Weiterentwicklungen des VPDK

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Technische Weiterbildungen des konzentrisch-peripheren VPDK:

Im konzentrisch-peripheren VPDK können die Intensitäten der Phasenkontrast- und Dunkelfeld-Teilbilder ebenfalls polarisationsoptisch reguliert werden. Für diesen Zweck sollte zumindest der innere Kondensor-Lichtring, welcher Phasenkontrast repräsentiert, mit einem Polarisationsfilter ausgelegt werden. In Ergänzung hierzu, ist ein zweiter drehbarer Polarisationsfilter unterhalb des Kondensors zu montieren (Abb. 49a). In dieser Anordnung kann die Intensität des Phasenkontrast-produzierenden Beleuchtungslichts kontinuierlich durch Drehung des Kondensor-seitigen Polarisationsfilters verändert werden (siehe Pfeil in Abb. 49a); die Intensität des zusätzlich generierten Dunkelfeld-Bildes kann mittels Aperturblende adjustiert werden, indem durch moderate Verengung dieser Blende der äußere Lichtring verschmälert wird. Die Aperturblende des Kondensors ist in Abb. 49 nicht eingezeichnet.



Abb. 49:
Konstruktionspläne für Kondensorlichtmasken mit Analysatoren,
kombiniert mit einem unter der Lichtmaskenebene angeordneten Drehpolarisator,
Innerer Lichtring mit Analysator (a), beide Lichtringe mit separaten Analysatoren (b).
1 = drehbarer Polarisator  2 = Analysator für inneren Lichtring, 3 = Lichtmaske mit
innerem Analysator, 4 = drehbare Lichtmaske mit Analysatoren in beiden Lichtringen
(weitere Erläuterungen im Text)


Wenn interner und externer Lichtring jeweils mit separaten Polarisationsfiltern in Kreuzposition ausgelegt werden, können die Lichtamplituden beider Bereiche durch den zusätzlich vorhandenen drehbaren Polarisationsfilter gegenläufig verstellt werden, ohne die Öffnungsweite der Aperturblende oder die Intensität der Lichtquelle zu verändern (Abb. 49b). Die Intensität beider beleuchtender Lichtkomponenten kann in noch weitergehender Varianz reguliert werden, wenn mindestens einer der konzentrischen Polarisatoren, vorzugsweise der äußere Ring-Polarisator ebenfalls drehbar gelagert werden (siehe oberen Pfeil in Abb. 49b).

Konzentrisch-peripherer VPDK kann auch in Auflicht-Mikroskope integriert werden; einen Konstruktionsvorschlag zeigt die Planskizze in Abb. 50 (technische Zeichnung modifiziert basierend auf E. Leitz-Wetzlar, 1969b). Hierzu muss ein Auflicht-Illuminator so umgestaltet werden, dass die peripher verlaufenden beleuchtenden Lichtstrahlen ein Auflicht-Dunkelfeld-Bild erzeugen, während ein schmalerer, im inneren Objektiv -Linsensystem verlaufender Lichtkonus ein Auflicht-Phasenkontrastbild generiert.



Abb. 50: Umgestalteter Auflicht-Illuminator mit Spezialobjektiv für VPDK. Beleuchtungsstrahlen
für Dunkelfeld (1) und Phasenkontrast (2), bildgebende Strahlen (3), Lichtmaske mit konzentrischen
Lichtringen auf einführbarem Schieber (4), Phasenplatte mit Phasenring (5).
Konstruktionsskizze modifiziert nach Ernst Leitz Wetzlar GmbH, 1969.


Wie in Abb. 50 gezeigt wird, kann ein Schieber in den Illuminator eingeführt werden, welcher mit zwei konzentrischen und adäquat dimensionierten Lichtringen bestückt ist. Auf diese Weise kann das Beleuchtungslicht in zwei Anteile gegliedert werden, welche zu dem Phasenkontrast- und Dunkelfeld-Bild führen. Beide beleuchtenden Lichtkomponenten müssen innerhalb des Objektivs voneinander separiert werden, wie dies auch in der Hell-Dunkelfeld-Anordnung eines Halbleiter-Mikroskops üblich ist; zusätzlich muss allerdings das jeweilige Auflicht -Objektiv mit einem Phasenring ausgestattet werden, um VPDK im Auflicht zu realisieren. In dieser Anordnung verläuft das Dunkelfeld -assoziierte Beleuchtungslicht durch die Außenzone des Objektivs und wird von den bildgebenden Strahlen getrennt. Die zweite Lichtkomponente, welche das Phasenkontrastbild produziert, läuft hingegen durch die bildgebenden Objektivlinsen, wobei dieser Lichtkonus mit dem Phasenring im Objektiv deckungsgleich sein muss. Auf diese Weise werden zwei Teilbilder (ein Auflicht-Phasenkontrast- sowie ein Auflicht -Dunkelfeldbild) in der Zwischenbildebene miteinander überlagert. Auch in dieser Technik kann Schrägbeleuchtung im Auflicht erzeugt werden, wenn die beleuchtenden Lichtstrahlen innerhalb des Auflicht-Illuminators teilweise abgedeckt werden. Die Intensitäten beider beleuchtender Lichtkomponenten können auch in dieser Anordnung mit entsprechend ausgestalteten Polarisationsfiltern reguliert werden, die in den Auflicht -Illuminator zu integrieren sind, entsprechend der vorbeschriebenen technischen Prinzipien. Schließlich könnte auch noch eine Irisblende in den Auflicht-Illuminator integriert werden, so dass die Breite der äußeren Lichtzone, welche mit dem Dunkelfeldbild assoziiert ist, bedarfsweise durch Verengung dieser Blende in feinen Stufen veränderbar wäre. Letztlich könnte auch noch eine kleine zusätzliche Irisblende in das bildgebende Objektiv-Linsensystem eingelassen werden, so dass die Qualität des Auflicht-Dunkelfeldbildes und zusätzlich auch die Schärfentiefe weiter angehoben werden könnten, entsprechend üblichem Vorgehen bei Dunkelfeld-Untersuchungen im durchfallenden Licht.

In allen Varianten des VPDK, seien sie nun im durchfallenden oder auffallenden Licht realisiert, können zusätzliche Farb-Doppelkontraste erzeugt werden, wenn beide beleuchtenden Lichtkomponenten, welche mit dem Phasenkontrast- und Dunkelfeld-Bild korrespondieren, in unterschiedlichen, vorzugsweise komplementären Farben gefiltert werden. Zusätzlich könnten auch monochromatische Lichtfilter verwendet werden, um weitere Optimierungen von Auflösung, Schärfe und Kontrast herbeizuführen, vor allem in Bildern, welche in Schwarz-Weiß-Ansichten konvertiert werden sollen.

Wenn der innere Lichtring, welcher mit Phasenkontrast korrespondiert, geringfügig dezentriert wird, kann ein geringer Anteil des Beleuchtungslichts nach der Objektpassage am Phasenring vorbeilaufen und auf diese Weise ein zusätzliches Hellfeld-Bild erzeugen, welches sich mit dem Dunkelfeld- und Phasenkontrastbild überlagert. Je mehr Kondensor-Lichtring und Phasenring dezentriert werden, desto höher wird die Intensität und Dominanz des Hellfeldbildes sein und desto weniger wird das verbleibende Phasenkontrast-Teilbild in das entstehende Überlagerungsbild eingehen.


Technische Weiterbildungen des axialen VPDK:

Auch in axialem VPDK könnten Hersteller spezielle Kondensoren fertigen, bei denen die Intensitäten der erzeugten Teilbilder mit Polarisationstechniken geregelt werden, so dass die Aperturblende nicht länger für die Regulierung der Bildgewichtung verwendet werden muss. Vorschläge für entsprechende Konstruktionspläne werden in Abb. 51 gezeigt. Der Kondensor-Lichtring, welcher das Phasenkontrast-Bild repräsentiert, wäre hierzu mit einem Ringpolarisator zu bestücken und die zusätzlich vorhandene zentrische Perforation mit einem kleinen scheibenförmigen Polarisationsfilter. Beide Filter könnten vorzugsweise drehbar montiert werden. Zusätzlich ist ein separater drehbarer Polarisationsfilter unterhalb der so umgestalteten Lichtmaske im Kondensor zu integrieren. Bei dieser Anordnung können die Intensitäten aller beleuchtenden Lichtkomponenten kontinuierlich und unabhängig voneinander durch Verstellen der betreffenden Polarisationsfilter verändert werden (Abb. 51a). Wenn die zentrische Lichtperforation und der Phasenkontrast-produzierende Lichtring mit zwei Polarisationsfiltern in Kreuzposition bestückt werden, können auch bei dieser Anordnung die Lichtamplituden beider Beleuchtungs-Komponenten durch Verstellen des darunter angeordneten drehbaren Polfilters gegenläufig verändert werden, ohne dass die kleinen Polarisationsfilter der darüber befindlichen Lichtmaske selbst verstellt werden müssten (Abb. 51b).



Abb. 51: Konstruktionspläne zu Kondensor-Lichtmasken für axialen VPDK, bestückt mit
Polarisationsfiltern, Auslegung beider Lichtdurchlässe mit drehbaren Polarisatoren (a)
oder fixierten Polarisatoren in Kreuzstellung (b), scheibenförmiger Polarisator für inneren
Lichtdurchlass (P1), Ringpolarisator für äußeren Lichtring (P2), drehbarer Polarisator unterhalb
der Lichtmaskenebene (P3), modifizierte Lichtmaske (2) mit Lichtring für Phasenkontrast (2.1)
und zentrischer Perforation für axiales Dunkelfeld (2.2)


An Stelle von Polarisationsfiltern können auch variabel ausgestaltete Doppelblenden-Systeme in spezielle Lichtmasken für axialen VPDK integriert werden; einige Konstruktionsvorschläge werden in Abb. 52 gezeigt. So könnte beispielsweise eine kleine Irisblende in zentrierter Position montiert werden, welche den Durchmesser der zentralen Perforation regulieren lässt (Abb. 52a); im hier gezeigten Beispiel ist die Größe des äußeren Lichtringes feststehend, so dass dessen Breite mit Hilfe der Aperturblende verändert werden kann. Alternativ kann auch die zentrale Perforation hinsichtlich ihrer Größe fixiert sein, während der äußere Lichtring durch eine in die Lichtmaske eingelassene Irisblende in seiner Breite verstellt werden kann (Abb. 52b). Schließlich könnten auch, wie in Abb. 52c gezeigt, beide Lichtdurchlässe mit konzentrischen Irisblenden ausgestattet werden, so dass deren Flächen unabhängig voneinander veränderbar wären.



Abb. 52: Konstruktionsvorschläge für Lichtmasken mit Doppelblenden,
einsetzbar für axialen VPDK
innere (zentrale) Irisblende und fixierter äußerer Lichtring (a),
äußere Irisblende und fixierter innerer Lichtdurchlass (b),
Doppelblendensystem, bestehend aus zwei konzentrischen Irisblenden (c)


Seitens Hersteller könnten auch spezielle Objektive für paraaxialen Phasen-Dunkelfeld-Kontrast kreiert werden. In diesen wäre der zentral angeordnete scheibenförmige Lichtstopper durch einen lichtundurchlässigen ringförmigen Lichtstopper zu ersetzen, der in der hinteren Objektiv -Brennebene konzentrisch zum dort vorhandenen Phasenring einzulassen wäre; die Kondensor-Lichtmaske ist in diesem Fall folgerichtig als Doppelring-System auszulegen, welches aus zwei konzentrischen Lichtringen für Phasenkontrast und paraaxiales Dunkelfeld besteht (Strahlengangs-Skizze in Abb. 53). Bei dieser Ausführungsvariante können alle axialen beleuchtenden Lichtkomponenten das Objektiv passieren und zum finalen Bild beitragen, allerdings wird das Objekt hier nicht mehr rechtwinklig von streng axialem Licht beleuchtet. Voraussichtlich dürfte von den speziellen Gegebenheiten des Objektes abhängen, welche Variante im Einzelfall zu einem überlegenen Ergebnis führt.







Abb. 53: Strahlengang im paraaxialen VPDK.

  1 = Lichtquelle
  2 = modifizierte Lichtmaske
  2.1. = Lichtring für Phasenkontrast
  2.3. = Lichtring für paraaxiales Dunkelfeld (DF)
  3 = beleuchtendes Licht für Phasenkontrast (3.1.) und paraaxiales DF (3.3)
  4 = Kondensorlinse
  5 = Objekt,
  6 = Objektiv
  7 = modifizierte Phasenplatte, 7.1 = Phasenring, 7.3 = ringförmiger Lichtstopper  
  8 = bildgebende Strahlen für Phasenkontrast und Dunkelfeld (8.1 und 8.2)
  9 = Okular mit Zwischenbild
10 = Auge








Darüber hinaus könnten weitere Spezial-Objektive für axialen VPDK hergestellt werden, welche mit miniaturisierten transparenten planparallelen Schiebern ausgestattet wären, welche bei Bedarf nahe der Phasenplatte in den Objektivschaft eingeschoben oder entfernt werden könnten. Solche transparenten Einschubelemente könnten scheibenförmige oder ringförmige Lichtstopper beinhalten, wie in Abb. 54 schematisch dargestellt wird. Die korrespondierenden Kondensor-Lichtmasken müssten selbstredend mit diesen Lichtstoppern und dem Phasenring des Objektivs optisch kongruent sein. Auf diese Weise könnten axialer oder paraaxialer Phasen-Dunkelfeld-Kontrast und normaler Phasenkontrast auf einfache Weise wechselseitig ausgeführt werden, indem unter Verwendung ein und desselben Objektivs lediglich der zugehörige miniaturisierte Lichtstopper eingeschoben oder entfernt würde.

Abb. 54: Transparente Schieber für axialen (a) und paraaxialen (b) VPDK,
vorgesehen zum Einschub in die hintere Objektivbrennebene,
scheibenförmiger (1) und ringförmiger (1a) Lichtstopper


Prinzipiell könnte auch ein Spiegelobjektiv für axialen VPDK prädestiniert sein, da die lichtundurchlässige und üblicherweise schwarz mattierte Rückfläche des dort vorhandenen zentrischen Auffangspiegels als Lichtstopper fungieren könnte. Folgerichtig könnten einfallende axiale Beleuchtungsstrahlen von der Rückfront dieses kleinen zentralen Konvexspiegels abgefangen werden, ohne dass die Notwendigkeit besteht, das verwendete Spiegelobjektiv als solches umzubauen. Während ein zentrischer Lichtstopper in einem herkömmlichen Linsenobjektiv letztlich einen „Fremdkörper“ darstellt, ist der in jedem Spiegelobjektiv vorhandene kleine Zentralspiegel eine obligatorische Standardkomponente, welche in der Berechnung und optischen Auslegung des Objektivs bereits berücksichtigt wurde.

Um axialen VPDK mit einem Spiegelobjektiv zu realisieren, müsste ein geeignet ausgelegter Phasenring in konzentrischer Position nahe dem axial montierten Konvexspiegel angebracht werden. Selbstredend muss zusätzlich der Kondensor mit einer passenden Lichtmaske bestückt werden, so dass axial einfallendes Beleuchtungslicht vollständig von der Rückfront des zentrischen Auffangspiegels abgedeckt wird und gleichzeitig der beleuchtende Lichtkonus, welcher ein Phasenkontrast-Bild generiert, kongruent zum Phasenring des Spiegelobjektivs verläuft. Auf diese Weise könnten verschiedene bekannte konstruktionsbedingte Vorteile von Spiegelobjektiven wie herausragend große Arbeitsabstände, jegliches Fehlen chromatischer Aberration und volle optische Korrektion auch im ultravioletten und infraroten Bereich für axialen VPDK genutzt werden. Eine schematische Funktionsskizze eines so umgestalteten Spiegelobjektivs wird in Abb. 55 gezeigt.



Abb. 55: Katoptrisches Spiegelobjektiv mit  Phasenring für axialen VPDK

 LM = Lichtmaske, OT = Objektträger, DG = Deckglas
1  = zentrischer Konvexspiegel (Auffangspiegel),
2  = konkaver Hauptspiegel
3  = Beleuchtungslicht für axiales Dunkelfeld,
3a = Beleuchtungslicht für Phasenkontrast,
4  = bildgebendes Licht,
5  = zentrische Perforation für axiales Dunkelfeld
5a = Lichtring für Phasenkontrast


 

 





Letztes Update: 10.08.2012
Copyright: Timm Piper, 2012