FR2573545A1

FR2573545A1 - Appareil d'eclairage par incidence pour microscopes

Info

Publication number: FR2573545A1
Application number: FR8516830A
Authority: FR
Inventors: Horst Piller; Albert Schilling
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1984-11-19
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1986-05-23
Also published as: JPS61174505A; US4687304A; GB2168167B; GB8528205D0; DE3442218C2; DE3442218A1; GB2168167A

Abstract

CET APPAREIL D'ECLAIRAGE CONTIENT DEUX OPTIQUES SEPAREES 1-7, 17-19 COMPORTANT CHACUNE UNE SOURCE LUMINEUSE PROPRE 1, 18 POUR LE FAISCEAU D'ECLAIRAGE EN FOND CLAIR ET LE FAISCEAU D'ECLAIRAGE EN FOND NOIR, QUI PEUVENT ETRE OPTIMISEES INDEPENDAMMENT L'UNE DE L'AUTRE EN FONCTION DES DIFFERENTES EXIGENCES AUX DEUX TYPES D'ECLAIRAGE. LES DEUX OPTIQUES SONT FIXEES AU MICROSCOPE DE MANIERE QUE LEURS AXES SE REJOIGNENT SUR OU A PROXIMITE DU REFLECTEUR DE FOND CLAIR 10 PAR LEQUEL LE FAISCEAU D'ECLAIRAGE EST REFLECHI DANS LE FAISCEAU D'OBSERVATION. CHACUNE DES OPTIQUES PEUT UTILISER LA FACE EXTREME D'UNE FIBRE OPTIQUE COMME SOURCE LUMINEUSE.

Description

L'invention concerne un appareil d'éclairage par incidence pour

microscopes, comportant un dispositif de commutation pour passer de l'éclairage en fond clair à

l'éclairage en fond noir et inversement.

On connait des appareils d'éclairage par inci- dence pour microscopes qui possèdent une source lumineuse

commune pour l'éclairage en fond clair et pour l'éclai-

rage en fond noir et qui sont réalisés selon l'une ou l'autre des conceptions suivantes:

A) On attache de l'importance à une bonne qualité d'éclai-

rage en fond noir et à une faible dépense en éléments optiques. Dans ce cas, on accepte l'inconvénient d'un éclairage en fond clair plus ou moins médiocre (par exemple un éclairement irrégulier ou incomplet de l'objet ou de la pupille, une diminution du contraste

par suite de lumière réfléchie ou de la lumière para-

sitaire). Un dispositif d'éclairage selon cette conception est décrit par exemple, dans le livre de Michel: "Die Mikrophotographie", Springerverlag, Wien, 1957, pages 411/412. Bien que ce dispositif connu permette un

passage rapide de l'éclairage en fond clair à l'éclai-

rage en fond noir par la manoeuvre d'un coulisseau, à l'aide duquel un diaphragme annulaire avec lentille auxiliaire sont introduits dans le faisceau, l'optique employée dans le dispositif d'éclairage ne convient

cependant pas à l'établissement de conditions d'éclai-

rage selon Kohler. A cet effet, tout l'appareil d'éclairage doit être remplacé par un autre, ce qui demande beaucoup de temps car le remplacement exige

des travaux d'ajustement.

B) L'accent est mis sur un éclairement convenable à fond clair. Ceci exige que soit satisfait le principe d'éclairage selon Kahler dans le système d'éclairage à fond clair, c'est-à-dire la production d'images intermédiaires. L'image de la source lumineuse est produite une première fois dans un diaphragme iris d'ouverture centrable et ensuite par une ou plusieurs lentilles supplémentaires et conjointement avec le diaphragme d'ouverture dans la pupille de l'objectif, agissant comme condenseur. En même temps, une image intermédiaire du collecteur - qui est conjugué au plan objet - doit être produite par des lentilles auxiliaires dans le diaphragme à iris de champ, également centrable. Des appareils d'éclairage combiné, à fond clair et à fond noir, construits selon ce principe, sont décrits, par exemple, dans les demandes de brevet ou les brevets allemands DE-OS 29 41 676,

DE-AS 2 021 784, DE-PS 23 31 750, DE-OS 25 42 075, DE-OS

29 25 407, ainsi que DE-OS 30 28 418. Sur tous ces dis-

positifs d'éclairage, la source lumineuse et une grande

partie de l'optique d'éclairage selon 'Kher sont utili-

sées conjointement pour l'éclairage en fond clair et pour l'éclairage en fond noir. Cette construction implique

une longueur considérable, laquelle n'est pas absolu-

ment indispensable pour un éclairage en fond noir puisque, en principe, on peut se dispenser dans ce

cas de diaphragmes de champ et de diaphragmes d'ou-

verture réglables et on peut produire l'image de la source lumineuse devant être aussi grande et aussi

homogène que possible - dans l'objectif.

Pour la réunion des deux systèmes d'éclairage dans un système optique commun aux deux types d'éclairage, les longueurs optiques de l'appareil d'éclairage en fond clair et de l'appareil d'éclairage en fond noir

doivent devenir égales et les éléments optiques com-

muns aux deux systèmes doivent avoir des ouvertures relativement grandes, bien que de telles ouvertures ne soient pas nécessaires pour un éclairage en fond clair. De tels appareils d'éclairage combinés sont

par conséquent de construction compliquée et malcom-

modes à manoeuvrer ou doivent, si l'on veut faciliter

la manipulation, être équipés de mécanismes supplé-

mentaires qui réalisent le couplage d'opérations de commutation de différents éléments optiques entre eux. De ce fait, le système optique d'aucun des deux types d'éclairage ne peut être optimisé, mais doit être considéré comme un compromis entre les exigences contradictoires posées par les deux types d'éclairage

à l'optique nécessaire à la réalisation.

Par les brevets allemands 569 884 et 603 324, on connaît des dispositifs pour passer rapidement d'un éclairage en fond noir à un éclairage en fond clair et inversement, sur lesquels, au cours de la commutation, on déplace un réflecteur de fond clair par lequel le faisceau d'éclairage en fond clair est réfléchi dans le faisceau d'observation. Cependant, ces dispositifs connus sont également prévus chaque fois à la suite d'une seule optique qui est utilisée en commun, à la fois par

l'éclairage en fond noir et par l'éclairage en fond clair.

A la commutation, des faisceaux partiels coaxiaux dif-

férents sont simplement séparés du faisceau commun. Il s'ensuit que ces dispositifs connus ne permettent pas davantage d'optimiser l'éclairage en fond clair et

l'éclairage en fond noir indépendamment l'un de l'autre.

Par les demandes de brevets allemands DE-OS

23 01 597, DE-OS 32 00 662 et DE-OS 16 22 989 on connait des dis-

positifs d'éclairage par incidence en fond clair, qui sont constitués de faisceaux de fibres de verre disposés en forme d'anneau autour de l'objectif du microscope et qui sont alimentés par une deuxième source lumineuse supplémentaire. De tels dispositifs d'éclairage sont cependant toujours conçus spécialement pour un objectif

déterminé et ne peuvent pas être remplacés simplement.

Lorsque le microscope employé possède un dispositif revolver et qu'il faut passer plusieurs fois en va et vient entre plusieurs objectifs, de tels dispositifs supplémentaires ne conviennent pas pour des éclairages

en fond noir.

Le but de l'invention est de créer un éclairage commutable fond clair fond noir qui permette d'établir des conditions optimalespour les deux types d'éclairage et rende possible une commutation commode en utilisant un

nombre aussi faible que possible d'éléments de commu-

tation simples et faciles à manoeuvrer.

Selon l'invention, ces résultats sont obtenus par le fait que l'éclairage est produit par deux optiques séparées comportant chacune une source lumineuse propre, et que les deux optiques sont en même temps fixées au

microscope de manière que leurs axes optiques se re-

joingnent sur ou à proximité du réflecteur de fond clair, par lequel le faisceau d'éclairage est réfléchi dans le

faisceau d'observation.

Par cette solution, on obtient deux optiques d'éclairage qui sont essentiellement séparées jusqu'au réflecteur dans l'illuminateur à lumière incidente et qui peuvent être optimisées indépendamment l'une de

l'autre pour l'éclairage en fond noir et pour l'éclai-

rage en fond clair. Le passage de l'une à l'autre optique est dans ce cas réalisable de façon avantageuse par-un

seul élément réflecteur disposé mobile sur l'intersec-

tion des deux axes.

Il convient que l'élément réflecteur mobile soit un miroir annulaire qui puisse être inséré à la place du réflecteur de fond clair, les axes des deux miroirs renfermant un angle. Cet agencement a l'avantage que le dispositif d'éclairage en fond noir peut être accolé latéralement à l'illuminateur à lumière incidente du

microscope par exemple. La commutation du miroir annu-

laire et du réflecteur de fond clair a également l'avan-

tage, lorsque l'éclairage en fond noir est enclenché, qu'il n'y a pas de perte de lumière lorsque le faisceau

d'observation est séparé du faisceau d'éclairage.

Il est cependant possible aussi de placer l'élément réflecteur commutable devant le réflecteur de fond clair, vu dans le sens de la lumière, auquel cas le réflecteur de fond clair est entouré d'un miroir annulaire qui est

également fixe.

Dans au moins l'une des deux optiques, de pre- férence dans celle destinée à l'éclairage en fond noir,

l'extrémité d'un guide de lumière sert de source lumi-

neuse secondaire homogénéisée à aire de surface agrandie.

Une telle source lumineuse convient particulièrement bien dans un système optique simplifié avec lequel l'image de la source lumineuse, c'est-àdire l'image de la surface de sortie du guide de lumière, est formée

directement dans le plan objet.

Il est en outre possible d'employer un guide de lumière comme source lumineuse pour l'éclairage en fond clair également. Un dispositif d'éclairage selon Kbhler convenant à cette fin, avec un guide de lumière, est décrit dans la demande de brevet DE-OS 31 47 998 par

exemple.

Dans un mode de réalisation préféré, les deux

guides de lumière ou fibres optiques sont alors alimen-

tés, aussi bien pour l'éclairage en fond noir que pour

l'éclairage en fond clair, à partir d'une source lumi-

neuse primaire logée séparément dans un boîtier de lampe

placé à côté.

Il convient en outre de coupler la commutation entre l'éclairage en fond clair et l'éclairage en fond noir avec un dispositif pour régler la luminosité de la source lumineuse concernée afin d'exclure des effets d'éblouissement de l'observateur lors de l'opération

de commutation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront plus clairement de la description

qui va suivre de plusieurs exemples non limitatifs, ainsi que des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif d'éclairage par incidence selon l'invention, montrant en coupe le faisceau pour fond clair;

- la figure 2 montre une autre coupe du dispo-

sitif d'éclairage représenté sur la figure 1; - la figure 3 est une troisième représentation en coupe du dispositif d'éclairage des figures 1 et 2, montrant le faisceau pour l'éclairage en fond noir; - la figure 4 est le schéma de principe d'un exemple de réalisation modifié par rapport à la figure 1,

comportant un dispositif d'éclairage en fond clair uti-

lisant une fibre optique; et - la figure 5 montre en coupe un troisième

exemple de réalisation d'un dispositif d'éclairage com-

biné fond clair - fond noir.

Le dispositif d'éclairage combiné fond clair -

fond noir représenté sur les figures 1-3 pour un micros-

cope se compose d'une optique construite selon le prin-

cipe de K6hler pour l'éclairage en fond clair et d'une

optique simplifiée pour l'éclairage en fond noir.

Le faisceau d'éclairage en fond clair est visible sur la figure 1. D'après cette figure, la lumière d'une lampe à incandescence 1 est concentrée par une lentille de collecteur 2. Cette dernière forme l'image de la

source lumineuse dans le plan du diaphragme iris d'ou-

verture 4, à proximité immédiate duquel est disposée une lentille de champ 3. Le diaphragme 6 délimitant le champ lumineux, réalisé également comme un diaphragme

a iris, est placé derrière le diaphragme d'ouverture 4..

A l'aide d'un système formé de la lentille de champ 5 à proximité du diaphragme de champ et de la lentille auxiliaire 7, l'image du diaphragme d'ouverture 4 est produite par l'intermédiaire du réflecteur de fond clair 10 dans le plan focal côté image de l'objectif 12

du microscope. Le réflecteur fond clair 10 est semi-

transparent; il sépare le faisceau d'observation, désigné par 22, du faisceau d'éclairage. L'optique

nécessaire à l'observation n'est pas représentée, excep-

tion faite de l'objectif 12 utilisé en même temps comme

condenseur de fond clair.

Comme cela ressort de la figure 2, le réflecteur de fond clair 10 est logé avec la lentille auxiliaire 7 dans un boîtier 8 que l'on peut faire coulisser à l'aide d'un élément de manoeuvre 14 perpendiculairement aux axes optiques du faisceau d'éclairage et du faisceau

d'observation, c'est-à-dire en direction de la flèche 21.

Le boîtier 8 contient en outre un miroir annulaire 15 avec une ouverture elliptique 16, ainsi qu'une seconde lentille 17. La lentille de collecteur 17 et le miroir annulaire 15 constituent des éléments de l'optique du faisceau d'éclairage en fond noir, dont la fonction est

visible dans la représentation en coupe selon la figure 3.

A la position représentée sur cette figure, le boîtier 8 a été avancé, comparativement à la figure 2,

à la position "fond noir", de sorte que le miroir annu-

laire de fond noir 15 se trouve à présent au-dessus de

l'objectif 12 à la place du réflecteur de fond clair 10.

Pour l'éclairage en fond noir, l'image de la face extrême 18 d'une fibre optique - fixée à l'illuminateur à lumière incidente du microscope - est produite dans le plan

objet par l'intermédiaire de la lentille 17 et du con-

denseur de fond noir 13, entourant l'objectif 12 en forme d'anneau. Le côté dirigé vers la fibre optique 18 du boîtier coulissant 8 est réalisé comme un diaphragme

central 19 pour supprimer la lumière parasite.

Devant la fibre optique 18 est placé en outre un diaphragme rabattable 20 qui, lors de la commutation pour passer de la position d'éclairage en fond noir représentée sur la figure 3 à l'éclairage en fond clair,

est basculé devant la face extrême 18 de la fibre op-

tique par un doigt de commande 23 fixé au boîtier 8-.

Ceci empêche, lorsque le miroir annulaire 15 est déplacé davantage, que de la lumière du faisceau d'éclairage en fond noir tombe sur l'objectif 12 et sa monture et

éblouit l'observateur.

La figure 4 représente un exemple de réalisation légèrement modifié d'un dispositif d'éclairage combiné fond clair/fond noir, qui se distingue de celui des figures 1-3 par le fait que les parties 1-6 de l'optique

à fond clair sont remplacées par un dispositif d'éclai-

rage compact selon Kohler, désigné par 24 et comportant

une fibre optique en tant que source lumineuse secon-

daire, comme décrit dans le demande de brevet allemand DE-OS 31 47 998. La fibre optique 31 du dispositif d'éclairage en fond clair 24 et la fibre optique du dispositif d'éclairage en fond noir - qui n'est pas représenté en détail sur la figure 4 - peuvent être

alimentées par la même source lumineuse primaire conte-

nue dans un boîtier de lampe placé à l'extérieur du microscope. Les exemples de réalisation représentés sur les

figures 1-3 et sur la figure 4 utilisent donc deux op-

tiques séparées, dont les axes forment un angle entre eux, une pour l'éclairage en fond clair et l'autre pour l'éclairage en fond noir. Les axes de ces deux optiques coupent celui de l'objectif du micriscope, c'est-à-dire l'axe du faisceau d'observation, dans un point, à savoir sur le réflecteur de lumière incidente lui-même. Le passage de l'éclairage en fond clair à l'éclairage en

fond noir ou inversement s'effectue par la seule com-

mutation des réflecteurs 10 et 15. Les autres parties

des deux optiques, tells que les lentilles et les dia-

phragmes, peuvent être optimisées indépendamment les

unes des autres en ce qui concerne leurs diamètres, dis-

tances focales et ainsi de suite, dans le sens d'un

éclairement aussi homogène que possible du plan objet.

La figure 5 montre un troisième exemple de réa-

lisation qui utilise, comme l'exemple de la figure 4, deux faces extrêmes de fibre optique comme sources lumineuses

secondaires pour l'éclairage en fond clair et l'éclai-

rage en fond noir. L'optique à fond clair est de nouveau formée essentiellement du dispositif d'éclairage de Kahler 24 décrit dans la demande de brevet allemand DE-OS 31 47 998 et comprenant la fibre optique 34 suivie

d'une lentille auxiliaire 27 et d'un séparateur semi-

transparent 30 pour réfléchir le faisceau d'éclairage

dans le faisceau d'observation. Cependant, le sépara-

teur 30 de cet exemple est disposé fixe et est entouré

par un miroir annulaire 25 également fixe.

Entre le dispositif d'éclairage 24 et la len-

tille auxiliaire 27 se trouve un prisme réflecteur 28

qu'un moteur 26 peut faire tourner et qui porte un dia-

phragme central 29 disposé sur le côté dirigé vers la lentille auxiliaire 27. A la position représentée, la lumière provenant d'une deuxième fibre optique 32 est réfléchie par le prisme 28 dans l'iiluminateur à lumière incidente; la face extrême 33 de cette deuxième fibre optique est orientée perpendiculairement à celle de la

première fibre optique 34 pour l'alimentation de l'op-

tique à fond clair 24 et sert de source lumineuse pour l'éclairage en fond noir. La lentille auxiliaire 27 a

la fonction d'une lentille de collecteur dans le fais-

ceau d'éclairage à fond noir.

Les deux fibres optiques 32 et 34 sont alimen-

tées par une source lumineuse primaire 45 commune qui est contenue dans un boîtier de lampe 38 placé à côté

du microscope proprement dit.

Un diaphragme 37, pouvant être inséré par voie électromagnétique, est disposé entre le côté entrée de

la fibre 32 et la source lumineuse primaire 45. Le dis-

positif d'actionnement 39 pour ce diaphragme 37 est connecté électriquement à la même unité de commande 40 qui sert également à la commande du moteur 36 pour la rotation du prisme 28. Le passage à l'éclairage en fond clair est donc effectué dans cet exemple de réalisation à l'aide d'un prisme réflecteur 28 placé directement devant le réflecteur fixe à lumière incidente 25/30, vu dans le sens de la lumière, la face d'entrée de la fibre

32 étant en même temps recouverte par le diaphragme 37.

Devant la face d'entrée de la fibre 34 se trouve un disque filtrant 36 au moyen duquel on peut régler l'intensité respectivement la température de couleur de la lumière transmise. Ce disque permet de régler également, par exemple, la luminosité dans le faisceau d'éclairage en fond clair de manière que la luminosité du champ d'objet perçu par l'observateur soità peu près la même avec les deux types d'éclairage, en fond clair et en fond noir, et ne change pas de façon désagréable

lors de la commutation.

Etant donné que, avec l'éclairage en fond noir, l'objet parait toujours moins clair à l'observateur qu'avec l'éclairage en fond clair, il convient en outre de régler - au moyen de l'unité de commande 40 - la

tension de la lampe différemment suivant le type d'éclai-

rage utilisé. Par exemple, la lampe sera seulement ali-

mentée sous une tension relativement élevée lors de l'éclairage en fond noir, ce qui ne se traduit pas par un raccourcissement notable de la durée de vie de la

lampe en raison de la durée de fonctionnement généra-

lement plus faible avec ce type d'éclairage.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil d'éclairage par incidence pour micros-

copes, comprenant un dispositif de commutation pour passer de l'éclairage en fond clair à l'éclairage.en fond noir et inversement, caractérisé en ce que l'éclai- rage est produit par deux optiques séparées (1-7, 17-19; 24/35, 28/29/33) comportant chacune une source lumineuse propre (1,18; 33, 35), et que les deux optiques sont en même temps fixées au microscope de manière que leurs

axes optiques se rejoignent sur ou à proximité du ré-

flecteur de fond clair (10/11; 31) par lequel le fais-

ceau d'éclairage est réfléchi dans le faisceau d'obser-

vation.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé

en ce que la commutation entre les deux optiques s'ef-

fectue au moyen d'un élément réflecteur mobile (10/11,

; 28) disposé à l'intersection des deux axes.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément réflecteur mobile comprend un miroir

annulaire (15) qui peut être inséré à la place du réflec-

teur de fond clair (10/11).

4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé

en ce qu'un réflecteur de fond clair fixe (31) est en-

touré d'un miroir annulaire (25) également fixe et l'élément réflecteur commutable (28) est placé devant

le réflecteur de fond clair vu dans le sens de la lumière.

5. Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 4, caractérisé en ce que l'optique pour l'éclai-

rage en fond clair contient un système selon K8hler avec des diaphragmes d'ouverture et de champ (4,6) et que l'optique pour l'éclairage en fond noir produit une image de la source lumineuse (18,33) à proximité du

plan objet.

6. Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 5, caractérisé en ce que dans l'une au moins des deux optiques, de préférence dans celle prévue pour l'éclairage en fond noir, l'extrémité (18,33) d'un guide

de lumière sert de source lumineuse secondaire homogé-

néisée et à aire de surface agrandie.

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les extrémités (33,35) de guides de lumière

(32,34) servent de source lumineuse dans les deux op-

tiques et les deux guides de lumière (32,34) sont ali-

mentés à partir d'une seule source lumineuse primaire (45).

8. Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 2 à 7, caractérisé en ce que la commutation entre les deux optiques est couplée à un dispositif (40) pour

régler la luminosité de la source lumineuse (45) con-

cernée.