Детальне пояснення семи параметрів оптичного мікроскопа
Під час мікроскопічного огляду люди завжди сподіваються отримати чітке та яскраве ідеальне зображення, що вимагає, щоб оптичні технічні параметри мікроскопа відповідали певним стандартам, і вимагає, щоб під час використання він узгоджувався відповідно до мети мікроскопічного огляду та фактичної ситуаційний зв'язок між параметрами. Тільки таким чином ми можемо повною мірою забезпечити правильну роботу мікроскопа та отримати задовільні результати мікроскопічного контролю.
До оптичних технічних параметрів мікроскопа відносяться: числова апертура, роздільна здатність, збільшення, глибина фокусу, ширина поля зору, поганий охоплення, робоча відстань і т. д. Ці параметри не завжди чим вище, тим краще. Вони взаємообмежувальні. При використанні співвідношення між параметрами має бути узгоджене відповідно до мети мікроскопії та фактичної ситуації, але роздільна здатність повинна бути гарантованою.
1. Числова апертура
Числову апертуру скорочено позначають як NA. Числова апертура є основним технічним параметром об’єктива та збиральної лінзи, і це важливий показник для оцінки ефективності обох (особливо для об’єктива). Розмір його числового значення вказано на оболонці об’єктива та збиральної лінзи відповідно.
Числова апертура (NA) — це добуток показника заломлення (n) середовища між передньою лінзою об’єктива та об’єктом, що перевіряється, на синус половини апертурного кута (u). Формула виражається так: NA=nsinu/2
Кут апертури, також відомий як «кут дзеркала», — це кут, утворений точкою предмета на оптичній осі лінзи об’єктива та ефективним діаметром передньої лінзи лінзи об’єктива. Чим більший кут апертури, тим яскравіше світло потрапляє в об’єктив, яке пропорційно ефективному діаметру об’єктива та обернено пропорційно відстані від фокусної точки.
Під час спостереження під мікроскопом, якщо ви хочете збільшити значення NA, кут апертури не можна збільшувати. Єдиний спосіб - збільшити показник заломлення n значення середовища. На основі цього принципу виготовляються водно-імерсійні об’єктиви та масляні іммерсійні об’єктиви. Оскільки показник заломлення n середовища більше 1, значення NA може бути більше 1.
Максимальне числове значення апертури становить 1,4, що досягло межі як теоретично, так і технічно. В даний час в якості середовища використовується броннафталін з високим показником заломлення. Показник заломлення броннафталіну становить 1,66, тому значення NA може бути більше 1,4.
Тут слід зазначити, що для повного використання ефекту числової апертури лінзи об’єктива значення NA конденсора має дорівнювати або трохи перевищувати значення NA лінзи об’єктива під час спостереження.
Числова апертура має тісний зв'язок з іншими технічними параметрами, і вона майже визначає та впливає на інші технічні параметри. Вона пропорційна роздільній здатності, пропорційна збільшенню та обернено пропорційна глибині фокусу. Зі збільшенням значення NA відповідно зменшуються ширина поля зору та робоча відстань.
2. Розв’язання
Роздільна здатність мікроскопа відноситься до найменшої відстані між двома точками об’єкта, які можна чітко розрізнити за допомогою мікроскопа, також відома як «коефіцієнт дискримінації». Його формула обчислення: σ=λ/NA
де σ – мінімальна роздільна відстань; λ – довжина хвилі світла; NA – числова апертура лінзи об’єктива. Роздільна здатність видимої лінзи об’єктива визначається значенням NA лінзи об’єктива та довжиною хвилі джерела освітлення. Чим більше значення NA, тим коротша довжина хвилі світла освітлення, тим менше значення σ і тим вище роздільна здатність.
Щоб покращити роздільну здатність, тобто зменшити значення σ, можна вжити наступних заходів
(1) Зменшіть довжину хвилі λ і використовуйте джерело світла з короткою довжиною хвилі.
(2) Збільште значення n середовища, щоб збільшити значення NA (NA=nsinu/2).
(3) Збільште значення кута діафрагми u, щоб збільшити значення NA.
(4) Збільшити контраст між світлим і темним.
3. Збільшення та ефективне збільшення
Через два збільшення лінзи об’єктива та окуляра загальне збільшення Γ мікроскопа повинно бути добутком збільшення лінзи об’єктива та збільшення окуляра Γ1:
Γ= Γ1
Очевидно, що мікроскоп може мати набагато більше збільшення, ніж лупа, і збільшення мікроскопа можна легко змінити, замінивши лінзи об’єктива та окуляри з різними збільшеннями.
Збільшення також є важливим параметром мікроскопа, але ми не можемо сліпо вірити, що чим більше збільшення, тим краще. Межею збільшення мікроскопа є ефективне збільшення.
Роздільна здатність і збільшення — це дві різні, але взаємовиключні концепції. Є формула відношення: 500NA<><>
Коли числова апертура обраної лінзи об’єктива недостатньо велика, тобто роздільна здатність недостатньо висока, мікроскоп не може розрізнити тонку структуру об’єкта. У цей час, навіть якщо збільшення збільшити надмірно, можна отримати лише зображення з великими контурами, але нечіткими деталями. , називається неефективним збільшенням. З іншого боку, якщо роздільна здатність відповідає вимогам, а збільшення недостатнє, мікроскоп має здатність розділяти, але зображення занадто мале, щоб його чітко побачило людське око. Таким чином, для повного використання роздільної здатності мікроскопа числова апертура повинна відповідати загальному збільшенню мікроскопа.
4. Глибина фокусування
Глибина фокусу - це абревіатура глибини фокусу, тобто при використанні мікроскопа, коли фокусується на об'єкті, чітко видно не тільки точки на площині точки, але і в межах певної товщини над і під площиною. Зрозуміло, що товщина цієї чіткої частини є глибиною фокусування. При великій глибині фокусування видно весь шар досліджуваного об’єкта, а при малій — лише тонкий шар досліджуваного об’єкта. Глибина фокусування має такий зв'язок з іншими технічними параметрами:
(1) Глибина фокусування обернено пропорційна загальному збільшенню та числовій апертурі лінзи об’єктива.
(2) Глибина фокусування велика, а роздільна здатність знижена.
Через велику глибину різкості об’єктива з низьким збільшенням важко фотографувати за допомогою об’єктива з низьким збільшенням. Подробиці – на мікрофотографіях.
5. Поле зору (FieldOfView)
Під час спостереження в мікроскоп яскрава кругла область, яку видно, називається полем зору, а її розмір визначається польовою діафрагмою в окулярі.
Діаметр поля зору також називається шириною поля зору, що відноситься до фактичного діапазону об’єкта, що перевіряється, який можна розмістити в круговому полі зору, яке видно під мікроскопом. Чим більше діаметр поля зору, тим легше спостерігати.
Існує формула F=FN/
У формулі F: діаметр поля зору, FN: номер поля зору (FieldNumber, скорочено FN, позначений на зовнішній стороні тубуса лінзи окуляра), : збільшення лінзи об’єктива .
Це видно з формули:
(1) Діаметр поля зору пропорційний кількості полів зору.
(2) Збільшення кратності лінзи об’єктива зменшує діаметр поля зору. Тому, якщо ви можете побачити всю картину досліджуваного об'єкта під малосиловим об'єктивом і замінити його на світлосиловий об'єктив, ви зможете побачити лише малу частину досліджуваного об'єкта.
6. Погане покриття
До складу оптичної системи мікроскопа входить також покривне скло. Через нестандартну товщину покривного скла шлях світла після потрапляння світла в повітря від покривного скла та заломлення змінюється, що призводить до різниці фаз, що є поганим покриттям. Погане покриття впливає на якість звуку мікроскопа.
Міжнародний стандарт товщини захисного скла становить {{0}}.17 мм, а допустимий діапазон – 0.16-0.18 мм. Під час виготовлення лінзи об’єктива була розрахована аберація в цьому діапазоні товщини. Позначка 0,17 на корпусі об’єктива вказує на необхідну товщину покривного скла для об’єктива.
7. Робоча відстань WD
Робочу відстань також називають відстанню об’єкта, яка стосується відстані між поверхнею передньої лінзи об’єктива та об’єктом, що перевіряється. Під час огляду під мікроскопом фокусна відстань об’єкта, який досліджується, повинна бути в один-два рази більшою за фокусну відстань лінзи об’єктива. Тому він і фокусна відстань - два поняття. Те, що ми зазвичай називаємо фокусуванням, насправді є налаштуванням робочої відстані.
Коли числова апертура лінзи об’єктива постійна, робоча відстань коротка, а кут апертури великий.
Силовий об'єктив з великою числовою апертурою має малу робочу відстань.
