ความแตกต่างระหว่างความเปรียบต่างของเฟสบวกและลบในกล้องจุลทรรศน์
ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าและลักษณะของวงแหวนเฟสที่ตำแหน่งที่ระนาบโฟกัสด้านหลังวัตถุประสงค์ ตัวอย่างสามารถสังเกตได้ในความเปรียบต่างของเฟสบวกหรือลบ บทช่วยสอนแบบโต้ตอบนี้ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างเสียงเซอร์ราวด์ (S) การเลี้ยวเบน (D) และอนุภาคสว่างที่เกิดขึ้น (คลื่น P) ตลอดจนกล้องจุลทรรศน์คอนทราสต์เฟสบวกและลบ นอกจากนี้ยังนำเสนอรูปทรงเรขาคณิตของเฟสเพลทและภาพตัวอย่างที่เป็นตัวแทนอีกด้วย
เมื่อผู้คนใช้มันในการทำงานตอนนี้ นักวิจัยส่วนใหญ่อยู่ในความแตกต่างเชิงลบ และตอนนี้ความแตกต่างในเชิงบวกไม่ได้มีบทบาทมากนักในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน
บทช่วยสอนเริ่มต้นภาพเฟสด้วยตัวอย่างที่เลือกแบบสุ่มซึ่งปรากฏในหน้าต่างภาพคอนทราสต์เฟส และความสัมพันธ์ของคลื่นที่สอดคล้องกันจะแสดงในเพื่อนบ้านด้านซ้ายของหน้าต่างภาพ ในการใช้งานบทช่วยสอน ให้ใช้เคอร์เซอร์ของเมาส์เพื่อเลื่อนการแปลระหว่างคอนทราสต์ของเฟสบวกและลบหรือแถบเลื่อนโหมดคอนทราสต์ของเฟสแสงสว่าง เมื่อแถบเลื่อนถูกแปล ภาพที่ปรากฏในหน้าต่างภาพคอนทราสต์ของเฟสจะเปลี่ยนลักษณะที่ปรากฏของชิ้นงานในโหมดภาพปัจจุบันที่แถบเลื่อนกำหนด นอกจากนี้ ด้านล่างกราฟรูปคลื่นยังมีแผ่นเฟสที่เปลี่ยนรูปร่างเพื่อให้ตรงกับโหมดการถ่ายภาพที่แถบเลื่อนเลือก หากต้องการดูตัวอย่างใหม่ ให้ใช้เมนูแบบเลื่อนลงตัวอย่างที่เลือกเพื่อเลือกตัวอย่างอื่น
พล็อตของการกำหนดค่าแผ่นเฟส ความสัมพันธ์ของคลื่น และเวกเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างภาพคอนทราสต์ของเฟสบวกและลบแสดงในรูปที่ 1 ตัวอย่างของชิ้นงานที่ถ่ายด้วยเทคนิคเหล่านี้ยังแสดงให้เห็น ในการกำหนดค่าออปติคอลคอนทราสต์เฟสบวก (แถวบนของภาพในรูปที่ 1) หน้าคลื่นเซอร์ราวด์ (S) จะผ่านแผ่นเฟส ส่งผลให้เกิดการเลื่อนเฟสสุทธิของเฟสล่วงหน้า 180 องศา 1/4 ความยาวคลื่น ( 1 ครึ่งความยาวคลื่น ). แนวหน้าคลื่นรอบทิศทางขั้นสูงสามารถมีส่วนร่วมในการรบกวนแบบทำลายล้างด้วยคลื่นที่เลี้ยวเบน (D) ที่ระนาบภาพตรงกลาง ในกรณีส่วนใหญ่ การเพิ่มเฟสสัมพัทธ์ของหน้าคลื่นโดยรอบเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะสร้างภาพที่มีคอนทราสต์สูงในกล้องจุลทรรศน์ของ Nikon นี่เป็นเพราะแอมพลิจูดของคลื่นรอบทิศทางนั้นใหญ่กว่าของคลื่นที่เลี้ยวเบนอย่างมาก และยับยั้งภาพที่เกิดจากการรบกวนจากเศษเสี้ยวของจำนวนคลื่นทั้งหมด เพื่อลดหน้าคลื่นโดยรอบให้มีค่าใกล้เคียงกับแอมพลิจูดของคลื่นที่เลี้ยวเบน (และทำการรบกวนในระนาบภาพ) ความทึบในวงแหวนเฟสของวัตถุจะได้มาโดยการใช้โลหะกึ่งโปร่งแสง (ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นเป็นกลาง ) น้ำยาเคลือบพื้น. คลื่นแสงโดยรอบซึ่งผ่านวงแหวนเฟสเกือบทั้งหมดโดยการออกแบบภายใต้กล้องจุลทรรศน์คอนทราสต์เฟส แอมพลิจูดลดลงอย่างมากโดยความทึบของเฟสเพลทจนถึงค่าในช่วง 10 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ของความเข้มดั้งเดิม
เนื่องจากคลื่นของอนุภาคที่เกิดขึ้นเกิดจากการแทรกสอด* ของหน้าคลื่นโดยรอบและหน้าคลื่นที่เลี้ยวเบน แอมพลิจูดของคลื่นอนุภาค (P) ที่เกิดจากการแทรกสอดระหว่างหน้าคลื่นที่มาถึงระนาบภาพจึงมีขนาดเล็กกว่าคลื่นโดยรอบมากเมื่ออยู่ในรูปทางเพศ ใช้การเคลือบความหนาแน่น ผลกระทบสุทธิคือการแปลงความแตกต่างของเฟสสัมพัทธ์ที่เกิดจากการผ่านของแสงที่โผล่ออกมาจากระนาบภาพผ่านชิ้นงานไปเป็นความแตกต่างของแอมพลิจูด (ความเข้ม) เนื่องจากสายตาของมนุษย์จะตีความความแตกต่างของความเข้มเป็นคอนทราสต์ ชิ้นงานจึงสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ช่องมองภาพ และยังสามารถจับภาพบนเมมเบรนด้วยระบบกล้องทั่วไปหรือแบบดิจิทัลโดยใช้อุปกรณ์ CCD หรือ CMOS ระบบคอนทราสต์เฟสบวกทั้งหมดเลือกเลื่อนเฟสของหน้าคลื่นเซอร์ราวด์เชิงเส้น (S) เทียบกับหน้าคลื่นทรงกลมที่เลี้ยวเบน (D) ชิ้นงานที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงกว่าตัวกลางที่อยู่รอบๆ จะปรากฏเป็นสีเข้มกว่าบนพื้นหลังสีเทาที่เป็นกลาง ในขณะที่ตัวอย่างที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่าตัวกลางว่ายน้ำจะดูสว่างกว่าบนพื้นหลังสีเทา
เพื่อแก้ไขการแยกเชิงพื้นที่ของหน้าคลื่นที่เลี้ยวเบนรอบเฟสและแอมพลิจูดในระบบออปติคัลคอนทราสต์ของเฟส จึงมีการแนะนำการกำหนดค่าแผ่นเฟสจำนวนหนึ่ง เนื่องจากแผ่นเฟสตั้งอยู่ที่หรือใกล้กับระนาบโฟกัสด้านหลังวัตถุ (ระนาบการเลี้ยวเบน) แสงทั้งหมดที่ผ่านกล้องจุลทรรศน์จะต้องเดินทางผ่านส่วนประกอบนี้ ส่วนของแผ่นเฟสในโฟกัสรูปวงแหวนคอนเดนเซอร์เรียกว่าบริเวณคอนจูเกต ในขณะที่บริเวณที่เหลือเรียกว่าบริเวณเสริม บริเวณคอนจูเกตประกอบด้วยวัสดุที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนเฟสของแสงโดยรอบ (ไม่หักเห) โดยบวกหรือลบ 90 องศาเมื่อเทียบกับหน้าคลื่นที่เลี้ยวเบน โดยทั่วไป พื้นที่วงแหวนคอนจูเกตเฟสจะกว้างกว่า (ประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ ) พื้นที่ที่กำหนดโดยภาพวงแหวนควบแน่น เพื่อลดปริมาณแสงโดยรอบที่กระจายไปยังพื้นที่เสริม
แผ่นเฟสส่วนใหญ่ที่มีจำหน่ายจากผู้ผลิตกล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่เป็นหนึ่งในแผ่นที่เตรียมโดยการสะสมสูญญากาศของฟิล์มอิเล็กทริกและโลหะบาง ๆ บนแผ่นกระจกหรือติดตั้งโดยตรงบนผิวเลนส์ของวัตถุประสงค์ของกล้องจุลทรรศน์ บทบาทของฟิล์มไดอิเล็กตริกคือการให้แสงเป็นเฟส ในขณะที่ฟิล์มโลหะจะลดทอนความเข้มของแสงที่ไม่หักเห ผู้ผลิตบางรายใช้การเคลือบป้องกันแสงสะท้อนหลายชั้นรวมกับฟิล์มเพื่อลดปริมาณแสงจ้าและการสะท้อนของแสงที่เล็ดลอดกลับเข้ามาในระบบออปติก หากแผ่นเฟสไม่ได้ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของเลนส์ โดยปกติแล้วแผ่นเฟสจะประสานระหว่างเลนส์ต่อเนื่องกันซึ่งอยู่บนระนาบโฟกัสใกล้กับด้านหลังของวัตถุ ความหนาและดัชนีการหักเหของแสงของสารเคลือบอิเล็กทริก โลหะ และสารป้องกันการสะท้อน รวมทั้งของซีเมนต์ออปติก ได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวังเพื่อสร้างการเลื่อนเฟสที่ต้องการระหว่างบริเวณเสริมและคอนจูเกตของแผ่นเฟส ในแง่ออปติคอล แผ่นเฟสที่เปลี่ยนเฟสเมื่อเทียบกับแสงโดยรอบเพื่อกระจายแสง 90 องศา (ไม่ว่าจะเป็นด้านบวกหรือด้านลบ) เรียกว่าแผ่นคลื่นสี่ส่วนเนื่องจากความแตกต่างของเส้นทางแสงบนแผ่นนี้
ภาพรวมของการผกผันเฟสบวกแสดงในรูปที่ 1 แผ่นคอนทราสต์เฟสบวก (ด้านซ้ายของรูปที่ 1) ขับเคลื่อนคลื่นเซอร์ราวด์ 1/4 ความยาวคลื่น เนื่องจากวงแหวนกัดเซาะในแผ่นกระจก ซึ่งสามารถ ลดลงโดยผ่านบนในแผ่นดัชนีสูง เส้นทางทางกายภาพของคลื่นที่ถ่าย เนื่องจากการโต้ตอบกับตัวอย่าง เมื่อรังสีตัวอย่างที่เลี้ยวเบน (D) ถูกชะลอ ความแตกต่างของเส้นทางแสงระหว่างคลื่นที่ล้อมรอบและคลื่นที่เลี้ยวเบนที่โผล่ออกมาจากแผ่นเฟสจะมีความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งคูณด้วย 1/4 ความยาวคลื่น ผลลัพธ์สุทธิคือ 180-องศาความแตกต่างของเส้นทางแสงระหว่างคลื่นโดยรอบและคลื่นที่เลี้ยวเบน ซึ่งส่งผลให้เกิดการรบกวนแบบทำลายล้างสำหรับตัวอย่างที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงระหว่างระนาบภาพ กราฟแอมพลิจูดของเฟสบวกตรงข้ามคลื่นสัญญาณรบกวนแบบทำลายล้างแสดงในกราฟด้านบนของรูปที่ 1 คลื่นอนุภาค (P) ที่เป็นผลลัพธ์มีแอมพลิจูดต่ำกว่าคลื่นเซอร์ราวด์ (S) จึงทำให้วัตถุปรากฏเมื่อเทียบกับค่าสัมพัทธ์ พื้นหลังสีเข้มขึ้น ด้านล่าง ภาพของสาหร่ายสีเขียว Zygnema ที่แสดงทางด้านขวา (ระบุว่า DL) เวกเตอร์ที่แสดงโดยความคืบหน้าของความยาวคลื่น 1/4 ซึ่งแสดงเป็น 90-องศาคลื่นเซอร์ราวด์ที่หมุนทวนเข็มนาฬิกาในคอนทราสต์เฟสบวก ปรากฏขึ้นระหว่างรูปภาพและรูปภาพในรูปที่ 1
อีกทางหนึ่ง ไมโครสโคปออปติคยังสามารถประดิษฐ์เพื่อสร้างเฟสเชิงลบที่ตรงกันข้าม ดังแสดงในส่วนล่างของรูปที่ 1 ซึ่งในกรณีนี้คลื่นเซอร์ราวด์ (S) จะล่าช้า (แทนที่จะเป็นขั้นสูง) โดยความยาวคลื่นหนึ่งในสี่ที่สัมพันธ์กัน คลื่นเดียวที่เลี้ยวเบน (D) ผลที่ได้คือ ชิ้นงานที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงจะดูสว่างกว่าเมื่อเทียบกับพื้นหลังสีเทาเข้ม (ดูภาพด้านล่างที่มีข้อความว่า BM ในรูปที่ 1) ในเฟสเชิงลบตรงข้าม แผ่นเฟสวัตถุประสงค์มีวงแหวนยกขึ้นที่ชะลอเฟส (แทนที่จะเลื่อนเฟสไปข้างหน้าเป็นเฟสบวกตรงข้าม) ผ่านความยาวคลื่นหนึ่งในสี่เมื่อเทียบกับเฟสของคลื่นที่เลี้ยวเบนเป็นคลื่นเซอร์ราวด์ลำดับที่ศูนย์ เนื่องจากคลื่นที่เลี้ยวเบนเกิดการหน่วงเวลาหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นเมื่อผ่านชิ้นงาน ความแตกต่างของเส้นทางแสงระหว่างคลื่นที่อยู่รอบๆ และคลื่นที่เลี้ยวเบนจึงถูกกำจัดออกไป และตัวอย่างที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูงจะรบกวนอย่างสร้างสรรค์ที่ระนาบภาพ โปรดทราบว่าคลื่นอนุภาค (P) ที่เป็นผลลัพธ์จะมีแอมพลิจูดสูงกว่าคลื่นเซอร์ราวด์ (S) ในคอนทราสต์เฟสเชิงลบ นอกจากนี้ยังแสดงเป็นเฟสลบย้อนกลับ โดยที่เวกเตอร์คลื่นวนรอบผ่านการหมุนตามเข็มนาฬิกา 90 องศาของไดอะแกรมเวกเตอร์
