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Mikroskop mit elektrisch wählbarer Beleuchtung
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und Betrachtung
Mikroskop mit elektrisch wählbarer
Beleuchtung und Betra.chtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mikroskope,
an welchen die Beleuchtungs- und/oder Betrachtungsweise geändert werden kann.
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Zum Stand der Technik auf dem Gebiet der Mikroskope werden die US-Patente
Nr. 2,516,907, Nr. 3.161,717, Nr. 3,561,876, Nr. 3,628,848, Nr. 3,646,608, Nr. 3,658,405,
Nr. 3,851,949, Nr. 3,846,009, Nr. 4,127,318, Nr.4,148,552 genannt. Bei diesen bekannten
Mikroskopen sind ein oder mehrere Elemente einstell- oder veränderbar, um die Beleuchtungs-
oder die Betrachtungseigenschaften der Mikroskope verändern zu können. Jedoch erfordern
solche Mikroskope einige komplizierte mechanische und physikalische Änderungen,
um die erwünschten Effekte erzielen zu könnten.
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Verschiedene Beleuchtungseffekte, Durchlichtbeleuchtung, Auflichtbeleuchtung,
Hellfeldbeleuchtung, Schräbeleuctung, Abblendbeleuchtung, Phasenkontrastbeleuchtung,
Differential-Polarisationsbeleuchtung u.d;l., werden benutzt zur Verbesserung der
Sichtbarkeit von verschiedenen Objekten im Mikroskop.
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Eine Flüssigkristall-Diaphragma-Anordnung für eine fotographische
Kamera ist in der US-PS 3,955,208 dargestellt.
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Das Diaphragma besteht aus zwei aufeinander gelegten Zellen, welche
konzentrisch angeordnete ringförmige Elektroden aufweisen, die mit einer elektronischen
Steuerschaltung zur Änderung des Durchlaßbereiches des Diaphragmas verbunden sind.
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Eine elektro-optische Einrichtung zur Abbildung geschlossener Ringbilder
ist in der US-PS dargestellt, bei der halbkreisförmige Elektroden zu geschlossenen
Ringen zusamnengesetzt sind, die in entsprechend aufeinandergelegten Flüssigkristallzellen
untergebracht sind.
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Die US-PS 2,388,858 offenbart ein Stereogerät, bei dem ein Wollaston-Prisma
vor einem Objektiv zur Teilung des Bildes in zwei im rechten Winkel polarisierte
Bilder angeordnet ist. Polarisierungsfilter , die ebenfalls im rechten Winkel zu
einander orientiert sind, sind vor dem zugeordneten rechten und linken Okular positioniert,
um nur das zugeordnete Bild durchlassen zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildes.
Die Ähnlichkeit der Wirkungsweise eines Wollaston-Prismas mit einem Rochon-Prisma
und eine einfachen doppelbrechenden Kristall aus Quarz oder Kalzit ist außerdem
offenbart.
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Ein Vergleichsbetrachter, dargestellt in der US-PS 3,450,4so, weist
einen Mechanismus auf, mit welchem entweder stereoskopische oder monoskopische Betrachtung
eingestellt werden kann durch Verwendung einer beidäugigen Okularanordnung.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Beleuchtungseinrichtung
für ein Mikroskop, mit dem eine oder mehrere Beleuchtungsbedingungen, wie Durchgangsbeleuchtung,
Einfallbeleuchtung, Schrägbeleuchtung, Abbiendbeleuchtung, Dunkelfeldbeleuchtung,
Hellfeldbeleuchtung, Phasenkontrastbeleuchtung, Differential-Polarisationsbeleuchtung,
u.dgl., mit Hilfe eines elektronischen Steuersystems vorgewählt werden können.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Beleuchtungseinrichtung
für ein Mikroskop, welche eine neuartige Beleuchtung und/oder Betrachtung eines
Mikroskopob-Objektes ermöglicht.
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Diese und weiter Aufgaben werden bei einem Beleuchtungssystem gemäß
der Erfindung dadurch gelöst , daß in den Strahlengang des von der Lichtquelle austretenden
und durch das Kondensorlinsensysten tretenden Lichtes eine elektrisch gesteuerte
I,ichtUbertragungseinheit e ngesetzt ist, die eine zum Strahlengang des Lichtes
senkrecht angeordnete Schicht aus elektro-optischem Material aufweist, welche an
den einander gegenüberliegenden Seiten mit transparenten Elektroden zur Bildung
einer Mehrzahl von unterschiedlichen Erregungsmustern für das elektro-optische Material
versehen sind, und daß eine elektrische Steuerschaltun zur selektiven Ansteuerung
der Elektroden vorgesehen ist zur Erregung des elektro-optischen Materials entsprechend
den vorgewählten Mustern.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß die jeweiligen Beleuchtungsbedingungen
durch elektrische Steuerungen
wä.hlbar sind; daher können vielseitige
elektrische Steuerschaltungen zum selektiven Betreiben des Beleuchtungssystems verwendent
werden.
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Vorzugsweise enthält die elektrisch gesteuerte Lichtübertragungseinheit
Mittel zur Erzeugung einer Mehrzahl von unterschiedlich lichten und dunklen Mustern
in dem Licht, welches durch die Kondensorlinsen geht, entsprechend der Erregung
der vorgewählten Teile des elektro-optischen Materials durch die elektrische Steuerschaltung,
und weiter enthält die elektrisch gesteuerte Lichtübertragungseinheit Mittel, die
auf die elektrische Steuerschaltung ansprechen, zur Erzeugung einer unterschiedlichen
Polarisationscharakteristik in einem vorgewählten, durch die elektrisch gesteuerte
Bichtübertragungseinheit gehenden Lichtnuster relativ zu einem zweiten vorgewählten,
durch die elektrisch gesteuerte Lichtübertragungseinheit gehenden Lichtmuster.
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Andere Aufgaben, Vorteile und Ziele der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen in Verbindung mit den Zeichnungen.
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Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausfiihrungsbeispiele dargestellt
sind, wird die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 eine schematische Ansicht
eines Mikroskops gemaß der Erfindung im Schnitt, Figur 2 eine Schnittansicht eines
Teiles einer Lichtsteuerzelle einer elektrisch gesteuerten Tichtiibertragungseinheit
des Mikroskops gemäß Figur 1, Figur 3 eine Grundansicht einer Elektrodenanordnung
einer Lichtsteuerzelle der Lichtübertragungseinheit gemäß Figur 1 und 5 zur Erzeugung
eines Teiles eines Ringmusters, Figur 4 eine Grundansicht einer Elektrodenanordnung
einer Zelle der Lichtübertragungseinheit gemäß Figur 1 und 5 zur Erzeugung eines
anderen Teiles eines Ringmusters zur Ergänzung des Ringteiles gemäß Figur 3, Figur
5 ein Blockschaltbild einer elektrischen Steuerschaltung und einer elektrisch gesteuerten
Tichtübertragungseinheit des Mikroskops gemäß Figur 1, Figur 6 eine Grundansicht
einer Elektrodenstruktur einer Polarisationssteuerzelle der Lichtübertragungseinheit
gemäß Figur 5, Figur 7 eine Grundansicht einer Elektrodenstruktur einer Strahlenwählzelle
der Lichtübertragungseinhei.t gemäß Figur 5 in vergrößerter Darstellung gegenüber
Figur 6, Figur 8 eine Grundansicht einer Elektrodenanordnung einer Punktwählsteuerzelle,
welche alternativ in eine Tichti-hertragungseinheit gemäß Figur 5 eingesetzt werden
könnte,
Figur 9 eine schematische Schnittansicht eines abgewandelten
Teiles eines Mikroskops gemäß der Erfindung, Figur 10 eine schematische Schnittansicht
eines abgwandelten Teiles eines Mikroskops gemäß der Erfindung, Figur 11 ein Blockschaltbild
eines Teiles einer abwandelten elektrischen Steuerschaltung zum Betreiben einer
Lichtübertragungseinheit in einem Mikroskop. gemäß der Erfindung, Figur 12 eine
Grundansicht einer Doppelbrechungsplatte in einem Mikroskop gemäß Figur 10 darstellend
die Versetzung des Sichtstrahlenbildes einer Polarität, Figur 19 ein Diagramm einer
Ausführung, welche in einem Mikroskop gemäß der Erfindung enthalten sein kann, Figur
14 eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Mikroskops
gemäß der Erfindung, Figur 15 ein Blockschaltbild einer Phaseneinstellzelle bei
einem Mikroskop gemäß Figur 14, Figur 16 eine schematische Darstellung eines Teiles
einer abgewandelten elektrischen Steuerschaltung, Figur 17 eine schematische Darstellung
eines Teiles einer anderen abgewandelten elektrischen Scha.ltung, welcher in der
Steuerschaltung gemaß der Erfindung eingesetzt werden kann, Figur 18 eine Blockschaltung
eines Teiles einer abgewandelten elektrischen Schaltung zur Steuerung der Phaseneinstellzelle
gemäß Figur 15, Figur 19 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Beleuchtungssteuereinheit
eines Mikroskops gemäß der Erfindung, Figur 20 ein Blockschaltbild einer variablen
Phaseneinstellung und Musterfiltereinheit, welche zum Ersatz
der
Phaseneinstelleinheit gemäß Figur 14 und 15 geeignet ist, In Figur 1 ist schematisch
ein Mikroskop gemäß der Erfindung dargestellt, das eine elektrisch gesteuerte Tichtiibertragungseinheit
20 enthält, die in einem Beleuchtungskondensorsystem des Mikroskops zusammen mit
einer elektrischen Steuerschaltung 22 zum Betreiben der LichtZbertragungseinheit
20 angeordnet ist. Die Lichtübertragungseinheit ändert und läßt das Licht zum Beleuchten
eines Objektes 24 durch.
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Das dargestellte Mikroskop enthält sowohl ein Durchlichtbeleuchtungssystem
26 als auch ein Auflichtbeleuchtungssystem 28 ; jedoch könnte das Mikroskop nur
eines der beiden Beleuchtungssysteme aufweisen. Innerhalb jedes der beiden Beleuchtungssysteme
26 und 28 ist eine elektrisch gesteuerte Lichtübertragungseinheit 20 angeordnet.
Zum Betreiben der Lichtübertragungseinheiten 20 sind Steuerschaltungen 22 vorgesehen;
jedoch könnte nur eine einzige Steuerschaltung 22 für beide Lichtübertragungseinheiten
20 vorgesehen sein. Herkömmliche Lichtquellen 29 erzeugen das durch die Einheiten
gehende Licht. Die Lichtübertragungseinheiten 20 können auch zwischen den Kondensorlinsen
von anderen herkömmlichen Mikroskopen eingebaut werden, ohne wesentliche Änderung
des Gehäuses und der Linsensysteme der Mikroskope sowie ihres Herstellungsprozesses.
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Das Mikroskop hat ein herkömmliches Gehäuse 30, in welchem ein Objektiv
32 und ein Paar von Okularen 34 und 36 untergebracht sind. Ein halbdurchlässiger
Reflektor 40 und ein Reflektor 46 lenken die eine Hälfte des Lichts vom Objektiv
32 gegen das Okular 36, während Reflektoren 44 und 42 die andere Hälfte des Lichtes
von dem Objektiv 32 gegen
das Okular 36 lenken. Zur Auflicht- oder
Durchlichtbeleuchtung enthält das Teleskop einen teilweise durchlässigen Reflektor
52, der das einfallende Licht vom Kondensorsystem 28 über das Objektiv 32 zu einem
Objekt 24 leitet. Die Reflektoren 40, 42, 44, 46 und 52 können Prismen, Spiegel
oder andere geeignete Lichtablenkvorrichtungen sein.
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Jede der beiden elektrisch gesteuerten LichtübertragungE-einheiten
20 ist geeignet zur wählbaren Änderung einer oder mehrerer Charakteristiken, wie
z.B. Mustern, Farbe und/oder Polarsation des Lichtes, welches von der Lichtquelle
29 kommend das Objekt 24 in Abhängigkeit von der elektrischen Steuerschaltung 22
beleuchtet.
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In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrisch gesteuerten
Tichtübertragungseinheit 20 dargestellt. Die Einheit 20 enthält eine Mehrzahl von
Ubereinandergelegten Musterwählzellen 60, 62 und 64, die zwischen Polarisatoren
66 und 68 angeordnet und zusammen mit einer Polarsationssteuerzelle 70 durch Haltemittel
72 zusammengefaßt sind.
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Wenn die Lichtquelle 29 polarisiertes Licht abgibt, kann der Polarisator
66 entfallen.
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Jede der Zellen 60, 62, 64 und 70 besteht, wie Figur2 zeigt, aus einer
Schicht aus elektro-optischem Flüssigkristallmaterial, z.B. einer herkömmlichen
nematischen Flüssigkeit 76, die zwischen transparenten Elektroden 78 und 80 angeordnet
ist. Die Elektroden 78 und 80 sind gestaltet in erwünschten Mustern u.liegen an
durchsichtigen Substraten 82 und 84.
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Das Flüssigkristallmaterial 76 ist so gewählt, daß sich die Polarisationsebene
des quer durchgehenden Lichtes dreht,
wenn an das Flüssigkristallmaterial
76 über die Elektroden 78 und 80 Spannung angelegt wird. Wenn die Elektroden 78
und 80 nicht an Spannung liegen, wird die Polarisationsebene des Lichtes nicht gedreht.
Die Polarisatoren sind so orientiert dargestellt, daß sich ihre Polarisationsrichtungen
im rechten Winkel kreuzen, sodaß das Leicht durch die Lichtübertragungseinheit 20
nur durchgeht, wenn eine oder mehrere der Elektroden der Zellen 60, 62 und 64 erregt
sind.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Polarisatoren in gleicher
Richtung orientiert sind, sodaß das Licht frei durch die Einheit geht, wenn die
Zellen 60, 62 und 64 nicht erregt sind, und das Licht wahlweise abgeblockt oder
abgeblendet wird, wenn eine oder mehrere der Elektroden der Zellen 60, 62 und 64
erregt sind.
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Die Zellen 60, 62 und 64 können so beschaffen sein, daß die Einheit
unterschiedliche Farben überträgt,wenn unterschiedliche Spannungen an die Elektroden
angelegt werden.
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Beispiele von Elektrodenmustern für die Zellen 60, 62 und 64 sind
in den Figuren 3, 4 und 7 dargestellt. Die Zellen 60 und 62 haben bogenförmige Elektroden
85 und 86, welche, wenn sie entsprechend übereinandergelegt sind, sich zu ringförmigen
Streifen ergänzen, welche eine kreisförmige Elektrode 87 konzentrisch umgeben. Die
Musterzelle 64 hat radial angeordnete keilförmige Elektroden 88, wie Figur 7 zeigt.
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Ein anderes Beispiel von Musterelektroden, die für den Gebrauch in
den Zellen der Einheit 20 geeignet sind, ist in Figur 8 dargestellt. Parallel zueinander
angeordnete transparente Streifenelektroden 91 erstrecken sich kreuzweise über parallel
nebeneinander angeordnete tranparente Strei-
fenelektroden 9),
sodaß bei Erregung eines Elektrodenpaares (eine obere Elektrode 91 und eine untere
Elektrode 93) das Flüssigkristallmaterial zwischen den überkreuzten Feldern der
gewählten Elektroden erregt wird. Eine herkömmliche Serienerregungsschaltung 95
kann eingesetzt werden zum Erzeugen einer Mehrzahl von Punkten oder Feldern im Fliissigkristallmaterial,
welches nur zwischen den vorgewählten Elektrodenpaaren und nicht zwischen oberen
und unteren Elektroden von nicht gewählten Paaren erregt wird. Diese Serienerregungsschaltung
95 nützt die Zeitverögerung aus, welche für das Plüssigkristallmaterial erforderlich
ist, um sich von dem erregten Zustand in den unerregten Zustand zu ändern, und stellt
zyklische und aufeinanderfolgende Erregungsspannungen für die entsprechenden korrespondierenden
Elektrodenpaare mit einer Frequenz zur Verfügung, die groß genug ist,.um eine Relaxion
des Flüssigkristallmaterials zu verhindern. Viele andere Elektrodenanordnungen,
z.B. Punktreihen, Kombinationen von polaren und radialen Streifen u.dgl. könnten
verwendet werden, um verschiedene Muster und Punkte der Beleuchtung zu erzeugen.
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Die Einheit 20 kann also mehr oder weniger Zellen zwischen den Polarisatoren
66 und 68 enthalten, um irgendwelche Muster und Musterkombinationen zu bilden.
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Die Polarisationssteuerzelle 70 hat scheibenförmige Elektroden 89,
wie Figur 6 zeigt, welche sich über den vollen Querschnitt des Lichtpfades erstrecken,
sodaß der Polarisationswinkel des durch die Einheit 20 gehenden Dichtes durch Erregung
der Zelle 70 geändert werden kann.
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Ein Beispiel einer elektrischen Steuerschaltung 22, die für die Lichtübertragungseinheit
20 geeignet ist, ist in Figur 5 dargestellt. Sie enthält einen Wähler 90 mit korrespondierenden
Ausgängen, welche mit den Elektroden der Musterwählzellen 60 und 62 verbunden sind,
einen Wähler 92, der mit seinen korrespondierenden Ausgängen mit den Elektroden
der Strahlenwählzelle 64 verbunden ist, und einen Wäfler 94, der mit seinem Ausgang
mit einer Elektrode der Polarisationssteuerzelle 70 verbundenist. Eine treibende
Spannungsquelle, z.B.ein 120 oder 140 Hz Oszillator 96, geeignet zur Erregung der
Flüssigkristallzellen 60, 62, 64 und 70, ist über einstellbare Spannungsteiler 100
und 102 mit den Eingängen der Wähler 90 und 92 verbunden. Die Wähler 90, 92 und
94 sind analoge Schalteinrichtungen, welche wahlweise betätigt werden können, um
die Erregerspannungen den Elektroden der Zellen 60, 62, 64 und 70 zuzufUhren. In
einfacher Ausführung sind die Wähler 90 und 92 Kontaktbänke von handbetätigten Schaltern
und der Wähler 94 ist ein einfacher Handschalter.
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Die Spannungsteiler 100 und 102 weisen entsprechende variable Bereiche
auf, die zur Farbauswahl geeignet sind.
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Zum Gebrauch des Mikroskops gemäß Figur 1 mit den Tichtilbertragungseintleiten
20 und den elektrischen Steuerschaltungen 22, wird nur eine der beiden Steuerschaltungen
22 eingeschaltet zum Betreiben der zugeordneten Einheit 20, um das Objekt 24 entweder
mit Durchlichtbeleuchtung 26 oder mit Auflichtbeleuchtung 28 zu beleuchten. Durch
die Wahl eines der Außenringe der Elektroden 85 und 86 zur Übertragung von Licht
zum Beleuchten des Objektes 24, wird Dunkelfeldbeleuchtung erhalten. Durch die Wahl
innerer Ringe der Elektroden 85 und 86 und/oder der kreisförmigen Elektrode 87,
erhält
man Hellfeldbeleuchtung. Schrägfeldbeleuchtung oder Abblendbeleuchtung
wird durch Wahl einer oder mehrerer Elektroden 88 der Strahlenwählzelle 64 erzielt.
Die Polarisationssteuerzelle 70 kann geschaltet werden, um unterschiedliche Polaritätseigenschaften
des Objektes betrachten zu können.
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Die Potentiometer 100 und 102 werden eingestellt, um unterschiedliche
Parben der Beleuchtung zu erzeugen.
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In Figur 19 ist ein abgeändertes Beleuchtungssystem dargestellt, welches
entweder mit Durchlichtbeleuchtung 26 oder mit Auflichtbeleuchtung 28 arbeiten kann.
Es enthält zwei elektrisch gesteuerte Lichtübertragungseinheiten 110 und 112, welche
das Licht von zwei zugeordneten Lichtquellen 114 und 116 steuern, und Polarisatoren
111 und 113, um polarisiertes Licht im rechten Winkel zueinander zu erzeugen. Eintritts-Kondensorlinsen
118 und 120 sind den zugeordneten Lichtquellen 114 und 116 vorgeschaltet. Ein teilweise
durchlässiger Reflektor 122 ist im Strahlengang der Lichtquelle 114 und der Lichtübertragungseinheit
110 angeordnet, um Licht von der Tichtquelle 116 durch die Lichtübertragungseinheit
112 zur Austrittslinse 124 zu lenken.
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Eine elektrische Steuerschaltung 22 betreibt die Lichtübertragungseinheiten
110 und 112. Die Lichtübertragungseinheiten 110 und 112 sind ähnlich der Lichtübertragungseinheit
20, nur mit der Ausnahme, daß die Polarisatoren 111 und 113 den zugeordneten Eintritts-Kondesorlinsen
118 und 120 und den ichtqucllen 114 und 116 zwischengeschaltet sind. Die LichtUbertragungseintleiten
110 und 112 weisen Musterwählzellen auf, welche ähnlich oder unterschiedlich von
denen der anderen Einheit sein können. Die Lichtübertragungseinheiten 110 und 112
können gleichzeitig betrie-
ben werden, um kombinierte Austrittslichtmuster
zu erhalten, oder können einzeln betrieben werden, um eine größere Variation der
Austrittslichtmuster zu erhalten. Die Tichtübertragungseinheiten 110 und 112 benötigen
keine Polarsationssteuerzelle, um unterschiedliches polarisiertes Austrittslicht
zu erhalten, sondern durch entsprechende Wahl der Lichtübertragungseinheiten 110
und 112 wird die Austrittspolarisation bestimmt. Eine Differential- Polarisationsbeleuchtung
kann dadurch erzielt werden, die Lichtübertragungseinheiten 110 und 112 gleichzeitig
betrieben werden, um unterschiedliche Muster und WinkeJmit den jeweiligen Polaritäten
des Lichtes zu beleuchten.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Figur 9 dargestellt, wo ein
Paar von Polarisatoren 130 und 132 im Lichtpfad der Okulare 34 und 36 eingeschaltet
ist. Die Polarisationswinkel der Polarisatoren 130 und 132 sind im rechten Winkel
zueinander gezeigt; sie könnten aber auch gleich oder einstellbar sein. Die Polarisatoren
130 und 132 können an der Eintrittsseite der Okulare 34 und 36 angeordnet sein,
wie dargestellt, oder auch an der Austrittsseite oder innerhalb des Okularlinsensystems.
Alternativ kann auch irgend ein anderes geeignetes Polarsationssystem benutzt werden,
um das durch die Okulare tretende oder von den Okularen austretende Licht auf die
jeweiligen Polaritäten zu beschränken. Ein pseudo-stereoskopischer Effekt kann erzeugt
werden, wenn die Polarisatoren 130 und 132 mit Differentia-Polarisationsbeleuchtung
betrieben werden.
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Eine Abwandlung der Steuerschaltung ist in Figur 11 gezeigt; sie hat
Gatter 140 und 142, z.B.UND-Gatter, NAND-Gatter etc., welche die Elektroden 88 der
Lichtübertra-
gungseinheit 20 steuern. Die ersten Eingänge der
Gatter 140 und 142 sind mit dem Oszillator 96 verbunden. Ein Rechteckoszillator
144 versorgt die Polarisationssteuerzelle 70 und ist über Polarisationswähleinrichtung
146 mit den zweiten Eingängen der Gatter 140 und 142 verbunden.
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Die Polaritätswähleinrichtung 146 enthält Schalter 150 und 152 zur
Zuführung entweder nichtinvertierter oder invertierter Signale (durch Inverter 154)
vom Recheckoszillator 144 zu denzweiten Eingängen der Gatter 140 und 142. Die dritten
Eingänge der Gatter 140 und 142 sind mit Kontakten von Drehschaltern 156 und 158
verbunden, welche zur Auswahl der Gatter in der Steuerschaltung 22 dienen, um ein
Eletrodenpaar 88 zur Wirkung zu bringen. Die Gatter 140 und 142 sind üblicherweise
integriert in einer CMOS-integrierten Schaltkreiseinheit 159, deren Eingang mit
dem Schieber eines Potentiometers 160 verbunden ist. Mit dem Potentiometer 160 wird
eine variable Ausgangsspannung zur Farbvorwahl für die Lichtübertragungseinheit
20 vorgegeben.
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Zum Betrieb des in Figur 9 und 11 dargestellten Mikroskops, werden
die Elektroden 88 wechselweise angesteuert, um Licht durch die Lichtübertragungseinheit
20 synchron mit der Polarisationssteuerzelle 70 durchzulassen, d.h. die linke Elektrode
wird erregt, um Licht während der negativen Halbwelle der Ausgangsspannung des Oszillators
144 durchzulassen; dieses Licht geht durch die Polarisationssteuerzelle 70 ohne
Drehung seiner Polarisation. Die rechte Elektrode gemäß Figur 11 wird erregt, um
Licht während der positiven Halbwelle der Ausgangsspannung des Oszillators 144 durchzulassen,
während welcher die Polarsationssteuerzelle 70 erregt wird, um die Polarität des
Lichtes um 90 zu drehen. Auf diese Weise wird dem zu prüfenden Ob-
jekt
24 wechselweise licht von unterschiedlichen Richtungen zugeführt. Die Polarisatoren
130 und 132 und die Okulare 34 und 36 lassen nur das ihnen zugeordnete polarisierte
Licht durch und erzeugen so eine Art pseudo-stereoskopischen Effekt für den Betrachter.
Vorzugsweise arbeitet der Oszillator 144 mit einer Frequenz im Bereich von etwa
30 bis 60 Hertz, um zu vermeiden, daß der Betrachter ein Plimmern beobachtet.
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Ein stereoskopisches Bild kann durch eine Ausführung erzeugt werden,
wie sie in Figur 10 dargestellt ist. Dort ist eine Doppelbrechungsplatte 162, z.B.
eine Quarz- oder Kalzitplatte, zwischen dem Objektiv 32 und dem Objekt 24 eingesetzt.
Wie Figur 12 zeigt, wird das Bild 164 einer Polarität seitlich verschoben in Bezug
auf das Bild, das durch die normale Polarität gebildet wird. Da mit den Polarisatoren
130 und 132 gemäß Figur 9 nur die Polaritäten der zugeordneten Bilder 164 und 166
erfaßt werden, kann ein echtes stereoskopisches Bild des Objektes 24 nur durch das
einzige Objektiv 32 erhalten werden. Wenn eine Durchlichtbeleuchtung 26 benutzt
wird, ist eine zweite Doppelbrechungsplatte 168 erforderlich, die in Bezug auf Doppelbrechungsplatte
162 entgegengesetzt orientiert ist; diese ist zwischen der Durchlichtbeleuchtung
26 und dem Objekt 24 angeordnet, um das Licht einer das Objekt 24 beleuchtenden
Polarität abzulenken, damit man eine geeignete Beleuchtung erhält.
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In der in Figur 13 dargestellten Ausführungsform ist eine Doppelbrechungsplatte
170, z.B. ein Ronchon- oder Wollastonprisma, an der Tichtaustrittsseite der Lichtübertragungseinheit
20
angeordnet. Die Doppelbrechungsplatte 170 trennt die beiden orthogonal polarisierten
Lichtstrahlen entsprechend dem erregten oder unerregten Zustand der Polarisationssteuerzelle
70 gemäß Figur 5 in der T;ichtübertragungseinheit 20. Tichtstrahlen der einen Polarität
haben einen unterschiedlichen Winkel als Lichtstrahlen der anderen Polarität, sodaß
ein anderer Beleuchtungswinkel dadurch erzielbar ist, daß der Erregungszustand der
Polarisationssteuerzelle 70 geändert wird.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 14 ist ein modifiziertes Mikroskop
dargestellt, welches eine abgeänderte elektrisch gesteuerte Lichtübertragungseinheit
enthält. Sie weist eine elektrisch steuerbare Phaseneinheit auf, welche allgemein
mit 200 bezeichnet ist und welche durch eine Phasensteuerschaltung 202 betrieben
wird. Die in Figur 15 dargestellte Phaseneinheit 200 enthält ein Paar von Musterwählzellen
204 und 206, wobei jede von diesen eine Kombination von Zellen sein kann, z.B. von
Musterwählzellen 60 und 62 gemäß Figur 3,4 und 5, einer Punktwählsteuerzelle gemäß
Figur 8 oder irgend einer anderen erwünschten Musterwählzelle oder Zellen. Zum Gebrauch
des Mikroskos gemäß Figur 14 für Phasenkontrast-Mikroskopie, entha.lten die Musterwählzellen
204 und 206 ein Elektrodenmuster, welches entweder komplmentär oder dasselbe ist,
wie ein Elektrodenmuster in der Lichtübertragungseinheit 20 für Durchlichtbeleuchtung
26 oder Auflichtbeleuchtung 28. Eine Phasenein-:telleinheit, allgemein bezeichnet
nit 210, ist zwischen den Musterwählzellen 204 und 206 angeordnet und enthält ein
Paar von gegensätzlich orientierten piezoelektrischen Doppelbrechungsplatten 212
und 214, welche unmittelbar aufeinanderliegen und an den Außenflächen mit transparenten
Elektroden
216 und 218 versehen sind. Die Doppelbrechungsplatten 212 und 214 können beispielsweise
aus Quarz oder Kalzit bestehen. EinPotentiometer 220 ist parallel zu einer Spannungsquelle
geschaltet; eine der Elektroden 216 ist mit dem Schieber und die andere Elektrode
218 mit dem Ende des Potentiometers 220 so verbunden,daß an den Elektroden 216 und
218 eine einstellbare Spannung anliegt zur wählbaren Dicke der Doppelbrechungsplatten
212 und 214.
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Die Musterwählzellen 204 und 206 werden durch eine Steuerschaltung
222 betrieben, welche Teil der Phasensteuerschaltung 202 ist. Sie ist ähnlich ausgebildet
wie die Steuerschaltung 22 , die - wie zuvor beschrieben - zum Betreiben der Musterwählzellen
dient. Die Doppelbrechungsplatten 212 und 214 sind so orientiert, daß sie das Licht
verzögern, welches seine Polarität durch die Musterwählzelle 206 gedreht hat, und
daß sie das Licht ungehindert durchlassen, welches beim Durchgang durch die Musterwählzelle
206 seine Polarität nicht gedreht hat. Andrerseits können die Doppelbrechungsplatten
212 und 214 so orientiert sein, daß sie das Sicht verzögern, welches durch die Musterwählzelle
206 ohne Drehung der Polartät durchgeht, und das Licht ungehindert durchlassen,
welches durch die Musterwählzelle 206 seine Polarität gedreht hat. Die Phaeneinheit
200 kann wahlweise eine Polarisationssteuerzel-224 le/enthalten, welche im wesentlichen
dieselbe ist, wie die Polarisationssteuerzelle 70 der Lichtübertragungseinheit;
sie kann in Verbindung mit den Polarisatoren 130 und 132 gebraucht werden, die den
Okularen zur Erzielung eines stereoskopischen Effektes vorgeschaltet sind.
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Das Mikroskop gemäß Figur 14 enthält ein Photometer 226,
das
so angeordnet ist, daß es einen Teil des durch die Phaseneinheit 200 gehenden Lichtes
empfängt. In herkömmlicher Weise sind die beiden Reflektoren 40 und 44 teilweise
durchlässig und das Photometer ist so angeordnet, daß es das durch die Reflektoren
40 und 44 gehende Leicht erhält.
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Um mit dem in Figur 14 und 15 dargestellten Mikroskop eine Phssenkontrast-Mikroskopie
durchzuführen, wird die Nicht übertragungseinheit 20 so betrieben, daß sie ein kreisförmiges
oder ein ringförmiges Tichtmuster durchläßt , und die Musterwählzellen 204 und 206
werden so betrieben, daß entweder die Polarisationsebene des unabgelenkten Strahlenbündels
entsprechend dem Lichtmuster der Lichtübertragungseinheit 20 gedreht wird oder es
wird die Polarisationsebene des abgelenkten Dichtes entsprechend dem ungebrochenen
Lichtbündel gedreht und zu Mustern vereinigt, die durch die IJichtübertragungseinheit
20 vorgewählt sind. Mit dem Potentiometer 220 wird über die Phaseneinstelleinheit
210 die Phase einer Polarität des Lichtes eingestellt. Die an den Doppelbrechungsplatten
212 und 214 angelegte Spannung paßt die Dicke der Platten der gewählten Verzögerung
der Lichtstrahlen an, welche entsprechend der Polarsation durch die Musterwählzelle
206 gedreht worden sind. Danach dreht die Musterwählzelle 204 den Strahl, welcher
durch die Musterwählzelle 206 gedreht worden ist, zurück in seine ursprüngliche
Richtung, wobei das Licht dann durch die Okulare 34 und 36 geht und normal betrachtet
werden kann.
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Die Einstellung der Phase des abgelenkten Tichtbündels relativ zu
dem unabgelenkten Lichtbündel, ergibt eine Interferenz, wenn das abgienkte und das
unabgelenkte nicht Sünde] wieder vereinigt sind. Dadurch wird ein ,größerer
Kontrast
der Abbildung des Objektes 24 erzielt.
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Das Mikroskop gemäß Figur 14 und 15 kann auch verwendet werden zur
Messung der Höhe oder der relativen Phasenverschiebung zwischen aufgespalteten Punkten
des Objektes 24, wenn die Lichtübertragungseinheit 20 so betrieben wird, daß die
aufgespalteten Punkte des Objektes 24 beleuchtet und die Musterwählzellen 204 und
206 so betrieben werden, daß die Polarisationsebenendes Lichtes entsprechend dieser
Punkte gedreht wird. Das Licht von den zwei Punkten kann kombiniert und dem Photometer
226 zugeführt werden, sodaß durch Einstellung des Potentiometers 220 ein Nullabgleich
oder ein Spitzenabgleich des Photometers 220 vorgenommen werden kann, je nach dem,
ob eine aufbauende oder zerstörende Interferenz des Lichtes vorliegt. Wenn die Auflichtbeleuchtung
28 als Beleuchtung gewählt wird, kann ein solcher Nullabgleich der Phase zur Messung
der relativen Höhe zwischen den beleuchteten Punkten des Objektes 24 benutzt werden,
und wenn die Durchlichtbeleuchtung 26 als Beleuchtung gewählt wird, kann die relative
Verzögerung oder Phasenverschiebung der aufgespalteten Lichtstrahlen bestimmt werden,
die durch die beleuchteten abgespalteten Teile des Objektes 24 vorgegeben sind.
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Eine elektrisch gesteuerte Lichtübertragungseinheit und eine elektrische
Steuerschaltung, ähnlich der zuvor beschriebenen Lichtübertragungseinheit 20 und
der Steuerschaltung 22, kann anstelle der Phaseneinheit 200 und der Phasensteuerschaltung
202 der Figur 14 verwendet werden; oder eine abgewandelte elektrisch gesteuerte
Lichtübertragungseinheit mit Phasensteuerung, wie in Figur 20 gezeigt, kann an die
Stelle der Phaseneinheit 200 gemäß Figur 14 gesetzt
werden, um
eine räumliche Filterung des Lichtes vom Objekt nach dem Durchgang durch das Objektiv
zu ermöglichen. Für nanche räumliche Filterungsfunktionen ist die Lichtübertragungseinheit
20 in dem Beleuchtungssystem nicht erforderlich. Die modifizierte Lichtübertragungseinheit
gemäß Figur 20 enthält Polarisatoren 227 und 228, die an den Außenseiten der in
Serie angeordneten Musterwählzelle 206, der Phaseneinstelleinheit 210 und der Musterwhlzelle
204 angeordnet sind. Wenn eine Tichtquelle 29 gewählt wird, die Polarisiertes Licht
aussendet, oder wenn die Tichtübertragungseinheit 20 in dem Beleuchtungssystem enthalten
ist, ist der Polarisator 227 nicht erforderlich und kann entfernt sein. Eine räumliche
Filterung, Fourier-Tranformations-Filterung o.dgl., des Lichtes von dem Objektiv
kann zum Vergrößern des Bildes oder zum Auffinden gewahlter Filder benutzt werden.
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Zum Betrieb der in Figur 20 gezeigten Ausführung werden die Musterwählzellen
204 und 206 so angesteuert, daß nur die vorgewählten Tichtmuster durchgehen. Die
Phaseneinstelleinheit 210 wird so betrieben, daß die Phase des durch die Musterwählzelle
206 vorgewählten Musters relativ zur Phase des durch die Musterwählzelle 204 vorgewählten
Musters geändert werden kann, um eine Bildvergrößerung oder eine Interferenz zwischen
den vorgewählten Bildteilen zu erzeugen, die zum Auffinden eines gewählten Objektes
oder von Objekten geeignet ist.
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In Figur 16 ist ein abgeänderter Steuerschaltungsteil dargestellt,
welcher eine integrierte Schaltung 230 enthält.
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Diese hat analoge Schalter 232, von diesen ist nur einer
dargestellt,
zur Verbindung des Schiebers des Potentiometers 100 mit den zugeordneten Elektroden
der Musterwählzelle oder der Polarisationssteuerzelle. Jeder analoge Schalter wird
durch ein Gatter 234 betätigt, dessen einer Eingang mit einer Elementewählleitung
236, z.B. von einem der Wähler 90, 92 oder 94 gemäß Figur 5, und dessen anderer
Eingang mit einer Phasensteuerleitung 238, z.B. vom Phasenwähler 146 gemäß Figur
11, verbunden ist. Der Schalter 232 wird während der positiven Halbwelle des Phasensteuersignals
an Leitung 238 betätigt, wenn die Elementewählleitung 236 erregt ist.
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Figur 17 zeigt eine Ausführung, bei der die Steuerung der Elektroden
der Musterwählzellen und die Steuerung der Polarisationssteuerzelle von einem Computer
erfolgen. Der Computer enthält ein Schaltwerk (latch) 242, welches die Wählleitung
244 zu einem Eingang eines Gatters 246 steuert, welches die Elektrode betreibt.
Ein zweites Schaltwerk (latch) 248 des Computers 240 steuert einen Schalter 250,
welcher die Phase des Oszillators 144 wählt und dem Eingang des Gatters 246 zuführt.
Der Antriebsoszillator 94 ist mit dem dritten Eingang des Gatters 246 verbunden.
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Schaltwerke (latches) 252 können wahlweise mit einem Digital-Analog-Wandler
254 verbunden werden, welcher die Kraft-Eingangsspannung für die das Gatter 246
enthaltende CMOS-Einheit 256 steuert zur Farbauswahl, wenn die Zelle betätigt ist.
Der Computer 240 kann so betrieben werden, daß er das Schaltwerk 248 mit der Frequenz
von einem oder beiden der Oszillatoren 94 und 144 betreibt und den Ausgang des Schaltwerkes
248 unmittelbar mit dem Eingang des Gatters 246 verbindet, sodaß der Oszillator
94 und/oder
der Oszillator 144 und der Schalter 250 unnötig werden.
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Eine Messung sowohl der Größe als auch der Phasenverschiebung erlaubt
eine Ausführung des Mikroskops, wie sie in Figur 14 dargestellt ist. Die dort vorgesehene
Phasenzelle 200 kann automatisch durch den Computer 240 gemäß Figur 18 angesteuert
werden, wobei der Computer 240 über einen Digital-Analog-Wandler 262 die Spannung
an den Elektroden 216 und 218 der Phaseneinstelleinheit 200 steuert.
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Eine einen Photo-Detektor 264 und einen Dunkelstromsensor 266 enthaltende
Einheit ersetzt das Photometer gemäß Figur 14. Das Ausgangssignal des Photo-Detektors
264 wird in einer Vergleicherschaltung 268 mit dem Ausgangssignal des Dunkelstromsensors
266 verglichen. Der Computer 240 prüft eine Nullbedingung des dem Photo-Detektor
264 zugeführten Lichtes während der Änderung des Digital-Analog-Ausganges 262, um
die Höhe oder die Phasenverschiebung zu bestimmen. Der Computer 240 kann ferner
gebraucht werden, um das Objekt abzutasten, wenngeeignete Mustersteuersellen vorgesehen
sind mit gespalteten Abtast-Punktelektroden oder anderen für die Abtastung geeigneten
Elektroden.
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Da viele Abwandlungen und Abänderungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele
insbesondere im Detail noch möglich sind, dürfen die vorstehende Beschreibung und
die Zeichnungen nicht im beschränkenden Sinne ausgelegt werden.
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