กล้องจุลทรรศน์แบบความแตกต่างของการรบกวนเชิงอนุพันธ์ ( DIC ) หรือที่เรียกว่า กล้องจุลทรรศน์ แบบความแตกต่างของการรบกวนของโนมาร์สกี ( NIC ) หรือกล้องจุลทรรศน์โนมาร์สกีเป็น เทคนิค กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่ใช้เพื่อเพิ่มความคมชัด ใน ตัวอย่างโปร่งใสที่ไม่ได้ย้อมสีDIC ทำงานบนหลักการของการรบกวนเพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับความยาวเส้นทางแสงของตัวอย่าง เพื่อให้เห็นคุณสมบัติที่มองไม่เห็น ระบบแสงที่ค่อนข้างซับซ้อนสร้างภาพโดยที่วัตถุปรากฏเป็นสีดำถึงขาวบนพื้นหลังสีเทา ภาพนี้คล้ายกับภาพที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์แบบความแตกต่างของเฟสแต่ไม่มีรัศมีของการเลี้ยวเบนที่สว่าง เทคนิคนี้คิดค้นโดยฟรานซิส ฮิวจ์ส สมิธ^{[ 1 ] [ 2 ]} "Smith DIK" ผลิตโดย Ernst Leitz Wetzlar ในเยอรมนีและผลิตได้ยาก ต่อมา DIC ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดยนักฟิสิกส์ชาวโปแลนด์Georges Nomarskiในปี 1952 ^{[ 3 ]}

เทคนิค DIC ทำงานโดยการแยก แหล่งกำเนิดแสง โพลาไรซ์ออกเป็นสองส่วนที่มีโพลาไรซ์ตั้งฉากกัน และมีความสอดคล้องกัน ซึ่งจะถูกเลื่อนตำแหน่ง (เฉือน) ในระนาบของตัวอย่าง และรวมเข้าด้วยกันอีกครั้งก่อนการสังเกต การแทรกสอดของสองส่วนเมื่อรวมกันนั้นมีความไวต่อความแตกต่างของเส้นทางแสง (เช่น ผลคูณของ ดัชนีหักเหและความยาวเส้นทางเชิงเรขาคณิต) การเพิ่มเฟสชดเชยที่ปรับได้ซึ่งกำหนดการแทรกสอดที่ความแตกต่างของเส้นทางแสงเป็นศูนย์ในตัวอย่าง ความคมชัดจะเป็นสัดส่วนกับความชันของความยาวเส้นทางตามทิศทางการเฉือน ทำให้เกิดภาพนูนสามมิติที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นแสงของตัวอย่าง เน้นเส้นและขอบ แต่ไม่ได้ให้ภาพที่ถูกต้องตามหลักภูมิประเทศ

1. แสงที่ไม่เป็นโพลาไรซ์เข้าสู่กล้องจุลทรรศน์และถูกโพลาไรซ์ที่มุม 45°

จำเป็นต้องใช้แสงโพลาไรซ์เพื่อให้เทคนิคนี้ได้ผล

2. แสงโพลาไรซ์เข้าสู่ปริซึมวอลลาสตันที่ดัดแปลงโดยโนมาร์สกี ตัวแรก และถูกแยกออกเป็นสองลำแสงที่มีมุมโพลาไรซ์ 90° ต่อกัน คือ ลำแสงสำหรับการสุ่มตัวอย่างและลำแสงอ้างอิง

ปริซึมวอลลาสตันเป็นปริซึมชนิดหนึ่งที่ทำจากสารผลึกสองชั้น เช่น ควอตซ์ ซึ่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของดัชนีหักเหขึ้นอยู่กับการโพลาไรซ์ของแสง จึงทำให้แสงแยกออกตามการโพลาไรซ์นั้น ส่วนปริซึมโนมาร์สกีทำให้รังสีทั้งสองมาบรรจบกันที่จุดโฟกัสภายนอกตัวปริซึม จึงช่วยให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการตั้งค่ากล้องจุลทรรศน์ เนื่องจากสามารถปรับโฟกัสปริซึมได้อย่างแม่นยำ

3. เลนส์ รวมแสงจะรวมแสงทั้งสองลำเพื่อให้ผ่านตัวอย่าง โดยแสงทั้งสองจะถูกรวมให้ผ่านจุดสองจุดที่อยู่ติดกันในตัวอย่าง ซึ่งห่างกันประมาณ 0.2 ไมโครเมตร

ตัวอย่างถูกส่องสว่างอย่างมีประสิทธิภาพด้วย แหล่งกำเนิดแสง ที่สอดคล้องกัน สอง แหล่ง แหล่งหนึ่งมีโพลาไรเซชัน 0° และอีกแหล่งหนึ่งมีโพลาไรเซชัน 90° อย่างไรก็ตาม แสงส่องสว่างทั้งสองนี้ไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกัน โดยแหล่งหนึ่งอยู่เยื้องไปเล็กน้อยจากอีกแหล่งหนึ่ง

4. รังสีจะเดินทางผ่านบริเวณที่อยู่ติดกันของตัวอย่าง ซึ่งถูกคั่นด้วยแรงเฉือน ระยะห่างนี้โดยปกติจะคล้ายกับความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ รังสีจะเดินทางด้วยความยาวเส้นทางแสงที่แตกต่างกันในบริเวณที่มีดัชนีหักเหหรือความหนาต่างกัน ซึ่งทำให้เฟสของรังสีหนึ่งเปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับอีกรังสีหนึ่ง เนื่องจากการหน่วงเวลาที่คลื่นประสบในวัสดุที่มีความหนาแน่นทางแสงมากกว่า

การที่รังสีหลายคู่ผ่านจุดที่อยู่ติดกันในตัวอย่าง (และการดูดกลืนการหักเหและการกระเจิงของแสงโดยตัวอย่าง) หมายความว่าภาพของตัวอย่างจะถูกส่งผ่านทั้งแสงโพลาไรซ์ 0° และ 90° ภาพเหล่านี้ หากมองแยกกัน จะเป็น ภาพ สนามสว่างของตัวอย่างที่เหลื่อมกันเล็กน้อย แสงยังส่งข้อมูลเกี่ยวกับภาพที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า นั่นคือเฟสของแสง ซึ่งมีความสำคัญในภายหลัง การโพลาไรซ์ที่แตกต่างกันช่วยป้องกันการรบกวนระหว่างภาพทั้งสองในจุดนี้

5. รังสีเดินทางผ่านเลนส์วัตถุและถูกรวมแสงเพื่อส่งไปยังปริซึมวอลลาสตันที่ดัดแปลงโดยโนมาร์สกีตัวที่สอง

6. ปริซึมตัวที่สองจะรวมรังสีทั้งสองเข้าด้วยกันเป็นรังสีเดียวที่มีมุมโพลาไรซ์ 135° การรวมกันของรังสีทำให้เกิดการแทรกสอด ส่งผลให้ ภาพ ณ จุดนั้นสว่างขึ้นหรือมืดลงตามความแตกต่างของระยะทางแสง

ปริซึมนี้ซ้อนภาพสนามสว่างสองภาพและปรับแนวโพลาไรเซชันของภาพเพื่อให้เกิดการแทรกสอด อย่างไรก็ตาม ภาพไม่ตรงกันอย่างสมบูรณ์เนื่องจากการส่องสว่างที่เบี่ยงเบนไป – ซึ่งหมายความว่าแทนที่จะเกิดการแทรกสอดระหว่างลำแสง 2 ลำที่ผ่านจุดเดียวกันในตัวอย่าง การแทรกสอดจะเกิดขึ้นระหว่างลำแสงที่ผ่าน จุด ที่อยู่ติดกันซึ่งมีเฟสแตกต่างกันเล็กน้อย เนื่องจากความแตกต่างของเฟสเกิดจากความแตกต่างของความยาวเส้นทางแสง การรวมตัวของแสงนี้จึงทำให้เกิด " การแยกความแตกต่าง ทางแสง " ของความยาวเส้นทางแสง ทำให้เกิดภาพที่เห็น

ภาพที่ได้มีลักษณะเหมือนวัตถุสามมิติภายใต้แสงส่องเฉียงมาก ทำให้เกิดแสงสว่างจ้าและเงามืดบนพื้นผิวที่เกี่ยวข้อง ทิศทางของแสงส่องสว่างที่ปรากฏนั้นถูกกำหนดโดยการวางแนวของปริซึมวอลลาสตัน

ดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น ภาพนี้สร้างขึ้นจากการนำภาพสนามสว่างที่เหมือนกันสองภาพมาซ้อนทับกันโดยให้เยื้องไปเล็กน้อย (โดยทั่วไปประมาณ 0.2 ไมโครเมตร) และการแทรกสอดที่เกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของเฟสจะแปลงการเปลี่ยนแปลงของเฟส (และดังนั้นความยาวเส้นทางแสง) ไปเป็นการเปลี่ยนแปลงของความมืดที่มองเห็นได้ การแทรกสอดนี้อาจเป็นการแทรกสอดแบบเสริมหรือแบบหักล้าง ทำให้เกิดลักษณะเฉพาะของภาพสามมิติ

โดยทั่วไปแล้ว ความแตกต่างของเฟสที่ทำให้เกิดการแทรกสอดนั้นมีขนาดเล็กมาก แทบจะไม่เกิน 90° (หนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น) ทั้งนี้เนื่องจากดัชนีหักเหของตัวอย่างส่วนใหญ่และตัวกลางที่มันอยู่มีความคล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่น เซลล์ในน้ำจะมีค่าความแตกต่างของดัชนีหักเหเพียงประมาณ 0.05 เท่านั้น ความแตกต่างของเฟสเล็กน้อยนี้มีความสำคัญต่อการทำงานที่ถูกต้องของ DIC เนื่องจากหากความแตกต่างของเฟสที่รอยต่อระหว่างสารสองชนิดมีขนาดใหญ่เกินไป ความแตกต่างของเฟสอาจสูงถึง 180° (ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น) ส่งผลให้เกิดการแทรกสอดแบบหักล้างอย่างสมบูรณ์และบริเวณมืดที่ผิดปกติ หากความแตกต่างของเฟสสูงถึง 360° (ความยาวคลื่นเต็ม) จะทำให้เกิดการแทรกสอดแบบเสริมกันอย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดบริเวณสว่างที่ผิดปกติ

สามารถประมาณภาพได้ (โดยไม่คำนึงถึงการหักเหและการดูดกลืนเนื่องจากตัวอย่างและข้อจำกัดด้านความละเอียดของการแยกแสง) ว่าเป็นอนุพันธ์ของความยาวเส้นทางแสงเทียบกับตำแหน่งตามแนวเฉือนของตัวอย่าง และด้วยเหตุนี้จึงเป็นอนุพันธ์ของดัชนีหักเห (ความหนาแน่นเชิงแสง) ของตัวอย่าง

สามารถปรับความคมชัดได้โดยใช้เฟสชดเชย ไม่ว่าจะโดยการเลื่อนปริซึม Nomarski ของเลนส์วัตถุ หรือโดยใช้แผ่นคลื่นแลมบ์ดา/4 ระหว่างตัวกรองโพลาไรซ์และปริซึม Nomarski ของเลนส์รวมแสง (การชดเชยแบบ De-Senarmont) ความคมชัดที่ได้จะเปลี่ยนจากภาพมืดสนิทเมื่อเฟสชดเชยเป็นศูนย์ (ความเข้มแปรผันตรงกับกำลังสองของความแตกต่างของการเฉือน) ไปจนถึงภาพนูนทั่วไปที่เห็นได้เมื่อเฟสอยู่ที่ประมาณ 5–90 องศา และภาพมืดสนิทเมื่อเฟสอยู่ที่ 360 องศา ซึ่งความยาวคลื่นที่ดับลงจะเปลี่ยนไปตามความแตกต่างของเฟส

เมื่อรวบรวมภาพที่เลื่อนตามลำดับแล้ว เฟสชิฟต์ที่เกิดจากวัตถุสามารถแยกออกจากสิ่งแปลกปลอมที่ไม่ใช่การแทรกสอดที่ไม่ต้องการ ซึ่งโดยทั่วไปจะส่งผลให้ความคมชัดดีขึ้น โดยเฉพาะในตัวอย่างที่มีความขุ่น^{[ 4 ]}

DIC ใช้สำหรับการสร้างภาพตัวอย่างทางชีวภาพที่มีชีวิตและไม่ย้อมสี เช่น สเมียร์จากวัฒนธรรมเนื้อเยื่อหรือสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่อยู่ในน้ำแต่ละตัว เนื่องจากการส่องสว่างที่ไม่สอดคล้องกันในเชิงพื้นที่สูงสุด ความละเอียดเชิงทฤษฎีจึงเข้าใกล้การครอบคลุมสูงสุดเชิงทฤษฎีที่กำหนดโดยทรงกลมของ Ewald [ ^{5 ] นี่}เป็นการปรับปรุงวิธีการที่ต้องการความสอดคล้องกันในระดับที่สูงกว่า เช่น คอนทราส ต์ เฟส

หนึ่งในด้านที่ไม่เกี่ยวข้องกับชีววิทยาที่ใช้ DIC คือการวิเคราะห์กระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนแบบระนาบ ฟิล์มบาง (โดยทั่วไป 100–1000 นาโนเมตร) ในกระบวนการผลิตซิลิคอนมักจะโปร่งใสต่อแสงที่มองเห็นได้ (เช่น ซิลิคอนไดออกไซด์ ซิลิคอนไนไตรด์ และซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยม) และข้อบกพร่องในฟิล์มหรือสิ่งปนเปื้อนที่อยู่ด้านบนจะมองเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถระบุได้ว่าลักษณะที่ปรากฏนั้นเป็นหลุมในวัสดุพื้นผิวหรือเป็นก้อนวัสดุแปลกปลอมที่อยู่ด้านบน ลักษณะผลึกที่ถูกกัดเซาะจะปรากฏให้เห็นเด่นชัดเป็นพิเศษภายใต้ DIC

คุณภาพของภาพ เมื่อใช้ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม จะมีความละเอียดสูงมาก อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ภาพ DIC ต้องคำนึงถึงทิศทางของปริซึมวอลลาสตันและทิศทางแสงที่ปรากฏเสมอ เนื่องจากคุณลักษณะที่ขนานกับทิศทางเหล่านี้จะไม่ปรากฏให้เห็น แต่ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้ง่ายๆ โดยการหมุนตัวอย่างและสังเกตการเปลี่ยนแปลงในภาพ

• กล้องจุลทรรศน์แบบแทรกสอดคลาสสิก
• กล้องจุลทรรศน์นาโนวิด

• ไพรเมอร์คอนทราสต์การรบกวนเชิงอนุพันธ์
• ความแตกต่างของการรบกวนเชิงอนุพันธ์ (Differential Interference Contrast) เก็บถาวรเมื่อ 25 กรกฎาคม 2020 ที่Wayback Machine
• กล้องจุลทรรศน์ DIC แบบแสงสะท้อน
• คู่มือเกี่ยวกับเทคนิค Differential Interference Contrast (DIC)