暗視野顕微鏡

図には、倒立顕微鏡を用いた手順が示されている。

1. 光は試料を照らすために顕微鏡内に入射する。
2. 特殊なサイズの円盤状のパッチストップ（図参照）は、光源からの光の一部を遮断し、外側のリング状の照明を残します。低倍率の場合は、広い位相リングでも代用できます。
3. コンデンサーレンズは光を試料に向けて集束させる。
4. 光が試料に入射する。その大部分は直接透過するが、一部は試料によって散乱される。
5. 散乱光は対物レンズに入射するが、直接透過光はレンズを通り過ぎて、直接照明遮断板によって集光されない（図参照）。
6. 散乱光のみが画像生成に用いられ、直接透過した光は省略される。

暗視野顕微鏡法は非常にシンプルでありながら効果的な技術であり、組織培養の塗抹標本や個々の水生単細胞生物など、生きた染色されていない生物学的サンプルを扱う用途に適しています。 ^{[ 4 ]}セットアップのシンプルさを考慮すると、この技術から得られる画像の品質は印象的です。

暗視野顕微鏡の限界の一つは、最終画像に写る光量が少ないことである。そのため、試料を非常に強く照射する必要があり、試料に損傷を与える可能性がある。

暗視野顕微鏡法は、微分干渉コントラスト顕微鏡法に典型的なハローやレリーフ状のアーティファクトがほとんど発生しないという利点がある。ただし、位相情報に対する感度は低下する。

暗視野画像の解釈は細心の注意を払って行う必要がある。明視野顕微鏡画像ではよく見られる暗い特徴が暗視野画像では見えず、またその逆も起こりうるからである。一般的に、暗視野画像には明視野画像に見られる低空間周波数成分が欠けているため、暗視野画像は基底構造をハイパスフィルター処理したような画像となる。

暗視野像は一見すると明視野像のネガのように見えるかもしれませんが、それぞれ異なる効果が観察されます。明視野顕微鏡では、入射光によって表面に影が落ちる部分、あるいは表面の一部が凹みや傷などによって反射率が低い部分など、特定の構造が観察できます。表面が滑らかすぎて影を落とさない隆起した構造は明視野像には現れませんが、その側面から反射した光は暗視野像に現れます。

• ティッシュペーパーのサンプルにおけるコントラスト生成に用いられる透過照明技術の比較（フル解像度で表示した場合、1.559μm/ピクセル）
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  暗視野照明では、試料のコントラストは試料によって散乱された光から生じる。
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  明視野照明では、試料のコントラストは試料内での光の減衰によって生じる。
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  交差偏光照明では、試料のコントラストは偏光が試料を通過する際の回転によって生じる。
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  位相差照明では、試料のコントラストは、試料を通過する光路長の異なる光の干渉によって生じる。

暗視野顕微鏡は、コンピューターのマウスのポインティングデバイスに応用されており、ガラス表面の微細な欠陥や埃を画像化することで、マウスが透明なガラス上で動作することを可能にしている。

簡単に言うと、イメージング^{[ 5 ]}では、入射光ではなく回折光が対物レンズの後焦点面にある小さな対物開口部を通過するまで、入射照明を傾ける。このような条件下での暗視野画像では、単一の回折面群から来る回折強度を、試料上の投影位置と試料の傾きの関数としてマッピングすることができる。

単結晶試料の場合、ブラッグ条件からわずかにずれた角度で試料を傾けた状態で単反射暗視野像を撮影すると、転位や析出物など、近傍の単一の格子面を曲げる格子欠陥のみを「照らす」ことができる。このような像の強度を解析することで、その曲がり具合を推定することができる。一方、多結晶試料の場合、暗視野像は、特定の方位でブラッグ反射を示す結晶のサブセットのみを照らす役割を果たす。

弱ビームイメージングは​​、従来の暗視野イメージングと同様の光学系を用いるが、回折ビームそのものではなく、回折ビームの高調波を利用する。この方法により、欠陥周辺の歪み領域をはるかに高解像度で観察することができる。

環状暗視野イメージングでは、散乱されていない電子ビームを中心とする環状開口部に回折させた電子を用いて像を形成する必要がある。走査透過型電子顕微鏡において、大きな散乱角の場合、原子番号の大きい原子からの散乱が増強されるため、これはZコントラストイメージングと呼ばれることもある。

これは、電子顕微鏡の格子縞画像のように、明確な周期性を持つ画像を解析するための、直接空間と逆空間（フーリエ変換空間）の中間に位置する数学的手法です。透過型電子顕微鏡のアナログ暗視野イメージングと同様に、視野内で関心のある周期性が存在する対象物を「明るく」表示することができます。アナログ暗視野イメージングとは異なり、周期性のフーリエ位相、ひいては位相勾配をマッピングすることも可能であり、これによりベクトル格子歪みに関する定量的な情報が得られます。