DE7709132U1

DE7709132U1 - Mikroskop mit grosser schaerfentiefe

Info

Publication number: DE7709132U1
Application number: DE19777709132
Authority: DE
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1976-03-25
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE2712837C3; DE2712837B2; DE2712837A1; JPS52116257A

Description

Olympus Optical Co. Limited cot 7582 Tokyo-to/Japan 23. März 1977

L/Br

Mikroskop mit großer Schärfentiefe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikroskop mit großer Schärfentiefe.

Die durch ein Mikroskop zu betrachtenden Präparate haben immer eine bestimmte Dicke. Die üblichen Mikroskope haben insbesondere bei hoher Vergrößerung geringe Schärfentiefe. Mit den üblichen Mikroskopen ist es möglich, eine bestimmte Schnittfläche zu einem Zeitpunkt zu betrachten. Es ist jedoch erforderlich, zur Betrachtung einer anderen Schnittfläche die Einstellung zu verändern, wodurch es sehr schwierig ist, einen Gesamtbereich des Präparates zu betrachten. Weiterhin kann der Kontrast für feine Strukturen in Bildern außerhalb der Brennebene umgekehrt werden, was zu fehlerhaften Beobachtungsergebnissen führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikroskop anzugeben _f das so ausgebildetist, daß es

eine hohe Schärfentiefe aufweist und eine Umkehr des Bildkontrastes verhindert.

Dies wird erfindungsgemäfi dadurch erreicht, daß ein Filter, dessen Transmissions«Koeffizient in der Nähe der optischen Achse hoch ist und der zum Umfang zu zunehmend verringert ist, an oder nahe der Ebene der Austrittspupille des Objektivs oder an oder nahe der Ebene^S<;^B der Austrittspupille des Objektivs, das von einer weiteren Linse projiziert ist, angeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindurug sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun .anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung erläutert.

Fig,2 eine grafische Darstellung der Transmissions-

Roeffizienten der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Filter, und

Fig.3A,B, Kurven, die die optischen Übertragungefunktionen

4A,B,5A, erläutern.

-3-

C 3V

In Flg. 1 1st das Prinzip des optischen Systems eines Mikroskops nach der vorliegenden Erfindung gezeigt ( das Beleuchtungssystem 1st nicht dargestellt ). Die Strahlen , die durch die Aperturblende der Kondensorlinse S hindurchgegangen sind, werden vom Kondensor C gesammelt und nach Beleuchtung eines Präparates X treten sie aus der, Austrittspupille E₁ aus. Ein von dem Präparat auf diese Welse erhaltenes Bild wird durch ein Okular E betrachtet. Die optische Achse 1st mit A bezeichnet. Bei einem normalen Mikroskop 1st nichts an der Stelle der Austrittspupille E₁ angeordnet, die daher gleichmäßig transparent 1st. Bei dem Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung 1st jedoch ein Filter F mit einem Transmissions-Koeffizienten, wie er beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, an oder nahe der Ebene der Austrittspupille E₁ angeordnet. In FIg, 2 bezeichnet r die Entfernung von der optischen Achse und der Radius der Austrittspupille E₁ ist zu 1 normiert. T bezeichnet den Transmissions-KoeffIzienten und der maximale Transmissionskoeffizient ist zu 1 normiert. Das Filter hat insgesamt tatsächlich einen Transmissions-Koef fizientenver lauf , dessen Kurve mit im wesentlichen konischer Form erhalten wird, wenn die Kurve in Fig. 2 um die Ordinate (T-Achse) um 36o^a gedreht wird, wobei der Radius gleich dem der Austrittspupille 1st. Das Filter 1st dabei so angeordnet, daß die Ordinate CT-Achse) zur optischen Achse A in Flg. 1 ausgerichtet ist. Die Form der Kurve für den Transmissions-Koeffizienten T In Flg. 2 1st als ein Beispiel zu betrachten und es 1st möglich, Transmissions-Koeffizienten T in folgender

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Weise zu wählen

T = 1 ~ ar, J ^ r ^O (1)

1 - ar² (2)

Die Kontante a ist der Schwächungsfaktor und wählbar in einem Bereich von 0<a £ 3 . Es ist daher möglich, verschiedene Effekte auf die Schärfentiefe und auf die Umkehrung des Kontrastes zu verhalten, indem Filter F mit verschiedenen Kurven d Transmissions-Koeffizienten T verwendet werden. Die Kurve des Transmissions-Koeffizienten T, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, kann von der Art einer Cosinuskurve oder einer Gauss-Verteilungskurve mit einem Maximalwert am Nullpunkt 0 in Fig. 2 sein. Filter F können leicht auf fotografischem Wege durch Aufdampfen oder ähnliche geeignete Verfahren hergestellt werden. Wie zuvor beschrieben, werden die Strahlen, die die Austrittspupille E~ durchlaufen, von dem Filter F am Randabschnitt des Filters F stärker absorbiert.

Um die Wirkung des Filters F zu bestätigen, wurden Mikroskopbetrachtungen und Aufnahmen unter Verwendung von zwei Mikros-

in kopen durchgeführt, von denen einem ein Filter, wie es anhand Fig. 2 erläutert ist, verwendet wurde, während das andere kein Filter enthielt. Die Experimente zeigten, daß eine merkbare Differenz weder für Grob- noch für Feinstrukturen in den eingestellten Bereichen auftrat. In den Bereichen, die zwei Wellenlängen vom Brennpunkt entfernt waren, zeigte

jedocb das Mikroskop mit dem Filter höhere Wiedergabequalität für Grobstrukturen und höheren Bildkontrast und höhere Auflösung für Feinstrukturen. In einem Präparatbereich, der vier Wellenlängen vom Brennpunkt entfernt war, zeigte das Mikroskop ohne Filter nur stellenweise Auflösung und Eckringe infolge umkehr des Bildkontrastes, während das Mikroskop mit dem Filter F eine bedeutend höhere Bildwiedergabequalität und höheren Kontrast und bessere Auflösung für Grob- und Feinstrukturen zeigte. Zur quantitativen Prüfung wurde die optische übertragunpfunktion für ein Objekt mit sinusförmigem Verlauf der Trajismissions-Koefflzlenten entsprechend der nachstehenden Formel (3) berechnet

O W « 1/2 ( H cos. 2#/*x ) (3)

Daiin bezeichnen

χ die Lagekoordinaten auf der Oberfläche des Objektes/ yU die Ortsfrequenz.

Bei der Annahme einer Vergrößerung Ix kann die Bildintensitäts- %

\ Verteilung I (x) für ein Objekt, das einen Tranmissions- |

Koeffizienten entsprechend Formel (3) besitzt, wie folgt | ausgedrückt werden

I (x) - D + A₁ cos 23t/u. χ + A₂ cos 4 3tju x (4)

Fig. 3A,3B,4A,4B_r5A und 5B zeigen die Kontrastkurven des Objekts, das eine Bildintensitätsverteilung entsprechend

•■ti ill* Il t III

• ·«·· a·· ■

Formel (4) besitzt. Zur Ermittlung dieser Kurven·wurde ein Filter F mit einem Transmissions-Koeffizienten T entsprechend Formel (2) unäLait a=o,8 verwendet. A₂/D wurde als vernachlässigbar klein fortgelassen. Fig. 3A, Fig. 4A unf Fig. 5A zeigen die charakteristischen Kontrastkurven eines Mikroskops ohne das Filter F, Fig, 3B» Fig. 4B und Fig, 5B zeigen dagegen die charakteristischen Kontrastkurven eines Mikroskops nach der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigen Fig. 3A und Fig. die charakteristischen Kontrastkurven für Präparatbereiche im Brennpunkt, während Fig. 4A und Fig . 4B die charakteristischen Kontrastkurven für Bereiche, die eine halbe Wellenlänge außerhalb vom Brennpunkt in bezug auf die Wellenfrontaberration und Fig. 5A und Fig.5B zeigen die charakteristischen Kontrastkurven für Abschnitt», die eine Wellenlänge vom Brennpunkt entfernt sind. In diesen Figuren stellt die Abszisse die reduzierte Raumfunktion entsprechend der folgenden Formel dar

N · AO < ^lDi

Darin bezeichnet

Ts. die Wellenlänge,

yuäie Raumfrequenz auf der Objektoberfläche und N.Ao die numerische Apertur auf der Gegenstandsseite des Objektivs.

Das Verhältnis zwischen der numerischen Apertur des Objektivs und der der Kondensorlinse C in Fig. 1 ist wie folgt definiert

-7-

• · «· · ι ι litt ti

·· Il · · t Il ·

• · · I I I I

·· ·· all ti im

^ 7 <c

„ y . ac

^M WTTp

Darin bezeichnet N.Ac die numerische Apertur der Kondensorlinse C, In Fig. 3A, 3B, 4A, 4B und Fi?. 5A und 5B repräsentiert die Ordinate den Kontrart C=A₁/D eines Objekts mit einer Bildintensitätsverteilung, wie sie durch die Formel (4) ausgedrückt ist. Obwohl ein kleiner Unterschied zwischen den in Fig. 3A und Fig. 3B gezeigten Kurven erkennbar ist, ist dieser Unterschied von keiner Bedeutung in der Mikroskopiepraxis. Bei der Kurve für M=] in Fig. 4A ist der Kontrast C=O bei der Raumfrequenz S=I und ein geringer Kontrast C ist wieder hervorgerufen, wenn S 1 übersteigt. In Fig. 4B ist der Kontrast; C hoch in dem Bereich von S-Cl und wird Null bei einer weit größeren Frequenz als in Fig. 4A. Daraus ergibt sich, daß das Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung einen höheren Kontrast und ein höheres Auflösungsvermögen als ein Mikroskop ohns solch sin Filter liefern kann. Beim Verhältnis M=O,5 wird der Kontrast C negativ in einem Bereich von S ^ 1, wodurch die Bildwiedergabe entsprechend Fig.4A beeinträchtigt wird. Entsprechend Fig. 4B kann jedoch der Kontrast kaum negativ werden und die dem Kontrast C=O entsprechende Frequenz ist im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 4A , Das Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung kann daher eine bessere Bildwiedergabe bei in wesentlichen unveränderter Auflösung gewährleisten.

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Ein Vergleich von Fig. 5A und Fig. 5B zeigt eine größere Differenz zwischen einem erfindungsgemäßen Mikroskop mit Filter und einem Mikroskop ohne Filter. Das heißt, das Mikroskop nach der vorliegenden Erfindung erweist sich als desto vorteilhafter, je mehr die Bilder beträchtlich vom Brennpunkt wegliegen und das Verhältnis M kleiner ist. Diese unter bezug auf die Zeichnungen gegebene Erklärung ist durch praktische Mikroskopunfcersuchurigen bestätigt worden.

Bei der Herstellung des Mikroskops nach der vorliegenden Erfindung kann es praktisch schwierig sein, das Filter.F direkt in der Ebene der Austrittspupille E₁ anzuordnen. Es ist jedoch möglich, ein reelles Bild der Austrittspupille E- durch Verwendung einer konvexen Linse zu erzeugen und das Filter F dann so anzuordnen, daß es gegen andere Filter leicht austauschbar ist, die verschiedene Transmissions-Koeffizienten entsprechen der Formel (2) besitzen. Die Anordnung eines geeignetes Filters bei solchen Untersuchungen kann der Fachmann leicht vornehmen.

Claims

' ~r

PATENTANWALT

Dipl.-Phys. R. Luyken

MÜNCHEN 2 - TAU 27

TELEFON 22 IS 27 · TELEX 623 332

oot 7582

23. März 1977

L/Br

Sprüche.

1'. Mikroskop mit großer Schärfentiefe, gekennzeichnet

durch ein Filter F, dessen Transmissions-Koerfizient an der optischen Achse A hoch ist« während er zum Rand des Filters fortlaufend abnimmt und das an oder nahe der Austrittspupille eines Objektivs (0) angeordnet ist.
2. Mikroskop nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zu- "~ sätzliche Lins»»» wobejl das Filter an oder nahe der/von der zusätzlichen Linse proj!zierten Bilde«* der Austrittspupille des Objektivs liegt.
3. Mirkroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß das Filter einen durch die folgende Formeln gegebenen Transmiseions«Koeffizienten aufweist.

T « 1 *· ar _f 3£r£0

T « J ~ ar²

wobei T der Transmisslons~Koeffizient, a der Schwächungsfaktor und r der Abstand,gemessen von der optischen Achse, ist.

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„ 2 -
4. Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dafi das Filter einen Transmissionskurvenverlauf_:nach Art einer Cosinuskurve mit maximalem Wert auf der optischen Achse aufweist.

5, Mikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, %. · da» das Filter einen Transiüissicn3kurvenverlauf entsprechend einer Gauss - Verteilung mit Maximalwert auf der optischen Achse aufweist.

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