AT398006B

AT398006B - Photometertubus für ein mikroskop

Info

Publication number: AT398006B
Application number: AT0189488A
Authority: AT
Original assignee: Zeiss Carl
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1988-07-25
Publication date: 1994-08-25
Also published as: US4889426A; JPH01136112A; DE3735784A1; ATA189488A; DE3735784C2

Description

AT 398 006 B

Die Erfindung betrifft einen Photometertubus für ein Mikroskop mit einem den vom Objektiv des Mikroskops kommenden Strahlengang zwischen dem Okulareinblick und einem photoelektrischen Empfänger aufteilenden Prisma und einer Einrichtung zur Rückspiegelung der vor dem Empfänger angeordneten Meßfeldblende in den Okulareinblick.

Die Erfindung betrifft darüberhinaus ein Mikroskop für photometrische Messungen enthaltend ein Objektiv, einen Binokulartubus mit je einem Okular, einen photoelektrischen Empfänger, eine vor dem Empfänger angeordnete Meßfeldblende, ein Prisma zur Teilung des vom Objektiv kommenden Strahlenganges zwischen den Okularen und dem photoelektrischen Empfänger, ein Tubuslinsensystem, das zusammen mit dem Objektiv das zu untersuchende Objekt in die Zwischenbildebene im Binokulartubus und auf die Meßfeldblende abbildet, sowie eine Einrichtung zur Rückspiegelung der Meßfeldblende in den Binokulartubus.

Entsprechende Photometertuben sind beispielsweise aus der US-PS 34 21 806, der CH-PS 615 762 und der DE-PS 34 43 728 bekannt. Die Einrichtung zur Rückspiegelung der Meßfeldblende dient dazu, dem Betrachter gleichzeitig Objekt und Meßfeldblende im Binokulartubus sichtbar zu machen. Zu diesem Zweck wird die von hinten beleuchtete Meßfeldblende auf das Zwischenbiid des Objekts im Binokulartubus überlagert abgebildet.

Bei den eingangs zum Stand der Technik genannten Geräten erfolgt die Abbildung der Meßfeldblende in den Binokulartubus dadurch, daß hinter einem zweiten, im allgemeinen nicht genutzten Ausgang des Teilerprismas eine Spiegeloptik angeordnet ist, die eine vorzugsweise höhen- und seitenrichtige Abbildung der Meßfeldblende auf sich selbst und in die mit der Ebene der Meßfeldblende konjugierte Zwischenbildebene im Binokulartubus bewirkt. Für diesen Zweck werden Tripelspiegel oder Planspiegel mit einer vorgeschalteten abbildenden Optik verwendet.

Die bekannten Lösungen erfordern einen relativ hohen Aufwand an optischen Bauteilen. Darüberhinaus wird ein Teilerprisma mit zwei Ausgängen und Platz benötigt, um die Bauteile der Rückspiegeleinrichtung hinter dem zweiten Ausgang des Prismas anzuordnen. Dieser Platz steht jedoch oft nicht zur Verfügung. Auf die bekannte Art und Weise ist es deshalb nicht ohne weiteres möglich, bereits vorhandene Tuben in Photometertuben aufzurüsten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst einfach aufgebaute Rückspiegelungseinrichtung für einen Photometertubus zu schaffen, die auch in bereits vorhandene Tuben problemlos eingebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Rückspiegelung der Meßblende eine vor dem objektivseitigen Eingang des Teilerprismas angeordnete, teil verspiegelte bzw. nicht-entspiegelte Fläche aufweist, von der die Meßfeldblende in Autokollimation auf sich selbst abgebildet wird.

Die Aufgabe wird darüberhinaus bei dem eingangs genannten Mikroskop dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Rückspiegelung der Meßfeldblende durch eine der Flächen des Tubuslinsensystems, die nicht entspiegelt ist, gebildet ist, und daß durch Reflexion an dieser Fläche die Meßfeldblende in Autokollimation auf sich selbst abgebildet ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2-10 und 12.

Die Vorteile dieser Lösung sind darin zu sehen, daß kein zweiter Ausgang für das Teilerprisma benötigt wird. Es ist lediglich eine einzige, teilverspiegelte oder nicht-entspiegelte Fläche erforderlich, die bei jedem Mikroskop ohne Schwierigkeiten im Strahlengang zwischen dem Objektiv und dem Teilerprisma des Mikroskops untergebracht werden kann. Somit können auch vorhandene Tuben leicht für die Mikroskopphotometrie so umgerüstet werden, daß die Meßfeldblende im Bild des Objekts sichtbar wird.

Zwar läßt sich mit den angegebenen Maßnahmen keine seiten- und höhenrichtige Abbildung der Meßfeldblende erzielen und die zur Rückspiegelung verwendete Fläche bzw. das reflektierte Bild der Meßfeldblende muß daher in Bezug auf die Blende selbst justierbar sein. Dieser Umstand wird jedoch durch den Vorteil mehr als wett gemacht, daß höchstens ein einziges, in anderen Ausführungsbeispielen sogar überhaupt kein zusätzliches optisches Element für die Rückspiegelung der Meßfefdblende benötigt wird. Bei Mikroskopen, die eine Tubuslinse bzw. ein Tubuslinsensystem zur Erzeugung des Zwischenbildes besitzen, ist es nämlich möglich, eine der Rächen der bereits vorhandenen Tubuslinse bzw. des Tubuslinsensystems selbst zur Rückspiegelung der Meßfeldblende auszunutzen.

Es hat sich herausgestellt, daß für die Sichtbarmachung der Meßfeldblende im Binokulartubus mit ausreichendem Kontrast nur ein sehr geringer Reflexionsfaktor an der genannten Räche erforderlich ist Beispielsweise ist die bei nichtentspiegelten Glas-Luftgrenzflächen ohnehin vorhandene natürliche Reflexion in Höhe von ca. 4% des auffallenden Lichtes für diesen Zweck durchaus ausreichend. 2

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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren 1 - 6 der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze des Strahienganges in einem Mikroskop mit Photometertubus gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 stellt die Prinzipskizze des Strahlenganges in einem zweiten Ausführungsbeispiel dar;

Fig. 3 ist die Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels bei einem Mikroskop mit Tubuslinse;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung der Tubuslinse aus Fig. 3;

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform für die Tubuslinse aus Fig. 4;

Fig. 6 zeigt eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform für ein Tubuslinsensystem, das anstelle der Tubuslinse in Fig. 3 verwendet werden kann.

Die Figuren 1 - 3 zeigen jeweils den gesamten Strahlengang der wesentlichsten Teile eines Mikroskopphotometers. Da der Strahlengang in diesen drei Ausführungsbeispielen bis auf in den Bereichen der Tubuslinse bzw. der Tubuslinsensysteme (11,12,13) identisch ist, wird er nur einmal anhand von Fig. 1 beschrieben.

Das dort dargestellte Mikroskopphotometer enthält ein Objektiv (1) zur Abbildung des zu photometrie-renden Objekts (0). Das Objektiv (1) besitzt eine auf Unendlich gerechnete Ausgangsschnittweite und erzeugt in Verbindung mit einer Tubuslinse (2) ein Zwischenbild (5) des Objektes, das der Betrachter mit Hilfe der Okulare (4) beobachtet.

Im Strahlengang zwischen den Okularen (4) und der Tubuslinse (2) ist ein Teilerprisma (3) angeordnet, das den größten Teil des vom Objektiv (1) kommenden Lichtes in Richtung auf eine dahinter angeordnete Meßfeldblende (6) passieren läßt. Nur etwa 20% des Lichtes wird an der Teilerfläche des Prismas (3) reflektiert und nach einer weiteren Umlenkung in die Okulare (4) ausgekoppelt.

Die Meßfeldbiende (6) liegt in einer zum Zwischenbild (5) konjugierten Ebene. Auf die Meßfeldblende (6) folgt ein Klappspiegel (7), der in der gezeichneten Stellung das Licht eines aus einer Glühlampe (9) und einem Kollektor (8) bestehenden Hilfsbeleuchtungsstrahlenganges auf die Meßfeldblende (6) reflektiert und diese somit von hinten beleuchtet. Während der eigentlichen photometrischen Messung ist der Klappspiegel (7) ausgeschaltet, so daß das vom Objektiv (1) kommende und durch die Meßfeldblende (6) hindurchtretende Licht auf den mit (10) bezeichneten photoelektrischen Empfänger, z.B. einen Photomultiplier, fällt. Vor dem photoelektrischen Empfänger (10) ist eine Hilfslinse (20) angeordnet. Sie dient zur Abbildung der Objektivaustrittspupille auf die Photokathode des photoelektrischen Emfpängers.

Zur Rückspiegeiung der beleuchteten Meßfeldblende (6) in die Zwischenbildebene (5) im Binokulartubus ist eine Planplatte (21) vorgesehen, die objektivseitig vor der Tubuslinse (2) in den Strahlengang eingefügt ist. Die der Tubuslinse (2) zugewandte Seite der Planplatte (21) ist nicht entspiegelt. Diese Glas-Luft-Grenzfläche (26) reflektiert etwa 4% des von der Meßfeldblende kommenden, auf die Platte (21) auffallenden Lichtes zurück. Da die Platte (21) unterhalb der Tubuslinse (2) angeordnet ist, wird die Meßfeldblende (6) durch die Reflexion an der Fläche (26) der Planplatte (21) in Autokollimation auf sich selbst abgebildet und infolge der Strahlteilung im Prisma (3) dem Zwischenbild (5) überlagert und ist daher für den Betrachter im Bild des Objekts (O) sichtbar.

Die Planplatte (21) ist wie der zugehörige Pfeil andeutet kippbar, um ein Justieren der seiten- und höhenverkehrt auf das Zwischenbild (5) und auf sich selbst abgebildeten Meßfeldblende (6) zu ermöglichen. Die objektivseitige Fläche der Planplatte (21) ist ebenso wie die gesamte andere Optik des Gerätes entspiegelt. Das Nichtentspiegeln der einen Fläche (26) im Abbildungsstrahlengang hat für die Qualität der mikroskopischen Abbildung des Objektes (0) keinen nennenswerten Einfluß.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist anstelle der objektivseitig vor die Tubuslinse (2) gesetzten Planplatte (21) ein brechkraftloser, d.h. afokaler Meniskus (22) zwischen die Tubuslinse (2) und das Teilerprisma (3) eingefügt. Die okularseitige Fläche (27) dieses Meniskus ist nicht entspiegelt oder mit einer leicht reflexerhöhenden Schicht mit einem Reflexionsfaktor von beispielsweise 10% überzogen, während die objektivseitige Fläche des Meniskus (22) wieder entspiegelt ist Der Krümmungsradius des Meniskus (22) entspricht der optischen Weglänge zwischen der Meßfeldblendö (6) und der Räche (27), so daß der von der Fläche (27) gebildete Konkavspiegel mit seiner Restreftexion von 4% die Meßfeldblende (6) wieder auf sich selbst und in die Zwischenbildebene (5) abbildet Zur Justierung des Blendenbildes ist der Meniskus (27) senkrecht zur optischen Achse des Mikroskops verschiebbar oder kippbar.

Bei den in Rg. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen wird ein z.B. bereits vorhandener Tubus dadurch für die Rückspiegeiung der Meßfeldblende (6) ausgerüstet, indem vor oder hinter die Tubuslinse (2) ein einfaches optisches Element zusätzlich eingefügt wird. Hierbei ist noch zu bemerken, daß die in Rg. 2 dargestellte Lösung auch für Mikroskope mit Objektiven endlicher Ausgangsschnittweite geeignet ist, die keine Tubuslinse zur Zwischenbiiderzeugung verwenden, denn die Tubuslinse wird im Ausführungsbeispiel nach Rg. 2 für die Rückspiegeiung der Meßfeldblende (6) nicht benötigt. 3

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Ein Ausführungsbeispiel für Mikroskope mit einem Tubuslinsensystem ist in Fig. 3 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die okuiarseitige konkave Fläche (28) des Tubuslinsensystems (13), das aus einem verkitteten Glied besteht, für die Rückspiegelung der Blende (6) ausgenutzt und es wird kein weiteres Bauteil für diesen Zweck benötigt. Die in Fig. 4 vergrößert gezeichnete und detaillierter beschrifte-5 te Darstellung des Tubuslinsensystems (13) läßt erkennen, daß die okularseitige Fläche (28) nicht entspie-gelt ist, während die objektivseitige Fläche wie die gesamte übrige Optik des Mikroskops mit einer Entspiegelungsschicht (33) belegt ist. Das Tubuslinsensystem (13) ist ein aus zwei Komponenten (L1) und (L2) bestehendes Kittglied und besitzt eine Brennweite von 160 mm, d.h. in diesem Abstand entsteht das vom Objektiv (1) und dem Tubuslinsensystems (13) erzeugte Zwischenbild. Der Radius der nicht-entspie-70 gelten Fläche (28) des Tubuslinsensystems (13) beträgt ebenfalls 160 mm, so daß durch Reflexion an dieser Glas-Luft-Fläche von ca. 4% der Lichtintensität die Meßfeldblende in die Zwischenbildebene (5) abgebildet ist.

Bereits vorhandene Tuben ohne Rückspiegelungsmöglichkeit können also beispielsweise dadurch umgerüstet werden, daß man die bisherige Tubuslinse durch eine Tubuslinse ersetzt, die mit einem 75 speziellen auf die Systembrennweite abgestimmten, okularseitigen Radius versehen ist, und diese Fläche . nicht entspiegelt.

Auch hier empfiehlt es sich, das Tubuslinsensystem (13), wie durch den Pfeil angedeutet in eine zentrierbare oder kippbare Justierfassung einzubauen.

Alternativ zu dem in Fig. 4 dargestellten Tubuslinsensystem (13) kann auch das in Fig. 5 dargestellte 20 plankonvexe Tubuslinsensystem (13a) eingesetzt werden. Bei dem Tubuslinsensystem (13a) ist die objektivseitige Planfläche (29) nicht entspiegelt. Diese Fläche wirkt in Bezug auf die Rückspiegelung so wie die Planfläche (26) im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für ein Tubuslinsensystem, das anstelle des Tubuslinsensystems (13) verwendet werden kann, ist in Fig. 6 dargestellt. Das Tubuslinsensystem (30) besteht aus 25 einem bikonvexen Kittglied (31a, 31b) und einer okularseitigen Plankonkavlinse (32). Während die Glas-Luft Grenzflächen (ri), (r3) und (n.) wie bisher entspiegelt sind, ist die konkave Fläche (rs) der Linse (32) nicht entspiegelt. Der Radius (rs) dieser Fläche ist mit 160,79 mm so gewählt, daß durch Reflexion an dieser Fläche die Meßfeldblende in die Ebene abgebildet ist, in der das Tubuslinsensystem (30) das Zwischenbild des Objekts erzeugt. Die Daten für die Brechzahl n, die Abbezahi v und die Radien r, - r5 des 30 Tubuslinsensystems und die Abstände bzw. Dicken di - dt sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt: n = 124,09 mm di = 3,5 mm f2 = - 29,00 mm d2 = 2,5 mm r3 = - 66,355 mm d3 = 1,3 mm r« =oo d4 = 2,5 mm rs = 160,79 mm * n3ia = 1,50137 P31 a = 56,41 n3ib = 1,62588 ^31 b = 35,70 n32 = 1,52249 vz2 — 59,48

Die Teilung des Tubuslinsensystems (30) in ein bikonvexes Glied (31a,b) und ein plankonkaves Glied (32) hat mehrere Vorteile: Da der Hauptbeitrag zur Brechkraft des Systems vom bikonvexen Glied (31a,b) aufgebracht wird, kann dieses so justiert werden, daß das Zwischenbild an der dafür vorgesehenen Stelle 45 im Binokulartubus entsteht. Die Justierung des reflektierten Bildes der Meßfeldblende (6) kann dann durch Bewegen des plankonkaven Gliedes (32) vorgenommen werden, ohne daß die Lage des Zwischenbildes davon beeinflußt wird. Diesen Vorteil bietet auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, wo die Tubuslinse (2) und der brechkraftlose Meniskus (22) unabhängig voneinander zur Abstimmung der Zwischenbildebene und des reflektierten Bildes der Meßfeldblende (6) bewegt werden können, so Dort können jedoch Doppelbilder der Meßfeldblende dann entstehen, wenn die konvexe Räche des Meniskus (22) nicht ausreichend gut entspiegelt ist deren Radius ja dem der konkaven Räche (27) entspricht Dies ist im Ausführungbeisptei nach Rg. 6 zuverlässig vermieden, denn weder die Planfiäche (r*) noch die übrigen Rächen (r; - r3) des Kittglieds erzeugen Reflexe in der Nähe der Zwischenbildebene (5). 55 Die Lösung nach Rg. 6 hat außerdem wie die Ausführungsbeispiele nach Rg. 2 und Rg. 3, 4 den Vorteil, daß keine chromatischen Fehler bei der Abbildung der Meßfeldblende (6) entstehen, da für den Rückspiegelungsstrahlengang die brechende Wirkung des Tubuslinsensystems nicht benutzt wird. 4

Claims

AT 398 006 B Patentansprüche 1. Photometertubus für ein Mikroskop mit einem den vom Objektiv (1) des Mikroskops kommenden Strahlengang zwischen dem Okulareinblick (4) und einem photoelektrischen Empfänger (10) aufteilenden Prisma (3) und einer Einrichtung zur Rückspiegelung der vor dem Empfänger angeordneten Meßfeldblende (6) in den Okulareinblick, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Rückspiegelung der Meßfeldblende (6) eine vor dem objektivseitigen Eingang des Teilerprisma (3) angeordnete, teilverspiegelte bzw. nicht-entspiegelte Fläche (26,27,28,29/5) aufweist, von der die Meßfeldblende (6) in Autokollimation auf sich selbst abgebildet wird.
2. Photometertubus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die teilverspiegelte bzw. nicht-entspiegelte Fläche (26,27) auf einem in den Strahlengang zwischen dem Objektiv (1) und dem Teilerprisma (3) eingebrachten optischen Element (21,22) befindet.
3. Photometertubus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Objektiv (1) und dem Teilerprisma (3) ein Tubuslinsensystem oder eine Tubuslinse (2) angeordnet ist, und daß das optische Element eine zwischen dem Objektiv und der Tubuslinse (2) oder dem Tubuslinsensystem angeordnete Planplatte (21) ist.
4. Photometertubus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element ein direkt vor den Eingang des Teilerprismas (3) gesetzter, brechkraftloser Meniskus (22) ist.
5. Photometertubus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Objektiv (1) und dem Teilerprisma (3) ein Tubuslinsensystem (13, 13a, 30) angeordnet ist, und daß die teilverspiegelte bzw. nicht-entspiegelte Fläche (28,29/5) eine der Flächen des Tubuslinsensystems (13, 13a, 30) des Mikroskops ist.
6. Photometertubus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die teilverspiegelte bzw. nicht-entspiegelte Fläche eine okularseitige konkave Fläche (28,rs) des Tubuslinsensystems (13, 30) ist.
7. Photometertubus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tubuslinsensystem (30) okularseitig eine Plankonkavlinse (32) aufweist, deren konkave Fläche (rs) die teilverspiegelte bzw. nicht-entspiegelte Fläche ist.
8. Photometertubus nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (rs) der konkaven Fläche und die Brennweite des Tubuslinsensystems (30) im wesentlichen gleich sind.
9. Photometertubus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die teilverspiegelte bzw. nicht-entspiegelte Fläche eine objektivseitige Planfläche (29) des Tubuslinsensystems (13a) ist.
10. Photometertubus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die teilverspiegelte bzw. nicht-entspiegelte Fläche (26, 27, 28, 29, rs) an einem zentrierbar oder kippbar im Objektivstrahlengang des Mikroskops angeordneten optischen Element (21, 22, 23) befindet.
11. Mikroskop für photometrische Messungen enthaltend ein Objektiv (1), einen Binokulartubus mit je einem Okular (4), einen photoelektrischen Empfänger (10), eine vor dem Empfänger angeordnete Meßfeldblende (6), ein Prisma (3) zur Teilung des vom Objektiv (1) kommenden Strahlenganges zwischen den Okularen (4) und dem photoelektrischen Empfänger (10), ein Tubuslinsensystem (11,12, 13, 13a, 30), das zusammen mit dem Objektiv (1) das zu untersuchende Objekt (O) in die Zwischenbildebene (5) im Binokulartubus und auf die Meßfeldblende (6) abbildet sowie eine Einrichtung zur Rückspiegelung der Meßfeldblende (6) in den Binakulartubus, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung zur Rückspiegeiung der Meßfekibfende durch eine der Rächen (26, 27, 28, 29, rs) des Tubuslinsensystems (11,12,13,13a, 30), die nicht entspiegelt ist, gebildet ist, und daß durch Reflexion an dieser Räche (26, 27, 28,29, rs) die Meßfeldblende (6) in Autokollimation auf sich selbst abgebildet ist.
12. Mikroskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß der Reflexionsfaktor der Räche kleiner als 0,1 ist. 5 AT 398 006 B Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 6