WO2004097492A1 - Dunkelfeld-beleuchtungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dunkelfeld-Beleuchtungssystem und ist anwendbar sowohl in der Durchlicht- als auch in der Auflichtmikroskopie Zur gleichmässigen Ausleuchtung der bei geringen Vergrösserungen auftretenden grossen Objektfelder wird eine Kombination mit einem ersten segmentierten und einem zweiten asphärischen Spiegel vorgeschlagen.

Description

Dunkelfeld-Beleuchtungssystem

Die Erfindung betrifft ein Dunkelfeld-Beleuchtungssystem und ist anwendbar sowohl in der Durchlicht- als auch in der Auflichtmikroskopie.

Es ist bekannt die Dunkelfeldbeleuchtung in Lichtmikroskopen auf verschiedene Art und Weise zu realisieren:

- Verwendung von Ringblenden in der eintrittseitigen Kondensorpupille Als Lichttreppen ausgebildete Planspiegelanordnungen (z. B. JP 10268205) Ringförmig angeordnete torische Mikrospiegel (z. B. JP 11153755)

- Kombination von konkaven und konvexen Ringspiegeln (z. B. DR 830 840, DE 24 10 874)

Allen diesen Lösungen ist gemeinsam, dass sie nur kleine Objektfelder ausleuchten können, d.h. nur für hohe Vergrößerungen (mehr als lOx) geeignet sind. Um auch größere Objektfelder ausleuchten zu können, wird in der DE 34 25 674 vorgeschlagen, einen Ringspiegel zu verwenden, der als spezieller Toroid ausgebildet ist. Auch diese Lösung zeigt nur bis zu einer Vergrößerung von lOx eine ausreichende Qualität, für größere Objektfelder wird die Ausleuchtung so inhomogen, dass eine zusätzliche Streuscheibe zur Homogenisierung eingesetzt werden muss, welche die Lichtausbeute deutlich verschlechtert.

In der DR 608 644 aus dem Jahr 1935 wird ein Kondensor beschrieben, welcher einander zugeordnete pyramidenförmig angeordnete Teilspiegelflächen als Haupt- und Gegenspiegel benutzt. Auch diese Lösung weist prinzipbedingt Inhomogenitäten der Beleuchtung auf, außerdem ist insbesondere die Ausfuhrung des Konkavspiegels als segmentierter Spiegel schwierig mit der erforderlichen Genauigkeit zu realisieren.

Weiterhin sind für kleine Vergrößerungen Speziallösungen bekannt wie die im 2,5x HD- Epiplan-Neofluar der Fa. Zeiss realisierte Spiegeltreppe mit 3 Spiegelflächen, wobei eine dieser Spiegelflächen noch eingestanzte torische Mikrospiegel aufweist.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Dunkelfeldbeleuchtung anzugeben, welche auch große Objektfelder (z.B. bei 2,5x Vergrößerung) gleichmäßig ausleuchtet. Diese Aufgabe wird eriϊndungsgernäß durch die in den unabhängigen Ansprüchen beanspruchten Merkmale gelöst, vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.

Der der Lichtquelle zugewandte Ringspiegel ist erfindungsgemäß aus einzelnen

Planspiegelsegmenten aufgebaut, der objektseitige Ringspiegel ist als asphärischer Spiegel ausgebildet. Damit werden sowohl die Sagittal- als auch die Meridionalstrahlen mit sehr hoher Gleichmäßigkeit über das Objektfeld verteilt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Zahl der Planspiegelsegmente größer als 5, vorzugsweise größer als 10 ist.

Dabei ist es günstig, wenn der asphärische Spiegel der folgenden Schnittgleichung genügt:

wobei z die Pfeilhöhe, h²=x²+y² die Entfernung von der optischen Achse, die mit der z-Achse zusammenfällt, und ho und r Konstanten sind, ho ist dabei die Verschiebung des meridionalen Krümmungsmittelpunktes von der optischen Achse, r der meridionale Krümmungsradius. Mittels der aufgezeigten Erfindungslehre lässt sich sowohl ein Kondensor für die Durchlichtbeleuchtung als auch eine Auflichtbeleuchtung realisieren. Durch entsprechende Wahl der Konstanten ist es möglich auch größere Arbeitsabstände und trotzdem eine homogene Ausleuchtung zu erreichen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 7 erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Dunkelfeld-Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung

(mit Strahlen im Meridionalschnitt)

Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze eines Dunkelfeld-Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung

(mit Strahlen im Sagittalschnitt)

Fig. 3 zeigt als Stand der Technik eine Lösung für ein 2,5x Objektiv mit 3 Reflexionen

Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Dunkelfeld-Beleuchtungssystem an einem Objektiv zur

Auflichtbeleuchtung

Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Dunkelfeld-Beleuchtungssystem als Schieber für einen

Kondensor im Schnitt

Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Dunkelfeld-Beleuchtungssystem als Schieber für einen

Kondensor in räumlicher Ansicht Fig. 7 zeigt beispielhaft einen Durchlichtkondensor zum Einsatz des Schiebers gemäß Fig. 5 bzw. 6.

In Fig. 1 ist eine dreidimensionale Sicht eines erfindungsgemäßen Dunkelfeld- Beleuchtungssystems dargestellt: die von der schematisch dargestellten Lichtquelle 1 kommenden meridionalen Strahlen 2 werden an dem Segmentspiegel 3 nach außen auf den asphärischen Spiegel 4 reflektiert. Dieser fokussiert die Strahlen auf einen Punkt zwischen Spiegel und Objekt. Anschließend zerstreuen sich die Lichtstrahlen wieder gleichmäßig über das gesamte Objektfeld 5.

Mit den in Fig. 2 dargestellten sagittalen Strahlen wird ebenfalls eine gleichmäßige Ausleuchtung erreicht (für gleiche Elemente werden die gleichen Bezugszeichen verwendet). Die in Fig. 3 dargestellte bekannte Lösung für ein 2,5x Objektiv 6 weist einen Dunkelfeld- Beleuchtungskanal mit drei Reflexionen an Kegelstumpfspiegeln 7, 8 und 9 auf. Das vom Spiegel 9 reflektierte Licht leuchtet das Objektfeld 10 aus, wobei prinzipbedingt nur geringe Arbeitsabstände erreichbar sind.

In Fig. 4 ist die Realisierung der Erfindung in einem neuen 2,5x Objektiv 11 dargestellt. Der Dunkelfeld-Beleuchtungskanal weist einen ersten segmentierten Spiegel 12 und einen asphärischen Spiegel 13 auf. Die vom Spiegel 13 reflektierten Lichtstrahlen leuchten das Objektfeld 10 gleichmäßig aus, wobei sich auch größere Arbeitsabstände als bei den Lösungen des Standes der Technik realisieren lassen.

In Fig. 5 und 6 weist der Schieber 14 einen Ausbruch auf, welcher einen segmentierten Spiegel 15 und einen asphärischen Spiegel 16 enthält.

In Fig. 7 ist angedeutet, wie der Schieber 14 in einem Kondensor 17 für Durchlicht- Beleuchtung angeordnet werden kann. Dazu weist der Kondensor 17 einen Ausbruch 18 auf, in welchen der Schieber 14 eingeschoben und so die Spiegel 15, 16 in den Strahlengang des Mikroskops eingebracht werden können.

Die folgende Tabelle zeigt bevorzugte Werte für die Konstanten o und r und die sich daraus ergebenden Werte für den Arbeitsabstand:

Die Realisierung der Erfindung ist nicht an die dargestellten Ausfuhrungsbeispiele gebunden, fachmännische Weiterentwicklungen sollen nicht als Abweichung vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung verstanden werden.

Claims

Patentansprüche

1. Dunkelfeld-Beleuchtungssystem mit einem ersten und einem zweiten Ringspiegel. wobei ein auf den ersten Ringspiegel auffallendes Beleuchtungsstrahlenbündel auf den zweiten Ringspiegel reflektiert und von diesem auf eine Objektebene reflektiert wird, gekennzeichnet dadurch, dass der erste Ringspiegel als Segmentspiegel aus vorzugsweise ebenen Teilspiegeln ausgeführt ist und dass der zweite Ringspiegel als asphärischer Spiegel ausgebildet ist.

2. Dunkelfeld-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass der Segmentspiegel aus einer Anzahl von Segmenten besteht, wobei deren Zahl vorzugsweise größer als 5 ist.

3. Dunkelfeld-Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass der asphärische Spiegel der folgenden Schnittgleichung genügt:

wobei z die Pfeilhöhe, h²=x²+y² die Entfernung von der optischen Achse, und ho und r Konstanten sind.

4. Kondensor für die Durchlicht-Dunkelfeldbeleuchtung mit einem Dunkelfeld- Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3.

5. Auflicht-Dunkelfeldbeleuchtung mit einem Dunkelfeld-Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3.