Mikroskopta pozitif ve negatif faz kontrastı arasındaki fark
Objektif arka odak düzleminde konumlanan faz halkasının konfigürasyonuna ve doğasına bağlı olarak, numuneler pozitif veya negatif faz kontrastında gözlemlenebilir. Bu etkileşimli öğretici, surround (S), kırınım (D) ve ortaya çıkan parlak parçacıklar (P dalgaları) ile pozitif ve negatif faz kontrast mikroskopisi arasındaki ilişkiyi inceler. Ek olarak, faz plakasının geometrisi ve temsili örnek görüntüler de sunulmaktadır.
Artık insanlar işlerinde kullandıklarında, araştırmacıların çoğu negatif farkta ve artık pozitif fark, mevcut bilimsel araştırma çalışmalarında pek rol oynamıyor.
Öğretici, faz görüntüsünü Faz Kontrast Görüntüsü penceresinde görünen rastgele seçilmiş bir örnekle başlatır ve karşılık gelen dalga ilişkisi görüntü penceresinin sol komşusunda gösterilir. Öğreticiyi çalıştırmak için, çeviriyi pozitif ve negatif faz kontrastı veya parlak aydınlatma fazı kontrast modu kaydırıcısı arasında hareket ettirmek için fare imlecini kullanın. Kaydırıcı çevrildiğinde, faz kontrast görüntü penceresinde görünen görüntüler, kaydırıcı tarafından ayarlanan geçerli görüntüleme modunda numunenin nasıl göründüğünü değiştirir. Ayrıca, dalga formu grafiğinin altında, kaydırıcı tarafından seçilen görüntüleme moduna uyacak şekilde şekil değiştiren bir faz plakası bulunur. Yeni bir numune görüntülemek için, başka bir numune seçmek üzere Seçilmiş Numune açılır menüsünü kullanın.
Pozitif ve negatif faz kontrast görüntülerinin oluşturulmasıyla ilişkili faz plakası konfigürasyonunun, dalga ilişkilerinin ve vektörlerin bir grafiği Şekil 1'de sunulmuştur. Bu tekniklerle görüntülenen numune örnekleri de gösterilmiştir. Pozitif faz kontrastlı bir optik konfigürasyonda (Şekil 1'deki görüntünün üst sırası), surround (S) dalga cephesi faz plakasından geçerek 1/4 dalga boyu ( 1 yarım dalga boyu). Gelişmiş çevre dalga cepheleri artık ara görüntü düzleminde kırınımlı (D) dalgalarla yıkıcı girişime katılabilir. Çoğu durumda, çevredeki dalga cephesinin göreli fazını tek başına ilerletmek, Nikon mikroskoplarında yüksek kontrastlı görüntülerin üretilmesiyle sonuçlanmak için yeterli değildir. Bunun nedeni, çevreleyen dalgaların genliğinin kırınıma uğramış dalgalarınkinden önemli ölçüde daha büyük olması ve toplam dalga sayısının bir kısmından kaynaklanan girişimle üretilen görüntüyü bastırmasıdır. Çevreleyen dalga cephesini kırılan dalgaların genliğine daha yakın bir değere indirmek (ve görüntü düzleminde girişim gerçekleştirmek) için, yarı saydam bir metal (nötr artan yoğunluk) uygulanarak objektifin faz halkasındaki opaklık elde edilir. ) kaplama Zemin. Faz kontrast mikroskobu altında tasarım gereği neredeyse tamamen faz halkasından geçen çevreleyen ışık dalgalarının genliği, faz plakasının opaklığı tarafından orijinal yoğunluğun yüzde 10 ila 30'u aralığında bir değere önemli ölçüde azaltılır.
Ortaya çıkan parçacık dalgası, çevreleyen ve kırılan dalga cephelerinin girişimi* tarafından üretildiğinden, görüntü düzlemine gelen dalga cepheleri arasındaki girişimin ürettiği parçacık (P) dalgasının genliği, Cinsel modda artık çevredeki dalga boyundan çok daha küçüktür. yoğunluklu kaplama uygulanmıştır. Net etki, görüntü düzleminden çıkan ışığın numune boyunca geçişiyle ortaya çıkan bağıl faz farkını bir genlik (yoğunluk) farkına dönüştürmektir. İnsan gözü yoğunluk farkını bir kontrast olarak yorumlayacağından, numune artık mikroskop göz merceğinde görülebilir ve ayrıca geleneksel kamera sistemleriyle veya CCD veya CMOS cihazları kullanılarak dijital olarak zar üzerinde yakalanabilir. Tüm pozitif faz kontrast sistemleri, küresel kırınımlı (D) dalga cephesine göre doğrusal çevre (S) dalga cephesinin fazını seçici olarak ilerletir. Çevreleyen ortamdan daha yüksek kırılma indeksine sahip numuneler, nötr gri arka plan üzerinde daha koyu görünürken, yüzme ortamından daha düşük kırılma indeksine sahip numuneler, gri arka plandan daha parlak görünür.
Bir faz kontrast optik sisteminde fazı ve genliği çevreleyen kırınıma uğramış dalga cephelerinin uzamsal ayrımını değiştirmek için, bir dizi faz plakası konfigürasyonu tanıtılmıştır. Faz plakası, objektif arka odak düzleminde (kırınım düzlemi) veya çok yakınında bulunduğundan, mikroskoptan geçen tüm ışık bu bileşenden geçmelidir. Faz plakasının kondansatörün dairesel odağındaki kısmı eşlenik bölge olarak adlandırılırken, geri kalan bölge tamamlayıcı bölge olarak adlandırılır. Eşlenik bölge, çevreleyen (kırılmamış) ışığın fazını kırılan dalga cephesine göre artı veya eksi 90 derece değiştirmekten sorumlu olan malzemeyi içerir. Genel olarak, faz-eşlenik halka alanı, tamamlayıcı alana yayılan çevreleyen ışık miktarını azaltmak için yoğunlaşan halka görüntüsü tarafından tanımlanan alandan daha geniştir (yaklaşık yüzde 25).
Modern mikroskop üreticilerinden temin edilebilen faz plakalarının çoğu, ince dielektrik ve metalik filmlerin bir cam plaka üzerinde vakumla biriktirilmesiyle hazırlanan veya doğrudan mikroskop objektifinin mercek yüzeyine monte edilenlerden biridir. Dielektrik filmin rolü, ışığı fazlandırmak, metal film ise kırılmamış ışığın yoğunluğunu azaltmaktır. Bazı üreticiler parlama miktarını ve başıboş ışığın optik sisteme geri yansımasını azaltmak için filmle birleştirilmiş çoklu yansıma önleyici kaplamalar kullanır. Faz plakası bir merceğin yüzeyinde oluşturulmamışsa, genellikle objektifin arkasına yakın odak düzleminde bulunan ardışık mercekler arasında yapıştırılır. Optik çimentonunkiler kadar dielektrik, metal ve yansıma önleyici kaplamaların kalınlık ve kırılma indisi, faz plakasının tamamlayıcı ve eşlenik bölgeleri arasında istenen faz kaymasını üretmek için dikkatlice seçilir. Optik terimlerle, ışığı 90 derece (pozitif veya negatif) kırmak için çevreleyen ışığa göre fazı değiştiren bir faz plakası, üzerindeki optik yol farkı etkisi nedeniyle çeyrek dalga plakası olarak adlandırılır.
Pozitif faz tersine genel bir bakış Şekil 1'de gösterilmektedir. Pozitif faz kontrast plakası (Şekil 1'in sol tarafı), cam plakadaki erozyon halkası nedeniyle surround dalgayı 1/4 dalga boyu ile iter. yüksek indeksli plakadaki üst geçiş tarafından azaltılacak Dalga fiziksel yolu. Numune ile etkileşim nedeniyle, kırılan numune ışınları (D) geciktirildiğinde, faz plakasından çıkan çevreleyen ve kırılan dalgalar arasındaki optik yol farkı, dalga boyunun 1/4'üne yarı dalga boyundadır. Net sonuç, çevreleyen ve kırılan dalgalar arasında 180-derecelik bir optik yol farkıdır, bu da görüntü düzlemleri arasında yüksek kırılma indeksli örnekler için yıkıcı girişimle sonuçlanır. Yıkıcı girişim dalgasının karşısındaki pozitif faz için genlik eğrisi, Şekil 1'in üst grafiğinde gösterilmektedir. Ortaya çıkan parçacık (P) dalgası, çevreleyen (S) dalgasından daha düşük bir genliğe sahiptir, bu nedenle nesnenin göreceli olarak görünmesini sağlar. daha koyu arka plan. Altta, sağda gösterilen Zygnema yeşil alglerinin görüntüsü (DL etiketli). Pozitif faz kontrastında saat yönünün tersine 90-derece dönen çevre dalgası olarak gösterilen 1/4 dalga boyunun ilerlemesiyle temsil edilen vektör, Şekil 1'deki şekil ile görüntü arasında görünür.
Alternatif olarak, mikroskop optiği, Şekil 1'in alt kısmında gösterildiği gibi, karşıt bir negatif faz üretmek üzere de üretilebilir; bu durumda, çevre (S) dalgaları, göreli olarak çeyrek dalga boyu kadar geciktirilir (ilerlemiş olduğu kadar değil). bir kırınımlı (D) dalga. Sonuç olarak, yüksek kırılma indekslerine sahip numuneler, daha koyu gri bir arka plana karşı daha parlak görünür (Şekil 1'de BM etiketli alt resme bakın). Negatif faz karşısında, objektif faz plakası, fazı geciktiren (fazı pozitif faz zıt olarak ilerletmek yerine), kırınıma uğramış dalganın fazına göre sıfırıncı sıra surround dalga olarak çeyrek dalga boyunu geçen yükseltilmiş bir halka içerir. Kırılan dalgalar, numuneden geçerken çeyrek dalga boyu geciktirildiğinden, çevreleyen ve kırılan dalgalar arasındaki optik yol farkı ortadan kalkar ve yüksek kırılma indeksli numune, görüntü düzleminde yapıcı bir şekilde müdahale eder. Ortaya çıkan parçacık (P) dalgasının, negatif faz kontrastında çevre (S) dalgasından genlik olarak daha yüksek olduğuna dikkat edin. Ayrıca, çevreyi dolaşan dalga vektörünün, vektör diyagramının saat yönünde 90 derecelik bir dönüşünden geçtiği bir negatif faz tersi de gösterilmiştir.
