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顯微成像系統(tǒng)幾種照明方式介紹

2025-04-15

顯微成像時應(yīng)使得樣品的照明是明亮、無眩光,因此,應(yīng)當(dāng)選用合適的光源和照明方式。

根據(jù)光源、樣品和物鏡和成像位置,可簡單分為透射式和反射式顯微成像。

  • 透射式:透射式顯微鏡通過透射光來觀察樣品。光線透過樣品后,經(jīng)過物鏡,最終在相機上成像。一般可用于觀察透明或半透明樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu),如細(xì)胞、組織切片等。
  • 反射式:通常也可被稱為落射照明。與透射式不同,一般光束會先經(jīng)過物鏡然后匯聚到樣品上,在被樣品反射后再經(jīng)過物鏡,最終在相機上成像。常用于觀察金屬、巖石等不透明樣品的表面結(jié)構(gòu)。

常見的顯微鏡照明方法有臨界照明和科勒照明:

  • 臨界照明:光源經(jīng)聚光鏡后直接成像在被檢物體上,光束狹而強。但是光源的像會與被檢物體的平面重合,圖像中會清晰地看到光源的發(fā)光結(jié)構(gòu),而且照明會具有不均勻性,造成部分區(qū)域明亮,部分區(qū)域暗淡,會直接影響成像的質(zhì)量。晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的兩種極簡顯微成像系統(tǒng)均采用的是臨界照明的方法。
  • 科勒照明:柯勒照明克服了臨界照明的缺點,具有很好的觀察效果,是一種理想的照明方法??评照彰鲗⒐庠吹南癯稍谖镧R后表面,實現(xiàn)將觀察面與光源的像分離,聚光鏡將視場光闌成像在觀察面處,通過調(diào)節(jié)可變光闌孔徑值可控制照明視場大小。因此光源本身不會在樣品平面或相機傳感器上成像。樣品平面因而得到均勻照明。晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的幾種顯微光譜系統(tǒng)均采用科勒照明的方式,具有極佳的成像效果。

根據(jù)照明光束和顯微鏡中軸的位置可以簡單分為:

  • 中心照明:照明光束中軸與顯微鏡光軸在同一直線上。晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的緊湊型顯微成像系統(tǒng)、微區(qū)光譜探測系統(tǒng)等顯微系統(tǒng)均采用中心照明的方法。
  • 傾斜照明(Oblique Illumination ):照明光束中軸與顯微鏡光軸呈現(xiàn)一定的角度,光源傾斜地投射到樣品上。采用傾斜照明可以產(chǎn)生偽3D的效果,具有一定的立體感。晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的水平式透反射顯微共焦光譜探測系統(tǒng)支持安裝斜射模塊,可以獲得不錯的三維視覺效果。

常見的顯微成像方法有明場(BF)、暗場(DF)、微分干涉對比(DIC)、熒光(FL)、相襯(相差、PH)、偏光(PO)等:

  • 明場(Brightfiled):明場是最基本的顯微觀察方式。樣品直接處于光線的照射下,光束會直接進入到物鏡中,視場是明亮的,樣品在明亮的背景下呈現(xiàn)暗色。作為一種簡單直接的成像技術(shù),明場不需要進行特殊復(fù)雜的樣品制備,用途廣泛。但是明場一般只能用于與背景反差較大的樣品,且只能獲得對比度較低的成像。尤其對于透明樣品和與背景顏色相近的樣品,無法獲得較多的細(xì)節(jié)。晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的幾種顯微光譜系統(tǒng)均支持明場成像方法。

  • 暗場(Darkfield):相比于明場顯微鏡,暗場顯微鏡一般具有更高的對比度,在效果不佳的背景上也能夠輕松觀察標(biāo)本,能夠從成像中獲得更多細(xì)節(jié)。晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的立式反射式顯微光譜系統(tǒng)支持暗場成像,其利用環(huán)形光以高入射角投射在樣品上。光束并不直接進入到物鏡中(不直接觀察到照明光線),而是通過樣品的表面散射(反射)進入物鏡,最后成像。由于光線以高入射角投射到樣品上,絕大多數(shù)光線并不會進入物鏡。樣品中的不均勻顆粒和結(jié)構(gòu)會散射光線,這些光線進入物鏡后,可以形成明亮的圖像,而透明樣本的均勻區(qū)域或不透明樣本的平坦表面則會顯得暗淡。暗場適用于觀察在明場下難以觀察到的微小顆粒、細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

  • 微分干涉(Differential Interference Contrast):對于未染色的透明樣品,其明場圖像通常缺乏結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié),此時可以采用微分干涉對比顯微鏡,其可以產(chǎn)生浮雕效果的圖案,且具有更高的對比度。

    晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的立式透反射顯微共焦光譜系統(tǒng)支持安裝DIC模塊,照明光先經(jīng)過起偏器(線偏振片),在經(jīng)過一個DIC棱鏡后,會產(chǎn)生兩束以不同的方向傳播且偏振方向垂直的線偏振光。光束照射到樣品后,由于樣品不同位置的厚度和折射率不同,會導(dǎo)致兩束光的相位發(fā)生改變。隨后,樣品反射兩束光經(jīng)過物鏡、DIC棱鏡,在重新匯合后,再經(jīng)過檢偏器,最終成像于相機傳感器上。由于兩束偏振光存在相位差,會發(fā)生相長干涉(變亮)和相消干涉(變暗),使得能呈現(xiàn)出對比度更高的樣品細(xì)節(jié),且能呈現(xiàn)出三維的立體效果。通過移動DIC棱鏡能夠改變光程差,從而能改變背景顏色。晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的 采用反射式結(jié)構(gòu),故只需要一個DIC棱鏡。如采用透射式結(jié)構(gòu),則需要兩個DIC棱鏡。

  • 熒光(Fluorescence):熒光顯微技術(shù)是一種特殊的光學(xué)顯微技術(shù),通過讓樣品發(fā)出熒光,來觀察物體形狀即位置分布,在顯微成像有著廣泛的應(yīng)用。晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的立式反射顯微光譜系統(tǒng),采用落射照明,使用紫光作為激發(fā)光源照射樣品,激發(fā)出綠色可見熒光,并通過濾光片濾除激發(fā)光捕獲熒光,最終成像于相機,且能實時監(jiān)測熒光光譜。

  • 相差(phase contrast):在觀察樣品時,樣品會改變衍射光的相位,通常認(rèn)為衍射光和背景光相差四分之一波長。通過改變兩束光的相位差,比如使背景光相位再提前四分之一波長,兩束光相位差為二分之一波長,此時發(fā)生相消干涉,具有高折射率的樣品會在較亮的背景下顯得較暗,被稱為暗對比或者正相位對比。如果使背景光相位也滯后四分之一波長,兩束光相位同步,發(fā)生相長干涉,可以在較暗的背景上形成較亮的圖像,展示出較多的樣品細(xì)節(jié),稱為亮對比或負(fù)相位對比。