專利名稱：用于顯微檢測物的對比方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯微檢測物為振幅和/或相位的光學(xué)對比方法。在對物進(jìn)行顯微檢測時(shí)，特別是對具有不同光學(xué)厚度的物范圍的活性未染色的細(xì)胞和細(xì)胞組織材料或無色透明材料進(jìn)行顯微檢測時(shí)，需要采用對比方法，借助比方法可以實(shí)現(xiàn)肉眼對物結(jié)構(gòu)的較好的辨別。
例如公知的在顯微鏡的照相側(cè)翼可以采用如下方法實(shí)現(xiàn)“傾斜”照明，將孔徑光闌偏離光學(xué)(照明)軸推移。這種公知的對比方法的缺點(diǎn)在于，其重復(fù)性差，成本過高并且需對每個(gè)物鏡重新調(diào)整。
另一種公知方法是相位對比方法。它是通過將相應(yīng)的光學(xué)器材置入物鏡的后焦面而產(chǎn)生對比效應(yīng)的。鑒于純相位物僅改變光線的相位，而不會(huì)改變光線的振幅，并且肉眼或光學(xué)片可以對振幅差而不是相位差做出響應(yīng)，所以在明視物象中是不能看到它們的。采用公知的相位對比方法時(shí)，由(相位)物引起的相位差被“轉(zhuǎn)換”成振幅差并因此肉眼可見。策爾尼克已認(rèn)識(shí)到，只需將照明光線相位變化λ/4，就能消除相位物和振幅物間的差別，即，使相位結(jié)構(gòu)完全像振幅結(jié)構(gòu)一樣變得肉眼可見。在實(shí)踐中人們利用一種環(huán)形片-所謂的“相位環(huán)”，相位環(huán)被置放在物鏡的后焦面上。相位環(huán)具有一定的厚度和吸收作用。采用相位環(huán)的前提條件是，照明光線由環(huán)形光源射出。這一點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上是通過在聚光鏡范圍內(nèi)裝置的光闌實(shí)現(xiàn)的。由于該光闌的直徑和寬度會(huì)影響照明孔徑，照明孔徑必須與物鏡孔徑保持一定的比例，所以一種公知的相位對比聚光鏡具有多個(gè)與物鏡共扼的環(huán)形光闌，這結(jié)環(huán)形光闌例如配置在一個(gè)轉(zhuǎn)換器盤上。其缺點(diǎn)在于，對每個(gè)顯微鏡物鏡必須配備一個(gè)專門設(shè)計(jì)的環(huán)形光闌并置于作用位置。此外不能實(shí)現(xiàn)“立體效應(yīng)”，并且例如在檢測液體室時(shí)將會(huì)面臨工藝上的困難。
其它幾種公知的對比方法涉及的是霍夫曼提出的調(diào)制對比。缺點(diǎn)是制作消耗過高，這是因?yàn)楸仨毑捎脤Ｓ梦镧R，這些物鏡是非旋轉(zhuǎn)對稱的。此外，這種方法很難操作。
最后要提及的是干涉對比方法，但該方法是建立在對復(fù)雜的晶體光學(xué)定向的光學(xué)偏振元件的應(yīng)用上，因此制作工藝的耗費(fèi)很大并因此成本昂貴。此外采用這種公知的方法是不能檢測例如置于塑料標(biāo)本容器內(nèi)的物體的，這是因?yàn)樗芰喜牧蠒?huì)影響偏振狀況。
所以本發(fā)明的任務(wù)是，避免已知方法的缺點(diǎn)，并提出一種綜合光學(xué)對比方法，該方法操作簡單，并且適用范圍很大，可以檢測所有加以考慮的物體，其中除相位對比外附加進(jìn)行立體對比。本發(fā)明的任務(wù)還在于，提出一種不采用偏振光學(xué)器件的相應(yīng)的裝置。
該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明采用本文件開始時(shí)提及的方式的方法通過a)對會(huì)聚透鏡的入射光瞳進(jìn)行局部非對稱選除，并且b)在物鏡的出射光瞳上產(chǎn)生的扇形光闌的象至少部分被非對稱的相位扇區(qū)遮蓋來實(shí)現(xiàn)。
附圖對本發(fā)明進(jìn)一步做了描述，其中

圖1a為顯微鏡的照明和成象光路部分示意圖;
圖1b為本發(fā)明的扇形光闌的俯視圖;
圖1c為本發(fā)明的相位片的俯視圖;
圖2為在帶有方位正確定向的相位扇區(qū)的本發(fā)明的相位片上的扇區(qū)光闌象。
圖1a為顯微鏡的照明和成象光路的一部分的示意圖。其軸與光軸5重合的照明光束，由光源L射出，在穿過會(huì)聚透鏡1后，首先通過作為孔徑光闌的光闌A，接著是會(huì)聚透鏡2，接著投射在或投射到顯微檢測的透明物上，在圖中透明物用標(biāo)本P表示。精確地說，P指的是標(biāo)本載片，例如平行平面的載玻片，在載玻片中心的由光軸5穿過的平面范圍內(nèi)，原標(biāo)本位于物面O上。這個(gè)標(biāo)本物可以是純振幅物或純相位物或兩種物的混合形式。在離開物之后，照明或成象光束穿過物鏡3，然后是筒式透鏡4。這種光學(xué)-幾何結(jié)構(gòu)已是公知的。
圖1a與克勒照明配置相符。在這里要強(qiáng)調(diào)的是，其它的照明配置，例如所謂的“臨界照明”也都可以是必要的光學(xué)單個(gè)器件的結(jié)構(gòu)配置的基礎(chǔ)。
L′表示會(huì)聚透鏡2的前焦面;它也被稱作會(huì)聚透鏡2的“入射光瞳”。已提及的孔徑光闌A位于會(huì)聚透鏡入射光瞳的附近或相接近。L″表示物鏡3的后焦面;它也被稱作物鏡3的“出射光瞳”。Z表示中間象面，L′、O、L″和Z面為共扼面。顯微鏡目鏡(或毛玻璃板或熒光屏)完善了照明或成象系統(tǒng)。但出于簡化起見，在此未示出。
如圖1b所示，本發(fā)明的扇區(qū)光闌S位于聚光鏡的前焦面L′上。圖1b與圖1a相比示出了一個(gè)在繪圖面翻轉(zhuǎn)的光闌。光軸5的軌跡為圓心點(diǎn)。扇區(qū)光闌S具有一個(gè)弧形切口，即弧形“扇區(qū)”6，α表示該扇區(qū)的角度。在扇區(qū)6的兩側(cè)，在圖示的情況下有兩個(gè)對稱配置的衰減扇區(qū)D。就其作用下面還要進(jìn)一步說明。原則上講，可以制作無附加衰減扇區(qū)D的本發(fā)明的扇區(qū)光闌S。在這種情況下，扇區(qū)光闌僅由一不透明材料制成的圓片構(gòu)成，該圓片如上所述，具有一角度為α的扇形切口6。
此外，在物鏡3的后焦面L″上或在其附近，有一本發(fā)明結(jié)構(gòu)的相位片7。
在圖1c中示出的相位片，其向繪圖平面翻轉(zhuǎn)90度。相位片由透明材料(例如玻璃)制成的圓形平行平面片構(gòu)成，并具有一扇形范圍，該范圍被稱作相位扇區(qū)8。β表示扇區(qū)角度。相位膜已是公知的。例如可以指的是MgF2薄層，就如該膜在已知的相位環(huán)中的所用一樣。通過相位片的光束的相位位置和強(qiáng)度將受到此相位扇區(qū)8有目的的影響。其總配置應(yīng)使弧形切口6的象的面積和角度α有關(guān)，并與相位扇區(qū)8的面積和角度β一致。但也可以使相位扇區(qū)8小于或大于弧形切口6的象。此外還可以進(jìn)行相位片7的方位定向，使相位扇區(qū)8在圖S′的切口中不對稱。
為了進(jìn)一步形象化，請參見圖2。圖2以比圖1b和圖1c大一些的比例，示出了光闌A在后焦面L″上投影的象A′，參見用虛線表示的圓周線A′。由于在后焦面L″位置上還有帶其相位扇區(qū)8的相位片7，所以扇區(qū)角度為β的扇區(qū)8用點(diǎn)陰影表示。扇區(qū)光闌S的象S′用斷續(xù)網(wǎng)陰影表示。正如我們在上面已提及的，人們可以在開始時(shí)，對圖2中用D表示的兩個(gè)扇區(qū)范圍不考慮。
如果現(xiàn)在采用一個(gè)帶大扇區(qū)6的扇區(qū)光闌S，同時(shí)采用一個(gè)帶小相位扇區(qū)8的相位片7，即α＞β，則在圖2的圖示中相位扇區(qū)8就會(huì)在較大的弧形切口象的里面。這意味著，在采用對稱定位時(shí)，在相位扇區(qū)8兩側(cè)就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)空的、亮的扇形區(qū)域。當(dāng)然對應(yīng)于弧形切口象，相位扇區(qū)8非對稱定位也是可以的;在這種情況下相位扇區(qū)一側(cè)的亮的扇區(qū)部分要大于(同時(shí)角度也大于)相位扇區(qū)另一側(cè)的亮的扇區(qū)部分。在相位片7的相應(yīng)的方位旋轉(zhuǎn)而造成極不對稱定位的情況下，相位扇區(qū)8僅在象S′的弧形切口的一側(cè)有一亮的扇區(qū)部分，這當(dāng)然也是可以的。
為了減輕在這類情況下由于兩個(gè)亮的扇區(qū)部分而造成在L″面上的過強(qiáng)的過照射，為了“衰減”過照射，扇區(qū)光闌可以附加配備衰減扇區(qū)D(參見圖1b)，衰減扇區(qū)由具有一定透光性的透明材料構(gòu)成。例如可以是灰色濾光鏡或?yàn)V色鏡。考慮到衰減度(光線減弱度)，它們例如可與相位扇區(qū)8的衰減度匹配。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，例如光線減系數(shù)為15%。在圖2中示出的象(帶有重疊的相位扇區(qū)8)是由不透明的扇區(qū)光闌S的有選擇的附加配備提供的，該附加配備是通過采用兩個(gè)半透明扇區(qū)D附加在扇形開口6的兩側(cè)實(shí)現(xiàn)的。D′表示兩個(gè)衰減扇區(qū)D的象。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例，幾何扇區(qū)光闌的大小是會(huì)聚透鏡光瞳的5/6。
鑒于在扇區(qū)光闌S處涉及一最后直到圓中點(diǎn)(＝光軸5的軌跡)的“弧形切口”，所以該光闌不受某一聚光鏡或物鏡的焦距的影響。對應(yīng)于光瞳的變化，應(yīng)用也不敏感，因而也可以以共扼的物光瞳的平均值配置相位扇區(qū)8。由此實(shí)現(xiàn)的明顯的優(yōu)點(diǎn)是，可以在不同的焦距和光瞳位置的情況下使用標(biāo)準(zhǔn)物鏡。
雖然已對本發(fā)明的方法或裝置借助透射光光路做了說明，但也可以以相應(yīng)方式對反射光裝置裝備本發(fā)明的扇區(qū)光闌-相位扇區(qū)組合。此外，這種組合式的立體和相位對比方法也可以用于透射光和/或反射光條件下的反向顯微鏡光路。
權(quán)利要求
1.用于顯微檢測振幅和/或相位物的對比方法，其特征在于為了實(shí)現(xiàn)顯微象中的立體對比度a)對會(huì)聚透鏡(2)的入射光瞳(L′)進(jìn)行局部非對稱選除并且b)在物鏡(3)的出射光瞳(L″)上產(chǎn)生的扇形光闌(S)的象(S′)至少部分被非對稱的相位扇區(qū)(8)遮蓋。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用扇形光闌(S)對入射光瞳(L′)進(jìn)行選除，并且該扇形光闌(S)的象(S′)至少部分被相位扇區(qū)遮蓋。
3.用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1和2所述的方法的裝置，其特征在于在一個(gè)用于對一個(gè)位于會(huì)聚透鏡(2)和物鏡(3)間的振幅和/或相位物的物象進(jìn)行立體對比的顯微裝置，包括光源(L)、會(huì)聚透鏡(1)、孔徑光闌(A)、會(huì)聚透鏡(2)和物鏡(3)，a)在會(huì)聚透鏡(2)的前焦面(L′)上配置有扇形光闌(S)，扇形光闌由帶有開口角度為α的扇形開口(6)的弧形光闌組成，并且b)在物鏡(3)的后焦面(L″)上備有一個(gè)具有扇形角度為β的相位扇區(qū)(8)的相位片(7)，并按此方位角定位，使相位扇區(qū)(8)至少部分與在此處產(chǎn)生的扇形光闌開口(6)的象(S′)重疊。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于扇形光闌(S)大約遮隱會(huì)聚透鏡光瞳(L′)的5/6。
5.如權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于對相位片(7)進(jìn)行方位定位，使相位區(qū)(8)以扇形光闌開口(6)為準(zhǔn)對稱配置。
6.如權(quán)利要求3-5之一所述的裝置，其特征在于相位片(7)的相位扇區(qū)(8)的面積為扇形光闌(S)面積的10%和50%之間。
7.如前述權(quán)利要求至少一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于相位扇區(qū)(8)沒有遮蓋的象(D′)的搭界的扇區(qū)范圍是透明的，其中它/它們也起著一定的減弱照射光束強(qiáng)度的作用。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于照射光束強(qiáng)度減弱的程度與相位扇區(qū)(8)的減弱程度相匹配。
9.如權(quán)利要求7和8之一所述的裝置，其特征在于在衰減扇區(qū)(D)，在相位扇區(qū)(8)也同樣，照明光束的強(qiáng)度的減弱程度在附加條件下為15%，該條件是，相位扇區(qū)(8)的面積大小與衰減扇區(qū)的面積大小相符。
10.如前述權(quán)利要求至少一項(xiàng)所述的方法或裝置的應(yīng)用，它適用于在正常光路或反向光路中的透射光和/或反射光顯微檢測。
全文摘要
一種對比方法及一種實(shí)施此方法的裝置，采用此裝置對振幅和/或相位物進(jìn)行顯微檢測時(shí)可以實(shí)現(xiàn)立體對比。為此對會(huì)聚透鏡的入射光瞳進(jìn)行局部非對稱的遮擋并同時(shí)在物鏡的出射光瞳上產(chǎn)生扇形光闌的象，其中相位片的相位扇區(qū)應(yīng)至少部分地遮蓋象。相位扇區(qū)的大小可以與象的切口的大小相匹配；但它也可以更小。在后者的情況下，扇形光闌可以附加配備衰弱扇區(qū)，該扇區(qū)由具有一定的衰減系數(shù)的半透明材料制成。
文檔編號(hào)G02B21/14GK1087999SQ9311979
公開日1994年6月15日 申請日期1993年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月30日
發(fā)明者H·-W·施坦克維茨 申請人:萊卡顯微及系統(tǒng)有限公司