DEP0053688DA

DEP0053688DA - Contrast microscope

Info

Publication number: DEP0053688DA
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr.-Ing. Räntsch
Original assignee: Zeiss-Opton Optische Werke Oberkochen GmbH, Oberkochen
Publication date: 1950-11-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kontrastmikroskop, das es gestattet, in mikroskopischen Präparaten Einschlüsse oder sonstige Elemente (Phaseneinschlüsse) sichtbar zu machen, die zwar die gleiche Absorption, jedoch eine andere Brechzahl wie das Umfeld besitzen. Bei den bekannten Phasenkontrastverfahren hat man zu diesem Zweck das Licht des in der Objektivpupille entstehenden direkten Bildes der Kondensorblende durch Phasen- und Absorptionsplatten so beeinflusst, dass sich die von einem Phaseneinschluss herrührende Streustrahlung zumindest teilweise auslöscht, so dass diese Stelle dann gegenüber ihrem Umfeld dunkel erscheint. Dabei sind solche Kontraststellen aber nicht zu unterscheiden von Präparatstellen (Absoptionseinschlüssen), die infolge einer gegenüber dem Umfeld höheren Absorption ebenfalls dunkel erscheinen.The invention relates to a contrast microscope which allows inclusions or other elements (phase inclusions) to be made visible in microscopic specimens, which have the same absorption but a different refractive index than the surroundings. With the known phase contrast methods, the light of the direct image of the condenser diaphragm created in the objective pupil has been influenced by phase and absorption plates in such a way that the scattered radiation resulting from a phase confinement is at least partially canceled, so that this point then appears dark compared to its surroundings . In this case, however, such contrast points cannot be distinguished from preparation points (absorption inclusions) which also appear dark due to a higher absorption compared to the surroundings.

Gegenstand der Erfindung ist ein Kontrastmikroskop mit Kondensorblende und einer in der dazu konjugierenden Ebene liegenden Kontrasteinrichtung, bei welchem erfindungsgemäß die Kontrasteinrichtung Farbwirkung besitzt. Dabei kann die Farbwirkung für die Erzeugung des Kontrastes allein maßgebend sein, in den meisten Fällen wird es aber vorteilhaft sein, sie mit einer zusätzlichen festen Phasenverschiebung, z.B. von (Lambda)/4, zu koppeln. Gegebenenfalls kann außerdem noch eine Absorptionswirkung eine Rolle spielen.The subject of the invention is a contrast microscope with a condenser diaphragm and a contrast device lying in the plane conjugating thereto, in which, according to the invention, the contrast device has a color effect. The color effect alone can be decisive for the generation of the contrast, but in most cases it will be advantageous to couple it with an additional fixed phase shift, e.g. of (lambda) / 4. If necessary, an absorption effect can also play a role.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Kontrasteinrichtung zwei komplementäre Farbfilter, von denen das eine im wesentlichen von den Strahlen des direkten Blendenbildes in der Objektivpupille, das andere von den Strahlen der Bewegungsbilder der Blende, also der zum Blendenbild komplementären Fläche der Objektpupille durchsetzt wird. Wenn diese Strahlen im Objektivbild dann wieder zusammenwirken, entstehen mehr oder weniger farbige Kontraste der Phaseneinschlüsse; z.B. können die Phaseneinschlüsse des Präparates weiß in dem nicht streuenden und deshalb farbigen Präparatumfeld erscheinen. Von reinen Absorptionseinschlüssen im Präparat herrührenden Kontraste sind demgegenüber auf jeden Fall dunkel im farbigen Umfeld. Die Erfindung erlaubt somit auf einfache Weise eine sofortige Deutung der Kontraste nach Phaseneinschlüssen und reinen Absorptionseinschlüssen.In a preferred embodiment of the invention, the contrast device contains two complementary color filters, one of which is penetrated essentially by the rays of the direct diaphragm image in the objective pupil, the other by the rays of the motion images of the diaphragm, i.e. the surface of the object pupil that is complementary to the diaphragm image. When these rays work together again in the objective image, more or less colored contrasts of the phase inclusions arise; E.g. the phase inclusions of the preparation can be white in the non-scattering and therefore the colored area around the specimen appear. On the other hand, contrasts resulting from pure absorption inclusions in the preparation are definitely dark in the colored environment. The invention thus allows an immediate interpretation of the contrasts according to phase inclusions and pure absorption inclusions in a simple manner.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken kann die Farbwirkung statt durch komplementären Filter auch durch die Phasenplatte unmittelbar hervorgerufen werden, indem diese so ausgebildet wird, dass sie eine Phasenverschiebung von mehr als (Lambda)/2 erzeugt. Bei Beleuchtung mit weißem Licht treten dann durch Interferenz farbige Kontraste auf, deren Farbe sich durch eine Änderung der Phasenverschiebung, z.B. bei Verwendung eines Phasenkeiles, beeinflussen lässt.According to a further inventive concept, the color effect can also be produced directly by the phase plate instead of by complementary filters, in that the latter is designed in such a way that it produces a phase shift of more than (lambda) / 2. When illuminated with white light, colored contrasts occur due to interference, the color of which can be influenced by changing the phase shift, e.g. when using a phase wedge.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sei auf die beigefügte Zeichnung und die nachfolgende Beschreibung verwiesen, aus der sich auch noch weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben.For a more detailed explanation of the invention, reference is made to the accompanying drawing and the following description, from which further details of the invention can also be found.

Abb. 1 zeigt schematisch den Verlauf der Hauptstrahlen in einem an sich bekannten Kontrastmikroskop, jedoch ist eine Zwischenabbildung eingeführt, die es erlaubt, die Kontrastmittel aus der schwer zugänglichen Objektivpupille heraus in ein Zwischenbild dieser Pupille zu verlegen. Abb. 2 stellt eine an sich bekannte ringförmige Phasenblende dar und Abb. 3 dient zur Erläuterung der in der Objektivpupille enstehenden Blendenbilder.Fig. 1 shows schematically the course of the main rays in a known contrast microscope, but an intermediate image has been introduced which allows the contrast agent to be moved from the difficult-to-access objective pupil into an intermediate image of this pupil. Fig. 2 shows a known ring-shaped phase diaphragm and Fig. 3 is used to explain the diaphragm images produced in the objective pupil.

In Abb. 1 bedeutet 3 das mikroskopische Präparat, das über die Kondensorblende 1 und den Kondensor 2 beleuchtet wird. 4 ist das Objektiv, 6 und 8 sind die beiden optischen Glieder eines Umkehrsystems, durch das die Objektivpupille 5 nach 9 abgebildet wird. Das vom Objektiv 4 in 7 erzeugte Bild des Präparats wird durch das optische System 8 und die zusätzliche Tubuslinse 10 nach 11 abgebildet, wo es mittels des Okulars 12 betrachtet werden kann. Die Objektivpupille 5 liegt in der Praxis unmittelbar an bzw. in dem Objektiv 4. Sie ist hier lediglich der Deutlichkeit halber vom Objektiv entfernt gezeichnet. Die Kontrastmittel, also Phasenplatte, Absorptionsfilter und nach der Erfindung die komplementären Farbfilter, sind am Ort des Zwischenbildes der Objektivpupille bei 13 angeordnet.In Fig. 1, 3 denotes the microscopic preparation that is illuminated via the condenser diaphragm 1 and the condenser 2. 4 is the objective, 6 and 8 are the two optical elements of an erecting system through which the objective pupil 5 according to FIG. 9 is imaged. The image of the preparation generated by the objective 4 in FIG. 7 is imaged by the optical system 8 and the additional tube lens 10 according to FIG. 11, where it can be viewed by means of the eyepiece 12. In practice, the objective pupil 5 rests directly on or in the objective 4. It is only drawn here at a distance from the objective for the sake of clarity. The contrast media, that is to say phase plate, absorption filter and, according to the invention, the complementary color filter, are arranged at 13 at the location of the intermediate image of the objective pupil.

Im vorliegendem Falle sein angenommen, dass die Kondensorblende 1 die in der Phasenkontrastmikroskopie übliche Ringform besitzt, wie sie in Abb. 2 dargestellt ist. Nur der Ring dient also als Lichtquelle. Es wird in die konjungierte Ebene bei 5 bzw. 9 abgebildet, und zwar findet diese Abbildung ohne irgendwelche Streuung im Präparat statt, wenn die Brechzahl in allen Stellen des Präparats die gleiche ist und auch keine Absorptionseinschlüsse vorhanden sind. Im Zwischenbild 9 entsteht also, wie in Abb. 3 dargestellt, ein direktes Bild 20 der Ringblende. Der unterhalb der Pupille eingezeichnete Pfeil 21 soll ein Maß für die Leuchtdichte dieses Bildes 20 sein. Nimmt man nun den hier interessierenden Fall an, dass das Präparat 3 einen mikroskopischen Einschluss enthält, dessen Brechzahl von der seines Umfeldes abweicht, so tritt an den Kanten dieses Einschlusses eine Lichtstreuung ein, deren Streuwinkel und deren Intensitätsverteilung innerhalb dieses Winkels abhängig von der Größe des Einschlusses sowie von dem Unterschied der Brechzahl gegenüber dem Umfeld sind. Infolge dieser Streuung erreicht dann nur noch ein Teil des den Kantenbereich durchsetzenden Lichtes den vom direkten Blendenbild 20 eingenommenen Teil der Objektivpupille; der andere Teil des Lichtes wird in die dazu komplementäre Fläche 30 der Pupille gestreut. Diese Fläche umfasst also nur Beugungsbilder der Blende 1. Das von dem mikroskopischen Präparateinschluss gesteute Licht ist somit aufgeteilt. Ein Teil überlagert sich dem direkten Bild 20 unmittelbar; diese Komponente sei durch den Pfeil 22 veranschaulicht. Der die komplementäre Fläche 30 durchsetzende teil dagegen soll den Pfeil 31 dargestellt sein. Lässt man beide Strahlenteile im weiteren Verlauf wieder zusammenwirken, ohne sie weiterhin beeinflusst zu haben, so ergeben sich wieder die gleiche Leuchtdichte, wie diese durch den Fall 21 des direkten Blendenbildes, also der Umfeldstrahlung, veranschaulicht ist. Im Bild 11 des Präparats (Abb. 1) würde sich dann also der Phaseneinschluss von seinem Umfeld nicht abheben. Erst durch Einschaltung der an sich bekannten Kontrastmittel, wie Phasenplatte, Absorptionsfilter, oder durch die erfindungsgemäß verwendeten Kontrastmittel mit Farbwirkung, durch welche die einzelnen in Abb. 3 durch die Pfeile 21, 22, 31 veranschaulichte Streukomponenten in bestimmter Weise beeinflusst werden, wird erreicht, dass im Bild der Phaseneinschluss ais seinem Umfeld heraustritt.In the present case, it is assumed that the condenser diaphragm 1 has the ring shape customary in phase contrast microscopy, as shown in FIG. 2. So only the ring serves as a light source. It is mapped into the conjugated plane at 5 or 9, and this mapping takes place without any scattering in the specimen, if the refractive index is the same in all parts of the specimen and there are no absorption inclusions. In the intermediate image 9, as shown in Fig. 3, a direct image 20 of the annular diaphragm is created. The arrow 21 drawn below the pupil is intended to be a measure of the luminance of this image 20. If one now assumes the case of interest here, that the preparation 3 contains a microscopic inclusion whose refractive index differs from that of its surroundings, light scattering occurs at the edges of this inclusion, the scattering angle and the intensity distribution within this angle depending on the size of the Inclusion as well as the difference in the refractive index compared to the environment. As a result of this scattering, only part of the light penetrating the edge area then reaches the part of the objective pupil occupied by the direct diaphragm image 20; the other part of the light is scattered into the complementary surface 30 of the pupil. This area therefore only includes diffraction images of the diaphragm 1. The light diffused by the microscopic specimen inclusion is thus divided. A part is superimposed directly on the direct image 20; this component is illustrated by arrow 22. The part penetrating the complementary surface 30, on the other hand, should be shown by the arrow 31. If both parts of the beam are allowed to work together again in the further course without having further influenced them, the same luminance results again, as is illustrated by the case 21 of the direct aperture image, that is to say the ambient radiation. In Fig. 11 of the preparation (Fig. 1) the phase inclusion would then not stand out from its surroundings. Only by switching on the contrast media known per se, such as phase plates, absorption filters, or the contrast media with color effect used according to the invention, through which the individual scatter components illustrated in Fig. 3 by the arrows 21, 22, 31 are influenced in a certain way, is achieved that in the picture the phase inclusion emerges from its surroundings.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden nun im Zwischenbild der Objektivpupille oder in der Objektivpupille komplementäre Farbfilter vorgesehen, und zwar werden die beiden Zonen 20 und 30 der Pupille mit den verschiedenen Filtern bedeckt. Z.B. kann der Ring 20 mit einem Grünfilter belegt sein, während die dazu komplementäre Fläche durch einen Rotfilter abgedeckt wird. Die durch die Pfeile 21 und 22 dargestellten Komponenten sind also grün, während die Streukomponente 31 rot ist. Wenn im Objektbild bei 11 die Komponenten 22 31 bei annähernd gleicher Intensität wieder zusammenwirken, ergibt sich weißes Licht, dass heißt die Konturen der Straußes des Präparats heben sich weiß aus einem grünen Umfeld, dessen Strahlung durch den Pfeil 21 dargestellt ist, ab. Kontraststellen dagegen, die nicht auf Streuung, sondern auf reine Absorption im Präparat zurückgehen, treten in dem grünen Umfeld dunkel hervor. Je nach der gewünschten Kontrastwirkung wird man bei dieser Anordnung die üblichen Phasenplatte mit einer Phasenverschiebung von z.B. (Lambda)/4 versehen. In vielen Fällen lassen sich die Kontraste aber auch ohne eine solche Phasenplatte, allein durch die Farbfilter, erzielen.In one embodiment of the invention, complementary color filters are now provided in the intermediate image of the objective pupil or in the objective pupil, namely the two zones 20 and 30 of the pupil are covered with the different filters. For example, the ring 20 can be covered with a green filter, while the area complementary thereto is covered by a red filter. The components represented by the arrows 21 and 22 are therefore green, while the scatter component 31 is red. If the components 22 31 interact again at approximately the same intensity in the object image at 11, white light results, that is, the contours of the bouquet of the preparation stand out white from a green environment, the radiation of which is shown by the arrow 21. Contrast points, on the other hand, which are not due to scattering but to pure absorption in the preparation, emerge darkly in the green area. Depending on the desired contrast effect, the usual phase plate is provided with a phase shift of e.g. (lambda) / 4 in this arrangement. In many cases, however, the contrasts can also be achieved without such a phase plate, using the color filters alone.

Durch Einfügen zusätzlicher Absorptionsfilter kann man die Konstrastwirkung weiter verlieren. Wird z.B. das Absorptionsfilter kann man die Kontrastwirkung weiter variieren. Wird z.B. das Absorptionsfilter zusätzlich indem direkten Blendenbild 20 vorgesehen, so wird die Strahlung der Pfeile 21 und 22 geschwächt und die streuende Präparatstelle würde rot in einem mehr oder weniger grauen Umfeld erscheinen, während auf Absorption im Präparat zurückgehende Kontraststellen weiterhin dunkel bleiben. Durch Änderung der Absorption und gegebenenfalls der Phasenverschiebung lassen sich je nach dem Präparat optimale Kontraste erreichen.The contrast effect can be further lost by inserting additional absorption filters. If, for example, the absorption filter is used, the contrast effect can be varied further. If, for example, the absorption filter is additionally provided in the direct diaphragm image 20, the radiation of arrows 21 and 22 is weakened and the scattering point of the specimen would appear red in a more or less gray area, while contrast areas due to absorption in the specimen remain dark. By changing the absorption and, if necessary, the phase shift, optimal contrasts can be achieved depending on the preparation.

Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei der die Farbwirkung durch eine Phasenverschiebung erzielt wird, genügt in der Objektivpupille oder deren Zwischenbild die Anordnung der Phasenplatte allein, die dann aber eine Phasenverschiebung von mehr als (Lambda)/2 hervorrufen muss. Die Platte kann das direkte Bild 20 oder gegebenenfalls die dazu komplementäre Fläche 30 abdecken. Auch eine solche Phasenplatte kann selbstverständlich zusätzlich eineIn the embodiment of the invention in which the color effect is achieved by a phase shift, the arrangement of the phase plate alone is sufficient in the objective pupil or its intermediate image, which must then produce a phase shift of more than (lambda) / 2. The plate can cover the direct image 20 or, if necessary, the surface 30 complementary thereto. Such a phase plate can of course also be one

Absorptionswirkung besitzen. - Durch die Platte wird nun ein Gangunterschied der Strahlungskomponente 22 gegenüber der Komponente 31 erzielt. Bei Beleuchtung mit weißem Licht entstehen dann je nach der Phasendifferenz farbige Interferenzen zwischen den beiden Komponenten 22 und 31, die zu entsprechenden Kontrasten führen. Durch Änderung der Phasenverschiebung kann man eine geeignete Farbe, die zu besonders hohen Kontrasten führt, auswählen. Zum Beispiel erhält man bei Beleuchtung mit weißen, dessen Schwerpunkt etwa bei einer Wellenlänge von 555 m(my) liegt, gelbe Interferenzen, wenn die Phasenverschiebung der Kontrastplatte etwa 1,5x (Lambda)/2 gewählt wird; rote Interferenzen würden sich dann bei einer Phasendifferenz von etwa einer Wellenlänge und blaue schließlich bei einer Differenz von 2,5x (Lambda)/2 ergeben.Have absorption effect. A path difference between the radiation component 22 and the component 31 is now achieved through the plate. When illuminated with white light, depending on the phase difference, colored interferences arise between the two components 22 and 31, which lead to corresponding contrasts. By changing the phase shift, you can select a suitable color that leads to particularly high contrasts. For example, in the case of white lighting, the focus of which is at a wavelength of about 555 m (my), yellow interference is obtained if the phase shift of the contrast plate is selected to be about 1.5x (lambda) / 2; red interferences would then result with a phase difference of about one wavelength and blue interferences finally with a difference of 2.5x (lambda) / 2.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von ringförmigen Kondensorblenden beschränkt. Es kann jede andere bei Kontrastmikroskopen brauchbare Blende verwendet werden. Wichtig ist, dass die Aufteilung der Strahlen und ihre farbige Beeinflussung auf jeden Fall entsprechend der Blendenform bzw. entsprechend deren Bild in der Objektivpupille erfolgt.The invention is not limited to the use of annular condenser diaphragms. Any other aperture that can be used in contrast microscopes can be used. It is important that the division of the rays and their colored influence is always carried out according to the shape of the aperture or according to its image in the objective pupil.

Claims

1. Contrast microscope with condenser diaphragm and a contrast device which is arranged in a plane conjugated to the diaphragm plane, characterized in that the contrast device has a color effect.

2. Contrast microscope according to claim 1 with a phase plate as a contrast device, characterized in that the plate causes a phase shift of more than (lambda) / 2.

3. Contrast microscope according to claim 1, characterized in that the contrast device contains two complementary color filters, one of which is penetrated essentially by the rays of the non-diffracted aperture image, the other of which is penetrated by the rays of the diffraction images of the aperture.

4. Contrast microscope according to claim 3, characterized in that the contrast device is provided with additional absorption means in the beam path of the non-diffracted aperture image.

5. Contrast microscope according to claim 1, characterized by an intermediate imaging system which creates a real image of the objective pupil in front of the eyepiece, the contrast agents being arranged in this intermediate image.