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Vorrichtung zur Steigerung des optischen Auflösungsvermögens eines
Mikroskopobjektivs Die Erfindung betrifft eine bei einem Mikroskop zwischen dem
Objektiv und dem Präparat einzuschaltende Vorrichtung, die einem Objektiv mit Trockensystem
das optische Auflösungsvermögen eines Objektivs mit Immersionssystem zu verleihen
gestattet und mit besonderem `Torteil bei Objektiven mit größtem Öffnungswinkel
zzc, z. B. mit sin it - o,95, verwendbar ist, wo sie bei für die numerische Apertur
Werte bis zu z,6o ergibt. Erfindungsgemäß wird es nämlich möglich, die Öffnungsweite
eines Mikroskopobjektivs auf den n-fachen Wert zu bringen, indem von dem zu prüfenden
Präparat über ein in besonderer Weise angeordnetes und ausgebildetes optisches System
mit der Brechungszahl :t ein Luftbild erzeugt wird, das man in üblicher `'eise betrachten
kann. Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht in ihrer grundsätzlichen Ausführung
aus drei Teilen, nämlich erstens aus einem lichtdurchlässigen Körper mit der Brechungszahl
rz, dessen Fläche so gestaltet ist, daß sie mit dem zu untersuchenden Objekt in
Berührung gebracht werden kann, während seine andere Fläche kugelig geformt ist,
so daß sie senkrecht von den vom Objekt kommenden und aus dem lichtdurchlässigen
Körper austretenden Lichtstrahlen durchquert wird, ferner zweitens aus einem kugeligen,
konkav gewölbten Spiegel, der zu dem für die Anordnung des Objekts zur Herbeiführung
seiner Berührung mit dem lichtdurchlässigen Körper bestimmten Punkt zentriert ist
und an seinem Scheitel eine Öffnung für den Durchgang der Lichtstrahlen aufweist,
sowie
drittens aus einer halb .lichtdurchlässigen Lamelle, die in
der Bahn der Lichtstrahlen zwischen dem für die Lagerung des Objekts vorgesehenen
Punkt und dem konkaven Spiegel senkrecht zu dessen Achse angeordnet ist.
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Die kugelige Austrittsfläche des lichtdurchlässigen Körpers kann,
um den Durchgang der Strahlen senkrecht zu seiner Fläche zu gewährleisten, zu dem
Punkt, wo sich das Objekt befinden muß, oder zu dem Punkt, wo sich das Bild formen
soll, zentriert sein.
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Bei dieser Vorrichtung wird unter Ausnutzung der Eigenschaften eines
halbkugeligen lichtdurchlässigen Körpers und eines konkaven Spiegels erreicht, daß
sich für den Mittelpunkt der Spiegelwölbung ein genau stigmatisches und aplanatisches
optisches System ergibt, bei dem unabhängig von der unter Umständen bis zu 72° betragenden
Winkelöffnung .des Lichtstrahlenbündels die einzelnen vom Objekt ausgehenden Lichtstrahlen
den lichtdurchlässigen Körper und die halb transparente Lamelle durchqueren, sich
am Spiegel und dann an der halb lichtdurchlässigen Lamelle reflektieren und ein
in üblicher Weise mittels eines Mikroskops zu betrachtendes Luftbild formen. Da
das Objekt sich in einem die Brechungszahl n aufweisenden lichtdurchlässigen Medium
befindet und der Winkel der gebrochenen Strahlen mit der Achse des lichtdurchlässigen
halbkugeligen Körpers 24 ist, beträgt die numerische Apertur n - sin
u, und das mit dieser zunehmende Trennvermögen des Mikroskops kann so durch
Wahl eines lichtdurchlässigen Körpers von entsprechend hoher Brechungszahl n von
dem bei Trockensystemen erreichbaren Wert sin u auf den Wert n - sin u ohne
Zuhilfenahme eines Immersionssystems gesteigert werden. Die Berührung zwischen dem
zu untersuchenden Objekt oder Präparat und dem lichtdurchlässigenKörperkann vorzugsweise
mittels einer Flüssigkeit von hoher Brechungszahl verwirklicht sein.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Vorrichtung nach der Erfindung in
rein schematischer Darstellung beispielsweise in zwei Ausführungsformen und läßt
auch ihre Wirkungsweise näher im einzelnen erkennen. Abb. i und 2 erläutern das
der Vorrichtung nach der Erfindung zugrunde liegende bauliche und optische Prinzip,
und Abb. 3 und 4 geben im Achsschnitt zwei praktische Verwirklichungen dieses Prinzips
wieder.
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Gemäß Abb. i ist das zu prüfende Präparat M in dichter Berührung mit
der einen entsprechend, z. B. eben gestalteten Fläche eines lichtdurchlässigen Körpers
mit der Brechungszahl n, der in Verbindung mit irgendeinem optischen Sytem V von
dem Objekt M ein Bild M' liefert, das ohne Änderung der Bahnen der Lichtstrahlen
in der Luft im Mittelpunkt einer in dem lichtdurchlässigen Körper mit der Brechungszahl
n ausgesparten kugeligen Höhlung entsteht. Mit Hilfe 'eines Mikroskops, von dem
nur die stirnseitige Linse F in Abb. i wiedergegeben ist, beschaut man das Bild
M', und da's erfindungsgemäß ergänzte. Mikroskop verhält sich dabei in bezug auf
das Trennvermögen des Trockensystemobjektivs, wie wenn dieses mit einem Immersionssystem
mit einer Flüssigkeit von hoher Brechungszahl n ausgebildet wäre. Das gleiche Ergebnis
wird erreicht, wenn man die in Abb. i vorgesehenen Teile nach dem Prinzip der Abb.
2 anordnet, bei der das Präparat M im Mittelpunkt eines kugeligen konvexen lichtdurchlässigen
Körpers aus einer Masse mit der Brechungszahl n vorgesehen ist und aus diesem die
Lichtstrahlen in die Luft ohne Ablenkung austreten und auf ein beliebiges optisches
System V treffen, wodurch vom Präparat M das Luftbild M' entsteht, das durch das
Mikroskop F betrachtet wird.
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Die nach dem baulichen und optischen Prinzip der Abb. i ausgebildete
Voriichtung nach Abb. 3 besteht aus einer Halbkugel aus lichtdurchlässigem Stoff,
z. B. aus Glas, mit der Brechungszahl n, die nach einer zu ihrer Grundebene
CD parallelen Fläche AB
geschnitten ist, die durch Auftrag einer Schicht
aus geeignetem Stoff halb reflektierend gemacht ist. In der konvexen Oberfläche
des oberen Teils der Halbkugel ist eine kugelige Höhlung EE' ausgespart, deren Mittelpunkt
M' mit Bezug auf den Mittelpunkt M der Halbkugel symmetrisch zur Ebene
AB liegt. Die konvexe Fläche AE-E'B wird vor dem Zusammenkleben der beiden
Teile der Halbkugel mit reflektierendem Stoff, z. B. durch Versilbern, bedeckt.
Das Präparat wird in dem Mittelpunkt M der Halbkugel an diese mit Hilfe einer Flüssigkeit
von hoher Brechungszahl angelegt und die Gesamtheit von Halbkugel und Präparat vor
dem Mikroskop in Stellung gebracht. Das Mikroskop wird für die Betrachtung des an
der Stelle M' erscheinenden Bildes des im Punkte M befindlichen Präparates eingestellt.
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Irgendein von dem Präparat im Punkte M ausgehender Lichtstrahl
MP trifft zunächst im Punkte N
auf die halb reflektierende Schicht
AB und zerlegt sich hier in einen nach unten reflektierten und als verloren
anzusehenden, in Abb.3 gestrichelt angedeuteten Teilstrahl und in einen durch die
Schicht AB hindurchgehenden, in Abb.3 voll ausgezogenen Teilstrahl NP. Dieser
Teilstrahl NP wird im Punkte P an der verspiegelten Fläche AE-E'B zurückgeworfen
und in sich selbst reflektiert, so daß er im Punkte N an der halb re$ektierenden
Schicht AB von neuem reflektiert wird und die Halbkugel ohne Ablenkung über
die konkave Begrenzungsfläche der Höhlung EE' verläßt, um nach dem Punkt M' zu gelangen,
wo sich durch die sämtlichen in dieser Weise vom Präparat M aus die Halbkugel durchquerenden
Strahlen ein genau stigmatisches und äplanatisches Bild des Präparats formt.
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Die numerische Apertur ist dann 7a - sin zz für ein Objektiv mit einer
mindestens dem Wert sin u gleichen Öffnungsweite, und dieses Objektiv wirkt bei
der Betrachtung des Präparats wie ein Objektiv mit der Öffnungsweite n - sin u.
Dies bedeutet, daß die Leistung und die Wirkung des Mikroskops mit einem Falttor,
der gleich der Brechungszahl iz der aus Glas oder einem anderen lichtdurchlässigen
Stoff bestehenden Halbkugel ist, vervielfacht ist, wenn die beim Präparat M vorgesehene
Immersionsflüssigkeit richtig gewählt ist. Die Halbkugel braucht dabei nicht vollständig
zu,sein, sondern es können auch bestimmte optisch nicht nützliche Teile, wie die
dem Ring AC-BD benachbarten Bereiche, weggelassen sein.
Die aus
Abb. 4 ersichtliche Vorrichtung beruht auf dem Anordnungsprinzip der Abb. 2, indem
der Übergang der Lichtstrahlen vom Präparat in die Luft gemäß Abb. 3 über einen
konvexen, halbkugeligen lichtdurchlässigen Körper L mit der Brechungszahl
rt erfolgt, dessen Mittelpunkt M das Präparat einnimmt, das damit gleichzeitig im
Mittelpunkt eines kugeligen Spiegels AE-E'B liegt, der eine mittlere Öffnung EE'
aufweist und dem eine halb reflektierende, zwischen ihm und der Halbkugel
L angeordnete Lamelle AB
vorgelagert ist, die senkrecht zur Achse der
Halbkugel L liegt.
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Ein beliebiger, von dem Präparat im Punkte M ausgehender Lichtstrahl,
z. B. der Strahl MP, tritt aus der konvexen Fläche der Halbkugel L senkrecht zu
dieser und somit ohne Ablenkung aus und trifft im Punkte N die halb reflektierende
Lamelle AB. Die Hälfte des Lichtstrahles geht durch die seinen anderen Teil nach
unten als verloren reflektierende Lamelle AB
hindurch, wird an dem konkaven
Spiegel AE-E'B im Punkte P in sich selbst zurückgeworfen und an der Lamelle L nochmals
reflektiert, um schließlich nach dem Punkte ?61' zu gelangen, der mit Bezug auf
die Lamelle AB symmetrisch zum Punkte M liegt. Im Punkte M' entsteht durch die sämtlichen
nach ihm in dieser Weise vom Präparat M aus gelenkten Lichtstrahlen das durch das
Mikroskop zu betrachtende Luftbild des sich auch nach Abb. 4. in Berührung mit einem
lichtdurchlässigen Körper mit dem Brechungsindex rt befindenden Präparats.
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Die durch die Lamelle AB eingeführten Lichtabweichungen von
begrenzter Wirkung können durch eine geeignete Änderung der Form der nicht reflektierenden
Fläche der Lamellenschicht AB oder durch ein nach dem Milkroskopobjektiv
vorgesehenen optisches Ausgleichsglied berichtigt werden.
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Die Vorrichtungen nach Abb. 3 und 4 können auch für eine Betrachtung
im Phasenkontrast ausgebildet werden. Man braucht hierfür nur die Phasenlamelle
zwischen dem Präparat M und seinem durch das optische System erzeugten Bild 1l7'
einzuschalten, indem man sie beispielsweise auf der halb reflektierenden Lamellenfläche
AB oder auf dem kugeligen Spiegel AE-EB anordnet.