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Dokumentenidentifikation DE102006017350A1 03.01.2008
Titel Abbildungsvorrichtung zum Abbilden mikroskopischer oder makroskopischer Objekte
Anmelder Leica Microsystems CMS GmbH, 35578 Wetzlar, DE
Erfinder Krüger, Ralf, 35510 Butzbach, DE
Vertreter Bradl, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 69198 Schriesheim
DE-Anmeldedatum 11.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006017350
Offenlegungstag 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse G02B 21/00(2006.01)A, F, I, 20060411, B, H, DE
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung (1) zum Abbilden mikroskopischer oder makroskopischer Objekte (5). Die Abbildungsvorrichtung (1) umfasst eine Lichtquelle (2), einen Beleuchtungsstrahlengang (6), einen Abbildungsstrahlengang (7) und eine insbesondere in Form eines Objektivs ausgebildete Abbildungsoptik (4). Der Beleuchtungsstrahlengang (6) erstreckt sich von der Lichtquelle (2) zum Objekt (5). Der Abbildungsstrahlengang (7) erstreckt sich vom Objekt (5) zu einem Detektor oder einem Tubus (3). Im Beleuchtungsstrahlengang (6) ist mindestens ein Polarisationsmittel (9) vorgesehen, mit welchem das Licht der Lichtquelle in einen vorgebbaren Polarisationszustand überführbar ist. Im Abbildungsstrahlengang (7) ist ein Analysatormittel (10) vorgesehen, wobei das Analysatormittel (10) und das Polarisationsmittel (9) derart relativ zueinander einstellbar sind, dass das in den Abbildungsstrahlengang (7) eintretende Licht das Analysatormittel (10) nicht passieren kann. Zum weitgehenden Unterdrücken unerwünschter Reflexe an optischen Komponenten (4) im Strahlengang der Abbildungsvorrichtung (1) ist im Strahlengang zwischen dem Polarisationsmittel (9) und dem Analysatormittel (10) ein einstellbares optisches Bauteil (11) vorgesehen, mit welchem in Abhängigkeit seiner Einstellung das zur Objektbeleuchtung dienende polarisierte Licht entweder weitgehend depolarisierbar oder in Teilstrahlen aufspaltbar ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung zum Abbilden mikroskopischer oder makroskopischer Objekte. Die Abbildungsvorrichtung umfast eine Lichtquelle, einen Beleuchtungsstrahlengang, einen Abbildungsstrahlengang und eine insbesondere in Form eines Objektivs ausgebildete Abbildungsoptik. Der Beleuchtungsstrahlengang erstreckt sich von der Lichtquelle zum Objekt. Der Abbildungsstrahlengang erstreckt sich vom Objekt zu einem Detektor oder einem Tubus. Im Beleuchtungsstrahlengang ist mindestens ein Polarisationsmittel vorgesehen, mit welchem das Licht der Lichtquelle in einen vorgebbaren Polarisationszustand überführbar ist. Im Abbildungsstrahlengang ist ein Analysatormittel vorgesehen, wobei das Analysatormittel und das Polarisationsmittel derart relativ zueinander einstellbar sind, dass das in den Abbildungsstrahlengang eintretende Licht das Analysatormittel nicht passieren kann. Mit anderen Worten wird das zum Detektor bzw. Tubus sich ausbreitende Licht im Wesentlichen vollständig ausgelöscht. Im Fall linear polarisierten Lichts ist die Polarisationsrichtung des Analysatormittels derart einstellbar, dass das vom Polarisationsmittel polarisierte Licht, würde es den Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang zum Analysatormittel durchlaufen, in seiner Polarisationsrichtung senkrecht zur Polarisationsrichtung des Analysatormittels ausgerichtet ist (gekreuzte Ausrichtung der Polarisatoren). Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Nachrüstsatz für ein herkömmliches Makroskop oder für ein herkömmliches Mikroskop.

Aus der US 5,638,207 ist gemäß 21 eine Abbildungsvorrichtung bekannt, welche ein Polarisationsmittel im Beleuchtungsstrahlengang und ein Analysatormittel im Abbildungsstrahlengang aufweist. Das Analysatormittel und das Polarisationsmittel sind derart relativ zueinander einstellbar, dass das in den Abbildungsstrahlengang eintretende Licht das Analysatormittel nicht passieren kann. Zwischen dem Polarisationsmittel und dem Analysatormittel ist ein optisches Bauteil vorgesehen, mit welchem das zur Objektbeleuchtung dienende polarisierte Licht depolarisierbar ist.

Aus der US 2003/0007149 A1 ist gemäß 4 ein Depolarisator mit zwei keilförmigen Platten mit im Wesentlichen gleicher Dicke bekannt, deren optische Achse im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sind.

Abbildungsvorrichtungen zum Abbilden mikroskopischer oder makroskopischer Objekte sind seit langem aus dem Stand der Technik bekannt. Im Konkreten handelt es sich einerseits üblicherweise um ein Mikroskop, falls mikroskopische Objekte zu untersuchen bzw. abzubilden sind. Andererseits handelt es sich üblicherweise um ein Makroskop, falls makroskopische Objekte zu untersuchen bzw. abzubilden sind. Insbesondere Mikroskope mit einem differenziellen Interfenzkontrast (DIC) weisen neben einem linearen oder zirkularen Polarisator und einem entsprechenden Analysator ein Wollaston-Prisma auf.

Insbesondere Makroskope weisen eine Abbildungsoptik geringerer Vergrößerung auf, beispielsweise 0,5x bis 4x. Nun wirken sich bei Hellfeldanwendungen bei einer koaxialen Auflichtbeleuchtung mit schwach vergrößernden Objektiven Reflexe erster Ordnung sehr störend bei der Abbildung aus. Diese Reflexe erster Ordnung treten hauptsächlich an Oberflächen optischer Komponenten auf, welche im Beleuchtungs- aber auch im Abbildungsstrahlengang angeordnet sind. So ist insbesondere die Reflexion des Beleuchtungslichts an einer der Lichtquelle zugewandten Grenzfläche der Abbildungsoptik zu nennen, und zwar an Grenzflächenübergängen von Luft-Glas wie auch Glas-Luft, die vor allem bei der Hellfeldanwendung in den Abbildungsstrahlengang und somit zu einem Detektor und/oder zum Tubus bzw. zum Auge des Bedieners den störenden Effekt hervorrufen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abbildungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben und weiterzubilden, bei welcher bei Hellfeldanwendungen die unerwünschten Refiexe weitgehend unterdrückt werden und welche einen DIC-Abbildungsmodus aufweist. Weiterhin liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Nachrüstsatz für ein herkömmliches Makroskop oder für ein herkömmliches Mikroskop zu Verfügung zu stellen, mit welchem unerwünschte Reflexe weitgehend unterdrückt werden können.

Die erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung der eingangs genannten Art löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist eine solche Abbildungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im Abbildungsstrahlengang zwischen dem Polarisationsmittel und dem Analysatormittel ein einstellbares optisches Bauteil vorgesehen ist, mit welchem in Abhängigkeit seiner Einstellung das zur Objektbeleuchtung dienende polarisierte Licht entweder weitgehend depolarisierbar oder in Teilstrahlen aufspaltbar ist.

So ist zunächst erkannt worden, dass eine oben genannte Reflexion im Abbildungsstrahlengang bzw. vor dem Detektor/Tubus zumindest wirksam unterdrückt oder im Idealfall völlig ausgeblendet werden kann, wenn man an geeigneten Stellen im Strahlengang der Abbildungsvorrichtung (d.h. im Beleuchtungsstrahlengang und/oder im Abbildungsstrahlengang) jeweils ein Polarisationsmittel und ein Analysatormittel vorsieht. So könnte beispielsweise zwischen der Lichtquelle und der ersten optischen Komponente (z.B. eine Linse) des Beleuchtungsstrahlengangs ein linearer Polarisationsfilter vorgesehen sein, welcher das unpolarisierte Licht der Lichtquelle in linear polarisiertes Licht einer vorgebbaren Polarisationsrichtung umwandelt. Nun erzeugt auch das linear polarisierte Lichtreflexe an optischen Komponenten, die im Beleuchtungs- bzw. Abbildungsstrahlengang vorgesehen sind. Besonders störend treten Reflexe 1. Ordnung in Erscheinung, die zwischen Strahlteiler und Objekt entstehen, da diese direkt in den Abbildungsstrahelngang gelangen und so dem Bild überlagert sind. Diese Reflexe können jedoch mit Hilfe eines vor dem Detektor bzw. Tubus angeordneten Analysators, das heißt ebenfalls einem linearen Polarisationsfilter, dann unterdrückt beziehungsweise herausgefiltert werden, wenn die Polarisationsrichtung des Analysators senkrecht zu der Polarisationsrichtung des Beleuchtungslichts bzw. zu dem im Abbildungsstrahlengang zum Detektor bzw. Tubus sich ausbreiten Lichts orientiert ist, wenn also – mit anderen Worten ausgedrückt – die Schwingungsrichtung des Polarisators und die des Analysators gekreuzt sind. Bei dieser Anordnung würde jedoch das zu betrachtende Objekt ebenfalls mit linear polarisiertem Licht beleuchtet werden und falls das Objekt keine doppelbrechenden oder sonstigen, die Polarisation des Beleuchtungslichts verändernden Eigenschaften hat, würde beim Auflichtbetrieb der Abbildungsvorrichtung das Objekt kaum wahrnehmbar sein, da auch das am Objekt reflektierte Licht das Analysatormittel auf Grund der gekreuzten Einstellung nicht passieren könnte.

Daher ist in erfindungsgemäßer Weise ein einstellbares optisches Bauteil vorgesehen, welches im Strahlengang angeordnet wird und mit welchem in Abhängigkeit seiner Einstellung das zur Objektbeleuchtung dienende polarisierte Licht der Lichtquelle – vom Polarisationsmittel polarisiert – in einer seiner möglichen Einstellung bzw. in einem Betriebszustand des optischen Bauteils größtenteils depolarisiert werden kann. Insoweit wird das Objekt mit unpolarisiertem Licht beleuchtet und dementsprechend gelangt vom Objekt ausgehend unpolarisiertes Licht in den Abbildungsstrahlengang, welches auch das Analysatormittel passieren kann, da dieses Licht depolarisiert ist und dementsprechend einen Schwingungsanteil aufweist, der mit der Polarisationsrichtung des Analysatormittels im Wesentlichen übereinstimmt. Es sei noch angemerkt, dass sowohl in der Mikroskopie als auch in der Makroskopie als Objektträger üblicherweise Glasplatten zum Einsatz kommen. In dieser Einstellung des optischen Bauteils kann eine Hellfeld-Anwendung realisiert werden. In einer anderen Einstellung des optischen Bauteils spaltet das optische Bauteil das Licht in Teilstrahlen auf, wodurch eine DIC-Anwendung möglich ist.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung ist das optische Bauteil zwischen der Abbildungsoptik und dem Objekt angeordnet. Somit ist das optische Bauteil im Strahlengang der Abbildungsvorrichtung, nämlich im Beleuchtungsstrahlengang, angeordnet. Insoweit wird insbesondere das zur Objektbeleuchtung dienende Licht depolarisiert. Zwischen dem Polarisationsmittel und der Abbildungsoptik weist das Beleuchtungslicht eine lineare oder zirkulare Polarisation auf.

In konstruktiver Hinsicht könnte das optische Bauteil in einer hülsenförmigen Halterung aufgenommen sein, welche objektseitig an der Abbildungsoptik bzw. an dem Objektiv adaptierbar ist. Diese Adaption ist bevorzugt reversibel ausgeführt, so dass das optische Bauteil aus dem Strahlengang entfernt werden kann und somit lediglich das Polarisationsmittel und das Analysatormittel in der Abbildungsvorrichtung verbleibt. Darüber hinaus könnte auch noch das Polarisationsmittel und das Analysatormittel – z.B. jeweils in einem Filterschieber angeordnet – aus der Abbildungsvorrichtung entfernt werden, so dass die Abbildungsvorrichtung zu einem völlig herkömmlichen Mikroskop bzw. Makroskop umgerüstet werden kann.

Das Polarisationsmittel könnte im Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle und der Abbildungsoptik angeordnet sein. Bevorzugt weist das Polarisationsmittel einen linearen oder zirkularen Polarisationsfilter auf. Ein zirkularer Polarisationsfilter umfasst einen linearen Polarisator, welchem eine &lgr;/4-Platte nachgeordnet ist. Durch den linearen Polarisator wird das den linearen Polarisator durchtretende Licht linear polarisiert und durch die &lgr;/4-Platte wird das linear polarisierte Licht zu zirkular polarisiertem Licht umgewandelt.

Das Analysatormittel könnte im Abbildungsstrahlengang zwischen der Abbildungsoptik und einem Detektor und/oder einem Tubus angeordnet sein und könnte ebenfalls einen linearen oder zirkularen Polarisationsfilter aufweisen. Der zirkulare Polarisationsfilter beim Analysatormittel umfasst eine &lgr;/4-Platte, welcher ein linearer Polarisator nachgeordnet ist. Durch die &lgr;/4-Platte wird das zirkular polarisierte Licht zu linear polarisiertem Licht umgewandelt. Durch den linearen Polarisator kann nur Licht durchtreten, welches einen Schwingungsanteil aufweiset, der parallel zur linearen Polarisationsrichtung des linearen Polarisators ausgerichtet ist.

Nun könnte als optisches Bauteil grundsätzlich jedes optische Bauteil verwendet werden, welches linear oder zirkular polarisiertes Licht in unpolarisiertes Licht überführt. Ganz besonders bevorzugt umfasst das optische Bauteil mindestens zwei im Wesentlichen gleich dicke Platten doppelbrechenden Materials. Eine solche Platte könnte beispielsweise ein einachsig doppelbrechendes Kristall aufweisen.

Die beiden Platten des optischen Bauteils sind derart beschaffen, dass die kristalloptische Achse nicht parallel zur Oberfläche der Platte verläuft. Dadurch erfährt das Licht beim Durchgang neben einem Gangunterschied der ordentlichen und außerordentlichen Komponente auch eine Winkelaufspaltung innerhalb der Platte, bzw. einen Lateralversatz hinter der planparallelen Platte. Richtet man die beiden Platten derart aus, dass sich der Lateralversatz hinter den Platten kompensiert, bleibt als Effekt ein Gangunterschied zwischen ordenlichem und außerordentlichem Teilstrahl übrig.

Dies für sich gesehen würde noch keine Depolarisation zur Folge haben, falls es sich um Licht lediglich einer Wellenlänge handelt. Allerdings erzeugt eine herkömmliche Lichtquelle eines Mikroskops bzw. eines Makroskops Weißlicht, also Licht mehrerer Wellenlängenanteile des visuellen Spektrums. Somit wird für die räumliche Aufspaltung und deren Kompensation durch die beiden Platten des optischen Bauteils für jeden Wellenlängenanteil des Beleuchtungslichts durchgeführt, so dass es hierdurch zu einer Durchmischung von unterschiedlichen Polarisationszuständen kommt, was einer Depolarisationswirkung entspricht. Dieser Effekt kann besonders vorteilhaft dann erzielt werden, wenn die Platten eine Dicke von auf größer gleich 1 mm aufweisen. Die erste Platte kann von der zweiten Platte etwas beabstandet angeordnet sein. Wenn das optische Bauteil in dieser Weise eingestellt ist, entspricht die hieraus resultierende optische Anordnung einer Hellfeld-ähnlichen Anwendung im koaxialen Auflicht.

Andererseits könnten – in einer anderen Einstellung des optischen Bauteils – die zwei Platten derart zueinander ausgerichtet sein, dass beim Durchtritt des von der Lichtquelle kommenden Lichts durch die erste Platte eine erste Lateralaufspaltung des Lichts erfolgt und dass beim Durchtritt des aufgespaltenen Lichts durch die zweite Platte gegebenenfalls eine weitere Lateralaufspaltung erfolgt. Im Konkreten könnten zwei Platten vorgesehen sein, die derart relativ zueinander ausgerichtet sind, dass hiermit – bevorzugt lediglich – eine Gesamtaufspaltung erzielbar ist, welche sich aus zwei Einzelaufspaltungen ergibt, wobei die eine Platte eine erste Einzelaufspaltung und die zweite Platte eine zweite Einzelaufspaltung bewirkt. So durchläuft ein Lichtstrahl die erste Platte in ordentlich/außerordentlicher Reihenfolge und die zweite Platte in außerordentlich/ordentlicher Reihenfolge. Durch eine im Wesentlichen identische Achslage und Dicke der Platten entsteht kein Gangunterschied zwischen den beiden Teilstrahlen. Dieses Kontrastverfahren entspricht dem klassischen DIC im Auflicht, wo linear polarisiertes Licht in zwei orthogonal zueinander polarisierte Teilstrahlen aufgespalten wird, die lateral versetzt das Objekt beleuchten und nach einer Reflexion am Objekt durch die Prismenanordnung wieder zusammengeführt und durch den Analysator auf eine gemeinsame Schwingungsebene gebracht werden und folglich interferieren. Zumindest bei dieser Ausführungsvariante kann durch Verstellung der Polarisationsrichtung des Polarisationsmittels und/oder der Polarisationsrichtung des Analysatormittels eine Kontrastierung erzielt werden, welche in vergleichbarer Weise mit einer de Sénarmont-Kompensator-Anordnung erzielbar ist. Eine weitere Möglichkeit die Phasenlage der Teilstrahlen zu beeinflussen und somit den Kontrast zu variieren, besteht darin, eine der Platten zu kippen. Damit lässt sich der Kontrast dem Objekt oder wahlweise den Beobachtungsgewohnheiten des Betrachters anpassen.

Eine Einstellung des optischen Bauteils könnte nun einerseits dadurch erzielt werden, dass die zwei Platten des optischen Bauteils gegeneinander verdrehbar angeordnet sind. Dies könnte beispielsweise manuell oder motorisch erfolgen, wobei hierzu geeignete Halterung vorgesehen ist. Andererseits könnte das gesamte optische Bauteil im Strahlengang verdrehbar angeordnet sein, wodurch ebenfalls eine Einstellbarkeit des optischen Bauteils bewirkt werden kann.

Ganz allgemein könnte das optische Bauteil derart einstellbar sein, dass zwischen den beiden im Patentanspruch 1 genannten Einstellungen – das polarisierte Licht wird depolarisiert oder das polarisierte Licht wird in Teilstrahlen aufgespalten – ein beliebiger Zwischenzustand einnehmbar ist. Hierdurch ist es möglich, auch Zwischenzustände zu generieren, in welchen einerseits störende Reflexe 1. Ordnung aus dem Abbildungsstrahlengang weitgehend unterdrückbar sind und andererseits eine dem DIC-Verfahren ähnliche bzw. annähernde Kontrastierung der Abbildung erzielbar ist. Letztendlich könnte eine Einstellung des optischen Bauteils derart erfolgen, dass hierdurch eine optimierte Objektabbildung erzielbar ist.

Wie bereits angedeutet, könnte die Ausbildung des optischen Strahlengangs der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung auf ein herkömmliches Makroskop oder auf ein herkömmliches Mikroskop angewendet werden, indem nämlich beispielsweise das optische Bauteil zwischen der Abbildungsoptik und dem Objekt, das Polarisationsmittel im Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle und der Abbildungsoptik und das Analysatormittel im Abbildungsstrahlengang zwischen der Abbildungsoptik und einem Detektor bzw. einem Tubus angeordnet wird.

Ganz besonders bevorzugt weist die erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung einen – insbesondere koaxialen – Auflicht-Beleuchtungsstrahlengang und/oder eine Hellfeldbeleuchtung des Objekts auf. Mit anderen Worten erfolgt die Objektbeleuchtung von einer Richtung und die Objektabbildung erfolgt in der entgegengesetzten Richtung. Dementsprechend erfolgt sowohl die Objektbeleuchtung als auch die Objektabbildung durch die Abbildungsoptik.

Wie bereits angedeutet, wirken sich die störenden Reflexionen bei einem Objektiv bzw. bei einer Abbildungsoptik geringer numerischen Apertur und/oder bei einer geringen Vergrößerung aus. Daher wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise vorzugsweise bei einer solchen Abbildungsoptik zum Einsatz kommen. Unter einer geringen Vergrößerung ist insbesondere eine Vergrößerung von 0,5x bis 4x, in Einzelfällen bis zu 10x, zu verstehen.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante könnte mindestens ein Mittel vorgesehen sein, mit welchem eine zur de Séramont-Anordnung vergleichbare Kontrastierung erzielbar ist. Dieses Mittel könnte beispielsweise eine Verdreheinrichtung aufweisen, mit welcher das Polarisationsmittel und/oder das Analysatormittel und/oder das optische Bauteil verdreht werden kann. Die jeweilige Komponente könnte also in entsprechend – manuell oder motorisch – verdrehbaren Halterungen angeordnet sein.

Hinsichtlich eines Nachrüstsatzes für ein Makroskop oder für ein Mikroskop wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 16 gelöst. Demgemäß umfasst ein Nachrüstsatz ein Polarisationsmittel, ein Analysatorsmittel und ein optisches Bauteil. Polarisationsmittel, Analysatorsmittel und optisches Bauteil werden derart in den Strahlengang des Mikroskops bzw. Mikroskops eingebracht, dass hierdurch eine Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ausbildbar ist. Mit einem solchen Nachrüstsatz kann in ganz besonders vorteilhafter Weise ein herkömmliches Makroskop bzw. Mikroskop zu einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung umgerüstet werden, und zwar auch dann, wenn das jeweilige Gerät schon seit langem bei dem Endanwender installiert ist. Eine Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass das jeweilige Gerät entsprechende Einbau- oder Einschubmöglichkeiten aufweist, in welche die jeweiligen Komponenten in den Strahlengang eingebracht werden können, wobei die jeweiligen Komponenten (Polarisationsmittel, Analysatorsmittel und optisches Bauteil) in entsprechenden kompatiblen Halterungen oder in zu den Einbau- bzw. Einschubmöglichkeiten komplementär ausgebildeten Bauteilen angeordnet sind.

Zusammenfassend kann hervorgehoben werden, dass die erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung einen zum differentiellen Interferenzkontrast (DIC) vergleichbaren Aufbau zumindest bezüglich der Polarisationsmittel und Analysatorsmittel aufweist. Das üblicherweise dort vorgesehene Wollaston-Prisma ist nicht erforderlich. Es ist vielmehr das einstellbare optische Bauteil vorgesehen. Somit kann in ganz besonders vorteilhafter Weise in einem Abbildungsmodus ein differentielles Interferenzkontrastverfahren bzw. ein hierzu geeigneter Aufbau in Form der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung auch für Objektive schwacher Vergrößerung zur Verfügung gestellt werden. In einem weiteren Abbildungsmodus kann eine Hellfeld-Abbildung realisiert werden, wo in vorteilhafter Weise störende Reflexe unterdrückt werden können. Zwischen den zwei Abbildungsmodi kann durch die Einstellung des einstellbaren optischen Bauteils hin- und hergeschaltet bzw. umgeschaltet werden.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung,

2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optischen Bauteils,

3 eine schematische Darstellung des optischen Bauteils aus 2 in einem anderen Betriebszustand und

4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei welchem eine mögliche Adaption des optischen Bauteils an der Abbildungsoptik gezeigt ist.

In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Bauteile mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung 1. Die Abbildungsvorrichtung 1 umfasst eine Lichtquelle 2 (z.B. eine herkömmliche Weißlichtquelle) und einen schematisch angedeuteten Detektor bzw. eine Tubuslinse 3. Im Falle eines Makroskops erfolgt die Beobachtung des abgebildeten Objekts durch die schematisch angedeutete Tubuslinse 3, so dass in strenge genommen der Abbildungsstrahlengang bis in das Auge des Bedieners sich erstreckt.

Die Abbildungsvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Abbildungsoptik 4. Mit dem Bezugszeichen 5 ist die Objektebene der Abbildungsvorrichtung 1 angedeutet, an welcher das Objekt (üblicherweise auf einem Objektträger oder Objekttisch) positioniert wird. Der Einfachheit halber wird mit dem Bezugszeichen 5 im Folgenden auch das abzubildende Objekt gekennzeichnet. Somit erstreckt sich der Beleuchtungsstrahlengang 6 von der Lichtquelle 2 bis zum Objekt 5. Der Abbildungsstrahlengang 7 erstreckt sich vom Objekt 5 bis zur Tubuslinse 3 bzw. bis zum – in 1 nicht gezeigten – Auge eines Bedieners. Das Licht bzw.

Beleuchtungslicht der Lichtquelle 2 wird an dem Strahlteiler 8 in Richtung der Abbildungsoptik 4 und des Objekts 5 reflektiert. Das am Objekt 5 reflektierte Beleuchtungslicht wird zumindest teilweise von der Abbildungsoptik 4 in Richtung der Tubuslinse 3 abgebildet und passiert hierbei zumindest größtenteils den Strahlteiler 8, welcher ein geeignetes Transmissions- bzw. Reflexionsverhältnis aufweist. Beispielsweise könnte die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche des Strahlteilers 8 einen Reflexionskoeffizienten von 0,4 aufweisen, so dass lediglich 40 Prozent des Lichts der Lichtquelle von dem Strahlteiler 8 in Richtung des Objekts 5 reflektiert wird. Das am Objekt 5 reflektierte Licht wird dann ebenfalls zu 40 Prozent in Richtung der Lichtquelle reflektiert, der verbleibende Anteil von ca. 60 Prozent des vom Objekt reflektierten Lichts kann dann allerdings den Strahlteiler 8 in Richtung Detektor bzw. Tubuslinse 3 passieren. Dementsprechend handelte es sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 um einen Auficht-Beleuchtungsstrahlengang, wobei zwischen dem Objekt 5 und dem Strahlteiler 8 sich sowohl der Beleuchtungsals auch der Abbildungsstrahlengang 6 bzw. 7 erstreckt.

Im Beleuchtungsstrahlengang 6 und zwischen der Lichtquelle 2 und dem Strahlteiler 8 ist das Polarisationsmittel 9 angeordnet, mit welchem das Licht der Lichtquelle 2 in einen vorgebbaren Polarisationszustand verbracht wird. Im Abbildungsstrahlengang 7 und zwischen dem Strahlteiler 8 und der Tubuslinse 3 ist das Analysatormittel 10 angeordnet. Bei dem Analysatormittel 10 handelt es sich wie bei dem Polarisationsmittel 9 ebenfalls um einen linearen Polarisationsfilter, wobei das Polarisationsmittel 9 relativ zu dem Analysatormittel 10 derart angeordnet ist, dass deren Polarisationsrichtung im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sind (gekreuzte Ausrichtung).

Erfindungsgemäß ist zwischen der Abbildungsoptik 4 und dem Objekt 5 das einstellbare optische Bauteil 11 angeordnet. Mit dem optischen Bauteil 11 kann das vom Polarisationsmittel 9 linear polarisierte Licht der Lichtquelle 2 weitgehend depolarisiert werden, so dass das Objekt 5 mit depolarisiertem Licht beleuchtet wird.

2 veranschaulicht die Wirkungsweise als depolarisierend wirkendes optisches Bauteil 11. Das in 2 gezeigte optische Bauteil 11 weist zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Platten 12, 13 gleicher Dicke auf. Sowohl die Platte 12 als auch die Platte 13 besteht aus identischem optischen Material, und zwar aus einem doppelbrechenden, einachsigen Kristall. Die kristalloptischen Achse beider Platten 12, 13 sind durch die Doppelpfeile entsprechend angedeutet. Die kristalloptische Achse der Platte 12 ist derart ausgerichtet, dass ein von oben in die Platte 12 eintretender Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen 14, 15 aufgespalten wird, nämlich in den ordentlichen Teilstrahl 14 und den außerordentlichen Teilstrahl 15. Insoweit handelt es sich hierbei um eine Winkelaufspaltung, die beiden Teilstrahlen 14, 15 durchlaufen nämlich die Platte 12 in unterschiedlichen Winkeln. Die aus der Platte 12 austretenden und in die Platte 13 eintretenden Teilstrahlen 14, 15 werden auf Grund der entsprechend anderes ausgerichteten kristalloptischen Achse der Platte 13 wieder zusammengeführt, so dass die Winkelaufspaltung der beiden Teilstrahlen 14, 15 durch die Platte 13 kompensiert bzw. rückgängig gemacht wird. Hierdurch weisen die räumlich zusammengeführten Teilstrahlen 14, 15 einen Gangunterschied zueinander auf. In 2 ist lediglich ein Lichtstrahl einer bestimmten Wellenlänge gezeigt. Da das Licht der Lichtquelle 2 allerdings mehrere Wellenlängenanteile des sichtbaren Spektrums aufweist, erfolgt für Licht jeder Wellenlänge eine etwas abweichender Gangunterschied, so dass es insgesamt unter Berücksichtigung sämtlicher Wellenlängenanteile des Beleuchtungslichts zu einer Durchmischung von unterschiedlichsten Polarisationszuständen kommt, was einer Depolarisationswirkung entspricht.

3 zeigt das optische Bauteil 11 aus 2 in einer anderen Einstellung bzw. in einem anderen Betriebsmodus. Das in 3 gezeigte optische Bauteil 11 weist – wie auch das in 2 gezeigte optische Bauteil 11 – zwei im Westen parallel zueinander angeordnete Platten 12, 13 auf. Sowohl die Platte 12 als auch die Platte 13 besteht aus identischem dopplebrechenden und einachsigem optischen Material. Die kristalloptischen Achse der beiden Platten 12, 13 sind durch die Doppelpfeile entsprechend angedeutet. Gegenüber 2 ist die Platte 13 bezüglich der optischen Achseum 90° gedreht. Die kristalloptische Achse der Platte 12 ist derart ausgerichtet, dass ein von oben in die Platte 13 eintretender Lichtstrahl in zwei Teilstrahlen 14, 15 aufgespalten wird, nämlich in den ordentlichen Teilstrahl 14 und den außerordentlichen Teilstrahl 15. Die kristalloptische Achse der Platte 13 ist nun in dieser Einstellung derart ausgerichtet, dass die beiden Teilstrahlen 14, 15 nicht wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 wieder zusammengeführt werden, sondern dass eine räumliche Aufspaltung beibehalten wird. Auf Grund der Achslage der beiden Platten 12, 13 und deren identische Dicke weisen die beiden Teilstrahlen nach Durchgang durch die beiden Platten 12, 13 keinen Gangunterschied, sondern einen Lateralversatz zueinander zueinander auf.

Mit dem unterhalb der beiden Platten 12, 13 gezeigten Kreis in 3 ist schematisch eine Querschnittsfläche des Beleuchtungsstrahlengangs 6 an einem Ort zwischen dem optischen Bauteil 11 und dem Objekt 5 gezeigt. Mit den drei dargestellten Punkten ist jeweils eine durch die Platten 12, 13 erzielte Einzelaufspaltung gekennzeichnet. Mit dem Pfeilende des Pfeils in dem Kreis ist die resultierende Aufspaltung des einen Teilstrahls angedeutet, der aufgrund der Anordnung der beiden Platten erzielbar ist. Somit wird der von oben in die Platte 12 eintretende eine Lichtstrahl des Beleuchtungsstrahlengangs 6 nach Durchlaufen der zweiten Platte in zwei Telstrahlen aufgeteilt, nämlich jeweils am Ende des Pfeils in dem Kreis aus 3. Die Strahlaufspaltung wird allerdings derart gewählt, dass deren Betrag unterhalb des lateralen Auflösungsvermögens der Abbildungsvorrichtung bzw. der Abbildungsoptik 4 liegt, so dass kein sichtbares Doppelbild entsteht. In Verbindung mit einer Kontrastverstellung nach der Séramont-Mehtode entspricht eine solche Anordnung dem differenzierten Interfenzkontrast in der Mikroskopie. Eine Kontrastverstellung kann beispielsweise durch Verdrehen des Polarisationsmittels 9 und/oder des Analysatormittels 10 und/oder des optischen Bauteils 11 bzw. der Platte 12 und/oder 13 erzielt werden.

4 zeigt lediglich schematisch in einem Ausführungsbeispiel angedeutet, wie das optische Bauteil 11 aus den 2 und 3 an der Abbildungsoptik 4 adaptiert ist. Dies ist derart realisiert, dass das optische Bauteil 11 in einem hülsenförmigen Bauteil 16 angeordnet ist. Das Bauteil 16 kann reversibel an die Abbildungsoptik 4 adaptiert werden, beispielsweise indem es an dem Gehäuse der Abbildungsoptik 4 festgeklemmt wird oder mit einer Arretierung versehen ist, die zu einem Bajonettverschluss vergleichbar ausgebildet ist oder diesem ähnelt. Insoweit kann mit dem Bauteil 16 das optische Bauteil 11 einfach und schnell adaptiert bzw. entfernt werden. Da die Abbildungsoptik 4 einen großen Arbeitsabstand aufweist, typischerweise in der Größenordnung von 60 mm, ist hierfür genügend Platz vorhanden. Der innere Teil 17 des Bauteils 16 ist hierbei drehfest an der Abbildungsoptik 4 angeordnet. Der äußere Teil 18 des Bauteils 16 kann gegenüber der Abbildungsoptik 4 und dem inneren Teil 17 verdreht werden, was mit Hilfe des schematisch gezeigten Lagers 19 möglich ist. Der innere Teil 17 haltert die Platte 12und der äußere Teil 18 haltert die Platte 13. Durch ein Verdrehen von dem äußeren Teil 18 relativ zur Abbildungsoptik 4 und zum inneren Teil 17 kann das einstellbare optische Bauteil 11 zwischen dem in 2 und dem in 3 gezeigten Betriebszustand umgeschaltet werden.

Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

1
Abbildungsvorrichtung
2
Lichtquelle
3
Tubuslinse
4
Abbildungsoptik
5
Objektebene bzw. Objekt
6
Beleuchtungsstrahlengang
7
Abbildungsstrahlengang
8
Strahlteiler
9
Polarisationsmittel
10
Analysatormittel
11
optische Bauteil
12
erste Platte von (11) aus 2 bzw. 3
13
zweite Platte von (11) aus 2 bzw. 3
14
ordentlicher Teilstrahl
15
außerordentlicher Teilstrahl
16
hülsenförmiges Bauteil mit (11)
17
innerer Teil von (16)
18
äußerer Teil von (16)
19
Lager zwischen (17) und (18)


Anspruch[de]
Abbildungsvorrichtung zum Abbilden mikroskopischer oder makroskopischer Objekte (5), mit einer Lichtquelle (2), einem Beleuchtungsstrahlengang (6), einem Abbildungsstrahlengang (7) und einer insbesondere in Form eines Objektivs ausgebildeten Abbildungsoptik (4), wobei der Beleuchtungsstrahlengang (6) sich von der Lichtquelle (2) zum Objekt (5) erstreckt, wobei der Abbildungsstrahlengang (7) sich vom Objekt (5) zu einem Detektor oder einem Tubus (3) erstreckt, wobei im Beleuchtungsstrahlengang (6) mindestens ein Polarisationsmittel (9) vorgesehen ist, mit welchem das Licht der Lichtquelle (2) in einen vorgebbaren Polarisationszustand überführbar ist, wobei im Abbildungsstrahlengang (7) ein Analysatormittel (10) vorgesehen ist, wobei das Analysatormittel (10) und das Polarisationsmittel (9) derart relativ zueinander einstellbar sind, dass das in den Abbildungsstrahlengang (7) eintretende Licht das Analysatormittel (10) nicht passieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Polarisationsmittel (9) und dem Analysatormittel (10) ein einstellbares optisches Bauteil (11) vorgesehen ist, mit welchem in Abhängigkeit seiner Einstellung das zur Objektbeleuchtung dienende polarisierte Licht entweder weitgehend depolarisierbar oder in Teilstrahlen aufspaltbar ist. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil (11) zwischen der Abbildungsoptik (4) und dem Objekt (5) angeordnet ist und dass das optische Bauteil (11) vorzugsweise in einer hülsenförmigen Halterung (16) aufgenommen ist, welche objektseitig an der Abbildungsoptik (4) – bevorzugt reversibel – adaptierbar ist. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polarisationsmittel (9) im Beleuchtungsstrahlengang (6) zwischen der Lichtquelle (2) und der Abbildungsoptik (4) angeordnet ist und vorzugsweise einen linearen oder zikularen Polarisationsfilter aufweist. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysatormittel (10) im Abbildungsstrahlengang (7) zwischen der Abbildungsoptik (4) und einem Detektor und/oder einem Tubus (3) angeordnet ist und vorzugsweise einen linearen oder zikularen Polarisationsfilter aufweist. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil (11) mindestens zwei Platten (12, 13) – vorzugsweise einachsig – doppelbrechenden Materials aufweist und dass insbesondere die zwei Platten (12, 13) im Wesentlichen eine gleiche Dicke aufweisen. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil derart einstellbar ist, dass die zwei Platten (12, 13) des optischen Bauteils (11) derart zueinander ausgerichtet sind, dass die optische Achse der einen Platte (12) gegenüber der optischen Achse der anderen Platte (13) im wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sind. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil derart einstellbar ist, dass die zwei Platten (12, 13) des optischen Bauteils (11) derart zueinander ausgerichtet sind, dass beim Durchtritt des von der Lichtquelle (2) kommenden Lichts durch die erste Platte (12) eine Aufspaltung des Lichts erfolgt und dass beim Durchtritt des aufgespaltenen Lichts durch die zweite Platte (13) die Aufspaltung zumindest weitgehend rückgängig machbar ist und dass die Aufspaltung eine Winkelaufspaltung oder eine Lateralaufspaltung ist. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil derart einstellbar ist, dass die zwei Platten (12, 13) derart zueinander ausgerichtet sind, dass beim Durchtritt des von der Lichtquelle (2) kommenden Lichts durch die erste Platte (12) eine erste Aufspaltung des Lichts erfolgt und dass beim Durchtritt des aufgespaltenen Lichts durch die zweite Platte (13) gegebenenfalls eine weitere Aufspaltung erfolgt und dass die Aufspaltung eine Winkelaufspaltung oder eine Lateralaufspaltung ist. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Platten (12, 13) des optischen Bauteils gegeneinander verdrehbar und/oder verkippbar angeordnet sind, vorzugsweise manuell oder motorisch betätigbar. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil derart einstellbar ist, dass zwischen den beiden Einstellungen gemäß Anspruch 1 ein beliebiger Zwischenzustand einnehmbar ist. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Ausbildung in Form eines Makroskops oder eines Mikroskops. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Auflicht-Beleuchtungsstrahlengang (6) und/oder durch eine Hellfeldbeleuchtung des Objekts (5). Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Weitfeldabbildung. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv bzw. die Abbildungsoptik (4) eine geringe numerische Apertur und/oder eine geringe Vergrößerung aufweist, beispielsweise 0,5x bis 4x. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mittel vorgesehen ist, mit welchem eine zur de Séramont-Anordnung vergleichbare Kontrastierung erzielbar ist, beispielsweise eine Verdreheinrichtung zum Verdrehen des Polarisationsmittels (9) und/oder des Analysatormittels (10) und/oder des optischen Bauteils (11). Nachrüstsatz für ein Makroskop oder für ein Mikroskop, welcher ein Polarisationsmittel (9), ein Analysatorsmittel (10) und ein einstellbares optisches Bauteil (11) aufweist, wobei Polarisationsmittel (9), Analysatorsmittel (10) und optisches Bauteil (11) derart in den Strahlengang (6, 7) des Mikroskops bzw. Mikroskops einbringbar sind, dass hierdurch eine Abbildungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ausbildbar ist.






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