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光学显微镜反射暗场照明的光路结构

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光学显微镜反射暗场照明的光路结构

发布日期:2019-10-15 作者:admin 点击:


一个以提高在反射光显微镜反差最有效的方法是利用暗场照明。 在反射的暗场显微镜,不透明封闭盘被放置在光通过垂直照明器行进的路径,使得仅光的周边光线到达偏转镜。 这些光线被反射镜反射,并穿过环绕物镜在高度倾斜角度照亮试样的中空套环。

反射光暗场结构

与垂直照明器的剖绘制的典型的反射光显微镜在图1中所示的照明器是水平取向,90度,在显微镜并平行于台面的光轴,与连接到灯壳背面照明的。 粗微调旋钮提高或降低在或大或小的增量阶段分别对样品清晰聚焦。检体的顶表面是在面向物镜,这已被旋转到显微镜的光轴的阶段直立。

许多现代的反射光照明被描述为“通用”照明,因为,与几个额外的配件和很少或没有拆解,所述显微镜能够容易地从反射光中的一个模式切换到另一个。 它甚至可以滑动反射出来的路径的共以便执行透射光观察。 这样的通用发光器可以包括部分反射面的玻璃表面(有时被称为半反射镜),用于明,和/或与用于暗场观察用椭圆形的,位于中央的清晰开口完全镀银反射面。

这些反射装置(装在反射镜块或立方体)中的每一个以45度角朝向光沿垂直照明和,同时行进倾斜,以45度角的显微镜的光轴。 二者的相应反射镜的在朝向试样90度向下引导光并且还允许向上行进的反射光通过到观看管和目镜观察。 最佳设计的垂直照明包括聚光透镜来收集和控制光,孔径光圈和预聚焦,定心场光阑,以允许期望的科勒照明。 固定到垂直照明的后端是包含灯泡,通常是一个高性能的卤钨灯一个灯箱。 对于非常微弱的暗场样品,灯箱可以用含有水银刻录机所替代。 燃烧器灯可以由内置于显微镜支架,或(在简单的模型)由外部变压器的装置的电子设备供电。

内的垂直照明,光通过一个50或100瓦的低电压高强度的卤灯钨 - 发出的穿过聚光透镜,然后通过在暗视场反射镜块的开放口撞击不透明停止之前光圈和视场光阑位于所述物镜上方的照明器的前方。 不透明止动块的光束只允许光的中空圆柱体通入镜块,如下面的图2中所示的中心部分。 外地和孔径光阑被打开以避免从源阻挡光的外围光线的最大的位置。

光进入反射镜块由位于块内的管内的一个特殊的反射镜反射。 这个反射镜以45度角的入射光束取向,并且具有由一完全镀银前表面反射镜围绕的椭圆形的开口。 从该椭圆反射镜反射的光的周边光线被向下偏转,在垂直照明的底部排出。 光的圆筒,然后通过管口通入称为Neo , BF/ DF,BD物镜(图3)专门构建的物镜,根据制造商的指定前行进。 这些物镜通常设计有必要为对缺少盖玻片标本使用光学校正。

反射光暗场镜块

从暗视场镜挡光向下行进围绕专门建造BD的位于中心的透镜元件360度中空室反射光的物镜,如在图3示出该光在从斜光线每个方位检体定向,以形成由位于物镜的中空室的底部的圆形反射镜或棱镜装置照明的中空锥体。 在这种方式下,物镜作为两个独立的光学系统耦合同轴使得外系统的功能作为暗视场“聚光镜”和内系统作为一个典型的物镜。

今天,最暗视野的反射光显微镜物镜是无限远校正,并在放大倍数从5倍到200倍的广谱可用。 这些物镜还制造的色差和球面校正的各种素质,从简单的消色差透镜到平场消色差和平场复消色差透镜。 大多数,但不是所有的,被设计为在物镜和试样之间的空间中使用的“干”的空气。 一些反射光的物镜是设计集中在从检体比通常较长的工作距离。 这些标记被标在物镜桶上,如LWD(长工作距离),ULWD(超长工作距离)和ELWD(超长的工作距离)。

物镜设计的变化取决于生产商,但在聚光镜部分可具有三个经典设计之一。 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反射从筒的内表面,以将光聚焦到样品。 另一个重要的物镜的设计是屈光度结构,其中一个系列的棱镜被策略性地放置在空心外部腔室,并用于瞄准和聚焦光朝向试样。

在图3所示的物镜是一个反射折射系统,它使用两个反射和折射光学元件和表面形成有必要,以查看在暗场模式的试样照明的倾斜中空锥体。 进入物镜的中空周边光的汽缸第一遇到光引导到物镜镜筒的镜像内表面的曲面透镜元件。 光从桶直接通过玻璃元件反射,然后从外物镜筒的镜像内表面反射,折射通过第二透镜元件,以形成照明的中空锥体之前。 光衍射和由检体折射然后能够进入物镜的前透镜。 

反射光暗场物镜

周围在反射光的物镜透镜元件的中空轴环的必要性需要物镜的直径比普通明物镜显著更大。 在大多数情况下,一个鼻形件安装螺纹直径大于皇家显微学会(RMS)的标准放大在反射光中的物镜被使用。 这要求反射光暗场物镜有一个较大的螺纹尺寸,其通常被称为BDBF / DF螺纹尺寸的鼻形件。 大多数制造商提供标准的转换RMS螺纹尺寸物镜转盘架到BD螺纹尺寸物镜适配器,使反射光显微镜的使用这些物镜。 应注意,以确保对BD螺纹物镜转盘架用于物镜将符合显微镜的管长度

表1列出了一个典型的一系列设计用于反射光显微术使用无限远校正理学平场消色差t明/暗场物镜的规格。数值孔径在这个系列中,这是本设计的“干”的物镜,实际限制达到约0.90的限制。

Neo D 平场消色差物镜(无限远校正)
放大倍数数值孔径工作距离 
(mm)
5X0.1011.20
10X0.256.00
20X0.401.00
50X0.750.34
80X(干)0.900.18
100X(干)0.900.30
150X(干)0.900.27
表格1

在许多现代显微镜手段,理学类型的物镜,用适当的模块或配件,可用于暗视场,明场,偏振光,Nomarski差分式干涉对比(DIC),以及反射光的荧光观测。

试件几何约束往往需要专门的物镜,正确的图像标本的各个领域。 表2包含了设计,在更长的工作距离要使用反射光线暗场的物镜,而且在非常高的放大倍率产生的标本优越的显微照片复消色差透镜的物镜规格。

长工作距离 
和复消色差透镜暗场物镜 
(无限远校正)
放大倍数数值孔径工作距离 
(mm)
20X(ELWD)0.4011.0
50X(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

而不在载物台上的检体,视在暗场的场反射因为斜光线落在外面的接受角和未命中重新进入物镜光学显微镜显现黑色。 当一个试样放置在台上,试样的功能,包括表面不规则性,如晶界,脊,划痕,凹陷或颗粒等,现在在黑色背景明亮的。 对比度是巨大与表面样品的特性的结果增加了,否则几乎看不到在明,很容易辨别。事实上,许多冶金及相关样品不需要蚀刻或其他筹备程序,以产生极佳的暗场图像。 色彩还原也用壮观的照明这种方法。 通过标本细节,这往往是在明照明遮蔽的散射光,能够在暗场照明进军的物镜和通过物镜的中央镜头元件最终到达眼睛或相机

明场和暗场反射光显微镜

在图4所示的显微照片表示明场和暗场的对比反映使用BD-型物镜的MIPS R10000微处理器集成电路上的表面特征的光图像。 在芯片管芯的边缘接合线是在显微照片非常明显的。 计算机芯片的表面涂覆有氮化硅的钝化层,以保护电元件暴露于大气中。 反射的光,并通过该层折射是负责在显微照片的部分的表观颜色。

在图4(a)该明图像显示,入射光不会从接合线,其出现在显微照片非常暗反映。 芯片设计师,这在光刻制造过程中被纳入到芯片表面的缩写,同时出现在显微照片的右侧中部。 这些缩写,用接合线沿反映斜光返回到物镜,如在暗场显微照片示于图4(b)中。 这两个照明的方法可以成功地用于集成电路表面检查中彼此互补。

铜基铌锡超导丝

图5中的显微照片用来进一步说明当与标本下暗视野照明的检查结合不同的照明技术可以如何相互补充。 检体是嵌入在该构成中的高场强的低温超导磁体使用柔性导线的铜/青铜基体铌 - 锡超导长丝的束。 在图5(a)该显微照片是在光照下采取并示出了由一个非常暗区,并且是由钽蓝色阻挡层包围的长丝的束。 在图5(a)该暗区是从线束的结构的热处理工序遗留残留锡的层。 超导丝和钽阻挡不可见如图5(b),这是在图5中成像的同一区域的一个暗场显微照片(a)中。 但是,剩余的锡层反射光进入物镜表现为周围的细丝明亮的金属乐队。 图5(c)是反射的微分干涉对比同一视场的显微照片。 周围的各个丝束的青铜基体是很明显的,但残留锡和钽的阻挡层是难以辨别。 此一系列显微照片的用来说明明,暗场和微分干涉对比的技术如何可以用来相互补充,并提供检体的更彻底调查。

以下部分回顾在反射(入射)暗视野照明的显微镜的配置和取向的步骤。

反射(附件)暗场配置

  • 选择具有良好的反射特性的样本并将其放在显微镜载物台。 使用10倍的物镜,调整为镜反射光柯勒照明 验证暗场(NEO,BF / DF,或BD)物镜插入物镜转换器,并准备使用。

  • 打开孔径和视场光阑到最大位置。 使用暗场模式的显微镜后,这些隔膜应该总是被返回到它们的正常明的位置,以避免与其他照明技术标本对比度显著损失。

  • 将暗场站到光路实现暗场照明。 在大多数现代显微镜,这是通过使用一个滑杆,重视该暗视场反射镜块组件来完成的。 通常有几种锁扣标志着滑块(对应于明,暗场和荧光镜块)的位置,而这些往往指定在显微镜本体的外部。

  • 查看样品,现在应该是在暗场照明可见。 如果由样本发出的光很微弱,提高灯电压,以增加照明强度。 还要检查,以确保现场和孔径光阑打开到最宽设置。 完成实验暗场之后返回所有显微镜设置到明模式。

现代反映配有暗场照明配件创新提供了范围广泛的光学显微镜。 其中有拍到直立时产生的非反转的字母图像能力(半导体技术尤其重要)。 检体的其它关键特征也定位在正确的方向中使用直立图像技术的显微照片。大多数制造商在移动到无限远校正光学系统有助于消除重影和散光常常通过使用半反射镜的产生,尤其是当组分加入到光路。

通过提供新的无限远校正明/暗场的物镜奥林巴斯 , 尼康 , 蔡司 , 徕卡和提供的视图增加有效场和大范围的增强光学性能的工作距离,特别是当连接到超广视场目镜。 先进的新型照明系统提供卤钨灯和高能汞或氙气光源之间快速和容易转换为微弱的暗场标本提供最佳的照明。 此外,一些反射光显微镜具有提供了内置变焦倍率以辅助对焦,使中间(虽然是空的)的放大倍率内部的光学元件。

先进的反射光显微镜本体的设计也可用于多格式显微摄影非常方便。 从总理厂家工业显微镜能够同时安装35毫米,大幅面(4“×5”),和数码相机显微镜对显微摄影变化较大。 这些先进的系统还提供了压印一微米级,晶粒尺度,曝光信息,和/或其它注释直接在显微照片旁边的胶片帧数字配件。

反射光显微镜现代进步的半导体产业,材料科学和爆炸性增长荧光显微镜用于医疗诊断和细胞科学在很大程度上推动。 暗场照明的揭示轮廓,边缘,边界,划痕,针孔和折射率梯度的能力提供补充其他形式的显微镜,包括明视野,微分干涉对比,霍夫曼调制对比,和偏振光技术的装置。 当连接在一起,这些对比增强技术往往导致对所研究的样本具体细节新的见解。


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