DE3708647C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Köhler′sche Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope, mit einer Lichtquelle mit zugehörigem Reflektor, mit einem nachgeschalteten Kollektor und einem Kondensor sowie mit einer Aperturblende, die in einer Zwischenbildebene der Lichtquelle angeordnet ist, einer Leuchtfeldblende, die über den Kondensor in die Objektebene abgebildet wird, und mit einem im Beleuchtungsstrahlengang angeordneten, lichtdurchlässigen, lichtstreuenden Element.

Eine Köhler′sche Beleuchtungseinrichtung ist u. a. in H. Naumann/G. Schröder, "Bauelemente der Optik", Carl Hanser Verlag München, Wien 1983, Seiten 362 und 363, beschrieben. Bei diesem Beleuchtungssystem können sowohl die Größe der Apertur als auch die Größe des ausgeleuchteten Gesichtsfeldes unabhängig voneinander eingestellt und der Ausdehnung des zu untersuchenden Objektes bzw. dessen Belastbarkeit für Wärmestrahlung angepaßt werden.

Gemäß dem JP-Abstract 60-86 519 A (16. 5. 85) ist in den Strahlengang eines Köhler′schen Beleuchtungssystems eine Mattscheibe eingefügt. Diese Mattscheibe hat den Zweck, Licht auch aus schrägen Richtungen auf die Objektebene fallen zu lassen und dadurch nur eine wirklich fehlerhafte Positionierung bei Aufnahme eines Bildes durch eine TV-Kamera sichtbar werden zu lassen.

Bei diesem bekannten System ist ein die Lichtquelle umgebender Reflektor vorgesehen, der jedoch keine vergrößerte Zwischenabbildung der Lichtquelle erzeugt. Vielmehr wird die Lichtquelle lediglich in sich selbst abgebildet. Für die Gesamtlichtausbeute ist daher bei diesem bekannten System in erster Linie der vom Kollektor und nicht der vom Reflektor erfaßte Raumwinkel maßgebend. Der vom Kollektor erfaßbare Raumwinkel unterliegt aber wegen der auftretenden Farbfehler sowie auch wegen der für die Erfassung eines größeren Raumwinkels benötigten kurzen Brennweiten und der dadurch bedingten Linsendicken bzw. der daraus resultierenden Gewichtsprobleme starken Beschränkungen.

Gemäß der DE 83 10 840 U1 wird die Lichtquelle ohne Verwendung eines Kollektors mittels eines Reflektors in die Schärfenebene eines Kondensors abgebildet, wobei in der Nähe der Eintrittspupille des Kondensors eine Mattscheibe angeordnet ist. Mangels eines Kollektors stellt dieses System kein Köhler′sches Beleuchtungssystem dar, bei welchem sowohl das Bildfeld als auch die Apertur getrennt voneinander eingestellt werden können.

Die DE-OS 19 13 711 zeigt schließlich noch die Verwendung eines Faserlichtleiters bei einem Beleuchtungssystem für optische Instrumente, bei welchem ebenfalls keine getrennte Einstellung von Bildfeld und Apertur möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beleuchtungssystem der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei grober Lichtausbeute kein durch kurzbrennweitige Beleuchtungslinsen bedingter Farbfehler auftritt und trotzdem eine großflächige, gleichmäßige Beleuchtung der Objektebene erzielt wird, ohne daß bei einem Wechsel der Lichtquelle eine aufwendige, laterale und axiale Nachjustierung der Beleuchtungseinrichtung erforderlich wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das lichtstreuende Element im Bereich der Zwischenbildebene der Lichtquelle zwischen dem Reflektor und dem Kollektor angeordnet ist, und daß der die Lichtquelle umgebende Reflektor auf dem lichtstreuenden Element ein vergrößertes Zwischenbild der Lichtquelle in der lichtquellenseitigen Schärfenebene des Kollektors erzeugt.

Im einzelnen kann gemäß weiteren vorteilhaften Merkmalen der Erfindung das lichtstreuende Element von einer Mattscheibe oder von einem Faserlichtleiterelement gebildet werden.

Durch diese Anordnung wird aufgrund des größeren von der Lichtquelle erfaßbaren Raumwinkels eine wesentlich größere Lichtausbeute erzielt, wobei sich der bei vergleichbarer optischer Qualität der Beleuchtungslinsen im Beleuchtungsstrahlengang auftretende Farbfehler dadurch beträchtlich verkleinert, daß einmal die durch den Reflektor erfolgende Abbildung der Lichtquelle in die Schärfeebene des Kollektors bzw. auf die dem Kollektor vorgelagerte Mattscheibe völlig frei von Farbfehlern ist, und daß zum anderen der nur noch zur Weiterleitung des Mattscheibenbildes dienende Kollektor ein wesentlich kleineres Öffnungsverhältnis aufweisen kann als herkömmliche Kollektoren, ohne daß deshalb eine Einbuße an der Lichtausbeute in Kauf genommen werden muß. Der größere, mittels der Erfindung erzielbare Lichtleitwert erlaubt bei Verwendung vergleichbarer Lichtquellen größere Bildfelder und/oder Aperturen. Ferner wird die Einstellung der Lichtquelle gegenüber dem Kollektor und dem übrigen Beleuchtungssystem weniger kritisch, so daß eine Nachjustierung der Beleuchtungseinrichtung durch den Benutzer auch nach einem Auswechseln der Lichtquelle zumindest dann nicht mehr erforderlich ist, wenn Reflektorlampen verwendet werden, die zusammen mit ihrem Reflektor ausgewechselt werden können.

Eine optimale Lichtausbeute läßt sich dadurch erzielen, daß das vom Reflektor erzeugte Zwischenbild der Lichtquelle übereinstimmt mit dem Maximaldurchmesser des dem Kollektor zugeordneten, konjugierten Bildes der Leuchtfeldblende in dieser Zwischenbildebene.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist sowohl für Auflicht als auch für Durchlicht geeignet. Im Falle der Verwendung als Auflichtbeleuchtungseinrichtung wird zweckmäßig der Kondensor vom Abbildungsobjektiv des Mikroskopes gebildet, wobei zur Ausspiegelung des Betrachtungsstrahlengangs ein halbdurchlässiger Spiegel in den Beleuchtungsstrahlengang eingeschaltet ist.

Gemäß weiteren vorteilhaften Merkmalen der Erfindung wird die Lichtquelle entweder von einer Gasentladungslampe, vorzugsweise einer Quecksilber- oder Xenon-Lampe, oder von einer Niedervolt-Halogenglühlampe gebildet.

Vorteilhaft erfaßt der Reflektor vom Abstrahlungswinkel der Lichtquelle einen Bereich von wenigstens 180°, wobei dem Reflektor eine Kollektorlinse nachgeschaltet sein kann, welche der Anpassung der Lichtquelle an das zugehörige Mikroskop und/oder der Verkürzung des Abstands zwischen der Lichtquelle und ihrer Abbildung dient.

Eine besondere Gleichmäßigkeit des Beleuchtungsstrahlenganges in der Objektebene wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung schließlich noch dadurch erzielt, daß der Kondensor das Bild der Lichtquelle ins Unendliche abbildet.

In der Beschreibung sind anhand der Zeichnungen einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise erörtert. Es zeigt:

Fig. 1 das Optikschema einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung für Durchlicht, und

Fig. 2 das Optikschema einer erfindungsgemäßen Auflichtbeleuchtungseinrichtung.

Gemäß Fig. 1 sind auf einer gemeinsamen optischen Achse eine Lichtquelle 1, eine Kollektorlinse 2 und eine Kondensorlinse 3 angeordnet. Die Lichtquelle 1 ist von einem, vorzugsweise eliptischen oder parabolischen Reflektor 4 umgeben, der das Bild der Lichtquelle 1 in vergrößertem Maßstab auf eine Mattscheibe 5 abbildet, die in der lichtquellenseitigen Schärfeebene des Kollektors 2 angeordnet ist und als lichtdurchlässiges, lichtstreuendes Element dient. In der der Lichtquelle 1 abgewandten Schärfeebene der Kollektorlinse 2 ist eine Aperturblende 6 angeordnet. Der Maßstab der Lichtquellenabbildung auf die Ebene der Mattscheibe 5 ist vorzugsweise so gewählt, daß die Größe des Lichtquellenbildes in dieser Ebene etwa der Abbildung der größtmöglichen Aperturblende durch die Kollektorlinse 2 in diese Ebene entspricht. Anstelle der Mattscheibe 5 könnte auch ein Faserlichtleiterelement oder dergleichen als lichtdurchlässiges, lichtstreuendes Element dienen. Ferner könnte die Mattscheibe oder ein anderes lichtstreuendes Element auch in oder in der Nähe von einer weiteren zwischen der Kollektorlinse 2 und dem Objekt 0 gelegenen Abbildungs- bzw. Zwischenabbildungsebene der Lichtquelle, beispielsweise in der Nähe der Aperturblende 6, angeordnet sein.

Auf der der Mattscheibe 5 abgewandten Seite der Kollektorlinse 2 ist noch eine Leuchtfeldblende 7 angeordnet, welche mittels der Kondensorlinse 3 in die Objektebene 0 des in der Figur nicht dargestellten Mikroskopobjektives abgebildet wird. Die Brennweiten- und Abstandsverhältnisse sind so gewählt, daß gleichzeitig die Aperturblende 6, in deren Ebene eine Zwischenabbildung der Lichtquelle 1 stattfindet, durch die Kondensorlinse 3 ins Unendliche abgebildet wird. Dadurch entsteht ein telezentrischer Beleuchtungsstrahlengang, der zur Vergleichmäßigung der Beleuchtungsintensität in der Objektebene 0 beiträgt und die Beleuchtung des mit dem Mikroskop betrachteten Objektes von Verschiebungen der Objektebene weitgehend unabhängig macht.

Gemäß Fig. 2, welche ein Auflichtbeleuchtungssystem darstellt, ist dem als Kollektor wirkenden Reflektor 4 zur Verbesserung seiner Strahlengeometrie noch eine Kollektorlinse 8 nachgeschaltet. Diese Maßnahme, mittels derer eine bessere Anpassung der Eigenschaften der Reflektorlampe an die Eigenschaften des jeweiligen Mikroskops, z. B. erforderlichenfalls eine Verkürzung des Abstands zwischen der Lichtquelle und ihrer Abbildung, erzielt werden kann, ist natürlich auch bei Durchlichtbeleuchtungssystemen anwendbar.

Am Ort der Mattscheibe 5 ist in diesem Falle eine Aperturblende 9 angeordnet. Der Kollektor wird von zwei Kollektorlinsen 11 und 12 gebildet, zwischen denen eine Leuchtfeldblende 13 angeordnet ist. Als Kondensor dient das im vorliegenden Fall von zwei Linsen 14 und 15 gebildete Abbildungsobjektiv 16 des Mikroskopes. Die Abstands- und Brennweitenverhältnisse sind wieder so gewählt, daß die Leuchtfeldblende 13 in die Objektebene 0 und gleichzeitig das Mattscheibenbild der Lichtquelle ins Unendliche abgebildet wird.

Zur Einspiegelung des Beleuchtungsstrahlenganges bzw. Ausspiegelung des Betrachtungsstrahlenganges ist in bekannter Weise ein halbdurchlässiger Spiegel 17 vorgesehen.

Claims (10)

1. Köhler′sche Beleuchtungseinrichtung für Mikroskope, mit einer Lichtquelle (1) mit zugehörigem Reflektor (4), mit einem nachgeschalteten Kollektor (2; 11, 12) und einem Kondensor (3; 14, 15) sowie mit einer Aperturblende (6; 9), die in einer Zwischenbildebene der Lichtquelle (1) angeordnet ist, einer Leuchtfeldblende (7; 13), die über den Kondensor (3; 14, 15) in die Objektebene (0) abgebildet wird, und mit einem im Beleuchtungsstrahlengang angeordneten, lichtdurchlässigen, lichtstreuenden Element (5), dadurch gekennzeichnet, daß das lichtstreuende Element (5) im Bereich der Zwischenbildebene der Lichtquelle (1) zwischen dem Reflektor (4) und dem Kollektor (2; 11, 12) angeordnet ist, und daß der die Lichtquelle (1) umgebende Reflektor (4) auf dem lichtstreuenden Element (5) ein vergrößertes Zwischenbild der Lichtquelle (1) in der lichtquellenseitigen Schärfenebene des Kollektors (2, 11, 12) erzeugt.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtstreuende Element (5) von einer Mattscheibe gebildet wird.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtstreuende Element (5) von einem Faserlichtleiterelement gebildet wird.

4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Reflektor (4) erzeugte Zwischenbild der Lichtquelle (1) im Durchmesser übereinstimmt mit dem Maximaldurchmesser des dem Kollektor (2, 11, 12) zugeordneten, konjugierten Bildes der Leuchtfeldblende (7; 13) in dieser Zwischenbildebene.

5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Auflichtbeleuchtung in der Objektebene (0) der Kondensor (3; 14, 15) vom Mikroskopobjektiv (16) gebildet ist, wobei zur Ausspiegelung des Beobachtungsstrahlengangs ein halbdurchlässiger Spiegel (17) im Beobachtungsstrahlengang eingeschaltet ist.

6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) von einer Gasentladungslampe, vorzugsweise von einer Quecksilber- oder Xenon-Hochdrucklampe, gebildet ist.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) von einer Niedervolt-Halogenglühlampe gebildet ist.

8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (4) vom Abstrahlungswinkel der Lichtquelle (1) wenigstens 180 Grad erfaßt.

9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reflektor (4) eine Kollektorlinse (8) nachgeschaltet ist, welche der Anpassung der Lichtquelle (1) an das zugehörige Mikroskop und/oder der Verkürzung des Abstandes zwischen der Lichtquelle und ihrer Abbildung dient.

10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensor (3; 14, 15) das Bild der Lichtquelle (1) ins Unendliche abbildet.