DE2658700A1

DE2658700A1 - Lichtquellensystem

Info

Publication number: DE2658700A1
Application number: DE19762658700
Authority: DE
Inventors: Yasuo Inoue
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1975-12-27
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1977-07-07
Also published as: US4106078A; DE2658700C3; DE2658700B2; JPS5282246A; JPS5753924B2

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUN

H. KINKELDEY

DR-ΙΝα

W. STOCKMAIR DR-ΙΝα ■ AaE ICAITECHJ

K. SCHUMANN

DR. BER NAT. · OPL-PHYS

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

DRFBINAX-DCPl-CHEM.

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

23. Dez. 1976 PH 11 183-

OLYIiHJS OFTICAL C0I1PA£TY LIMITED

No. 43-2, 2-Choiae, Hatagaya·, Shibuya-ku, Tokyo, Japan

Licht quellensyst em

Die Erfindung betrifft ein .Lichtquellensystem, und insbesondere ein Lichtquellensystem, mit dem eine lineare Lichtquelle in eine gewünschte Oberflächenlichtquelle bzw. endliche oder endlich ausgedehnte Lichtquelle umgewandelt werden kann.

Als Lichtquelle für ein Mikroskop kann eine lineare Entladungsröhre verwendet werden, weil eine Entladungsröhre,wie beispielsweise eine Quecksilberlampe, eine gieße Lichtmenge erzeugt, wie sie für die Lichtquelle eines Mikroskops erforderlich ist. Mit Hilfe einer solchen Entladungsröhre kann außerdem auch Licht mit einer gewünschten Wellenlänge geliefert werden. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, weist eine solche herkömmliche Lichtquelle eine Sammellinse 2

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TELEFON (O8B) asaseS TELEX 06-39 380 TELEaRAMMEMONAPAT TELEKOPIERER

mit großer Öffnung vor einer Entladungsröhre 1 auf. Bei dieser Lichtquelle muß eine vorher bestimmte Lichtmenge aus dem Licht gewonnen werden, das von einer kleinen, mit dem Bezugszeichen la versehenen Fläche als Teil der Entladungsröhre 1 emittiert wird, so daß eine große Lichtmenge verlorengeht und die Wärmeerzeugung zunimmt; dies führt wiederum dazu, daß als Entladungsröhre eine kostspielige Quarzröhre verwendet werden sollte. Wenn bei der Durchführung einer automatischen Lichtabschwächung bzw. Äbblendung mit Hilfe einer Blitz- bzw. Strobo-Entladungsröhre der Abstand zwischen den Elektroden nur gering ist, so erhält die Schaltung einer solchen Lichtquelle einen komplizierten Aufbau, da die Innenimpedanz der Röhre gering ist und mit den üblichen Verfahren das Licht nicht justiert werden kann.

Neben einer solchen Lichtquelle wird auch ein System benutzt, bei dem eine zylindrische Linse vor einer Entladungsröhre angeordnet ist; dadurch läßt sich die Vergrößerung in longitudinaler Richtung verringern; die Lichtquelle wird in eine quadratähnliche Form umgewandelt, wobei sich eine sehr gute Ausnutzung des Lichtes ergibt. Der Nachteil eines solchen Lichtquellensystems liegt darin, daß Beleuchtungs-Unschärfen bzw. -Schleier verursacht werden, wenn kein mattiertes bzw, matt geschliffenes Filter mit starker Diffusions- bzw. Zertreuungswirkung in der Bildebene angeordnet wird.

Es ist schließlich noch ein Lichtquellensystem vorgeschlagen worden, bei dem der Umfang einer Entladungsröhre mit einer Endoberfläche eines Bündels von optischen Fasern bedeckt ist, während das andere Ende der notwendigen Oberfläche angepaßt ist; auf diese Weise kann das Licht von der Lichtquelle sehr effektiv abgenommen werden. Bei einem solchen Beleuchtungssystem

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tritt jedoch eine sehr starke und ungünstige Wärmestrahlung auf, so daß eine Wasserkühlung, bei der Wasser im Umlauf gepumpt wird, mit einem komplizierten Aufbau erforderlich ist, wenn in kurzen Zeitintervallen ein Strobo- bzw. Blitzgerät mit hoher Kapazität eingesetzt wird. Würde schließlich der innere Durchmesser des Bündels von optischen Fasern als Gegenmaßnahme gegen die Wärmestrahlung groß gemacht, so stellt dies keine zweckmäßige Lösung dar, da die Zahl der optischen Fasern proportional zu dem Durchmesser zunimmt.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Lichtquellensysteme zu vermeiden.

Außerdem soll ein Beleuchtungssystem mit hohem Wirkungsgrad geschaffen werden, bei dem eine lineare Entladungsröhre eingesetzt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein solches Lichtquellensystem einen halbelliptischen bzw. semielleptiechen, zylindrischen, konkaven, reflektierten Spiegel, einen linear ei Lichtemitter, der in einem Brennpunkt des konkaven reflektierenden Spiegels angeordnet ist, eine zylindrische Kondensorlinse, die an der Öffnungslage des reflektierenden Spiegels angeordnet ist, und ein Bündel von optischen Fasern auf. Ein Teil der Endoberflächen des Faserbündels ist an der Stelle angeordnet, an welcher der an dem reflektierten Spiegel reflektierte und durch die Kondensorlinse gebrochene Teil des Lichtes von dem Emitter konzentriert wird. Der andere Teil der Endoberflächen des Faserbündels befindet sich an einer Stelle, an welcher der direkt durch die Kondensorlinse gebrochene Teil des Lichtes von dem Emitter konzentriert wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine kleine Öffnung an der Seite ausge-

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.6.

bildet, die der Öffnung des reflektierenden Spsgels gegenüberliegt. Eine weitere zylindrische Kondensorlinseund eine Hilfslichtquelle sind an der Außenseite d&s Spigj eis angeordnet. Die Hilfslichtquelle befindet sich, an der optisch . konjugierten Lage
mit dem Lichtemitter zu der weiteren zylindrischen
Kondensorlinse .

Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem Lichtquellensystem für eine Beleuchtungseinrichtung eines Mikroskops, das einen elliptischen, zylindrischen, konkaven, reflektierenden Spiegel, einen linearen Lichtemitter in einer Brennpunktsiage des Spiegels, eine zylindrische Kondensorlinse in der Öffnungslage des Spiegels und ein Bündel von optis chen Fasern aufweist. Ein Teil der Endoberflächen des Faserbündels befindet sich an einer Stelle, in welcher der durch den Spiegel reflektierte und durch die Kondensorlinse gebrochene Teil des Lichtes von dem Emitter konzentriert wird. Der andere Teil der Endoberflächen
des Faserbündels ist an einer Stelle angeordnet, in welcher der direkt durch die Kondensorlinse gebrochene Teil des Lichtes von dem Emitter konzentriert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein herkömmliches Lichtquellensystem;

Fig. 2 einen Querschnitt zur Erläuterung
des Prinzips eines Lichtquellensystems nach

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-V.

der vorlie genden Erfindung; und

Fig. 3 bis 5 Querschnittsansichten durch weitere Ausführungsformen eines Lichtquellensystems nach der vorliegenden Erfindung.

Das Funktionsprinzip der Beleuchtungseinrichtung nach de^t/vorli eg enden Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert werden. In den Fig. 2A und 2B sind Querschnitte durch eine Entladungsröhre gezeigt, wobei jeder Schnitt in der longitudinal en Richtung bzw. in der vertikalen Richtung erfolgt; dabei sind eine Entladungsröhre und ein zylindrischer, reflektierender Spiegel 12 dargestellt, dessen Querschnitt halbelliptisch ist, wie in Fig. 2B zu erkennen ist; in der Brennebene des reflektierenden Spiegels 12 ist die Entladungsröhre. 11 angeordnet. Eine Endoberfläche 13a eines Bündels 13 von optischen Fasern befindet sich an einer Stelle, an der das von der Entladungsröhre 11 emittierte und an dem halbelliptischen zylindrischen reflektierenden Spiegel 12 reflektierte Licht konzentriert wird; der Querschnitt der Endoberfläche 13a ist lang rechtwinklig. Die Form des anderen Endbereichs 13b kann je nach Bedarf, also in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall, ausgelegt-werden.

Bei einer Beleuchtungseinrichtung mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau wird ein wesentlicher Teil des von der Entladungsröhre 11 emittierten Lichtes durch die reflektierende Oberfläche des halbelliptischen, zylindrischen, reflektierenden Spiegels 12 reflektiert, tritt in eine Endoberfläche 13a des Bündels 13 von optischen Fasern ein und wird von dem anderen Ende 13b abgestrahlt. Deshalb wird das Licht von der Entladungsröhre 1 mit vergleichsweise hohem Wirkungsgrad

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ausgenutzt und kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall mit jeder beliebigen Form eingesetzt werden, ohne daß Beleuchtungs-Unschärfen bzw. -Schleier auftreten. Bei einer Beleuchtungseinrichtung mit einem solchen Aufbau wird jedoch der in die Richtung 10a durchgelassene Teil des von der Entladungsröhre 11 emittierten Lichtes durch den halbelliptischen zylindrischen, reflektierenden Spiegel 12 reflektiert und an der Endoberfläche 13a des Bündels 13 von optischen Fasern konzentriert, während nahezu der gesamte Teil des in Richtung 10b durchgelassenen Lichtes nicht in die Endoberfläche 13a des Bündels 13 von optischen Fasern eindringt, so daß der Wirkungsgrad immer noch nicht befriedigend ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine solche Beleuchtungseinrichtung und nutzt das Licht aus, das nicht an dem reflektierenden Spiegel reflektiert wird, wie in Fig. 2 durch das Bezugszeichen 10b angedeutet wird, oder nicht auf die Endoberfläche 13a des Bündels 13 von optischen Fasern konzentriert wird. Dabei wird in folgender Weise vorgegangen: Wie in Fig. 3 dargestellt ist, befindet sich eine Kondensorlinse l4 an einem Öffnungsbereich des halbelliptischen, zylindrischen, · reflektierenden Spiegels 12, wodurch der oben erwähnte Lichtanteil 10b konzentriert wird. In diesem Fall wird das in die Richtung 10a durchgelassene . Licht weiter durch die Kondensorlinse gesammelt, und die Stelle für die Konzentrierung dieser Lichtanteile wird verschoben. Die Stelle, in der das an dem reflektierenden Spiegel 12 reflektierte Licht 10a konzentriert wird, fällt nicht mit der Stelle zusammen, in der das in Richtung 10b durchgelassene Licht konzentriert wird. Deshalb wird ein Endbereich des Bündels 13 von optischen Fasern in zwei Bereiche aufgeteilt, und zwar in eine bei 13a angedeutete Endoberfläche und eine bei 13a¹ ange-

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deutete Endoberfläche. Die Endoberfläche 13a befindet sich an der Stelle, an der das von dem halbelliptxschen, zylindrischen, reflektierenden Spiegel 12 reflektierte Licht konzentriert wird, während sich die andere Endoberfläche 13a' an der Stelle befindet, an der das Licht nicht reflektiert, sondern durch die zylindrische Linse Ik konzentriert wird.

Auf diese Weise läßt sich das von der linearen Entladungsröhre abgegebene Licht mit hohem Wirkungsgrad als Beleuchtungslicht ausnutzen«

In Fig. 4t ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der an einer Stelle (auf der linken Seite) gegenüber der.Öffnung des halbelliptxschen, zylindrischen, reflektierenden Spiegels eine weitere schmale Öffnung 12a vorgesehen ist, an deren Außenseite sich eine lineare HiIfüchtquelle 15 befindet, wie beispielsweise eine Lichtquelle und eine zylindrische Linse 16. Gemäß dieser Ausführungsform tritt sowohl das Licht von der Hilfslichtquelle als auch das Licht von der Entladungsröhre 11, wie beispielsweise einer Blitzlampe,in die Endoberfläche 13a, 13a¹ des Bündels von optischen Fasern ein.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform befindet sich in der Mitte eines zylindrischen, konkaven Spie-' gels 12b die Lichtquile 11. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird das von der Entladungsröhre 11 emittierte und an der Seite, die der Öffnung (linke Seite) des halbelliptxschen zylindrischen, reflektierenden Spiegels gegenüberliegt, reflektierte Licht auf die Oberfläche der Entladungsröhre 11 reflektiert, und erreicht nicht die einzelnen Endoberflächen 13a, 13a¹ des Bündels von optischen Fasern; bei dieser Ausführungsform verläuft jedoch das an dem zylindri-

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sehen, konkaven Spiegel 12b reflektierte Licht wieder zurück zu der Richtung der Entladungsröhre 11 und erreicht die Bndoberflächen 13a, 13a' des Bündels von optischen Fasern 13, so daß das Licht der Lichtquelle noch effektiver ausgenutzt wird.

Wie oben erläutert wurde, kann bei dem Lichtquellensystem nach der vorliegenden Erfindung nahezu die gesamte, von dem linearen Lichtemittier abgestrahlte Lichtmenge mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt werden, wobei durch die Verwendung des Bündels von optischen Fasern ein Beleuchtungslicht erhalten wird, das jede beliebige Form haben kann.- Daraus ergeben sich die folgenden Vorteile:

1.) Da das Licht von dem Lichtemitter mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt werden kann, läßt sich dann ohne sonstige Änderungen ein stärkeres Beleuchtungslicht erreichen, wenn die Nennleistung der Quelle für die Zuführung der elektrischen Energie gleich bleibt. Wenn als Alternative hierzu die Lichtmenge des Beleuchtungslichtes gleich bleibt, so kann die von dem Lichtemitter abgegebene Li chtmenge verringert und auch der Energiebedarf der elektrischen Energiequelle reduziert werden.

2. ) Da die von dem Lichtemitter abgestrahlte Lichtmenge verringert werden kann, läßt sich auch die erzeugte Wärmemenge reduzieren, so daß ein kontinuierlicher Betrieb möglich wird.

3·) Sowohl der Lichtemitter als auch die elektrische Schaltung erfordern keine hohen Leistungen., so daß sie über lange

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Zeiträume eingesetzt werden können.

k.) Es kann ein langer Lichtemitter eingesetzt werden, so daß bei einer Strobo-Entladungsröhre die Innenimpedanz "einen ausreichenden Wert erhalten kann; dadurch läßt sich wiederum ohne Schwierigkeiten eine automatische Abschwächung bzw. Abblendung mit Hilfe einer Strobo-Entladungsröhre durchführen.

5·) Durch die Verwendung des Bündels von optischen Fasern läßt sich Beieuchtungslicht mit jeder beliebigen Form erhalten, wie beispielsweise eine ringförmige Beleuchtung und ähnliches für eine Funduskamera.

6.)Selbst wenn sich Beleuchtungsunschärfen an der Einfallsseite des Faserbündels ergeben wurden, kann das einfallende Licht als Beleuchtungslicht ohne Unscharfen bzw. Schleier erhalten werden, wenn die Anordnung der Bündel in geeigneter Weise geändert wird.

7.) Gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Focausation unter Ausnutzung der oben beschriebenen Vorteile möglich. Weiterhin kann durch die Verwendung einer Hilfslichtquelle eine Hilfsbeleuchtung unter der gleichen Bedingung wie bei dem linearen Lichtemitter durchgeführt werden, indem die Hilfsquelle mit der Hauptquelle verglichen wird; dadurch können die Beleuchtungsschleier, Schwärzungen des Lichtemitters, gebrochene Faserbündel und ähnliche

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Effekte festgestellt und anschließend beseitigt werden-

8.) Gemäß der dritten Ausführungsform wird eine noch effektivere Beleuchtung möglich.

Schließlich kann als zylindrische Kondensorlinse eine zylindrische FURENEL-Linse eingesetzt werden.

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Leerseite

Claims

PATEiIMVANWALTt A. GRÜNECKER

DPL-ING

H. KINKELDEY

DR-INS

W. STOCKMAIR

7 ß K Q 7 Π η ORINGLA.EtCAl.ra>«

L 0 Ο Q / U U ^ SCHUMANN

DfI RER NAT.- DIFU-PHrS.

P. H. JAKOB

OPC-INQ

G. BEZOLD

DR HSl NAT·

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTFIASSE

PH 11

Pat ent an Sprüche

Lichtquellensystem, gekennzeichnet durch einen konkaven., reflektierenden Spiegel

(12) mit halbelliptischer und zylindrischer Form, durch einen linearen Lichtemitter (11), der in einem Brennpunkt des Spiegels (12) angeordnet ist, durch eine zylindrische Kondensorlinse (l4), die in der Öffnungslage des Spiegels (12) angeordnet ist, und durch ein Bündel Cl3) von optischen Fasern, wobei ein Teil (13a) einer Bndoberfläche des Bündels

(13) von optischen Fasern an einer Stelle vorgesehen ist, an welcher der an dem Spiegel (12) reflektierte und durch die Kondensorlinse (1*0 gebrochene Teil des Lichtes von dem Emitter (11) konzentriert wird, während der andere Teil (13a¹) der Endoberfläche des Faserbündels (I3) sich an einer Stelle befindet, an welcher der direkt durch die. Kondensorlinse ClA) gebrochene Teil des Lichtes von dem Emitter (11) konzentriert wird.
2. Lichtquellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere kleine Öffnung (12a) an der Seite des reflektierenden Spiegels (12) ausge-
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ORIGINAL INSPECTED
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bildet ist, die seiner großen Öffnung gegenüberliegt, und daß an der Außenseite der kleinen Öffnung (12a) eine weitere zylindrische Kondensorlinse (l6) und eine Hilfslichtquelle (15) vorgesehen sind, die sich in der optisch konjugierten Lage mit dem Lichtemitter (11) zu der anderen zylindrischen Kondensor linse (l4) befindet.
3· Lichtquellensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seite des konkaven reflektierenden Spiegels (12), die seiner Öffnung gegenüberliegt, in Form eines zylindrischen, konkaven Spiegels mit einem Kreisbogenabschnitt ausgebildet ist.
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