DE3208753A1

DE3208753A1 - Epidunkles beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE3208753A1
Application number: DE19823208753
Authority: DE
Inventors: Tadashi Tokyo Kimura
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1982-03-11
Publication date: 1982-11-11
Also published as: US4475796A; JPS57150812A

Description

Anwaltsakte: P + G 777 OLYMPUS OPTICAL CO., LTD.

' Tokyo, Japan

Epidunkles Beleuchtungssystem

Die Erfindung betrifft ein epidunkles Beleuchtungssystem, wobei Licht von einer Lichtquelle durch einen Raum geschickt wird, der zwischen einer Hülse und einer Objektivlinse gebildet ist, um eine Probe zu erleuchten.

Sin aus dem Stande der Technik bekanntes epidunkles Beleuchtungssystem ist in Fig. 1 dargestellt. Hier fällt Licht aus einer Lichtquelle 1 durch eine Blende hindurch, die eine ringförmige öffnung aufweist und die sich vor der Lichtquelle befindet. Das Licht wird zunächst mittels einer Xondensorlinse 3 zu einem parallelen Lichtstrahlenbündel geformt. Sodann wird es von einem ringförmigen Spiegel 4 reflektiert, der zur optischen Achse eines optischen Betrachtungssystemes koaxial ist und der geneigt angeordnet ist. Sodann tritt es durch einen zylindrischen Raum hindurch, der aus einer Cbjektivlinse 5 und einer Hülse 6 gebildet ist, welche ihrerseits die Linse umgibt. Das Licht wird in einem ringförmigen, konischen Spiegel 7 reflektiert, der vor Objektivlinse 5 und koaxial zu dieser angeordnet ist, um eine Probe 8 zu beleuchten. Bei einem derartigen epidunklen Beleuchtungssystem wird der beleuchtende Lichtstrahl zylindrisch gebildet. Sr wird durch Stege unterbrochen, die die Objektivlinse 5 innerhalb der Hülse β halten. Der Einfallswinkel des beleuchtenden Lichtes muß derart gewählt werden, daß das von Probe 8 direkt reflektierte Licht nicht in Objektivlinse 5 eintritt. Deswegen ist es schwierig, eine so gleichförmige Beleuchtung wie eine Köhlerbeleuchtung zu schaffen, die bei einem Lichtübertragungssystem angewandt wird.

Es wurden zahlreiche Versuche unternommen, zu vermeiden, daß ungleichförmiges Licht auch zu einer ungleichförmigen Beleuchtung im Beleuchtungssystem führt. Eine dieser Maßnahmen bestand darin, daß man ein mattes, glasartiges optisches Glied innerhalb des. zylindrischen Raumes zwischen Hülse und Objektivlinse vorsieht, um den beleuchtenden Lichtstrahl hierdurch diffus zu machen und das Ausmaß der ungleichförmigen Beleuchtung zu verringern. Um ferner bei einer Objektivlinse starker Vergrößerung das von einem diffusen Element zerstreute Licht auf die Probe zu richten, sollte wenigstens das direkt reflektierte Licht der Probenfläche des Beleuchtungssystems in die Objektivlinse eintreten;

hierzu wurde eine Lichtsammellinse im Bereich des vorderen Endes der Objektivlinse vorgesehen und der Reflexionsspiegel mit einer Krümmung versehen. Bei diesen vorbekannten Verfahren ist jedoch der Lichtverlust aufgrund der Diffusion des Lichtes mittels des Diffusicnselementes groß. Verringert man aber die Menge des Verlustlichtes, so läßt si ch die ungleichförmige Lichtmenge nicht gut korrigieren. ■

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein epidunkles Beleuchtungssystem zu schaffen, dessen Aufbau einfach ist und das eine einheitlich-helle Beleuchtung zustande bringt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Abbildungselement vorgesehen wird, das koaxial zu einer Cbjektivlinse angeordnet ist, welche sich innerhalb einer Hülse befindet, um ein Lichtquellenbild innerhalb der Hülse zu bilden.

^uemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Abbildungselement eine ringförmige konvexe Linse oder eine konkave Linse gewählt, oder eine ringförmige Mehrelementenlinse, gebildet durch Anordnung einer Mehrzahl von konvexen Linsen ■ oder konkaven Linsen in ein und derselben Ebene, eine zylindrische Verbundlinse (oder Fresnel-Linse), die durch konzentrisches, kreisförmiges Anordnen von Linsen gebildet wird, eine radiale Linse und eine MuIti-EIement-Linse, die durch konzentrisches Anordnen einer Mehrzahl von ringförmigen Linsen gebildet wird, so daß die Flächen der jeweiligen Linsen außerhalb der optischen Achse der Objektivlinse höher sein können. Weiterhin lassen sich innerhalb der Hülse eine Lichtsammellinse oder ein lichtsammelnder Spiegel anordnen.

Sobald bei dem epidunklen Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung das Lichtquellenbild gebildet ist, wird die Probe beleuchtet und demgemäß wird die Lichtmenge nicht ungleichmäßig. Da ferner kein Diffusionselement verwendet wird, wird der beleuchtende Lichtstrahl nicht gestreut. Deswegen wird die Lichtmenge nicht verringert, sondern eine helle Beleuchtung erhalten. Selbst dann,

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wenn beim Bilden des Lichtquellenbildes die Bieuchtungsbedingnngen von Fall zu Fall unterschiedlich sind (abweichend von den idealen Beleuchtungsbedingungen ^, abhängig von der Art der verwendeten Objektivlinse (Vergrößerung, numerische Apertur oder dergleichen), so läßt sich durch Verändern und richtiges Auswählen der Position des Südens des Lichtquellenbildes die richtige Beleuchtung leicht schaffen. Das Abbildungselement läßt sich billig und einfach herstellen, beispielsweise aus einem Plastik-Formteil. Außer dem Verbindungselement und der Lichtssammellinse im Bereich des vorderen Endes der Objektivlinse ist kein Diffussionsobjekt erforderlich. Der Spiegel im vorderen Endbereich der Objektivlinse braucht keine Krümmung aufzuweisen. Demgemäß läßt sich durch Anwendung der Erfindung ein helles Beleuchtungssystem schaffen, das keine ungleichförmige Lichtmenge erzeugt.

Wie schon erwähnt, veranschaulicht Fig. 1 ein herkömmliches epidunkles Beleuchtungssystem.

Die Erfindung ist anhand der übrigen Figuren näher erläutert. Hierin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Die Fig. 2 und 3 sind Ansichten vom Aufbau einer ersten Ausführungsform und einer zweiten Ausführungsform eines epidunklen Beleuchtungssystemes.

Die Figuren 4 bis 8 veranschaulichen weitere Ausführungsformen von Abbildungselementen, die bei dem erfindungsgemäßen epidunklen Beleuchtungssystem verwendet werden.

Fig. 9 zeigt das optische System gemäß der Erfindung, wobei zusätzlich eine Lichtsammellinse vorgesehen ist.

Fig. 10 ist eine Ansicht des erfindungsgemäßen epidunklen Beleuchtungssystemes mit einem zusätzlich vorgesehenen, lichtsammelnden Spiegel.

Die Figuren HA und llB sind Ansichten von richtigen Sekundär-Lichtquellen-Bildpositionen mittels des epidunklen Beleuchtungssystemes gemäß der Erfindung, wobei die Objektivlinsen voneinander verschieden sind.

3ESCKREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

3ei der in Fig. 2 veranschaulichten, ersten Ausführungsform der Erfindung wird eine ringförmige konvexe Linse als Abbildungselement verwendet. Bei dieser Ausführungsform wird das Licht von einer Lichtquelle mittels einer ringförmigen, konvexen Linse konvergiert und ein Lichtquellenbild ringförmig in einer Position 11 abgebildet. Die bestimmte Position sowie die Brennweite der ringförmigen konvexen Linse 10 sind derart gewählt, daß dieses Lichtquellenbild innerhalb einer Hülse 6 entsteht. Das somit geschaffene Lichtquellenbild 11 dient als Sekundärlichtquelle auf einer Probe 8, als ob eine ringförmige Lichtquelle in dieser Lichtquellen-Bildposition vorhanden wäre; Probe 8 wird durch das beleuchtende Licht aus dieser Sekundär-Lichtquelle beleuchtet. Dies bedeutet folgendes: Sobald der gebündelte Lichtstrahl gebildet ist, wird das Bild wiederum divergiert und von einer reflektierenden Fläche 7 reflektiert, um eine Zone zu beleuchten, die die optische Achse einer Objektivlinse 5 als Zentrum der Probe 8 hat. Da bei der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform der Lichtstrahl einer vergleichsweise großen numerischen Apertur (Blendenzahl) aus der Sekundärlichtquelle als Beleuchtungslicht verwendet werden kann, läßt sich die Probe mit einer genügend großen numerischen Apertur beleuchten, um der numerischen Apertur der Objektivlinse 5 zu genügen. Da ferner der beleuchtende Lichtstrahl ein divergierender Lichtstrahl ist, wird der zentrale Bereich der ringförmigen Beleuchtung nicht dunkel und die Beleuchtung wird nicht ungleichförmig.

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3ei der zweiten, in Fig. 3 veranschaulichten Ausführunejsform der Erfindung ist anstelle der ringförmigen konvexen Linse IG der ersten Ausführungsform von Fig. 2 eine ringförmige konkave Linse 12 vorgesehen. Bei der fzweiten Ausführungsform wird das Lichtquellenbild als virtuelles Bild 13 in einer Position gebildet, die von Probe 8 weiter entfernt ist als die ringförmige konvexe Linse 12. Sind daher die Brennweite sowie die Position der ringförmigen konkaven Linse 12 derart gewählt, daß das virtuelle Bild 13 in einer Position entsteht, die für die zweite Lichtquelle die geeignete ist, so läßt sich damit dieselbe Wirkung wie mit der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2 erzielen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten dritten Ausführungsform ist nur jener Teil wiedergegeben, in welchem das Bildformelement angeordnet ist. Bei dieser AusfUhrungsform ist eine ringförmige Mehrelementenlinse lA vorgesehen, bestehend aus einer Mehrzahl konvexer Linsen in derselben Ebene. Die Bildposition durch

jedes Linsenelement der Mehrelementlinse 14 entspricht der Sekundärlichtquelle 11 der ersten Ausführungsform von Fig. 2.

Bei der in Fig. 5 veranschal ichten vierten Ausführungsform ist eine ringförmige Mehrelementenlinse 15 verwendet, bei welcher jedes Linsenelement eine konkave Linse ist.

Falls die Mehrelementlinse 14 oder 15, so wie oben beschrieben, als Bildformelement verwendet wird, wird der in den zylindrischen Raum innerhalb von Hülse β eintretende parallele Lichtstrahl durch die einzelnen Linsenelemente der Mehrelementlinse konvergiert und werden zahlreiche sehr kleine Lichtquellenbilder parallel innerhalb des zylindrischen Raumes angeordnet. Aus diesem Grunde besteht die Sekundärlichtquelle aus sehr vielen parallel zueinander angeordneten Lichtquellen dicht bei einer Flächenlichtquelle, so daß die uneinheitliche Beleuchtung weiterhin verringert wird. Außerdem unterscheidet sich die Mehrelementlinse

von einem Diffusionselement wie beispielsweise einem Mattglas und diffundiert den Lichtstrahl nicht in alle Richtungen. Das Beleuchtungslicht wird deshalb nicht gestreut und geht somit nicht verloren, womit nicht die Gefahr besteht, daß die beleuchtende Lichtmenge zu gelng ist.

Die Figuren 6 und 7 sind Draufsichten auf weitere Ausführungsformen von gemäß der Erfindung verwendenden Bilderzeugungselementen (Abbildungselementen). Pig. '6 ist eine zylindrische Verbundlinse (oder Fresnellinse), die aus kreisförmig und konzentrisch angeordneten Linsen besteht. In Fig. 7 ist eine Radiallinse wiedergegeben. In Fig. 8 sieht man ein Abbildungselement, das durch Anordnen einer Mehrzahl von Linsen gebildet ist, und das sich dadurch unterscheidet, daß diese nicht In ein und derselben Ebene angeordnet sind.

Auch bei Anwendung von Abbildungselementen wie den obengenannten werden durch diese Lichtquellenbilder gebildet; das. Liciit wird auf die Probefläche durch Verwendung jeglicher der Bilder als Sekundärlichtquelle projiziert, und es wird eine gleichförmige Beleuchtung erreicht.

Wird eine LichtSammellinse 16 wie die in Fig. 9 dargestellte oder ein Lichtsammelspiegel 17 wie der in Fig. 10 dargestellte verwendet, und zwar vor der Objektivlinse 5 als Bildformelement, so läßt sich die Wirkung d urch das obenerwähnte Bildformelement weiterhin steigern.

Bei dem erfindungsgemäßen, in den einzelnen Aüsführungsbeispielen veranschaulichten epidunklen Beleuchtungssystem ist es zweckmäßig, die Position der Abbildung des Lichtquellenbildes derart zu wählen, daß diese eine bestmögliche ist, je nach Vergrößerung und numerischer Apertur (Blendenzahl) von Objektivlinse 5· Dies bedeutet, daß man bei einer Objektivlinse 5 geringer Vergrößerung oder kleiner NA das Lichtquellenbild jj.1

vorzugsweise in einer Position abbildet, die sich verhältnismäßig weit weg von Probe 8 befindet, so wie in Fig. HA dargestellt; für eine Objektivlinse 5 großer Vergrößerung und großer NA hingegen sollte das Lichtquellenbild 11 nahe der Probe 8 liegen, so wie in Pig. HB veranschaulicht.

C9.03.82
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Claims

Anwaltsakte: P + G 777 OLYMPUS OPTICAL CO., LTD. Tokyo, Japan PATENTANSPRÜCHE

1. Spidunkles Beleuchtungssystem, wobei eine Objektivlinse (5) innerhalb einer Hülse (6) gehalten und das Beleuchtungslicht von einer Lichtquelle (1) auf eine Probe (8) durch einen zylindrischen Raum geleitet wird, der zwischen der Hülse (6) und einer Objektivlinse gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bildformungselement (10, 13, 14·, 15)

koaxial zur Cbjektivlinse angeordnet ist, um das Bild der Lichtquelle innerhalb des zylindrischen Raumes zu bilden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse eine reflektierende Fläche (7, 17) aufweist.

3- System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildformelement eine ringförmige konvexe Linse (10) oder eine ringförmige konkave Linse (12) ist.

^. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Biidformungselement eine ringförmige konvexe Linse ClO) oder eine ringförmige konkave Linse (12) ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildformungssystem eine ringförmige Multielementlinse (l4, ist, die durch Anordnen einer Mehrzahl konvexer Linsen oder einer Mehrzahl konkaver Linsen in derselben Ebene oder in verschiedenen Ebenen zueinander geschaffen ist.

β. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da3 das Bildformungselement eine ringförmige .Mehrelementlinse (1-, 15; ist, die durch Anordnen einer Mehrzahl von konvexen Linsen oder einer Mehrzahl konkaver Linsen in derselben Ebene oder in verschiedenen Ebenen zueinander geschaffen ist.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildformungssystem eine zylindrische Verbundlinse ist, die durch konzentrisches und kreisförmiges Anordnen einer Mehrzahl zylindrischer Linsen in derselben Ebene oder in verschiedenen Ebenen zueinander gebildet ist.

6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildformelement eine zylindrische Verbundlinse ist, die durch konzentrisches und kreisförmiges Anordnen einer Mehrzahl von zylindrischen Linsen in derselben Ebene und in verschiedenen Ebenen zueinander gebildet ist.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das das 3iidformelement eine radiale Linse ist, die durch radiales Anordnen einer Mehrzahl von Linsenelementen in derselben Ebene oder in verschiedenen Ebenen zueinander geschaffen ist.

10. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das BiIdforraelement eine radiale Linse ist, die durch radiales Anordnen einer Mehrzahl von Linsenelementen in derselben Ebene oder in verschiedenen Ebenen zueinander geschaffen ist.

11. System nach einem der Ansprüche 2, 4, 6, 8, 10, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche eine konvergierende gekrümmte Fläche oder eine divergierende gekrümmte Fläche ist.

12. System nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Lichtsammellinse (1β^ν· vorgesehen ist, um die durch das Bildformelement hindurchgetretenen Lichtstrahlen zu sammeln.

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