Оптическая система для получения промежуточного изображения при осуществлении контрастных методов в микроскопах Советский патент 1984 года по МПК G02B21/14 

.Изобретение применяется для контрастирования в фазовой контрасте или в контрасте интерференционной картины, де Йствующей с поляризованн светом., органических или неорганических объектов, не поглощающих в проходящем свете и имеющих в пада щем 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 кар тины 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-контра 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, однак и в технических областях, как напри мер, в химии и металлографии для контрастирования фазовых объектов Это такие микроскопические объекты, которые при нормальном наблюдении в светлом поле совсем не контрастиро ваны или контрастированы только незначительно. 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 (наприм патент Австрии № 313222, кл. 42 h 12/01, -1974). На это предложение не выгодно в конструктивном отношении, так как при посильной затрате на коррекцию необходима определенная минимальная длина, которая или приводит к неприемлемой смотровой высоте или, ка 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. Пзвестна оптическая система для получений промежуточного изображения при осуп;ествлении контрастных методов в микроскопах,, содержащая конденсор, поляризатор, объектив для получения промежуточного изображения предмета, анализатор, оптические компоненты, сопрягающие выходной зрачок и поляризационно-оптический элемент, расположенньш в плоскости промежуточного изображения выходного зрачка (хозяйственный патент ГДР № 53890, кл. 42h, 38, 1967 rj. Цель изобретения - создать устройство, осуществляющее при применении светопольньЕк объективов для нормальных или больших полей и высокого качества изображения фазового контраста и поляризационно-оптического интерференционного--контраста быстрое переключение одного вида наблюдения на другой, как это желательно для многих микроскопических исследований, .в частности живьп;: объектов, и имеющее уменьшенные габариты при сохранении ортогональности поляризованных пучков лучей. Задачей изобретения является создание системы промежуточного изображения для осуществления контрастности в микроскопах при прт-1енении светлопольных объективов для нормальных или больших полей, которая вводится в ход лучей и при помощи отражающих элементов и проекционной оптики создает доступные промежуточные изображения плоскости предмета и зрачка объектива. При этом отражающие элементы расположень и согласованы один с другрм так, чтобы свет, линейно-поляризованный в зрачке объектива, в Г1роме куточном изображении зрачка объектива опять получился в качестве линейно-поляризованного светао Это соответствует условиям поляризации, необходимым для поляризационно-опткт еского изображения интерференционного контраста, при котором важно разложение ли}1ейнополяризованного света, падающего на призму Волластона, состоящ- та из двоякопреломляющего материала и расположенную в пространстве предмета, на обыкновенную и необыкновен ную составляющие, колеблющихся пер пендикулярно 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 изображения зрачка объектива и тем самым внутри системы промежуточного изображения, обе составляющие опять сое диняются 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 параллельно и перпендикулярно плоскости паденияi встречается зависимая от угла падения V и показателя прелом ления стекла h разность фаз S , Су

f

C05V

ществует отношение АХ-

& 2

V для осевого луча при отклонении 90° составляет 45 . Так при 1Л N3 ,

rsл

О 60 , так что после троекратного отражения разность фаз составляет 180 , и равнодействующая обеих составлямцих лучей колеблется в той же плоскости как преткде, т.е, она является линейно-поляризованной. Подобный эффект достигается при помощи четырех призм, если (смотря по обстоятельствам К V) изменяется так, что 8 Д5°.

Если направление колебаний составляющих лучей включением поляризационно-оптической пластинки вращается на 90 , например, вследствие вращения плоскости падения с одной до следующей призмы, обыкновенный на отражающей поверхности луч на следующей поверхности превращается в необыкновенный, и необыкновенный луч превращается в обыкновенный, и, таким образом, разность фаз, образованная от этих обоих отражений, составляет нуль. При помощи пластинки /2 достигается, что и в

где N число призм,

На чертеже представлена схема устройства,

Пучок световых луЧей 1 от источника света линейно поляризуется поляризатором 2, ориентированным

под 45 относительно расположенной в пространстве предмета призмы Волластона 3 и разлагается ею на обыкновенную и необыкновенную составляющие, колеблющиеся перпендикулярно

одна другой.

После прохождения через конденсор 4 оба частичных пучка,латеральнр 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 призмТак 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, состоящих яз стекла с приближенным показателем 592 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 1% 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 V связаны соотношениемц cosV;- |5iiri Vr Х a ctg-7 5

преломления , оба частичных пучка подвергаются полному внутреннему отражению. Между составляющими каждого частичного пучка, колеблющимися параллельно и перпендикулярно плоскости падения, при этом имеется разность фаз S 60°, так что на призме 10 из линейно-поляризованного света получается эллиптическ поляризованный свет. Так как одинаковый процесс состоится на призмах 13 и 14, названная разность фаз накопляется и на изображении зрачка 16, обозначенном перекрестием и созданном линзовой системой 11, она составляет 180 , так что там опять получается линейно-поляризованньй свет,

В призму Волластона 15, расположенную в плоскости изображения, сЛедовательно входят два частичных пучка, латерально смещенных на незначительную величину, колеблющихся перпендикулярно одна другой и в общем имеющих незначительную разность фаз, которые в пространственно соединенибм состоянии выходят из призмы.

Анализатор 17, ориентированный перпендикулярно или параллельно поляризатору 2, пропускает только колеблющиеся в его направлении пропускания составляющие обеих перпендикулярно один другому кoлeбJющиxcя частичных пучков, которые интерферируют один с другим. Созданное объективом 6 и линзовой системой 11 промежуточное изображение 12 предмета расположенного 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, контрастщюванно изображается в полевую 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 слое

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 преломленияЦ 1,554, В этом случае на каждой поверхности при угле падения V« 45 получается разность фаз б -45°, Поскольку плоскости падения отражающих поверхностей призм 9 и 10 повернуты, обыкновенная составляющая превращается в необыкновенную и наоборот, так что разности фаз взаимно уничтожаются. Эту трудность можно устранить введением поляризационно-оптической пластинки /2 21, так как она вращает направление колебаний на 90 «. так что складьшаются разности фаз, возникающие при отражении на четырех названных призмах, и на изображении зрачка опять получается линейно-поляризованный свет.

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

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.. .