-
Auflichtkondensor für Dunkelfeldbeleuchtung in Verbindung mit einem
Mikroskopobjektiv schwacher Vergrößerung Für die Auflichtmikroskopie sind Objektive
gebräuchlich, die mit einem aus ringförmigen optischen Baugliedern bestehenden Dunkelfeldauflichtkondensor
vereinigt sind. Diese Bauglieder können auf verschiedene Weise gestaltet werden.
Gebräuchlich sind Linsen-, Kugel-, Paraboloid-, Ellipsoid-oder Kardioidspiegel,
von denen jeweils nur eine das eigentliche Objektiv umgebende Ringzone benutzt wird.
Es ist weiterhin bekannt, daß die angegebenen Systeme in der Regel nicht als aplanatische
Systeme, sondern mit absichtlich eingeführten Aberrationen benutzt werden. Dadurch
erfolgt im Meridionalschnitt eine divergente Auffächerung der Beleuchtungsstrahlen
im Objektraum, was mit Rücksicht auf die Ausleuchtung großer Objekt-Felder wenigstens
im Meridionalschnitt erforderlich ist. Um die ebenfalls erforderliche zusätzliche
Streuung der Beleuchtungsstrahlen in sagittaler Richtung zu bewirken, ist es vielfach
üblich, eine der optisch wirksamen Flächen des Dunkelfeldkondensors zu mattieren
und den damit verbundenen Lichtverlust in Kauf zu nehmen.
-
Es ist eine Anordnung eines Dunkelfeldkondensors bekannt, bei dem
ein ringförmiger Spiegelkondensor in vier Segmente mit vier außerhalb der Kondensorachse
liegenden Krümmungsmittelpunkten aufgeteilt ist. Dieser Kondensor ist so beschaffen,
daß im Meridionalschnitt die Beleuchtungsstrahlen ausreichend divergent aufgefächert
werden. Andererseits werden mit dieser Anordnung die Beleuchtungsstrahlen
im
Sagittalschnitt nach den Krümmungsmittelpunkten zu gesammelt und erzeugen im Objektfeld
eine Ausleuchtung mit allerdings nur beschränkter Breite in sagittaler Richtung.
-
Es ist weiterhin eine Anordnung eines Dunkelfeldkondensors bekannt,
der zwei konzentrische, kegelförmige Ringspiegel enthält. In einer weiteren Variante
dieses Kondensors werden die Kegelflächen in eine größere Anzahl von ebenen Spiegelfacetten
aufgeteilt. Dieser Kondensor bewirkt, daß die von der Bildseite des Mikroskopes
zugeführten parallelen Beleuchtungsstrahlenbündel zwar nach dem Objekt zu umgelenkt
werden, jedoch im übrigen im Meridional- wie im Sagittalschnitt in sich parallel
bleiben. Da eine konvergente, nahezu punktförmige Strahlenvereinigung am Objektort
vermieden wird, gelingt es mit diesem Kondensor, einigermaßen große Objektfelder
auszuleuchten.
-
Gemeinsam ist diesen beiden Kondensoren, daß die Ausleuchtung noch
mit erheblichen Azimuteffekten behaftet ist. Aus energetischen Gründen kann die
Ausleuchtung nicht homogen erfolgen, sondern nur so, daß jedes Segment bzw. jede
Spiegelfacette, in die die Kondensoren aufgeteilt sind, als eine diskrete Lichtquelle
wirkt. Auf diese Weise entstehen bei der Beobachtung glänzender Objekte (z. B. Textilfaser,
Chitin-Panzer) störende Glanzlichter in periodischer Anordnung, die Strukturen vortäuschen,
die im Objekt nicht vorhanden sind.
-
Erhebliche Schwierigkeiten entstehen erst, seitdem es gilt, Mikroskopobjektive
mit geebnetem Sehfeld mit Dunkelfeldkondensoren zu versehen. Wegen der behobenen
Bildfeldwölbung besitzen diese Objektive große Sehfelder, die wiederum die Ausleuchtung
großer Objektfelder notwendig machen. Da auch die freien Objektabstände dieser Objektive
in der Regel kürzer sind als die der alten Objektive, werden an die Dunkelfeldkondensoren
besonders hohe und schwer erfüllbare Ansprüche gestellt.
-
Die Erfindung betrifft einen Auflichtkondensor, der ebenfalls ein
ringförmiges optisches' Bauglied enthält, bei dem gleichzeitig mit der Umlenkung
der Beleuchtungsstrahlenbündel nach dem Objekt zu im Meridionalschnitt eine divergente
Auffächerung der Beleuchtungsstrahlen im Objektraum bewirkt wird und bei dem die
optisch wirksame Fläche des ringförmigen Baugliedes in einer Anzahl gleichmäßig
über den Umfang verteilter, annähernd in Meridionalebenen angeordneter, zur optischen
Achse des Kondensors nicht rotationssymmetrischer Flächenelemente aufgeteilt ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein derartiger Kondensor, bei dem zum Zweck der azimutfreien
Ausleuchtung großer .Objektfelder diese Flächenele-Inente in einer so großen Anzahl
vorgesehen sind und daß deren endlicher Krümmungsradius im Querschnitt so kurz bemessen
ist, daß im Sagittalschnitt eine divergente Auffächerung der Beleuchtungsstrahlen.
im Objektraum bewirkt wird, derart, daß .die Breite der Ausleuchtung des Objektraumes
in sagittaler Richtung groß-ist gegen die Breite der Flächenelemente.
-
Bei der erfindungsgemäßen Einführung der optisch wirksamen Fläche
sind grundsätzlich zwei Aufgaben zu erfüllen: Es müssen nämlich die durch die erfindungsgemäßen
Mittel erzeugten divergenten Auffächerungen der Beleuchtungsstrahlen im Objektraum
sowohl im Meridionalschnitt als auch im Sagittalschnitt unabhängig voneinander die
Werte annehmen, die für eine gleichmäßige azimutfreie Ausleuchtung der Objektfelder
erforderlich sind. Um im Meridionalschnitt divergente Auffächerungen jedes gewünschten
Ausmaßes zu erzeugen, wird zweckmäßig für die optisch wirksame Fläche ein Meridionalschnitt
mit asphärischem Profil gewählt. Um unabhängig -davon auch die divergenten Auffächerungen
im Sagittalschnitt beeinflussen zu können, werden gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung die Flächenelemente in Form von Rillen oder Riffeln ausgebildet. Dabei
kann der Krümmungsradius des Querschnitts der Rillen bzw. Riffeln in deren Längsrichtung
veränderlich sein.
-
Die Erfindung sei an Hand der Figuren näher erläutert, von denen die
Fig. i bis 3 die Wirkungsweise der erwähnten asphärischen Flächen am Beispiel einer
tonischen Fläche und der mit Rillen oder Riffeln besetzten Fläche veranschaulichen,
die Fig. q. und 5 zwei mögliche Ausgestaltungen von nichtsphärischen Flächen, die
Fig. 6 und 7 einen Vertikalschnitt und einen Horizontalschnitt eines Mikroskopobjektivs,
dessen Dunkelfeldkondensor mit einer nichtsphärischen brechenden Fläche versehen
ist, und die Fig. 8 und 9 Ansicht und Schnitt eines mit einer nichtsphärischen spiegelnden
Fläche versehenen Dunkelfeldkondensors zeigen.
-
In Fig. i, die im Schema eine perspektivische Darstellung Wiedergibt,
.sei die Wirkung einer tonischen Linsenfläche auf einen Strahlengang erläutert.
Von der tonischen Fläche ist nur eine ringförmige `Zone gezeichnet, die als Eintrittsfläche
in ein höher brechendes Medium gedacht sei. Die tonische Fläche möge die Funktion
des Dunkelfeldkondensors vertreten. Der Einfachheit halber sind die untere Austrittsfläche
der tonischen Ringlinse und @ die an dieser Fläche stattfindenden Strahlenü_mlenkungen
nicht dargestellt. Die tonische Fläche wird in ihrer ganzen dargestellten Ausdehnung
von einem Bündel nahezu achsenparalleler Strahlen durchsetzt. Von diesem Strahlenbündel
ist nur ein Ausschnitt dargestellt, dessen Achse A-A' ist; es wird durch den kreisförmigen
Querschnitt B-D-C-E begrenzt.- Die Achse. dieses Bündels wird an der tonischen Fläche
in die Richtung A'-A" umgelenkt und trifft im Punkt A.' die Mitte des auszuleuchtenden
Objektfeldes, welches schraffiert gezeichnet ist. Das Strahlenbündel selbst trifft
die tonische Fläche längs der Linie B'-D'-C'-E'. Der Meridionalschnitt B-C-C'-B'
des Bündels trifft - die tonische Fläche längs gines nach -oben hohl gekrümmten
Meridians
B'-A'-C': Innerhalb des Meridionalschnittes findet daher eine Auffächerung statt.
Die Strahlen B-B' und C-C, die zunächst parallel verlaufen, divergieren nach Durchtritt
durch die torische Fläche und treffen die Objektebene in den Punkten B" und C'.
Die torische Fläche bewirkt also die Umlenkung eines Strahlenbündels nach der Achse
zu, ohne gleichzeitig, wie eine gewöhnliche Linse, eine zusätzliche Sammelwirkung
zu besitzen. Vielmehr wird das nach der Achse umgelenkte Strahlenbündel divergent
aufgefächert. Die Anwendung äsphärischer, speziell torischer Flächen ist also angebracht,
wenn die Ausleuchtung großer Objektfelder gleichzeitige Umlenkung der Strahlenbündel
nach der Achse zu und deren Auffächerung im Meridionalschnitt erforderlich macht.
-
In ähnlicher Weise wie torische Flächen wirken auch Kegelflächen,
die als Ringprismen oder als torische Flächen mit dem Meridionalradius oo aufgefaßt
werden können. Sie lenken zwar die Strahlenbündel um, lassen aber deren Konvergenz
oder Divergenz unverändert.
-
Wie die Fig. i zeigt und sich aus der bekannten Tatsache ergibt, daß
für beliebige rotationssymmetrische Flächen die Sinusbedingung für sagittale Bündel
streng erfüllt ist, läßt sich mittels rotationssymmetrischer (z. B. torischer oder
kegeliger) Flächen grundsätzlich nur der Strahlenverlauf im Meridionalschnitt im
Sinne der erstrebten divergenten Auffächerung beeinflussen. In sagittaler Richtung
erfolgt grundsätzlich immer punktförmige Strahlenvereinigung im Sinne der Sinusbedingung,
sofern es sich um Strahlenbündel der öffnung O handelt. Veranschaulicht werden diese
Verhältnisse in Fig. i wie folgt. Der Sagittalschnitt des auftreffenden Strahlenbündels
(durch D-D'-E'-E dargestellt) trifft die torische Fläche längs einer nach oben erhaben
gekrümmten Linie :D'-A'-E'. Nach Durchtritt durch die torische Fläche werden wegen
der sammelnden Wirkung der Schnittlinie D'-A'-E' die vorher annähernd parallelen
Grenzstrahlen D-D' und E-E' so umgelenkt, daß sie nach den in der Tat sehr nahe
beieinanderliegenden Punkten D"' und E"' in der Objektebene konvergieren. Am Objektort
entsteht somit eine sehr schmale, etwa elliptische Lichtfigur, deren meridionale
Ausdehnung B"'-C"' zwar das auszuleuchtende Objektfeld (schraffierte Fläche) ausreichend
überdeckt, während die Ausdehnung in sagittaler Richtung D"'-E"' ganz unzureichend
ist.
-
Um den verfolgten Zweck zu erreichen, d. h. die Streuung ausschließlich
im Sagittalschnitt zu beeinflussen, daß ein auch im Sagittalschnitt divergentes
Bündel die ganze Breite des Objektfeldes ausleuchtet, ist es erforderlich, einen
kräftigen Eingriff in die Rotationssymmetrie vorzunehmen, indem gemäß der Erfindung
eine der optisch wirksamen Flächen des Dunkelfeldkondensors mit in' Radialebenen
verlaufenden Rillen versehen wird, die zweckmäßig ein kreisbogenförmig vertieftes
Querschnittsprofil erhalten. Die Rillen wirken wie ein Raster von Zylinderlinsen,
mit denen die Linsenfläche in radialer Richtung besetzt ist. Es ist im übrigen für
die Wirkung dieses Mittels belanglos, ob das auf der Linsenfläche aufgebrachte Linsenraster
aus derart vertieften Rillen besteht oder aus Riffeln, deren Querschnittsprofil
erhaben ist. Zur Erläuterung der Wirkung des Linsenrasters ist der Sagittalschnitt
der Fig. i in Fig. 2 als Abwicklung in die Zeichnungsebene dargestellt, wobei weiterhin
angenommen wird, daß die torische Fläche mit radial verlaufenden Rillen versehen
ist. An die Stelle der stetig gekrümmten Schnitt-fgurD'-A'-E'des Sagittalschnittesmit
der torischen Fläche in Fig. i tritt in Fig. 2 die aus einzelnen stark hohl gekrümmten
Abschnitten bestehende Schnittfigur D'-E' des Sagittalschnittes mit dem Linsenraster.
Die in Luft parallel verlaufenden Strahlen des Bündels DD' bis EE' werden beim Durchgang
durch das Linsenraster so umgelenkt, daß sie, vom virtuellen Vereinigungspunkt F
ausgehend, divergent in Richtung D" und E" verlaufen. Das gleiche gilt für den Fall
eines Rasters aus Riffellinsen, der in Fig. 3 dargestellt ist. Hier vereinigen sich
die parallelen Strahlen des Bündels nach Durchgang durch das Linsenraster zunächst
im reellen Vereinigungspunkt F, um dann divergent in Richtung D" und E" zu verlaufen.
-
Damit wird erreicht, daß im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen
bekannten Dunkelfeldkondensoren die sagittale Breite der Ausleuchtung des Objektfeldes
groß wird gegen die Breite der Rillen bzw. Riffeln selbst. Nur auf diese Weise ist
es möglich, die Zahl der Flächenelemente so zu erhöhen, daß eine praktisch azimutfreie
Beleuchtung erzielt wird. Zwar erfolgt auch bei diesem Kondensor die Beleuchtung
wie von einer Anzahl diskreter Lichtquellen, wobei diese Anzahl der Zahl der Rillen
bzw. Riffeln entspricht. Die auf glänzenden Objekten erzeugten Glanzlichter der
diskreten Lichtquellen haben zwar noch eine periodische Struktur, die aber deswegen
nicht mehr stört, weil die zahlreichen Einzelreflexe wegen ihres sehr engen Abstandes
vom Mikroskop nicht mehr aufgelöst werden, also zu einem Lichtband verschmelzen.
-
In Fig. q. und 5 sind Ausführungsbeispiele für mit Rillen oder Riffeln
versehene Flächen dargestellt. Fig. q. zeigt eine torische Fläche, die mit vertieften
Rillen versehen ist, Fig. 5 eine Kegelfläche, die mit erhabenen Riffeln besetzt
ist. Es liegt auf der Hand, daß es durch Wahl des Krümmungsradius des Linsenrasters
möglich ist, die Streuung in der Sagittalebene unabhängig von derjenigen in der
Meridionalebene so zu bemessen, daß auch die Breitenausleuchtung des Objektfeldes
ausreichend wird. Um die Gleichmäßigkeit der Beleuchtung noch weiter zu steigern,
dient die erfindungsgemäße Maßnahme, daß der Krümmungsradius im Querschnittsprofil
der Rillen oder Riffeln vom äußeren zum inneren Rand der damit besetzten optisch
wirksamen Fläche veränderlich ausgeführt ist. Dadurch kann die Streuung in der Sagittalebene
für jede Linsenzone entsprechend den Erfordernissen der gleichmäßigen Beleuchtung
bemessen werden. Diese Maßnahme ist in Fig. 4
dargestellt, in der
der Radius des Rillenprofils r1 am äußeren Umfang der torischen Fläche größer ist
als der Profilradius r2 am inneren Umfang.
-
Da es wesentlich leichter gelingt, im Meridionalschnitt durch Aberrationen
eine Divergenz zu erzeugen als im Sagittalschnitt, wird es sich häufig erübrigen,
für den Meridionalschnitt besondere Maßnahmen zu treffen, da man bereits mit bestimmten
Anordnungen von sphärischen Flächen allein Aberrationen erreichen kann, die groß
genug sind, um im Meridionalschnitt die gewünschte Divergenz der Beleuchtungsstrahlen
zu erzeugen. In einem solchen Falle genügt es, das Mittel der Rillen oder Riffeln
allein anzuwenden, um auch die Strahlenbündel im Sagittalschnitt genügend aufzufächern.
Andererseits wird es im Falle der sehr großen Objektfelder schwächster Objektive
zweckmäßig sein, sowohl den Meridional- als auch den Sagittalschnitt unabhängig
voneinander durch die erfindungsgemäß gestalteten nichtsphärischen Flächen zu beeinflussen.
Daher sieht die Erfindung neben der getrennten Anwendung der torischen oder kegeligen
Flächen einerseits und der Rillen oder Riffeln andererseits eine kombinierte Anwendung
beider Mittel vor.
-
An dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 6 und 7 seien die Verhältnisse
näher erläutert. Das eigentliche Mikroskopobjektiv, bestehend aus einzeln stehenden
Linsen i und 2 und verkitteten Linsen 3 und q., ist in zwei innen gerauhten Fassungshülsen
5 und 6 gefaßt. Die Fassungshülse 6 ist mit drei radialen Stegen 7 versehen, durch
die das eigentliche Objektiv in einer äußeren Fassungshülse 8 zentriert wird. Die
Fassungshülse 8 trägt am oberen Ende ein Anschraubgewinde 9, mit dem das Objektiv
unmittelbar oder unter Vermittlung eines Revolvers an den Vertikalilluminator des
Auflichtmikroskops angeschraubt wird. Die äußere Fassungshülse ist nach unten durch
einen Dunkelfeldkondensor io abgeschlossen, der zur Aufnahme der Frontlinsenfassung
5 eine zentrale Bohrung besitzt. Der Dunkelfeldkondensor stützt sich innen gegen
einen Ring i i ab und wird von außen durch einen Vörschraubring 12 in der Fassung
befestigt. Das vom Vertikalilluminator für die Dunkelfeldbeleuchtung erzeugte etwa
parallele Strahlenbündel tritt in die mikroskopseitige Bohrung der äußeren Fassungshülse
ein und gelangt durch den ringförmigen Raum zwischen äußerer, 8, und innerer, 6,
Fassungshülse auf die Eintrittsfläche 13 des Dunkelfeldkondensors io, die im Ausführungsbeispiel
als torische Fläche gestaltet ist. Beim Durchgang durch die torische Eintrittsfläche
und die sphärisch gekrümmte Austrittsfläche 14 wird das Strahlenbündel zweimal in
Richtung auf die Achse umgelenkt. Dabei überwiegt die Streuwirkung der torischen
Fläche 13 über die Sammelwirkung der sphärischen Fläche 1q.. Somit ist das den Dunkelfeldkondensor
verlassende Strahlenbündel in dem in Fig. 6 dargestellten Meridionalschnitt divergent;
daher wird in diesem Schnitt ein Objektfeld der Ausdehnung 15-15' ausgeleuchtet.
Die torische Fläche 13 des Dunkelfeldkondensors ist (in ähnlicher Weise wie die
Fläche in Fig. q.) mit Rillen besetzt, wie Fig. 7 erkennen läßt. Im Sagittalschnitt,
der auf der Zeichenebene der Fig.6 senkrecht steht, erfolgt daher ebenfalls eine
Auffächerung, die auch in dieser Richtung die Ausleuchtung des ganzen Objektfeldes
bewirkt.
-
Weiterhin braucht die Anwendung der Rillen oder Riffeln nicht auf
brechende Flächen beschränkt bleiben, sondern kann auch für rotationssymmetrische
spiegelnde Flächen beliebiger Gestalt; also beispielsweise für sphärische, asphärische,
kegelige und torische Spiegel vorgesehen werden. Um dies zu veranschaulichen, ist
als weiteres Ausführungsbeispiel in Fig. 8 und 9 ein Spiegelkondensor dargestellt,
dessen spiegelnde Fläche mit Rillen besetzt ist. Die Fig. 8 zeigt die Ansicht des
Spiegelkondensors von schräg unten. Er kann in einem Objektiv wie dem in Fig. 6
dargestellten Anwendung finden und dort den Linsenkondensor io ersetzen. Die Wirkungsweise
des Spiegelkondensors zeigt die in Fig. 9 dargestellte Schnittzeichnung. Ein nahezu
parallel auftreffendes Strahlenbündel tritt zunächst durch die ebene Eintrittsfläche
16 in den Glaskörper ein und wird an der rückflächenbelegten Spiegelfläche 17 wieder
nach oben reflektiert. Da die Spiegelfläche als torische Fläche ausgebildet und
mit Rillen versehen ist, wird nach Reflexion das Strahlenbündel sowohl im Meridional-
als auch im Sagittalschnitt divergent gemacht. Das divergente Strahlenbündel trifft
ein zweitesmal auf die Fläche 16, jetzt aber unter Winkeln, die Totalreflexion bewirken.
Das Bündel wird also wieder nach unten abgelenkt, ohne daß die Divergenz eine Änderung
erfährt. Zum Schluß tritt das Strahlenbündel durch die sphärische, hohl gekrümmte
Austrittsfläche 18, wobei die Divergenz sich noch vergrößert, und erreicht die Objektebene,
die in einer Ausdehnung 19-i9' ausgeleuchtet wird. Eine zentrale Bohrung 2o des
Spiegelkondensors dient wieder zur Aufnahme der Objektivfrontlinse.