Probe am nächsten liegende Linsenfläche innerhalb des Kondensorlinsensystems der Probe näher liegt als die Flüssigkeitsoberfläche, so daß keinerlei Beleuchtungs ungleichmäßigkeit bei einem Schütteln der Flüssigkeits oberfläche verursacht wird. Wenn das Kondensorlinsensystem gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung Anwendung findet bei einem umgekehrten Phasenkontrast-Mikroskop oder einem umgekehrten Differential-Interferenz-Mikroskop, wird kein Problem hervorgerufen durch eine Phasendifferenz, die auf ein Schütteln der Flüssigkeitsoberfläche zurückzuführen ist, oder eine Phasendifferenz aufgrund einer Manipulation. Da außerdem das Linsenelement derart angeordnet ist, daß es aus dem Objektivtubus vorsteht, wird der Objektivtubus außer Berührung mit der Lösung gehalten. Ein Vorteil wird also insofern erzielt, als die Wahrscheinlichkeit herab gesetzt wird, daß ein in der Nähe der Probe an der Linse haftender Klebstoff zum Befestigen der Linse an dem Objektiv tubus die Lösung kontaminiert.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Skizze, die eine Linsenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kondensor linse zum Eintauchen in Flüssigkeit darstellt,

Fig. 2 eine Skizze, die eine Linsenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kondensor linse zum Eintauchen in Flüssigkeit darstellt,

Fig. 3 eine Skizze einer Linsenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kondensorlinse zum Eintauchen in Flüssigkeit,

Fig. 4 eine Linsenanordnung gemäß einer vierten Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Kondensorlinse zum Eintauchen in Flüssigkeit,

Fig. 5 eine schematische Skizze, welche einen Zustand zeigt, in welchem eine Manipulation unter Verwendung der Kondensorlinse zum Eintauchen in Flüssigkeit durch geführt wird,

Fig. 6A eine Skizze, die eine Linsenanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt, bei der eine Flüssigkeitseintauchlinse L_a in einer hinteren Gruppe G_R eingesetzt ist,

Fig. 6B eine Skizze, die eine Linsenanordnung gemäß der fünften Ausführungsform darstellt, wobei eine Öleintauchlinse L_b in einer hinteren Gruppe G_R eingesetzt ist,

Fig. 7A eine Skizze einer Linsenanordnung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung, wobei eine Flüssigkeitseintauchlinse L_a in einer hinteren Gruppe G_R eingesetzt wird,

Fig. 7B eine Skizze einer Linsenanordnung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Öleintauchlinse L_b in einer hinteren Gruppe G_R ein gesetzt ist,

Fig. 8 eine Skizze eines Aufbaus einer siebten Ausführungs form einer Kondensorlinse,

Fig. 9A eine Skizze des Aufbaus einer der Probe am nächsten gelegenen Linse einer siebten Ausführungsform der Kondensorlinse,

Fig. 9B eine Skizze des Aufbaus des spitzen Abschnitts eines Objektivtubus,

Fig. 9C eine Skizze eines Zustands, bei dem die in Fig. 9A dargestellte Linse in den in Fig. 9B gezeigten Objektivtubus eingesetzt ist,

Fig. 10 eine Skizze des Aufbaus einer modifizierten Variante der siebten Ausführungsform der Kondensorlinse,

Fig. 11 eine Skizze des Aufbaus eines umgekehrten Mikroskops, und

Fig. 12 eine Skizze des Aufbaus einer herkömmlichen Kondensor linse.

Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen den Aufbau einer Kondensorlinse gemäß einer ersten, einer zweiten beziehungsweise einer dritten Ausführungsform der Erfindung. ST bezeichnet eine Aperturblende.

Wie in den Fig. 1 bis 3 zu sehen ist, setzt sich bei jeder der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform eine Flüssig keitseintauch-Kondensorlinse zusammen aus zwei Linsengruppen mit einer vorderen Gruppe G_F positiver Brechkraft und einer hinteren Gruppe G_R positiver Brechkraft.

Die vordere Gruppe G_F setzt sich in der nachfolgend ange gebenen Reihenfolge von der Seite der Lichtquelle aus wie folgt zusammen: Eine positive Verbundlinse L₁ mit einer positiven bikonvexen Linse L₁₁ und einer negativen Meniskuslinse L₁₂ die auf die Positivlinse L₁₁ aufgebondet ist und auf der Probenseite eine konvexe Oberfläche besitzt, und weiterhin einer positiven Meniskuslinse L₂ mit einer konvexen Oberfläche auf der Lichtquellenseite. Die hintere Gruppe G_R setzt sich zusammen aus einer plankonvexen Linse L₃ mit einer konvexen Oberfläche auf der Lichtquellenseite. In der plankonvexen Linse L₃ ist die konvexe Linsenober fläche auf der Lichtquellenseite aplanatisch, und die probenseitige Oberfläche ist eine Oberfläche zum Eintauchen in Flüssigkeit, welche in die Lösung W einzutauchen ist.

Bei jedem von dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel ist die probenseitige Oberfläche der plankonvexen Linse L₃ aus Quarzglas hergestellt, aus der sich keinerlei uner wünschtes Element löst, um in die Lösung W zu gelangen, in der die Linse eingetaucht ist.

Bei jeder der ersten bis dritten Ausführungsform ist die Kondensorlinse derart ausgestaltet, daß die plankonvexe Linse L₃ einen konischen Abschnitt T besitzt, der in ihrem Umfangsbereich ausgebildet ist, wie in den Fig. 1 bis 3 zu sehen ist, um die Arbeit, beispielsweise die Mani pulation einer Probe innerhalb der Nährlösung W mit einem schlanken Glasröhrchen M oder dergleichen (siehe Fig. 5) zu vereinfachen. Wenn die Kondensorlinse in jedem von dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel durch einen Objektiv tubus gehalten wird, so ist es bevorzugt, daß das Spitzenende des Objektivtubus nicht direkt in die Lösung eingetaucht wird.

Deshalb wird der sich verjüngende Abschnitt T vorzugsweise so gehalten, daß er aus dem Objektivtubus 3 vorsteht, so zum Beispiel, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.

Tabelle 1 bis Tabelle 3 unten geben die Spezifikation für das erste, das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wieder. In Tabelle 1 bis 3 bedeuten r_i den Krümmungsradius, d_i den Abstand zwischen Linsen flächen, ν_i die Abbesche Zahl, n_i den Brechungsindex für die d-Linie (λ = 587 nm), und der Index i eine Reihen folge, gezählt von der Lichtquellenseite aus. Weiterhin repräsentiert in jeder Tabelle d₀ die Entfernung zwischen der Aperturblende ST und der ersten Linsenfläche, n_W den Brechungsindex von Wasser, ν_W die Abbesche Zahl von Wasser, f die Brennweite des gesamten Kondensorlinsen systems, f_F die Brennweite der vorderen Gruppe G_F inner halb der Kondensorlinse, NA die numerische Apertur auf der Probenseite der Kondensorlinse, L die axiale Ent fernung zwischen der der Lichtquelle am nächsten gelegenen Linsenfläche und der der Probe am nächsten gelegenen Linsen fläche der Kondensorlinse (die gesamte Länge des Kondensors) d_La die axiale Dicke der Sammellinse L₃ die zunächst der Probe in der Kondensorlinse gelegen ist, f_La die Brenn weite der Sammellinse L₃ die zunächst der Probe in der Kondensorlinse liegt, d_W den Abstand (Arbeitsabstand) zwischen der Probenoberfläche und der der Probe am nächsten gelegenen Sammellinse L₃ der Kondensor linse, und n_a den Brechungsindex eines optischen Materials, welches die probenseitige Fläche der Sammellinse L₃ bildet.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Als nächstes wird die vierte Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit Fig. 4 erläutert. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, setzt sich eine Kondensorlinse für das Eintauchen in Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls grundsätzlich zusammen aus zwei Linsengruppen, nämlich einer vorderen Gruppe G_F mit positiver Brechkraft und einer hinteren Gruppe G_R mit positiver Brechkraft, entsprechend dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3. Die vordere Gruppe G_F setzt sich in der angegebenen Reihenfolge von der Lichtquellenseite aus wie folgt zusammen: Eine Negativ-Verbundlinse L₁ mit einer negativen Bikonkav- Linse L₁₁ mit einer stärker gekrümmten Oberfläche auf der Probenseite und einer Sammellinse L₁₂ die auf die Zer streuungslinse L₁₁ gebondet ist und eine stärker gekrümmte Oberfläche auf der Lichtquellenoberseite besitzt, eine positive bikonvexe Linse L₂ und eine positive Meniskuslinse L₃ mit einer konvexen Oberfläche auf der Lichtquellenseite. Die hintere Gruppe G_R setzt sich zusammen aus einer positiven Verbundlinse mit einer plankonvexen Linse L₄₁ mit einer konvexen Oberfläche auf der Lichtquellenseite und einer daran gebondeten planparallelen Platte L₄₂. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die planparallele Platte L₄₂ aus Quarz glas gefertigt, aus dem keinerlei unerwünschte Elemente sich beim Eintauchen in die Lösung W ablösen und in die Lösung gelangen. Wenngleich die vorliegende Ausführungsform so ausgestaltet ist, daß die gebondeten Oberflächen zwischen der plankonvexen Linse L₄₁ und der planparallelen Platte L₄₂ flach sind, so ist eine solche alternative Ausgestaltung möglich, daß die probenseitige Oberfläche der plankonvexen Linse L₄₁ und die lichtquellenseitige Oberfläche der plan parallelen Platte L₄₂ beide mit einer Krümmung (Linsen effekt) ausgebildet und miteinander gebondet sind.

Bei der vierten Ausführungsform ist die Kondensorlinse so ausgestaltet, daß ein Teil der plankonvexen Linse L₃ und ein Umfangsbereich der planparallelen Platte L₄₂ zu einem sich verjüngenden, kegelstumpfförmigen Abschnitt T geformt sind, damit ein Arbeiten wie zum Beispiel eine Manipulation der in der Nährlösung W befindlichen Probe mit Hilfe eines dünnen Glasröhrchens M erleichtert wird, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Für den Fall, daß die Kondensorlinse der vierten Ausführungsform von einem Objektivtubus gehalten wird, ist es vorzuziehen, daß das spitze Ende des Objektiv tubus davon abgehalten wird, direkt in die Lösung eingetaucht zu werden. Beispielsweise ist gemäß Fig. 5 der sich ver jüngende Abschnitt T vorzugsweise so gehalten, daß er aus dem Objektivtubus 3 vorsteht.

Wie in Fig. 4 zu sehen ist, ist auf der Lichtquellenseite der Flüssigkeitseintauch-Kondensorlinse der vierten Aus führungsform eine Aperturblende ST vorgesehen.

Tabelle 4 unten gibt die Spezifikationen für die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an. In Tabelle 4 bedeuten R_i den Krümmungsradius, d_i den Abstand zwischen den Linsenflächen, ν_i die Abbesche Zahl, n_i den Brechungs index für die d-Linie (ν= 587nm), und der Index i die Reihenfolge von der Seite der Lichtquelle aus. Weiterhin bedeutet in der Tabelle d₀ den Abstand zwischen der Aperturblende ST und der ersten Linsenoberfläche, n_W den Brechungsindex von Wasser, ν_W die Abbesche Zahl von Wasser, f die Brennweite der gesamten Kondensorlinse, f_F die Brenn weite der vorderen Gruppe G_F in der Kondensorlinse, NA die numerische Apertur der Probenseite der Kondensorlinse, L die axiale Entfernung zwischen der der Lichtquelle am nächsten gelegenen Linsenfläche und der der Probe am nächsten gelegenen Linsenfläche in der Kondensorlinse (Gesamtlänge des Kondensors), d_La die axiale Dicke der Sammellinse L₄ (L₄₁, L₄₂), die der Probe am nächsten gelegen ist, f_La die Brennweite der Sammellinse L₄ (L₄₁, L₄₂), die in der Kondensor linse der Probe am nächsten gelegen ist, d_W die Entfernung (Arbeitsentfernung) zwischen der Probenoberfläche und der der Probe am nächsten gelegenen Sammellinse L₄ (L₄₁, L₄₂), und n_a den Brechungsindex des optischen Materials (der planparallelen Platte L₄₂), welches die der Probe zunächst gelegene Oberfläche der Sammellinse L₄ (L₄₁, L₄₂) bildet.

Tabelle 4

Bei jeder Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, daß der sich verjüngende Abschnitt T unter einem Winkel (einem Winkel bezüglich der optischen Achse) gebildet ist, der größer ist als der Winkel zwischen der optischen Achse und einem Strahl, der durch den äußersten Rand der End fläche (probenseitige Oberfläche) der plankonvexen Linse L₄ der hinteren Gruppe G_R verläuft. Insbesondere ist der Winkel vorzugsweise 45° bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 1, 50° bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 2, 45° bei der dritten Ausführungsform nach Fig. 3, und 45° bei der vierten Ausführungsform nach Fig. 4.

Wie oben beschrieben, können die erste bis vierte Ausführungs form der Erfindung erreichen, daß die Kondensorlinsen zum Eintauchen in Flüssigkeit ein extrem gutes Leistungsvermögen aufweisen, während eine große numerische Apertur gewährleistet wird. Bei dieser Anordnung kann die der Probe am nächsten gelegene Linse des Kondensorlinsensystems, in die Lösung eingetaucht sein, so daß keine Beleuchtungsungleich mäßigkeit durch ein Schütteln der Flüssigkeitsoberfläche hervorgerufen wird. Darüberhinaus haben die Ausführungsformen den Vorteil, daß durch eine Phasendifferenz aufgrund des Schüttelns der Flüssigkeitsoberfläche oder durch eine Phasen differenz aufgrund einer Manipulation keine Probleme verur sacht werden. Deshalb eignen sich die Kondensorlinsensysteme nach dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung für Anwendungen als Kondensorlinse bei einem Beleuchtungs system für ein umgekehrtes Mikroskop, wie es in Fig. 11 gezeigt wird, ein umgekehrtes Phasenkontrast-Mikroskop oder beispielsweise ein umgekehrtes Differential-Interferenz- Mikroskop.

Als nächstes wird in Verbindung mit Fig. 6A bis Fig. 7B eine fünfte sowie eine sechste Ausführungsform der Erfindung er läutert. Die fünfte und die sechste Ausführungsform der Erfindung schaffen jeweils ein Kondensorlinsensystem, welches sich sowohl für das Eintauchen in Flüssigkeit als auch für das Eintauchen in Öl eignet.

Fig. 6A zeigt eine Anordnung der fünften Ausführungsform, bei der eine Flüssigkeitseintauchlinse in eine hintere Gruppe eingesetzt ist, und Fig. 6B zeigt eine Linsenanordnung der fünften Ausführungsform, bei der in der hinteren Gruppe eine Öleintauchlinse eingesetzt ist. Außerdem zeigt Fig. 7A eine Linsenanordnung der sechsten Ausführungsform, bei der in einer hinteren Gruppe G_R eine Flüssigkeitseintauchlinse L_a eingesetzt ist, während Fig. 7B eine Linsenanordnung der sechsten Aus führungsform zeigt, bei der in der hinteren Gruppe G_R eine Öleintauchlinse L_b verwendet ist.

Bei sowohl der fünften als auch der sechsten Ausführungsform nach Fig. 6A, 6B und 7A, 7B setzt sich eine Kondensorlinse grundsätzlich aus zwei Linsengruppen zusammen, nämlich einer vorderen Gruppe G_F mit positiver Brechkraft und einer hinteren Gruppe G_R mit positiver Brechkraft, wobei die hintere Gruppe G_R eine erste Linse L_a für die Flüssigkeitseintauchung und eine zweite Linse L_b zum Eintauchen in Öl aufweisen kann, die gegeneinander austauschbar sind.

Zunächst setzt sich die vordere Gruppe G_F in der folgenden Reihenfolge zusammen, betrachtet von der Lichtquellenseite aus: Eine positive Verbundlinse L₁ mit einer positiven bikonvexen Linse L₁₁ und einer negativen Meniskuslinse L₁₂, die auf die Sammellinse L₁₁ gebondet ist und auf der Probenseite eine konvexe Oberfläche besitzt, und eine positive Meniskuslinse L₂ mit einer konvexen Oberfläche auf der Lichtquellenseite.

Wenn die Probe in der Lösung beleuchtet wird, wird eine plankonvexe Linse L_a mit einer konvexen Oberfläche auf der Lichtquellenseite als die erste Linse für das Eintauchen in Flüssigkeit innerhalb der hinteren Gruppe G_R verwendet. Die plankonvexe Linse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit besteht aus Quarzglas, aus dem keine unerwünschten Elemente gelöst werden und in die Lösung gelangen, wenn es in die Lösung W eingetaucht wird. Obschon jede Ausführungsform eine einzelne Linse als die erste Linse zum Eintauchen in Flüssigkeit darstellt, kann die erste Linse eine Verbund linse sein, in der zwei Linsen miteinander verbunden sind.

Wenn andererseits eine Probe in Öl beleuchtet wird, ist eine plankonvexe Linse L_b mit einer konvexen Fläche auf der Licht quellenseite als die zweite Linse zum Eintauchen in Öl inner halb der hinteren Gruppe G_R eingesetzt. Die plankonvexe Linse L_b ist eine Verbundlinse, die eine Sammellinse L_b1 mit einer stärkeren Oberflächenkrümmung auf der Lichtquellenseite und eine plankonkave Linse L_b2 (Zerstreuungslinse) mit einer konkaven Oberfläche auf der Lichtquellenseite aufweist. Obschon die fünfte und sechste Ausführungsform jeweils eine plankonvexe Linse L_b in Form einer Verbundlinse zum Eintauchen in Flüssigkeit besitzen, so stellt dies keinerlei Beschränkung dar, sondern die plankonvexe Linse L_b kann auch als Einzel linse ausgebildet sein.

Der Wechsel zwischen der plankonvexen Linse L_a zum Eintauchen in die Flüssigkeit und der plankonvexen Linse L_b zum Eintauchen in Öl, welche wahlweise für die hintere Gruppe G_R ausgewählt sind, läßt sich beispielsweise mit Hilfe eines Revolvermechanismus erreichen, bei dem die plankonvexe Linse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit und die plankonvexe Linse L_b zum Eintauchen in Öl in einem Revolver eingestellt sind und jeweils eine dieser Linsen durch Drehen des Revolvers in der hinteren Gruppe G_R eingestellt wird. Eine alternative Ausgestaltung geht dahin, daß jede von der plankonvexen Linse L_a für Flüssigkeit und der plankonvexen Linse L_b für Öl in einem Ringhalteelement mit einem Gewindeabschnitt gehalten wird, die vordere Gruppe G_F von einem Objektivtubus mit einem Gewindeabschnitt gehalten wird, der mit dem Gewindeabschnitt des Ringhalteelements in Eingriff bringbar ist, und das Ringhalteelement mit dem Objektivtubus über die Gewinde abschnitte auf beiden Elementen vereint wird.

Bei jeder Ausführungsform nach Fig. 6A, 6B oder 7A, 7B ist die vordere (lichtquellenseitige) Brennpunktlage der Kondensor linse mit der ersten Linse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit in der hinteren Gruppe G_R so angeordnet, daß sie mit der vorderen (lichtquellenseitigen) Brennstelle der Kondensorlinse übereinstimmt, wenn die zweite Linse L_b zum Eintauchen in Öl in der hinteren Gruppe G_R eingesetzt ist, während eine Aperturblende ST an der vorderen (lichtquellenseitigen) Brennpunktstelle der Kondensorlinse vorgesehen ist.

Tabelle 5 und Tabelle 6 unten geben die Spezifikationen für die fünfte und die sechste Ausführungsform gemäß der Erfindung wieder. In den Tabellen 5 und 6 bedeuten r_i den Krümmungs radius, d_i den Abstand zwischen Linsenflächen, ν_i die Abbesche Zahl, n_i den Brechungsindex für die d-Linie (λ = 587 nm), der Index i die Reihenfolge von der Lichtquellen seite aus, i innerhalb des Index ai die Reihenfolge von der Lichtquellenseite aus innerhalb der Flüssigkeitseintauchlinse L_a und der Index i bei bj die Reihenfolge von der Lichtquellen seite aus innerhalb der Öleintauchlinse L_b. Ferner repräsentieren f_a die Brennweite des gesamten Kondensorlinsensystems, wenn die Flüssigkeitseintauchlinse L_a in der hinteren Gruppe G_R eingesetzt ist, f_b die Brennweite des gesamten Kondensorlinsen systems für den Fall, daß die Öleintauchlinse L_b in der hinteren Gruppe G_R eingesetzt ist, NA_a die numerische Apertur der Probenseite der Kondensorlinse, wenn die Flüssigkeitseintauch linse L_a sich in der hinteren Gruppe G_R befindet, NA_b die numerische Apertur der Probenseite der Kondensorlinse für den Fall, daß die Öleintauchlinse L_b in der hinteren Gruppe G_R einge setzt ist, f_F die Brennweite der vorderen Gruppe G_F der Kondensorlinse, d₀ den Abstand zwischen der Aperturblende ST und der ersten Linsenfläche, f_La die Brennweite der Flüssigkeitseintauchlinse L_a, f_Lb die Brennweite der Öleintauchlinse L_b, D_a den axialen Abstand zwischen der der Probe am nächsten gelegenen Linsenoberfläche der vorderen Gruppe und der dem Objekt in der hinteren Gruppe am nächsten gelegenen Linsenfläche (Flüssigkeitseintauchlinse L_a), D_b die axiale Entfernung zwischen der der Probe am nächsten gelegenen Linsenfläche in der vorderen Gruppe und der dem Objekt am nächsten gelegenen Linsenfläche der hinteren Gruppe (Öleintauchlinse L_b), n_W den Brechungsindex von Wasser, n_OI den Brechungsindex von Öl, ν_W die Abbesche Zahl von Wasser, ν_OI die Abbesche Zahl von Öl, dSG die Dicke eines Gleitglases SG, n_SG den Brechungsindex des Gleitglases SG und ν_SG die Abbesche Zahl des Gleitglases SG.

Tabelle 5

Tabelle 6

Wie oben beschrieben, können die fünfte und die sechste Ausführungsform der Erfindung erreichen, daß die Kondensor linsen mit ausreichendem Leistungsvermögen verfügbar sind, wobei die der Probe am nächsten gelegene Linse entweder eine Flüssigkeitseintauchlinse oder eine Öleintauchlinse ist, wobei diese beiden Linsentypen gegeneinander austauschbar sind. Bei der fünften oder der sechsten Ausführungsform kann die Kondensorlinse eine Probe gut unter einer großen numerischen Apertur beleuchten, wobei entweder ein Eintauchen in die Flüssigkeit oder in Öl erfolgt. Die Ausführungsformen können das volle Leistungsvermögen des Objektivs ausnutzen, ohne daß mehrere Kondensorlinsensysteme vorbereitet werden müssen. Dadurch ist eine Kostenreduzierung für die Kondensorlinsen systeme möglich.

Die siebte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 8 bis Fig. 10 beschrieben.

Fig. 8 ist ein Querschnitt und zeigt den Aufbau eines Kon densorlinsensystems, der siebten Ausführungsform. Diese Aus führungsform wird nun in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben.

Nach Fig. 8 setzt sich die Kondensorlinse nach dieser Aus führungsform in folgender Reihenfolge aus der Sicht der Lichtquelle zusammen aus einem Linsensystem mit einer bi konvexen Linse 1 (vordere Gruppe G_F mit positiver Brechkraft) und einer plankonvexen Linse 2 (hintere Gruppe G_R mit positiver Brechkraft) mit einer flachen Ebene auf der Seite der Probe O, wobei das Linsensystem von einem Objektivtubus 3 gehalten wird. Jede Linse ist durch ein Ring-Fixierelement 4, 5 befestigt, wobei die der Probe O am nächsten gelegene plankonvexe Linse 2 von dem Objektivtubus derart gehalten wird, daß die Linse 2 aus dem Spitzenende 3a des Objektivtubus 3 vorsteht. Bei Beleuch ten einer Probe O innerhalb der Lösung W in einer Laborschale wird ein Teil des vorstehenden Abschnitts der plankonvexen Linse 2 in die Lösung W eingetaucht gehalten, wie in Fig. 8 gezeigt ist. In diesem Zustand wird von einer nicht darge stellten Beleuchtungslichtquelle kommendes Licht durch die doppelt konvexe Linse 1 und die plankonvexe Linse 2 geleitet, um auf die in der Lösung W befindliche Probe O konzentriert zu werden, wodurch die Probe O beleuchtet wird.

Man nehme an, die plankonvexe Linse 2 bestehe beispielsweise aus einem gewöhnlichen optischen Material, welches Schwer metalle enthält. Wenn in diesem Fall die Kondensorlinse so eingesetzt wird, daß ein Teil der plankonvexen Linse 2 in die Lösung W eintaucht, lösen sich Schwermetalle aus dem optischen Material und gelangen in die Lösung W, wodurch die Lösung W verunreinigt wird. Wenn eine Probe eines Organismus durch das Mikroskop in einem lebenden Zustand beobachtet wird, beeinflußt eine derartige Verunreinigung die Probe O des Organismus abträglich. Deshalb besteht die plankonvexe Linse 2, von der ein Teil in die Lösung W eingetaucht ist, aus Quarz glas (ein Glas eines Brechungsindex n_d von 1,45847 für die d-Linie (587 nm)), aus dem keine unerwünschten Elemente gelöst werden und in die Lösung W gelangen, wenn das Material in die Lösung eingetaucht wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein sich verjüngender Abschnitt 2b an dem vorstehenden Abschnitt 2a der plankonvexen Linse 2 so geformt, daß er aus dem Objektivtubus 3 vorsteht, und in der Nähe des Vorderendes 3a des Objektivtubus 3 ist ein sich verjüngender Abschnitt 3e ausgebildet. Dieser sich ver jüngende oder kegelstumpfförmige Abschnitt 3e besitzt eine Neigung, die im wesentlichen genau so groß ist wie die des sich verjüngenden Abschnitts 2b. Die verjüngte Ausgestaltung erleichtert eine sogenannte Manipulation der Probe O mit Hilfe eines schlanken Glasröhrchens in einen geneigten Zu stand, während die Probe durch das Mikroskop hindurch beob achtet wird.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel für eine plankonvexe Linse 2, die als Einzellinse ausgebildet ist, jedoch könnte die plan konvexe Linse 2 bei Bedarf auch als Verbundlinse ausgebildet sein. Ebenfalls kann die doppelt konvexe Linse 1 aus mehreren Linsenteilen zusammengesetzt sein.

Um eine Grenze für das Ausmaß des Vorstehens der plankonvexen Linse 2 in der Nähe der Probe O und den Haltebereich des Objektivtubus 3 zu untersuchen, fertigten die Erfinder zunächst auf experimenteller Basis neun Typen von plan konvexen Linsen 2 aus Quarzglas, die einen unterschiedlichen Krümmungsradius R₁ auf der lichtquellenseitigen Fläche und unterschiedliche axiale Dicke d besaßen, sowie neun Typen von Messing-Objektivtuben 3 mit einer Länge von 50 mm, welche die jeweiligen plankonvexen Linsen 2 halten konnten.

Jede der neun plankonvexen Linsen 2 wurde gemäß Fig. 9A derart gefertigt, daß eine Umfangsfläche 2c sich entlang der optischen Achse zu dieser parallel über 1 mm von einer Stelle aus erstreckte, an der ein Umfangsabschnitt einen vorbestimmten Abstand δ (wobei es sich um den axialen Abstand zu der lichtquellenseitigen Linsenoberfläche handelt) entlang der optischen Achse von dem Scheitel der lichtquellenseitigen Linsenfläche aufweist, während ein sich verjüngender Abschnitt 2b mit einer Neigung von 30° bezüglich der optischen Achse zwischen der Umfangsfläche 2c und der probenseitigen Linsen fläche (Flachseite) R₂ jeder plankonvexen Linse 2 gebildet wurde.

Auch wurde gemäß Fig. 9B jeder Objektivtubus 3 zum Halten einer entsprechenden Linse von den neun plankonvexen Linsen 2 in einem vorspringenden Zustand derart geformt, daß die Innenfläche 3b einen Umfangshalteabschnitt 3c₁ zum Halten der Umfangsfläche 2c der plankonvexen Linse 2 hatte, ausge bildet mit einer Länge von 1 mm entlang der optischen Achse, während ein sich verjüngender Oberflächenhalteabschnitt 3c₂ zum Halten der sich verjüngenden Oberfläche 2b der plan konvexen Linse 2 über eine Länge von 1 mm entlang der optischen Achse ausgebildet wurde. Außerdem wurde im Inneren des Umfangsflächenhalteabschnitts 3c₁ ein Gewindeabschnitt 3d zum Fixieren eines Ring-Fixierelements 4 auf der Innen fläche 3b jedes Objektivtubus 3 ausgebildet. Ferner wurde ein sich verjüngender Abschnitt 3e mit einem Neigungswinkel von 30° bezüglich der optischen Achse der plankonvexen Linse 2 in der Nähe des äußeren Endes jedes Objektivtubus 3 ausge bildet, ähnlich dem sich verjüngenden Abschnitt der plankon vexen Linse 2.

Derartige neun Typen von plankonvexen Linsen 2 und Objektiv tuben 3 gemäß Fig. 9A und 9B wurden miteinander durchge koppelt, daß jede plankonvexe Linse 2 mit einem Silikonkleb stoff an den zugehörigen Objektivtubus 3 geklebt wurde, wie in Fig. 9C gezeigt ist. Das Ring-Fixierelement 4 mit auf seinem Umfang ausgebildeten Gewindeabschnitt 4a wurde in Eingriff mit dem Gewindeabschnitt 3d des Objektivtubus 3 gebracht, um die plankonvexe Linse 2 zu fixieren, so daß neun Typen von Versuchs-Kondensorlinsen erhalten wurden.

Um eine Grenze für das Vorspringen der plankonvexen Linse 2 und das Ausmaß der Halterung im Objektivtubus 3 zu prüfen, wurden einfache Tests durchgeführt. Bei diesen Tests wurden die neuen Untersuchungskondensorlinsen aus einer Position von 200 mm oberhalb einer 10 mm dicken Gummimatte in einem solchen Zustand fallengelassen, daß der vorspringende Abschnitt des Objektivs direkt vertikal nach unten wies.

Tabelle 7 zeigt die Testergebnisse für die neun Typen von Versuchs-Kondensorlinsen. In Tabelle 7 bedeutet t eine Länge entlang der optischen Achse zwischen der zur Seite des beleuchteten Objekts gewendeten Fläche R₂ der plankonvexen Linse und dem Spitzenende des Objektivtubus (Ausmaß des Vorsprungs der plankonvexen Linse. In den Ergebnissen bedeutet ○ (akzeptierbar) eine Kombination, die keine Abweichung von der optischen Achse der plankonvexen Linse nach dem Fall versuch zeigte und X (nicht akzeptierbar) eine Kombination, die eine Abweichung von der optischen Achse der plankonvexen Linse nach dem Fallversuch zeigte. Nachstehende Gleichung (A) definiert eine Halterate H, mit der der Objektivtubus die plan konvexe Linse hält. Tabelle 7 zeigt auch die Halterate H für jedes Beispiel.

H = t/(d-δ) (A)

Tabelle 7

Wie aus Tabelle 7 ersichtlich ist, scheint eine Grenze für das Ausmaß des Vorsprungs, t, der plankonvexen Linse 2 und ein Haltebetrag der plankonvexen Linse L₂ bei einer Halte rate H von etwa 0,9 zu liegen. Es läßt sich daher verstehen, daß folgende Bedingung vorzugsweise erfüllt werden sollte, um bei einem Fall der Kondensorlinse den Aufschlag auszu halten:

t/(d-δ) < 0,9 (B)

In der Bedingung bedeutet t eine Länge entlang der optischen Achse zwischen der Linsenfläche R₂ auf der beleuchteten Objektseite der plankonvexen Linse 2 und dem Spitzenende 3a des Objektivtubus, d die axiale Dicke der plankonvexen Linse 2 und δ die Entfernung entlang der optischen Achse zwischen der Stelle, an der die Innenfläche 3b des Objektiv tubus in Berührung mit dem Umfangsbereich der plankonvexen Linse 2 gelangt, und einer Tangentialebene an dem Scheitel punkt der lichtquellenseitigen Linsenfläche R₁ der plan konvexen Linse 2.

Der Aufbau der Kondensorlinse nach Fig. 9C läßt sich durch einen anderen Aufbau einer Kondensorlinse ersetzen, wie zum Beispiel in Fig. 10 gezeigt ist. Auch läßt sich zwar der Grenzwert für die Halterate H etwas über 0,9 dadurch ver bessern, daß man die Kontaktfläche des Umfangsbereichs der plankonvexen Linse 2 mit dem Objektivtubus 3 in einer modifizierten Gestaltung heraufsetzt, jedoch wird der Bereich der obigen Bedingung (B) in praktischen Anwendungs fällen vorzugsweise eingehalten.

Wenn das Ausmaß des Vorstehens der plankonvexen Linse 2 verringert wird, vergrößert sich naturgemäß die Kontakt fläche zwischen dem Umfangsbereich der plankonvexen Linse 2 und dem Halteabschnitt des Objektivtubus 3 unter Ver ringerung der Halterate H, so daß der Objektivtubus 3 die plankonvexe Linse 2 in einem stabileren Zustand halten kann.

Es sei allerdings angemerkt, daß die erfindungsgemäße Kondensor linse in einem solchen Zustand eingesetzt wird, daß die probenseitige Linsenoberfläche der plankonvexen Linse 2, die der Probe am nächsten liegt, in die Lösung eingetaucht wird, und daß der Klebstoff zwischen der plankonvexen Linse 2 und dem Objektivtubus 3 möglicherweise in die Lösung ein getaucht wird, wenn nicht ein gewisses Ausmaß am Vorsprung der plankonvexen Linse 2 gewährleistet wird. Dies hätte eine mögliche Verunreinigung der Lösung durch unerwünschte Elemente zur Folge, welche sich aus dem Klebstoff lösen. Eine solche Verunreinigung der Lösung durch unerwünschte Elemente des Klebstoffs erfolgt dann praktisch nicht, wenn die Lösung kaum in Berührung mit dem Klebstoff zwischen dem Objektiv tubus 3 und der plankonvexen Linse 2 aufgrund von Ober flächenspannung gebracht wird. Betrachtet man die Ober flächenspannungen verschiedener Lösungen, in die eine Probe möglicherweise eingetaucht wird, so soll vorzugsweise die nachstehende Gleichung (C) durch die Länge t entlang der optischen Achse zwischen der objektseitigen Linsenfläche der plankonvexen Linse 2 und dem vorderen Ende 3a des Objektivtubus 3 erfüllt sein.

t 2 mm (C)

Da eine Möglichkeit besteht, daß die die Probe nährende Lösung wegen der Oberflächenspannung in den Objektivtubus eintritt und das Innere des Objektivtubus zur Korrosion bringt, besteht vorzugsweise mindestens der probenseitige Abschnitt (der sich verjüngende Abschnitt 3e) des Objektivtubus 3 aus einem korrosionsbeständigen Material, beispielsweise rost freiem Stahl.

Speziell ist die erfindungsgemäße Kondensorlinse derart aus gestaltet, daß der sich verjüngende Abschnitt 2b in der Nähe des vorstehenden Abschnitts 2a der plankonvexen Linse 2 aus gebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird vorzugsweise die folgende Gleichung (D) erfüllt:

R sin^-1(NA/n) (D)

wobei R die Neigung des sich verjüngenden Abschnitts 2b bezüglich der optischen Achse Ax der plankonvexen Linse 2, NA die numerische Apertur des gesamten optischen Systems der Kondensorlinse in der Lösung, und n der Brechungsindex der plankonvexen Linse 2 ist.

Wenn die Bedingung (D) nicht erfüllt ist, muß man die Apertur der probenseitigen Linsenoberfläche (Flachseite) der plan konvexen Linse 2 heraufsetzen, was zu einer Zunahme der Bau größe der Kondensorlinse führen würde und deshalb nicht zu bevorzugen ist.

Zu bevorzugen ist, daß der sich verjüngende Abschnitt 3e des Objektivtubus 3 mit einem Neigungswinkel ausgebildet ist, der im wesentlichen demjenigen des sich verjüngenden Abschnitts 2b der plankonvexen Linse 2 entspricht, um die Arbeit zu er leichtern, beispielsweise eine Manipulation. Es ist besonders zu bevorzugen, wenn die obige Bedingung (D) in diesem Fall erfüllt ist.

Wie oben beschrieben wurde, ist die siebte Ausführungsform der Erfindung frei von Beleuchtungsunregelmäßigkeiten, die durch ein Schütteln der Flüssigkeitsoberfläche hervorgerufen werden. Es erfolgt keine Phasendifferenz in der Flüssigkeits oberfläche aufgrund des Schüttelns der Flüssigkeitsoberfläche, und es gibt kein Problem mit dem Auftreten einer Phasendif ferenz durch Manipulation. Man erhält daher ein hervorragendes Bild der in der Nährlösung befindlichen Probe in einem umge kehrten Phasenkontrast-Mikroskop oder einem umgekehrten Differential-Interferenz-Mikroskop bei dem die Kondensor linse der siebten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt ist. Außerdem ist das Kondensorlinsensystem äußerst wirksam bei der Beobachtung einer Organismusprobe, weil keine un erwünschten Elemente in die Lösung gehen, und deshalb die Lösung frei von Verunreinigungen ist.

Dadurch, daß die sich verjüngenden Abschnitte am vorderen Abschnitt des Objektivtubus und der der Probe am nächsten gelegenen Linse ausgebildet sind, läßt sich ein bedeutender Vorteil insofern erreichen, als das Arbeiten, beispielsweise das Manipulieren, mit der Probe erleichtert wird, während die Probe durch das Mikroskop hindurch beobachtet wird.

Außerdem gestattet das Kondensorlinsensystem nach jeder Ausführungsform gemäß obiger Beschreibung ein Beleuchten der in der Nährlösung W befindlichen Probe O in einem solchen Zustand, daß die der Probe am nächsten gelegene Linsen oberfläche in dem Kondensorlinsensystem näher an der Probe als an der Flüssigkeitsoberfläche liegt, wodurch man die Probe beobachten kann ohne den Einfluß eines Schüttelns der Flüssigkeitsoberfläche. Deshalb eignet sich das Kondensor linsensystem nach jeder Ausführungsform gut für ein Beleuchtungs system bei einem umgekehrten Mikroskop der in Fig. 11 darge stellten Art.

Claims

1. Kondensorlinsensystem mit einer vorderen Gruppe G_F positiver Brechkraft und einer hinteren Gruppe G_R positiver Brechkraft, die in der genannten Reihenfolge aus der Sicht der Licht quelle angeordnet und so ausgestaltet sind, daß sie Licht von einer Lichtquelle sammeln, um eine Probe zu beleuchten, dadurch gekennzeichnet, daß

- die vordere Gruppe G_F mindestens ein Linsenelement besitzt, und
- die hintere Gruppe G_R mindestens eine Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit aufweist, welche sich am nächsten bei der Probe befindet und eine flache Linsenfläche auf der Probenseite besitzt.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die Sammellinse L_a zum Ein tauchen in Flüssigkeit austauschbar ist mit einer Sammellinse L_b zum Eintauchen in Öl, welche auf der Lichtquellenseite eine konvexe Oberfläche aufweist.

3. System nach Anspruch 2, bei dem die Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit eine plankonvexe Linse ist.

4. System nach Anspruch 2, bei dem die Sammellinse L_b zum Eintauchen in Öl eine Verbundlinse ist, in der eine Sammellinse und eine Zerstreuungslinse miteinander verbunden sind.

5. System nach Anspruch 2, bei dem die vordere Gruppe G_F in der genannten Reihenfolge aus der Sicht der Licht quelle eine positive doppelt konvexe Linse, eine negative Meniskuslinse, die mit der positiven Linse verbunden ist, und eine konvexe Oberfläche auf der Probenseite besitzt, und eine positive Meniskuslinse mit einer kon vexen Oberfläche auf der Lichtquellenseite aufweist.

6. System nach Anspruch 2, bei dem das Linsensystem folgenden Bedingungen genügt: 0,4 f_Lb/f_F f_La/f_F 0,7
0,6 NA_a/NA_b 1wobei f_F die Brennweite der vorderen Gruppe G_F, f_La die Brennweite der Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit, f_Lb die Brennweite der zweiten Linse L_b, NA_a die numerische Apertur des Kondensorlinsensystems für den Fall, daß die Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit in das Kondensorlinsensystem eingesetzt ist, und NA_b die numerische Apertur des Kondensorlinsensystems für den Fall ist, daß die Sammellinse L_b zum Eintauchen in Öl in das Kondensorlinsensystem eingesetzt ist.

7. System nach Anspruch 6, bei dem das Linsensystem die folgende Bedingung erfüllt: 0 D_b/D_a 0,4wobei D_a der axiale Abstand zwischen der der Probe am nächsten gelegenen Linsenfläche in der vorderen Gruppe G_F und der der Lichtquelle am nächsten gelegenen Linsen fläche der Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit und D_b die axiale Entfernung zwischen der der Probe am nächsten gelegenen Linsenoberfläche in der vorderen Gruppe G_F und der der Lichtquelle am nächsten gelegenen Linsenoberfläche der Sammellinse L_b für das Eintauchen in Öl ist.

8. System nach Anspruch 2, bei dem die Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit einen in Richtung auf die Probe sich verjüngenden Abschnitt besitzt.

9. System nach Anspruch 2, bei dem die vordere Brennpunkt lage des Kondensorlinsensystems für den Fall, daß die Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit in das Kondensorlinsensystem eingesetzt ist, im wesentlichen zusammenfällt mit der vorderen Brennpunktlage des Kondensorlinsensystems für den Fall, daß die Sammel linse L_b zum Eintauchen in Öl in das Kondensorlinsen system eingesetzt ist.

10. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Revolvermechanismus, bei dem die Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit und die Sammellinse L_b zum Eintauchen in Öl in den Revolver eingesetzt sind.

11. System nach Anspruch 2, weiterhin umfassend:

- einen Objektivtubus (3) zum Halten der vorderen Gruppe G_F,
- ein erstes Halteelement zum Halten der Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit,
- ein zweites Halteelement zum Halten der Sammellinse L_b zum Eintauchen in Öl,
wobei das erste und das zweite Halteelement an dem Objektivtubus (3) montierbar angeordnet und ausgestaltet sind.

12. System nach Anspruch 1, bei dem die folgenden Bedingungen erfüllt sind: 0,4 d_La/f 1
0,22 d_La/L 0,6
0,1 d_W/f 0,7
0,6 f_La/f_F 1wobei f die Brennweite des gesamten Kondensorlinsensystems, d_La die axiale Dicke der Sammellinse L_a für das Eintauchen in Flüssigkeit, L die axiale Entfernung zwischen der der Lichtquelle am nächsten gelegenen Linsenfläche in der vorderen Gruppe und der der Probe am nächsten gelegenen Linsenfläche der hinteren Gruppe, d_W der Abstand zwischen der Sammel linse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit und einer Proben oberfläche, f_La die Brennweite der Sammellinse zum Ein tauchen in Flüssigkeit und f_F die Brennweite der vorderen Gruppe G_F ist.

13. System nach Anspruch 12, bei dem die folgende Bedingung erfüllt ist: na 1,5wobei n_a der Brechungsindex eines optischen Materials ist, welches die der Probe am nächsten gelegene Ober fläche in der Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit bildet.

14. System nach Anspruch 12, bei dem die Sammellinse L_a zum Eintauchen in Flüssigkeit einen in Richtung auf die Probe sich verjüngenden kegelstumpfförmigen Abschnitt besitzt.

15. Kondensorlinsensystem mit einem einzelnen Linsenelement oder mehreren Linsenelementen, das beziehungsweise die von einem Objektivtubus gehalten werden und dazu dient beziehungsweise dienen, Licht von einer Lichtquelle zum Beleuchten einer Probe zu sammeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektivtubus (3) das Linsenelement beziehungsweise die Linsenelemente in einem derartigen Zustand hält, daß die probenseitige Linsenoberfläche der der Probe am nächsten gelegenen Linsenelemente aus dem Linsentubus vorsteht.

16. System nach Anspruch 15, bei dem zumindest ein vor stehender Abschnitt des Linsenelements zunächst der Probe aus Quarzglas gefertigt ist.

17. System nach Anspruch 15, bei dem ein vorstehender Abschnitt des Linsenelements zunächst der Probe einen sich in Richtung auf die Probe verjüngenden Abschnitt aufweist.

18. System nach Anspruch 15, bei dem ein Endabschnitt des Objektivtubus als ein sich verjüngender Abschnitt ausgebildet ist.