Голографический микроскоп

Голографический микроскоп

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано при исследовании фазовых микрообъектов преимущественно в биологии и медицине для изучения клеток крови, микрососудов и т.д. Цель изобретенияповышение точности измерений и расширение функциональных возможностей микроскопа. В устройстве микрообъектив 6 выполнен в виде рельефнофазовой осевой голограммной линзы, нанесенной на заднюю поверхность покровного стекла 4, установленного с возможностью линейных перемещений в (Л с со 4ik ю со СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 11 4 С 02 В 21 /18

/Ц ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А ВТОРСКОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 4009082/24-10 (22) 15.01.86 (46) 30.05.87. Бюл.;,Ф 20 (72) С.В. Абдуладзе, И.М. Булатов, Н.П. Кутикова, А.В. Лукин, Л.Т. Мустафина, P.À. Нигмедзянов и А.Н. Чугунов .53) 535.82(088.8) (56) Скворцов Г.Е., Панов В.А., Поляков Н.И. и др. Микроскопы. Л,:

Машиностроение, 1969, с. 4414-417.

Украинский физический журнал.

1985, т. 30, 9 7, с. 994-997.

„„Я0„„1 14295 АI (54) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП (57) Изобретение может быть использовано при исследовании фазовых микрообъектов преимущественно в биологии и медицине для изучения клеток крови, микрососудов и т.д. Цель изобретения— повьппеиие точности измерений и расширение функциональных возможностей микроскопа. В устройстве микрообъектив 6 выполнен в виде рельефнофаэовой осевой голограммной линзы, нанесенной на заднюю поверхность покровного стекла 4, установленного с возможностью линейных перемещений в

1314295 плоскости установки. Часть излучения ствием волн обоих пучков интерференмонохроматического источника 1 света, ционная картина регистрируется прием- . направленная светоделителем 2 на ис- ной системой 12. Перемещением повоследуемый объект 5, преобразуется ротного зеркала 7 по поверхности элмикрообъективом 6 в сходящийся пучок, . липсоида в направлении смещения пок" после зеркала 7 поступает на голо- ровного стекла 4 достигается изменеграмму 11; Туда же направляется и ние угла падения пучка лучей на гочасть излучения, вышедшая иэ оптичес- лограмму 11 беэ изменения длины его ких элементов 8 — 10 в виде расходя- пути и смещения в плоскости голограм. щегося пучка. Образованная взаимодей- мы. 1 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при исследовании фазовых микрообъектов преимущественно в биологии и медицине для изучения клеток крови, микрососудов и т.д, Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей голографического микроскопа.. 50

На чертеже изображена оптическая схема голографического микроскопа.

Голографический микроскоп содержит

1 монохроматический источник 1 света, светоделитель 2, объектную ветвь, 55 включающую предметное 3 и покровное

4 стекла с расположенным между ними исследуемым объектом 5, микрообъектив

6 и поворотное зеркало 7, опорную ветвь включающую оптические элемен- 20 ты 8 — 10, голограмму 11, размещенную, на пересечении объектной и опорной ветвей, и приемную систему 12. Микрообъектив 6 выполнен в виде рельефно-фазовой осевой голограммной линзы, 25 нанесенной на заднюю поверхность покровного стекла 4, установленного с возможностью линейных перемещений в плоскости установки. Положения колец рельефно-фазовой структуры голо- 30 граммной линзы (микрообъектива) 6, состоящей иэ двух зон — круговой и кольцевой, смещенных по фазе на }}/2 относительно друг друга, определяется соотношением

35 и (. Г -}} + рт 1

Л (lh+k) .

2 показатель преломления и толщина покровного стекла 4 соответственно; расстояние от задней поверхности покровного стекла 4 до голограммы 11 радиус m-го кольца голограммной линзы (микро- объектива) 6; длина волны источника 1 света; гдепиd—1/4- при 0 с р„, с р„

К

0 HpB pkp с р срщ„ — радиус круговой эоны голо} ар граммной линзы 6;

25},рд — световой диаметр голо- граммной линзы.

Поворотное зеркало 7 установлено за микрообъективом 6 с воэможностью поворота вокруг оси, совмещенной с отражающей поверхностью зеркала и установленной, в свою очередь, с возможностью перемещения по эллиптической направляющей, один фокус которой совмещен с точкой пересечения нормали к задней поверхности: покровного стекла 4, опущенной от центра светоделителя 2, с данной поверхностью, а другой — c центром голограммы 11.

Эллиптическая направлян}щая установле-. на с возможностью поворота вокруг большой полуоси эллипса, а само зеркало 7 ориентировано по касательной к эллипсоиду вращения с указанными фокусами.

3 1314

Голографический микроскоп работает следующим образом.

Излучение монохроматического источника 1 света направляется на светоделитель 2, после которого образуются два пучка: отраженный объектный и прямо прошедший опорный. Объектный пучок, пройдя через предметное стекло 3, просвечивает исследуемый объект

5, расположенный практически на пе- 1р редней поверхности покровного стек-. ла 4, проходит через него и преобразуется в сходящийся рельефно-фазовой голограммной линзой (микрообъективом)

6. Зеркало 7 направляет преобразован- 15 ный расходящийся пучок на голограмму

11. Опорный пучок, прошедший через светоделитель 2, оптическими элементами 8 — 10 преобразуется в расходящийся и также направляется на голо- 2(» грамму 11. Приемной системой 12 регистрируется интерференционная картина, образованная взаимодействием волны, восстановленной голограммой 11 при освещении опорной волной, с объект- .25 ной волной, прошедшей через объект.

При использовании прибора в режиме голографического интерференционного микроскопа покровное стекло 4 линейно смещается таким образом, чтобы пу- 30 чок, прошедший через объект 5 и покровное стекло 4, оказался на голограммной линзе (микрообъектива) 6 в кольцевой зоне. В этом случае работает внеосевая часть голограммной линзы, поэтому обеспечивается пространственная фильтрация всех нерабОчих пучков от объектного °

Поскольку голограммная линза (микро- 40 объектив) 6 нанесена на заднюю поверх- „ ность покровного стекла 4,то удается существенно уменьшить апертуру пучков,, дифрагированных на объекте 5. Лучи, прошедшие через покровное стекло, не 45 претерпевают отклонений от оптической оси при переходе через границу стекло — воздух, как это происходит при использовании классических "сухих" микрообъективов. Выполнение рельефно-фазовой структуры голограммной линзы (микрообъектива) 6 в соответствии с соотношением (1) обеспечивает полную компенсацию сферической аберрации покровного стекла 4. При этом для точки на оси достигается дифракционный предел разрешения, т.е. для малого, поля визуализации голо граммный микрообъектив является без295 4, аберрационным. Предлагаемое распределение по поверхности покровного стек- ла 4 рельефно-фазовой структуры голограммной линзы (микрообъектива) 6 обеспечивает сдвиг по фазе на 7i/2 центральной круговой эоны относительно кольцевой. Поскольку голограммная линза вместе с покровным стеклом образует фактически одну компоненту, то на ней, в отличие от многокомпонентных классических объективов, практически отсутствуют переотраженные пучки, при взаимодействии которых образуется произвольная структура инФ терференционных полос, ухудшающая качество получаемых картин (уменьшается контраст полос настройки, появляется их рваность).

Таким образом, выполнение микраобъектива голографического микроскопа в виде рельефно-фазовой осевой голограммной линзы, нанесенной на заднюю поверхность покровного стекла в соответствии с вышеуказанным соотношением, при визуализации малых полей обеспечивает повьппение точности интерференционных измерений.

Установка покровного стекла 4 с возможностью линейных перемещений в плоскости установки, а поворотного зеркала 7 объектной ветви — по касательной к поверхности вьппеуказанного эллипсоида вращения с возможностью перемещения по ней в любых направлениях и перемещение кинематически связанных покровного стекла и поворотного зеркала в совпадающих направлениях обеспечивают возможность перестройки микроскопа в широком диапазоне частот и направлений интерференционных полос без смещения объектного пучка в плоскости голограммы 11. Действительно, благодаря линейным перемещениям покровного стекла 4 вдоль радиуса голограммной линзы (микрообъектива) 6 относительно его положения при записи голограммы 11 происходит перестройка частоты интерференционных по- > лос. Любое другое направление перемещения изменяет еще и ориентацию полос.-При этом объектный пучок, направленный на поворотное зеркало 7, изменяет свое направление,и угол. Перемещая поворотное зеркало по поверхности эллипсоида в том же направлении, что и покровное стекло, и одновременно с ним, удается (без изменения длины пути и смещения пучка в плоскости голограммы 11) изменить

5 13142 угол его падения на голограмму, Этот факт следует из свойств эллипсоида вращения. Изменение ориентации объект95

6 темного поля, также расширяющийся функциональные возможности микроскопа.!

t5

Другим преимуществом предлагаемого голографического микроскопа явля- 2О ется его более широкие функциональные

Л (m+K);

1/4 при О (р„, (р,р

К = при Якр p ю Ркин у — радиус круговой зоны голограмкр мной линзы;

2р „„ — световой диаметр этой линзы, поворотное зеркало объектной ветви установлено эа микрообъективом с воэ55 можностью поворота вокруг оси, совмещенной с отражающей поверхностью зеркала и установленной в свою очередь, с возможностью перемещения по эллиптической направляющей, один фо50 ного пучка относительно голограммы без изменения длины его пути и без смещения его в плоскости голограммы гарантирует высокий контраст интерференционных полос даже при условии невысокой монохроматичности и пространственной когерентности источника излучения, идентичность формы поверхностей интерферирующих волн, обеспечивающую получение неискаженных аберрациями интерференционных картин, и, как следствие, существенно более высокую точность интерференционных измерений по сравнению с .прототипом. возможности. Так, выполнение голограммной линзы (микрообъектива) 6 в соответствии с вышеуказанным соотношением, обеспечивает совмещение в ней двух функций: фокусирующей и фазово-сдвигающей. Действительно, совместив ось голограммы 11 с главным лучом падающего на нее объектного пучка можно добиться того, что лучи, прошедшие через объект 5 без дифракции, преобразуются центральной зоной голограммной линзы (микрообъективом)

6, а дифрагированные объектом лучи пройдут через ее кольцевую зону и будут отставать по фазе от лучей нулевого порядка на Т)/2. При этом режиме использования голограммной линзы (микрообъектива) 6 и при выведенной из оптической системы голограмме 11 в плоскости регистрации приемной системы 12 будет наблюдаться фаэово-контрастная картина визуализации, в которой обнаруживаются объекты, незаметные на интерференционной картине ввиду ее недостаточно высокой чувствительности. Таким образом, без введения в микроскоп дополнительной фазовосдвигающей пластины, а только линейным смещением покровного стекла

4 и голограммы 11 удается реализовать метод фазового контраста. Если на фазовую структуру голограммы в какойлибо внеосевой части нанесен непрозрачный экран в виде круга, то смещением голограммы, при котором пучок нулевого направления окажется перекрытым непрозрачным экраном, можно добиться настройки прибора на режим

Формула изобретения

Голографический микроскоп, содержащий монохроматический источник све. та, светоделитель, объектную ветвь, включающую предметное и покровное стекла, микрообъектив и поворотное зеркало, опорную ветвь, голограмму, размещенную на пересечении объектной и опорной ветви, и приемную систему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей микроскопа, микрообъектив выполнен в виде рельефно-фазовой осевой голограммной линзы, нанесенной на заднюю поверхность покровного стекла, установленного о возможностью линейных перемещений в плоскости установки, причем положение колец рельефнофазовой структуры голограммной линзы, состоящей иэ двух зон — круговой и кольцевой, смещенных по фазе íà Jt/2 относительно друг друга, определяется соотношением (/42+р 2 -Q)+QLã+p г показатель преломления и толщина покровного стекла соответственно; расстояние от задней поверхности покровного стекла до голограммы;: радиус m-го кольца голограммной линзы; длина волны;

Составитель В. Кравченко

Техред В.Кадар Корректор С. Черни

Редактор А. Ревин

Заказ 2210/47 Тирах 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д..4!5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уагород, ул. Проектная, 4

7 131429 кус которой совмещен с точкой пересечения нормали к задней поверхности покровного стекла, опущенной иэ цент-; ра светоделителя с данной поверх" ностью, а другой — с центром голограммы, эллиптическая направляющая

5 8 установлена с возмоаностью поворота вокруг большой полуоси элпнпса, а самоповоротное зеркало ориентировано по касательной к эллипсоиду вращения с указанными фокусами.