Микроскоп с переменным фазовым контрастом

 

МИКРОСКОП С ПЕРЕМЕННЫМ ФАЗОВЫМ КОНТРАСТОМ, содержащий осветитель с кольцевой диафрагмой, объектив , линзовую систему переноса выходного зрачка объектива, поляризатор , оптически сопряженный с этим ..зрачком, компенсатор, окуляр и анализатор , отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности использования объективов любых апертур и увеличений, в него введены вторая линзовая система переноса выходного зрачка объектива, установленная последовательно с первой, и второй поляризатор, оптически сопряженный с указанным зрачком, поляризаторы размещены по Z-образной схеме и вьшолнены из поляроидной пленки, ; расположенной между двумя гшоскопараллельными пластинами с односторонним зеркальным покрытием, обращенным к пленке, причем покрытие первой по ходу луча пластины имеет в каждом из поляризаторов кольцевую зону, зеркальную в одном из них и прозрачную в другом, размеры этой зоны соответствуют размерам кольцевой диафрагмы осветителя, а плоскости поляризации поляроидных пленок взаимно перпендиL кулярны. О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (39) (и) 3а00 02 В 21 14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЫ ТВУ с .

13 (21 ) 3631814/18-1 О

; (22) 04. 08. 83 (46) 07.08.84. Бюл. 9 29 (72) Л.Н. Андреев, P.È. Куликов, С.Г. Окишев и Д.Н. Хохрин (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной механики и оптики (53) 535.82(088.8) (56) 1. Лабораторные оптические приборы. Под ред. Л.А, Новицкого, М., "Машиностроение", !979, с.24-30.

2. Авторское свидетельство СССР

N 102350, кл. С 02 В 21/14, 12.01 ° 52 (прототип). (54)(57) МИКРОСКОП С ПЕРЕМЕННЫМ ФАЗОВЫМ KOHTPACTON, содержащий осветитель с кольцевой диафрагмой, объектив, линзовую систему переноса выходного зрачка объектива, поляризатор, оптически сопряженный с этим зрачком, компенсатор, окуляр и анализатор отличающийся тем, что, с целью обеспечения .возможности использования объективов любых апертур и увеличений, в него введены вторая линзовая система переноса выходного зрачка объектива, установленная последовательно с первой, и второй поляризатор, оптически сопряженный с указанным зрачком, поляризато" ры размещены no Z-образной схеме и выполнены из поляроидной пленки, расположенной между двумя плоскопараллельными пластинами с односторонним зеркальным покрытием, обращенным к пленке, причем покрытие первой по ходу луча пластины имеет в каждом из поляризаторов кольцевую зону, зеркальную в одном из них и прозрачную в другом, размеры этой зоны соответствуют размерам кольцевой диафрагмы осветителя, а плоскости поляризации поляроидных пленок взаимно перпенди кулярны.

1107092

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к оптическим микроскопам.

Известен фазово-контрастный микроскоп, содержащий осветитель с кольцевой диафрагмой, объектив, линзовую систему переноса выходного зрачка объектива, четвертьволновую фазовую пластинку, оптически сопряженную с этим зрачком, размеры которой соот- 1О ветствуют размерам кольцевой диафрагмы осветителя, и.окуляр «11.

Недостатком такой конструкции является отсутствие возможности изменять фазовый контраст наблюдаемых 1 объектов, Наиболее близким к предпагаемому ,-по технической сущности является микроскоп с переменным фазовым контрастом, содержащий осветитель с кольцевой ди- 20 афрагмой, объектив, линзовую систему переноса выходного зрачка объектива, поляризатор, оптически сопряженный с этим зрачком, компенсатор, окуляр и анализатор t 2 .

В известном микроскопе поляризатор выполнен с кольцевой зоной, размеры которой равны размерам изображения кольцевой диафрагмы осветителя, а плоскость поляризации перпендикуляр30 на плоскости поляризации остальной зоны поляризатора. Благодаря наличию компенсатора эта схема позволяет получить переменный фазовый контраст с произвольной разностью фаз и соот- З5 ношением амплитуд между прямым и диафрагированным светом. Однако в известном микроскопе трудно применять объективы с большими увеличениями и числовыми апертурами, поскольку для работы с такими объективами требуется кольцевая зона с весьма малыми размерами. Например, для объектива с фокусным расстоянием 1,8 мм требуется зона с диаметром 2 мм и с шириной кольца 0,3 мм. Зто предельные значения, которые нельзя превышать, а во. многих случаях лучше ограничиться еще меньшими значениями. В то же время изготовить поляроид с такой зоной весьма сложно из-за хрупкости поляроидной пленки. Ориентирование эоны (так, чтобы ее плоскость поляризации была перпендикулярна плоскости поляризации остальной зоны поляроида}55 тоже становится весьма сложной задачей. Применять же линзовую систему переноса с увеличением более 1 нецех лесообразно из-за ухудшения качества изображения. Поэтому в таком микроскопе реально применимы только объективы слабых и средних увеличений и числовых апертур. Это снижает эксплуатационные характеристики прибора, сужает круг решаемых задач, затрудняет исследования тонких структур объектов, а именно для таких исследований наиболее целесообразен метод переменного фазового контраста.

Цель изобретения — обеспечение возмох<ности использования объективов любых апертур и увеличений.

Поставленная цель достигается тем. что в микроскоп с переменным фазовым контрастом, содержащий осветитель с кольцевой диафрагмой, объектив, линзовую систему переноса выходного зрачка объектива, поляризатор, оптически сопряженный с этим зрачком, компенсатор, окуляр и анализатор, введены вторая линзовая система переноса выходного зрачка объектива, установленная последовательно с первой, и второй поляризатор, оптически сопряженный с указанным зрачком, поляризаторы размещены no Z-образной схеме и выполнены из поляроидной пленки, расположенной между двумя плоскопараллельными пластинами с односторон ним зеркальным покрытием, обращенным к пленке, причем покрытие первой по ходу луча пластины имеет в каждом из поляризаторов кольцевую зону, зеркальную в одном из них и прозрачную в другом, размеры этой зоны соответствуют размерам кольцевой диафрагмы осветителя, а плоскости поляризации поляроидных пленок взаимно перпендикулярны.

На фиг. 1 представлена оптическая схема микроскопа; на фиг. 2 — поляризатор, разрез, на фиг. 3 — то же, вид спереди.

Предлагаемое устройство включает осветитель 1 с кольцевой диафрагмой 2, объектив 3, первую линзовую систему

4 переноса выходного зрачка 5 объектива 3, первый поляризатор 6, вторую линзовую систему 7 переноса зрачка 5, второй поляризатор 8, компенсатор 9, например Бабине-Солейля, окуляр 10 и анализатор 11. При этом поляризаторы 6 и 8 с помощью систем 4 и 7 оптически сопряжены со зрачком 5 и расположены по Z-образной схеме. Каждый из поляризаторов 6 и 8, в свою оче1I07092 редь, состоит из примыкающих друг к другу плоскопараллельной пластины 12„ на поверхности 1.3 которой нанесено зеркальное покрытие, имеющее кольцевую зону 14, поляроидной пленки 15, и плоскопараллельной пластины 16, на поверхности 17 которой нанесено сплошное зеркальное покрытие. Покрытия на пластинах 12 и 16 поляризаторов 6 и 8 отличаются друг от друга тем, что в одном из них кольцевая зона выполнена в виде прозрачного кольца в зеркальном покрытии, а в другом — в виде зеркального кольца.

Размеры кольцевой зоны равны размерам изображения кольцевой диафрагмы 2 осветителя 1, а поляроидные пленки 15 ориентированы так, что их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны. Нормали к зеркальным поверхностям поляризаторов 6 и 8 развернуты относительно оптической оси на небольшой угол, определяемый размерами линз в системах 4 и 7. Поскольку задняя anертура микрообъективов

25 обычно не превышает 0,03,то и разме ры этих линз невелики. В реальной системе указанный угол будет не больше 10-14

Применение в микроскопе объективов 3Q любых увеличений и апертур становится возможным за счет того, что изготовить зеркальное покрытие с кольцевой зоной любых, в том числе и достаточно малых, РазмеРов не пРедставляет техни-.35 ческих трудностей (например, напылением в ваккуме с соответствующей маской). Ориентирование поляроидных пле нок может быть выполнено поворотом всего поляризатора.

Микроскоп работает следующим образом.

Осветитель 1 с кольцевой диафрагмой 2 освещает объект наблюдения па45 раллельным пучком лучей. При этом кольцевая диафрагма 2 изображается в бесконечности. Пучки лучей, прямопрошедшие и дифрагированные объектом, проходят через объектив 3. В выходном зрачке 5 объектива 3 при этом

50 образуется изображение кольцевой диафрагмы 2. Линзовая система 4 переносит это изображение в плоскость поляризатора 6. Прямой и дифрагированный свет отражается от зеркальных покрытий этого элемента. Причем прямой свет проходит через прозрачное кольцо пласкопараллельной пластины 12, поляроидную пленку 15, отражается от сплошного зеркального пав крытия плоскопараллельной пластины 16 и вновь выходит через поляроидную пленку 15 и прозрачное кольцо плоскопараллельной пластины 12. При этом он становится плоско поляризованным.

Дифрагированный свет отражается от зеркального покрытия пласкопараллельной пластины 12. Вторая линзовая система 7 образует второе иэображение кольцевой диафрагмы 2 в плоскости поляризатор 8. Здесь прямой свет отражается от зеркального кольца пласкопараллельной пластины 12, а дифрагированный свет проходит через поляроидную пленку 15, отражается от сплошного зеркального покрытия плоскопараллельной пластины 16, вновь проходит через поляроидную пленку

15 и прозрачный участок плоскопараллельной пластины 12. При этом он становится плоско поляризованным.

Поскольку поляроидные пленки 15 в поляризаторах 6 и 8 ориентированы так, что их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны, то прямой и дифрагированный свет становятся поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях. Это позволяет с помощью компенсатора 9 вводить произвольную разность фаз между прямым и дифрагированным светом. Прямой и дифрагированный свет интерферируют и в фокальной плоскости окуляра 10 образуется фазово-контрастное изображение объекта. Вращая анализатор 11 можно произвольно изменять соотношение амплитуд прямого и дифрагированного света. Плоскополяризованный свет, отражаясь от металлического зеркального покрытия в поляризаторах

6 и 8, становится поляризованным эллиптически. Оnffafco при углах падения эта эллиптичность столь мала, что ею можно пренебречь. Кроме того, развернув эти поляризаторы так, чтобы плоскость поляризации совпала с плоскостью падения или была перпендикулярна ей,можно совершенна исключить этот эффект.

Для конкретной Реализации прибора применима схема, изображенная на фиг. I где системы 4 и 7 выполнены идентичными, в виде двухлпнзовых оборачивают;х систем с увеличениеM

Х

1, каждый компонент которых выпал1107092

Фиг Z

Составитель В. Кравченко

Редактор С. Патрушева Техред А.Ач Корректор Е.Сирахман

«Ь»» Ь ° »» ° «Ф»

Заказ 5755/33 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

lIo делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 нен в виде ахроматической склейки.

Поляризаторы 6 и 8 сменные и имеют кольцевые зоны диаметром от 3 до

0,9 мм в зависимости от увеличения и апертуры объектива 3. Толщина плоскопараллельных пластин 12 и 1б равна 0,5 мм. В микроскопе применяются объективы от 4х0,12 до 100х1 25.

Таким образом, предлагаемый микроскоп позволяет легко применять обЬективы практически любых апертур и увеличения, что значительно улучша5 ет эксплуатационные характеристики прибора, позволяет проводить более тонкие исследования и расширяет круг задач, решаемых с его помощью.