專利名稱：用于顯微檢測物的對比方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種顯微檢測物為振幅和/或相位的光學對比方法。在對物進行顯微檢測時，特別是對具有不同光學厚度的物范圍的活性未染色的細胞和細胞組織材料或無色透明材料進行顯微檢測時，需要采用對比方法，借助比方法可以實現肉眼對物結構的較好的辨別。
例如公知的在顯微鏡的照相側翼可以采用如下方法實現“傾斜”照明，將孔徑光闌偏離光學(照明)軸推移。這種公知的對比方法的缺點在于，其重復性差，成本過高并且需對每個物鏡重新調整。
另一種公知方法是相位對比方法。它是通過將相應的光學器材置入物鏡的后焦面而產生對比效應的。鑒于純相位物僅改變光線的相位，而不會改變光線的振幅，并且肉眼或光學片可以對振幅差而不是相位差做出響應，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，由(相位)物引起的相位差被“轉換”成振幅差并因此肉眼可見。策爾尼克已認識到，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，使相位結構完全像振幅結構一樣變得肉眼可見。在實踐中人們利用一種環形片-所謂的“相位環”，相位環被置放在物鏡的后焦面上。相位環具有一定的厚度和吸收作用。采用相位環的前提條件是，照明光線由環形光源射出。這一點在結構上是通過在聚光鏡范圍內裝置的光闌實現的。由于該光闌的直徑和寬度會影響照明孔徑，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與物鏡共扼的環形光闌，這結環形光闌例如配置在一個轉換器盤上。其缺點在于，對每個顯微鏡物鏡必須配備一個專門設計的環形光闌并置于作用位置。此外不能實現“立體效應”，并且例如在檢測液體室時將會面臨工藝上的困難。
其它幾種公知的對比方法涉及的是霍夫曼提出的調制對比。缺點是制作消耗過高，這是因為必須采用專用物鏡，這些物鏡是非旋轉對稱的。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雜的晶體光學定向的光學偏振元件的應用上，因此制作工藝的耗費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本容器內的物體的，這是因為塑料材料會影響偏振狀況。
所以本發明的任務是，避免已知方法的缺點，并提出一種綜合光學對比方法，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行立體對比。本發明的任務還在于，提出一種不采用偏振光學器件的相應的裝置。
該任務根據本發明采用本文件開始時提及的方式的方法通過a)對會聚透鏡的入射光瞳進行局部非對稱選除，并且b)在物鏡的出射光瞳上產生的扇形光闌的象至少部分被非對稱的相位扇區遮蓋來實現。
附圖對本發明進一步做了描述，其中

圖1a為顯微鏡的照明和成象光路部分示意圖;
圖1b為本發明的扇形光闌的俯視圖;
圖1c為本發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的本發明的相位片上的扇區光闌象。
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，在穿過會聚透鏡1后，首先通過作為孔徑光闌的光闌A，接著是會聚透鏡2，接著投射在或投射到顯微檢測的透明物上，在圖中透明物用標本P表示。精確地說，P指的是標本載片，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，原標本位于物面O上。這個標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-幾何結構已是公知的。
圖1a與克勒照明配置相符。在這里要強調的是，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單個器件的結構配置的基礎。
L′表示會聚透鏡2的前焦面;它也被稱作會聚透鏡2的“入射光瞳”。已提及的孔徑光闌A位于會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。但出于簡化起見，在此未示出。
如圖1b所示，本發明的扇區光闌S位于聚光鏡的前焦面L′上。圖1b與圖1a相比示出了一個在繪圖面翻轉的光闌。光軸5的軌跡為圓心點。扇區光闌S具有一個弧形切口，即弧形“扇區”6，α表示該扇區的角度。在扇區6的兩側，在圖示的情況下有兩個對稱配置的衰減扇區D。就其作用下面還要進一步說明。原則上講，可以制作無附加衰減扇區D的本發明的扇區光闌S。在這種情況下，扇區光闌僅由一不透明材料制成的圓片構成，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，有一本發明結構的相位片7。
在圖1c中示出的相位片，其向繪圖平面翻轉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成，并具有一扇形范圍，該范圍被稱作相位扇區8。β表示扇區角度。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中的所用一樣。通過相位片的光束的相位位置和強度將受到此相位扇區8有目的的影響。其總配置應使弧形切口6的象的面積和角度α有關，并與相位扇區8的面積和角度β一致。但也可以使相位扇區8小于或大于弧形切口6的象。此外還可以進行相位片7的方位定向，使相位扇區8在圖S′的切口中不對稱。
為了進一步形象化，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8的相位片7，所以扇區角度為β的扇區8用點陰影表示。扇區光闌S的象S′用斷續網陰影表示。正如我們在上面已提及的，人們可以在開始時，對圖2中用D表示的兩個扇區范圍不考慮。
如果現在采用一個帶大扇區6的扇區光闌S，同時采用一個帶小相位扇區8的相位片7，即α＞β，則在圖2的圖示中相位扇區8就會在較大的弧形切口象的里面。這意味著，在采用對稱定位時，在相位扇區8兩側就會出現兩個空的、亮的扇形區域。當然對應于弧形切口象，相位扇區8非對稱定位也是可以的;在這種情況下相位扇區一側的亮的扇區部分要大于(同時角度也大于)相位扇區另一側的亮的扇區部分。在相位片7的相應的方位旋轉而造成極不對稱定位的情況下，相位扇區8僅在象S′的弧形切口的一側有一亮的扇區部分，這當然也是可以的。
為了減輕在這類情況下由于兩個亮的扇區部分而造成在L″面上的過強的過照射，為了“衰減”過照射，扇區光闌可以附加配備衰減扇區D(參見圖1b)，衰減扇區由具有一定透光性的透明材料構成。例如可以是灰色濾光鏡或濾色鏡。考慮到衰減度(光線減弱度)，它們例如可與相位扇區8的衰減度匹配。在本發明的一個實施例中，例如光線減系數為15%。在圖2中示出的象(帶有重疊的相位扇區8)是由不透明的扇區光闌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半透明扇區D附加在扇形開口6的兩側實現的。D′表示兩個衰減扇區D的象。根據本發明的一個特別優選的實施例，幾何扇區光闌的大小是會聚透鏡光瞳的5/6。
鑒于在扇區光闌S處涉及一最后直到圓中點(＝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。對應于光瞳的變化，應用也不敏感，因而也可以以共扼的物光瞳的平均值配置相位扇區8。由此實現的明顯的優點是，可以在不同的焦距和光瞳位置的情況下使用標準物鏡。
雖然已對本發明的方法或裝置借助透射光光路做了說明，但也可以以相應方式對反射光裝置裝備本發明的扇區光闌-相位扇區組合。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，其特征在于為了實現顯微象中的立體對比度a)對會聚透鏡(2)的入射光瞳(L′)進行局部非對稱選除并且b)在物鏡(3)的出射光瞳(L″)上產生的扇形光闌(S)的象(S′)至少部分被非對稱的相位扇區(8)遮蓋。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于用扇形光闌(S)對入射光瞳(L′)進行選除，并且該扇形光闌(S)的象(S′)至少部分被相位扇區遮蓋。
3.用于實現如權利要求1和2所述的方法的裝置，其特征在于在一個用于對一個位于會聚透鏡(2)和物鏡(3)間的振幅和/或相位物的物象進行立體對比的顯微裝置，包括光源(L)、會聚透鏡(1)、孔徑光闌(A)、會聚透鏡(2)和物鏡(3)，a)在會聚透鏡(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″)上備有一個具有扇形角度為β的相位扇區(8)的相位片(7)，并按此方位角定位，使相位扇區(8)至少部分與在此處產生的扇形光闌開口(6)的象(S′)重疊。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于扇形光闌(S)大約遮隱會聚透鏡光瞳(L′)的5/6。
5.如權利要求3或4所述的裝置，其特征在于對相位片(7)進行方位定位，使相位區(8)以扇形光闌開口(6)為準對稱配置。
6.如權利要求3-5之一所述的裝置，其特征在于相位片(7)的相位扇區(8)的面積為扇形光闌(S)面積的10%和50%之間。
7.如前述權利要求至少一項所述的裝置，其特征在于相位扇區(8)沒有遮蓋的象(D′)的搭界的扇區范圍是透明的，其中它/它們也起著一定的減弱照射光束強度的作用。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于照射光束強度減弱的程度與相位扇區(8)的減弱程度相匹配。
9.如權利要求7和8之一所述的裝置，其特征在于在衰減扇區(D)，在相位扇區(8)也同樣，照明光束的強度的減弱程度在附加條件下為15%，該條件是，相位扇區(8)的面積大小與衰減扇區的面積大小相符。
10.如前述權利要求至少一項所述的方法或裝置的應用，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施此方法的裝置，采用此裝置對振幅和/或相位物進行顯微檢測時可以實現立體對比。為此對會聚透鏡的入射光瞳進行局部非對稱的遮擋并同時在物鏡的出射光瞳上產生扇形光闌的象，其中相位片的相位扇區應至少部分地遮蓋象。相位扇區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，該扇區由具有一定的衰減系數的半透明材料制成。
文檔編號G02B21/14GK1087999SQ9311979
公開日1994年6月15日 申請日期1993年10月30日 優先權日1992年10月30日
發明者H·-W·施坦克維茨 申請人:萊卡顯微及系統有限公司