Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop beinhaltet im
Beleuchtungsstrahlengang eine Lichtquelle, eine Kollektorlinse, eine regelbare Aperturblende und eine Kondensorlinse. Bei der Verwendung von unterschiedlich stark vergrößernden Objektiven muß bei einer Köhler'schen Beleuchtungseinrichtung ein großer Apertur- und Feldbereich abgedeckt werden. Über die Beleuchtungseinrichtung ist bei einem Mikroskop sicherzustellen, daß sowohl ein Objektiv 100x/0.90, mit großer Apertur und kleinem Objektfeld, als auch ein Objektiv 4x/0.10, mit kleiner Apertur und großem Objektfeld, verwendet werden kann.
Bekannte Beleuchtungseinrichtungen stellen ein Überangebot an Licht bereit, von dem nur ein kleiner Teil genutzt wird. Als Lichtquellen werden für derartige Beleuchtungseinrichtungen leistungsstarke Halogenlampen mit einer großen Lampenwendel verwendet, die einen großen geometrischen Licht-Fluß erzeugen. Der geometrische Licht-Fluß resultiert aus der großen Leucht-Fläche und dem großen Abstrahl- (Öffnungs-) Winkel der Halogenlampe.
Von den verschiedenen Objektiven kann jedoch nur ein Teil des großen geometrischen Licht-Flußes verwendet werden. Entweder wird ein großes Objektfeld (eine große beleuchtete Fläche) mit kleiner Apertur (kleinem Öffnungswinkel) oder ein kleines Objektfeld (eine kleine beleuchtete Fläche) mit großer Apertur (großem Öffnungswinkel) genutzt.
Durch die Verwendung von leistungsstarken Halogenlampen entstehen natürlich auch thermische Probleme im Mikroskopstativ. Das Stativ dehnt sich durch die Aufheizung aus. Neben der unerwünschten Wärmestrahlung kann dies auch dazu führen, daß ein eingestellter Fokus durch die Ausdehnung verloren geht.
Aus der WO 94 07 166 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop bekannt, bei der ein optimierter geometrischer Lichtfluß durch die Verwendung von wechselbaren Kondensorkopfen und Kondensorlinsen sichergestellt wird Durch wechselweises Einbringen der optischen Baugruppen können sowohl kleine Felder mit großen Aperturen, als auch große Felder mit kleinen Aperturen optimiert ausgeleuchtet werden Diese Beleuchtungseinrichtung hat sich bewahrt Durch die wechselbaren optischen Baugruppen ist bei dieser Beleuchtungseinrichtung jedoch ein hoher Fertigungsaufwand notwendig Außerdem muß bei einem Wechsel der Objektive auch die Kondensor linse geschaltet werden
Aus der DE 196 44 662 ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop bekannt, bei dem keine optischen Bauelemente bewegt werden Zur Beleuchtung ist eine Lichtquelle vorgesehen, die ein flächiges LCD durchleuchtet Auf dem LCD wird mittels einer Steuereinrichtung ein beliebiges Transparent-. Opakmuster erzeugt Durch eine Größenänderung des Musters kann die Beleuchtung an verschiedene Aperturen angepaßt werden Mit dieser Einrichtung werden softwaregesteuert verschiedene Beleuchtungsbedingungen eingestellt Auch hier ist es jedoch notwendig, daß ein großer geometrischer Lichtfluß durch die Lichtquelle bereitgestellt wird, von dem nur ein kleiner Teil genutzt wird
Aus der DE 31 08 389 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop bekannt, bei der als mechanische Blende eine ansteuerbare Flussigkristallzelle mit definierter Struktur verwendet wird Für die verschiedenen Beleuchtungsarten, wie Aufhcht/ Dur chlichtbeleuchtung, Schragbeleuchtung, Dunkelfeldbeleuchtung, Phasenkontrastbeleuchtung und
Polaπsationsbeleuchtung werden jeweils unterschiedlich ausgebildete Flussigkπstallzellen verwendet
Durch die fest vorgegebenen Elektrodenstrukturen der jeweiligen Zelle können diese nur für vorgegebene Vergroßerungsverhaltnisse im Mikroskop verwendet werden Bei einem Wechsel der Vergrößerung durch die Verwendung eines
anderen Mikroskopobjektivs muß eine andere, daran angepaßte Flüssigkeitszelle in das Mikroskop eingebaut werden. Dies ist natürlich auch immer dann der Fall, wenn auf eine andere mikroskopische Beleuchtungsart gewechselt wird.
Aus der DE 37 34 691 C2 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Mikroskop bekannt, bei dem als Lichtquelle mehrere, zu einer zweidimensionalen Matrix zusammengefaßte LEDs vorgesehen sind. Diese Fächen-LED-Matrix enthält eine Vielzahl von einzelnen, nebeneinander angeordneten LEDs in den Farben Rot, Grün und Blau (RGB). Durch eine entsprechende Steuereinrichtung lassen sich einzelne LEDs ansteuern und somit ein entsprechendes Beleuchtungsmuster erzeugen. Die Anordnung und Ansteuerung von derartig vielen LEDs ist natürlich sehr aufwendig und teuer.
Aus der DE 42 31 406 A1 ist eine Hellfeld-Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope bekannt, bei der im Beleuchtungsstrahlengang eine transparente Scheibe mit einem zentral angeordneten Raster vorgesehen ist. Bei dieser Beleuchtungseinrichtung erfolgt eine gleichmäßige Ausleuchtung der Leuchtfeldblende für große Felder dadurch, daß über das Raster eine nebeneinander angeordnete Mehrfachabbildung der Lampenwendel der Lichtquelle stattfindet.
Die DE 37 08 647 C2 beschreibt eine Köhler'sche Beleuchtungsanordnung für Mikroskope, mit einer Kollektorlinse, einer Aperturblende und einer
Kondensorlinse. Bei dieser Beleuchtungseinrichtung wird eine gleichmäßige Ausleuchtung der Objektebene dadurch erreicht, daß zwischen einem der Lichtquelle benachbarten Reflektor und der Kollektorlinse ein lichtstreuendes Element angeordnet ist. Die Kollektorlinse bildet das Bild der Lichtquelle nach unendlich ab.
Bei allen flächig ausgebildeten Lichtquellen wird generell ein hoher geometrischer Lichtfluß durch die Lichtquelle bereitgestellt, von dem nur ein kleiner Teil genutzt wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die thermische Belastung des Mikroskops und der Probe zu minimieren
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelost Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspruche
Durch die gemeinsame Anordnung der beiden Lichtquellen im Beleuchtungsstrahlengang wird eine Beleuchtung erreicht, die einen optimierten geometrischem Lichtfluß bei festem Kondensor für stark vergrößernde Objektive mit großer Apertur und kleinem Objektfeld und für schwach vergrößernde Objektive mit kleiner Apertur und großem Objektfeld erzielt
Durch die Anordnung der zweiten Lichtquelle in einer zentralen Bohrung der Kollektorhnse wird eine einfache Halterung für die Lichtquelle bereitgestellt
In einer Ausgestaltung der Erfindung können im Beleuchtungsstrahlengang hchtstreuende Bauelemente in Form einer Streuscheibe und/oder einer mattierten Linsenoberflache vorgesehen sein
Als Lichtquelle werden vorteilhafter Weise LEDs verwendet Es können selbstverständlich auch andere Punktlichtquellen, wie kleine Halogenlampen oder Glühlampen eingesetzt werden Die LEDs haben den Vorteil, daß nahezu keine Wärmeentwicklung bei deren Betrieb entsteht und das Licht gerichtet abgestrahlt wird Bei der Verwendung von Weisslicht-LEDs laßt sich auch deren Helligkeit ohne Farbverschiebung durch eine einfache Stromanderung regeln Bei der Verwendung von RGB-LEDs, die auch weißes Licht erzeugen und durch Stromanderung dimmbar sind, kann außerdem jede einzelne Farbe in ihrer Intensität separat angesteuert werden
Die Beleuchtungseinrichtung mit den beiden Lichtquellen ist vorzugsweise in einem separaten Gehäuse angeordnet und als nachrustbares Bauteil für bestehende Mikroskop-Kondensorkopfe ausgebildet Selbstverständlich kann die Beleuchtungseinrichtung mit der Kondensorlinse auch fest verbunden sein und so ein gemeinsames Bauteil bilden
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektrische Ansteuereinnchtung vorgesehen, über die die beiden Lichtquellen separat oder gemeinsam geschaltet werden Damit wird die Helligkeit und/oder die Farbtemperatur der Lichtquellen entsprechend geregelt Die Ansteuereinnchtung weist außerdem eine Spannungsversorgung für die Lichtquellen in Form einer Batterie oder eines Akkus und/oder eines Gleichspannungs-Netzteils auf
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die RGB- LEDs sequentiell zur Erzeugung eines TV - RGB - Signals angesteuert werden Dabei kann als lichtempfindlicher Empfangerbaustein eine SΛΛ/-Vιdeokamera bzw ein entsprechender Chip verwendet werden Ferner ist vorgesehen, daß zur Erzeugung einer Blitzbeleuchtung die LEDs im Pulsbetrieb angesteuert werden
Die Erfindung wird anhand eines Ausfuhrungsbeispiels mit Hilfe der schematischen Zeichnung naher erläutert Es zeigen
Fig 1 eine Pπnzipdarstellung des Beleuchtungsstrahlengangs Fig 2 die Kollektorhnse mit der zentralen Bohrung
Die Figur 1 zeigt einen Beleuchtungsstrahlengang 1 für ein Mikroskop mit einer ersten Lichtquelle 2, einer vorgeschalteten zweiten Streuscheibe 11 und einer Kollektorhnse 3 Die Kollektorhnse 3 weist eine zentrale Bohrung 7 auf, in der eine zweite Lichtquelle 8 angeordnet ist Der zweiten Lichtquelle 8 ist im Beleuchtungsstrahlengang 1 eine erste Streuscheibe 10 nachgeordnet Die genannten Bauteile sind in einem separaten Gehäuse 12 angeordnet, wobei die erste Streuscheibe 10 das Gehäuse 12 staubdicht abschließt
Im weiteren Verlauf des Beleuchtungsstrahlenganges 1 ist eine regelbare Aperturblende 4, eine Kondensorlinse 5 und die Objektebene 9 vorgesehen Die Kondensorlinse 5 und die Aperturblende 4 können zusammen in einem weiteren, hier nicht mit dargestellten Gehäuse angeordnet sein
Die erste Lichtquelle 2 ist im Brennpunkt der Kollektorhnse 3 angeordnet, die ein paralleles Beleuchtungsstrahlenbunde! 17 erzeugt Dieses parallele Beleuchtungsstrahlenbundel 17 wird über die erste Streuscheibe 10 gefuhrt
Durch die Streuscheibe 10 divergieren die Beleuchtungsstrahlen unter kleinen Winkeln Die Strahlen werden dann über die Kondensorlinse 5 in die Objektebene 9 ablenkt Diese Beleuchtung entspricht einer kritischen Beleuchtung und wird für ein Objektiv mit kleinem Feld und großer Apertur verwendet
Die in der Bohrung 7 der Kollektorhnse 3 angeordnete zweite Lichtquelle 8 strahlt direkt über die Streuscheibe 10 unter einem großen Winkel in die Kondensorlinse 5 Von dieser Kondensorlinse 5 wird die Lichtquelle 8 nach unendlich abgebildet und bildet so ein paralleles Beleuchtungsstrahlenbundel 18 Mit der zweiten Lichtquelle 8 wird so eine Köhler'sche Beleuchtung erzeugt Diese Lichtquelle 8 wird für die Beleuchtung der Objektive mit großem Feld und kleiner Apertur verwendet
Durch die Anordnung der beiden Lichtquellen 2 und 8 wird nur derjenige geometrische Licht-Fluß erzeugt, der von dem entsprechenden Objektiv verwendet wird Damit kann auch auf die bisher verwendeten leistungsstarken Halogenlampen verzichtet werden
Es ist selbstverständlich möglich, die Lichtquelle 8 direkt oberhalb der Kollektorhnse 3 auf der optischen Achse 20 oder auch in einem nicht mit dargestellten Sackloch in der ersten Streuscheibe 10 anzuordnen Es muß nur sichergestellt sein, daß die Lichtquelle 8 möglichst nahe der
Aperturblendenebene bzw einer dazu konjugierten Ebene angeordnet ist
Die Anordnung der Lichtquelle 8 in der zentralen Bohrung 7 der Kollektorhnse 3 oder in dem nicht mit dargestellten Sackloch in der ersten Streuscheibe 10 gewährleistet eine sichere Zentrierung und Befestigung der Lichtquelle 8 auf der optischen Achse 20
Zur Steuerung der beiden Lichtquellen 2 und 8 ist eine Ansteuereinnchtung 13 vorgesehen, die über einen elektrischen Leitungsstrang 15 mit dem Gehäuse 12 und den beiden Lichtquellen 2, 8 verbunden ist Die Ansteuereinnchtung 13 weist als Spannungsquelle für die Regelung und den Betrieb der Lichtquellen 2, 8 eine
Batterie 14 und einen Anschluß 19 für ein Spannungsnetzteil auf Es versteht sich von selbst, daß diese Batterie auch als Akku ausgeführt sein kann, der immer dann betrieben wird, wenn keine Netz-Spannungsquelle vorhanden ist
Ferner weist die Ansteuereinnchtung mehrere Bedienknopfe 16 auf, über die die beiden Lichtquellen 2,8 wahlweise oder gemeinsam geschaltet werden können Es ist außerdem vorgesehen, die jeweilige Lampenhelhgkeit über die Bedienknopfe 16 zu regeln Bei der Verwendung von LEDs kann die Helligkeit durch eine einfache Regelung des Stromes eingestellt werden, ohne daß dabei eine Farbtemperaturanderung des Beleuchtungshchtes erfolgt
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als Lichtquellen 2 und 8 RGB- LEDs vorgesehen, bei denen die einzelnen Farben jeweils separat gesteuert werden Damit laßt sich in einfacher Art und Weise eine bestimmte Farbtemperatur bzw monochromatisches Licht einstellen Es kann außerdem vorgesehen sein, daß als erste Lichtquelle 2 eine Halogenlampe geringer Leistung und als zweite Lichtquelle 8 eine LED betrieben wird
Die Anordnung der Lichtquellen 2, 8 zusammen mit der Kollektorhnse 3 in einem separaten Gehäuse 12 hat den Vorteil, daß diese Beleuchtungseinrichtung als nachrustbare Baueinheit mit bestehenden Kondensorkopfen verbunden werden kann
Die Figur 2 zeigt die Kollektorhnse 3 mit der zentralen Bohrung 7 Die Oberflache der Kollektorhnse 3 kann durch eine Mattierung oder ein entsprechendes Raster hchtstreuend ausgebildet sein In diesem Fall wird erreicht, daß die erste Streuscheibe 10 (Fig 1) im Beleuchtungsstrahlengang entfallen kann
Es hegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, wenn die Kollektorhnse als einfache Beleuchtungshnse und/oder die Kondensorlinse als mehr nsiger Kondenkopf ausgebildet ist
Bezugszeichenliste
- Beleuchtungseinrichtung - erste Lichtquelle - Kollektorlinse - Aperturblende - Kondensorlinse - Beleuchtungsstrahlengang - zentrale Bohrung in 3 - zweite Lichtquelle - Objektebene - erste Streuscheibe - zweite Streuscheibe - Gehäuse - Ansteuereinnchtung - Batterie - elektrischer Leitungsstrang 12-13 - Bedienknöpfe - Beleuchtungsstrahlen von 2 - Beleuchtungsstrahlen von 8 - Netzteilanschluß - optische Achse