DIC是微分干涉(Differential Interference Contrast)的缩写,以下是对DIC观察方式的详细介绍:
一、DIC的成像原理
DIC成像可以分为三段过程理解:产生方向垂直的两束偏振光,两束光通过样品形成相位差变化,Z后将相位差转化成明暗区别。具体过程如下:
产生偏振光:光源通过起偏器产生特定振动方向的偏振光,经过DIC棱镜将偏振光变为两束振幅一致但方向垂直的偏振光。这两束偏振光之间存在极小的裂隙(即两束光照在样本上的位置相距很近,小于显微镜的分辨率,因此不会产生重影现象)与相位差。
相位差变化:两束偏振光经过样本后,由于样本中存在不同厚度和折射率,加大两束偏振光的相位差。
明暗区别:相位差改变的两束偏振光被上DIC棱镜重新汇合,再通过检偏镜形成建设性干涉(变亮)和破坏性干涉(变暗),样品的细节得以呈现,同时在光束裂隙的方向上呈现出三维立体的浮雕效果。
二、DIC显微镜的构成
DIC显微镜的核心配件包括起偏器、检偏器、无应力物镜,以及DIC核心配件(带滑动器DIC棱镜)。特殊配置可能还有de Sénarmont补偿器等配件。
起偏器:将自然光转化成偏振光,放置在光源和聚光镜之间。
检偏器:转化有相位差的偏振光为有明暗差异的成像,放置在DIC棱镜与管镜之前,在物镜之后,通常在物镜转盘。检偏器跟起偏器组成正交偏光配置。
DIC棱镜:由两片沿对角线切开的石英楔子胶结组成的分光器,用于将一束偏振光分解为两束垂直的偏振光,或者反过来将两束偏振光合成一组偏振光。DIC棱镜有滑行器,用于旋转镜片调整方向。透射配置需要一对DIC棱镜,反射配置只需要一个。
DIC物镜:DIC物镜上面会有DIC字样,规格Z低要求是无应力物镜,消色差可以是平场消色差或以上。部分新工艺新材料制造的APO复消色差物镜也是无应力物镜,虽然没有DIC字样,也可以作为DIC物镜使用。在一些DIC显微镜中,DIC物镜要与物镜棱镜搭配使用,不同倍数搭配不同的棱镜,这些物镜棱镜是小型化的DIC棱镜。这些显微镜的物镜转盘每个孔位都有一个插槽用于安装物镜棱镜,而这些DIC物镜上除了“DIC"字样,还有特殊的数字或英文标记,比如“N2"“M"之类,用于指示搭配的物镜棱镜。
三、DIC观察方式的特点
强立体感:DIC成像Z大特点是强立体感,在透明细胞成像中,细胞核、线粒体等大细胞器会有很强的立体感,因此特别适合显微操作,比如基因注入、核移植、转基因等。
丰富细节:DIC成像中聚光镜光阑是全开的,因此可以获得更高的数值孔径,得到的细节比相衬、斜照明更好。
无光学瑕疵:相衬观察会有光晕伪影,斜照明可以找到照明不均匀导致的整个画面明暗渐变,还有较大色散,而调试良好的DIC成像没有光学瑕疵,在透明样品成像中通常会得到纯净、灰白的背景。
四、DIC观察方式的应用
生物学领域:DIC是透明样品成像效果更好的方法,因此在细胞、酵母、线虫、微小生物等透明样品研究中,常作为相衬观察的高级替代方案,通常搭配荧光成像用在论文配图中。
电子质检领域:在液晶面板质检等电子质检领域中,很多材料细节和处理瑕疵都是常规照明方式下难以观察的,而DIC就是非常适合这种需求的观察方式。比如在液晶面板ACF层结构中有导电粒子,其填充情况对面板良率有极大影响,使用DIC照明可以看到导电粒子形成的微小凸起,从而快速评估工艺结果是否符合预期。此外液晶屏喷漆的漆体颗粒、液晶屏细微划痕等瑕疵,也可以使用DIC观察发现。
PCB质检:焊盘的划痕和缺陷、基板的缺陷和异常都可以在DIC观察中清晰发现,而在常规环形灯照明和落设照明中都无法发现这些细节。
此外,DIC观察方式还有一定的限制,例如它不适合塑料培养皿,因为塑料培养皿会破坏偏振光的方向性,从而降低Z终成像的对比度。