奥林巴斯反射光暗场显微镜介绍

2018-05-25 16:20:12 Pooher Inc. 452

改善反射光显微镜对比度的最有效方法之一是利用暗场照明。在反射式暗场显微镜中,一个不透明的遮蔽盘放置在穿过垂直照明器的光路中,以便只有周边光线才能到达偏转镜。这些光线被镜面反射并穿过物镜周围的中空套环以高度倾斜的角度照射样品。

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具有垂直照明器剖面图的典型反射光显微镜如图1所示。照明器水平定向,与显微镜的光轴成90度角并平行于桌面,灯罩连接到照明器的后面。粗调和微调调节旋钮分别以大幅度或小幅度升高或降低平台,使样本清晰对焦。样品的顶部表面直立在面向物镜的台上,旋转到显微镜的光轴上。

许多现代反射光照明器被描述为“通用”照明器,因为有了几个额外的附件和很少或没有拆卸,显微镜工作者可以很容易地从一种反射光模式切换到另一种模式。甚至可以将反射器完全滑出路径以进行透射光观察。这种通用照明器可以包括用于明场的部分反射平面玻璃表面(有时称为半反射镜),和/或具有用于暗场观察的椭圆形,中心定位的清晰开口的完全镀银的反射表面。

这些反射装置中的每一个(容纳在反射镜块或立方体中)以45度角倾斜,面向沿着垂直照明器行进的光线,并且同时与显微镜的光轴成45度角。两个相应的反射镜将光线向下引导90度朝向样本,并且还允许向上传播的反射光穿过观察管和目镜进行观察。最佳设计的垂直照明器包括用于聚集和控制光线的聚光透镜,光圈可变光阑和预聚焦可调光场可变光阑,以实现理想的科勒照明贴在垂直照明器后端的是一个灯泡,内含灯泡,通常是高性能卤钨灯。对于非常微弱的暗场样本,灯箱可以替换为含汞燃烧器的灯箱。燃烧器灯可以由内置在显微镜支架上的电子设备供电,或者(通过简单的型号)通过外部变压器供电。

在垂直照明器内,由50或100瓦低电压高强度卤钨灯发出的光通过集光透镜,然后穿过光圈和场光阑,然后照到暗场反射镜块开口端口的不透明光阑上位于照明器正面的物镜上方。不透明的光阑挡住了光束的中心部分,只允许一个空心圆柱光进入反射镜块,如图2所示。场和孔径光阑被打开到最大位置,以避免阻挡来自光源的周边光线。

进入反射镜块的光由位于块内的管内的特殊反射镜反射。该反射镜与入射光束成45度角,并具有椭圆形开口,由全镀银前表面反射镜环绕。从椭圆镜反射的外围光线向下偏转,从垂直照明器的底部出射。然后,根据制造商的名称,光柱在通过被称为NeoBF / DFBD物镜(图3)的特殊构造物体之前通过鼻梁这些目标通常设计为在缺乏盖玻片的标本上使用所需的光学校正。

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如图3所示,来自暗视场反射镜块的光沿着360度中空腔室向下传播,该腔室围绕着特殊构造的BD反射光物镜的居中位置的透镜元件。该光线从斜射线中的每个方位角朝向样本通过位于物镜中空腔底部的圆形镜或棱镜照明的中空圆锥体。以此方式,物镜用作两个同轴耦合的独立光学系统,使得外部系统用作暗场“聚光器”,而内部系统用作典型目标。

今天,大多数暗场反射光学显微镜物镜都经过无限校正,并且可以提供从5倍到200倍的各种放大倍率。这些目标也是由各种品质的色彩和球形矫正制造而成,从简单的消色差到planachromat和planapochromats。大多数(但不是全部)设计为在物镜和样品之间的空间中与空气“干燥”使用。一些反射光物镜被设计为聚焦在距离标本较长的工作距离处。这些目标被标上物镜的桶为LWD大号W¯¯工作会有d istance),ULWDû ltra- 大号W¯¯工作会有d istance),和ELWDË xtra- 大号W¯¯工作会有distance)。

目标设计因制造商而异,但冷凝器部分可具有三种经典设计之一。 反射的反射物镜具有定位在物镜的鼻子单一的玻璃透镜元件和依靠从筒的内表面的反射光聚焦到样品上。另一个重要的客观设计是折光配置,其中一系列棱镜策略性地放置在中空外腔中,并用于瞄准并将光聚焦到样品。

图3所示的目标是反折射系统,该系统使用反射和折射光学元件和表面来形成在暗视场模式下观察标本所必需的倾斜空心锥形照明。进入物镜的中空外围的光柱首先遇到弯曲的透镜元件,该透镜元件将光引导到物镜镜筒的镜像内表面。光从桶直接穿过玻璃元件反射,然后从外物镜镜筒的镜面内表面反射,然后被第二透镜元件折射形成中空的照明锥体。然后被样品衍射和折射的光能够进入物镜的前镜头。这个概念可以通过检查交互式Java教程进一步研究 反映出暗场的目标。

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在反射光物镜中围绕透镜元件的中空套环的必要性要求物镜的直径明显大于普通明场物镜的直径。在大多数情况下,在反射光物镜中使用直径大于皇家显微镜学会(RMS)标准的鼻镜安装螺纹直径。这要求反射光暗场物镜具有较大螺纹尺寸的物镜,这通常称为BDBF / DF螺纹尺寸。大多数制造商提供的目标适配器可将标准RMS螺纹尺寸鼻托转换为BD螺纹尺寸,从而允许在反射光显微镜上使用这些物镜。应注意确保BD螺纹鼻梁上使用的物镜与显微镜的管长一致。

表1列出了设计用于反射光显微镜的典型系列无限校正Neo planachromat明场/暗场物镜的规格。在该系列中,数值孔径值达到约0.90的极限,这是该设计的“干”目标的实际限制。

Neo D Planachromat物镜(无限校正)
放大数值
孔径
工作距离
(毫米)
5X0.1011.20
10倍0.256.00
20X0.401.00
50X0.750.34
80X(干)0.900.18
100x(干)0.900.30
150X(干)0.900.27
表格1

在许多现代显微镜支架中,具有适当模块或附件的Neo型物镜可用于暗场,明场,偏振光,Nomarski差分干涉对比(DIC)和反射光荧光观测。

样本几何约束通常需要专门的目标来正确成像样本的所有区域。表2包含了设计用于长工作距离的反射光暗场物镜的规格,以及在非常高的放大倍数下产生卓越的样品显微照片的复消色差物镜。

长工作距离复消色差暗场物镜(无限校正)
放大数值
孔径
工作距离
(毫米)
20X(ELWD)0.4011.0
50倍(ELWD)0.558.2
100X(ELWD)0.802.0
100x(Apo)0.900.40
150x(Apo)0.900.29
200x(Apo)0.900.30
表2

在舞台上没有标本的情况下,由于倾斜光线落在接受角度之外并且错过重新进入目标,因此在黑暗场地反射光显微镜中的视场显示为黑色。当样品放置在载物台上时,样品的特征(包括晶界,隆起,划痕,凹陷或颗粒等表面不规则处)现在在黑色背景下明亮地闪耀。对比度大大增加,结果是样品的表面特征(在明场中几乎不可见)很容易辨别。事实上,许多冶金和相关样品不需要蚀刻或其他准备程序,以产生出色的暗场图像。使用这种照明方法的色彩还原也很壮观。由样品细节散射的光线,

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图4所示的显微照片代表了使用BD型物镜的MIPS R10000微处理器集成电路上的明场和暗场反射光图像的比较。在显微照片中,芯片边缘的接合线非常明显。计算机芯片的表面涂有一层氮化硅钝化层,可保护电气组件免于暴露在大气中。被该层反射和折射的光导致显微照片部分中的明显颜色。

图4(a)中的明场图像显示入射光线不会从键合线反射出来,这些键合线在显微照片中显得很暗。芯片设计师在光刻制造过程中并入芯片表面的最初名单出现在这两张显微照片的正中央。这些首字母以及键合线将斜光反射回物镜,如图4(b)中的黑场显微照片所示。这两种照明方法可成功用于在检查集成电路表面期间相互补充。

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图5中的显微照片用于进一步说明不同的照明技术如何与暗视野照明下的标本检查相结合时相互补充。样品是一束嵌入铜/铜基体中的铌 - 锡超导细丝,组成用于高场强低温超导磁体的软线。图5(a)中的显微照片是在明场照明下拍摄的,并且显示了由非常暗的区域和由钽组成的蓝色阻挡层包围的灯丝束。图5(a)中的黑色区域是在线束结构中的热处理步骤残留的一层残留锡。超导丝和钽屏障不可见图5(b),这是在图5(a)中成像的同一区域的暗场显微照片。但是,残留的锡层会将光线反射到物镜中,并呈现为围绕灯丝的明亮金属带。图5(c)是反射微分干涉对比中相同视场的显微照片。围绕各个单丝束的青铜基体非常明显,但残留的锡和钽阻挡层难以辨别。这一系列的显微照片用于演示明场,暗场和微分干涉对比技术如何用于相互补充并提供更彻底的样本研究。残留的锡层将光线反射到物镜中,并呈现为围绕灯丝的明亮金属带。图5(c)是反射微分干涉对比中相同视场的显微照片。围绕各个单丝束的青铜基体非常明显,但残留的锡和钽阻挡层难以辨别。这一系列的显微照片用于演示明场,暗场和微分干涉对比技术如何用于相互补充并提供更彻底的样本研究。残留的锡层将光线反射到物镜中,并呈现为围绕灯丝的明亮金属带。图5(c)是反射微分干涉对比中相同视场的显微照片。围绕各个单丝束的青铜基体非常明显,但残留的锡和钽阻挡层难以辨别。这一系列的显微照片用于演示明场,暗场和微分干涉对比技术如何用于相互补充并提供更彻底的样本研究。但残留的锡和钽阻挡层难以辨别。这一系列的显微照片用于演示明场,暗场和微分干涉对比技术如何用于相互补充并提供更彻底的样本研究。但残留的锡和钽阻挡层难以辨别。这一系列的显微照片用于演示明场,暗场和微分干涉对比技术如何用于相互补充并提供更彻底的样本研究。

以下部分回顾了显微镜配置和对准反射(入射)暗场照明的步骤。

反射(事件)暗场配置

  • 选择具有良好反射特性的样品并将其放置在显微镜台上。使用10倍物镜,调整显微镜的反射光科勒照明。验证暗场(Neo,BF / DF或BD)物镜是否插入到鼻梁中并准备好使用。

  • 打开光圈和现场光圈膜片到最大位置。在暗场模式下使用显微镜后,应始终将这些光阑恢复到正常的明场位置,以避免与其他照明技术相比显着损失样品对比度。

  • 将暗场光阑插入光路以实现暗场照明。在大多数现代显微镜上,这通过使用连接到暗场镜块组件的滑动杆来实现。通常有几个凹痕标记滑块的位置(对应于明场,暗场和荧光镜块),并且这些通常指定在显微镜主体的外部。

  • 查看样品,该样品现在应该在暗场照明下可见。如果样品发出的光非常微弱,请提高灯电压以增加照明强度。同时检查以确保现场和光圈膜片打开到最宽的设置。完成暗场实验后,将所有显微镜设置返回到明场模式。

配备暗场照明配件的现代反射光显微镜提供了广泛的创新。其中有直接图像功能,可在拍摄时产生非反转字母(在半导体技术中尤其重要)。使用直立图像技术,样本的其他关键特征也被定位在显微照片的正确方向上。大多数制造商转向无限校正光学系统有助于消除使用半反射镜时经常产生的幻像和散光,特别是在将部件添加到光路中时。

奥林巴斯尼康蔡司徕卡提供的新的无限远校正明场/暗场目标提供了更高的有效视场和大范围的工作距离,以提高光学性能,特别是与超宽视场目镜相结合时。先进的新型照明系统可在钨卤素灯和高能汞或氙光源之间快速轻松地进行转换,为暗淡的暗场样品提供最佳照明。此外,一些反射式光学显微镜具有内置光学元件,可提供内置变焦放大倍率,以帮助对焦并启用中间(尽管为空)放大。

先进的反射光学显微镜机身设计对于多格式显微摄影也非常方便。来自主要制造商的工业显微镜能够同时将35毫米大尺寸(4“×5”)和数码相机安装在显微镜上,以便显微摄影术具有更大的可变性。这些先进的系统还提供数码配件,可在显微照片旁边的胶片框架上直接印上千分尺,颗粒尺寸,曝光信息和/或其他说明。

反射光显微镜的现代进步主要是由半导体工业,材料科学以及用于医疗诊断和细胞科学的荧光显微镜的爆炸性增长所推动的。暗场照明显示轮廓,边缘,边界,划痕,针孔和折射率梯度的能力提供了补充其他形式的显微镜的手段,包括明场,微分干涉对比度,霍夫曼调制对比度和偏振光技术。如果将这些对比增强技术结合在一起,通常可以对研究中的标本的具体细节产生新的认识。

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查看原始的英语文章:Reflected Darkfield Illumination


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