Skillnaden mellan positiv och negativ faskontrast i ett mikroskop
Beroende på konfigurationen och karaktären av fasringen placerad vid objektivets bakre fokalplan, kan prover observeras i positiv eller negativ faskontrast. Denna interaktiva handledning studerar förhållandet mellan surround (S), diffraktion (D) och resulterande ljusa partiklar (P-vågor), såväl som positiv och negativ faskontrastmikroskopi. Dessutom presenteras också fasplattans geometri och representativa provbilder.
När folk använder det i sitt arbete nu är de flesta av forskarna i den negativa skillnaden, och nu spelar den positiva skillnaden inte så stor roll i det aktuella vetenskapliga forskningsarbetet.
Handledningen initierar fasbilden med ett slumpmässigt valt prov som visas i fönstret Faskontrastbild, och motsvarande vågförhållande visas i bildfönstrets vänstra granne. För att använda handledningen, använd muspekaren för att flytta översättningen mellan positiv och negativ faskontrast eller skjutreglaget för faskontrastläge för stark belysning. När skjutreglaget översätts ändrar bilderna som visas i bildfönstret för faskontrast hur provet visas i det aktuella bildläge som ställts in av skjutreglaget. Under vågformsgrafen finns också en fasplatta som ändrar form för att matcha det bildläge som valts av skjutreglaget. För att se ett nytt prov, använd rullgardinsmenyn Valt prov för att välja ett annat prov.
En kurva över fasplattans konfiguration, vågförhållanden och vektorer associerade med genereringen av positiva och negativa faskontrastbilder presenteras i figur 1. Exempel på prover avbildade med dessa tekniker visas också. I en positiv faskontrast optisk konfiguration (övre raden av bilden i figur 1), passerar surround (S)-vågfronten genom fasplattan, vilket resulterar i en nettofasförskjutning på 180 graders fasförskjutning, med 1/4 våglängd ( 1 halv våglängd). Avancerade surroundvågfronter kan nu delta i destruktiv interferens med diffrakterade (D) vågor i det mellanliggande bildplanet. I de flesta fall är det inte tillräckligt att enbart föra fram den relativa fasen av den omgivande vågfronten för att resultera i generering av bilder med hög kontrast i Nikon-mikroskop. Detta beror på att amplituden för surroundvågorna är betydligt större än den för de diffrakterade vågorna och undertrycker den resulterande bilden som produceras av interferens från en bråkdel av det totala antalet vågor. För att reducera den omgivande vågfronten till ett värde närmare amplituden för de diffrakterade vågorna (och utföra interferens i bildplanet), erhålls opaciteten i objektivets fasring genom att applicera en halvtransparent metall (neutralt ökande densitet) ) beläggning Golv. De omgivande ljusvågorna, som passerar nästan fullständigt genom fasringen genom design, under faskontrastmikroskopi, reduceras signifikant i amplitud av fasplattans opacitet till ett värde i intervallet 10 till 30 procent av den ursprungliga intensiteten.
Eftersom den resulterande partikelvågen produceras av interferensen* av de omgivande och diffrakterade vågfronterna, är amplituden för partikelvågen (P) som produceras av interferensen mellan vågfronterna som anländer till bildplanet nu mycket mindre än den omgivande när den är i Sexual densitetsbeläggning applicerad. Nettoeffekten är att omvandla den relativa fasskillnaden som införs genom passagen av ljus som kommer från bildplanet genom provet till en skillnad i amplitud (intensitet). Eftersom det mänskliga ögat kommer att tolka skillnaden i intensitet som en kontrast, är provet nu synligt i mikroskopokularet och kan även fångas på membranet med konventionella kamerasystem, eller digitalt, med CCD- eller CMOS-enheter. Alla positiva faskontrastsystem förflyttar selektivt fasen för den linjära surround (S)-vågfronten i förhållande till den sfäriskt diffrakterade (D) vågfronten. Prover med ett högre brytningsindex än det omgivande mediet verkar mörkare på en neutral grå bakgrund, medan de med ett lägre brytningsindex än simmediet verkar ljusare än den grå bakgrunden.
För att modifiera den rumsliga separationen av de diffrakterade vågfronterna som omger fasen och amplituden i ett optiskt faskontrastsystem har ett antal fasplattkonfigurationer införts. Eftersom fasplattan är placerad vid eller mycket nära objektivets bakre fokalplan (diffraktionsplan) måste allt ljus som passerar genom mikroskopet färdas genom denna komponent. Den del av fasplattan i dess ringformade kondensorfokus kallas det konjugerade området, medan det återstående området kallas det komplementära området. Det konjugata området innehåller materialet som är ansvarigt för att ändra fasen för det omgivande (odiffrakterade) ljuset med antingen plus eller minus 90 grader med avseende på den diffrakterade vågfronten. I allmänhet är den faskonjugerade ringarean bredare (ca 25 procent) än arean som definieras av den kondenserande ringbilden för att minska mängden omgivande ljus som fortplantar sig till det komplementära området.
De flesta fasplattor som finns tillgängliga från moderna mikroskoptillverkare är en av de som framställs genom vakuumavsättning av tunna dielektriska och metalliska filmer på en glasplatta eller monterade direkt på linsytan av mikroskopobjektivet. Den dielektriska filmens roll är att fasa ljuset, medan metallfilmen dämpar intensiteten hos det odiffrakterade ljuset. Vissa tillverkare använder flera antireflekterande beläggningar i kombination med filmen för att minska mängden bländning och reflektion av ströljus tillbaka in i det optiska systemet. Om fasplattan inte är formad på ytan av en lins, cementeras den vanligtvis mellan på varandra följande linser som finns på fokalplanet nära objektivets baksida. Tjockleken och brytningsindexet för de dielektriska, metall- och antireflektionsbeläggningarna, såväl som för den optiska cementen, väljs noggrant för att åstadkomma den önskade fasförskjutningen mellan de komplementära och konjugerade områdena av fasplattan. I optiska termer kallas en fasplatta som ändrar fasen i förhållande till det omgivande ljuset för att diffraktera ljus med 90 grader (antingen positiv eller negativ) en kvartsvågsplatta på grund av den optiska vägskillnadens effekt på den.
En översikt över den positiva fasinversen visas i figur 1. Den positiva faskontrastplattan (vänster sida av figur 1) driver fram surroundvågen, med 1/4 våglängd, på grund av erosionsringen i glasplattan, som kan reduceras med det övre passet i högindexplattan Vågens fysiska väg. På grund av interaktion med provet, när de diffrakterade provstrålarna (D) fördröjs, är den optiska vägskillnaden mellan de omslutande och diffrakterade vågorna som kommer ut från fasplattan halv våglängd gånger 1/4 våglängd. Nettoresultatet är en 180-graders optisk vägskillnad mellan de omgivande och diffrakterade vågorna, vilket resulterar i destruktiv interferens för prover med högt brytningsindex mellan bildplanen. Amplitudkurvan för den positiva fasens motsatta destruktiva interferensvågen visas i den övre grafen i figur 1. Den resulterande partikelvågen (P) har en lägre amplitud än surroundvågen (S), vilket får objektet att se ut jämfört med en relativt sett mörkare bakgrund. Nederst, bild på Zygnema grönalger visas till höger (märkt DL). Vektorn som representeras av förloppet för 1/4-våglängden, som visas som en 90-grad moturs roterande surroundvåg i positiv faskontrast, visas mellan figuren och bilden i figur 1.
Alternativt kan mikroskopoptiken också tillverkas för att producera en negativ fas motsatt, som visas i den nedre delen av figur 1, i vilket fall surround (S)-vågorna är fördröjda (snarare än som avancerade) med en kvarts våglängd i förhållande till den ena diffrakterade (D) vågen. Som ett resultat ser prover med höga brytningsindex ljusare ut mot en mörkare grå bakgrund (se den nedre bilden märkt BM i figur 1). I negativ fas motsatt innehåller objektivfasplattan en upphöjd ring som fördröjer fasen (snarare än att flytta fram fasen som den positiva fasen motsatt), som passerar en kvarts våglängd i förhållande till fasen för den diffrakterade vågen som nollte ordningens surroundvåg. Eftersom de diffrakterade vågorna har fördröjts med en kvarts våglängd när de passerar genom provet, elimineras den optiska vägskillnaden mellan de omgivande och diffrakterade vågorna och provet med högt brytningsindex interfererar konstruktivt i bildplanet. Observera att den resulterande partikelvågen (P) har högre amplitud än surroundvågen (S) i negativ faskontrast. Även visad är en negativ fasomvändning, där vektorn för rundvandringsvågen passerar genom en 90 graders rotation medurs av vektordiagrammet.
