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Vorrichtung zur Beleuchtung mikroskopischer Objekte.
Zur Beleuchtung mikroskopischer Objekte benutzt man oft eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine Lichtquelle, einen Lampenkondensor und einen Mikroskopkondensor enthält. Cm einwandfreie Bilder zu ergeben, müssen dabei die Apertur des Beleuehtungsstrahlenbündels und die Grösse des von ihm getroffenen Leuchtfeldes der von dem benutzten Iikrospokobjektiv abhängigen Apertur des Be-
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griffe nicht zu gestatten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beleuchtung mikroskopischer Objekte der eingangs genannten Art, welche innerhalb eines grösseren Bereichs in bezug auf die Grösse der Beleuchtungsapertur und des Leuchtfeldes stetig veränderlich ist und die sieh zugleich durch einen besonders spar-
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verschieblich ist und welches so zwischen dem Lampenkondeusor und dem Mikroskopkondensor angeordnet ist, dass die Lichtquelle mit Hilfe des Lampenkondensors zwischen den Lichtaustrittsöffnungen des Lampenkondensors udn des zusätzlichen optischen Systems umgekehrt abgebildet wird und dieses
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in veränderlicher Grösse abgebildet wird.
Es empfiehlt sich, dieses aufrechte, veränderliche Bild der Lichtquelle zwischen der vorderen Brennebene des Mikroskopkondensors und der Ebene des zu beleuchtenden mikroskopisehen Objekts anzuordnen, die in der Regel ungefähr mit der hinteren Brennebene des Mikroskopkondensors zusammenfällt. Als zusätzliches optisches System ist zweckmässig ein System
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Grössen der Brennweiten der Glieder erreichen, dass das von ihnen erzeugte Bild der Liehtquelle unab- hängig von der Lage seiner Einzelglieder zueinander stets ungefähr in derselben Ebene liegt. d. li. dass
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das System angenähert pankratische Abbildung liefert.
Während nämlich ein solches System in drei verschiedenen Stellungen seiner Glieder zueinander die Lichtquelle in genau derselben Ebene abbildet, kann dies mit einem zusätzlichen optischen System, welches nur aus zwei fest miteinander verbundenen Gliedern besteht, nur bei zwei verschiedenen Stellungen des Systems erreicht werden. Man hat deshalb
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auf scharfe Abbildungen bei allen Stellungen des Umkehrsystems ankommt, aus zwei Gliedern aufgebaut, die gemeinsam beweglich waren und bei diesen Bewegungen ausserdem relativ zueinander verschoben wurden. Die Relativbewegungen wurden so bemessen, dass in allen Stellungen des Umkehrsystems das Fernrohrbild in derselben Ebene entworfen wurde.
Mit den üblichen Lichtquellen ergeben Beleuchtungsvorrichtungen bekanntlich dann die beste Lichtausbeute. und eine gleichmässige Beleuchtung auf der ganzen Fläche des Leuchtfeldes, wenn die von Köhler aufgestellte'Bedingung erfüllt ist, dass ein Bild der Lichtquelle in der vorderen Brennebene des Mikroskopkondensors und ein Bild des Lampenkondensors in der hinteren Brennebene des Mikroskop-
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man die Brennweiten und Abstände des zusätzlichen optischen Systems so wählt,
dass das aufrechte Lichtquellenbild ungefähr in der Lichteintrittsöffnung des Mikroskopkondensors liegt und der Lampenkondensor mit Hilfe des zusätzlichen optischen Systems und des Mikroskopkondensors ungefähr in der Ebene des zu beleuchtenden mikroskopischen Objekts abgebildet wird.
In der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1-3 zeigen die optischen Teile der ersten drei Beispiele in schematischen Mittelschnitten. Fig. 4 gibt das vierte Aus-
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veranschaulicht. In den Fig. 6-8 sind die beweglichen optischen Teile des vierten Ausführungsbeispiels in drei verschiedenen Stellungen schematisch angegeben. Fig. 9 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel, teilweise im Mittelschnitt. In Fig. 10 ist dieses Beispiel in einem schematischen Mittelschnitt wiedergegeben.
Das erste Ausführungsbeispiel (Fig. 1) hat eine Lichtquelle 1 und einen Lampenkondensor 2,
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eine Sammellinse 4, der eine Irisblende 5 unmittelbar folgt. Das Beispiel hat weiterhin einen aus drei Linsen 6, 7 und 8 bestehenden Mikroskopkondensor, Zwischen der Blende 5 und dem Mikroskopkondensor 6, 7, 8 ist ein aus zwei Sammellinsen 9, 10-bestehendes zusätzliches optisches System in Richtung der Achse des Beleuchtungssystems verschieblich.
Die Lichtquelle 1 wird vom Lampenkondensor 2 und der Sammellinse 4 in der Ebene der Irisblende 5 umgekehrt abgebildet. Dieses Z wisehenbild der Lichtquelle wird mit der Blende 5 von den Sammellinsen 9, 10 ungefähr in der vorderen Brennebene des Mikroskopkondensors 6,7, 8 nochmals
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systems 9, 10 ein Bild der Blende 3, wobei die Brennweite der Linse 2 so bemessen ist, dass die Lage des reell oder virtuell hinter dem bewegliehen Linsensystem 9, 10 entstehenden Bildes dieser Blende 3 unverändert bleibt, auch wenn sich das Linsensystem 9, 10 in die gestrichelt eingezeichnete Lage 9', 10' bewegt.
Bei der gezeichneten Lage der Linsen 9, 10 wird das auf der als Aperturblende wirkenden Blende 5 entstehende Zwischenbild der Lichtquelle 1 dreifach verkleinert, bei der Lage 9', 10'dagegen dreifach vergrössert auf der ungefähr mit der vorderen Brennebene des Mikroskopkondensors zusammenfallenden Lichteintrittsfläche der Linse 6 wiedergegeben. Ist der Durchmesser dieser Linse 6 so gewählt, dass das Bild der Lichtquelle im letztgenannten Falle die Liehteintrittsfläche dieser Linse gerade ausfüllt, und ist die Apertur des Mikroskopkondensors 1'40, dann wird bei einer Verschiebung des Linsensystems 9, 10 in die Lage 9', 10'die Apertur des Beleuchtungssystems von 0'156 auf 1-40 verändert.
Bei dieser Ver-
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Beim zweiten Ausführungsbeispiele (Fig. 2) ist wiederum an einem hinter einer Lichtquelle 11 vorgesehenen Lampenkondensor 12 eine Irisblende 13 angebracht. Als Mikroskopkondensor dient ein dreilinsiger Kondensor 14, 15, 16, in dessen vorderer Brennebene sieh eine Irisblende 17 befindet, die als
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zwischen dieser und der Blende 13 ein verschiebliches Linsensystem 19, 20.
Die Blende 13, die als Leuchtfeldblende wirkt, wird durch das bewegliche Linsensystem 19, 20 auf der Sammellinse 18 und vom Mikroskopkondensor 14, 15, 16 in der Objektebene abgebildet. Der Lampenkondensor 12 entwirft ein umgekehrtes Zwischenbild der Lichtquelle 11 so in der Nähe des bewegliehen Linsensystems 19, 20, dass dieses Zwisehenbild unverändert in derselben Ebene abgebildet wird, auch wenn das Linsensystem 19, 20 in die gestrichelt eingezeichnete Lage 19', 20' verschoben wird. Mit Hilfe der Sammellinse-M entsteht dann schliesslich ein aufrechtes Bild der Lichtquelle 11 in der Ebene
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Linsensystems 19, 20 in die Lage 19', 20'in denselben Verhältnissen wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Das zweite Ausführungsbeispiel hat dem ersten gegenüber jedoch den Nachteil, dass die Öffnung der Aperturblende 17 mit der Verschiebung des beweglichen Linsensystems 19, 20 geändert werden muss, falls man nicht wünscht, dass die Grösse der Lichtquelle 11 selbst massgebend für die Apertur des Beleuchtungssystems ist. Soll beispielsweise das Objekt mit einer Apertur, die ein Drittel der Apertur des benutzten Mikroskopobkjektivs beträgt, beleuchtet werden, dann wird beim ersten Ausführungsbeispiele die Aperturblende 5 so weit geschlossen, dass der Durchmesser ihrer Blendenöffnung nur noch ein Drittel
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Auswechseln des Mikroskopobjektivs gegen ein anderes, während die Aperturblende 17 des zweiten Beispiels bei jedem Objektivwechsel neu eingestellt werden muss.
Bei den beiden beschriebenen Beispielen ist der Abstand der Linsen 9, 10 bzw. 19, 20 des beweglichen Linsensystems voneinander unveränderlich.
Beide Beispiele haben den Nachteil, dass die Lichtquellen 1 und 11 und die Leuchtfeldblenden 3 und 13 nur in den gezeichneten Endstellungen scharf auf den Linsen 6 und 14 bzw. in der Objektebene abgebildet werden. Nehmen die Linsen 9, 10 und 19, 20 Stellungen zwischen den Endstellungen ein, dann sind die
Bildebenen mehr oder weniger verlagert. Obwohl diese Verlagerung bei dem Beleuchtungssystem für die in Frage kommenden Zwecke bis zu einem gewissen Grade als zulässig angesprochen werden kann, so würde doch dabei der Aperturbereich des Beleuchtungssystems, in welchem dieses mit Vorteil verwendet werden könnte, eine Schmälerung erfahren.
Der unerwünschten Verlagerung der Bildebenen kann man jedoch in einfacher Weise dadurch begegnen, dass man das zusätzliche, mit wenigstens einem beweglichen Gliede ausgestattete optische System aus zwei Teilsystemen aufbaut, deren Abstand voneinander veränderlich ist. Ein solches Beleuchtungssystem zeigt das dritte Ausführungsbeispiel.
Der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels (Fig. 3) entspricht dem des ersten Beispiels ; die einzelnen Glieder des Systems sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Abweichend vom ersten Beispiele ist jedoch der Abstand der beiden Linsen 9 und 10 des zusätzlichen beweglichen optischen
Systems veränderlich. Die Linsen 9 und 10 lassen sich nunmehr so in die gestrichelt gezeichnete Endstellung 9', 10'überführen, dass für alle Zwisehenstellungen beispielsweise die punktiert eingezeichnete
Stellung 9", 10"die Abbildungen der Lichtquelle 1 und der Leuchtfeldblende 3 stets ungefähr in die Ebenen fallen, in welchen sie liegen, wenn die Linsen 9, 10 ihre Endstellungen einnehmen.
Eine derartige Abbildung, die man als pankratische Abbildung bezeichnet, kann bekanntlich in der Weise praktisch verwirklich werden, dass man die beiden beweglichen Glieder beispielsweise durch Kurvenführungen von einem gemeinsamen Antriebsgliede aus oder mittels anderer, aus dem Bau pankratischer Fernrohre bekannter Mittel in der gewünschten Weise steuert.
Beim vierten Ausführungsbeispiele (Fig. 4-8) ist eine als Lichtquelle dienende Glühlampe 21 mit ihrer Fassung 22 in einem rohrförmigen Gehäuse 23 befestigt. Unmittelbar hinter der Glühlampe 21 ist eine als Lampenkondensor dienende Sammellinse 24 gefasst, der eine Irisblende 25 folgt. Im Gehäuse 23 befinden sich zwei Schlitze 26 zur Aufnahme von Farbfiltern 27 u. dgl. ; ferner enthält das Gehäuse 23 eine Sammellinse 28, hinter welcher eine zweite Irisblende 29 angebracht ist.
Mittels eines Ringes 30 ist an dem Gehäuse 23 ein rohrförmiges Verlängerungsstück befestigt, welches eine zerstreuende Linse 32 trägt und als Führung für eine in der Achsenrichtung verschiebliche Muffe 3. 5 dient, die mit einem Gewindestüek 34 durch einen Längsschlitz 35 des Verlängerungsstückes 31 hindurchgreift. Die Muffe 33 ist mit einem Längsschlitz 36 versehen, durch welchen die Fassung der Linse 32 hindurchgreift, und trägt zwei gleiche Sammellinsen 37 und 38, die so angeordnet sind, dass sich je eine dieser Linsen auf einer Seite der Linse 32 befindet. Auf dem Verlängerungsstück 31 ist eine Hülse 39 drehbar, die mit einem Innengewinde 40 versehen ist, in welches das Gewindestück 34 eingreift.
Durch einen Ring 41 ist das Verlängerungsstück 31 mit einem Prismen gehäuse 42 verbunden. Dieses Prismengehäuse 42 enthält ein den Strahlengang um einen rechten Winkel ablenkendes Spiegelprisma 43 und trägt einen Mikroskopkondensor 44, welcher drei sammelnde Glieder 45,46 und 47 enthält.
Abgesehen von der durch das Prisma 43 bewirkten Knickung des Beleuchtungsstrahlenganges entspricht das vierte Beispiel in bezug auf Brennweiten und Abstände der optischen Glieder dem sehematisch dargestellten ersten Beispiele mit Ausnahme des zusätzlichen optischen Systems, welches hier ein aus den drei Linsen 37, 32 und 38 bestehendes pankratisches System ist. Die Wirkung dieses Systems ist in den Fig. 6-8 schematisch dargestellt. Wie beim ersten Beispiele wirkt die der Lichtquelle benachbarte Irisblende 25 als Leuehtfeldblende, die ihr fernere IriEblende 29 als Aperturblende des Beleuchtungssystems. Das in der Ebene der Aperturblende 29 durch die Linsen 24 und 28 erzeugte umgekehrte Zwischenbild des Glühfadens der Lampe 21 ist in den letztgenannten drei Figuren als Pfeil 48 angedeutet.
Bei der in Fig. 6 wiedergegebenen Lage der Linsen 37, 32 und 38 zueinander erzeugt das System ein aufrechtes Bild 48'der Lichtquelle, dessen Grösse ein Drittel des Zwischenbildes 48 ist. Bei der zweiten, in Fig. 7 veranschaulichten Lage des pankratischen Systems entsteht ein aufrechtes B : ld 48" des Glühfadens von der gleichen Grösse und bei der in Fig. 8 dargestellten Lage ein aufrechtes Bild 48"' von der dreifachen Grösse des Zwischenbildes 48.
Zum Gebrauche wird das Gerät mit dem Mikroskopkondensor 44 in bekannter Weise in den Kondensorhalter des zu benutzenden Mikroskops eingesetzt und darin festgeklemmt. Die Glühlampe 21 wird
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an einen geeigneten Stromkreis angeschlossen. Die beiden in der Muffe 33 gefassten Sammellinsen 37 und 38 werden durch Drehen der Hülse 39 in die in Fig. 8 wiedergegebene Lage gebracht und nunmehr die Aperturblende 29 so weit geschlossen, dass das von dem zusätzlichen System 37, 32, 38 erzeugte Bild 48'" der Lichtquelle die freie Öffnung der ersten Linse 45 des Mikroskopkondensors 44 gerade ausfüllt.
Während des Gebrauchs der Vorrichtung bleibt die so eingestellte Öffnung der Aperturblende 29 unverändert ; die Apertur des Beleuchtungssystems wird durch Drehen der Hülse 39 und demzufolge Verschieben der Muffe 33 mit den Linsen 37 und 38 geändert. Die Ebene, in welcher die Bilder 48', 48"und 48'"sowie die zu den übrigen Stellungen des Systems 37, 32, 38 gehörenden Bilder der Lichtquelle erzeugt werden, bleibt unverändert erhalten. In die Schlitze 26 werden beim Gebrauche der Vorrichtung je nach Bedarf Farbfilter, Mattscheiben, Graugläser od. dgl. eingesetzt.
Beim fünften Ausführungsbeispiele (Fig. 9 und 10) ist von einem Teile des vierten Ausführungsbeispiels Gebrauch gemacht, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Während bei den ersten vier Beispielen die Köhlersche Bedingung erfüllt ist, ist das beim fünften Beispiele nicht der Fall. Das Beispiel zeichnet sich jedoch durch besonders kurze Baulänge aus und ist deshalb besonders handlich. Der Ring 30 enthält eine Irisblende 49 und trägt ein rohrförmiges Gehäuse 50, in welchem ein aus zwei Sammellinsen 51 und 52 bestehender Lampenkondensor gelagert ist. Am freien Ende des Gehäuses 50 ist eine Lampenfassung 53 mit einer Glühlampe 54 mit mattierter Birne befestigt.
Zum Gebrauche wird die Beleuchtungsvorrichtung in derselben Weise wie das vierte Ausführungsbeispiel am Mikroskop befestigt und die Glühlampe 54 an einen Stromkreis angeschlossen. Die Blende 29 dient wiederum als Aperturblende des Beleuchtungssystems. Die Linsen 51, 52 des Lampenkondensors bilden den Glühfaden 55 (Fig. 10) der Lampe 54 umgekehrt innerhalb des von den Linsen 37, 32 und 38 gebildeten pankratischen Umkehrsystems ab. Dieses Bild 56 des Glühfadens 55 dient wiederum als Objekt für das Umkehrsystem und den Mikroskopkondensor 45, 46, 47, so dass in der Objektebene des Mikroskops ein aufrechtes Bild 57 des Glühfadens 55 entsteht. Die Blende 29 wird vom Umkehrsystem 37, 32, 38 auf der diesem System zugekehrten Fläche der Linse 45 des Mikroskopkondensors abgebildet.
Durch Drehen der Hülse 39 werden die Linsen 3'7 und 38 gegenüber der Linse 32 in der Achsenrichtung des Beleuchtungsstrahlenbündels verschoben, wobei sich die Gr össe des Fadenbildes 57 wie die des Bildes 48' des vierten Beispiels unter Beibehaltung des Bildortes ändert. Da die Glühlampe 54 eine das Licht diffus zerstreuende Birne hat, kann die Abbildung des Fadens 55 mit dem Gerät nicht scharf sein. Durch die Zerstreuung des Lichtes wird erreicht, dass in der Objektebene eine gleichmässig beleuchtete Kreisfläche ungefähr von der Grösse des Fadenbildes entsteht, die eine einwandfreie Beleuchtung des Objekts sichert.
In der folgenden Zusammenstellung sind die Krümmungsradien r, die Glasdicken d und die Abstände I für die optischen Glieder der beschriebenen Ausführungsbeispiele angegeben und ferner die Glasarten durch Angabe der Brechungszahlen nD für die D-Linie des Sonnenspektrums gekennzeichnet.
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<Desc/Clms Page number 5>
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<tb> Linsen <SEP> 2,4, <SEP> 6, <SEP> 7, <SEP> 8, <SEP> 9, <SEP> 10, <SEP> 12, <SEP> 14, <SEP> 15, <SEP> 16, <SEP> 19, <SEP> 20, <SEP> 24, <SEP> 28, <SEP> 45, <SEP> 46, <SEP> 47, <SEP> 51, <SEP> 52........ <SEP> ntD-1-51633
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<tb> Linsen <SEP> 37, <SEP> 38..................................................................
<SEP> nD <SEP> = <SEP> 1-63958
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Beleuchtung mikroskopischer Objekte, die eine Lichtquelle, einen Lampenkondensor und einen Mikroskopkondensor enthält, gekennzeichnet durch ein zusätzliches optisches System, von dem wenigstens ein Glied in Richtung der Achse des Beleuehtungsstrahlenbündels ver- schieblieh ist und welches so zwischen dem Lampenkondensor und dem Mikroskopkondensor angeordnet ist, dass die Lichtquelle mit Hilfe des Lampenkondensors zwischen den Liehtaustrittsöffnungen des Lampenkondensors und des zusätzlichen optischen Systems umgekehrt abgebildet wird und dieses umgekehrte Lichtquellenbild mit Hilfe des zusätzlichen optischen Systems wiederum umgekehrt und in veränderlicher Grösse abgebildet wird.