專利名稱：由受抑衰減場掃描光學顯微鏡獲得透明物體光學輪廓的鑒別分光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種能確定透明物體的光學輪廓的掃描光學顯微鏡受抑衰減場的鑒別方法以及采用這種方法的一組受抑衰減場掃描光學顯微鏡。
我們知道有些光學顯微鏡能夠完美準確地確定透明物體的光學輪廓;這種光學輪廓是該物體各點上的厚度和折射率乘積的函數(shù)。
而其中干涉反差顯微鏡的一些品質(zhì)是已為眾所周知的使用方便，圖象有精確的對比度，可能獲得“微分”光學輪廓，即正比于“常態(tài)的”光學輪廓的一階導(dǎo)數(shù)。然而光學干涉反差顯微鏡的分辯率是直接與常規(guī)的光學顯微鏡的分辯率相關(guān)的，它們之間是直接變量的關(guān)系。所有的光學儀器都毫無例外地由于衍射現(xiàn)象而使分辯率受到限制采用紫外光工作的一個常規(guī)的光學顯微鏡在最佳狀態(tài)下可將幾何圖形分辯到大致為100毫微米的精度上。此外，根據(jù)這個原理以獲得盡可能強的干涉條紋為基礎(chǔ)的干涉反差顯微鏡對于光線通過透明被測物體而可能形成的干涉是非常敏感的。特別是當被測物體是薄片結(jié)構(gòu)時，波在物體內(nèi)部多次反射就會出現(xiàn)多波干涉。掃描光學顯微鏡的受抑衰減場并不出現(xiàn)干涉反差顯微鏡的上述缺陷。這是最新發(fā)明的一種新型光學顯微鏡;1989年1月1日在Physical Review(“物理評論”)雜志的767～770頁上(39卷第一期)刊出了一篇介紹此種顯微鏡的英文文章，題目是“掃描光學顯微鏡的新品種”(“New Form of Scanning Optical Microscopy”)其分辯率可達10毫微米，可比常規(guī)的光學顯微鏡的分辯率改進10倍。
這種顯微鏡的原理可作如下追述-用一單色光束直接用棱鏡作用在透明體的下表面上，(我們將透明體當作譜場中的透明物來研究的)。該單色光束的入射角θ選為高于臨界角θc，所謂臨界角θc是用具有折射率為n1的透明體和具有平均折射率為n2的外部介質(zhì)之間的界面來表征。此時，光束就只在物體下部進行全反射，并在該平面的上部產(chǎn)生一個衰減場，這個場按時間來說所帶的平均能量是零。
-用一個細小的透明端點，例如一條光導(dǎo)纖維的端點在光束發(fā)生全反射的面上各處移動以發(fā)現(xiàn)在衰減場中發(fā)生的這種全反射;而平均能量不是零的電磁波即能通過透明體而達所說的端點中去而被光導(dǎo)纖維的另一端點所測出。通常即稱這端點“抑制”了衰減場，并把這種場叫做受抑衰減場。但是這個場的強度是按這個端點離開棱鏡面的距離呈指數(shù)規(guī)律而變化;因此，我們就應(yīng)對這個距離從所指示的場強中按直接外插法進行高精度的測量，否則就應(yīng)在操作中維持這個端點和所說的平面之間距離保持不變以使場強為常數(shù)。
-受抑衰減場中的透明物體的衰減波的前沿幾何形狀是和其平波的前沿一樣的，也就是說，在光束發(fā)生全反射的表面上的每個點上的衰減波傳輸?shù)竭@點上時的波的前沿是不一樣的;物體的尖端光路是與物體的厚度和尖端的折射率的乘積有關(guān)的，而該尖端光路卻調(diào)制了這個受抑衰減場(我們把透明物體看作譜場中的透明物體)。
-將端點在透明物體上作橫向掃描，并記錄其在空間三個方向上的運動，就能建立起物體的光學輪廓(尖端光路圖象)。由于透明端點非常尖細(100毫微米)，圖象的橫向或縱向分辯率可以達到幾十個毫微米，甚至更小。
然而，很容易理解到在這種顯微鏡中只有透明物體是均勻的，或者說它的厚度是一致的時候所得到的圖象才是有意義的。因為，物體光學輪廓有賴于兩個參數(shù);即它的厚度和它的光學折射率。因此，與該兩個參數(shù)相聯(lián)系在一起的一種單獨的測量就不可能滿足確定該兩個參數(shù)中任何一個參數(shù)的要求。這就是為什么阻在用受抑衰減場掃描光學顯微鏡對厚薄不均勻的物體，例如生物樣品，進行測量時所獲得的圖象就不能得到正確的反映的原因。
本發(fā)明的目的是補救上述的這些麻煩，在能夠取得透明物體的常態(tài)光學輪廓的受抑衰減場掃描光學顯微鏡上建議采用一種鑒別測定方法其特征在于一個優(yōu)選的微分變量是由確定受抑衰減場的場強I的諸多物理量所引起的，即-直接射向棱鏡型透明體的下表面上的電磁輻射的波長以及由此波的全內(nèi)反射而產(chǎn)生的所說的近場;
-所說透明體的光學折射率n1;
-放在所說面的頂端的透明物體的平均光學折射率n2;
-所說電磁輻射射在所說面上的入射角θ;
-為的是得到一個所說場強的伴生變量以便反映成一個所說透明物體的“微分”光學輪廓，它與所說的至少一個物理量有關(guān)，或提供出一個對該物體的“常態(tài)”光學輪廓的“修正了的”光學輪廓;
這樣，當采用透明端點對透明物體進行掃描時，即可采集到一個由兩個足以認可為線性的信號疊加而成的組合場強信號。這兩個信號分別代表了-其一是尖端越過透明物體后的受抑衰減場的尖端平均場強;
-其二是與上述諸多物理量中的一個量的擇優(yōu)微分變量相響應(yīng)的這個尖端平均場強的變量。
但是，一個受抑衰減場掃描顯微鏡的最有利的利用就是采用不變的場強來記錄透明物體的“常態(tài)”光學輪廓，以便使這個細小的透明端點和該物體的表面之間的距離維持不變;這種維持不變場強的工作方式是用一種利用該場強對端點的垂直位置進行反饋控制的裝置來實現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的規(guī)定，受抑衰減場的尖端平均場強是與此反饋有關(guān)的，至于它的變量，不論是否經(jīng)過微分，都被濾波器或平均值計算法所清除掉。
然后會有兩種情況發(fā)生a)諸多物理量中與受抑衰減場有關(guān)的一個物理量的變量并不是微分值，即不能將該變量比作與物理量相關(guān)的無限小的增量。
b)諸多物理量中與受抑衰減場有關(guān)的一個物理量的變量是一個微分值，即可以把該變量比作與物理量相關(guān)的無限小的增量。
在上述第一種情況a)中，我們同時得到被測透明物體的兩個圖象。的確，這個物理量的變量雖然幅值很小，但可以在同樣的掃描時被測出-一方面，采用常規(guī)的顯微方法來測量透明物體的光學輪廓作為所說物理量的第一值。
-另一方面，采用先進的顯微方法來控制細小透明端點的運動使之靜止時，同時測出其場強作為這同一個物理量的第二值。根據(jù)在一個特定點上測得的這個第二場強，可先在端點離透明物體表面這段距離的光路中采用外插法得到一個數(shù)值，并且從所說的透明物體中推斷出一個第二光學輪廓。
比較所得到的兩個圖象就可以從所說的透明物體中推斷出它的厚度和折射系數(shù)。
在上述第二種情況b)中，我們可以將受抑衰減場的強度I的伴生變量和微分場強dI聯(lián)系起來，若用G表示與場強I有關(guān)的物理量，則dI＝(dI/dG)×dG測量微分場強dI，而且微分變量dG(是個激發(fā)變量)一般是知道的，這樣dI/dG值就是立刻可以求出，它就是場強I和物理量G關(guān)系式的一階導(dǎo)數(shù)。
當用尖細透明端點對透明物體表面進行掃描時，我們就可以確定-一方面是用經(jīng)所說物體修正過的受抑衰減場的尖端平均場強給出的該物體的“常態(tài)”光學輪廓。
-另一方面是用微分場強dI和一階導(dǎo)數(shù)dI/dG給出的它的“微分”光學輪廓。
此外，I和dI/dG兩個數(shù)值都可以根據(jù)物理量G求出。透明物體兩種光學輪廓，即“常態(tài)的”和“微分的”的實驗結(jié)果提供了一種方法以便鑒別一個特定點上的厚度和折射系數(shù)。
于是，我們就可以明白，有可能一方面得知不均勻透明物體的精確的幾何形貌圖，另一方面也能得知其表示光學特性的測繪圖。這樣，一個這種類型的物體的組份完全可能出現(xiàn)不相類同光學折射率，而且可以將所得到的兩個圖象加以鑒別。
一種先進的方法就是有可能來對一個透明物體中的一個物理量G的變量作多次微分，然后對另一個變量也這樣做，從而建立起幾個“微分”光學輪廓。在這個方法中，只要物理量G的幾個變量并不是微分量時，我們就可以得到“常態(tài)”光學輪廓的幾種推定，并在它們互相之間進行比較和分析。
這種分光方法的其他優(yōu)點和特點，也就是本發(fā)明的目的，就將在下面的說明書中所給出的采用本方法關(guān)于受抑衰減場掃描光學顯微鏡的幾個實施例方案(但不以此為限)以及參照下列附圖中得到充分的體現(xiàn)

圖1是常規(guī)受抑衰減場掃描光學顯微鏡的草圖。
圖2是本發(fā)明的采用分光方法的受抑衰減場掃描光學顯微鏡的第一實施方案的草圖，其中還包括一個波長調(diào)制器。
圖3是本發(fā)明的采用分光方法的受抑衰減場掃描光學顯微鏡的第二實施方案的草圖，其中，還包括一個光偏振器，以便需要時可以對不均勻透明物體各分量發(fā)出的自然雙折射光來進行研究。
圖4是本發(fā)明的采用分光方法的受抑衰減場掃描光學顯微鏡的第三實施方案的草圖，其中包括一個電光器件，以便在透明物體的表面或其本身中感生出雙折射光來，該電光器件的一面上即可用于放置被研究的透明物體。
圖5a是本發(fā)明的采用分光方法的受抑衰減場掃描光學顯微鏡的第四實施方案的草圖，其中包括一個繞著透明物體水平軸的傾斜器，傾斜器的一面上即用于放置被測透明物體，以便使電磁波照射在該表面上的入射角θ產(chǎn)生一個微分變量。
圖5b是圖5a中所示透明物體傾斜器的部分頂視圖。
在這些圖中，不同方案中的同名元件是采用同一數(shù)字作標號的，其中的元件只表示了它們的功能而并不代表了它們的尺寸比例。
首先，根據(jù)圖1來描述常規(guī)的受抑衰減場掃描光學顯微鏡，它包括
-一個透明的半園柱或半球狀棱鏡1，上面至少有一個水平面2，以便可以安放一個透明物體3，它的光學輪廓即是所測對象。為了便于觀察，一般在透明物體3和表面2之間放一些折射液(或折射率匹配劑)。
電磁輻射源4最好是單色的，例如，一種氦氖激光器或者是氬激光器。從光源4發(fā)出的光束是按至少比發(fā)生全反射時的入射角θc為大的入射角θ射到表面2的下表面上。臨界角θc是與兩個因素有關(guān)，即透明物體1的折射率n1和與面2的上表面接觸的介質(zhì)的光折射率n2，(n2＜n1)用公式表示為θc＝arc sin(n2/n1)-一個聚光器，例如會聚透鏡5，它可以將光源4射出的光束在進入透明物體1之前先會聚起來，這是很必要的，因為當光束繼續(xù)通過一個具有聚光性能的半園柱棱鏡時，可以得到一束平行的入射光束落在表面2上。
-一個透明的尖細端點6位于靠近表面2處，該透明端點6是由光導(dǎo)纖維呈尖狀的端點7所形成。由于光束在透明物體1內(nèi)發(fā)生全內(nèi)反射，所以在表面2的頂部有一個按介質(zhì)的平均折射率n2而存在的衰減電磁場;正如上面已經(jīng)指明過，端點6“抑制”了這個衰減場，使它的場強精確地表示出入射光發(fā)生全反射處端點離開該處的距離。
-一個光電探測器8，也可以在前面加一個光電倍增器(圖1中未示出)，用來測量由端點6接收并經(jīng)光導(dǎo)纖維7以及用適當?shù)墓鈱W器件9與其終點7a相耦合而后傳輸?shù)焦怆姍z測器的受抑衰減場的場強。
-一個配有測量所需接口(圖1未示出)的計算機10，以便對傳輸?shù)焦怆姍z測器8的場強值進行記錄和處理。為了取得透明物體3的精確圖象，還設(shè)置一個與計算機10相聯(lián)的反饋電路11，以便將場強值與參考值進行比較然后根據(jù)這兩個值的差值通過一個壓電管12對端點6的垂直位置作反饋控制;這種控制是十分靈敏的，因為受抑衰減場是根據(jù)端點6離開場發(fā)射表面的距離呈指數(shù)規(guī)律衰減的。
此外，計算機10還經(jīng)反饋電路11對端點6在表面2和透明物體3上進行橫向掃描控制。為此，通常采用一個由一種對熱膨脹極不敏感的材料制成的坐標壓電管12，例如PZTtype(5b)型坐標壓電管。計算機10對端點6的運動進行記錄由此而將透明物體3的“常態(tài)”光學輪廓描繪出來。
現(xiàn)在我們可以參照圖2來描述本發(fā)明的受抑衰減場掃描光學顯微鏡的鑒別分光方法的第一個實施例。
為了取得來自光源4的電磁輻射波長λ的最佳微分變量dλ，就在光源4和透明物體入口之間放入一個波長調(diào)制器13，現(xiàn)在我們將調(diào)制器選放在聚焦透鏡5之前。按已知方式使用的調(diào)制器是一個諸如磷酸二氫銨單晶體(ADP)的電光晶體，它可以在它的主軸上提供一個交變的電場(Pockels效應(yīng))。一個偏振元件14放在調(diào)制器13的前面，以便使光源4發(fā)出的電磁波輻射進行線性偏振，并用調(diào)制器13對所說的電磁輻射進行相位和頻率調(diào)制。這樣，就可以很容易使這種輻射的波長λ(頻率)在正負10%的范圍內(nèi)作變化。并有可能在使用氦氖激光器或氬激光器時得到整個可見光譜場范圍的效果。
電源15用來保證調(diào)制器13的工作，由上述器件13、14、15所得到的波長的變量dλ的速率是和電源15輸出的交流電壓直接有關(guān)。
此外，與計算機10相聯(lián)的輔助電路16即從此交流電壓上取樣，以代表波長λ的變量dλ，然后由計算機10對此數(shù)據(jù)作記錄和處理。
微分變量dλ產(chǎn)生出一個由電磁波在透明體1的全內(nèi)反射而得的受抑衰減場的同期微分場強調(diào)制量dI。這個調(diào)制量dI被加在端點處受抑衰減場的平均場強I上。在本發(fā)明中就是這個尖端平均場強被反饋電路11用作控制透明端點6的垂直運動。
計算機10將調(diào)制量dI記錄下來，并且與上述電源15輸出的采樣電壓，同時進行或在掃描之后，進行處理。
這種處理包括確定它的導(dǎo)數(shù)值(dI/dλ)或它的等效值，于是就可建立起透明物體3的“微分”光學輪廓。
本發(fā)明的這個方法可以定名為分光方法確定導(dǎo)數(shù)值(dI/dλ)從信號處理的角度上來看就是一種分光方法。
對同一個透明物體3有了兩個圖象，或兩個不同的光學輪廓之后，計算機10就可確定該物體上某一點上的厚度和折射率。
不均勻的透明物體3，例如生物樣品，就用這種方法進行分析，尤其是對chyle(chylomicron)的微小質(zhì)點已取得非常好的圖象，橫向分辯率可達50毫微米，垂直分辯率可達20毫微米。
現(xiàn)在可以參照圖3來描述本發(fā)明的受抑衰減場掃描光學顯微鏡的鑒別分光方法的第二個實施例。
在這個方案中，透明物體3的平均折射率n2或其不同分量的折射率是經(jīng)由它們的自然雙折射性(如果它存在)的激發(fā)而修正過了的。
為此，由于介質(zhì)的雙折射性是將通過它的電磁輻射分別進行偏振，所以我們對利用偏振器17將由光源4發(fā)出的電磁輻射選作線性偏振。這個偏振器17就安置在光源和聚焦透鏡5之間。
此外，本發(fā)明還可以按本文未敘述的已有技術(shù)使電磁波的偏振作用加快，(此種偏振器在橢圓對稱學中是已知技術(shù))。偏振的變量是由與計算機10相聯(lián)的附加電子器件18所監(jiān)測并由計算機加以記錄和處理。因這種輻射在透明體1中的全內(nèi)反射而引起的衰減場的偏振現(xiàn)象是隨著所說輻射的偏振而同時發(fā)生變化的。
如果透明物體3，或至少某些分量是雙折射的，則必要時，平均折射率n2將直接隨著插置的偏振器17的可變偏振量而變化。
然而，介質(zhì)折射率的相對變量幾乎總是非常低的(它的絕對變量一般只影響到折射率數(shù)值的第三位有效數(shù))。因此，我們就可以認定透明物體3的折射率變量n2或它的分量的折射率的變量就和微分變量相同。這樣，我們就可以來觀測一個通過透明物體3，例如一種微生物的受抑衰減場的場強I的微分變量dI。
另一方面，如果受抑衰減場穿過的介質(zhì)不是雙折射性的，則場強I就得不到調(diào)制，就沒有調(diào)制量dI迭加到場強I上。
這樣，有時從處理尖端場強I記錄而取得的微分圖象中就會出現(xiàn)黑區(qū)，它就是相應(yīng)的被測透明物體3中的非折射區(qū)。
最后，還應(yīng)指出，由偏振器17引起的偏振的變量并不是一個微分變量，這與透明物體3的平均折射率n2或它的分量的折射率的變量是不一樣的。因此，由掃描記錄下來的場強調(diào)制量dI應(yīng)該理解為它本身，而不是去建立一個導(dǎo)數(shù)值(dI/dn2)，其中dn2這一項不是已知的(因為我們就是要確切地求得這個折射率n2)。
本發(fā)明的鑒別分光方法方案中，透明物體3的“微分”光學輪廓并不能直接和該物體3的某一個特定點上的厚度和折射率相聯(lián)系起來。然而，我們已能夠研究不均勻的透明物體，不論它是雙折射性的或者它是顯示出非雙折射性的。
現(xiàn)在我們參照圖4來描述本發(fā)明的鑒別分光方法的第三個實施例，本方案中，在表面2上承載透明物體3的透明體是經(jīng)過改型而成的另一種交變方式。
為此目的，而采用的透明體是一塊由生長而成的電光晶體構(gòu)成的棱鏡，這個棱鏡也可以由同類晶體切制而成。
沿著晶體的主軸加一個電位差，使這塊晶體成為雙折射晶體，隨之，使它的光折射率n1同時發(fā)生變化。
透明體1實際上是一塊透明葉片1a，由光源4發(fā)出的電磁輻射射入到這葉片中。為此，再用一塊四分之一的圓柱體，以它的一個面接觸安放在上述葉片1a的上表面2a上，構(gòu)成棱鏡1b，光束穿過它的圓柱面而進入棱鏡1b中，而光的入射角應(yīng)該使它能在所說的葉片1a的兩個表面之間進行連續(xù)的全反射。因此，所述的葉片1a就像一塊片狀光導(dǎo)一樣。另有一塊棱鏡1c具有與棱鏡1b完全一樣的形狀和同樣的安放方式以便將光束從所說的葉片1a中引出。
當然上述的安置方式?jīng)Q不是唯一的，我們熟知，還有很多這類的光學部件也能夠使電磁輻射在它的內(nèi)部連續(xù)地全部通過。
很容易理解到，由于來自光源4的電磁輻射在透明葉片1a的內(nèi)部進行全反射，所以在所說葉片1a的頂面2a上就出現(xiàn)一個衰減場。
光學顯微鏡常規(guī)的受抑衰減場部分的工作情況，就如圖1中所描述的那樣，是僅僅和放在透明體1的頂面2上的透明物體3的“常態(tài)”光學輪廓有關(guān)的。這種基本工作情況與上述鑒別分光方法方案中所述的是完全一樣的，只是用表面2a代替了表面2的作用。
在第三個方案中，電極19a和19b是用一種適當?shù)姆绞皆O(shè)置在透明體1的兩個相對的端面上。在這些電極間加上可變電壓之后，并按他們相對于透明體1的主軸的相對位置在所說的透明體1中因Pockels效應(yīng)而產(chǎn)生一個縱向電光效應(yīng)或一個橫向電光效應(yīng)。在此處所示的，但并非是唯一的方法中，透明體1和它的電極19a和19b組成一個橫向Pockels器件，這個器件的控制電壓是比縱向器件的控制電壓低，而用作透明體1的晶體的自然雙折射性被立即得到補償。
光折射率n1的變量是和所加的電壓直接成正比的，這個電壓是用一個受計算機10控制的附加電源20來調(diào)節(jié)的。
如果必要的話，特別是當透明葉片1a用作縱向Pockels器件時，我們將在所說透明葉片1a的兩個相對表面2a和2b上制做兩個非常均勻的透明薄層。這樣，光輻射就可以通過它們，而且也不致于對由所說透明葉片1a中的全內(nèi)反射而產(chǎn)生的衰減場發(fā)生多大的干擾。
對本發(fā)明的這個第三實施例中，采用鈦酸鋇(BaTio3)是非常合適的，石英(Sio2)也很適合，但是因為石英的光學折射率的變量輻值不大，所以用在這里并不很優(yōu)越。
同時，作為透明物體3的顯微觀察方法，通常是采用控制透明尖細端點6的垂直運動來實現(xiàn)的，加在電源20上的交變電壓產(chǎn)生一個透明體1的折射率n1的伴生變量。此處，電光變量的折射率很小，以至足以看作一個微分變量。
受抑衰減場的場強的微分調(diào)制量dI是不可能為零的，因為在任何情況下，透明體1的折射率n1總是在變化。因此我們總可以得到透明物體3的一個“微分”光學輪廓加到它的“常態(tài)”光學輪廓上去。計算機10可以推定這個透明物體3該端點處的厚度和折射率。
還應(yīng)指出，只要能相繼地求得一個波長的微分變量和一個透明體1的折射率n1的微分變量，就可以很容易將本方案和圖2中的第一實施方案結(jié)合在一起。
最后，將參照附圖5來描述本發(fā)明的受抑衰減場掃描光學顯微鏡的鑒別分光方法的第四個實施例。
在本方案中，我們引出一個射向載有透明物體3的透明體1的表面2上的電磁輻射的入射角θ的微分變量dθ。
圖5中的透明體1是一個半圓柱棱鏡，上面安置一個轉(zhuǎn)軸21，這個軸21實質(zhì)上就是所說棱鏡的中心軸。該棱鏡就由這個透明體1的某一邊上的兩個軸承22所支承，側(cè)面23是通過由壓電晶體20組成的直線運動構(gòu)件24與所說的透明體1組成一個整體。這種構(gòu)件24由電路25進行控制而變換工作情況，它們使透明體1繞其軸21轉(zhuǎn)動，最后電子線路25還和計算機10相連，由它記錄和處理所取得的變量dθ或其等值電量。
我們將角度的可變量dθ選為1°，這樣，我們選用半圓柱狀棱鏡就有很大的優(yōu)越性，它不像常規(guī)受抑衰減場顯微鏡中所用棱鏡的入射面和輸出面是呈45°或60°。這樣一來，無論入射角θ是什么數(shù)值，我們總能在半圓柱棱鏡內(nèi)得到一束平行光，而且會聚透鏡5還能繼續(xù)起這個作用。
雖然，還可以采用由光源4發(fā)出的光束直接進行偏轉(zhuǎn)，也能得到另一種偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，這種偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)能用振動鏡或聲光器件來實現(xiàn)。
在經(jīng)上述設(shè)置后的透明體1中，很容易來改變投射到它的表面2下面的光束的入射角，再選用壓電器件24來實現(xiàn)入射角θ的偏轉(zhuǎn)，因為它是以得到它的微分變量(小于或等于1°的變量dθ對于很多物理量的大小來說就可以被認為是一個微分變量)。
變量de引起一個受抑衰減場強I的變量dI，以便用來對透明物體3作顯微觀察。在本方案中，變量dI的作用是和前述兩個方案中dz的作用完全一樣，由計算機10建立起透明物體3的兩個圖象，一個是“常態(tài)”的，另一個是“微分”的。然后，在所測得的光學輪廓的一個特定點上計算出它的光折射率和厚度。
應(yīng)著重指出，本發(fā)明的鑒別分光方法所采用的上述方案也可以一開始就應(yīng)用在本發(fā)明的第一方案和第三方案之中。
上述受抑衰減場掃描光學顯微鏡的鑒別分光方法的各種實施例及其參考附圖都不應(yīng)該認為是有局限性的實例，而縮小本發(fā)明的范圍，它可以用任何所說顯微鏡觀察方法中的任何等效的技術(shù)元件或方法步驟來替代。
本發(fā)明特別適用于不能被金屬化的透明物體或者是放在真空中要改變其自然特性某些生物樣品的高分辯率的顯微觀察。
權(quán)利要求
1.一種可以得到透明物體“常態(tài)”光學輪廓的掃描光學顯微鏡的受抑衰減場的鑒別分光方法，其特征在于一個優(yōu)選的微分變量是由確定受抑衰減場的場強I的諸多物理量中的至少一個量所引起的，即-直接射向棱鏡型透明體下表面上的電磁輻射的波長以及由此波的全內(nèi)反射而產(chǎn)生所說的近場，-所說透明體的光學折射率n1，-放在所說平面的頂部的透明物體的平均光學折射率n2，-所說電磁輻射波射在所說平面上的入射角θ，以便得到一個所說場強I的伴生變量dI，并被反映成一個所說透明物體的“微分”光學輪廓，它與所說的諸多物理量中的至少一個量有關(guān)，或提供一個所說的這個物體的“常態(tài)”光學輪廓的“經(jīng)修正”了的光學輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的鑒別分光方法其特征在于以非線性方式變化著的是一個直接射在透明體下表面上的電磁輻射的波長λ，在該透明體中由全內(nèi)反射而產(chǎn)生一個近場。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的鑒別分光方法，其特征在于使承放在透明體上的透明物體的平均光折射率n2因激發(fā)出該透明物體的自然雙折射或它的分量而產(chǎn)生一個折射率的變量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所說的鑒別分光方法，其特征在于因在電磁輻射進入到承載著所說透明物體的透明體之前發(fā)生交變旋轉(zhuǎn)偏振，激發(fā)出所說透明體的自然雙折射或它的分量而產(chǎn)生近場。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑒別分光方法，其特征在于載有被研究的透明物體的透明體的光折射率n1的微分變量是因在所說透明體中引入雙折射光而產(chǎn)生的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所說的鑒別分光方法，其特征在于在載有被研究的透明物體的透明體中引入的雙折射光是由電光效應(yīng)引起的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所說的鑒別分光方法，其特征在于入射角θ的微分變量dθ是圍繞著位于透明體的承有被研究透明物體的平面中，并大于該平面的軸轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的。
8.一種根據(jù)上述任何權(quán)利要求所述的受抑衰減場掃描光學顯微鏡，能夠由透射而建立起一個透明物體(3)的“常態(tài)”光學輪廓，并可建立起鑒別分光方法，該顯微鏡包括-一個能夠在透明體(1)的表面(2)的頂部，由在該表面(2)內(nèi)部的全反射而產(chǎn)生一個衰減場的單色電磁輻射源(4)，-一個用光導(dǎo)纖維的延伸端點(7)構(gòu)成的光探測器位于所說的衰減場中，以便抑制該衰減場，并有一個合適的光電倍增管(8)以采集該受抑衰減場的場強信號來調(diào)節(jié)一個精度為毫微米量級的壓電管型垂直位移裝置(12)，以便控制該光探測器(7)的位置。-一個控制所說光探測器橫向位移，精度至少為毫微米量級的裝置，該裝置可以由所說的壓電管(12)來構(gòu)成，以及-一個用來記錄和處理光探測器移動位置的裝置，例如計算機(10)，這種顯微鏡的特征在于其中包括按上述任何權(quán)利要求中的鑒別分光方法所需的各個裝置。
9.一種按權(quán)利要求8所說的光學顯微鏡，其特征在于它包括至少一個光頻調(diào)制器(13)，該調(diào)制器位于產(chǎn)生衰減場的電磁輻射的光路中，并在該電磁輻射進入到其表面(2)上承放著被研究透明物體(3)的透明體(1)之前。
10.一種按權(quán)利要求9所說的光學顯微鏡，其特征在于所說的光頻調(diào)制器(13)包括至少一個非線性電光晶體，并有一個電源(15)提供一個交變電壓到其中每個晶體的主軸上。
11.一種按權(quán)利要求10所說的光學顯微鏡，其特征在于它包括至少一個輔助電路(16)，從電源(15)提供的交變電壓中取樣，以代表由源(4)發(fā)出的電磁輻射的波長λ的微分變量dλ，再將該微分變量dλ和由此而生成的受抑衰減場場強I的微分變量dI一起，用計算機(10)進行處理，而建起被研究透明物體(3)的“微分”光學輪廓。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求8所說的光學顯微鏡，其特征在于其中包括至少一個偏振器(17)，使產(chǎn)生衰減場的電磁輻射發(fā)生快速偏振。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求12所說的光學顯微鏡，其特征在于其偏振器(17)放在產(chǎn)生衰減場的電磁輻射的光路之中，并在該電磁輻射進入到表面(2)上承載有被研究透明物體(3)的透明體(1)之前。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求8所說的光學顯微鏡，其特征在于載有被研究透明物體(3)的透明體(1)是一個電光晶體，在該晶體的相對兩個面上置有兩個電極(19a，19b)，加在該兩個電極上的交變電壓可以改變該電光晶體的光折射率n1。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求14所說的光學顯微鏡，其特征在于加到電板(19a，19b)上的交變電壓是由計算機(10)調(diào)整的電源(20)所供給的。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求8所說的光學顯微鏡，其特征在于一方面，載有被研究透明物體(3)的透明體(1)上裝有一個轉(zhuǎn)軸(21)，該轉(zhuǎn)軸用兩個位于所說透明體(1)兩側(cè)的兩個軸承(22)承載，另一方面，在透明體(1)的側(cè)面(23)上的線性位移器件(24)的交變工作，使所說的透明體(1)繞所說的軸(21)轉(zhuǎn)動。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求16所說的光學顯微鏡，其特征在于與計算機(10)相聯(lián)的電子電路(25)控制著線性位移器件(24)的交變工作。
全文摘要
一種可以得到透明物體“常態(tài)”光學輪廓的掃描光學顯微鏡的受抑衰減場的鑒別分光方法，其特征在于直接射向棱鏡型透明體下表面上的電磁輻射的波長以及由此波的全內(nèi)反射而產(chǎn)生的所說的近場；透明物體的光折射率n
文檔編號G01N21/41GK1056354SQ9010966
公開日1991年11月20日 申請日期1990年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月31日
發(fā)明者弗雷德里克·德·弗內(nèi)爾, 吉恩-皮埃爾·古多耐特 申請人:斯皮拉爾研究發(fā)展公司