DD284768B5

DD284768B5 - Modulare Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DD284768B5
Application number: DD32918789A
Authority: DD
Inventors: Joachim Bergner; Burkhard Bufe; Hubert Dipl-Ing Wahl
Original assignee: Zeiss Carl Jena Gmbh
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1995-06-29
Also published as: DE4011288A1; GB2232270A; GB9011726D0; GB2232270B; US5136429A

Description

f - f d

^TTL - ^TK "

Va² + b²

dimensioniert ist, wobei

f_TL die Brennweite der Telezlinse (8),

f_K die Brennweite des Kollektors (2),

d der maximal nutzbare Durchmesser der Öffnung der Aperturblende (4) und a, b die Seitenlängen der leuchtenden Fläche der Lichtquelle (1) sind.

3. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die kondensorseitige Brennweite der Telezlinse (8) in der vorderen Brennebene des Kondensors (5) liegt, wobei die optisch im Unendlichen liegende Lichtquelle (1) in die besagte Brennebene des Kondensors (5) abgebildet ist.

4. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Kondensorfrontsystem (6) des Kondensors (5) aus dem Strahlengang ausgeschaltet ist.

5. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Telezlinse (8) in unmittelbarer Nähe der vorderen Brennebene des Kondensors (5) angeordnet und die optisch im Endlichen liegende Lichtquelle (1) in die vordere Brennebene des Kondensors (5) abgebildet ist.

6. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß das Kondensorfrontsystem (8) des Kondensors (5) aus dem Strahlengang ausgeschaltet ist.

7. Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Lichtquelle (1) und der Kollektor (2) eine Baueinheit bilden, die trennbar an einer vor der Leuchtfeldblende (3) befindlichen Koppelstelle befestigt ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird in Durchlichtmikroskopen angewandt, die eine Beleuchtungseinrichtung nach dem Köhlerschen Beleuchtungsprinzip aufweisen. Sie findet vorzugsweise in Durchlichtmikroskopen Anwendung, die Bestandteil eines mehrere Mikroskoptypen umfassenden Komplexes sind, innerhalb dessen ein hoher Wiederholteilgrad der eingesetzten optischen und mechanischen Bauelemente und eine einfache Austauschbarkeit von Leuchten unterschiedlicher Leistung mit geringem Justieraufwand gefordert ist.

-2- 284 768 Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Beim klassischen Beleuchtungsprinzip nach Köhler wird die in endlicher Entfernung vor einem Kondensor liegende Lichtquelle durch einen Kollektor direkt in die Aperturblende dieses Kondensors und die dicht hinter dem Kollektor angeordnete Leuchtfeldblende vom Kondensor in die Objektebene abgebildet (Beyer-Riesenberg: Handbuch der Mikroskopie.

3. Auflage, Berlin 1988, S. 145). Unterschiedliche Entfernungen der Lichtquelle und der Leuchtfeldblende von der Objektebene (optische Übertragungslänge) erfordern für jedes spezifische Mikroskop eine eigene Dimensionierung und Korrektion der abbildenden Systeme, die bei großen Übertragungslängen zu nicht mehr anwendbaren Linsendurchmessern bei vorgegebener Brennweite führen.

Bekannt ist ein Variosystem (DE-PS 2 635 142), das einen endlichen Strahlengang aufweist und reelle Zwischenbilder der Lichtquelle beziehungsweise der Leuchtfeldblende erzeugt. Dieses Variosystem ist jedoch für einfache Ausbildungsmikroskope ökonomisch nicht vertretbar.

Bei einem weiteren bekannten Beleuchtungssystem nach der DE-PS 2 846 056 werden neben unterschiedlichen Kondensorsystemen auch unterschiedliche, in verschiedenen Ebenen liegende Aperturblenden vorgesehen, damit ist ebenfalls ein erheblicher Aufwand für die Ausleuchtung unterschiedlich großer Objektfelder und Aperturen notwendig.

Ein bekanntes Beleuchtungssystem nach der DE-PS 3 113 843 sieht zur Ausleuchtung unterschiedlich großer Objektfelder und Aperturen zwei austauschbare Relaislinsensysteme vor, die ein vom Kollektor in endlicher Entfernung entworfenes Zwischenbild der Lichtquelle aufnehmen und in endlicher (System 1) bzw. unendlicher (System 2) Entfernung abbilden.

Abgesehen von dem erhöhten Aufwand durch Anwenden von Relaislinsensystemen führt die telezentrische Abbildung der Lichtquelle im Objektraum bei schwachen Vergrößerungen des Mikroskopobjektivs in der Regel zu Abschattungen des ausgeleuchteten Objektfeldes durch die nachgeschalteten abbildenden optischen Systeme.

Auch sind Mikroskope bekannt, bei denen zur vorteilhaften Anordnung optischer Bauelemente wie Polarisatoren oder Interferenzkontrastprismen im telezentrischen Strahlengang die Leuchtfeldblende im Unendlichen abgebildet wird (Jenaer Rundschau 28 [1983] 2, 61...62). Zur Lichtquellenabbildung in endlicher Entfernung wird dabei jedoch wegen der großen optischen Übertragungslänge ein mehrgliedriges, für jede der ansetzbaren Mikroskopierleuchten speziell ausgebildetes Zwischenabbildungssystem benötigt.

In DD 58 606 ist der Wechsel zwischen großer Beleuchtungsapertur und kleinem Leuchtfeld einerseits und kleiner Beleuchtungsapertur andererseits dargestellt.

In DE-AS 1 020 194 ist ein Kondensor für große Apertur- und Leuchtfeldbereiche beschrieben.

Allen genannten Beleuchtungseinrichtungen gemeinsam ist, daß sie jeweils für einen definierten Aufbau des Mikroskops mit einer vorgegebenen optischen Übertragungslänge bestimmt sind und es nicht möglich ist, sie unter Verwendung der gleichen Bauelemente für Mikroskope mit anderer optischer Übertragungslänge einzusetzen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine Modulare Beleuchtungseinrichtung, die in Durchlichtmikroskopen flexibel Anwendung findet, die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und mit geringem technisch-ökonomischen Aufwand herstellbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Modulare Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope zu schaffen, die sowohl in Mikroskopen mit großer optischer Übertragungslänge als auch in Mikroskopen mit kleiner optischer Übertragungslänge zwischen Lichtquelle und Objektebene einsetzbar ist, wobei aus Korrektionsgründen insbesondere die Eingangsschnittweite für die einzusetzenden Kondensoren den gleichen Wert haben soll, einen leichten, den Zentrierzustand der Lichtquellenabbildung nicht oder nur wenig beeinflussenden Wechsel zwischen Lichtquellen unterschiedlicher Lichtleistung oder physikalischer Qualität ermöglicht, wobei innerhalb des Mikroskops keine Veränderung an der optischen Bestückung vorgenommen wird, und sowohl zum Ausleuchten relativ kleiner Objektfelder mit hoher Apertur oder zum Ausleuchten relativ großer Objektfelder mit kleiner Apertur ohne zusätzlichen Bauelementeaufwand geeignet ist. Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Beleuchtungseinheit durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Mit dem Begriff „Telezlinse" ist auf übliche Art ein optisches System zur Erzeugung eines telezentrischen Strahlengangs charakterisiert.

Vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführungsvarianten bestehen darin, daß - die Brennweite f_TL der Telezlinse vorzugsweise nach

f-n = f*

Va² + b²

dimensioniert ist, wobei f_TL die Brennweite der Telezlinse, f_K die Brennweite des Kollektors,

d der maximale nutzbare Durchmesser der Öffnung der Aperturblende und a, b die Seitenlängen der leuchtenden Fläche der Lichtquelle sind,

- die kondensorseitige Brennweite der Telezlinse in der vorderen Brennweite des Kondensors liegt, wobei die optisch im Unendlichen liegende Lichtquelle in die besagte Brennebene des Kondensors abgebildet ist, oder

- die Telezlinse in unmittelbarer Nähe der vorderen Brennebene des Kondensors angeordnet und die optisch im Endlichen liegende Lichtquelle in die vordere Brennebene des Kondensors abgebildet ist,

- das Kondensorfrontsystem des Kondensors aus dem Strahlengang ausschaltbar ist,

- die Lichtquelle und der Kollektor eine Baueinheit bilden, die trennbar an einer vor der Leuchtfeldblende befindlichen Koppelstelle befestigt ist.

Die Wirkungsweise der Erfindung wird folgend geschildert.

Die Lichtquelle wird bei der einen Ausführungsvariante von dem Kollektor im Unendlichen und von der Telezlinse in die vordere Brennebene des Kondensors abgebildet. Die dicht hinter dem Kollektor angeordnete Leuchtfeldblende wird von der Telezlinse im Unendlichen und von dem Kondensor in die Objektebene abgebildet.

Diese Anordnung eignet sich besonders für Beleuchtungssysteme mit großer optischer Übertragungslänge.

Zum Ausleuchten der Objektfelder schwach vergrößernder Objektive, z. B. zwischen 2,5 und 8,5 mm Durchmesser, ist das Hinterglied des aus mindestens zwei Linsen bestehenden Kondensors in seiner Brennweite so gewählt, daß es nach Wegschalten des Kondensorfrontsystems zusammen mit der Telezlinse die Leuchtfeldblende in entsprechender Größe in die Objektebene abbildet.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich dabei, wenn der Brennpunkt des Hintergliedes mit dem Brennpunkt des Gesamtkondensors in der Objektebene zusammenfällt.

Bei der anderen Ausführungsvariante der Erfindung, der für kleine optische Übergangslängen, ist die Telezlinse in unmittelbarer Nähe der vorderen Brennebene des Kondensors angeordnet und die optisch im Endlichen liegende Lichtquelle wird in die vordere Brennebene des Kondensors abgebildet.

Durch die in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse verschiebbare Anordnung der Telezlinse sind geringe Ortstoleranzen des Leuchtfeldblendenbildes ausgleichbar.

Die Zusammenfassung der Lichtquelle und des Kollektors in einer Baueinheit, die trennbar an einer vor der Leuchtfeldblende befindlichen zentrierunempfindlichen Koppelstelle befestigt ist, gestattet den Wechsel von Lichtquellen unterschiedlicher Lichtleistungen oder physikalischer Qualität.

Das Bild der verwendeten Lichtquelle wird vorteilhafterweise so in die Aperturblende einbeschrieben, daß die Diagonale des Lichtquellenbildes dem maximal genutzten Durchmesser der Aperturblende entspricht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Telezlinse und die Leuchtfeldblende in einer modularen Baueinheit anzuordnen.

Mit der erfindungsgemäßen Modularen Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope ist es möglich, mit den gleichen optischen und mechanischen Bauelementen sowohl einfache Ausbildungsmikroskope als auch anspruchsvollere Routinemikroskope auszurüsten. Die Nutzung gleicher Kondensoren erhöht weiter den Wiederholteilgrad. Die Trennung der Leuchte vom Mikroskop im telezentrischen Strahlengang spart Zentrierelemente an der Leuchte und reduziert dadurch den technischen Aufwand.

Der doppelt-telezentrische Strahlengang ermöglicht schließlich die Anwendung optischer Systeme mit technisch-ökonomisch günstigen Durchmesser-Brennweiten-Verhältnissen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: die Anordnung der Bauelemente der Modularen Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope und den Strahlenverlauf für eine große optische Übertragungslänge

Fig. 2: den Strahlenverlauf der Modularen Beleuchtungseinrichtung nach Fig. 1 bei ausgeschaltetem Kondensorfrontsystem Fig. 3: eine Ausführungsvariante der Modularen Beleuchtungseinrichtung für eine kleine optische Übertragungslänge und Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem ebenfalls das Kondensorfrontsystem ausgeschaltet ist.

Bei der erfindungsgemäßen, bei verschieden großen optischen Übertragungslängen mit den gleichen optischen Systemen arbeitenden Modularen Beleuchtungseinrichtung für Durchlichtmikroskope wird mit dem in Fig. 1 dargestellten Strahlenverlauf bei großer optischer Übertragungslänge die Lichtquelle 1 durch den Kollektor 2 im Unendlichen und durch die Telezlinse 8 in die Aperturblende 4 abgebildet.

Die dicht hinter dem Kollektor 2 liegende Leuchtfeldblende 3 wird von der Telezlinse 8 im Unendlichen und vom Kondensor 5, 6 in die Objektebene abgebildet.

Ist das zu beleuchtende Objektfeld bei schwachen Mikroskopobjektivvergrößerungen größer als 2,5 mm im Durchmesser, wird das Kondensorfrontsystem, wie in Fig. 2 dargestellt, aus dem Strahlengang entfernt, die Telezlinse 8 wirkt jetzt erfindungsgemäß als Großfeldlinse mit dem Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, daß die Leuchtfeldblende scharf in die Objektebene abgebildet wird.

In Fig. 3 ist der Strahlenverlauf in einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit kleiner optischer Übertragungslänge unter Nutzung der gleichen schon beschriebenen Bauelemente dargestellt. Die Telezlinse 8 ist jetzt in der Ebene der Aperturblende 4 bzw. in ihrer unmittelbaren Nähe angeordnet, die Lichtquelle 1 wird direkt in diese Ebene abgebildet. Fig. 4 zeigt schließlich den Strahlenverlauf in der Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung größerer Objektfelder mit Abbildung der Leuchtfeldblende 3 in die Objektebene 7 nach Ausschalten des Kondensorfrontsystems 6.

Eine vorteilhafte, weil in ausreichenden Grenzen zentrierunempfindliche Wechselung zwischen Lichtquellen unterschiedlicher Lichtleistung oder physikalischer Qualität ermöglicht das erfindungsgemäße Abkoppeln von Lichtquelle und Kollektor, die als geschlossene Baueinheit verbunden sind, zwischen Kollektor und Leuchtfeldblende.

Die aus Lichtquelle 1 und Kollektor 2 bestehende Baueinheit ist vor der Leuchtfeldblende 3 trennbar mit den anderen im Mikroskopkörper eingebauten Teilen der Modularen Beleuchtungseinrichtung verbunden und kann durch eine andere, nicht dargestellte Einheit ersetzt werden, deren Lichtquelle mit dem zugehörigen Kollektor optisch an die Modulare Beleuchtungseinrichtung angepaßt ist und in sich wiederum eine geschlossene Baueinheit bildet.

Claims

1. Modulare Beleuchtungseinheit für Durchlichtmikroskope, nach dem Köhlerschen Beleuchtungsprinzip, bestehend aus einer Lichtquelle mit kleiner leuchtender Fläche großer Leuchtdichte, einem Linsensystem zur Abbildung der Lichtquelle, einer Leuchtfeldblende und einer Aperturblende, die jeweils in ihrer Öffnung kontinuierlich veränderbar sind und einem vorzugsweise mehrlinsigen Kondensor, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Leuchtfeldblende (3) und der Aperturblende (4) eine vorzugsweise senkrecht zur optischen Achse verschiebliche Telezlinse (8) vorgesehen ist, die die Leuchtfeldblende ins Unendliche abbildet, wobei die Leuchtfeldblende (3) vom Kondensor (5) in die Objektebene abgebildet wird.

2. Modulare Beleuchtungseinheit für Durchlichtmikroskope nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Brennweite f_TL der Telezlinse (8) vorzugsweise nach