Як визначити і розрахувати ефективність оптичного мікроскопа
1. Числова апертура
Числову апертуру скорочено позначають як NA. Числова апертура є основним технічним параметром об’єктива та збиральної лінзи та є важливим показником для оцінки ефективності обох (особливо для об’єктива). Розмір його числового значення вказано на оболонці об’єктива та збиральної лінзи відповідно.
Числова апертура (ЧА) — добуток показника заломлення (n) середовища між передньою лінзою об’єктива та об’єкта, 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 спостережень під мікроскопом, якщо ви хочете збільшити значення NA, кут апертури не можна збільшити, і єдиним способом є збільшення показника заломлення n значення середовища. На основі цього принципу виготовляються водоімерсійні об’єктиви та масляні імерсійні об’єктиви. Оскільки показник заломлення n середовища більше 1, значення NA може бути більше 1.
Максимальна числова апертура становить 1,4, що теоретично і технічно є межею. 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 означає мінімальну відстань між двома точками об’єкта, які можна чітко розрізнити за допомогою мікроскопа, також відому 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.
Для підвищення роздільної здатності, тобто зменшення значення σ, можна вжити наступних заходів:
1. Зменште значення довжини 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 не можна сліпо вірити, що чим більше збільшення, тим краще. Межею збільшення мікроскопа є ефективне збільшення.
Роздільна здатність і збільшення — це два різні, але пов’язані поняття. 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 надто 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 об’єктива.
2. Глибина фокусування велика, а роздільна здатність знижена.
Через велику глибину різкості об’єктива з низьким збільшенням важко робити знімки за допомогою об’єктива з низьким збільшенням. Подробиці – на мікрофотографіях.
П'ять, діаметр поля зору (FieldOfView)
Під час перегляду мікроскопа 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.
Є формула:
F=FN/
де F - діаметр поля зору;
Номер поля FN (FieldNumber, скорочено FN, позначений на зовнішній стороні тубуса лінзи окуляра);
- збільшення 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 невелику частину досліджуваного об'єкта.
6. Погане покриття
До оптичної системи мікроскопа входить також покривне скельце. Через нестандартну товщину покривного скла шлях світла після того, як світло потрапляє в повітря від покривного скла та заломлюється, 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. Різниця в цьому діапазоні товщини була розрахована при виготовленні об’єктива. 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.
Об’єктив високого збільшення з великою числовою апертурою та малою робочою відстанню
