DE879608C - Vorrichtung zur Steigerung des optischen Aufloesungsvermoegens eines Mikroskopobjektivs - Google Patents

Vorrichtung zur Steigerung des optischen Aufloesungsvermoegens eines Mikroskopobjektivs

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DE879608C
DE879608C DEC4220A DEC0004220A DE879608C DE 879608 C DE879608 C DE 879608C DE C4220 A DEC4220 A DE C4220A DE C0004220 A DEC0004220 A DE C0004220A DE 879608 C DE879608 C DE 879608C
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Germany
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spherical
semi
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refractive index
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DEC4220A
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Maurice Michel Francon
Georges Nomarski
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • G02OPTICS
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    • G02B21/00Microscopes
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/02Objectives

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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Steigerung des optischen Auflösungsvermögens eines Mikroskopobjektivs mit Trockensystem auf den yt-fachen Wert, gekennzeichnet durch folgende drei zwischen dem zu prüfenden Präparat und dem Objekt anzuordnende Bestandteile: a) einen lichtdurchlässigen Körper (A -D) mit der Brechungszahl n, dessen eine Fläche (CD) so gestaltet ist, daß sie mit dem zu untersuchenden Objekt (III) in Berührung gebracht werden kann, während seine andere Fläche kugelig geformt ist, so daß sie senkrecht von den vom Objekt (167) kommenden und aus dem lichtdurchlässieen Körper austretenden Lichtstrahlen durchquert wird, b) einen kugeligen konkaven Spiegel (AE-E'B), der zu dem für die Anordnung des Objekts zur Herbeiführung seiner Berührung mit dem lichtdurchlässigen bestimmten Punkt (M) zentriert ist und an seinem Scheitel eine Öffnung (EE') für den Durchgang der Lichtstrahlen aufweist, c) eine halb lichtdurchlässige Lamelle (AB), die in der Bahn der Lichtstrahlen zwischen dem für die Lagerung des Objekts vorgesehenen Punkt (ULI) und dem konkaven Spiegel (AE-E'B) senkrecht zu dessen Achse liegt (Abb. 3).
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelige Austrittsfläche des lichtdurchlässigen Körpers (L) zu dem Punkt (M), wo das Objekt gelagert wird, zentriert ist (Abb. 4).
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die kugeligeAustrittsfläche (EE') des lichtdurchlässigen Körpers (A-D) nach dem Punkt (M'), wo das Bild geformt wird, zentriert ist (Abb.3).
  4. Vorrichtung nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbkugel (CAEE'BD) aus lichtdurchlässigem Stoff mit der Brechungszahl rt etwa in der Hälfte ihrer Höhe nach einer zu ihrer Grundebene (CD) parallelen Fläche (A, B) geschnitten und durch eine Schicht aus halb reflektierendem Stoff getrennt ist sowie an ihrem Scheitel eine kugelige Höhlung (EE') aufweist, deren Mittelpunkt (M') in bezugauf dieTrennfläche (AB) symmetrisch zum Mittelpunkt (M) der Grundebene (CD) der Halbkugel liegt, während der zwischen dieser Höhlung (EE') und der halb reflektierenden Schicht (AB) befindliche Teil der Halbkugeloberfläche mit reflektierendem Stoff bedeckt ist (Abb. 3).
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Scheitel einer Halbkugel (L) aus lichtdurchlässigem Stoff mit der Brechungszahl (n) eine halb reflektierende Lamelle (AB) senkrecht zur Achse der Halbkugel angeordnet und über der Lamelle ein konkaver, an seinem Scheitel eine Öffnung (EE') aufweisender Spiegel (AE-E'B) konzentrisch und achsgleich zur Halbkugel (L) vorgesehen ist (Abb. 4.).
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Anschluß des zu untersuchenden Objekts (1V1) an die dafür bestimmte Fläche des lichtdurchlässigen Körpers (CD oder L) eine Flüssigkeit mit hoher Brechungszahl vorgesehen ist (Abb. 3 und 4).
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenlamelle auf der halb reflektierenden Fläche (AB) oder dem kugeligen Spiegel (AE-E'B) angeordnet ist (Abb. 3 oder 4). Angezogene Druckschriften: Maurice FranQon, @,Le contraste de phase«, Paris 195o, S. 82 bis 87.
DEC4220A 1950-05-22 1951-05-22 Vorrichtung zur Steigerung des optischen Aufloesungsvermoegens eines Mikroskopobjektivs Expired DE879608C (de)

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