用于透射光对比的显微镜制造技术

本发明专利技术主要涉及一种用于至少通过透射光对比法对样本进行成像的显微镜(100)，所述微镜(100)包括：物镜支架或转换器(114)，被配置为将物镜(106)或多个物镜中的物镜(106)放置在显微镜(100)的光轴(120)上，透镜系统(102)，用于形成放置在光轴(120)上的物镜(106)中的任一个物镜的出射光瞳(108)的中间图像(104)，所述中间图像(104)形成在与所述出射光瞳共轭的相应共轭平面(124)处，以及控制设备(118)，被配置用于自动地将调制元件(110)定位到在所述相应共轭平面(124)的位置处或与相应共轭平面(124)相关的位置处的光轴(120)上。面(124)相关的位置处的光轴(120)上。面(124)相关的位置处的光轴(120)上。

【技术实现步骤摘要】
用于透射光对比的显微镜


[0001]本专利技术主要涉及一种用于至少通过透射光对比法对样本进行成像的显微镜。

技术介绍

[0002]在显微镜中，透射光对比法可用于将对象的相位信息转换为强度调制，其可以由检测器检测到。这允许观察薄的未染色样本，特别是在细胞生物学中的生物成像中。这通常可以涉及调制元件，如相位环(环膜)或调制器。这种调制器通常还涉及振幅调制，即衰减通过显微镜物镜的光。这些调制器应放置在与显微镜物镜的出射光瞳共轭的平面中，以确保在视野上进行均匀的对比和平移不变的成像。

技术实现思路

[0003]鉴于上述缺点和问题，需要一种在显微镜中提供调制器的改进方式。根据本专利技术的实施例，提出了一种具有权利要求1的特征的显微镜。有利的进一步发展形成从属权利要求和随后描述的主题。
[0004]本专利技术的实施例通常涉及一种显微镜，该显微镜被配置用于至少通过透射光对比法对样本进行成像。所述显微镜包括物镜转换器，该物镜转换器被配置为将多个(或若干个)物镜中的物镜放置到显微镜的光轴上。请注意，所述显微镜也可以仅配备单个物镜。在这种情况下，不需要物镜转换器，简单的物镜支架就足够了。所述显微镜进一步包括透镜系统，用于形成被放置到光轴上的物镜中的任一个物镜(或单个物镜，如果适用的话)的出射光瞳的真实中间图像，中间图像形成在与出射光瞳共轭的相应共轭平面处。通常，所述显微镜还包括照明单元，所述照明单元用于产生照明光束路径，所述照明光束路径用于照明待成像的样本；被放置到光轴上的相应物镜产生用于对样本进行成像的成像光束路径。优选地，所述显微镜进一步包括用于检测待成像的样本的图像的数字图像检测模块(检测器)。这种数字图像检测模块可以是相机、或者包括相机(或者被包括在相机中)。
[0005]显微镜可以是倒置显微镜或正置显微镜。例如，在倒置显微镜中，要检查的对象(即样本)使用透射光方法从上方照明，并且物镜安装在显微镜载物台下方。在倒置反射光显微镜的情况下，照明和通过物镜的观察都是从下方进行的。这种入射光显微镜在例如矿物学和冶金学中发挥着重要作用，而倒置透射光显微镜通常用于检查或操作生物样本。倒置显微镜可以很好地接近要检查的样本，因为成像光学器件通常布置在显微镜载物台下方，即在显微镜的支架中。
[0006]特别是，经由显微镜以正常方式观察时，生物样本和小厚度样本看起来几乎是透明的。这样的样本通常仅具有不同的光学厚度，而光振幅没有减弱或在整个样本上均匀减弱。当光通过这种样本(相位对象)时存在的光程差可以通过各种对比方法对人眼可见。在已知的对比方法中，诸如相位对比、根据霍夫曼的调制对比、浮雕对比、Varell对比或干涉对比，下面仅对作为对比方法的典型代表的相位对比和调制对比方法进行简要说明。
[0007]在相位对比的情况中，照明光束路径上游的环形光阑通过聚光器成像到无限。照
明光束(“零衍射排列”)穿过环形光阑并在没有衍射的情况下穿透样本，撞击物镜的后焦平面中的相位环(与显微镜中常用的远心物镜的出射光瞳重合)。也就是说，它们击中了已经通过气相沉积进行协调的环形层，例如，与穿透此层相邻相位板的光线相比，实现了λ/4的相位差。这允许以下功能：在振幅对象的情况下，衍射光相对于零级次具有180
°
(λ/2)的相移，而在相位对象的情况下，这只有90
°
(λ/4)。这种在相位环中额外引入的90
°
偏移也导致180
°
的总偏移，即与振幅对象相同的相位关系。通过额外削弱相位环中的振幅，将零级次的强度调整为衍射级次。在显微镜的中间图像平面中，与振幅图像相当的图像现在是由衍射级次的干涉产生的。
[0008]折射率高于周围区域的细节在此图像中显得更暗。当然，也可以将相位环切割成环形光阑，使环形光阑以这种方式映射到相位环上。相位环位于物镜光瞳中，通常位于物镜本身内部。因此，对于相位对比，通常使用特殊的物镜，其中相位环被集成(例如通过在透镜上的气相沉积)。
[0009]介电层和金属层的组合通常用于构建相位对比层。介电层(例如氧化硅)可用于调整相移，金属层(例如铬)可用于设置所需的透射度。
[0010]合适的相位环(以及因此相关的环形光阑)的选择不仅取决于物镜，还取决于要检查的样本，其特征在于相应的透射度和相应的相移。
[0011]此外，相位环的尺寸应根据所需的分辨率或所需的对比度来确定。带有集成相位环的特殊镜头无法灵活应对这种不同的要求。这将需要提供大量的特殊镜头，这需要很大的努力和高昂的成本。因此，在实践中，普通的特殊镜头是普遍适用的标准解决方案，对于特殊情况往往无法达到预期的效果。
[0012]对于所谓的调制对比，在观察光束路径的光瞳平面中布置板，在该板上提供不同透明度(通常为0％、20％和100％)的带状区域。这种板通常称为调制器或调制元件。由于在这种情况下，衍射图像中的变化不会以相对于物镜的光轴对称的方式发生，因此用这种显微镜观察到的相位对象额外示出类似于对象或样本从一侧倾斜照明时出现的浮雕效果。在照明侧，提供与成像光束路径中的调制器共轭的至少一个狭缝形光阑。这通常以平均透射在成像侧的调制器的条上成像。这些狭缝形光阑通常位于聚光器盘内，每个放大倍率都有特殊的照明狭缝。
[0013]这种调制器(或调制元件)需要定位到与显微镜物镜的出射光瞳共轭的平面中，以确保在视野上进行均匀的对比和平移不变的成像。虽然这种调制元件通常位于场成像光束路径(正像成像光束路径)的准直区域中，但它(同时)位于光瞳成像光束路径(锥光成像光束路径)的焦点中。因此，移动物镜，例如，改变调制元件的区域中光瞳图像的轴向位置。
[0014]根据本专利技术的实施例，实现这一点的方式是为显微镜提供控制设备。所述控制设备被配置用于自动地将调制元件(调制器)定位到相应共轭平面的位置处或与相应共轭平面相关的位置处的光轴上，即，在沿着光轴围绕共轭平面的一定范围内的位置。因此，不需要手动定位。相反，将为显微镜的用户提供调制器的正确放置，而无需任何特定的交互。可以提供调制元件定位设备(例如，具有滑块的支架)以布置和移动/定位调制元件。所述控制设备然后连接到所述调制元件定位设备以便自动控制它。
[0015]优选地，控制设备被配置用于在平行于光轴的轴向方向上，即沿着光轴，自动地移动调制元件。这允许，一方面根据特定需要沿光轴正确定位调制器，另一方面，对于例如，沿
光轴具有不同出射光瞳的位置的不同物镜或不同类别的物镜使用单个调制元件。不需要提供滑块等，其具有沿光轴布置在不同轴向位置处的多个调制元件。
[0016]有利地，控制设备连接到物镜支架或转换器，以接收关于放置到光轴上的相应物镜的信息。这允许基于当前使用的具有特定出射光瞳位置的物镜来确定调制元件的正确所需的(轴向的)位置。
[0017]进一步有利的是，如果控制设备连接到显微镜的聚焦驱动，以接收关于相应物镜的轴(或轴向)位置的信息。所述聚焦驱动被配置为在平行于光轴的轴向方向上移动被放置到光轴上的相应物镜。这样，当前使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于至少通过透射光对比法对样本进行成像的显微镜(100)，所述显微镜(100)包括：物镜支架或转换器(114)，被配置为将物镜(106)或多个物镜中的物镜(106)放置到显微镜(100)的光轴(120)上，透镜系统(102)，用于形成被放置到光轴(120)上的物镜(106)中的任一个物镜的出射光瞳(108)的中间图像(104)，所述中间图像(104)形成在与所述出射光瞳共轭的相应共轭平面(124)处，以及控制设备(118)，被配置用于自动地将调制元件(110)定位到在所述相应共轭平面(124)的位置处或与相应共轭平面(124)相关的位置处的光轴(120)上。2.根据权利要求1所述的显微镜(100)，其中，所述控制设备(118)被配置为在平行于所述光轴(120)的轴向方向(z)上自动地移动所述调制元件(110)。3.根据权利要求1或2所述的显微镜(100)，其中，所述控制设备(118)连接到所述物镜支架或转换器(114)，以接收关于放置到所述光轴(120)上的相应物镜(106)的信息(I1)。4.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)，其中，所述控制设备(118)连接到所述显微镜(100)的聚焦驱动(115)，所述聚焦驱动(115)被配置为在平行于所述光轴(120)的轴向方向(z)上移动被放置到所述光轴(120)上的相应物镜(106)，以接收关于相应物镜(106)的轴向位置的信息(I2)。5.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)，其中，所述控制设备(118)被配置为仅在相应共轭平面(124)的轴向位置位移(d
z
)超过预定阈值(d'
z
)的情况下，轴向移动所述调制元件(110)。6.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)，其中，所述控制设备(118)被配置用于在相对于所述光轴(120)的横向方向上自动地移动所述调制元件(110)。7.根据权利要求6所述的显微镜(100)，其中，所述控制设备(118)被配置为根据定量图像质量分析来确定所述调制元件(110)的横向位移。8.根据权利要求7所述的显微镜(100)，其中，所述定量图像质量分析包括图像印象的定量再现性和对比度传递函数的定量再现性中的至少一种。9.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)，其中，所述控制设备(118)被配置为通过使第一调制元件(110)移动离开所述光轴(120)的横向移动、以及通过使另一个第二调制元件(410)移动到所述光轴(120)上的横向移动，将所述第一调制元件(110)更换为所述第二调制元件(410)。10.根据权利要求9所述的显微镜(100)，其中，所述控制设备(118)被进一步配置为根据所述第二调制元件(410...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺德，
申请(专利权)人：莱卡微系统CMS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：