微分干涉相衬显微镜.pdf

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摘要
申请专利号:

CN85105355

申请日:

1985.07.11

公开号:

CN85105355A

公开日:

1987.01.14

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

|||授权|||审定||||||公开

IPC分类号:

G02B21/14

主分类号:

G02B21/14

申请人:

中国科学院上海光学精密机械研究所

发明人:

徐毓光; 王之江; 戎中华

地址:

上海市8211信箱

优先权:

专利代理机构:

中国科学院上海专利事务所

代理人:

张泽纯

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内容摘要

微分干涉相衬显微镜的特征在于利用简易的光学玻璃三平面环路干涉系统实现微分干涉相衬,具有加工和装配方便等特点,可广泛用于医学、生物学、金相、半导体和玻璃工艺等方面对物体进行微分干涉相衬显微观察。

权利要求书

1: 一种用于有机物或无机物显微观察的微分干涉相衬显微镜,含有光源(1)、聚光镜(2)、光栏(3)、照明透镜(4)、载物台(5)、显微物镜(7)、目镜(14)和实现微分干涉相衬的部件,其特征在于所说的微分干涉相衬部件是由两个全反射平面(9)、(11)和一个半透半反平面(10)组成的三平面环路干涉系统,光线进入该三平面环路干涉系统之前经过一场镜(8),以保证准平行光输入,在三平面环路干涉系统的输出光路上加一转象物镜(12),将标本象成在目镜(14)的观察平面(13)上。
2: 一种按照权利要求1所说的微分干涉相衬显微镜,其特征在于输入三平面环路干涉系统的光对于半透半反平面(10)的入射角以15°~30°为宜。
3: 一种按照权利要求1所说的微分干涉相衬显微镜,其特征在于有一个使平面(9)或平面(11)相对于半透半反平面(10)平动的机构(16)。
4: 一种按照权利要求2所说的微分干涉相衬显微镜,其特征在于有一个使平面(9)或平面(11)相对于半透半反平面(10)平动的机构(16)。
5: 一种按照权利要求1至4所说的微分干涉相衬显微镜,其特征在于所说的三平面环路干涉系统的输出光可在平面(9)和半透半反平面(10)的中心线的延长线上输出,也可在原入射光路上加分光板(15)输出。
6: 一种按照权利要求1所说的微分干涉相衬显微镜,用于观察非透明物体时,其特征是在显微物镜(7)和场镜(8)之间加入一半透分光板(17),并相应改变光源(1)、聚光镜(2)、光栏(3)、照明透镜(4)的方向,使光从光源,依次通过聚光镜、光栏、照明透镜,由半透分光板(17)反射,经物镜(7)照明物体(8),由物体的反射光束去成象。
7: 一种按照权利要求1或6所说的微分干涉相衬显微镜,其特征在于载物台是可以转动的。

说明书


本发明是一种显微镜,它利用微分干涉相衬技术对物体实现显微观察,可广泛应用于医学、生物学、金相学、半导体工艺和玻璃工艺等方面。

    实现显微微分干涉相衬观察,目前使用众多的是诺曼斯基(Nom    -rski)稜镜方法,但其关键元件诺曼斯基稜镜的设计、加工和装配的难度都比较大,晶体材料要求高,故导致该种微分干涉相衬显微镜价格贵。

    本发明的目的是提供一种用自然光干涉且结构简便的微分干涉相衬显微镜。

    实现微分干涉相衬显微观察的基本条件是:一、要求干涉系统横问剪切量和显微物镜的分辨本领相适应,等于或略小于显微物镜的分辨本领;二、两束相干光之间有一定的光程差。本发明的技术解决方案为在显微物镜和目镜之间插入一个普通光学玻璃制成的三平面环路干涉系统-由两块全反射平面和一块半透半反的平面适当配置而成。使靠该三平面环路干涉系统的一个全反射面相对于半透半反平面的移动来改变光程差和横向剪切量,以满足微分干涉相衬显微观察的要求。

    本发明实现微分干涉相衬较之诺曼斯基稜镜的优点是:设计方便材料为普通光学玻璃,平面面形要求也不高,加工和装配简易,因比价格低廉,易于推广应用。

    附图说明:

    图一是本发明的微分干涉相衬显微镜简图。

    图二是本发明的微分干涉相衬显微镜另一种实施形态的光路图。

    图三是三平面环路干涉系统的光路示意图。

    图四是三平面环路干涉系统中二相干光光程差Δl和光线入射角与全同环路入射角O偏离量Δ(=-O)的关系图。

    图五是三平面环路干涉系统中二相干光光程差Δl与两全反射平面和半透半反平面(10)交点间距a的关系图。

    图六是三平面环路干涉系统输出光束横向剪切量W与两全反射平面和半透半反平面(10)交点间距a的关系图。

    图七表示一平面波经过三平面环路干涉系统后的情况,下图表示一平面波,上图表示经过干涉系统后产生了光程差Δl和横向剪切量W。

    图八表示有波前凸出h的波面经过三平面环路干涉系统地情形,下图是未经过干涉系统的凸出h的波面,上图是经过干涉系统后产生的相衬情况。

    图九是本发明用于观察非透明物体的微分干涉相衬显微镜的光路图。

    上述图中同一数字表示同一光学构件,例如图中(1)均表示光源。

    下面结合附图详细阐述本发明微分干涉相衬显微观察的原理和仪器结构。

    三平面环路干涉系统由具有共同法线平面的两全反射平面(9)和(11)、半透半反平面(10)构成,如图三所示,法线平面即图面。图中a表示平面(9)和平面(10),平面(11)和平面(10)交线在法线平面投影点之间的距离(以下简称间距a);α1为面(9)与面(10)的夹角;α2为面(11)与面(10)的夹角;表示光线入射到半透半反平面(10)的入射角。当光线以角射到面(10)后,一半反射,一半透射,两束光分别按逆时针和顺时针方向经全反射面(9)和(11)反射后,经面(10)反射或透过面(10)后以同方向输出该三平面环路干涉系统。经该系统输出的两束光恒互相平行,而且在一般情况下有横向剪切量和光程差。

    当0=α1+α2时,环路干涉系统内的反射光路和透射光路取反平行走向,而光程差Δl恒等于零,称为全同环路状态。

    当0=α1+α2,且a=0时,是全同环路的一种特例,则不仅相干光的光程差等于零,而且横向剪切量也为零。

    全同环路干涉系统输出光束的横向剪切量和光程差由入射角和间距a确定,可计算求得,结果如图四、图五、图六所示。

    图四表示两相干光光程差Δl和入射角偏离全同环路入射角0的偏离量Δ0的关系,由图可见,当间距a一定时,Δl与Δ0成线性关系,不同的a对应有不同的斜率,当Δ0是微量时,Δl也是微量的。

    图五表示Δl与间距a的关系,由图可见,当Δ0一定时,Δl的变化随a成线性单调变化,对应于不同的Δ0,对应着不同的斜率,当a微量变化时,Δl变化也是微量的。

    图六表示两相干光剪切量W与a的变化关系。由图可见,W与a成线性关系,a变化微量,W变化也是微量的。

    总之,由图四、图五、图六的计算结果表明,改变入射角可以改变光程差Δl,改变间距可以改变光程差Δl和剪切量W。对于三平面环路干涉系统,选择合适的入射角和间距,可使两相干光束的横向剪切量在显微物镜的分辨本领以内,且有一定的光程差,它们的变化都是连续可微的,完全适合微分干涉相衬显微术的需要。

    图七表示一个平面波(下图)通过三平面环路干涉系统后,二束平面波有了横向剪切量W和光程差Δl(上图)。

    图八表示一个具有波前凸出n的波(下图),经过三平面环路干涉系统后,使之边缘部分产生了不同干涉色彩,加强了衬度(上图)。由于横向剪切量小于显微物镜的分辨本领,使物体在目镜视场里看不到象,但在物体轮廓线上,还隐约可见另一剪切象的阴影,产生浮雕感。这就是三平面环路干涉系统用于微分干涉相衬显微镜的原理。可以观察到普通显微镜所不能鉴别的试样的微细结构或相位变化。

    图一是本发明的微分干涉相衬显微镜的简图。光源(1)发出的自然光经透镜(2)、可变光栏(3)和照明透镜(4)输出平行光照明载物台(5)上的标本(试样)(6),标本(6)经显微物镜(7)成象在场镜(8),场镜(8)的作用是保证以准平行光输入三平面环路干涉系统(9)(10)(11),再经转象物镜(12)成象在目镜(14)的物平面(13)上,然后被人眼通过目镜观察或由照相机拍摄。

    经三平面环路干涉系统光可以在面(9)和面(10)中心线延长线方向输出,如图一;也可以在原入射光路上加分光板(15)输出,如图二所示。分光板(15)以半透半反为宜。

    (16)为平动旋钮,调节(16)使全反射面(9)或(11)作平动,以改变间距a,获得适当的光程差Δl和横向剪切量W。

    三平面环路干涉系统可由三块光学平板的三个面,或适当组合二块稜镜的三个面来构成,均可由普通光学玻璃制造。

    从干涉色彩和衬度考虑,光线对半透半反平面(10)的入射角以15~30°为好。

    为了观察各向异性介质,载物台(5)应可转动。

    对图一和图二两种光路稍作变化,则本发明同样适用于观察不透明物体,即只需将透射照明光路改变方向为反射式照明即可,如图九所示。只需在显微物镜(7)和场镜(8)之间加入一半透分光板(17),并改变光源(1)、聚光镜(2)、光栏(3)、照明透镜(4)的方向,使光从光源依次通过聚光镜、光栏、照明透镜,由半透分光板(17)反射,经物镜(7)照明载物台上的物体,由物体的反射光束去成象。

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微分干涉相衬显微镜的特征在于利用简易的光学玻璃三平面环路干涉系统实现微分干涉相衬,具有加工和装配方便等特点,可广泛用于医学、生物学、金相、半导体和玻璃工艺等方面对物体进行微分干涉相衬显微观察。 。

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