显微镜的相衬察看照明体系专利技能综述

Overview of patented technology of phase contrast observation illumination system of microscope

欧阳姣    国度知识产权局专利局专利检察协作江苏中心（苏州，215163）

摘 要

光学显微镜是生物医学研讨范畴不行或缺的研讨东西。在生物学及医学研讨中，细胞（可以为是相位样品）通常是通明的，利用传统光学显微镜察看如许的样品比拟度很低。但使用光穿过通明的样品时惹起的相位的变革的信息，可以进步成像的比拟度。本文以相衬显微镜的照明技能的相干专利为研讨工具，对环球专利请求举行了统计和剖析，包罗请求量趋向、天文散布、次要请求人、专利技能等，并对专利技能开展道路举行了梳理。

Optical microscopy is an indispensable tool in biomedical research. In biological and medical research, the cells (which can be considered as phase samples) are usually transparent, and the contrast of such samples is very low when observed by traditional microscope. But the contrast of the image can be improved by using the information of the phase change caused by the light passing through the sample. This paper takes the patents of illumination system of phase contrast microscope as the research object, analyses the statistcs of the patent applications, including the application trend, geographical distribution, main applicants, patent technology, and sorts out the development route of patent technology. .

要害词：相衬照明，显微镜，专利

Key words：phase contrast observation illumination system，microscope，patent

O439

注释

自16世纪中叶第一台原始光学显微镜创造以来，其开展已历经四百余年。现在，光学显微镜已成为生物医学研讨范畴不行或缺的研讨东西。但，一样平常的显微镜只能观察巨大物体的强度散布，关于通明物体的相位散布却能干为力。但是，被测物体的相位散布间接联系关系着被测物体的三维形貌，正确 丈量巨大物体的相位散布具有紧张意义。

在已往的在一个世纪，有很多研讨者努力于研讨进步光学显微成像技能的比拟度。这些进步光学显微成像比拟度的技能可以普遍地分红两类：外源比拟度法和内源比拟度法。外源比拟度法是经过在成像样品中参加化合物（如：染料，荧光团等），由这些化合物在光照条件下收回荧光，来取得极高的成像比拟度。此类办法有诸多好处，但也存在肯定的缺陷，便是此办法必要一个将染料或荧光团等物质添加到样品中的样品预备历程，且此样品预备历程大概会发生一些副效应，如：光漂白和光毒性。内源比拟度法是经过使用光穿过通明的样品时惹起的相位的变革的信息，来进步成像的比拟度。比拟于外源比拟度法，其具有非侵入性和无需样品标志或染色的特征，这类办法在实践使用中很故意义，可以容许人们察看没有处置过的“自然”的样品。相衬显微镜便是一种经过使用光穿过通明样品时惹起的相位的变革的信息来进步成像比拟度的办法。

相衬显微镜及其响应的照明、成像布局的开展汗青较长，是绝对而言比力成熟的技能。其触及以下几个次要的技能分支：相位相衬显微术是指由于折射率的实践变革而影响探测光束相位变革，再将光束的相位变革变化成振幅变革，以体现为图像衬度差别。这种显微镜在仅仅是在一样平常的显微照明光路/成像光路中参加相板。而且，其使用相婚配的环形光阑和相板才干失掉好的相衬结果。因而，光阑和相板的差别布局和设置是此类相衬显微镜的改良点地点，经过光阑和相板的改良可以进步察看的衬度、明晰度等,最罕见的是环形图案大概是类环形的图案。

1光源  2 聚光透镜   3 环形光阑 4 聚光透镜

5 相板  6 物镜    7 试样    8 中继透镜  9 目镜

图1 相位相衬显微镜浅易原理图

微分干预相衬显微技能是使用偏振光在单轴晶体传达历程中的分束与复合，从而发生巨大程差，并在物镜后焦立体上产生干预，经过检偏后可举行显微察看，察看到的图像出现平面浮雕感。这种相衬显微技能将干预丈量引入原始的相衬显微镜，使定量丈量成为大概，补偿了其仅能举行定性察看不克不及定量丈量的缺陷。由于其引入了干预光路，其所利用的光源和光路布局都更为庞大，如利用/或发生干系光源，偏振元件的引入，参加平行光路等。

  

1 聚光镜      2 检偏镜  3 半透半反镜  4 诺曼斯基棱镜5 物镜        6 试样    7 检偏镜      8 两头像面

1 起偏镜    2 渥拉斯顿棱镜 3 聚光镜    4 试样          5 物镜      6 诺曼斯基棱镜  7 检偏镜    8 两头像面

图2 诺曼斯基干预相衬显微镜

图2为透射式（左）和落射式（右）诺曼斯基干预相衬显微镜的光学体系的表示图。

除此之外，另有马赫泽德式干预相衬显微镜（图3）。其绝对于使用偏振的诺曼斯基干预相衬显微镜而言，低落的本钱，削弱了双像，进步了明晰度（如###A1），下图为马赫泽德式干预相衬显微镜的光路表示图。

1 狭缝光源  2 聚光镜    3 试样  4、5、11 物镜  

6 干预仪局部    7 光楔  8-10 赔偿板 12 目镜

图3 马赫泽德式干预相衬显微镜

专利的请求量的变革与相衬显微镜的技能开展是相干联的。最早的相位相衬显微镜呈现在二十世纪三十年月，其仅仅可以举行相位物体的察看，并不克不及用于位相物体的丈量。在这临时期，针对相衬显微镜的技能改良次要在光阑图样、照明透镜、物镜等方面。从六七十年月开端，使用干预原理的相衬显微镜开端呈现，其触及到干预光路的构成，偏振光的构成和偏振态的改动等，而且，部分非对称的遮挡的光阑情势开端呈现，令平面察看变得容易，这种原感性的改良间接招致本事域请求量上升。在这之后，专利请求量又维持在一个较低的形态。进入90年月当前，列国的请求次要照旧针对微分干预相差显微镜，但，其接纳差别的干预光路，接纳可调的光阑部件，可见，相衬显微图像的取得的相干实际并没有呈现太大的改良，但，显微镜利用方法（扫描显微镜等）、调制方法（如液晶、空间光调制器、声光调制器等）、光源（如LED等）、优化方法（主动控制以优化照明、成像结果）等针对相衬显微镜所利用的种种器件的改良专利开端呈现，可见，这得益与相干技能，如盘算机技能、微布局制造技能的开展，请求人以此为契机改良美满和细化了相衬显微镜的相干技能。

本事域请求人许多，本事域有四个次要的请求人，辨别是德国的卡尔蔡司（ZEIS）、莱卡（LICA）以及日本的奥林巴斯（OLYU）和尼康（NIKR），其请求量占一切请求总量的12%、10%、10%和12%。此中，蔡司公司是最早制造相衬显微镜制造商，莱卡公司也是较早设计相衬显微镜的晚期请求人，而尼康和奥林巴斯则是在19世纪七十年月左右才开端设计相衬显微镜。

此中，这四个次要请求人近十几年来均对光阑图样、光瞳的调制等举行了改良，除此之外，卡尔蔡司触及双光源成像、物镜（含相位板）的光学设计，奥林巴斯请求还触及光路的控制、显微镜的多功效性等；莱卡公司专利请求触及光源控制、扫描显微镜以及疾速准确拆卸方面；尼康公司的请求触及到的方面较广，其还触及镜筒、显微镜的聚焦以及显微镜的多功效及功效疾速切换等。

但，除了这几个次要请求人以外，另有少量的其他请求人，其他请求人的请求数目也十分可观。这种状况次要是由于显微镜的原理呈现较早，且在近几十年均未见大的改良，而针对显微镜的晚期请求少数曾经凌驾专利掩护年限。因而，固然次要请求人在不停的美满本人的专利系统，但，相衬显微镜最中心的原理技能局部对他们而言曾经不再是分明的上风，随着工夫以及显微镜器件的技能开展，专利形成的壁垒正在渐渐的低落，其他的请求人得以更多的进入该范畴。

在显微镜相衬照明、成像范畴，国际请求量不大，每年均在10件以下，根本呈上升的趋向，但由于请求量不大，其请求量动摇比力分明。在这些请求中，本国请求占大少数（68%），其他占比重较大的是美国、德国，辨别占15%，除此之外，另有局部日本请求（2件）和其他国度的请求（1件）。

总体来说，固然相衬显微镜是一个开展汗青较长的仪器，但，这一范畴的次要请求人向中国提出请求的工夫都绝对较晚，莱卡以及奥林巴斯等公司在1993年之后才开端向中国请求相干的专利掩护，而尼康公司直到2001年才有相干专利在中国发布。在显微镜相衬照明范畴，中国最早的请求人是中国迷信院上海光学精细机器研讨所（1985.7），除此之外，另有西安光机所、南京理工大学等高校，并有大批团体请求，专利请求量比力低。究其缘故原由，次要照旧由于相衬显微镜开展汗青较长，针对已有的相衬显微镜原理，本国曾经有较好的研讨底子和加工制造底子，中国由于起步晚，财产链不健全，自行研发和制形成本高，因而，除了举行底子科研、前沿科研较多的高校之外，在相衬显微镜范畴难以支持更好的自主创新。在这种状况下，由高校举行实际的开辟和研讨，并团结企业举行财产化并请求相干的专利大概是比力合适的方法。

参考文献

[1]光学显微剖析（第2版），孙业英主编，清华大学出书社，2003

[2]光学技能手册，王之江主编，机器产业出书社，1994

[3]生物质料迷信：医用质料导论（原著第2版），（美）拉特纳等编著，顾忠伟等译校，迷信出书社，2011

作者简介：

欧阳姣，1989-2，女，江苏省苏州市人，现任审协江苏中心本质检察员，2014年3月结业于北京理工大学光学工程专业，硕士，现次要从事创造专利请求的本质检察事情。