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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein inverses Mikroskop zur kontrastreichen
Abbildung von Objekten mit einem in einem Abbildungsstrahlengang
angeordneten Objektiv mit zugehöriger
Objektivpupille, einem nachgeordnetem Linsensystem zur Erzeugung
eines Zwischenbildes der Objektivpupille und mit einem am Ort des
Zwischenbildes der Objektivpupille anzuordnenden Modulator zur Kontrastierung
eines Objektbildes.
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Inverse
Mikroskope sind dadurch gekennzeichnet, dass das zu untersuchende
Objekt im Durchlichtverfahren von oben her durchleuchtet wird, und
dass die Objektive unter dem Objekttisch angebracht sind. Bei inversen
Auflichtmikroskopen erfolgt sowohl die Beleuchtung als auch die
Beobachtung durch das Objektiv von unten her. Solche Auflichtmikroskope
spielen in der Mineralogie und Metallurgie eine große Rolle,
während
inverse Durchlichtmikroskope häufig
zur Untersuchung oder zur Manipulation biologischer Proben eingesetzt
werden. Der Hauptvorteil der inversen Mikroskope ist die bessere
Zugänglichkeit
zum zu untersuchenden Objekt, da die Abbildungsoptik zum großen Teil
unterhalb des Probentisches, also im Stativ, angeordnet ist.
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Insbesondere
biologische Proben und Proben geringer Dicke können sich bei normaler mikroskopischer
Betrachtung als nahezu transparent darstellen. Solche Objekte weisen
meist lediglich unterschiedliche optische Dicken auf, während die Lichtamplitude
nicht oder über
die Probe homogen geschwächt
wird. Die beim Durchtritt des Lichts durch eine solche Probe (Phasenobjekt)
bestehenden optischen Wegunterschiede lassen sich durch verschiedene
Kontrastierverfahren für
das menschliche Auge sichtbar machen. von den bekannten Kontrastierverfahren,
wie Phasenkontrast, Modulationskontrast nach Hoffmann, Reliefkontrast,
Varellkontrast oder Interferenzkontrast, seien hier beispielhaft nur
der Phasenkontrast und der Modulationskontrast als häufige Vertreter
der Kontrastierverfahren kurz erläutert.
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Beim
Phasenkontrast wird eine im Beleuchtungsstrahlengang vorgeschaltete
Ringblende von einem Kondensor nach Unendlich abgebildet. Die durch
die Ringblende gelangenden, die Probe ungebeugt durchsetzenden Beleuchtungsbündel ("nullte Beugungsanordnung") treffen in der
Brennebene (allgemeiner Pupille) des Objektivs auf einen Phasenring,
das heisst auf eine ringförmige,
durch Aufdampfen derart abgestimmte Schicht, dass gegenüber den Strahlen,
die die Phasenplatte benachbart zu dieser Schicht durchdringen,
eine Phasendifferenz von λ/4 erreicht
wird. Hierdurch wird folgende Funktion erzielt: Während bei
Amplitudenobjekten das gebeugte Licht gegenüber der nullten Ordnung eine
Phasenverschiebung von 180° (λ/2) aufweist,
beträgt
diese bei Phasenobjekten nur 90° (λ/4). Durch
die zusätzlich
eingeführte
90°-Verschiebung im Phasenring
ergeben sich ebenfalls insgesamt 180°, also gleiche Phasenverhältnisse
wie bei einem Amplitudenobjekt. Durch zusätzliche Schwächung der
Amplitude im Phasenring wird die Intensität der nullten Ordnung an die
Beugungsordnungen angeglichen. In der Zwischenbildebene des Mikroskops
ergibt sich nun durch Interferenz der Beugungsordnungen ein mit
einem Amplitudenbild vergleichbares Bild. Details mit gegenüber dem
Umfeld höherer
Brechzahl erschei nen in diesem Bild dunkler. Selbstverständlich ist
der Phasenring auf die Ringblende derart zugeschnitten, dass die
Ringblende auf den Phasenring abgebildet wird. Der Phasenring befindet
sich in der Objektivpupille, die in der Regel innerhalb des Objektivs
selbst liegt. Für
den Phasenkontrast werden deshalb häufig Spezialobjektive verwendet,
in denen ein Phasenring (beispielsweise durch Aufdampfen auf eine
Linse) integriert ist.
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Für den Aufbau
einer Phasenkontrastschicht wird in der Regel eine Kombination aus
dielektrischen und metallischen Schichten verwendet. Die dielektrischen
Schichten (bspw. Siliziumoxid) dienen zur Einstellung der Phasenschiebung,
die metallischen Schichten (bspw. Chrom) zur Einstellung des gewünschten
Transmissionsgrades.
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Die
Wahl des geeigneten Phasenringes (und damit der zugehörigen Ringblende)
ist nicht nur vom Objektiv sondern auch von der zu untersuchenden Probe,
die durch den jeweiligen Transmissionsgrad und die jeweilige Phasenverschiebung
gekennzeichnet ist, abhängig.
Weiterhin ist je nach gewünschter Auflösung oder
je nach gewünschtem
Kontrast die Größe des Phasenrings
zu bemessen. Spezialobjektive mit integriertem Phasenring können auf
solche unterschiedliche Anforderungen nicht flexibel reagieren.
Dies würde
nämlich
die Bereitstellung einer Fülle von
Spezialobjektiven erfordern, was hohen Aufwand und hohe Kosten bedingt.
In der Praxis handelt es sich bei den gängigen Spezialobjektiven daher
um universell einsetzbare Standardlösungen, die für Spezialfälle häufig nicht
das gewünschte
Ergebnis liefern können.
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Beim
sogenannten Modulationskontrast befindet sich in einer Pupillenebene
des Beobachtungsstrahlenganges eine angeordnete Platte, auf der
sich streifenförmige
Bereiche unterschiedlicher Transparenz (in der Regel 0%, 20% und
100%) befinden. Da in diesem Fall der Eingriff in das Beugungsbild
nicht symmetrisch zur optischen Achse des Objektivs erfolgt, zeigen
die mit einem solchen Mikroskop sichtbar gemachten Phasenobjekte
zusätzlich
einen Reliefeffekt ähnlich
dem, der bei einseitig schiefer Beleuchtung eines Objektes auftritt.
Auf der Beleuchtungsseite befindet sich konjugiert zu den Modulatoren
im Abbildungsstrahlengang mindestens eine schlitzförmige Blende.
Diese wird in der Regel auf den Streifen des abbildungsseitigen
Modulators mit der mittleren Transmission abgebildet. Meistens befinden
sich diese schlitzförmigen
Blenden innerhalb einer Kondensorscheibe, wobei für jede Vergrößerung ein
spezieller Beleuchtungsschlitz vorgesehen ist.
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Aus
der
EP 0 069 263 ist
eine Einrichtung zur wahlweisen Realisierung von Phasenkontrast
und Reliefkontrast bei Mikroskopen bekannt. Ausgehend von dem Problem,
dass die für
den Phasen- und Reliefkontrast benötigten Modulatoren in der Objektivpupille
und damit im meist nicht zugänglichen
Inneren eines Objektivs angeordnet sind, so dass die genannten Kontrastierverfahren
im allgemeinen nicht miteinander kompatibel sind, wird in dieser
Schrift ein für
beide Kontrastierverfahren einheitlicher Modulator in der Objektivpupille
vorgeschlagen. Der Wechsel zwischen den Kontrastierverfahren wird über einen
Blendenwechsel im Beleuchtungsstrahlengang vorgenommen. Der Modulator
in der Objektivpupille besteht aus einer nur teilweise lichtdurchlässigen Platte
mit zwei konzentrischen ringförmigen
Schichten, die die Amplitude bzw. Phase des Lichtes beeinflussen.
Für die
Phasenkontrastbeobachtung wird vor den Kondensor eine ringförmige Blende
in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht, wobei der ringförmige lichtdurchlässige Bereich
von Kondensor und Objektiv auf den Phasenring des in der Objektivpupille
befindlichen Modulators abgebildet wird. Zur Beobachtung im Reliefkontrast
wird eine andere Blende in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht,
die einen lichtdurchlässigen
ringsegmentförmigen
Bereich aufweist, der auf den anderen, nur die Amplitude beeinflussenden
Ring des Modulators in der Objektivpupille abgebildet wird. Wegen
des einseitig schiefen Winkels, unter dem das Licht die Objektebene
durchsetzt, tritt dann ein Reliefeffekt auf, der das Objekt plastisch
erscheinen läßt. Mit
dieser vorgeschlagenen Einrichtung ist folglich ohne Eingriff in
die schwer zugängliche
Objektivpupille und ohne Austausch von für das jeweilige Kontrastierverfahren speziell
angefertigten Objektiven ein Wechsel zwischen Phasenkontrast und
Reliefkontrast allein durch Wechsel der Blenden im Beleuchtungsstrahlengang
möglich.
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Bei
dieser genannten Lösung
wird dennoch ein Spezialobjektiv benötigt, das den genannten Modulator
bestehend aus einem Phasen- und einem Amplitudenring, aufnimmt.
Soll die Größe des Phasenrings
verändert
oder ein anderes Kontrastierverfahren eingesetzt werden oder soll
mit anderen Objektiven gearbeitet werden, so zeigen sich auch bei dieser
Lösung
die eingangs geschilderten Begrenzungen in der Flexibilität.
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Aus
der DE-42 36 803 C2 ist ein Mikroskop zur Untersuchung von Amplituden-
und/oder Phasenobjekten bekannt. Hierzu ist im Beleuchtungsstrahlengang
vor dem Kondensor eine Kreissektorblende mit einem lichtdurchlässigen Kreissektor,
des sen Spitze in der optischen Achse liegt, angebracht. Über Kondensor
und Objektiv wird dieser Kreissektor auf eine Phasenplatte, die
in der hinteren Brennebene (Austrittspupille) des Objektivs angebracht
ist, abgebildet. Am Ort dieser Abbildung weist die Phasenplatte
ein entsprechend ausgebildetes Phasensegment auf, dessen Spitze
ebenfalls in der optischen Achse liegt, und das die Phase des durchtretenden Lichts
um λ/4 verschiebt.
Im Ergebnis liegt bei diesem Kontrastierverfahren eine Kombination
aus Relief- und Phasenkontrast vor. Insofern ist auch diese Lösung hinsichtlich
ihrer Flexibilität
begrenzt.
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Schließlich ist
aus der CH-294755 ein Mikroskop mit einer Einrichtung zur Erzielung
von Phasenkontrast bekannt. Hier wird vorgeschlagen, mittels einer
Hilfsoptik ein Zwischenbild der Austrittspupille des Objektivs zu
erzeugen, um dort eine Phasenplatte einzuführen. Hierdurch könne auf
teuere Spezialobjektive, welche eine eingebaute Phasenplatte enthalten,
verzichtet werden. Als Hilfsoptik wird hier ein teleskopisches Linsensystem
der Vergrößerung 1 vorgeschlagen,
das ein Zwischenbild der Objektivaustrittspupille (im folgenden
Zwischenpupille) erzeugt. Die Phasenplatte wird am Ort der Zwischenpupille
fest angeordnet. Bei Verwendung verschiedener Objektive mit unterschiedlichen
Lagen der Zwischenpupillen läßt sich
das teleskopische System zur Fokussierung des Bildes der Ringblendenöffnung auf die
Phasenplatte entlang der optischen Achse verschieben. Bei normalen,
aufrechten Mikroskopen ist es gemäß dieser Schrift sinnvoll,
die genannte Hilfsoptik und die Phasenplatte allein oder gemeinsam verschiebbar
anzuordnen. Für
gestürzte
(inverse) Mikroskope ist die Phasenplatte verschiebbar anzuordnen.
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Durch
den Zwang, bei der Lösung
der zuletzt genannten Schrift sowohl die Zentrierung wie auch die
Fokussierung mittels Hilfsoptik bei jeder Änderung der Pupillenlage bei
Wechsel des Objektivs kontrollieren zu müssen, wird dieser Ansatz nicht
als praxisgerecht empfunden.
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Es
ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem inversen
Mikroskop der eingangs genannten Art ohne hohen Justieraufwand verschiedene
Kontrastierverfahren auch bei einem Objektivwechsel zu ermöglichen.
Die vorgeschlagene Lösung
soll insbesondere eine automatisierte Wahl der zu einem Kontrastierverfahren
benötigten
Modulatoren passend zum gewählten
Objektiv ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine inverses Mikroskop gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines solchen Mikroskops finden
sich in den Unteransprüchen
und in der nachfolgenden Beschreibung.
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Erfindungsgemäß sind unterschiedliche
Objektive mit derselben Pupillenlage (Lage der Austrittspupille)
vorgesehen und den verwendeten Objektiven ist eine feste Anzahl
solcher Pupillenlagen zuzuordnen. Weiterhin ist eine Einrichtung
vorgesehen, mit der für
Objektive unterschiedlicher Pupillenlagen geeignete in Richtung
der optischen Achse fest angeordneten Modulatoren an die zugehörigen Orte
der jeweiligen Zwischenbilder der Objektivpupillen, im Folgenden
Zwischenpupillen, anzuordnen sind. Dies ermöglicht einen schnellen Wechsel
des Modulators eines bestimmten Kontrastierverfahrens in Abhängigkeit
vom jeweils eingesetzten Objektiv mit zugehöriger Zwischenpupille. Die
Modulatoren werden an den frei zugänglichen Orten der Zwischenpupillen angeordnet,
so dass die Notwendigkeit von Spezialobjektiven entfällt.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Einrichtung können die
Modulatoren nicht nur auf die jeweils verwendeten Objektive abgestimmt
werden, sondern es ist weiterhin ein einfacher Wechsel zwischen
verschiedenen Kontrastierverfahren möglich. Hierzu werden einfach
am Ort der Zwischenpupille die entsprechenden Modulatoren getauscht.
Weiterhin können
auf einen bestimmten Probentyp (mit bestimmter Transmissions- und Phasenverschiebungscharakteristik)
zurechtgeschnittene Modulatoren zum Einsatz kommen. Auch unterschiedlichen
Anforderungen an Auflösung
und Kontrast, beispielsweise durch Einsatz von Phasenringen unterschiedlicher
Größe, kann
Rechnung getragen werden. Beispielsweise ist für die Beobachtung mit dem menschlichen
Auge meist ein hoher Kontrast erwünscht, während bei der Beobachtung durch
eine Kamera eher eine hohe Auflösung
im Vordergrund steht.
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Durch
Einsatz der entsprechenden geeigneten Modulatoren am frei zugänglichen
Ort der Zwischenpupillen ermöglicht
die Erfindung die flexible Realisierung unterschiedlicher Kontrastierverfahren bei
der gesamten nutzbaren Palette von Objektiven.
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Unter
dem Begriff Modulator wird in der vorliegenden Anmeldung eine Phasenplatte,
eine Blende oder ein sonstiger für
ein entsprechendes Kontrastierverfahren benötigter Modulator verstanden, somit
also ein optisches Element, das die Amplitude und/oder die Phase
des durchtretenden Lichts verändert
und/oder das durchtretende Lichtbündel räumlich beschränkt.
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Eine
vorteilhafte mögliche
mechanische Ausgestaltung der Einrichtung zur Anordnung von Modulatoren
besteht in einem senkrecht zum Abbildungsstrahlengang verschiebbar
angeordneten Schieber, in dem in Schieberichtung nebeneinander mehrere
Modulatoren auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind. Durch
Verschiebung senkrecht zum Abbildungsstrahlen gang gelangen dann
verschiedene Modulatoren in den Abbildungsstrahlengang. Dadurch
dass die Modulatoren bezogen auf die Richtung des Abbildungsstrahlengangs
auf unterschiedlichen Höhen
angeordnet sind, gelangen die Modulatoren jeweils an den zugehörigen Ort
der Zwischenpupille.
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In
einer anderen Ausgestaltung weist die Einrichtung zur Anordnung
von Modulatoren mehrere, parallel zum Abbildungsstrahlengang angeordnete
Modulatoren auf, die jeweils in den Abbildungsstrahlengang einbringbar
sind. Hierbei kann beispielsweise die Einrichtung fest am Mikroskop
seitlich des Abbildungsstrahlenganges angeordnet sein. In der Einrichtung
können
die Modulatoren parallel zueinander und mit vorgegebenen Abständen zueinander
derart angeordnet sein, dass ein Modulator lediglich in den Abbildungsstrahlengang
geschoben werden muß,
um sich dort am richtigen Ort der Zwischenpupille zu befinden. Die
Anordnung der Modulatoren in der Einrichtung entspricht dann der
Anordnung der Zwischenpupillen im Abbildungsstrahlengang.
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Eine
weitere vorteilhafte Möglichkeit
der mechanischen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Anordnung
von Modulatoren besteht in der Art eines um eine Achse rotierbaren
Revolvers, wie er beispielsweise als Anordnung von Objektiven bekannt
ist. Durch Drehung des Revolvers um seine Achse können die
am Revolver befestigten Modulatoren in den Abbildungsstrahlengang
eingebracht werden.
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Es
ist von Vorteil, wenn das zur Erzeugung eines Zwischenbildes einer
Objektivpupille verwendete Linsensystem bezüglich der Objektabbildung ein
Afokalsystem darstellt. Das Afokalsystem hat den Vorteil, dass im
auf Unendlich eingestellten Objektabbildungsstrahlengang Eingriffe
(durch Mo dulatoren) möglich
sind, ohne Lage und Größe des Objektbildes
zu beeinflussen. Ein Afokalsystem besteht aus mindestens zwei Linsen,
die ein aus dem Unendlichen kommenden Strahlengang ins Unendliche
abbilden.
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Geeigneterweise
besitzt das vorgeschlagene Afokalsystem einen Vergrößerungsfaktor
1, so dass die Abbildungsverhältnisse
unbeeinflußt
bleiben. Durch das Afokalsystem wird lediglich der Abbildungsstrahlengang
verlängert,
so dass die Zwischenpupillen (Zwischenbilder der Objektivpupillen) an
einen passenden Ort im Tubus platziert werden können, an dem ein einfacher
Eingriff von außen
zur Anordnung der Modulatoren möglich
ist. Während das
Afokalsystem die Objektabbildung (orthoskopischer Strahlengang)
unbeeinflußt
läßt, bildet
es die Objektivpupillen in die jeweiligen Zwischenpupillenebenen
ab (konoskopischer Strahlengang).
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Mit
der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Anordnung von Modulatoren ist es nicht nur möglich, für ein gewähltes Kontrastierverfahren
bei wechselnden Objektiven die zugehörigen Modulatoren schnell und
ohne Justieraufwand an den Ort der entsprechenden Zwischenpupille
anzuordnen, sondern es ist auch möglich, zwischen verschiedenen
Kontrastierverfahren zu wechseln. Hierzu werden die entsprechenden
Modulatoren im Abbildungsstrahlengang und im Beleuchtungsstrahlengang
angeordnet. Beispielsweise kann bei feststehendem Objektiv am Ort seiner
Zwischenpupille einmal ein Modulator für Phasenkontrast, das andere
Mal ein Modulator für
Modulationskontrast eingebracht werden. Hierzu kann beispielsweise
ein Schieber verwendet werden, bei dem die entsprechenden Modulatoren
nebeneinander auf gleicher Höhe
angebracht sind. Um verschiedene Objektive berücksichtigen zu können, können auch Paare
solcher Modulatoren (also jeweils für Phasen- und Modulationskontrast)
nebeneinander in unterschiedlichen Höhen angeordnet sein. Hierbei
ist zu beachten, dass bei Wechsel des Kontrastierverfahrens in der
Regel auch der entsprechende Modulator (Blende) im Beleuchtungsstrahlengang
zu wechseln ist. Für
den Wechsel der Modulatoren im Beleuchtungsstrahlengang bieten sich
im allgemeinen mechanische Schieber an. Der Wechsel von Kontrastierverfahren
bietet sich an, um je nach Präparat
das geeignetste Verfahren bezüglich
Auflösung,
Kontrast, Objekttreue und Untersuchungsgewohnheit auswählen zu
können.
Außerdem
können
sich bei mehreren Kontrastierverfahren ergänzende Informationen über das
zu untersuchende Objekt ergeben.
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Das
erfindungsgemäße inverse
Mikroskop eignet sich bevorzugt zur Automatisierung von Kontrastierverfahren.
Eine solche Automatisierung wird von den Bedienpersonen als großer Vorteil
empfunden. Hierzu wird eine Information über das jeweils gewählte Objektiv
(beispielsweise durch Stellung des Objektivrevolvers oder durch Übermittlung
von Transponderinformationen des gewählten Objektivs) an die erfindungsgemäße Einrichtung
zur Anordnung von Modulatoren in den Abbildungsstrahlengang übertragen
(beispielsweise durch Zwischenschaltung einer logischen Einheit).
Entsprechend gewähltem Objektiv
(und damit der Lage seiner Zwischenpupille) wird der entsprechende
Modulator automatisch an den Ort der Zwischenpupille angeordnet.
Eine derartige automatische Steuerung ist an sich für den Fachmann
in gängiger
Weise realisierbar, so dass Einzelheiten hierzu nicht erwähnt werden
müssen.
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Eine
höhere
Stufe der Automatisierung kann dadurch erreicht werden, dass abhängig vom
gewählten
Kontrastierverfahren (und abhängig
vom gewählten
Objektiv) automatisch die zugehörigen
Modulatoren in den Abbildungsstrahlengang und in den Beleuchtungsstrahlengang
eingebracht werden. Durch Übermittlung
der Informationen zum gewählten
Kontrastierverfahren und zum gewählten
Objektiv wird der geeignete Modulator an den Ort der Zwischenpupille
angeordnet. Gleichzeitig wird der dazu passende Modulator (Blende)
im Beleuchtungsstrahlengang angeordnet. Einzelheiten zur Realisierung eines
derartigen Automatisierungsverfahrens sind dem Fachmann geläufig und
im übrigen
nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Schließlich läßt sich
auch innerhalb eines Kontrastierverfahrens abhängig von den Objektstrukturen
oder auch abhängig
vom Betrachter (Auge oder Kamera) durch Austausch von Modulatoren
beispielsweise der Kontrast und/oder die Auflösung verändern. So ist bei flachen Objektstrukturen
häufig das
Hauptaugenmerk auf einen guten Kontrast zu legen, während für dicke
Präparatstrukturen
das Hauptaugenmerk auf die Auflösung
zu legen ist. Ähnlich
ist für
eine Beobachtung durch das menschliche Auge der Kontrast wichtiger
als die Auflösung,
während
Umgekehrtes für
eine Beobachtung durch eine Kamera gilt. Für eine derartige Ausgestaltung
lassen sich geeignete Modulatoren (für ein und dasselbe Kontrastierverfahren)
an einen Ort der Zwischenpupille anbringen und, soweit notwendig,
entsprechende Modulatoren im Beleuchtungsstrahlengang. Durch Wechsel
der jeweiligen Modulatoren lassen sich dann Bilder beispielsweise
mit höherem
Kontrast bzw. mit höherer
Auflösung
abwechselnd erzeugen.
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Neben
den bereits erwähnten
Kontrastierverfahren lassen sich durch die Erfindung in flexibler Weise
neben dem posi tiven auch ein negativer Phasenkontrast (Verschiebung
um –λ/4) oder
etwa spektraloptimierte Phasen- oder Modulationskontrastverfahren
oder allgemeiner beliebige Kontrastierverfahren mit einem Modulator
im Abbildungsstrahlengang und einem etwaigen Modulator im Beleuchtungsstrahlengang
realisieren.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung auch für Modulatoren
geeignet, die nur die Amplitude oder die Amplitude und die Phase
des durchtretenden Lichts beeinflussen.
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Im
folgenden sollen die Erfindung und ihre Vorteile anhand eines in
den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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1 zeigt
in perspektivischer schematischer Ansicht ein typisches Beispiel
eines inversen Mikroskops,
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2 zeigt
in schematischer Ansicht den konoskopischen und den orthoskopischen
Strahlengang in einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen inversen
Mikroskops,
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3 stellt
einen Ausschnitt des konoskopischen Strahlengangs bei einem inversen
Mikroskop gemäß 2 dar,
wobei verschiedene Lagen von Objektivpupillen und entsprechende
Lagen der Zwischenpupillen dargestellt sind,
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4 zeigt
einen Schieber für
Modulatoren im Abbildungsstrahlengang in Draufsicht (4A) und in perspektivischer Ansicht (4B),
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5 zeigt
einen ähnlichen
Schieber, hier für
Modulatoren eines Modulationskontrastverfahrens, zur Anordnung im
Abbildungsstrahlengang in einem Längsschnitt (5A)
und in einer Ansicht von oben (5B),
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6 zeigt
schematisch eine Einrichtung zum Anordnen von Modulatoren, die parallel
zum Abbildungsstrahlengang angeordnet sind und
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7 zeigt
schematisch wiederum eine Einrichtung zum Anordnen von Modulatoren,
die als Revolver ausgebildet ist.
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Ein
Beispiel eines von der Anmelderin hergestellten inversen Mikroskops 1 zeigt 1 in
perspektivischer Ansicht. Zur Realisierung verschiedener Beleuchtungsarten
ist ein Durchlicht-Beleuchtungsarm 4 vorhanden, der zur
Beleuchtung eines auf dem Mikroskoptisch 6 gelagerten Objekts
von oben dient. Hierzu ist im Beleuchtungsstrahlengang eine Leuchtfeldblende 3 angeordnet.
Unterhalb des Mikroskoptisch 6 befindet sich der Objektivrevolver 5,
durch dessen Drehung verschiedene Objektive in den Strahlengang
eingebracht werden können.
Zur Realisierung einer Auflichtbeleuchtung sind in diesem Fall zwei
Auflicht-Lampenhäuser 2 vorgesehen, durch
die sich eine Beleuchtung mit unterschiedlichen Lampentypen, also
unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung, umsetzen lässt. Zur
Fokussierung lässt
sich mittels des Antriebs 7 (z-Trieb) der Objektivfokus
in z-Richtung verschieben. Alternativ hierzu kann eine z-Verschiebung
des Mikroskoptisches 6 realisiert sein. Weiterhin dargestellt
ist ein Dokumentationsport 8, über den sich ein Teil des Abbildungsstrahlenganges
zu Dokumentationszwecken auskop peln lässt. Der Tubus mit den Okularen
ist mit 11 bezeichnet. Weiterhin dargestellt ist eine Bedienkonsole 10 mit
zugehörigem
Display 9.
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Deutlich
sichtbar aus 1 ist die Verlagerung des Abbildungsstrahlengangs
in dem unteren Gehäuseteil
(Stativ) des inversen Mikroskops, so dass im Raum über den
Mikroskoptisch 6 ausreichend Platz vorhanden ist, um Untersuchungen
und Manipulationen des auf dem Mikroskoptisch 6 befindlichen
Objektes vorzunehmen. Häufig
befinden sich die zu untersuchenden Objekte in Petrischalen. Über die
Bedienkonsole 10 lassen sich je nach Mikroskoptyp verschiedene
Mikroskopeinstellungen verändern, wie
bspw. Umschalten der Beleuchtungsart, Position des Mikroskoptischs 6 in
den drei Raumrichtungen, Wahl des Objektivs durch Verstellen des
Objektivrevolvers 5, Wahl des Objektivfokus über den
Antrieb 7. Die zugehörigen
Einstellungen können
dann im Display 9 angezeigt werden, das für die Bedienperson
bequem sichtbar unterhalb des Tubus 11 angeordnet ist.
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Mit 46 ist
eine Öffnung
im Mikroskop 1 zum Einbringen eines Schiebers 40, 50 (vgl. 4 und 5)
mit Modulatoren 24 in den Abbildungsstrahlengang bezeichnet
(vgl. Erläuterung
unten).
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2 zeigt
in schematischer Darstellung den orthoskopischen und konoskopischen
Strahlengang in einer besonderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen inversen
Mikroskops 1. Dargestellt ist als durchgezogene Linie der
konoskopische, die Abbildung der Objektivpupille darstellende Strahlengang
sowie in gestrichelter Linie der orthoskopische, die Objektabbildung
darstellende Strahlengang.
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In 2 ist
der Modulator im Beleuchtungsstrahlengang mit 12 bezeichnet.
Für das
hier verwirklichte Modulationskontrastverfahren stellt der Modulator 12 eine
Blende in Form eines Beleuchtungsschlitzes dar, die in der Kondensorpupille
angeordnet ist. Der Kondensor ist mit 13 bezeichnet. Über diesen Kondensor 13 wird
das Objekt 14 in der Objektebene beleuchtet. Zur Beleuchtung
des Objekts 14 wird in der Regel eine Köhler'sche Beleuchtungsart gewählt, es
kann jedoch auch die kritische Beleuchtungsart zum Einsatz kommen.
Durch das Objektiv 15 wird das Objekt 14 ins Unendliche
abgebildet (orthoskopischer Strahlengang), durch eine Tubuslinse
(hier zweite Tubuslinse 25) wird ein Zwischenbild (hier zweites
Zwischenbild 27) erzeugt, das durch ein oder zwei Okulare
betrachtet werden kann (hier nur schematisch dargestellt).
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Gemäß der in 2 dargestellten
bevorzugten Ausführungsform
ist ein Afokalsystem 28 mit Vergrößerungsfaktor 1 zwischen Objektiv 15 und
(zweiter) Tubuslinse 25 geschaltet. Lage und Größe des Objektbildes
bleiben durch das Afokalsystem 28 unbeeinflusst. Durch
das Afokalsystem 28 werden aus dem Unendlichen kommende
Strahlen wiederum ins Unendliche abgebildet (vgl. orthoskopischer
Strahlengang in 2). Im vorliegenden Fall besteht
das Afokalsystem 28 aus einer (ersten) Tubuslinse 17,
einer Feldlinse 19 sowie einem Achromaten 22.
Durch die erste Tubuslinse 17 und die Feldlinse 19 wird
ein erstes Zwischenbild 20 des Objekts 14 erzeugt,
das seinerseits durch den Achromaten 22 wiederum ins Unendliche
abgebildet wird. Zur Realisierung eines "U-förmigen" Strahlengangs sind
zwei Umlenkspiegel 18 und 21 vorgesehen. Es sei
angemerkt, dass anstelle des U-förmigen
Strahlengangs auch ein V-förmiger
Strahlengang realisiert werden kann, bei dem der Strahlengang dann
vom Objekt 14 direkt zum ersten Umlenkspiegel 18 und
von dort direkt zum zweiten Zwischenbild 27 verläuft.
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Es
soll nun der konoskopische Strahlengang (durchgezogene Linie) genauer
betrachtet werden. Dem Objektiv 15 zugeordnet ist die Objektivpupille 16 (bei
Abbildung paralleler Strahlen entspricht die Lage der Objektivpupille
der der Objektivbrennebene). Bei dem heute üblichen Aufbau eines Objektivs 15,
das in 2 nur schematisch dargestellt ist, liegt die Objektivpupille 16 meist
im nur schwer zugänglichen
Inneren des Objektivs. Durch das Afokalsystem 28 wird die
Objektivpupille 16 in ein Zwischenbild der Objektivpupille,
im Folgenden die Zwischenpupille 23 abgebildet. Erfindungsgemäß ist am
Ort der Zwischenpupille 23 ein geeigneter Modulator 24 angeordnet, hier
ein zur Realisierung eines Modulationskontrastverfahrens geeigneter
Modulator, der aus drei parallel zueinander angeordneten Streifen
unterschiedlicher Transmissivität
(in der Regel 0%, 20% und 100%) besteht. Der Modulator 24 ist
fest in der Zwischenpupille 23 angeordnet. Eine verschiebbare
Anordnung ist nicht notwendig, da das Zwischenbild der Objektivpupille 16 bei
dem dargestellten Aufbau am festen Ort der Zwischenpupille 23 erzeugt
wird. Ebenso ist das Afokalsystem 28 fest angeordnet. Es bildet
je nach gewähltem
Objektiv 15 die jeweilige Objektivpupille 16 in
eine entsprechende Zwischenpupille 23 ab. Durch die feste
Anordnung der Modulatoren 24 sowie die feste Anordnung
des Afokalsystems 28 entfallen beim erfindungsgemäßen inversen Mikroskop 1 Justier-
und Fokussierprobleme.
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2 zeigt
die Verhältnisse
bei der Realisierung eines bestimmten Kontrastierverfahrens (Modulationskontrast)
mit einem bestimmten gewählten Objektiv 15 bei
einem erfin dungsgemäßen Mikroskop 1.
Hieraus geht anschaulich hervor, dass bei fest gewähltem Objektiv 15 ein
leichter Wechsel des Kontrastierverfahrens erfolgen kann, indem
die entsprechenden Modulatoren 12 und 24 gewechselt
werden. So ist beispielsweise durch Einbringen einer Ringblende
in den Beleuchtungsstrahlengang als Modulator 12 und durch
Einbringen einer entsprechend ausgebildeten Phasenplatte als Modulator 24 in
der Zwischenpupille 23 ein einfacher Übergang zu einem Phasenkontrastverfahren
möglich.
Ein solcher Übergang
lässt sich
durch entsprechend ausgestaltete Schieber manuell oder automatisch
leicht realisieren. Je nach gewähltem
Kontrastierverfahren wird – wie bereits
in der Beschreibungseinleitung erwähnt – ein Phasenobjekt 14 in
Form eines Amplitudenbildes (Phasenkontrast) oder in Form eines
Reliefbildes (Modulationskontrast) abgebildet. Hierzu erzeugt die zweite
Tubuslinse 25 ein zweites Zwischenbild 27 des
Objekts, das durch eine Kamera oder direkt durch einen Betrachter
(über ein
Okular) aufgenommen bzw. betrachtet werden kann. Zur Umlenkung in den
geneigten Tubusteil ist ein weiterer Umlenkspiegel 26 vorgesehen.
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3 verdeutlicht
nunmehr die Verhältnisse, wie
sie bei der üblichen
Verwendung einer Mehrzahl von Objektiven 15 vorliegen. 3 entspricht
einem Ausschnitt aus 2 mit stärkerer Schematisierung, wobei
in 3 lediglich der konoskopische Strahlengang eingezeichnet
ist. Das Augenmerk in 3 liegt aus den unterschiedlichen
Lagen der Objektivpupillen. Diese Pupillenlagen 30, 31 und 32 sind
je nach verwendetem Objektiv 15 auf diskrete Positionen festgelegt.
Beispielsweise weisen typische Objektive der Anmelderin die folgenden
Pupillenlagen, definiert als Abstand jeweils zwischen Objekt und
Objektivpupille auf: A: 47,5 mm, B: 40 mm, C: 35 mm, D: 27,5 und
E: 20 mm. In die sem Zusammenhang sei erwähnt, dass es durch entsprechendes
Objektivdesign möglich
ist, unterschiedliche Objektive derselben Klasse (A, B, C, D oder
E) von Pupillenlagen zuzuordnen. Drei Vertreter dieser Pupillenlagen
sind in 3 mit 30, 31 und 32 bezeichnet.
Durch die in 3 dargestellte, anhand von 2 ausführlich besprochene
Optik werden die Objektivpupillen 30, 31, 32,
in 3 dargestellt anhand der Pupillenlage 2 (Bezugszeichen 31),
mit einem Abbildungsmaßstab von
1 in die Zwischenpupillen 33, 34, 35 abgebildet, vergleiche
Zwischenpupille 2 bei Bezugsziffer 34 in 3.
Bei den gewählten
Abbildungsverhältnissen entspricht
der Abstand der Pupillenlagen 1, 2 und 3 dem
der Zwischenpupillen 1, 2 und 3, so dass
sich beispielsweise bei Verwendung der erwähnten Objektive der Anmelderin
eine maximale Differenz der Pupillenlagen bzw. Zwischenpupillenlagen
von 27,5 mm ergibt.
-
Erfindungsgemäß ist nun
bei dem in 3 verwendeten Objektiv 15 der
für das
jeweilige Kontrastierverfahren benötigte Modulator 24 an
den mit 34 bezeichneten Ort der Zwischenpupille 2 zu
bringen. Bei Wechsel des Objektivs 15 mit einer entsprechend
sich ändernden
Objektivpupille (beispielsweise Pupillenlage 3, Bezugszeichen 32)
wäre dann
der entsprechende Modulator 24 nunmehr am Ort der entsprechenden
Zwischenpupille (Zwischenpupille 3, Bezugszeichen 35)
anzuordnen.
-
Vorzugsweise
wird bei einem Objektivwechsel mit Pupillenwechsel der entsprechende
Modulator 24 automatisch am zugehörigen Ort der Zwischenpupille 33, 34 oder 35 eingebracht.
Mögliche Einrichtungen
zum Einbringen des Modulators 24 am Ort der Zwischenpupillen 33, 34, 35 werden
weiter unten beschrieben. Bei entsprechender Ausbildung einer solchen
Ein richtung lässt
sich auch ein Wechsel von Kontrastierverfahren, z. B. vom Phasenkontrast
zum Modulatonskontrast und umgekehrt, vornehmen. Hierzu können die
entsprechenden Modulatoren 24 nebeneinander angeordnet
sein (vgl. 3).
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4 zeigt
einen Schieber 40 für
Phasenkontrastierverfahren. 4B zeigt
den Schieber 40 in perspektivischer Darstellung. Die erste Öffnung 41 trägt in diesem
Ausführungsbeispiel
keinen Modulator für
Phasenkontrast, sie ist folglich frei durchgängig. Die zweite mit 42 bezeichnete Öffnung enthält einen
Modulator für
Phasenkontrast, also eine Phasenplatte, wie sie in der Beschreibungseinleitung
ausführlich
besprochen worden ist. Ebenso enthält die mit 43 bezeichnete
dritte Öffnung
im Schieber 40 eine solche Phasenplatte. Die Phasenplatten
in den Öffnungen 42 und 43 sind
an unterschiedlichen Orten in Richtung der Achse der jeweiligen Öffnung 42, 43 angeordnet.
Der Schieber 40 lässt
sich bei einem erfindungsgemäßen inversen
Mikroskop 1 in Längsrichtung
des Schiebers 40 derart verschieben, dass jeweils eine
der Öffnungen 41, 42 oder 43 im
Abbildungsstrahlengang positioniert ist. Hierzu ist bei einem erfindungsgemäßen inversen
Mikroskop 1 eine entsprechende Öffnung 46 (vergleiche 1)
zum Einfügen
des Schiebers 40 vorgesehen. Die Lagen der Phasenplatten
in den Öffnungen 42 und 43 des Schiebers 40 sind
derart gewählt,
dass beim Einschieben des Schiebers 40 in den Abbildungsstrahlengang
des inversen Mikroskops 1 die Phasenplatten jeweils an
unterschiedlichen Zwischenpupillenlagen angeordnet werden.
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4A zeigt den Schieber 40 in einer
Draufsicht von oben. Der Schieber 40 lässt sich mittels dreier Rastnuten 45 in
drei unterschiedlichen Positionen an einem inversen Mikroskop arretieren.
Die jeweilige Position wird durch die Beschriftungen 44 verdeutlicht.
In der mit "0" bezeichneten Position
befindet sich die Öffnung 41 des
Schiebers 40 im Abbildungsstrahlengang, so dass in dieser
Position keine Beeinflussung des Strahlengangs stattfindet. In der mit "5x – 10x" bezeichneten Position
für die
entsprechenden Objektive befindet sich die Öffnung 42 mit der
entsprechenden Phasenplatte im Abbildungsstrahlengang. Es handelt
sich hier um Objektive, denen im Objektivprogramm der Anmelderin
die Pupillenklasse A zugeordnet ist. In der mit "20x – 63x" bezeichneten Position für die entsprechenden
Objektive befindet sich die Öffnung 43 mit
der entsprechenden Phasenplatte im Abbildungsstrahlengang. Es handelt
sich hier um Objektive, denen im Objektivprogramm der Anmelderin
die Pupillenklasse C zugeordnet ist. Befindet sich die Öffnung 42 im
Abbildungsstrahlengang, so liegt die entsprechende Phasenplatte
am Ort der Zwischenpupille eines gewählten Objektivs. Bei Wahl eines
anderen Objektivs der anderen Pupillenklasse ist entsprechend die Öffnung 43 in
den Abbildungsstrahlengang zu bringen, um die dortige Phasenplatte
an den richtigen Ort der Zwischenpupille dieses Objektivs zu plazieren.
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Der
in 4 dargestellte Schieber 40 stellt lediglich
ein in der Praxis verwendbares Beispiel einer Einrichtung zur Anordnung
von Phasenkontrastmodulatoren in die Zwischenpupillenorte von Objektiven
dar. Selbstverständlich
ist es möglich,
den Schieber in Längsrichtung
durch Anbringen weiterer Öffnungen
mit Phasenplatten zu vergrößern, wobei jeder
Pupillenklasse eine solche Öffnung
zugeordnet ist. Es ist auch denkbar, anstelle eines solchen Schiebers
mehrere kleine zu verwenden, die gegebenenfalls beim Wechsel von
Objektiven ausgetauscht werden müssen.
-
5 zeigt
einen Schieber 50 für
Modulationskontrastverfahren. Dieser Schieber wird zur Realisierung
eines Modulationskontrastverfahrens anstelle des Schiebers 40 in
die Öffnung 46 eines
erfindungsgemäßen inversen
Mikroskops 1 (vergleiche 1) eingeschoben. Ähnlich wie
der Schieber 40 aus 4 weist
der Schieber 50 drei Öffnungen 51, 52 und 53 auf,
wobei die erste Öffnung 51 eine
freie durchgängige Öffnung darstellt,
während
die Öffnungen 52 und 53 entsprechende
Modulatoren 24 aufweisen.
-
Wie
in 5A, im Längsschnitt durch den Schieber 50,
dargestellt, befinden sich die Modulatoren 24 der jeweiligen Öffnungen 52 bzw. 53 auf
unterschiedlichen Höhen
(Höhe in
bezug auf die Lage entlang der Achsen 56 und 57 durch
die Öffnungen 52 und 53),
wobei diese Lagen wiederum den Lagen der Zwischenpupillen im Abbildungsstrahlengang
entsprechen.
-
5B zeigt die Ansicht des Schiebers 50 in Draufsicht
von oben, die im wesentlichen der Ansicht gemäß 4A entspricht.
Insofern sei auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit 4 verwiesen.
In der Draufsicht gemäß 5B sind die Modulatoren 24 für den Modulationskontrast zu
erkennen
-
Zu
den möglichen
Ausgestaltungen eines Schiebers 50 für Modulationskontrast (Erhöhung der Anzahl
der Öffnungen
bzw. Verteilung der Öffnungen auf
mehrere Schieber) gilt das oben im Zusammenhang mit dem Schieber 40 aus 4 Gesagte.
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6 zeigt
sehr schematisch eine Einrichtung 60 zur Anordnung von
Modulatoren 24, in der die Modulatoren 24 par allel
zum Abbildungsstrahlengang angeordnet sind und jeweils einzeln in
den Abbildungsstrahlengang einbringbar sind. Die Möglichkeit
des Verschiebens der einzelnen Modulatoren 24 mit ihrem
Zentrum auf die optische Achse 29 ist in 6 durch
die Doppelpfeile angedeutet. Mit 33, 34 und 35 sind,
wie in 3, die Orte der Zwischenpupillen bezeichnet. Bei
den in 6 dargestellten Modulatoren 24 handelt
es sich um Phasenkontrast-Modulatoren, wobei in diesem Bespiel ein
Phasenkontrast-Modulator 24 für Objektive mit zugehöriger Zwischenpupille 34 in
den Abbildungsstrahlengang eingebracht ist. Die Einrichtung 60 könnte als
Schublade bezeichnet werden. Die Modulatoren 24 können in Fassungen
gehaltert sein, die in den Abbildungsstrahlengang zu schieben sind.
-
Eine
weitere mögliche
Ausgestaltung einer Einrichtung zur Anordnung von Modulatoren zeigt wiederum
in schematischer Ansicht die 7. Hier handelt
es sich um einen Revolver 70 mit darin angebrachten Modulatoren 24.
Aus 7 ist ersichtlich, dass die Modulatoren 24 auf
unterschiedlichen Höhen
angeordnet sind, die den Lagen der Zwischenpupillen 33, 34, 35 entsprechen.
Durch Drehen des Revolvers 70 um die Achse 71 können folglich
verschiedene Modulatoren 24 in die Zwischenpupillen 33, 34 oder 35 geschwenkt
werden. Bei den Modulatoren 24 in 7 handelt
es sich wiederum Phasenkontrast-Modulatoren. Im dargestellten Beispiel
der 7 ist ein Phasenkontrast-Modulator 24 in
die Zwischenpupille 35 geschwenkt.
-
- 1
- inverses
Mikroskop
- 2
- Auflicht-Lampenhaus
- 3
- Leuchtfeldblende
- 4
- Durchlicht-Beleuchtungsarm
- 5
- Objektiv-Revolver
- 6
- Mikroskoptisch
- 7
- Antrieb
Objektivfokus
- 8
- Dokumentationsport
- 9
- Display
- 10
- Bedienkonsole
- 11
- Tubus
- 12
- Modulator
in Beleuchtungsstrahlengang
- 13
- Kondensor
- 14
- Objekt
- 15
- Objektiv
- 16
- Objektivpupille
- 17
- erste
Tubuslinse
- 18
- erster
Umlenkspiegel
- 19
- Feldlinse
- 20
- erstes
Zwischenbild
- 21
- zweiter
Umlenkspiegel
- 22
- Achromat
- 23
- Zwischenpupille,
Zwischenbild der Objektivpupille
- 24
- Modulator
in Zwischenpupille
- 25
- zweite
Tubuslinse
- 26
- dritter
Umlenkspiegel
- 27
- zweites
Zwischenbild
- 28
- Afokalsystem
- 29
- optische
Achse
- 30
- Pupillenlage 1
- 31
- Pupillenlage 2
- 32
- Pupillenlage 3
- 33
- Zwischenpupille 1
- 34
- Zwischenpupille 2
- 35
- Zwischenpupille 3
- 40
- Schieber
für Phasenkontrast
- 41,
51
- Öffnung
- 42,
52
- Öffnung für Modulator
- 43,
53
- Öffnung für Modulator
- 44,
54
- Beschriftung
- 45,
55
- Rastnuten
- 46
- Öffnung für Schieber 40, 50
- 50
- Schieber
für Modulationskontrast
- 56,
57
- Achsen
durch Öffnungen 52, 53
- 60
- Einrichtung
zum Anordnen von Modulatoren
- 70
- Revolver
für Modulatoren
- 71
- Drehachse
für Revolver