Weiterentwicklungen des VHDK

Copyright: Jugend forscht

Timm Piper´s
Mikroskopie-Seiten
Einleitung
Prinzipien des VHDK
Prinzipien des VPDK
Prinzipien des VPHK
Material und Methode
Ergebnisse mit VHDK
Ergebnisse mit VPDK
Ergebnisse mit VPHK
Weiterentwicklungen
des VHDK
Weiterentwicklungen
des VPDK
Weiterentwicklungen
des VPHK
Optische Kalkulationen
Diskussion
Schlussbetrachtung
Ergänzendes 
Bildmaterial
Video Downloads
Quellennachweis
Eigene Publikationen
Patente
Danksagungen
Über mich
Kontakt

In speziellen Kondensoren für variablen Hell-Dunkelfeld-Kontrast könnten die vorbeschriebenen Lichtringe durch eine verstellbare Spaltblende ersetzt werden, deren Länge, Breite und Position kontinuierlich veränderbar wäre. Auf diese Weise könnte die Spaltblende für axiale (azimutale bzw. zentrale) Beleuchtung ebenso verwendet werden wie für Schrägbeleuchtung. Auch in dieser technischen Ausführungsvariante könnte der Einfallswinkel des Beleuchtungslichtes durch Verschieben der Spaltblende variiert werden. Der zugehörige Lichtstopper könnte als Doppelblendenschieber so ausgelegt werden, dass sich die Fläche des Mittelstegs zwischen den beiden Lichtdurchlässen der Doppelblende optisch kongruent zu der Spaltblende im Kondensor verhält.



Abb. 45: Vorschläge für verschiedene Konstruktionen von Doppelblendenschiebern
(weitere Erläuterungen im Text),
Doppelblenden mit geradlinig begrenzten Trennstegen ohne Polfilter (a and b),
ausgelegt mit einem Polfilter (c) oder zwei gekreuzten Polarisatoren (d),
Trennstege mit einem (e) oder zwei (f) schmalen Polarisationsfiltern,
Polfilter von Abb. f in Kreuzstellung




Abb. 46: Anordnung von kondensorseitigem Drehpolarisator, Lichtring und
Doppelblendenschiebern von Abb. 45c-f, mögliche Regulierungen durch Verstellen
des Drehpolarisators im Kondensor (weitere Erläuterungen im Text),
Regulierung des Hellfeldbildes (a) bzw. der Hell- und Dunkelfeldbilder (b),
Selektive Regulierung der beleuchtenden Strahlen für Hellfeld (c)
bzw. Hell- und Dunkelfeld (d)


Einige Vorschläge für geeignet konstruierte Lichtstopper auf einführbaren Schiebern werden in den Abbildungen 45a und b präsentiert. 

Im Blendenschieber-basierten VHDK könnten die Intensitäten der Hell- und Dunkelfeld-Teilbilder auch polarisationsoptisch reguliert werden. Für diesen Zweck wäre ein drehbarer Polarisationsfilter unterhalb der Aperturblende in den Kondensors zu integrieren, entsprechend der in der Polarisationsmikroskopie üblichen Anordnung eines Polarisators. Zusätzlich wäre der Doppelblendenschieber seinerseits mit einem oder zwei Polarisationsfiltern zu bestücken, wie in den Abbildungen 45c und d gezeigt. Wenn nur ein Lichtdurchlass mit einem Polfilter versehen wird (Abb. 45c), kann die Amplitude des beleuchtenden und abbildenden Lichtes, welches diese Öffnung passiert, durch Verstellen des im Kondensor eingelassenen Drehpolarisators verändert werden. Die Amplitude derjenigen Lichtkomponenten, welche die andere Öffnung passieren, könnte bedarfsweise durch lichtquellenseitige Veränderung der Beleuchtungsstärke reguliert werden. Sofern beide Lichtdurchlässe mit Polarisationsfiltern in Kreuzstellung ausgelegt werden (Abb. 45d), können die Intensitäten sämtlichen Lichts, welches beide Durchlässe passiert, gegenläufig durch Drehen des Kondensor-seitigen Polarisationsfilters verändert werden. In beiden Varianten kann das beleuchtende und abbildende Licht, welches dem Dunkelfeld- und Hellfeld-Bild zugeordnet ist, unabhängig voneinander reguliert werden. Die Prinzipien der beschriebenen Anordnungen werden in den Abbildungen 46a und b weitergehend verdeutlicht. In den Lichtfilterschiebern von Abb. 45d bzw. 46b könnte auch einer der Polarisationsfilter in einem der Lichtdurchlässe zusätzlich drehbar vorgesehen werden, so dass die Gewichtung der Hell- und Dunkelfeld -analogen Teilbilder noch weitergehend an die Gegebenheiten der jeweiligen Beobachtung angepasst werden könnten.

Wenn modifizierte Lichtstopper auf Schiebern gemäß Abb. 45e und f verwendet werden, besteht die Möglichkeit, ausschließlich die beleuchtenden Lichtkomponenten, welche mit Hell- und Dunkelfeld korrespondieren, polarisationsoptisch zu regulieren, während die Bild -gebenden Strahlen die Lichtdurchlässe ohne jegliche Modifikation durchlaufen können. Ansonsten entsprechen die Prinzipien dieser Varianten denjenigen, welche vorbeschrieben wurden.

Polarisationstechniken könnten auch verwendet werden, um die Lichtintensitäten im Kondensor-basierten konzentrischen VHDK zu regulieren. Für diesen Zweck müssten die Lichtringe im Kondensor mit ringförmigen Polarisatoren gemäß Abb. 47 ausgestattet werden; zusätzlich müsste auch hier ein separater drehbarer Polarisationsfilter wie vorbeschrieben innerhalb des Kondensors, vorzugsweise unterhalb der Aperturblende, eingelassen werden. Der so modifizierte Kondensor-Lichtring muss selbstredend zentrisch justiert und im Hinblick auf seine Größe mit der Querschnittsfläche des jeweils verwendeten Objektivs abgestimmt werden, wie in den Abbildungen 1a und 2a bzw. b dargelegt (vgl. Abschnitt „Prinzipien des VHDK“).



Abb. 47: Konstruktionspläne für Kondensorlichtringe mit Polarisationsfiltern ,
Innenzone mit Ringpolarisator (a), Innen- und Außenzone mit zwei konzentrischen
Ringpolarisatoren in Kreuzstellung (b), Innenfläche mit Polfilter (c)


Wenn nur die Innenzone des Kondensor-Lichtrings mit einem ringförmigen Polarisationsfilter ausgelegt wird (Abb. 47a), kann selektiv dasjenige Beleuchtungslicht, welches zu der Hellfeld-Komponente führt, durch Drehung des unterhalb der Aperturblende vorgesehenen Polarisationsfilters verändert werden; die äußere Zone des Lichtringes, welche der Dunkelfeld-Beleuchtung dient, kann in diesem Fall bedarfsweise durch moderate Verengung der Aperturblende eingegrenzt werden.

Wenn die Außen- und Innenzonen des Kondensor-Lichtringes jeweils mit zwei konzentrischen Ringpolarisatoren in Kreuzposition ausgelegt werden (Abb. 47b), können die Amplituden beider Zonen gegenläufig verändert werden, wenn der zusätzlich unterhalb im Kondensor eingelassene Drehpolarisator verstellt wird. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit, zur Veränderung der Bildgewichtungen die Aperturblende zu verstellen oder die Intensität der Lichtquelle zu variieren. Die Helligkeiten beider Beleuchtungslicht-Komponenten könnten noch weitergehender in vermehrter Varianz eingestellt werden, wenn neben dem unterhalb der Aperturblende eingelassenen drehbaren Polarisationsfilter mindestens einer der Ringpolarisatoren ebenfalls drehbar gelagert wird. Unter technischem Aspekt wäre in diesem Fall zweckmäßigerweise der externe bzw. äußere Ringpolarisator drehbar vorzusehen.

Ein weiterer Konstruktionsvorschlag wird in Abb. 47c gezeigt. Hier wird der Kondensor-Lichtring durch einen großflächigen scheibenförmigen Polarisationsfilter ersetzt, der sich in derselben Position wie die sonstigen Kondensor-Lichtringe befindet. Der Durchmesser dieses Polarisationsfilters hat so an den Durchmesser des Objektivquerschnitts angepasst zu werden, dass der Rand des Polarisationsfilters mit dem Rand der äußeren Objektiv-Querschnittsbegrenzung optisch kongruent ist. In diesem Fall stammen sämtliche Lichtkomponenten, welche das Objektiv passieren, von diesem Polarisationsfilter. Eine schmale transparente Außenzone, welche jenseits des Polfilters liegt, sollte sich zusätzlich optisch außerhalb des Objektivquerschnitts projizieren und auf diese Weise eine Dunkelfeld -Beleuchtung induzieren. Ein zweiter Polarisationsfilter ist wiederum innerhalb des Kondensors, vorzugsweise unterhalb der Aperturblende, drehbar zu montieren. Auch in dieser Ausführungsvariante kann die Intensität des Dunkelfeld-Teilbildes mittels Aperturblende verändert werden, alternativ auch durch Anpassung der Lichtquellen-Helligkeit. Die Amplitude des Hellfeld-assoziierten Lichtes kann hingegen durch Drehen des Kondensor-seitigen Polarisationsfilters verändert werden. Im Unterschied zu dem Konstruktionsplan von Abb. 47a kann im hier bezeichneten Beispiel das axiale Beleuchtungslicht auch zur Hellfeld-Beleuchtung beitragen.

In anderen Kontruktionstypen spezieller Kondensoren für VHDK könnten auch zwei separate Lichtringe, Spaltblenden oder sonstig geeignet ausgeformte Lichtmasken integriert werden, welche jeweils von einer eigenen Lichtquelle gespeist würden und individuell in allen Richtungen horizontal verschiebbar wären. Auf diese Weise könnten die beiden beleuchtenden Lichtkomponenten, welche zu den Hell- und Dunkelfeld-analogen Teilbildern führen, voneinander separiert werden; zusätzlich könnte deren Einfallswinkel jeweils individuell eingestellt und an die Gegebenheiten des Objektes adjustiert werden.

VHDK könnte auch in die Auflichtmikroskopie eingeführt werden, entsprechend dem in Abb. 48 gezeigten Konstruktionsplan. In diesem Fall wäre ein Auflicht-Illuminator so umzurüsten, dass die peripheren beleuchtenden Lichtstrahlen zu einem Auflicht-Dunkelfeldbild führen , während ein zusätzlich zentrisch verlaufender Lichtanteil ein Auflicht-Hellfeldbild generiert. Beide beleuchtenden Lichtkomponenten sind auf geeignete Weise innerhalb des Objektivs zu separieren, wie auch sonst in der Halbleitermikroskopie üblich: Das Dunkelfeld -erzeugende Beleuchtungslicht verläuft folgerichtig durch die periphere Zone des Objektivs und wird vom bildgebenden Licht getrennt. Zusätzlich verläuft die andere Lichtkomponente, welche das Hellfeldbild erzeugt, axial durch die abbildenden Objektivlinsen. In dieser Technik könnte eine Schrägbeleuchtung realisiert werden, wenn das beleuchtende Licht innerhalb des Auflicht-Illuminators partiell abgedeckt wird. Die Intensitäten beider beleuchtender Lichtkomponenten könnten auch hier separat und unabhängig voneinander reguliert werden, wenn geeignet ausgestaltete Polarisatoren in den Auflicht-Illuminator integriert werden, entsprechend den technischen Prinzipien, die bereits im Hinblick auf Abb. 47 diskutiert wurden.



Fig. 48: Umgestalteter Auflicht-Illuminator mit Objektiv für Auflicht- Hell- und -Dunkelfeld. 
Beleuchtungsstrahlen für Dunkelfeld (1) und Hellfeld (2), bildgebende Strahlen (3). 
Konstruktionsskizze modifiziert nach Ernst Leitz Wetzlar GmbH, 1969


Wie bereits angesprochen, können in allen Varianten des VHDK zusätzliche Farb-Doppelkontrast-Effekte erzeugt werden, wenn die beiden beleuchtenden Lichtkomponenten, welche dem Hell- und Dunkelfeld-Teilbild zugeordnet sind, in unterschiedlichen, vorzugsweise komplementären bzw. visuell gut unterscheidbaren Farben gefiltert werden. Auf diese Weise könnten auch monochromatische Farbfilter verwendet werden, um Auflösung, Schärfe und Kontrast weitergehend zu optimieren, speziell in dem Fall, dass angefertigte Mikrofotografien in Schwarz-Weiß-Ansichten zu konvertieren sind.



Letztes Update: 10.08.2012
Copyright: Timm Piper, 2012