DE2644341C2

DE2644341C2 - Verfahren und Anordnungen zur automatischen Verwirklichung des Köhler'schen Beleuchtungsprinzipes

Info

Publication number: DE2644341C2
Application number: DE2644341A
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner 6331 Steindorf Stankewitz
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Holdings GmbH
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1984-08-02
Also published as: FR2366590A1; FR2366590B1; GB1541387A; DE2644341A1; JPH0143293B2; AT377860B; JPS5344040A; US4163150A; ATA700177A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Verwirküchi'ng des Köhler'schen Beleuchtungs-

jo prinzipcs bei Mikroskopen mit variabler Vergrößerung und einem Beleuchtungssystem sowie Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Entstehung eines mikroskopischen Bildes bestimmen Apertur und Korrektion der abbildenden Oplik das Auflösungsvermögen und den Kontrast. Erreicht werden die Grenzwerte höchster Auflösung und besten Kontrastes aber nur mit einem optimal angepaßten und richtig eingestellten Beleuchtungssystem. Das heißt, es ist eine Objektbeleuchtung erforderlich, welche das

4t) vom jeweils verwendeten Objektiv erfaßte Gesichtsfeld vollständig und auch gleichmäßig ausleuchtet, und daß mit einer Apertur, die vom Objektiv noch aufgenommen werden kann.

Am einfachsten wird eine solche Beleuchtung mit HiI-fe eines Kollektors und eines Kondensors realisiert, die beide eine fcsic Brennweite aufweisen.

Bei Mikroskopen mit einer variablen Vergrößerung sind Kollektor und Kondensor für die Ausleuchtung des größtmöglich vorkommenden Gesichtsfeldes und die größere Apertur ausgelegt. Da sich aber bei jedem Objcktivwechscl das auszuleuchtende Gesichtsfeld wie auch die erforderliche Apertur ändern, muß die Beleuchtung durch Veränderung von in der Sehfeld- und Aperturebene angeordneten Blenden entsprechend an-

^r>5 gepaßt werden, um beispielsweise Verringerung des Bildkontrastes durch Überstrahlung zu vermeiden.

Eine solche Anordnung ist insofern nachteilig, als in den meisten Fällen der gesamlmögliche Lichtleitwert des Bclcuchlungssystems nicht ausgenutzt werden

bo kann.

Es ist daher bereits auch schon vorgeschlagen worden, ßelcuchtungssystcme mit variabler Brennweite zu verschen, um eine kontinuierliche Veränderung des Sehfeldes und der Apertur bewirken zu können. Ob-

b^r> wohl ein solches System erlaubt, unter Ausnutzung des Gcsamilichtlcii wertes Sehfeld und Apertur dem jeweiligen Objektiv anzupassen, ist es ;ils Nachteil anzusehen, daß die Anpassung bislang von Hand vorgenommen

werden muß. Dies ist zeitaufwendig und darüber hinaus bezüglich Genauigkeit und Sorgfalt der Einstellung von der Aufmerksamkeit und Sachkenntnis des Bedienenden abhängig. Dieser Nachteil macht sich besonders bei der Durchführung von reproduzierbaren Vergleichsbeobachtungen bemerkbar.

Zur Vermeidung solcher Nachteile ist in der DE-AS 22 19 521 ein Verstellantrieb beschrieben, über den das einstellbare Beleuchtungssystem mit der Objektivwechselvorrichtung verbunden ist und dessen Steuerung durch an Objektivwechselvorrichtung und/oder Objektiven ungeordneten abtastbaren Organen bewirkt wird.

Der erforderliche technische Aufwand für eine derartige Einrichtung ist beträchtlich und erfordert außerdem ein hohes Maß an Zeit und Sorgfalt bei der Ausrichtung von weiteren, in die Wechselvorrichtung einsetzbaren Objektiven.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Einrichtungen zu beheben. Ihr liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie Anordnungen zur automatischen Verwirklichung des Köhler'schen Beleuchtungsprinzips bei Mikroskopen anzugeben, mit denen es bei geringstmöglichem technischen Aufwand gelingt, die zur Erfüllung dieses Prinzips erforderlichen Bedingungen optimal einzuhalten.

ErHndungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels einer in mindestens der Leuchtfeld-(Sehfeld-)Blendenebene oder in mindestens einer konjugierten Ebene vorzunehmenden Messung der vorhandenen Bildhelligkeit fotoelektrische Signale abgeleitet werden, und daß diese Signale in einer an sich bekannten, auf die Einhaltung des Köhler'schen Beleuchtungsprinzips abgestimmten Wandlerstufe in Steuersignale gewandelt werden und daß mittels dieser Steuersignale die Beleuchtung an das Gesichtsfeld der gewählten Vergrößerung angepaßt wird. Dazu wird die Beleuchtungsstrahlenbegrenzung sowohl in der Apertur- als auch in der Leuchtfeld-iSehfeld-JBIendebene verändert.

Wird bei einem Mikroskop ein Beleuchtungssystem variabler Brennweite eingesetzt, so wird ein Verfahren in der Form vorgeschlagen, daß mittels der gewonnenen Signale — nach deren in bekannter Weise erfolgten Umwandlung in Steuersignale — mindestens die Beleuchtungsstrahlenbegrenzung sowohl in der Aperturals auch in der Leuchtfeld-(Sehfeld-)Blendencbenc kontinuierlich verändert wird.

Die weitere Ausbildung des erfindungsgcinüßcn Verfahrens sieht vor, daß die fotoelektrischen Signale aus der Bildhelligkeit in Leuchtfeld-(Sehfeld-) und Aperturblendenebene oder konjugierten Ebene abgeleitet werden.

Zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens wird eine Anordnung vorgeschlagen, in welcher mindestens in de" Leuchtfeld(Sehfeld-)Blendenebene oder in mindestens einer konjugierten Ebene mindestens ein fotoelektrisches Empfängersystem angeordnet ist, dessen Ausgangssignale der darin vorhandenen Bildhelligkeit proportional sind, daß eine dem foloelektrischen Empfängersystem nachgeschaltete, auf die Einhaltung des Köhler'schen Beleuchtungsprin/.ips abgestimmte an sich bekannte Wandlerstufe diese fotoelcktrischen Signale in Steuersignale wandelt, und daß an sich bekannte Stellvorrichtungen vorhanden sind, welche von den Ausgangssignalen der Wandlcrstufc gespeist eine Verändei ung des Lichtdurchlasses der Apertur- und/oder Leuchtfeld-(Sehfcld-)Blendcnebenc und/ oder die Verlagerung wenigstens eines axial verschiebbar gelagerten optischen Bauteils des Blcuchtungssystems so lange bewirken, bis die Erfüllung der vorgegebenen Bedingungen des Köhler'schen Beleuchtungsprinzips erreicht ist. Dazu kann je eine veränderbare Blende sowohl in der Leuchtfeld-(Sehfeld-)BIendenebene oder in konjugierten Ebenen angeordnet sein, die mittels der gewonnenen Signale gesteuert wird.

Bei einer Verwendung der Anordnung in einem Mikroskop mit einem Beleuchtungssystem variabler Brennweite wird ferner in Vorschlag gebracht, daß mindestens in der Leuchtfeld^Sehfeid-JBlendenebene oder mindestens in einer konjugierten Ebene mindestens ein fotoelektrisches Empfängersystem angeordnet ist, dessen Ausgangssignale der darin vorhandenen Bildhelligkeit proportional sind und die eine dem fotoelektrischen Empfängersystem nachgeschaltete Wandlerstufe in an sich bekannter Weise in Steuersignale wandelt, welche über an sich bekannte Stellvorrichaingen die im Beleuchtungssystem angeordneten, optischen Glieder zur Änderung der Brennweite oder mindestens je eine sowohl in der Leuchtfcld-JSehfeld-JBIiu ilenebene als auch in der Aperturbicndenebene oder in einpr diesen konjugierten Ebenen angeordnete Blende verstellen.

Es ist vorgesehen, daß das die Blende steuernde Signale erzeugende, fotoelektrische Empfängersystem am Rande der Sehfeldebene oder einer konjugierten Ebene angeordnet ist.

Es können jedoch auch wenigstens zwei fotoeiektrische Empfängersysteme vorgesehen sein, von denen das eine am Rande und das andere in der Mitte der Leuchtfeld-(Sehfeld-)Blendenebene oder einer konjugierten Ebene angeordnet ist und deren Ausgangssignale der Anordnung der Empfängersysteme entsprechend entweder eine in der Leuchtfeld-(Sehfeld-) oder in der Aperturblendenebene befindliche veränderbare Blende steuern.

Als Ausführungsvariante wird dazu vorgeschlagen, daß das die Leuchtfeldblende steuernde fotoelektrische Empfängersystem am Rande der Sehfeldebene und das die Apcrturblende steuernde fotoelektrische Empfängersystem in der Aperturblendenebene oder einer konjugierten Ebene angeordnet ist.

Für die zuletzt vorgeschlagene Ausführungsform ist es dann erforderlich, daß die lichtempfindliche Fläche des in der der Aperturbicndenebene konjugierten Objektivpupille angeordneten fotoelektrischen Empfängersystems größer als die Fläche der Objektivpupille ist. Da für den speziellen Verwendungszweck »Mikrofotomelric« die Forderung besteht, die Leuchtfeldblende so zu öffnen, daß vom Objektfeld nur wenig mehr beleuchtet wird als von der variablen Meßfeldblende begrenzt wird, wird vorgeschlagen, daß das am Rande der Sehfeldebene angeordnete fotoelektrische EmpfängersjstLin zwecks Umschaltung auf unterschiedliche Sehfelder bewegbar gelagert ist.

Die erfindungsgemäßc Lösung ermöglich* auf einfache Weise die automatische Verwirklichung des Köhler'schen Bcleuchtungsprinzipes bei Mikroskopen in vollkommener Unabhängigkeit von einer Bedienungsperson. Dadurch wird eine Vielzahl von Fehlerquellen

bn ausgeschaltet. Darüber hinaus ergibt sich neben einer nicht unwesentlichen Zeitersparnis die absolute Reproduzierbarkeit einer einmal erfolgten Einstellung der Beleuchtung. Damit wird der Anwender in die Lage versetzt, sich ganz au' die Beobachtung eines Objektes

t)5 konzentrieren zu können, ohne sich mit den technischen Erfordernissen über ein Mindestmaß hinaus belasten zu müssen.

In der Zeichnung ist die Erfindung in vier Ausfüh-

rungsbeispielen schematisch dargestellt und nachfolgendbeschrieben:

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung mit Signalableitung durch einen fotoelektrischen Empfänger.

Fig. la eine Einzelheit gemäß Fig. 1 in Draufsicht,

F i g. 2 Anordnung mit Signalablcitung durch zwei fotoelektrische Empfänger in der Leuchtfcld-(Schfcld-) Blendenebene,

F i g. 2a eine Einzelheit gemäß F i g. 2 in Draufsicht.

F i g. 3 Anordnung gemäß F i g. 2. jedoch mit Signalableitung aus Leuchtfeld-(Sehfeld-) und Aperturblendenebene.

F i g. 3a Leuchtfeld-fSehfeld-) in Einzelheit,

Fig.3b eine der Aperturblendencbcne konjugierte Ebene in Einzelheit.

F i g. 4 Anordnung mit Beleuchtungssystem mit variabler Brennweite, und

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Dem Köhler'schen Prinzip gemäß wird in F i g. 1 eine Lichtquelle 1 von einem durch eine Linse dargestellten Kollektor 2 in eine Zwischcnbildebcne 3 abgebildet und über einen Spiegel 6 und ein optisches System 7 in einer dingseitigen Brennebene 3' eines aus Linsen 4, 5 zusammengesetzten Kondensor wiedergegeben.

Zur Regelung des Lichtstromes im Strahlengang des gesamten optischen Systems ist in der Brennebene 3' des Kondensators 4, 5 oder in der Zwischenbildcbcne 3 eine veränderbare Blende 8 zur Regelung der Apertur, in der weiteren Beschreibung mit Aperturblendc bezeichnet, angeordnet.

Das vom Kollektor 2 und optischen System 7 in der Ebene 3' entworfene Bild der Lichtquelle I wird vom Kondensor 4, 5 im Unendlichen abgebildet, so daß also den Kondensor 4,5 nahezu parallele Strahlen verlassen, die ein in eine Ebene 9 zur Beobachtung eingebrachtes Objekt 10 beleuchten.

In einer dem Kollektor 2 in Lichtrichtung nachfolgenden Ebene 11 ist eine verstellbare Leuchtfeldblende 12 angebracht, die dem Köhler'schen Beleuchtungsprinzip entsprechend das ausgeleuchtete Feld in der Objektebene 9 dem überblickbaren Sehfeld 1Γ, welches vom aus Linsen 13, 14 und 15 bestehenden Objektiv 16 abhängig ist und welches eine der Ebene 11 konjugierte Fläche darstellt, anpassen soll. Dazu wird diese Blende 12 vom Kondensor 4,5 in die Objektebene 9 abgebildet.

Die automatische Anpassung der Beleuchtung an das jeweilige Objektiv erfolgt wie nachstehend beschrieben:

Am Rande des Sehfeldes 11'. das zur besseren Kenntlichmachung zus&izlich in F i g. la in Draufsicht wiedergegeben ist. befindet sich ein fotoelektrischcr Empfänger 17. Licht aus der Helligkeit im Sehfeld 11' beaufschlagt den fotoelektrischen Empfänger 17. an dessen Ausgängen elektrische Signale anstehen, die dieser Heiligkeit proportional sind. Die Signale werden einer Wandlerstufe 21 zugeleitet und zu Steuersignalen gewandelt, mit welchen vorzugsweise zunächst ein Stellmotor 22 die Aperturblende 8 so einregelt, daß die Apertur des Objektivs 16 zu etwa ²Z₁ ausgeleuchtet ist. Danach wird mittels der in der Wandlerstufe 21 erzeugten Steuersignale über einen weiteren Stellmotor 23 die Öffnung der Leuchtfeldblendc 12 so einreguliert, daß das L.euchtfeld im Objekt mit dem Sehfeld übereinstimmt. Vorzugsweise ist der fotoeicktrische Empfänger 17 auf einem in Richtung des Doppelpfeiles schwenkbaren Hebel 18 gelagert und bei Okularwechsel oder fotometrischer Meßblendenanpassung über einen Trieb 19, 20 verschwenkbar.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in F i g. 1 gezeigten dadurch, daß in der Mitte des Sehfeldes 1Γ ein weiterer fotoelektrischer Empfänger 24 (F i g. 2a) angeordnet ist, dessen der HeI-ligkcit im Sehfeld proportionalen Ausgangssignale nach erfolgter Umwandlung in der Wandlerstufe 21 zu Steuersignalen über den Stellmotor 22 ausschließlich der Steuerung der Aperturblendc 8 dienen. Die Ausgangssignalc des Empfängers 17 dagegen regeln ausschließlich

ίο die öffnung der l.cuchtfcldblcnde 12.

Soll eine derartige Anordnung auch in der Mikrofotomctrie zur Regelung auf maximale Helligkeit in kleinem Feld verwendet werden, empfiehlt sich eine Anordnung nach Fig. 3. Hier wird die Größe der Apcrturblende 8 durch die Ausgaiigssignale eines fotoclcktrischen Empfängers 25 (F i g. 3b) geregelt, welcher die Signale nicht aus der ! ic'ligkeit in der Mitte des Sehfeldes 1Γ erzeugt (F i g. 3a), sondern aus der Pupille V' einer der Anertiirblendcnebenc 3 konjugierten Ebene. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, daß zur Erfassung der Helligkeit die fotoempfindliche Fläche des Empfängers 25 größer als die Pupille 3" ist.

Eine weitere Verbesserung der oben beschriebenen Anordnungen ist in Fig.4 dargestellt. Hierin tritt zusätzlich zur Anpassung von Apertur- 8 und Leuchtfeldblendc Ί2 eine aus Linsen 27, 28 und 29 bestehende und in Richti-?g des Doppelpfeiles verschiebbare Beleuchtungspankratik. die über einen weiteren Stellmotor 26 durch die von den fotoelcktrisehen Empfängern 17, 24

jo (Fig. 4a) erzeugten, in der Wandbrstufe 21 aufbereiteten Steuersignale eingeregelt wird.

Der Funktionsablauf einer solchen Anordnung ist folgender: Mit der Einwechslung des Objektivs 16 öffnet sich automatisch die Aperturblende 8. Aus dem gegcbenen Sehfeld 1Γ erzeugt der fotoclektrischc Empfänger 17 (Fig.4a) der Helligkeit proportionale Signale, die über Wandlcrstufc 21 und Stellmotor 23 die Leuchtfeldblende Beinstellen.

Die aus beiden Empfängern hervorgehenden Signale bewirken nach Wandlung zu Steuersignalen in der Wandlcrstufc 21 über den Stellmotor 26 das Verstellen der Pankratik 27, 28, 29 für ein helles und gleichmäßig ausgeleuchtetes Sehfeld 11', aus dessen Mittcnhelligkeit nunmehr der fotoelektrische Empfänger 24 Signale zum Regeln der Aperiurblende 8 ableitet. Um die abgeblendete Lichtquelle voll zu nutzen, wird abschließend die Pankratikverstellung auf helles Sehfeld II' nocheinmal nachgercgclt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automalischen Verwirklichung des Köhler'schen Beleuchtungsprinzips — Objektbeleuchtung mit parallelem Licht und Abblenden oder Verändern des Leuchtfeldes bis zur Obereinstimmung mit dem Sehfeld — bei Mikroskopen mit variabler Vergrößerung und einem Beleuchtungssystem mit je einer sich verstellenden Leuchtfeld- und Aperturblende zur Beleuchtungsbegrenzung, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer in mindestens der Leuchtfeld-(Sehfeld-) Blendenebene oder in mindestens einer konjugierten Ebene vorzunehmenden Messung der vorhandenen Bildhelligkeit fotoelektrische Signale abgeleitet werden und daß diese Signale in einer an sich bekannten, auf die Einhaltung des Köhler'schen Beleuchtungsprinzips abgestimmten Wandlerstufe in Steuersignal gewandelt werden und daß mitteis dieser Steuersignaie die Beleuchtung an das Gesichtsfeld der gewählten Vergrößerung angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der fotoelektrischen Signale die Beleuchtungsstrahlenbegrenznng sowohl in der Apertur als auch in der Leuchtfeld-Sehfeld-)Blendenebene verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 in Anwendung bei Mikroskopen mit variabler Vergrößerung und einem Beleuchtungssystem kontinuierlich variabler Brennweite, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der gewonnenen Signale mindestens die Brennweite des Beleuchtungssystcms kon'niuierlieh veränderl wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß mittels der gewonnenen Signale mindestens die Beleuchtungsstrahlenbegrenzung sowohl in der Apertur- als auch in der Leuchtfeld-(Sehfeld-)Blendenebene verändert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die foloelektrischen Signale aus der Bildhelligkeit in Lcuchtfeld-(Sehfeld-) und Aperturblendcnebene oder konjugierten Ebenen abgeleitet werden.

6. Anordnung zur automatischen Verwirklichung des Köhler'schen Beleuchtungsprinzips — Objektbeleuchtung mit parallelem Licht und Abblenden oder Verändern des Leuchtfeldes bis zur Übereinstimmung mit dem Sehfeld — bei Mikroskopen mit variabler Vergrößerung und einem Beleuchtungssystem mit je einer sich verstellenden Leuchtfdd- und Apcrturblende zur Beleuchtungsbegrenzung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in der Leuchtfeld-iSehfeld-JBIendenebeneiHJodcrin mindestens einer konjugierten Ebene (H') mindestens ein fotoelektrisches Empfängersystem (17) angeordnet ist, dessen Ausgangssignale der darin vorhandenen Bildhelligkeit proportional sind, daß eine dem fotoelektfischen Empfängersystem (17) nachgeschaltete, auf die Einhaltung des Köhler'schen Bcleuchtungsprinzips abgestimmte, an sich bekannte Wandlerstufe (21) diese foloelektrischen Signale in Steuersignale wandelt, und daß an sich bekannte .Stellvorrichtungen (22, 23, 26) vorhanden sind, welche von den Ausgangssignalcn der Wandlcrstufc (21) gespeist, eine Veränderung des l.ichtdurchlasses der Apertur- (8) und/oder Lcuchtfcld-fSchfeld-) Blende (12) und/oder die Verlagerung wenigstens eines axial verschiebbar gelagerten optischen Bauteils (27. 28, 29) des Beleuchtungssystems solange bewirken, bis die Erfüllung der vorgegebenen Bedingungen des Köhler'schen Beleuchtungsprinzips erreicht ist

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß je eine veränderbare Blende (8, 12) sowohl in der Leuchtfeld-(Sehfeld-)Blendeiiebene (11) als auch in der Aperturblendenebene (3) oder in

to konjugierten Ebenen angeordnet ist

8. Anordnung nach Anspruch 6 in Anordnung bei Mikroskopen mit variabler Vergrößerung und einem Beleuchtungssystem kontinuierlich variabler Brennweite, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtungen (22, 23, 26) mindestens die optischen Glieder (27, 28, 29) im Beleuchtungssystem zur Änderung der Brennweite verstellen.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtungen 22,23) mindestens je eine sowohl in dsr Leuchtfeld-(Sehfeld-)Blendenebene (11) als auch in der Aperturblendencbene (3) oder in diesen konjugierten Ebenen (11', 3') angeordnete Blende (8,12) verstellen.