DE1918612B1 - Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit Lichtleiter, welche insbesondere für Meßmikroskope Verwendung findet.

Es ist bekannt, Beleuchtungseinrichtungen für Meßmikroskope nach dem Köhlerschen Beleuchtungsprinzip aufzubauen. Hierbei wird (vgl. Fig 1) die Lichtquelle 1 durch den Kollektor 2 in die Aperturblende 3 abgebildet. Der Kondensor 4 bildet einerseits die Aperturblende 3 in die Aperturblende des nicht dargestellten Objektivs vom Meßmikroskop, ίο d. h. im Falle eines telezentrischen Meßobjektivs ins Unendliche, ab. Anderseits wird durch diesen Kondensor die Begrenzung des Kollektors 2 in die Objektebene 5 abgebildet. Die Öffnung des Kollekors 2 dient hierbei als Leuchtfeldblende.

Es ist nun, um eine genügend große räumliche Trennung zwischen der Lichtquelle und anderen wärmeempfindlichen Geräteteilen zu bewirken, ferner bekannt, hierbei auch optische Faserbündel, sogenannte Lichtleiter, einzufügen.

Bei einer bekannten Beleuchtungseinrichtung dieser Art (vgl. F i g. 2) bildet der Kollektor 2 die Lichtquelle 1 auf die Eintrittsfläche 6 a des Lichtleiters 6 ab. Austrittsseitig ist die Aperturblende 3 angeordnet, die wieder durch den Kondensor 4 in die Aperturblende des nachfolgenden und nicht mehr eingezeichneten mikroskopischen Objektivs abgebildet. Eine scharfe Abbildung der Leuchtfeldblende existiert bei dieser Anordnung nicht.

Diese bekannten Beleuchtungseinrichtungen haben jedoch einige Nachteile: So führt die Struktur der Lichtquelle (z.B. Wendel) zu einer ungleichmäßigen Ausleuchtung des Lichtleitereingangs und diese Ungleichmäßigkeiten finden sich auch auf der Lichtaustrittsseite wieder. Bei einem ungeordneten Faserbündel erfolgt zwar keine »Abbildung« der Struktur, jedoch bleiben die Ungleichmäßigkeiten, bezogen auf jede Einzelfaser, erhalten. Ein weiterer Nachteil der bekannten Abbildung der Lichtquelle auf die Eintrittsfläche des Lichtleiters besteht darin, daß die 4» Lichteintrittsfläche entweder die Form des Lichtquellenbildes (z.B. rechteckig) besitzen muß oder aber bei den üblichen Lichtleitern mit runder Eintrittsfläche kann nur der Innenkreis des Lichtquellenbildes genutzt werden, was natürlich auf Kosten der Lichtausbeute geht. Darüber hinaus erfordern diese bekannten Beleuchtungseinrichtungen auch einen erheblichen Justieraufwand, da diese gegen Dejustierung der Lichtquelle recht empfindlich sind.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es nun, unter Vermeidung der genannten Nachteile eine Beleuchtungseinrichtung mit hoher Lichtausbeute zu schaffen.

Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß die Eintrittsfläche 13 c des Lichtleiters 13 in das von einer vorgeschalteten Optik 12 erzeugte Bild einer ein Lichtquellenbild erzeugenden Optik 11 angeordnet ist und dem Lichtleiter 13 eine weitere Abbildungsoptik 14 derart nachgeschaltet ist, daß deren bildseitige Brennebene mit der Objektivebene des zu beleuchtenden Objektes mindestens nahezu zusammenfällt.

Vorteilhaft bildet dabei die dem Lichtleiter nachgeschaltete Abbildungsoptik die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters in die Eintrittspupille des nachgeschalteten Beobachtungssystems (z. B. Meßmikroskop) ab. Bevor nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird, sei noch kurz auf die Übertragungseigenschaften eines Faserbündels zur Lichtleitung eingegangen. Man muß dabei folgende Eigenschaften unterscheiden:

1. Tranversale Übertragungseigenschaft.

Ist die Ausleuchtung der Lichteintrittsfläche inhomogen, so ist diese Inhomogenität auch auf der Lichtaustrittsseite vorhanden. Dadurch, daß die einzelnen Fasern nicht geordnet sind, kann zwar die Inhomogenität, wenn sie über eine im Verhältnis zu dem Einzelfaserdurchmesser große Fläche gemittelt wird, vermindert sein. Bezogen auf Flächenelemente von der Größe einer Einzelfaser bleibt jedoch die Inhomogenität voll erhalten.

2. Angulare Übertragungseigenschaft.

a) Strahlt man Licht axialer Richtung ein, so tritt es ebenfalls in axialer Richtung aus. Durch den Lichtleiter erhöht sich jedoch die Ausstrahlungsapertur gegenüber der Einstrahlungsapertur. Die Aperturvergrößerung hängt vom Durchmesser der einzelnen Fasern, von der Güte der Politur der Lichtein- und -austrittsflächen und von Inhomogenitäten außerhalb der einzelnen Faser ab.
b) Strahlt man unter einem gewissen Winkel paralleles Licht in einen Lichtleiter ein, so tritt das Licht in Form eines Kegelmantels aus, und der Öffnungswinkel des Kegelmantels ist gleich der Einstrahlungsrichtung. Gleichzeitig tritt eine Aperturvergrößerung ein. Um weiterhin eine Vorstellung von der winkelmäßigen Übertragung eines Faserbündels zu geben, ist in der Fig. 3b die relative Ausstrahlung I des Lichtleiters 13 in den Winkelbereich da' in Abhängigkeit von σ und a' eingezeichnet, welche lediglich Meßkurven eines handelsüblichen Lichtleiters darstellen.

Die erfindungsgemäße . Beleuchtungseinrichtung macht sich diese gefundenen angularenUbertragungseigenschaften des Lichtleiters zu nutze.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 4 bis 8 dargestellt; In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 wird die Lichtqquelle 10 durch die Linse 11 in die Linse 12 abgebildet. Die Linse 12 bildet ihrerseits die Linse 11 in die Eintrittsfläche 13 a des Lichtleiters 13 ab. Die der Austrittsfläche 13 & des Lichtleiters 13 nachgeordnete Linse 14 liegt mit ihrer bildseitigen Brennebene 15 in der Objektebene 16. Die Lichtaustrittsfläche 13 b des Lichtleiters 13 wird hier in die im Unendlichen liegenden Pupille eines nachgeordneten Meßmikroskops (nicht eingezeichnet) abgebildet.

Da der Lichtleiter bei planen Eintritts- und Austrittsflächen »telezentrisch« ist, d.h., daß die Hauptstrahlen jedes durch jede einzelne Faser übertragbaren Lichtbündels senkrecht zur Lichteintritts- bzw. Austrittsfläche stehen, ist es zweckmäßig, den Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung diesem Sachverhalt anzupassen.

Zu diesem Zweck kann z.B., wie in Fig. 5 dargestellt, eine weitere Linse IT, deren objektseitiger Brennpunkt mit dem Lichtquellenbild und damit mit den Hauptpunkt der Linse 12 zusammenfällt, eingefügt werden.

Eine weitere Möglichkeit ist in der F i g. 6 dargestellt. Hier wird das Wendelbild der Lichtquelle im objektseitigen Brennpunkt der Linse 18 abgegbildet.

ORIGINAL INSPECTED

Ferner kann, wie in der Fig. 7 dargestellt, auch die Eintrittsfläche 19 a des Lichtleiters 19 gewölbt ausgebildet sein, und zwar derart, daß er der Wirkung der Linse 17 (Fig. 5) entspricht.

Lichtaustrittsseitig ist der telezentrische Strahlengang ebenfalls zu berücksichtigen.

Außer der in Fig. 4 bereits beschriebenen Möglichkeit sei in F i g. 8 noch eine weitere Möglichkeit angegeben. Durch diese Linse 20 wird erreicht, daß die Ausstrittsfläche des Lichtleiters in der Eintrittspupille des nachfolgenden telezentnschen Beobachtungssystems (nicht eingezeichnet), d. h. ins Undendliche abgebildet wird. Die unmittelbar der Lichtaustrittsfläche nachfolgende Linse 21 sorgt dafür, daß der bildseitige Brennpunkt des Linsensystems 20, 21 im Objektfeld 22 zu liegen kommt.

Die Erfindung ist keineswegs an die dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, sondern es lassen sich in Durchführung des in den Patentansprüchen niedergelegten Erfindungsgedankens noch mannigfache Variationen durchführen. Selbstverständlich ist es auch möglich zur Erhöhung der Lichtausbeute in bekannter Weise die Lichtquelle durch einen Hohlspiegel in sich selbst bzw. lateral versetzt abgebildet wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Beleuchtungseinrichtung mit Lichtleiter, insbesondere für Meßmikroskope, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsfläche (13 a) des Lichtleiters (13) in das von einer vorgeschalteten Optik (12) erzeugte Bild einer ein Lichtquellenbild erzeugenden Optik (11) angeordnet ist und dem Lichtleiter (13) eine weitere Abbildungsoptik (14) derart nachgeschaltet ist, daß deren bildseitige Brennebene mit der Objektebene des zu beleuchtenden Objektes mindestens nahezu zusammenfällt.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Lichtleiter nachgeschaltete Optik (14) derart angeordnet und ausgebildet ist, daß sie die Lichtaustrittsfläche (136) des Lichtleiters (13) in die Eintrittspupille eines nachfolgenden Beobachtungssystems (z.B. Meßmikroskop) abbildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen