CN101960354A - 光学零件及使用光学零件的相位差显微镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够在包含频率信息以及颜色信息的情况下表示样品的相位差的光学零件及相位差显微镜，为此并列设置至少两个以上的光学介质，使得针对至少两个波长产生固定的相位差。

Description

光学零件及使用光学零件的相位差显微镜

技术领域

本发明涉及相位差显微镜及其光学零件，尤其涉及改变相位差的光学零件。

背景技术

一直以来，作为能够在无需染色而避免其死亡的情况下观察无色透明的生物体细胞的显微镜，研究出了相位差显微镜。该相位差显微镜，能够通过明暗对比度观察无色透明的标本，并能够在生物体细胞等存活的状态下进行观察。

专利文献1：特开平9-230247号公报

如上所述，相位差显微镜是能够通过明暗对比度对无色透明的生物体细胞等标本进行观察的装置。为了能够通过该明暗对比度进行观察，在相位差显微镜中需要使用相位板。

该相位板由规定物质的薄膜形成，使从光源发出的光透过薄膜，由此使相位超前或延迟四分之一波长。在构成该相位板的薄膜的物质中，存在色散现象，所以不能对所有波长的相位错开四分之一波长，在利用宽波长范围的光观察标本的情况下，对比度会降低。因此，在以往的相位差显微镜中，为了能够仅对固定波长进行观察，其结构为装有与固定波长对应的滤色片。通过使用这样的滤色片，能够仅使固定波长的相位错开四分之一波长。

但是，以往的相位差显微镜由于制成使用了滤色片的结构，所以，在对标本进行观察的情况下，仅以单一颜色的浓淡表现标本的像。因此，不得不在欠缺关于标本颜色的信息的状态下进行观察。

发明内容

本发明是鉴于上述问题作出的发明，其目的在于，提供能够以包含频率信息以及颜色信息的方式表示相位差的光学零件及相位差显微镜。

为了实现上述目的，在本发明中，并列设置至少两个以上光学介质以使至少两个波长产生固定的相位差。

具体而言，本发明的光学零件包括入射至少2个以上波长的光束的入射面和使入射光束的相位发生变化后出射光束的出射面，其特征在于，具有包含沿所述入射面和所述出射面之间并列设置的至少两个光学介质的光学介质体，

所述光学介质体包括：

第一光学介质区域，该区域根据波长使所述至少2个以上波长的各光束改变相位后出射；

第二光学介质区域，该区域根据波长使所述至少2个以上波长的各光束以相对于从所述第一光学介质区域出射的光束的相位，的相位差大致固定的方式改变相位后出射。

本发明的光学零件包括入射面和出射面。入射面入射至少2个以上波长的光束。光学零件使入射光束的相位变化。从出射面出射相位变化的光束。

在光学零件的入射面和出射面之间设有光学介质体。此外，光学介质体的表面优选形成为入射面及出射面。光学介质体包含至少两个光学介质。这些至少两个光学介质沿入射面和出射面之间并列设置。

而且，光学介质体至少含有第一光学介质区域和第二光学介质区域。

在第一光学介质区域入射上述至少2个以上波长的光束。第一光学介质区域通过其折射率等光学特性，使入射光束的相位根据波长变化。相位发生变化的光束从第一光学介质区域出射。

第二光学介质区域也与第一光学介质区域相同，入射上述至少2个以上波长的光束。第二光学介质区域也通过其折射率等光学特性，使入射光束的相位根据波长变化。而且，该第二光学介质区域以相对于从第一光学介质区域出射的光束的相位，相位差大致固定的方式，使入射光束的相位变化。使相位如此发生变化的光束从第二光学介质区域出射。

由此，通过第一光学介质区域和第二光学介质区域，能够使至少2个以上波长的光束从第一光学介质区域出射的光束的相位和从第二光学介质区域出射的光束的相位的差大致固定。从而能够使多个波长的相位错开，所以，能够在包含光束的频率信息的情况下对光束的相位进行调整。

另外，本发明的光学零件优选下述零件：

所述第一光学介质区域由至少一个光学介质层构成，

所述第二光学介质区域由至少一个光学介质层构成，

设所述第一光学介质区域中的第i层的厚度为t_1i，对波长λ1的光的折射率为n₁(i，1)，对波长λ2的光的折射率为n₁(i，2)，

设所述第二光学介质区域中的第j层的厚度为t_2j，对波长λ1的光的折射率为n₂(j，1)，对波长λ2的光的折射率为n₂(j，2)，此时如下的3式成立，

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{t}_{1i}\×n_1(i,1)-\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{t}_{2j}\×n_2(j,1)=C1\mathrm{\λ}1$

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{t}_{1i}\×n_1(i,2)-\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{t}_{2j}\×n_2(j,2)=C2\mathrm{\λ}2$

|C1-C2|＜0.02。

而且，本发明的光学零件优选以下的3式成立，

t(n₁(1，1)-n₂(1，1))＝C1×λ1

t(n₁(1，2)-n₂(1，2))＝C2×λ2

|C1-C2|＜0.02。

这里，设第一光学介质区域对第一波长λ1的折射率为n₁(1，1)，

设第一光学介质区域对第二波长λ2的折射率为n₁(1，2)，

设第二光学介质区域对第一波长λ1的折射率为n₂(1，1)，

设第二光学介质区域对第二波长λ2的折射率为n₂(1，2)。

而且，优选满足式|n₁(i，1)-n₂(i，2)|＜0.3。

另外，在设上述的C1或C2为C时，优选满足1/4≤|C|≤3/4。这里，表示|C|的绝对值。

这里，在上述至少2个以上波长的光束中，包含第一波长λ1的光束和第二波长λ2的光束。另外，在上述的式中，t为第一光学介质区域的厚度和第二光学介质区域的厚度，C为不取决于波长的常数。

而且，n(1，1)是第一光学介质区域对第一波长λ1的折射率，n(2，1)是第一光学介质区域对第二波长λ2的折射率，n(1，2)是第二光学介质区域对第一波长λ1的折射率，n(2，2)是第二光学介质区域对第二波长λ2的折射率。

通过使用满足上述2式的光学介质，能够使波长λ1的光束和波长λ2的光束从第一光学介质区域出射的光束的相位相对于从第二光学介质区域出射的光束的相位都以规定的常数C的量超前或延迟。这样能够使多个波长的相位错开，所以，能够在包含光束的频率信息的情况下，对光束的相位进行调整。

而且，本发明的光学零件，优选所述第一波长λ1和所述第二波长λ2为可见光的波长。

由此，能够在包含可见光的频率信息，即颜色信息的情况下，对光束的相位进行调整。

另外，本发明的相位差显微镜包括对样品进行照明的照明光学系统和使所述样品成像的成像光学系统，其特征在于，包括：

配置在所述照明光学系统的光瞳位置的开口；

配置在与所述开口共轭位置上的相位板，

所述相位板包括入射至少2个以上波长的光束的入射面和使入射光束的相位变化并出射的出射面，并且，

具有光学介质体，其包含沿所述入射面和所述出射面之间并列设置的至少两个光学介质，

所述光学介质体包含：

第一光学介质区域，该区域根据波长使所述至少2个以上波长的各光束改变相位后出射；

第二光学介质区域，该区域根据波长使所述至少2个以上波长的各光束以相对于从所述第一光学介质区域出射的光束的相位，相位差大致固定的方式改变相位后出射。

本发明的相位差显微镜，包含照明光学系统、成像光学系统、开口、相位板。照明光学系统用于对样品进行照明。成像光学系统用于对样品进行成像。开口配置在照明光学系统的光瞳位置，用于对照射样品的光进行限制。

相位板配置在与开口共轭的位置。该相位板包括入射面和出射面。在入射面上入射至少2个以上波长的光束。相位板使入射光束的相位变化。从出射面出射相位已变化的光束。

在相位板的入射面和出射面之间设有光学介质体。此外，光学介质体的表面优选形成为入射面及出射面。光学介质体包含至少两个光学介质。该至少两个光学介质沿入射面和出射面之间并列设置。

而且，光学介质体至少包含第一光学介质区域和第二光学介质区域。

在第一光学介质区域，入射上述至少2个以上波长的光束。第一光学介质区域，通过其折射率等光学特性，使入射光束的相位根据波长变化。相位发生变化的光束从第一光学介质区域出射。

在第二光学介质区域，也与第一光学介质区域相同，入射上述至少2个以上波长的光束。第二光学介质区域也根据其折射率等光学特性，使入射光束的相位根据波长变化。而且，该第二光学介质区域以相对于从第一光学介质区域出射的光束的相位，相位差大致固定的方式，使入射光束的相位变化。使相位如此变化的光束从第二光学介质区域出射。

由此，通过第一光学介质区域和第二光学介质区域，能够使至少2个以上波长的光束从第一光学介质区域出射的光束的相位和从第二光学介质区域出射的光束的相位的差大致固定。从而能够使多个波长的相位错开，所以，能够在包含光束的频率信息的情况下对光束的相位进行调整，并能够在包含颜色信息的情况下对接近透明的样品进行观察。另外，能够不使用滤色片而对样品进行观察，所以能够简化相位差显微镜的结构。

发明的效果

能够在包含频率信息以及颜色信息的情况下表示样品的相位差。

附图说明

图1是表示第一实施方式的相位差显微镜的概要的图。

图2是表示第一实施方式的相位板100的俯视图(a)和剖视图(b)和原理图(c)。

图3是表示第二实施方式～第五实施方式的相位板的剖视图。

图4是表示第一实施方式～第五实施方式的相位板的一般化概念的剖视图。

附图标记

10相位差显微镜

100、200、300、400、500、600相位板(光学零件)

110、310第一光学介质部(第一光学介质区域)

120、320、520第二光学介质部(第二光学介质区域)

140、340、540入射面

150、350、550出射面

600a  第一光学介质层(第一光学介质区域)

600b  第二光学介质层(第二光学介质区域)

具体实施方式

以下基于附图对本发明的实施例进行说明。

<<<第一实施方式>>>

<<相位差显微镜的构成>>

图1是表示相位差显微镜10的概要的图。

相位差显微镜10包括：光源(未图示)和环状光阑12、聚光透镜14、物镜18、相位板100。这些部分通过规定的支承体(未图示)被支承在规定的位置上。

环状光阑12具有环带形的开口，位于照明光学系统1的光瞳位置，即后述的物镜18的前焦点面上。在从光源(未图示)发出的光束到达环状光阑12之前，通过准直透镜等光学元件(未图示)，预先变换成平行光。被变换成平行光的光束被该环状光阑12聚光，以使光束仅通过环带形的开口，从而变换成环状的光束。

聚光透镜14变换通过环状光阑12被变成环状光束的光束，以使其在后述的样品16聚光。通过聚光透镜14被变成聚光的光束通过作为标本的样品16成像。被照射在样品16上的光束分离成透过样品16的内部并直行的直接光(图1所示的实线)和通过样品16的相位物体衍射并弯曲行进的衍射光(图1所示的虚线)。该衍射光被样品16的相位物体衍射的同时相位被延迟约四分之一波长。

由上述光源、环状光阑12和聚光透镜14构成照明光学系统1。

在被样品16分离的直接光和衍射光的行进方向上，配置有物镜18。而且，相位板100被配置在成像光学系统2的光瞳位置，即物镜18的后焦点位置，从而配置在与环状光阑12成为共轭关系的位置上。相位板100，如后述那样，由第一光学介质部110和第二光学介质部120构成。第一光学介质部110形成为环状(参见图2)。此外，在后面对该相位板100的结构及功能进行详细描述。

透过样品16的直接光的光束被物镜18变换成平行光，并入射到相位板100。配置相位板100的形成为环状的第一光学介质部110，使其与成为环状光的直接光重叠。即，相位板100的形成为环状的第一光学介质部110的内径d1和外径d2(参见图2(a)及(b))分别是环状光阑12的内径和外径乘以由聚光透镜14和物镜18决定的倍率后的值。

另一方面，被样品16的相位物体衍射的衍射光通过后述的相位板100的外侧第二光学介质部120b。

透过相位板100的直接光和衍射光在像面20中被聚光并互相干涉而成像。

<相位板100的结构>

图2表示第一实施方式的相位板100的俯视图(a)、剖视图(b)、原理图(c)。

如图2(a)所示，相位板100具有大致圆板状的形状。相位板100包含：由第一光学介质区域构成的第一光学介质部110、由第二光学介质区域构成的第二光学介质部120。关于第一光学介质部110和第二光学介质部120的光学性质将在后叙述。另外，如图2(b)所示，相位板100具有入射面140(图2(b)所示的下表面)和出射面150(图2(b)所示的上表面)。如后所述，从光源发出的光束入射到入射面140，透过第一光学介质部110以及第二光学介质部120的光束从出射面150出射。而且，在该相位板100的入射面140侧，形成有基部130。该基部130由第二光学介质部120构成，作为相位板100的基部发挥功能。

第一光学介质部110，如图2(b)所示，配置在出射面150侧。该第一光学介质部110在出射面150具有环带或环形的形状。第一光学介质部110的内径为d1，外径为d2。该内径d1和外径d2，如上所述，可以基于环状光阑12的内径及外径、由聚光透镜14及物镜18决定的倍率适当确定。另外，第一光学介质部110的厚度为t1。该第一光学介质部110的厚度t1只要满足后述的式1及式2而确定即可。

另一方面，如图2(b)所示，第二光学介质部120被配置在除第一光学介质部110以外的相位板100的区域。这里，为了方便，将第一光学介质部110分成内侧第二光学介质部120a、外侧第二光学介质部120b、基部130三个部分。如上所述，基部130形成在相位板100的入射面140侧，发挥相位板100的基部的功能。上述第一光学介质部110、内侧第二光学介质部120a、外侧第二光学介质部120b形成为同心状。

内侧第二光学介质部120a位于第一光学介质部110的内侧。内侧第二光学介质部120a在入射面140及出射面150具有大致圆形的形状。

内侧第二光学介质部120a的直径由上述第一光学介质部110的内径d1确定。外侧第二光学介质部120b位于第一光学介质部110的外侧。外侧第二光学介质部120b在入射面140及出射面150具有大致环带形的形状。外侧第二光学介质部120b的内径由第一光学介质部110的外径d2确定，外侧第二光学介质部120b的外径由相位板100的直径确定。另外，第二光学介质部120的厚度也为t1，只要能满足后述的式1及式2而确定即可。

这样，第一光学介质部110和第二光学介质部120(内侧第二光学介质部120a及外侧第二光学介质部120b)，沿入射面140和出射面150之间并列设置。

第一光学介质部110对波长λ1的光束的折射率为n₁(1，1)，对波长λ2的光束的折射率为n₁(1，2)。该第一光学介质部110优选为塑料或树脂等。

另一方面，内侧第二光学介质部120a和外侧第二光学介质部120b对波长λ1的光束的折射率为n₂(1，1)，对波长λ2的光束的折射率为n₂(1，2)。该内侧第二光学介质部120a和外侧第二光学介质部120b优选为大致圆板状的介质。此外，基部130也由第二光学介质区域形成，所以具有相同的折射率。

这些折射率n₁(1，1)、n₁(1，2)、n₂(1，1)及n₂(1，2)满足以下三个式子。

t(n₁(1，1)-n₂(1，1))＝C1×λ1

t(n₁(1，2)-n₂(1，2))＝C2×λ2

|C1-C2|＜0.02

这里，式1及式2中的t是第一光学介质部110、内侧第二光学介质部120a和外侧第二光学介质部120b的厚度，在图2(b)所示的例中，t为厚度t1，是相位板100整体厚度t2中除去基部130的厚度以外的厚度。该厚度t1对于由第一光学介质部110引起的相位变化和由第二光学介质部120引起的相位变化有影响。即，该厚度t1是使通过第一光学介质部110的光束和通过第二光学介质部120的光束产生相位差的要素之一。

<相位板100的制造>

上述相位板100是通过加工具有大致圆板状的形状的玻璃板而制作的。该玻璃板成为第二光学介质部120(内侧第二光学介质部120a及外侧第二光学介质部120b)以及基部130。玻璃板的加工首先是通过对构成玻璃板的出射面150的一侧的表面进行加工，从而以与相位板100成为同心状的方式形成环形的槽。进行该加工以使槽的深度为t1。向形成的槽内流入粘结剂并使其固化。在槽中干燥的粘结剂成为第一光学介质部110。通过这样的加工形成槽，同时利用粘结剂形成第一光学介质部110，所以，能够简易且便宜地制作相位板100。另外，由于通过加工形成槽，所以，能够通过形成的槽的深度调整第一光学介质部110的厚度，也能够容易地将第一光学介质部110的厚度形成为较薄或较厚。此外，在较厚地形成第一光学介质部110时，可以通过蒸镀或喷涂等薄膜形成处理进行。

另外，只要满足上述的式1及式2，可以不使用玻璃板而使用透明的塑料等树脂作为第二光学介质部120。这样，能够更简易且便宜地制作相位板100。

<相位板100的功能>

如上所述，从光源发出的光束被样品16的相位物体分离成直接光和衍射光。衍射光在被样品16的相位物体衍射时，相位约延迟四分之一波长。另一方面，直接光不被样品16的相位物体衍射，相位不发生变化。

如图1的虚线所示，衍射光的行进方向被物镜18调整，以使其透过相位板100的内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b。具体而言，到达相位板100的入射面140的衍射光，首先通过基部130。然后，通过基部130的衍射光到达内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b。而且，通过内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b后从相位板100的出射面150出射，向像面20前进。此外，如上所述，出于方便而区分了内侧第二光学介质部120a或外侧第二光学介质部120b和基部130，并对衍射光的行进，进行了如上的说明，但在这些部件之间并不存在界限或边界。

另一方面，如图1的实线所示，直接光的行进方向被物镜18调整，以使其透过相位板100的第一光学介质部110。具体而言，到达相位板100的入射面140的直接光，首先通过基部130。然后，通过基部130的衍射光到达第一光学介质部110。更进一步，通过第一光学介质部110后从相位板100的出射面150出射，向像面20前进。

如上所述，无论在直接光的情况下还是在衍射光的情况下，从相位板100的入射面140入射后，首先通过基部130。因此，由于构成基部130的第二光学介质部120的折射率和基部130的厚度，直接光和衍射光的相位都同样地被改变。因此，在通过基部130前的直接光的相位和衍射光的相位的差，与通过基部130后的直接光的相位和衍射光的相位的差相同。

而通过基部130后，直接光通过第一光学介质部110，衍射光通过内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b。因此，直接光的相位因第一光学介质部110的折射率和厚度而发生变化，衍射光的相位因内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b的折射率和厚度而改变。由此，通过基部130后的直接光的相位和衍射光的相位的差，与从相位板100的出射面150出射时的直接光的相位和衍射光的相位的差产生差异。具体而言，通过基部130后的直接光的相位和衍射光的相位的差约为四分之一波长，这是由样品16的相位物体产生的差。

这样，基部130对直接光的相位以及衍射光的相位产生影响，但对从相位板100的出射面150出射时的直接光的相位和衍射光的相位的差没有影响。对从相位板100的出射面150出射时的直接光的相位和衍射光的相位的差产生影响的是满足式1及式2的关系的第一光学介质部110、内侧第二光学介质部120a和外侧第二光学介质部120b。

以下，采用作为原理图的图2(c)，对从光源发出的波长λ1和λ2的光束进行详细地说明。此外，图2(c)中省略示出图2(b)所示的相位板100的基部130。

具有λ1的波长的光束被样品16分成直接光LR1和衍射光LD1。同样地，具有λ2的波长的光束也被样品16分成直接光LR2和衍射光LD2。

直接光LR1通过物镜18入射到图2(c)所示的第一光学介质部110。入射到第一光学介质部110的直接光LR1具有波长λ1，所以，基于第一光学介质部110的折射率n(1，1)和厚度t1，错开预定的相位后从第一光学介质部110出射。另一方面，衍射光LD1通过物镜18入射到图2(c)所示的内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b。入射到内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b的衍射光LD1也具有波长λ1，所以，基于内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b的折射率n(1，2)和厚度t1，错开预定的相位后从内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b出射。

这样，根据式1的关系，从第一光学介质部110出射的直接光LR1相对于从内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b出射的衍射光LD1，相位错开(λ1)/4的量。

同样地，直接光LR2通过物镜18入射到图2(c)所示的第一光学介质部110。入射到第一光学介质部110的直接光LR2具有波长λ2，所以，基于第一光学介质部110的折射率n(2，1)和厚度t1，错开预定的相位后从第一光学介质部110出射。另一方面，衍射光LD2通过物镜18，入射到图2(c)所示的内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b。入射到内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b的衍射光LD2也具有波长λ2，所以，基于内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b的折射率n(2，2)和厚度t1，错开预定的相位后从内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b出射。

这样，根据式2的关系，从第一光学介质部110出射的直接光LR2相对于从内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b出射的衍射光LD2，相位错开(λ2)/4的量。

通过使用满足上述式1及式2的第一光学介质部110和内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b，无论对于波长λ1的光束，还是对于波长λ2的光束，都能够使从第一光学介质部110出射的光束的相位相对于从内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b出射的光束的相位，超前或延迟四分之一波长。

用于以往的相位差显微镜的相位板，使用空气作为相当于第二光学介质区域的介质，利用第一光学介质区域的折射率和空气的折射率，使直接光的相位相对于衍射光延迟或超前四分之一波长。但是，由于第一光学介质区域的色散，不能针对多个波长的光束使直接光的相位相对于衍射光的相位错开四分之一波长。

而本申请的发明通过使用第二光学介质，不仅利用第一光学介质的色散，还利用第二光学介质的色散，满足上述式1及式2的关系，从而能够针对多个波长的光束使直接光的相位相对于衍射光的相位错开四分之一波长。

需要说明的是，波长λ1和λ2双方都在可见光范围，并且，优选使波长λ1和λ2的差变得最大。由此，能够在可见光的较宽范围内，使直接光的相位相对于衍射光的相位错开四分之一波长。

<实施例1>

当设波长为：λ1＝0.48613μm，λ2＝0.65627μm，

折射率为：

n₁(1，1)＝1.60940

n₁(1，2)＝1.60019

n₂(1，1)＝1.58835

n₂(1，2)＝1.57171，

厚度为：

t₁＝t₂＝5.7714μm，则：

C1＝t₁(n₁(1，1)-n₂(1，1))/λ1＝0.24990

C2＝t₁(n₁(1，2)-n₂(1，2))/λ2＝0.25046。

<实施例2>

当设波长为：

λ1＝0.48613μm，λ2＝0.65627μm，

折射率为：

n₁(1，1)＝1.59230

n₁(1，2)＝1.58323

n₂(1，1)＝1.57616

n₂(1，2)＝1.56204，

厚度为：

t₁＝t₂＝7.636μm，则：

C1＝t₁(n₁(1，1)-n₂(1，1))/λ1＝0.25352

C2＝t₁(n₁(1，2)-n₂(1，2))/λ2＝0.24656。

<<<第二实施方式>>>

图3(a)表示第二实施方式的相位板200。此外，对与第一实施方式的相位板100同样的要素，标注相同的符号。

该第二实施方式的相位板200是在第一实施方式的相位板100上设置了保护用的玻璃盖片(cover glass)210的相位板。由此，相位板200的出射面成为玻璃盖片210的上表面，但玻璃盖片210使直接光以及衍射光同样地透过，所以，与第一实施方式相同，利用满足上述式1及式2的第一光学介质部110和内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b，无论对于波长λ1的光束，还是对于波长λ2的光束，都能够使从第一光学介质部110出射的光束的相位相对于从内侧第二光学介质部120a以及外侧第二光学介质部120b出射的光束的相位超前或延迟四分之一波长。

而且，该第二实施方式的相位板200因其第一光学介质部110以及内侧第二光学介质部120a和外侧第二光学介质部120b被玻璃盖片保护，所以，能够提高强度，能够使操作变得简便，且能够防止裂纹等损伤，所以能够维持相位板200的光学特性。

<<<第三实施方式>>>

图3(b)表示第三实施方式的相位板300。该第三实施方式的相位板300是在基部330上形成有第一光学介质部310和第二光学介质部320的相位板。

该第一光学介质部310，除了厚度以外，其形状、大小以及材质可以与第一实施方式的第一光学介质部110相同。另外，第二光学介质部320，除了厚度以外，其形状、大小以及材质也可以与第一实施方式的第二光学介质部120相同。此外，该相位板300的第二光学介质部320也和第一实施方式相同，由内侧第二光学介质部320a和外侧第二光学介质部320b构成。相位板300的下表面为入射面340，上表面为出射面350。

另外，基部330只要能够使光束透过即可，可以使用玻璃或塑料等。通过这种结构，能够省去切削加工或模压加工等加工工序，所以，能够容易地制作相位板300。

如图3(b)所示，第三实施方式的相位板300的第一光学介质部310的厚度和第二光学介质部320的厚度不同。在这样的情况下，可以通过采用以下两个式子进行相位的调整。

$t3\&times;n_1\left(\mathrm{1,1}\right)-[t4\&times;n_2\left(\mathrm{1,1}\right)+(t3-t4)]=\frac{1}{4}\&times;\mathrm{\&lambda;}1$

$t3\&times;n_1(1,2)-[t4\&times;n_2(1,2)+(t3-t4)]=\frac{1}{4}\&times;\mathrm{\&lambda;}2$

这里，波长λ1及λ2、折射率n₁(1，1)、n₁(1，2)、n₂(1，1)及n₂(1，2)与第一实施方式相同。另外，如图3(b)所示，t3为第一光学介质部310的厚度，t4为第二光学介质部320的厚度。另外，设空气的折射率的值为1。

利用满足该式3及式4的第一光学介质部310和第二光学介质部320，无论对于波长λ1的光束，还是对于波长λ2的光束，都能够使从第一光学介质部310出射的光束的相位相对于从第二光学介质部320出射的光束的相位，超前或延迟四分之一波长。

在上述的式3及式4中，示出了两个波长λ1及λ2应满足的条件，但在满足式3及式4的情况下，对于两个波长λ1及λ2两者的波长附近的波长λ3，有时能够满足下式。

t3×n₁(1，3)-[t4×n₂(1，3)+(t3-t4)]＝δ×λ3

其中，关于δ，|δ-1/4|＜0.02。

这里，折射率n₁(1，3)是第一光学介质部310对波长λ3的折射率，折射率n₂(1，3)是第二光学介质部320对波长λ3的折射率。这样，在δ充分接近1/4的情况下，在λ1、λ2、λ3的较宽的波长范围内，能够得到良好的1/4波长板。

<<<第四实施方式>>>

图3(c)表示第四实施方式的相位板400。需要说明的是，对与第三实施方式的相位板300同样的要素，标注相同的符号。

该第四实施方式的相位板400，是在第三实施方式的相位板300上设置了保护用的玻璃盖片410的相位板。由此，相位板400的出射面成为玻璃盖片410的上表面，玻璃盖片410能够使直接光以及衍射光同样地透过，与第三实施方式同样地，利用满足上述式3及式4的第一光学介质部310和内侧第二光学介质部320a以及外侧第二光学介质部320b，无论对于波长λ1的光束，还是对于波长λ2的光束，都能够使从第一光学介质部310出射的光束的相位相对于从内侧第二光学介质部320a以及外侧第二光学介质部320b出射的光束的相位，超前或延迟四分之一波长。

而且，该第四实施方式的相位板400的第一光学介质部310以及内侧第二光学介质部320a和外侧第二光学介质部320b被玻璃盖片保护，所以，能够提高强度，能够使操作变得简便，且能够防止裂纹等损伤，所以，能够维持相位板400的光学特性。

<<<第五实施方式>>>

图3(d)表示第五实施方式的相位板500。需要说明的是，对与第三实施方式的相位板300相同的要素，标注相同的符号。

该第五实施方式的相位板500，是用第二光学介质部520覆盖了第三实施方式的第一光学介质部310，并用保护膜510覆盖了第二光学介质部520的相位板。相位板500的下表面为入射面540，其上表面为出射面550。

第二光学介质部520可以使用与第一实施方式的第二光学介质部120相同的光学介质部。此外，该相位板500的第二光学介质部520也与第一实施方式相同，由内侧第二光学介质部520a和外侧第二光学介质部520b构成。这样，通过用第二光学介质部520覆盖第一光学介质部310，能够可靠地保护第一光学介质部310。另外，由于用保护膜510覆盖整个第二光学介质部520，所以能够保护第一光学介质部310和第二光学介质部520两者，并能够使操作变得简便，同时不易受到损伤，所以，能够维持光学特性更长时间。

<<<第一～第五实施方式的一般化>>>

图4示出对上述第一～第五实施方式的相位板进行一般化的相位板600。图4所示的相位板600的左侧是对第一光学介质部进行一般化的第一光学介质层600a，相位板600的右侧是对第二光学介质部进行一般化的第二光学介质层600b。第一光学介质层600a和第二光学介质层600b由至少一层构成。

在图4所示的例中，第一光学介质层600a的第一层602-1，厚度为t₁₁，对波长λ1的光束的折射率表示为n₁(1，1)，对波长λ2的光束的折射率表示为n₁(1，2)。另外，第一光学介质层600a的第二层602-2，厚度为t₁₂，对波长λ1的光束的折射率表示为n₁(2，1)，对波长λ2的光束的折射率表示为n₁(2，2)。而且，第一光学介质层600a的第i层602-i，厚度为t_1i，对波长λ1的光束的折射率表示为n₁(i，1)，对波长λ2的光束的折射率表示为n₁(i，2)。

另外，第二光学介质层600b的第一层604-1，厚度为t₂₁，对波长λ1的光束的折射率表示为n₂(1，1)，对波长λ2的光束的折射率表示为n₂(1，2)。另外，第二光学介质层600b的第二层604-2，厚度为t₂₂，对波长λ1的光束的折射率表示为n₂(2，1)，对波长λ2的光束的折射率表示为n₂(2，2)。而且，第二光学介质层600b的第i层604-i，厚度为t_2i，对波长λ1的光束的折射率表示为n₂(i，1)，对波长λ2的光束的折射率表示为n₂(i，2)。

波长λ1的光束和波长λ2的光束的两个光束都能够通过上述第一光学介质层600a的所有层，并且波长λ1的光束和波长λ2的光束的两个光束都能够通过第二光学介质层600b的所有层。

在由这样的第一光学介质层600a和第二光学介质层600b构成相位板600的情况下，可以通过使用以下3个式子调整相位。

$\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{t}_{1i}\&times;n_1(i,1)-\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{t}_{2j}\&times;n_2(j,1)=C1{\mathrm{\&lambda;}}_1$

$\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{t}_{1i}\&times;n_1(i,2)-\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{t}_{2j}\&times;n_2(j,2)=C2{\mathrm{\&lambda;}}_2$

|C1-C2|＜0.02

通过使用满足该式6、式7及式8的第一光学介质层600a和第二光学介质层600b，无论对于波长λ1的光束，还是对于波长λ2的光束，都能够使从第一光学介质层600a出射的光束的相位相对于从第二光学介质层600b出射的光束的相位，超前或延迟C1(～C2)的量。

Claims (6)

1.一种光学零件，包括入射至少2个以上波长的光束的入射面和使入射光束的相位发生变化后出射光束的出射面，

所述光学零件具有包含沿所述入射面和所述出射面之间并列设置的至少两个光学介质的光学介质体，

所述光学介质体包括：

第一光学介质区域，该区域根据波长使所述至少2个以上波长的各光束改变相位后出射；

第二光学介质区域，该区域根据波长使所述至少2个以上波长的各光束以相对于从所述第一光学介质区域出射的光束的相位，相位差大致固定的方式改变相位后出射。

2.如权利要求1所述的光学零件，

所述第一光学介质区域由至少一个光学介质层构成，

所述第二光学介质区域由至少一个光学介质层构成，

设所述第一光学介质区域中的第i层的厚度为t_1i，设对波长λ1的光的折射率为n₁(i，1)，设对波长λ2的光的折射率为n₁(i，2)，

设所述第二光学介质区域中的第j层的厚度为t_2j，设对波长λ1的光的折射率为n₂(j，1)，设对波长λ2的光的折射率为n₂(j，2)，此时下述3个式子成立，

$\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{t}_{1i}\&times;n_1(i,1)-\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{t}_{2j}\&times;n_2(j,1)=C1\mathrm{\&lambda;}1$

$\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{t}_{1i}\&times;n_1(i,2)-\underset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}{t}_{2j}\&times;n_2(j,2)=C2\mathrm{\&lambda;}2$

|C1-C2|＜0.02。

3.如权利要求1所述的光学零件，

所述至少2个以上波长的光束包括第一波长λ1的光束和第二波长λ2的光束，

所述第一光学介质区域和所述第二光学介质区域分别由单一的介质构成，其厚度设为t，

设所述第一光学介质区域对第一波长λ1的折射率为n₁(1，1)，

设所述第一光学介质区域对第二波长λ2的折射率为n₁(1，2)，

设所述第二光学介质区域对第一波长λ1的折射率为n₂(1，1)，

设所述第二光学介质区域对第二波长λ2的折射率为n₂(1，2)，此时下面的3个式子成立，

t(n₁(1，1)-n₂(1，1))＝C1×λ1

t(n₁(1，2)-n₂(1，2))＝C2×λ2

|C1-C2|＜0.02。

4.如权利要求3所述的光学零件，满足下式：

|n₁(i，1)-n₂(i，2)|＜0.3。

5.如权利要求1所述的光学零件，所述第一波长λ1和所述第二波长λ2为可见光的波长。

6.一种相位差显微镜，包括对样品进行照明的照明光学系统、使所述样品成像的成像光学系统，

所述相位差显微镜包括：

配置在所述照明光学系统的光瞳位置的开口；

配置在与所述开口共轭的位置上的相位板，

所述相位板包括：

入射至少2个以上波长的光束的入射面和使入射光束的相位变化后出射的出射面，并且，

具有光学介质体，所述光学介质体包含沿所述入射面和所述出射面之间并列设置的至少两个光学介质，

所述光学介质体包括：

第一光学介质区域，该区域根据波长使所述至少2个以上波长的各光束改变相位后出射；

第二光学介质区域，该区域根据波长使所述至少2个以上波长的各光束以相对于从所述第一光学介质区域出射的光束的相位，相位差大致固定的方式改变相位后出射。

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