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*采访-霍夫曼谈调制对比度

发布时间:2011-11-14   点击次数:4483次

中仪光科作为尼康显微镜,奥林巴斯显微镜,徕卡显微镜,蔡司显微镜,在中国地区的经销商,为北京显微镜购买者提供zui的服务.下面为大家*报道:霍夫曼谈调制对比度

霍夫曼调制的对比系统,旨在提高通过检测光梯度(或斜坡),并转换成光的强度变化的知名度和在未染色和物质生活的对比。 罗伯特霍夫曼博士在1975年发明了这项技术,并采用已经适应一些商业显微镜配件。 
金相显微镜
 
霍夫曼调制对比度的基本显微镜配置如图1所示。 光振幅空间滤波器,称为“ 调制器 ”由霍夫曼,插入的消色差透镜或planachromat目标的后焦平面(虽然也可以用更高的校正) 。 通过这个系统的不同光照强度高于和低于平均值,由定义,然后说是调制。 用于调制对比度的目标,可以覆盖整个的10倍到100倍的放大倍率范围。 调制器有三个区域,如图2所示:一个小,光传输只有一个%(图2标有“D”区)的后焦平面的边缘附近的暗区;一个狭窄的灰色地带发送15在后面的目标,即传输光(图2标有“B”的地区)的100%%(图2标有“G”的地区),其余的或透明区,覆盖大部分领土。 霍夫曼调制器的设计与相衬显微镜的相位板,没有任何区域通过改变光的阶段。 当调制对比度的光学系统,透明物体,在普通明场显微镜实际上是不可见的阶段梯度决定的一个明显的立体外观下观看。 调制器不引入通过光调制器的不同部分通过的相位关系的变化,但影响的主要零阶极大。 高阶衍射极大的影响。 使用迈克尔逊干涉仪测量确认光通过一个霍夫曼式调制器相位的变化而变化(如有)小于λ/20。 

 
下面的阶段,冷凝器旋转炮塔用来举行霍夫曼调制对比系统的其余部件。 炮塔冷凝器与光圈光圈定期明对齐,并建立适当的条件科勒显微镜的照明显微镜和膜片明开幕。 在每一个其他的炮塔开口,有部分与一个小的矩形偏光板覆盖偏离中心的缝隙。 狭缝/偏光镜组合的大小为每个不同倍率的目标是不同的,因此需要一个炮塔安排。
霍夫曼的设计是在前面的冷凝器焦平面位于狭缝,如在图1和3所示。 当光线通过离轴缝传递,这是成像的客观焦平面(也称为傅立叶平面)调制器已安装。 包含离轴缝板冷凝器前焦平面的光学共轭的客观背焦平面的调制器。 图像强度的一阶导数在试样的光密度成正比,相梯度衍射图样的零阶控制。 

 
调制对比度的原则提供至少有两个基本的调制缝板,在图2和图3所示的配置。 图纸如图2所示的调制板被夸大了这个讨论的目的,并在规模增加。 在图2和图3(图2(a)和图3(a))左侧的安排是两个调制器的灰色条纹和狭缝放置在光学显微镜(中心)轴对称的系统。 在这个系统中的分辨率是有限的: 

分辨率=λ/ NA
其中,NA是数值孔径的客观和 λ等于平均成像光源的波长。 暗(1%透光率)和轻或透明(100%透光率)区的大小是相同的,而灰色区(透光率15%)是在一个狭窄的条纹形式,10%的出瞳直径的目标。 其他安排(图2(b)和图3(b))是不对称或偏移,调制器的暗区外在于客观的出瞳。 在这个系统中的分辨率大大改善和方法: 

分辨率=λ/ 2(NA)
 NA和λ的值是相同的,如上所述。 很明显,在胶印系统的决议(图3(b))几乎是一样好(图3(a))在中央系统的两倍。 透明(清)区偏移系统填补填补了其他10%的灰色和暗区的目标出瞳直径近90%。

下面的冷凝器,一个圆形偏光镜是放在显微镜的光口的端口(需要注意的是以下两个偏振片标本) 。 这个偏振片的旋转可以控制的狭缝开放的有效宽度。 例如,“穿越”两个偏振片在90度到对方的结果,在“收缩”的缝隙,使自己的形象属于调制器的灰色地带,如在图3所示。 缝,偏振片控制寄存器调制器的明亮区域。 由于偏光镜是旋转,对比度可以是多种多样的zui佳效果。 一个很窄的狭缝与一个中等程度的连贯性相比是非常高的图像。 光学部分成像狭缝时调整其zui窄的位置也进行了优化。 当圆形偏光镜是与它的振动方向平行缝隙偏光板为导向,有效的狭缝宽度是zui大的。 这降低了整体形象的对比度和连贯性,但产生较厚的物体折射率存在较大的差异,更好的图像。
调制对比系统的早期设计没有利用狭缝偏光镜或圆形偏光显微镜的光端口,并依靠单一大小的缝,如图4所示为对称配置。 在这个数字中,从源头上的光线穿过一个固定光圈的狭缝(称为“狭缝板”的身影),然后通过一个标本含有相梯度。 这些梯度转移的光,根据方向的梯度,成对称调制器,定位是在后方的客观焦平面明确或暗区。 由此产生的图像显示了一个简单的对比度是由样品中的定位和坡度相梯度决定。 

 
在现代先进的调制对比度系统,调制器和缝隙是从显微镜的光轴偏移。 这样的安排可以更充分地利用良好的分辨率和细节的目的和结果的数值孔径。 形状和细节呈现阴影,伪三维外观。 这些出现在一侧,灰色的中央部分,对方暗灰色背景,明亮。 细节(陡,坡度,折射率变化率,或标本细节的厚度)调制器转换成在各个领域的图像强度的变化在目镜的膜片平面光学相位梯度。 产生的图像定向灵敏度光学梯度明显的三维外观。

对面梯度狭缝图像的偏转,要么很暗的调制器的调制器或光明节的一部分,如图5所示的结果。 在这个数字中,包含正面和负面的阶段(厚度)梯度和平面(非梯度)面积的一个假设的标本是采用调制对比度光学元件成像。 在图5(a)所示的负梯度偏转光到暗区的调制器,它是衰减约一%,前值。 同样,在图5(c),光偏转到调制器的空白区积极梯度衰减,和100%有鉴于此中间平面图像传输。 任何标本的非梯度的部分(图5(B))和背景(环绕立体声),调制器,其中约15%的光传送到中间图像平面上登记的灰色部分。 其结果是,从一个侧面梯度图像区域的强度是黑暗的。 从对面的梯度强度产生明亮的影像面积,非梯度地区的图像上出现灰色,作为背景。

对灰色的黑暗和明亮区域的对比度(与强度的变化)给出了一个阴影伪浮雕效果。 这是典型的调制相衬成像。 偏光镜的旋转,改变对比度达到和舞台上的标本(尊重偏光器和偏移缝)的方向可能极大地提高或降低对比度。 

 
由于调制器的影响该如何试样的细节转移的狭缝(并因此改变光照强度的结果)的形象缝的形象,它是作为一个振幅过滤器 。描述霍夫曼和其他人都表现出在试样阶段梯度,如空间频率分布在整个出瞳的客观。 调制器的光传输强度分布将提供令人满意的图像,一个各种各样的对象,产生相位梯度包括:所有类型的细胞和组织(现场,染色和未染色),晶体表面细节,透明聚合物,眼镜和其他类似材料。 反射光调制显微镜也很有用不透明和冶金标本和复杂的集成电路和其他电子材料的表面细节的成像晶界。

有众多的优势,以及调制对比度的限制。 一些优点,包括更充分地利用,具有良好的标本对比度和可见性的客观高产细节出色的分辨率数值孔径。 虽然许多标准的调制对比度的目标是消色差透镜或planachromats,它也有可能使用程度较高的校正光学像差如上所述,目标。 许多重大的显微镜制造商现在提供萤石校正等级调制对比度目标,并可以通过特殊订单获得apochromats。 旧的目标往往可以调制器调制光学公司 ,公司专门成立由罗伯特霍夫曼博士建立售后和定制系统的改造。

除了 使用调制对比度更高的数值孔径的优势,它也有可能做这种技术“光学切片” 。 切片允许的显微镜单一试样的薄平面上集中没有正在专注于平面的上方或下方的领域中出现的混乱图像的干扰。 在显微镜的光轴方向平行测量试样的深度。 对焦的形象,建立正确的标本,以形象的距离,使衍射波的干扰,发生在预先确定的平面定位在一个固定距离从目镜(影像平面)。 这使衍射发生在试样的不同深度的水平,分别被视为对象,只要有足够的对比度。 整个标本的深度可光学切片按顺序在每个成功的平面重点。 在这个系统中,景深是指从一个级别到下发生不同的细节成像的距离,是客观的数值孔径控制。 更高的数值孔径目标展览场和对面的很浅的深度为目标的低数值孔径持有。 客观孤立和集中在一个特定的光学部分的整体能力减弱的光学均匀性的标本跌幅。

图像出现阴影或伪三维的,因为一个细节两侧相反的差异,提高能见度。 有展出的形象相衬光学产生的图像不同,没有晕。 调制对比度转换成幅度的差异是非常相衬显微镜所产生的相位关系的变化(和光路的差异)不同阶段的梯度信息。 在调制器中的黑和灰色地带的使用产生深浅不一的灰色,缺乏色彩的图像包含。 这是可能引入调制对比度的图像,颜色有灰色和暗区取代平等的透光率值的彩色区域的调制生产。 在这种情况下,相位梯度产生的图像呈现在类似的梯度,有相同的色调的颜色。 目前,我们不知道任何商业调制滤波器,包含彩色区源。

消色差透镜或planachromats调制显微镜的使用zui广泛的的目标,因为它们可以产生良好的图像,因为颜色不涉及。 使用一个绿色过滤器(下置于偏光镜)这些目标,将进一步改善形象,因为消色差透镜球更正为绿灯。 目标更高的校正,包括萤石及apochromats,还可以用于调制显微镜,但增加的费用往往是不值得在图像质量的改善,除非在非常高的的放大倍率。

调制对比度配件的成本大大低于微分干涉对比(DIC)的设备。 虽然这两种技术都需要与每个目标相匹配的组件,炮塔式冷凝器,DIC配备显微镜也包含低于冷凝器的偏振片和一个放置在中间图像平面光路(上述目标)前分析仪。 减少偏振光的反应样品存在一个交叉极化系统,DIC的显微镜所必需的,其成效。

因为标本是位于两个偏振片之间的双折射对象(岩石薄片,水晶,骨等),可以在DIC混淆图像,可检查。 此外,标本可以包含上述两个偏振片也没有恶化的形象,因为极化效应的塑料或玻璃容器,因为这类船只,而不是在它们之间。 这使得霍夫曼系统要远远超过DIC的细胞,组织器官,并在塑料容器进行文化考试和显微摄影有用的。

当冷凝器是在明位置,用安装调制器的目标也可以被用于定期明工作。 由于调制器是断轴,图像效果不大恶化。 目标(但不缝板式冷凝器)配备一个调制器还可以用于荧光和暗场的工作,但这些目标时,应避免试图DIC的显微镜。 调制对比系统已经非常成功地使用偏光显微镜,以提高检测的标本中光学梯度和birefringency。 在此应用中,非极化的狭缝用于偏振光配置应该是平行的偏振片(虽然越过偏光板也将产生良好的效果,虽然减少照明)。 在冷凝器中缝板没有使用普通的偏光照明,调制对比修改了一个目标是非常有用的的。

也有几个缺点和限制霍夫曼调制对比系统。 图片必须谨慎看待,因为不同的观察者可以“看”,一个“谷”,反之亦然伪三维图像是通过目镜观察图像中的一个“小山”。 该系统是zui敏感的梯度垂直缝的长度,在一定程度效果的标本,定向技能的要求。

修改每个目标和冷凝器开口的费用必须添加这些配件本身的基本成本。 复杂的,高的数值孔径,多元素的目标是困难或太昂贵的修改。 近年来,罗伯特霍夫曼的公司, 调制光学颐,纽约(斜翅公司的全资子公司),已修改的目标和冷凝器。 调制光学专业修改的显微镜制造商生产的目标。 一些目标很容易被修改,而另一些则很难或不可能修改的调制光学规范。 然而,任何目标都可以使用该公司的中间管系统,包括一个广泛的范围涵盖了宏观相机镜头到100倍的显微镜目标之一。 也包括在这一类的设计,无论是干燥或浸泡媒体的形象标本(油,水和甘油),单个和多个波长的目标,反射和透射光的目标,无论是无穷大或有限的管长度校正目标的目标。 调制光学设计和制造自己的冷凝器系统,以满足广泛的数值孔径和工作距离的组合。

非吸收样品不会呈现在色彩,异常的半透明的彩色过滤器含有灰色和暗区的地方使用一种特殊的调制的观察。 呈现在色彩以及调制对比度和荧光相结合或相结合的调制对比度和偏振光观察的标本,自然吸收特定波长或淡染。

霍夫曼调制对比显微镜的配置是直接的和基本步骤概述如下: 

霍夫曼调制对比度在透射光
显微镜的物镜转换器将相关的调制对比度启用目标,并包含适当的狭缝板安装在炮塔的冷凝器。 如果在显微镜配备微分干涉对比(DIC)或偏光显微镜,删除所有偏振片,发育迟缓板,沃拉斯顿或Nomarski棱镜光路。

在载物台上放置一个染色标本(是组织薄片),使用10倍的目标(安装调制器),使适当的显微镜科勒照明,在我们上一节所述解剖显微镜。 调制对比度缝板应去掉此操作的冷凝器。 如果炮塔冷凝器明照明与光圈的位置,旋转炮塔,选择此冷凝器。

查看后焦平面的客观调制器板,使用一个伯特兰透镜(偏光显微镜常见),一个阶段望远镜,或简单地卸下目镜和对等的眼睛管。 作出一定的样本是从光路中删除,或者说是移动一个明确的显微镜幻灯片面积。

选择缝隙孔径板,光路移动到适当的冷凝器(炮塔),对应于10倍的目标。 应该有一个调整螺丝或一个杠杆,使冷凝器内的照明狭缝板的旋转和翻。

将冷凝器下方上圆偏光显微镜的光端口过滤。 旋转过滤器,同时观察狭缝图像通过伯特兰透镜(或阶段望远镜),并观察到旋转的角度会影响的光量(亮度),穿过缝隙偏光板部分。

翻译缝的形象,使打开的部分,缺乏偏振片是叠加在调制器板的灰色区域,在图3(b)所示。 成像缝隙的部分,包含偏光材料应明确调制器的灰色区域的右侧部分。 旋转的圆形偏光镜和观察的区域包含偏振材料制的狭缝的出现和消失。 当圆形偏光镜的振动平面是垂直对准的偏光振动平面缝隙,缝隙的大小,如果zui小化,并获得zui大对比度。 实行这种机动可以使用下面的交互式Java教程:

在霍夫曼调制对比系统使用本教程的实践缝对齐。

删除伯特兰透镜或相望远镜和显微镜的眼管取代目镜。 放置在舞台上的标本的候选人,与10倍的目标和重点。

冷凝器的位置调整,重新调整视场光阑实现一个大家关注的焦点。 开放领域的虹膜式光圈,直到它外面的视野。

现在准备好调制的对比观察或显微摄影图像。 旋转标本和/或圆形偏光镜在显微镜,以达到zui佳的对比度基地。 这些设置会有所不同,从标本到标本。重复上述步骤,每一个不同的放大倍率是选定的时间观看调制对比标本。 再次,我们发现,在冷凝器的前焦平面(手段抵消缝)和操纵光在后面的目标(偏移调制)焦平面操纵光后,呈现的图像有显着效果在目镜。

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