Оптическая система для получения промежуточного изображения при осуществлении контрастных методов в микроскопах

 

1. ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРИ ОСУЩСТВЛЕНИИ КОНТРАСТНЫХ МЕТОДОВ В МИКРОСКОПАХ, содержащая конденсатор , поляризатор, объектив для получения промежуточного изображения предмета, анализатор, оптические компоненты, сопрягакяцие выходной зрачок и поляризационно-оптический элемент , расположенный в плоскости промежуточного изображения выходного зрачка, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения ее габаритов при сохранении ортогональности поляризованных пучков лучей, в нее введены по крайней мере три отклоняющие призмы, расположенные между выходным зрачком объектива и его промежуточным изображением, показатель преломления П которых .и угол падения V связаны соотношением 1 соеУ; ру; |Л где JM - число призм. 2. Система по п. 1., о т л и - /Л чающаяся тем, что между выходным зрачком объектива и его промежуточным изображением введена поляризационно-оптическая полуволновая пластина.. .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Н Л Ъ

РЕСПУБЛИК

09) (11)

ЗС51) G 02 В 21/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OYHPblTNA

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 7771193/24-10 (89) 143183 ГДР (22) 23.05.80 (31) VPG 02 В/213164 (32) 28.05.79 (33) ГДР (46) 23.11.84. Бюл. Р 43 (72) Херман Бейер и Райнер Ланц (ГДР) (71) ФЕБ Карл-Цейсс-Иена (ГДР) (53) 535.82(088.8)

l (54) (57) 1. ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ

ПОЛУЧЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

ПРИ ОСУЩЕСТВЛЕНИИ КОНТРАСТНЫХ МЕТОДОВ

В МИКРОСКОПАХ, содержащая конденсатор, поляризатор, объектив для получения промежуточного иэображения предмета, анализатор, оптические компоненты, сопрягающие выходной зрачок и поляризационно-оптический элемент, расположенный в плоскости промежуточного изображения выходного зрачка, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения ее габаритов нри сохранении ортогональности поляризованных пучков лучей, в нее введены по крайней мере три откло.няющие призмы, расположенные между выходным зрачком объектива и его промежуточным изображением, показатель преломления П которых,и угол падения 7 связаны соотношением!

Qo5Vi SiH Ч1 1 ° .а ген где 1 — число призм.

2. Система по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что между выходным зрачком объектива и его промежуточным иэображением введена поляриэационно-оптическая полуволновая пластина.

1125592 2.Изобретение применяется для контрастирования в фазовоя контрасте или в контрасте интерференционной картины, действующей с поляризованным светом, органических или неорганических объектов, не поглощающих в проходящем свете и имеющих в падающем свете отражательную способность, равную окружающей среде.

Система служит преимущественно в качестве дополнительного устройства в сочетании с подобранными к этому устройствами фазового контраста или контраста интерференционной картины для микроскопов для наблюдения в проходящем или в отраженном свете„ но она может быть и существенной составной частью микроскопа. При этом, например, для фазового кон траста не надо особых фазово-контрас ных объективов, а необходимые кольцевые фазовые пластинки могут быть расположены на изображении зрачка объектива, созданном частью системы промежуточного изображения.

На том же месте можно вставлять необходимые для осуществления поляризационно-оптического контраста интерференционной картины призмы Волластона. Таким образом, возможна быстрая смена между обоими видами контраста, Изобретение прежде всего используется в биологии и медицине, однако и в технических областях, как например, в химии и металлографии для контрастирования фазовых объектов.

Это такие микроскопические объекты, которые при нормальном наблюдении в светлом поле совсем не контрастированы или контрастированы олько незначительно.

l0 т;щ

30

Известна система промежуточного изображения, которая выполняет усло=вие сохранения линейной поляризации путем обеспечения требования,. что промежуточное изображение зрачка объектива получается еще перед первым отражающим элементом (например патент Австрии 9 313222, 50 кл. 42 h 12/01, .1974), На это предложение не выгодно в конструктивном отношении, так как при посильной затрате на коррекцию необходима определенная минимальная 55 длина, которая или приводит к неприемлемой смотровой высоте или, как представлено на примере, требует дорогой и непригодной в конструктивном отношении отклоняющей системы, которая ход лучей наблюдения подводит обратно к тубусу микроскопа, расположенному на нормальной смотровой высоте.

Известна оптическая система для получений промежуточного изображения при осуществлении контрастных методов в микроскопах, содержащая кон— денсор, поляризатор, объектив для получения промежуточного изображения предмета, анализатор, оптические компоненты, сопрягающие выходной зрачок и поляриэационно-оптический элемент, расположенный в плоскости промежуточного изображения выходного зрачка (хозяйственный патент

ГДР 9 53890, кл. 426, 38, 19б7 r.)..

Цель изобретения — создать устрой-ство, осуществляющее при применении светопольных объективов для нормальных или больших полей и высокого качества изображения фазового контраста и поляризационно-оптического интерференционного-.контраста быстрое переключение одного вида наолюдения на другой, как это желательно для многих микроскопических исследований, в частности лмвьи: объектов, и имеющее уменьшенные габариты при сохранении ортогональности поляризованных пучков лучей.

Задачей изобретения является создание системы промежуточного изображения для осуществления контрастности в микроскопах при применении светлопольных объективов для нормальных или больших олей, которая вводится в ход лучей н грн помощи отражающих элементов и проекционной оптики создает доступные промежуточные изображения плоскости предмета и зрачка объектива, При этом отражающие элементы расг:.оложены и согласованы один с другггм так,, чтобы свет„ линейно-поляризованный в зрачке объектива, B промежуточном иэображении зрачка объектива опять получился в качестве линейно-поляризованного света. Это соответствует условиям поляризации, необходимым для поляризационно-оптического иэображения интерференционного контраста, при котором важно разложение линейнополяризованного света, падающего на призму Волластона, состоящую из двоякопреломляющего материала и

112 расположенную в пространстве предмета, на обыкновенную и необыкновенную составляющие, колеблющихся перпендикулярно одна другой и линейнополяризованных. Обе составляющие, смещенные в сторону на незначительную величину, выходят из призмы Волластона. В последней расположенной в плоскости изображения и на изображении или вблизи от изоб- 10 ражения зрачка объектива и тем самым внутри системы промежуточного изображения, обе составляющие опять соединяются в один луч. Однако это будет только в том случае, если они у призмы Волластона, расположенной на стороне изображения, получаются в качестве линейно-поляризованного света.

Из теоретической оптики известно, что при полном внутреннем отражении на стеклянной поверхности между составляющими лучей, колеблющимися па- 1" раллельно и перпендикулярно плоскости падения, встречается зависимая г5 от угла падения I и показателя преломления стекла 1 разность фаз о . Су-) 5592 4 этой части обыкновенный луч остается обыкновенным и необыкновенный луч остается необыкновенным.

Так как падающие на плоскости призм отображающие лучи имеют немного различное наклонение и поэтому достигают отражающих поверхностей под различными углами падения V разность фаз не одинаковая для всех лучей и для внеосевых лучей надо считаться с незначительной эллиптичностью поляризованного света, которая в крайнем случае не больше 1Х и на практике почти не мешает. Так как апертуры углов отображающих световых пучков на разных поверхностях в общем различны, кроме того, возможна оптимизация призмами с различным показателем преломления. В общем случае показатель преломления призм и угол падения Ч связаны соотношением

Совам 1 61 г

1 ti = 2 arcing

1=1

SinгU„

° г сОИ girl 7- — г ществует отношение, О

Б 2 girrгя ,. Ч для осевого луча при отклонении

90 составляет 45 . Так при и = 5

0 б

60, так что после троекратного.

О отражения разность фаз составляет 35

180, и равнодействующая обеих составляющих лучей колеблется в той же плоскости как прежде, т.е. она является линейно-поляризованной. Подобный эффект достигается при помощи 40 четырех призм, если И (смотря по обстоятельствам и Ч ) изменяется так, что 3= 45 .

Если направление колебаний сос- 45 тавляющих лучей включением поляризационно-оптической пластинки h /2 б вращается на 90, например, вследствие вращения плоскости падения с одной до следующей призмы, обыкно- 5р венный на отражающей поверхности луч на следующей поверхности превращается в необыкновенный, и необыкновенный луч превращается в обыкновенный, и, таким образом, разность фаз, 55 образованная от этих обоих отражений, составляет нуль. При помощи пластинки ф /2 достигается, что и в где — число призм.

На чертеже представлена схема устройства.

Пучок световых лучей 1 от источника света линейно поляризуется поляризатором 2, ориентированным под 45 относительно расположенной

0 в пространстве предмета призмы Волластона 3 и разлагается ею на обыкновенную и необыкновенную составляющие, колеблющиеся перпендикулярно одна другой.

После прохождения через кондеисор 4 оба частичных пучка, лате.рально смещенных на незначительную величину, проходят через плоскость предмета 5, объектив 6 и зрачок объектива 7, обозначенный перекрестием, и отражаются на поверхности 9, полностью покрытой зеркальным слоем, стеклянного кубика 8, состоящего из двух склеенных прямоугольных призм, Так как составляющие светового потока с различным направлением колебаний падают на поверхность 9 перпендикулярно или параллельно плоскости падения, линейная поляризация для обеих составляющих сохраняется.

На призмах 10, 13 и 14, со<:тоящих аз стекла с приближенным показателем вую диафрагму (не представлена) окуляра,расположенную в направлении 20.

Показатель преломления стекла призмы 19 при этом незначительный. Призму 19 можно заменять и другой поверхностью, покрытой зеркальным слоем, Дальнейший пример конкретного исполнения относится к возможности применения четырех полных внутренних отражений и стеклянных призм более низкого показателя преломления. Устройство соответствует устройству, представленному на чертеже, однако заменяют поверхностЬ 9, совершенно покрытую зеркальным слоем, тонким слоем воздуха "- 0,01 мм и призмы с полным внутренним отражением 8, 10, 13 и 14 призмами из стекла показателя преломления ) = 1,554. В этом случае на каждой поверхности при

О угле падения М ч5 получается раз ность фаз 8 45, Поскольку плоскости падения отражающих поверхностей призм 9 и 10 повернуты, обыкновенная составляющая превращается в необыкновенную и наоборот, так что разности фаз взаимно уничтожаются. Зту трудность можно устранить введением поляризационно-оптической пластинки Я /2 21, так как îíà вращает направление колебаний на 90 . так что складываются разности фаз, возникающие при отражении на четырех названных призмах, и на изображении зрачка опять получается линейно-поляризованный свет.

ЗО

Путем вариации устройства отражающих элементов и построения 1 изображения возможны дальнейшие варианты. В частности, различными показателями преломления призм с полным внутренним отражением возможна оптимизация относительно изменяющихся иэ призмы в призму апертурных углов изображающих пучков лучей.

5 1125592 преломления п "13 оба частичных пучка подвергаются полному внутреннему отражению. Между составляющими каждого частичного пучка, колеблющимися параллельно и перпендикулярно плоскости падения, при этом имеется разность фаз о 60, так

0 что на призме 10 из линейно-поляризованного света получается эллинтически поляризованный свет. Так как одина- 1О ковый процесс состоится на призмах

13 и 14, названная разность фаэ накопляется и на изображении зрачка

1б, обозначенном перекрестием и оозданном линзовой системой 11 она о

Р

15 составляет 180, так что там опять получается линейно-поляризованный свет.

В призму Волластона 15, расположенную в плоскости иэображения, сле- И довательно входят два частичных пучка, латерально смещенных на незначительную величину, колеблющихся перпендикулярно одна другой и в общем имеющих незначительную разность фаз, которые в пространственно соединеннбм состоянии выходят из призмы.

Анализатор 17 ориентированный перпендикулярно или параллельно поляризатору 2, пропускает только колеблющиеся в его направлении пропускания составляющие обеих перпенди кулярно один другому колеблющихся частичных пучков, которые интерферируют один с другим. Созданное объективом 6 и линзовой системой 11 промежуточное изображение 12 предмета, расйоложенного в плоскости предмета 5, в которое для целей измерения можно вводить пластинки с сеткой штрихов или другие маркировки„ линзовой системой 18 через призму 19 и поверхность 9, совершенно покрытую зеркальным слоем, 45 контрастированно изображается в поле1125592

Составитель Л. Иухина

Редактор P. Цицика Техред А.Бабинец Корректор Л. Пилипенко

Заказ 8537/36 Тираж 496 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4