Методы контрастирования в микроскопах отраженного света

Для лабораторных исследований в металлографии наиболее распростра­ненными являются три метода исследования и контрастирования:

— светлое поле;

— темное поле;

— поляризация,

а в последнее время к ним добавились:

— дифференциально-интерференционный контраст (ДИК);

— люминесценция.

Все перечисленные методы исследования и контрастирования имеются и в микроскопах проходящего света, естественно, реализуются они в соответствии с особенностью оптической схемы микроскопии проходящего и отраженного света.

Метод темного поля. Этот метод является оптимальным для контроля поверхностей (рис. 3.6).

Основан на том, что реально имеющиеся структуры на поверхности за счет рельефа отклоняют свет в направлении объектива и становятся ярко видимыми на черном фоне. При работе по методу темного поля и полевая, и апертурная диафрагмы должны быть полностью открыты.

 

Рис. 3.6. Изображение при наблюдении в отраженном свете методом темного поля

 

Метод поляризации. Метод контрастирования, связанный с поляри­зацией света, оптимален для исследования поверхностей со структурами, изменяющими состояние поляризации света при отражении, напри­мер, анизотропные зерна в пробах руды, шлифах металлов и керамики (рис. 3.7).

 

Рис. 3.7. Изображение при наблюдении в отраженном свете методом поляризации

Особенностью микроскопа является наличие в оптической схеме поляфильтров: в осветительной части — поляризатора, а в промежутке между объективом и окуляром - анализатора. Наблюдение произво­дится тогда, когда оба поля фильтра развернуты друг относительно друга на 90°. При этом в поле наблюдается максимальное затемнение. Если объект обладает поляризующими свойствами, то на темном фоне появляется светлый или разноцветный объект с четким изображением по контуру. В микроскопе отраженного света поляризатор расположен в плоскости приближенной к коллектору и может быть выполнен враща­ющимся на угол 90°, в то же время анализатор устанавливается в блоке светоделительного элемента.

ДИК-метод. Метод дифференциально-интерференционного кон­траста является развитием метода поляризационной микроскопии. Он применяется для визуализации объектов с минимальными различиями по высоте неровностей на поверхности. Применение дифференциально­интерференционного контраста (ДИК) позволяет повысить контраст изображения и увеличить разрешающую способность микроскопа за счет получения «псевдостереоэффекта».

Основным оптическим компонентом, обеспечивающим этот способ наблюдения, является двоякопреломляющая призма Номарского. Она расположена между объективом и оптической системой микроскопа; находится на пути пучка света к образцу и расщепляет поляризованный пучок света на два частичных пучка (обыкновенный и необыкновен­ный). Если поверхность совершенно плоская, то ничего не происходит. Однако, если между двумя частичными пучками имеется небольшая ступень (перепад), то один из двух частичных лучей должен пройти путь на 2 ДЬ длиннее и приобретает разность хода. Проходя вторично через призму, отраженные лучи воссоединяются. После анализатора когерентные компоненты этих лучей, имеющие одинаковое направле­ние колебаний, интерферируют в промежуточном изображении. По­лучается двойное изображение объекта, однако, раздвоение настолько мало (близкое к пределу разрешения объектива), что его практически не видно, и объект воспринимается рельефным. Оптимальная картина дифференциального интерференционного контраста наблюдается при совмещении плоскости локализации интерференционных полос применяемой призмы с выходным зрачком, расположенным в задней фокальной плоскости используемых объективов. У большинства вы­пускаемых промышленностью объективов выходной зрачок находится внутри оптической системы на расстоянии 15 мм от опорной плоскости объектива.

В зависимости от плотности объекта, толщины или его показателя преломления, можно наблюдать цветным изображение самого объекта или четкий цветной контур вокруг него. Как мы уже отмечали, в обычных микроскопах рельефность или стереоскопичность возникает в пределах глубины резкости объектива. В данном случае это значительно усилива­ется за счет цветового эффекта.

Метод может быть реализован в проходящем и отраженном свете. В современных зарубежных микроскопах метод ДИК широко при­меняется в микроскопах всех типов, начиная с лабораторного класса (рис. 3.25).

 

А                                  Б

Рис. 3.25. Изображение при наблюдении методом ДИК:

А — проходящий свет;

Б – отраженный свет

 

В отличие от микроскопов отраженного света для реализации метод ДИК в проходящем свете требуется применение двух призм Волостона: одна устанавливается в конденсоре вместе с поляризатором, вторая, как и в отраженном свете, располагается за объективом. Далее по ходу лучей устанавливается анализатор. Механизм действия аналогичен отраженному свету.

Для осуществления метода ДИК необходимо иметь специально рассчитанные призмы под каждый объектив или на 2-3 объектива различного увеличения и типа оптической коррекции, но с близким положением задней фокальной плоскости объектива. Разность хода, возникающая на поверхности, преобразуется в значения серого, которыйвоспринимаются глазом: ступени становятся видимыми в виде рельефа. Как вспомогательный элемент, λ-пластина преобразует значения серого в цвета. Движение призмы перпендикулярно оптической оси микроскопа создает условие для получения различных цветовых однородных окрасок поля видения.

Для получения более ясной картины, связанной с действием поля­ризованного света, предметный столик, на котором находится объект, поворачивают или вращают. Новая разработка фирмы CarlZeissпозволяет упростить процесс наблюдения, предлагая поворачивать анали­затор. Новый метод получил название C-DIC(метод ДИК с круговой поляризацией).

Для зарубежных микроскопов, в частности фирмы «Карл Цейсс», призма рассчитывается и технологически выполняется таким образом, что при установке ее в рабочее место на микроскопе цвет фона и оконтуривания уже подобраны.

ЛЕКЦИЯ 4