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Epidarkes Beleuchtungssystem
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Die Erfindung bezieht sich auf ein epidarkes Beleuchtungssystem, insbesondere
ein solches zur Verwendung mit einem Mikroskop, bei dem von einer Lichtquelle ausgehendes
Licht zur Beleuchtung eines Objekts zwischen einer Hülse und einer Objektivlinse
durchgeleitet wird.
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Generell hat ein epidarkes Beleuchtungssystem die in Fig.
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1 dargestellte Ausbildung. Von einer Lichtquelle 1 ausgehendes Licht
wird durch eine vor der Lichtquelle 1 angeordnete Blende 2 mit einer ringförmigen
Öffnung geleitet, von einer kollimierenden Linse 3 parallel gerichtet und danach
von einem Ringspiegel 4, der zur optischen Achse eines Beobachtungssystems koaxial
und geneigt angeordnet ist, reflektiert. Das Licht wird danach durch einen Zylinderraum
geleitet, der zwischen einer Objektivlinse 5 und einer letztere umgebenden Hülse
6 angeordnet ist, und von einem ringförmigen konischen Spiegel 7 o. dgl., der an
der Spitze der Objektivlinse koaxial zu dieser angeordnet ist, zur Beleuchtung eines
Objekts 8 reflektiert. Bei einem solchen epidarken optischen Beleuchtungssystem
hat es sich als schwierig erwiesen, eine solche flache Beleuchtung wie die bei einem
Übertragungsbeleuchtungssystem verwendete Koehler-Beleuchtung zu erreichen. Diese
Schwierigkeit geht
auf die ringförmige Öffnung, die Unterbrechung
des Lichtstrahlengangs durch die Halterung 9 der Objektivlinse 5 (gezeigt in Fig.
2 durch die Eklipsenteile 11, die von der Halterung 9 in einem ringförmigen Beleuchtungslichtfeld
10 auf der Pupillenfläche des optischen Beleuchtungssystems gebildet werden) und
die wenig perfekte Beseitigung von an dem Objekt 8 direkt reflektierten Lichtstrahlen
zurück. Daher wurden verschiedene Versuche gemacht, um eine flache Beleuchtung zu
gewinnen. Eine Methode bestand darin, ein Mattglas in die Beleuchtungsöffnung innerhalb
der Hülse derart einzusetzen, daß das Beleuchtungslichtbündel von dem Mattglas gestreut
und das gestreute Licht von einem Bildformungsbauteil, das nahe der Spitze der Objektivlinse
in koaxialer Anordnung mit letzterer vorgesehen ist, zur Gewinnung einer flachen
Beleuchtung bei der Entwicklung eines Bildes verwendet wird. Selbst bei einer Objektivlinse
einer starken Vergrößerung ist eine kollimierende Linse nahe der Spitze der Objektivlinse
oder ein reflektierender Spiegel mit einer Krümmung vorgesehen, um das von einem
Zerstreuungsglied gestreute Licht auf das Objekt derart zu richten, daß das Licht
von der Objektoberfläche nicht direkt in die Objektivlinse zurückgeworfen wird.
Bei derartigen Methoden nimmt die Zahl der Systemkomponenten, wie das optische Diffusionsbauteil,
die nahe des Endes der Objektivlinse angeordnete kolilmierende Linse und das Haltebauteil,
zu. Außerdem sind diese Bauteile aufgrund von Fabrikationsabweichungen häufig exzentrisch
zum Objektivlinsensystem, und zur Gewinnung einer flachen Beleuchtung ist es notwendig,
die Teile genau einzusetzen und beim Zusammenbau in aufwendiger Weise einzustellen.
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Die Herstellung ist daher schwieriger und kostspieliger als erwünscht.
Im Falle der Verwendung eines Reflektors nahe des Endes der Objektivlinse besteht
die Gefahr, daß Staub und Schmutz in das optische Beleuchtungssystem eindringt und
sich Rost ansetzt. Außerdem besteht die hohe
Wahrscheinlichkeit,
daß Öl, o. dgl. eindringt, so daß eine Immersionslinse nicht als Objektivlinse starker
Vergrößerung verwendet werden kann, also auch keine Mikroskopie mit starker Auflösung
durchgeführt werden kann.
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Selbst bei Verwendung einer kollimierenden Linse nahe des Endes der
Objektivlinse derart, daß eine Immersionslinse als Objektivlinse verwendet werden
kann, ist das System durch Eindringen von Staub und Schmutz gefährdet.
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Außerdem kann das Beleuchtungslichtbündel, das innerhalb des optischen
Beleuchtungssystems gestreut wird, an der Innenwand der Hülse erneut gestreut und
als Streulicht gemischt mit dem Beleuchtungslicht in das Objektiv als direkt von
der Objektoberfläche reflektiertes Licht eindringen. Daher wird ein Antireflexionsbelag
an der Innenwand der Hülse angeordnet, um ein Einblenden von Streulicht zu verhindern,
wodurch die gesamte Lichtmenge des Beleuchtungslichts nicht zum Objekt überführt
und ein starker Lichtverlust auftreten kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein epidarkes Beleuchtungssystem
zu schaffen, das eine einheitliche und gleichmäßige Beleuchtung gewährleistet, dessen
Herstellung und Zusammenbau einfach sind und das eine Beobachtung bei starker Vergrößerung
und hoher Auflösung ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß ein dickes
optisches Bauteil mit einer Diffusionsfläche an der Beleuchtungslicht-Eintrittsseite
und einer reflektierenden Oberfläche nahe einer Beleuchtungslicht-Austrittsstelle
konzentrisch mit einer Objektivlinse zwischen einer H;lse und der Objektivlinse
angeordnet ist.
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In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das
optische Bauteil eine solche Form hat, daß es den Raum zwischen der pulse und der
Objektivlinse ausfüllt
und das Beleuchtungslicht-Eintrittsende nahe
einem Gewindeabschnitt angeordnet ist, der an der Hülse zum Einschrauben der Hülse
in einen Revolver vorgesehen ist.
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Die Austrittsfläche des optischen Bauteils kann so ausgebildet sein,
daß es Bestandteil einer gekrümmten Fläche ist, die symmetrisch zur optischen Achse
der Objektivlinse angeordnet ist, z. B. ein Teil einer konischen Oberfläche, ein
Teil einer sphärischen Oberfläche oder ein Teil einer torischen Oberfläche. Außerdem
kann die austrittsseitige Endfläche so ausgebildet sein, daß sie Teil einer Zylinderfläche
ist.
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Die Außenseite nahe des Austrittsendes des optischen Bauteils kann
so ausgebildet sein, daß sie Teil einer zur optischen Achse der Objektivlinse symmetrisch
angeordneten gekrümmten Fläche ist, so beispielsweise Teil einer konischen Fläche
oder Teil einer sphärischen Fläche.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Ansicht
eines konventionellen epidarken Beleuchtungssystems; Fig. 2 eine Ansicht eines Musters
des Beleuchtungslichts auf einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems gemäß Fig.
1; Fig. 3 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des epidarken Beleuchtungssystems
nach der Erfindung; und Fig. 4 bis 7 Ansichten von weiteren Ausführungsbeispielen
des epidarken Beleuchtungssystem nach der Erfindung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, auf das im folgenden eingegangen
wird, werden die gleichen Bezugszeichen
wie bei den entsprechenden
Bauteilen des oben erwähnten konventionellen Ausführungsbeispiels benutzt. Das Bezugszeichen
12 bezeichnet ein dickes, im wesentlichen zylindrisches optisches Bauteil, das konzentrisch
um die Objektivlinse 5 angeordnet ist und einen Ringraum zwischen der Hülse 6 und
der Objektivlinse 5 ausfüllt. Das optische Bauteil 12 hat eine streuende Fläche
13, die an der Eintrittsseite 12a des Beleuchtungslichts angeordnet ist, und eine
reflektierende Fläche 14, die Bestandteil einer sich zum Austrittsende nahe eines
Beleuchtungslichtausgangs 12b verjüngenden konischen Fläche ist. Vorzugsweise hat
dieses optische Bauteil 12 eine solche Dicke (Länge in der optischen Axialrichtung),
daß das Beleuchtungslicht-Eintrittsende 12a nahe eines Gewindeabschnitts 6a liegt,
der auf der Hülse 6 zum Befestigen an einem nicht dargestellten Revolver vorgesehen
ist.
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Aufgrund der zuvor beschriebenen Ausbildung des erfindungsgemäßen
epidarken Beleuchtungssystems wird von der Lichtquelle ausgehendes und in die Eintrittsseite
12a einfallendes Licht von der streuenden Fläche 13 gestreut, durchläuft das optische
Bauteil 12, wird von der reflektierenden Oberfläche 14 reflektiert und danach durch
das Austrittsende 12b auf das Objekt 8 gelenkt. Dies ergibt eine epidarke Beleuchtung.
Da das optische Bauteil 12 bei dem beschriebenen Beleuchtungssystem auch die Funktion
einer Linsenhalterung zur Festlegung der Objektivlinse 5 an der Hülse übernimmt,
ergibt sich'keine Abschattung des Beleuchtungslichts, sondern es wird ein vollständig
ringförmiger Beleuchtungslichtquerschnitt gewonnen. Da außerdem nur das optische
Bauteil 12 zwischen der optischen Linse 5 und der Hülse 6 angeordnet ist und die
Streufläche 13 und die Reflexionsfläche 14 mit dem optischen Bauteil 12 integral
ausgebildet sind, sind Fehler wie Exzentrizitäten zwischen Objektivlinse 5, Beleuchtungslichtbündel
und Hülse 6 minimiert. Daher kann mit dem
beschriebenen Beleuchtungssystem
eine im wesentlichen einheitliche oder flache Beleuchtung erzielt werden. Da das
optische Bauteil 12 einteilig ausgebildet sein kann, läßt sich eine Verbesserung
der Gleichförmigkeit der epidarken Beleuchtung leicht dadurch erreichen, daß der
Streueungsgrad der Streufläche 13, der Reflexionsgrad der Seitenfläche 12c des optischen
Bauteils 12 und die Dicke des optischen Bauteils 12, d. h. die Länge vom Eintrittsende
12a (Streufläche 13) zum Austrittsende 12b geeignet gewählt werden. Außerdem reicht
bei dem beschriebenen Beleuchtungssystem ein optisches Bauteil 12 zusätzlich zur
Objektivlinse 5 und zur Hülse 6 aus, so daß relativ wenige Komponententeile erforderlich
sind. Das optische Bauteil 12 als Kunstharz-Gießbauteil o. dgl. kann billig, leicht
und genau hergestellt werden. Selbst bei Verwendung eines Immersionsobjektivs tritt
keine Immersion des Beleuchtungssystems auf, so daß ein Objektiv mit einer großen
numerischen Apertur (NA) und einer hohen Auflösung verwendet werden kann. Auch kann
Staub und Schmutz nicht von der Außenseite eindringen, so daß die Arbeitsweise des
optischen Beleuchtungssystems nicht von äußeren Gegebenheiten beeinträchtigt wird.
Die von der streuenden Fläche 13 gestreuten Lichtstrahlbündel werden von der Außenfläche
12c des optischen Bauteils 12 reflektiert und übertragen, jedoch nichtvon der Innenfläche
der Hülse 6 gestreut, so daß der Lichtverlust sehr gering ist.
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Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem das Austrittsende
12b des optischen Bauteils 12 Teil einer Torusfläche bildet. Fig. 5 zeigt ein drittes
Ausführungsbeispiel, bei dem die reflektierende Fläche 14 des optischen Bauteils
12 als Teil einer sphärischen Fläche und das Austrit:sende 12b als Teil einer zylindrischen
Fläche ausgebildet sind. Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl
das Austrittsende 12b als auch die reflektierende
Fläche 14 des
optischen Bauteils 12 jeweils als Teile von Torusflächen ausgebildet sind. Bei jedem
dieser Ausführungsbeispiele hat also ein Teil des optischen Bauteils 12 eine Linsenfunktion
mit der Wirkung einer verstärkten-Erzielung einer einheitlichen Beleuchtung, und
der Abstand zwischen der Objektoberfläche 8 und der untersten Fläche 15 des Objektivs
ist so gering, daß das jeweilige System in Verbindung mit einem Objektiv starker
Vergrößerung zur Beleuchtung verwendet werden kann.
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Fig. 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem das Austrittsende
12b des optischen Bauteils 12 als Teil einer auf der Objektseite konvexgekrümmten
Oberfläche, die symmetrisch zur optischen Achse der Objektivlinse 5 verläuft, ausgebildet
ist, wobei keine reflektierende Oberfläche vorgesehen ist. Aus der Lichtquelle kommendes
Licht wird also von der streuenden Fläche 13 gestreut, durch das optische Bauteil
12 und das als Linsenoberfläche wirkende Austrittsende 12b zur Entwicklung eines
Bildes nach außen geworfen, wird danach erneut gestreut und auf die Objektoberfläche
8 gerichtet. Daher ist bei diesem System eine gleichmäßige Beleuchtung bei relativ
großem Abstand zwischen der Objektoberfläche 8 und der untersten Fläche 15 des Objektivs
und geringer Vergrößerung erreicht.
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Aus der obigen Erläuterung wird klar, daß bei Änderung der Länge zwischen
dem Eintrittsende 12a und dem Austrittsende 12b des optischen Bauteils 12 und der
Form der reflektierenden Oberfläche 14 und des Austrittsendes 12b selbst dann eine
geeignete Beleuchtung ohne weiteres erzielbar ist, wenn die geeigneten Beleuchtungsbedingungen
je nach Art des Objektivs unterschiedlich sind. Daher kann der Streuungsgrad der
Streuungsfläche 13 ebenso minimiert werden wie der im System auftretende Lichtverlust.