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Vorrichtung zur Beleuchtung mikroskopischer Objekte Um mikroskopische
.Objekte stark und gleichmäßig zu beleuchten, hat man: schon eine Beleuchtungsvorrichtung
benutzt, die eine - Lichtquelle, einen Lampenkondensor, welcher die Lichtquelle
umgekehrt abbildet, und einen Mikroskopkondensor enthält, die so angeordnet sind,
daß die Lichtquelle mit Hilfe des Lampenkondensors ungefähr in der vorderen Brennebene
des Mikroskopkondensors und der Lampenkondensor mit Hilfe des Mikroskopkondensors
ungefähr in der Objektebene abgebildet werden. Diese von Koehler vorgeschlagene
Beleuchtungsanordnung wird meist dann angewandt, wenn es sich um , die mikroskopische'
Untersuchung von Objekten im durchfallenden-Licht handelt; sie ist jedoch keineswegs
auf diese Beleuchtungsart beschränkt. Die Apertur des Beleuchtungsstrahlenbündels
und die Gtöße des von ihm getroffenen Leuchtfeldes müssen, um einwandfreie Bilder
zu ergeben, der von dem benutzten Mikroskopobjektiv abhängigen Apertur des Beobachtungsstrahlenbündels
und der Größe des mikroskopischen S-ehfel.des'angepaßt sein. Ihre Größe muß demnach
veränderlich sein, .um bei. der Beobachtung nicht auf die Benutzung eines bestimmten
Objektivs beschränkt 'zu sein. Zu diesem 'Zweck hat man bisher dem Lämpenkondensor
einen größeren Lichtstrom zugeführt, als die Beleuchtung der mikroskopischen Objekte
erforderte, und hat den jeweils gewünschten Zustand durch Verkleinerung der Öffnungen
von Blenden hergestellt, die man im Strahlengang anordnete. Auf diese Weise kann
jedoch nur ein Teil der vorkommenden Aperturen und ,Sehfeldgrößen erfaßt `werden,
während-*zum Zweck darüber hinausgehender Änderungen einer der Kondensoren ausgewechselt
oder einzelne Glieder des Lampenkondensörs gegeneinander verschoben: wenden mußten.
. "Der Anwendung derartiger Beleüchtüngsvorrichtungen haftete -demnach der Mangel
an, wenig sparsam im Lichtverbrauch zu sein und eine stetige Veränderung der Beleuchtungsap@ertur
sowie des Leuchtfeldes in ,dem 'gesamten in Betracht kommenden Bereich ohne verhältnismäßig
unbequeme Eingriffe nicht zu -gestatten.
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Die- Erfindung bezieht- sich auf eine Vorrichtung zur Beleuchtung
mikroskopischer Objekte der eingangs genannten Art, welche also die Vorzüge der
Köehlerschen Beleuchtüngsanordnung aufweist, jedoch innerhalb eines .größeren Bereichs
-in. bezug auf die Größe der - Befeüchtungsapertur und des Leuchtfeldes stetig veränderlich
ist und sich zugleich- .durch einen :besönders sparsamen Lichtverbrauch auszeichnet.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, zwischen den beiden -Koridensoren
ein stetig-.veränderliches optisches System anzubringen,, durch dessen Veränderungen
der Maßstab, . in dem die Lichtquelle und der Lampenkondensör ' -oder 'eine andere
. als Leuchtfeld ` wirksame Blende oder Linsen fassung -'abgebildet werden,-in-Weiten
Grenzen veränderlich ist. Das kann in der. Weise erreicht
werden,
daß man erfindungsgemäß zwischen dem Mikroskopkondensor und Odem Lampenkondensor
ein zusätzliches optisches, in Richtung der, optischen Achse des Beleuchtungss.trahlenganges
ganz oder zum Teil bewegliches System derart anordnet, daß es ;d'as vom Lampenkondensor
erzeugte umgekehrte Bild der Lichtquelle wiederum umgekehrt in veränderlicher Größe
abbildet. Dabei ist es zweckmäßig, dis zusätzliche optische System in unmittelbarer
Nähe des Mikroskopkondensors im Beleuchtungsstrahlengang anzuordnen. Als zusätzliches.
optisches System ist ein solches besonders vorteilhaft, welches aus zwei mit unveränderlichem
Abstand voneinander beweglichen Gliedern und einem von ihnen eingeschlossenen unbeweglichen
Glied besteht. Bildet man dabei die beiden beweglichen Glieder des zusätzlichen
optischen Systems als sammelnde Glieder aus, während das von ihnen eingeschlossene
unbewegliche Glied zerstreuende Wirkung hat, dann kann man durch geeignete Wahl
der Größen der Brennweiten ,der Glieder erreichen, .daß das von ihnen erzeugte Bild
der Lichtquelle unabhängig von der Lage der Einzelglieder Kies zusätzlichen optischen
Systems zueinander stets ungefähr in derselben Ebene liegt, @d. h. daß das System
pankratische Abbildung liefert. Im Gegensatz zu diesem $ystem, bei welchem durch
die Verschiebung zweier in unveränderlichem Abstand befindlicher Glied'ez keine
wesentliche Änderung der Lage der Abbildungsebene hervorgerufen wind, da ein derartiges
System ein Objekt bei .drei verschiedenen Lagen des Systems genau in ,der gleichen
Ebene abbildet, hat man diese Wirkung beispielsweise bei Fernrohren schon durch
Verschieben von zwei benachbarten Gliedern eines aus drei Gliedern bestehenden Systems
erzielt, bei welchem der Abstand (der beiden Glieder mit den Verschiebungen veränderlich
war. Würde hierbei der Abstand der beiden Glieder unveränderlich bleiben, dann könnte
ein Objekt nur in zwei verschiedenen Lagen genau in der gleichen Ebene abgebildet
wenden. Die Unschärfe der Abbildung in den Zwischenlagen macht jedoch diese Ausführungsart
bei Beleuchtungsvorrichtungen nicht unbrauchbar, während entsprechend ausgebildete
Fernrohre mit in .den Zwischenlagen befindlichem Umkehrsystem nicht benutzt werden
können.
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In der Zeichnung sind. vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Abb. i bis 3 zeigen die optischen Teile der ersten drei Beispiele in. schematischen
Mittelschnitten. Abb. 4 gibt das vierte Ausführungsbeispiel, teilweise im Mittelschniitt,
-wieder. In Abb. 5 ist ein 'Schnitt nach der Linie A-A der Abb.4 veranschaulicht.
In den Abb.6 bis 8 sind die beweglichen optischen Teile des vierten Ausführungsbeispiels
in drei verschiedenen Stellungen schematisch angegeben.
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Das erste Ausführungsbeispiel (Abb. i) hat eine Lichtquelle i und
einen Lampenkon:densor 2, an welchem eine Irisblende 3 argebracht ist. In einigem
Abstand von der Irisblende 3 befindet sich eine Sammellinse 4, .der eire Irisblende
5 unmittelbar folgt. Das Beispiel hat weiterhin einen aus drei Linsen 6, 7 und'
8 bestehenden Mileroskopkondensor. Zwischen der Blende 5 und dem Mikroskopkondensor
6, 7, 8 ist ein aus zwei Sammellinsen 9, io bestehendes zusätzliches optisches System
in Richtung der Achse des Beleuchtungssystems verschieblich.
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Die Lichtquelle i wird vom Lampenkondensor 2 und der Sammellinse 4
in der Ebene der Irisblende 5 umgekehrt abgebildet. Dieses Zwischenbild. der Lichtquelle
wird mit der Blende 5 von den Sammellinsen 9, io ungefähr in der vorderen Brennebene
,des Mikroskopkondensors 6, 7, 8 nochmals umgekehrt, also aufrecht abgebildet. Die
Sammellinse 2 entwirft in der Nähe des beweglichen Linsensystems 9, io ein virtuelles
Bild der Blende 3, wobei die Brenn-,veite dier Linse 2 so bemessen ist, daß die
Lage des hinter dem beweglichen L ins,ensystem 9, io entstehen;den Bildes dieser
Blende 3 unverändert bleibt, auch wenn sich das Linsensystem 9, io in die gestrichelt
angedeutete Lage 9', io' bewegt. Bei der gezeichneten Lage der Linsen 9, io wird
das auf der als Aperturblende wirkenden Blende 5 entstehende Zwischenbild der Lichtquelle
i dreifach verkleinert, beider Lage 9', io' dagegen .dreifach vergrößert, und zwar
liegt es auf der ungefähr mit der vorderen .des Mikroskopkon:densors zusammenfällenden
Lich-teintrittsfläche der Linse 6. Ist der Durchmesser dieser Linse 6 so gewählt,
daß das Bild der Lichtquelle im letztgenannten Falle die Lichteintrittsfläche dieser
Linse gerade ausfüllt, -und ist die Apertur des Mikroskopkondensors- 440, dann wird
bei einer Verschiebung des Linsensystems 9, io in die Lage 9', io', die Apertur
des Beleuchtungssystems von o,i56 auf i;4o verändert. Bei dieser Verschiebung ändert
sich die Größe des vom Mikroskopkondensor 6, 7, 8 in :der Objektebene erzeugten
Bildes der Blende 3, die als Leuchtfeldblende wirkt, im Verhältnis 9 : i. Das Leuchtfeld,
welches bei der Apertur'o,i56 einen Durchmesser von 3,2i mm hat, verkleinert sich
fdemnach beim Übergang zur Apertur 1,4o auf einen Durchmesser von 0357 Beim zweiten
Ausführungsbeispiel (Abb.2) ist wiederum an einem hinter einer Lichtquelle ii vorgesehenen
Lampenkondensor 12 eine Iris-blende 13 angebracht. Als Mikroskopkondensor
dient
ein dreilinsiger Kondensor 14, 15, 16, in dessen vorderer -Brennebene sich eine
Irisblen.de 17 befindet, die als Aperturblende wirkt. Zwischen den Blenden 13 und
17 befindet sich eine feste Sammellinse 18 und zwischen dieser und der Blende 13
ein verschiebliches zusätzliches Linsensystem 19, 20.
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Die Blende 13, die als Leuchtfeldblen@de wirkt, wird durch das bewegliche
Linsensystem ig, 2o auf der Sammellinse 18 und vom Mikroskopkondensor 14, 15, 16
in der Objektebene abgebildet. Der Lampenkondensor 12 entwirft ein umgekehrtes Zwischenbild
der Lichtquelle ii so in der Nähe des Linsensystems ig; 2o, @daß dieses Zwischenbild.
unverändert in derselben Ebene abgebildet wird, auch wenn das Linsensystem- ig,
2o in die gestrichelt angedeutete Lage 19', 20' verschoben wird. Mit Hilfe der Sammellinse
18 entsteht dann schließlich ein aufrechtes Bild der Lichtquelle i i in der Ebene
der Aperturblende 17. Die Abbildungsmaßstäbe für :die Abbildungen der Lichtquelle
i i auf der Aperturblende 17 und der Leuchtfeldblende 13 in der Objektebene ändern
sich beim Verschieben des zusätzlichen Linsensystems i9, 2o in die Lage ig', 2o'
in denselben Verhältnissen wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel
hat dem ersten gegenüber jedoch den Nachteil, daß die Öffnung .der Aperturblende
17 mit der Verschiebung des Linsensystems ig, 2o geändert werden muß, falls man
nicht wünscht, daß die Größe der Lichtquelle i i selbst maßgebend für die Apertur
des Beleuchtungssystems ist. Soll beispielsweise das Objekt mit einer Apertur, -die
ein Drittel der Apertur des benutzten Mikroskopobjektivs beträgt, beleuchtet werden,
dann wird beim ersten Ausführungsbeispiel die Aperturblende 5 so weit geschlossen,
daß der Durchmesser ihrer Blendenöffnung nur noch ein Drittel des, Durchmessers
ihrer größten Öffnung beträgt. In diesem Zustand läßt man die Blende 5 auch beim
Auswechseln des Mikroskopobjektivs gegen ein anderes, während die Aperturblende
17 des zweiten Beispiels bei jedem Objektivwechsel neu eingestellt werden muß. Bei
den beiden beschriebenen Beispielen ist der Abstand der Linsen 9, io bzw. ig, 2o
des beweglichen Linsensystems voneinander unveränderlich. Beide Beispiele haben
den Nachteil, daß die Lichtquellen i und ii und die Leuchtfeldblen.d@en 3 und 13
nur in den: gezeichneten Erndstellungen scharf auf den Linsen 6 und 14 bzw. in der
Objektebene abgebildet werden. Nehmen die Linsen 9, io und ig, 2o Stellungen zwischen
den Endstellungen ein, dann sind die Bildebenen mehr oder weniger verlagert. Diese
Verlagerung kann bei dem Beleuchtungssystem für die in Frage kommenden Zwecke bis
zu einem gewissen Grade als zulässig angesprochen werden; es erfährt jedoch dabei
der Aperturbereich des Beleuchtungssystems, in welchem. dieses mit Vorteil verwendet
werden könnte, eine Schmälerung. Der unerwünschten Verlagerung der Bildebenen kann
man in einfacher Weise dadurch begegnen, däß man das zusätzliche optische System
aus zwei Teilsystemen aufbaut, deren Abstand voneinander veränderlich ist. Ein solches
Beleuchtungssystem zeigt das dritte Ausführungsbeispiel.
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Der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels (Abb. 3) entspricht dem
d es ersten Beispiels; die einzelnen Glieder des Systems sind mit denselben Bezugszeichen
versehen. Abweichend vom ersten Beispiel ist jedoch der Abstand der beiden Linsen
9 und io des zusätzlichen beweglichen optischen Systems veränderlich. Die Linsen
9 und io lassen sich nunmehr so in die gestrichelt angedeutete Endstellung g', io'
überführen, daß für alle Zwischenstellungen, beispielsweise die punktiert bezeichnete
Stellung g', io', die Abbildungen der Lichtquelle i und der Leuchtfel.dblende 3
stets ungefähr in dieselben Ebenen fallen, in welchen sie liegen, wenn,die Linsen
ihre beiden, Endstellungen einnehmen. Eine derartige Abbildung, die man als pankratische
Abbildung bezeichnet, kann bekanntlich in der Weise praktisch verwirklicht werden,
daß man die beiden beweglichen Glieder beispielsweise durch von einem gemeinsamen
Antriebsglied aus oder mittels anderer aus dem Bau pankratischer Fernrohre bekannter
Mittel in der gewünschten Weise steuert.
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Beim vierten Ausführungsbeispiel (Abb. 4 bis 8) ist eine als Lichtquelle
dienende Glühlampe 2i mit ihrer Fassung 22 in einem rohriörmigen Gehäuse 23 befestigt.
Unmittelbar hinter der Glühlampe 21 ist eine als Lampenleondensor dienende Sammellinse
24 gefaßt, der eine Irisblende 25 folgt. Im Gehäuse 23 befinden sich, zwei Schlitze
26 zur Aufnahme von Farbfiltern 27 u. dgl. ; ferner enthält das Gehäuse 23 eine
Sammellinse 28, hinter welcher eine zweite Iri:sblende 29 angebracht ist. Mittels
eines Ringes 30 ist an dem Gehäuse 23 ein rohrförmiges Verlängerungsstück
31 befestigt, welches eine zerstreuende Linse 32 trägt und als Führung für eine
in der Achsenrichtung verschieblich.e Muffe 33° dient, -die mit einem Gewindestück
34 versehen ist, das durch einen Längsschlitz 35 des Verlängerungsstückes 31 hindurchgreift.
Auch die Muffe 33 ist mit einem Längsschlitz 36 versehen, durch welchen die Fassung
der Linse 32 hindurchgreift; sie trägt zwei gleiche Sammellinsen 37 und 38, zwischen
denen sich die zerstreuend:
-e-Lirise_32- befindet. Auf dem Verlängerungsstück
3T ist eine Hülse 39 drehbar, die mit einem 4o versehen ist, in welches das
Gewindestück 34 der Muffe 33 eingreift. Durch einen Ring 41 ist das, Verlängerungsstück3i
mit einem Prismengehäu@se 42 verbunden. Dieses Pris:mengehäuse 42 enthält ein den
Strahlengang um einen rechten Winkel ablenkendes Spiegelprisma 43 und trägt einen
Mikroskopkondlensor 44, welcher drei sammelnde Glieder 45, 46 und" 47 enthält.
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Abgesehen von der durch das Prisma 43 bewirkten Knickung des Beleuchtungsstrahlenganges
entspricht das vierte-Beispiel in bezug auf Brennweiten und Abstände der optischen
Glieder dem schematisch .dargestellten ersten Beispiel mit Ausnahme des zusätzlichen
optischen Systems, welches hier ein aus den ,drei Linsen 37, 32 und 38 bestehendes
pankratisches System ist. Die Wirkung dieses Systems ist in den Abb. 6 bis 8 schematisch
dargestellt. Wie -beim ersten Beispiel wirkt die der Lichtquelle benachbarte Irisblen.de
25 (Abb. 4) als, Leuchtfeldblende, die ihr fernere Irisblernde 29 als Aperturblende
des Beleuchtungssystems. Das in der Ebene der Aperturblende 29 durch die Linsen
24 und 28 erzeugte umgekeh ,te Zwischenbild des Glühfadens der Lampe 21 ist in den
Abb. 6 bis 8 als Pfeil 48 angedeutet. Bei -der in Abb. 6 wiedergegebenen Lage der
Linsen 37, 32. und 38 zueinander erzeugt das System ein aufrechtes Bild 48' der
Lichtquelle, :dessen. Größe ein' Drittel des Zwischenbildes 48 ist. Bei der zweiten,
-in Abb. 7 veranschaulichten Lage :des pankratischen Systems entsteht ein aufrechtes
Bild 48" .des Glühfadens von. der gleichen Größe und bei der in Abb. 8 dargestellten
Lage ein aufrechtes Bild 48"-' von der dreifachen Größe des Zwischenbildes-48.
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Zum Gebrauch wird das Gerät mit dem Mikroskopkondensor 44 in -bekannter
Weise in den Kontdensorhalter des zu benutzenden Mikroskops eingesetzt und darin
festgeklemmt. Die Glühlampe 2i wind an einen geeigneten Stromkreis angeschlossen.
Die beiden in der Muffe 33 gefaßten Sammellinsen 37 und 38 werden durch Drehen .der
Hülse 39 in die in Abb. 8 wiedergegebene Lage gebracht und nunmehr die Aperturblende-29
so weit geschlossen, ,daß -das von dem zusätzlichen System 37, 32, 38 erzeugte Bild
48"' der Lichtquelle die freie Öffnung der ersten Linse 45 des Mikroskopkondensors
44 gerade ausfüllt. Während des Gebrauchs der Vorrichtung bleibt,die so eingestellte.Öffnung
der Aperturblende 29 unverändert; die Apertur des Beleuchtungssystems wird durch
Drehen der Hülse 39 und demzufolge Verschieben der Muffe 33 mit den Linsen 37 und
38 geändert. Die Ebene in welcher die Bilder 48', 48" und 48'u- sowie die zu den
übrigen Stellungen des Systems 37, 32, 38 gehörenden Bilder der Lichtquelle - erzeugt
werden, bleibt unverändert erhalten. In die Schlitze 26 werden beim Gebrauch der
Vorrichtung j e nach Bedarf Farbfilter, Mattscheiben, Graugläser o. dgl. eingesetzt.
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In der folgenden Zusammenstellung sind die Krümmungsradien
r, idie Glasdicken
d und die Abstände l für die optischen Glieder
der beschriebenen angegeben und ferner die Glasarten durch Angabe der Brechungszahlen
nD für die D-Linie .des Sonnenspektrums gekennzeichnet.
| + 12,93 l1 = 7,594 d' = 3,5 |
| r2 = - 5,6 12 - = 56497 d2 = 2,5 |
| y3 =. + 29,665 l3 y. 0,854 d3 = 2,5 |
| r4 = - 29,665 14 = 65694 d4 = 2,5 |
| y5- 00 14' - 2ö,632 d5 = 5,5 |
| r6 = - 17,384 1" = 31,898 d6 = 12,0 |
| r' _ + 17384 l5 = 0,50o d' - 8,073 |
| Y8 = 00 l5' = 0,500 d8 - 3,5 |
| rs - 00 15,. = 23,030 d9
= 2,5 |
| 710-- 32,22 16 - 19,570 d'° = 2,5 |
| 71' = + 11,7 l' = 64,632 d 1 ' = 5,5 |
| y12 = 0 16" = 30,836 d12= 5,5 |
| 713 = + 6,0o8 1' = 0,50o d13 - 12,0 |
| r14=00 11 = o,ooo d14- 8,073 |
| r15 = + 1293 19 = 7,684 d'5= 4,11 |
| r16 = - 5,6 110 = =g 888 d1 6 =
0,93 |
| Y l' = 00 l' = 65,oio d1' - 4,I1 |
| rls = -17 384 111 = 0,500 |
| 71s = + 17,384 112 = 63,879 |
| Y20 = 00 112' - 18,759 |
| 721 = -j- 28,25_- 113 = 53,450 |
| r22 = -28 25 _114 - 0,500 |
| Y23 =- 00 l15 = o,ooQ |
| Y24 = - 32,22 lf = 43,967 |
| y25 = +11,7 11G" - 37,072 |
| Y 2s = 00 11f3", = 30j76 |
| Y2' = + 6,0o8 117' = =,o98 |
| Y28 = 00 111" = 8,o11 |
| Y2s - +.18,415 1171 11 = 14,924 |
| yso = -18 415 118' = 14,924 |
| Y31= - 9,512 118" = 8,0i1 |
| r32 = -I- 9,5I Ps` - i ,o98 |
| 733 = + 18,415 l'9' - 30,=76 |
| r34 = 18,415 l"" = 3-7,07:2 |
| 1l"" = 43,967 |
| Linsen. 2, 4, 6, 7, 8, 9, =o, 12, |
| =4, 15, =6, 18, =g, 2o, 24, 28, |
| 45, 46, 47 und Prisma 43. .. nD = 1,51633 |
| Linse 32 . . . . . . . . . . . . . . . : . - saD = 1,62004 |
| Linsen 37, 38 . . . . . . . . . . . . . . . iin = 1,63958 |