Come definire e calcolare l'efficienza del microscopio ottico
1. Apertura numerica
L'apertura numerica è abbreviata in NA. L'apertura numerica è il parametro tecnico principale della lente dell'obiettivo e della lente del condensatore ed è un indicatore importante per giudicare le prestazioni di entrambi (soprattutto per la lente dell'obiettivo). La dimensione del suo valore numerico è contrassegnata rispettivamente sul guscio della lente dell'obiettivo e sulla lente del condensatore.
L'apertura numerica (NA) è il prodotto dell'indice di rifrazione (n) del mezzo tra la lente frontale dell'obiettivo e l'oggetto da ispezionare e il seno di metà dell'angolo di apertura (u). La formula è espressa come segue: NA=nsinu/2
L'angolo di apertura, noto anche come "angolo dello specchio", è l'angolo formato dal punto dell'oggetto sull'asse ottico della lente dell'obiettivo e dal diametro effettivo della lente frontale della lente dell'obiettivo. Maggiore è l'angolo di apertura, più luminosa è la luce che entra nell'obiettivo, che è proporzionale al diametro effettivo dell'obiettivo e inversamente proporzionale alla distanza dal punto focale.
Nell'osservazione al microscopio, se si desidera aumentare il valore NA, l'angolo di apertura non può essere aumentato e l'unico modo è aumentare il valore dell'indice di rifrazione n del mezzo. Sulla base di questo principio, vengono prodotte la lente dell'obiettivo ad immersione in acqua e la lente dell'obiettivo ad immersione in olio. Poiché l'indice di rifrazione n del mezzo è maggiore di 1, il valore NA può essere maggiore di 1.
L'apertura numerica massima è 1,4, che è teoricamente e tecnicamente il limite. Attualmente, come mezzo viene utilizzato il bronaftalene ad alto indice di rifrazione. L'indice di rifrazione del bronaftalene è 1,66, quindi il valore NA può essere maggiore di 1,4.
Va sottolineato qui che per dare pieno gioco all'effetto dell'apertura numerica della lente dell'obiettivo, il valore NA del condensatore dovrebbe essere uguale o leggermente superiore al valore NA della lente dell'obiettivo durante l'osservazione.
L'apertura numerica ha una stretta relazione con altri parametri tecnici e quasi determina e influisce su altri parametri tecnici. È proporzionale alla risoluzione, proporzionale all'ingrandimento e inversamente proporzionale alla profondità di fuoco. All'aumentare del valore NA, l'ampiezza del campo visivo e la distanza di lavoro diminuiranno di conseguenza.
2. Risoluzione
La risoluzione del microscopio si riferisce alla distanza minima tra due punti dell'oggetto che possono essere chiaramente distinti dal microscopio, nota anche come "tasso di discriminazione". La sua formula di calcolo è σ=λ/NA
dove σ è la minima distanza di risoluzione; λ è la lunghezza d'onda della luce; NA è l'apertura numerica della lente dell'obiettivo. La risoluzione della lente dell'obiettivo visibile è determinata dal valore NA della lente dell'obiettivo e dalla lunghezza d'onda della sorgente luminosa di illuminazione. Maggiore è il valore NA, minore è la lunghezza d'onda della luce di illuminazione, minore è il valore σ e maggiore è la risoluzione.
Per aumentare la risoluzione, cioè ridurre il valore di σ, si possono adottare le seguenti misure:
1. Ridurre il valore della lunghezza d'onda λ e utilizzare una sorgente luminosa a lunghezza d'onda corta.
2. Aumentare il valore n del mezzo per aumentare il valore NA (NA=nsinu/2).
3. Aumentare il valore u dell'angolo di apertura per aumentare il valore NA.
4. Aumentare il contrasto tra chiaro e scuro.
3. Ingrandimento e ingrandimento effettivo
A causa dei due ingrandimenti della lente dell'obiettivo e dell'oculare, l'ingrandimento totale Γ del microscopio dovrebbe essere il prodotto dell'ingrandimento della lente dell'obiettivo e dell'ingrandimento dell'oculare Γ1:
Γ= Γ1
Ovviamente, il microscopio può avere un ingrandimento molto più elevato rispetto alla lente d'ingrandimento e l'ingrandimento del microscopio può essere facilmente modificato scambiando obiettivi e oculari con ingrandimenti diversi.
Anche l'ingrandimento è un parametro importante del microscopio, ma non si può credere ciecamente che maggiore è l'ingrandimento, meglio è. Il limite dell'ingrandimento del microscopio è l'ingrandimento effettivo.
Risoluzione e ingrandimento sono due concetti distinti ma correlati. Esiste una formula relazionale: 500NA<><>
Quando l'apertura numerica dell'obiettivo selezionato non è abbastanza grande, cioè la risoluzione non è abbastanza alta, il microscopio non è in grado di distinguere la struttura fine dell'oggetto. In questo momento, anche se l'ingrandimento viene aumentato eccessivamente, è possibile ottenere solo un'immagine con un contorno ampio ma con dettagli poco chiari. , chiamato ingrandimento inefficace. D'altra parte, se la risoluzione soddisfa i requisiti e l'ingrandimento è insufficiente, il microscopio ha la capacità di risolvere, ma l'immagine è troppo piccola per essere vista chiaramente dall'occhio umano. Pertanto, per dare pieno gioco al potere risolutivo del microscopio, l'apertura numerica dovrebbe essere ragionevolmente abbinata all'ingrandimento totale del microscopio.
4. Profondità di campo
La profondità di fuoco è l'abbreviazione della profondità di fuoco, cioè quando si usa un microscopio, quando la messa a fuoco è su un oggetto, non solo i punti sul piano del punto possono essere visti chiaramente, ma anche entro un certo spessore sopra e sotto il piano. Chiaramente, lo spessore di questa parte chiara è la profondità della messa a fuoco. Quando la profondità di fuoco è grande, si può vedere l'intero strato dell'oggetto da ispezionare, mentre quando la profondità di fuoco è piccola, si può vedere solo uno strato sottile dell'oggetto da ispezionare. La profondità di campo ha la seguente relazione con altri parametri tecnici:
1. La profondità di fuoco è inversamente proporzionale all'ingrandimento totale e all'apertura numerica dell'obiettivo.
2. La profondità di messa a fuoco è grande e la risoluzione è ridotta.
A causa della grande profondità di campo dell'obiettivo a basso ingrandimento, è difficile scattare foto con l'obiettivo a basso ingrandimento. I dettagli saranno descritti nelle fotomicrografie.
Cinque, il diametro del campo visivo (FieldOfView)
Quando si osserva un microscopio, l'area circolare luminosa vista è chiamata campo visivo e la sua dimensione è determinata dal diaframma di campo nell'oculare.
Il diametro del campo visivo è anche chiamato larghezza del campo visivo, che si riferisce alla portata effettiva dell'oggetto sotto ispezione che può essere sistemato nel campo visivo circolare visto al microscopio. Maggiore è il diametro del campo visivo, più facile è l'osservazione.
C'è la formula:
F=FN/
dove F è il diametro del campo visivo;
Numero di campo FN (FieldNumber, abbreviato in FN, contrassegnato all'esterno del barilotto dell'obiettivo dell'oculare);
- ingrandimento della lente dell'obiettivo.
Si può vedere dalla formula:
1. Il diametro del campo visivo è proporzionale al numero di campi visivi.
2. Aumentando il multiplo della lente dell'obiettivo si riduce il diametro del campo visivo. Pertanto, se riesci a vedere l'intera immagine dell'oggetto ispezionato sotto una lente a bassa potenza e sostituirla con una lente dell'obiettivo ad alta potenza, puoi vedere solo una piccola parte dell'oggetto ispezionato.
6. Scarsa copertura
Il sistema ottico del microscopio comprende anche il coprioggetto. A causa dello spessore non standard del vetro di copertura, il percorso della luce dopo che la luce entra nell'aria dal vetro di copertura e viene rifratta cambia, determinando una differenza di fase, che è una scarsa copertura. Una scarsa copertura influisce sulla qualità del suono del microscopio.
A livello internazionale, lo spessore standard del vetro di copertura è {{0}}.17 mm e l'intervallo consentito è 0.16-0.18 mm. La differenza in questo intervallo di spessore è stata calcolata nella fabbricazione della lente dell'obiettivo. Lo 0,17 contrassegnato sull'alloggiamento della lente dell'obiettivo indica lo spessore richiesto del vetro di copertura per la lente dell'obiettivo.
7. Distanza di lavoro WD
La distanza di lavoro è anche chiamata distanza dell'oggetto, che si riferisce alla distanza tra la superficie della lente frontale della lente dell'obiettivo e l'oggetto da ispezionare. Durante l'ispezione al microscopio, l'oggetto da ispezionare dovrebbe essere compreso tra una e due volte la lunghezza focale della lente dell'obiettivo. Pertanto, esso e la lunghezza focale sono due concetti. Ciò che di solito chiamiamo messa a fuoco è in realtà la regolazione della distanza di lavoro.
Quando l'apertura numerica dell'obiettivo è costante, la distanza di lavoro è breve e l'angolo di apertura è ampio.
Obiettivo ad alto ingrandimento con grande apertura numerica e piccola distanza di lavoro
