Detaillierte Erklärung der sieben Parameter des optischen Mikroskops
1. Numerische Apertur
Die numerische Apertur wird als NA abgekürzt. Die numerische Apertur ist der wichtigste technische Parameter von Objektiven und Kondensoren und ein wichtiges Symbol zur Beurteilung der Leistung beider (insbesondere von Objektiven). Die Größe seines Zahlenwerts ist jeweils auf dem Gehäuse der Objektivlinse und der Kondensorlinse angegeben.
Die numerische Apertur (NA) ist das Produkt aus dem Brechungsindex (n) des Mediums zwischen der Frontlinse des Objektivs und dem zu untersuchenden Objekt und dem Sinus der Hälfte des Öffnungswinkels (u). Die Formel lautet wie folgt: NA=nsinu/2
Der Öffnungswinkel, auch „Spiegelmündungswinkel“ genannt, ist der Winkel, den der Objektpunkt auf der optischen Achse der Objektivlinse und der effektive Durchmesser der Frontlinse der Objektivlinse bilden. Je größer der Öffnungswinkel, desto größer ist der in die Objektivlinse eintretende Lichtstrom, der proportional zum effektiven Durchmesser der Objektivlinse und umgekehrt proportional zum Abstand des Brennpunkts ist.
Wenn Sie bei der Beobachtung mit einem Mikroskop den NA-Wert erhöhen möchten, kann der Öffnungswinkel nicht erhöht werden. Die einzige Möglichkeit besteht darin, den Brechungsindex n des Mediums zu erhöhen. Basierend auf diesem Prinzip werden Wasserimmersionsobjektive und Ölimmersionsobjektive hergestellt. Da der Brechungsindex n des Mediums größer als 1 ist, kann der NA-Wert größer als 1 sein.
Der maximale Wert der numerischen Apertur beträgt 1,4, was sowohl theoretisch als auch technisch die Grenze erreicht hat. Als Medium wird derzeit Bromnaphthalin mit hohem Brechungsindex verwendet. Der Brechungsindex von Bromnaphthalin beträgt 1,66, der NA-Wert kann also größer als 1,4 sein.
An dieser Stelle muss darauf hingewiesen werden, dass der NA-Wert der Kondensorlinse während der Beobachtung gleich oder geringfügig größer als der NA-Wert der Objektivlinse sein sollte, um die Rolle der numerischen Apertur der Objektivlinse voll auszuschöpfen.
Die numerische Apertur steht in engem Zusammenhang mit anderen technischen Parametern und bestimmt und beeinflusst nahezu andere technische Parameter. Sie ist proportional zur Auflösung, proportional zur Vergrößerung und umgekehrt proportional zur Schärfentiefe. Mit zunehmendem NA-Wert verringern sich die Breite des Sichtfelds und der Arbeitsabstand entsprechend.
2. Auflösung
Unter der Auflösung des Mikroskops versteht man den minimalen Abstand zwischen zwei Objektpunkten, der vom Mikroskop deutlich unterschieden werden kann, auch „Diskriminierungsrate“ genannt. Seine Berechnungsformel lautet σ=λ/NA
In der Formel ist σ der minimale Auflösungsabstand; λ ist die Wellenlänge des Lichts; NA ist die numerische Apertur der Objektivlinse. Die Auflösung der sichtbaren Objektivlinse wird durch zwei Faktoren bestimmt: den NA-Wert der Objektivlinse und die Wellenlänge der Beleuchtungsquelle. Je größer der NA-Wert, desto kürzer ist die Wellenlänge des Beleuchtungslichts und je kleiner der σ-Wert, desto höher ist die Auflösung.
Um die Auflösung zu verbessern, also den σ-Wert zu reduzieren, können folgende Maßnahmen ergriffen werden
(1) Reduzieren Sie den Wellenlängen-λ-Wert und verwenden Sie eine kurzwellige Lichtquelle.
(2) Erhöhen Sie den mittleren n-Wert, um den NA-Wert (NA=nsinu/2) zu erhöhen.
(3) Erhöhen Sie den Wert des Öffnungswinkels u, um den NA-Wert zu erhöhen.
(4) Erhöhen Sie den Kontrast zwischen Hell und Dunkel.
3. Vergrößerung und effektive Vergrößerung
Aufgrund der doppelten Vergrößerung von Objektiv und Okular sollte die Gesamtvergrößerung Γ des Mikroskops das Produkt aus Objektivvergrößerung und Okularvergrößerung Γ1 sein:
Γ= Γ1
Offensichtlich kann das Mikroskop im Vergleich zur Lupe eine viel höhere Vergrößerung haben, und die Vergrößerung des Mikroskops kann durch den Austausch von Objektivlinsen und Okularen mit unterschiedlicher Vergrößerung leicht geändert werden.
Auch die Vergrößerung ist ein wichtiger Parameter des Mikroskops, aber man kann nicht blind glauben, dass je höher die Vergrößerung, desto besser. Die Grenze der Mikroskopvergrößerung ist die effektive Vergrößerung.
Auflösung und Vergrößerung sind zwei unterschiedliche, aber miteinander verbundene Konzepte. Beziehungsformel: 500NA<>
Wenn die numerische Apertur des ausgewählten Objektivs nicht groß genug ist, d. h. die Auflösung nicht hoch genug ist, kann das Mikroskop die Feinstruktur des Objekts nicht erkennen. Zu diesem Zeitpunkt kann das erhaltene Bild, selbst wenn die Vergrößerung übermäßig erhöht wird, nur ein Bild mit großen Umrissen, aber unklaren Details sein. , sogenannte ungültige Vergrößerung. Wenn umgekehrt die Auflösung den Anforderungen entspricht, die Vergrößerung jedoch nicht ausreicht, kann das Mikroskop zwar auflösen, das Bild ist aber immer noch zu klein, um vom menschlichen Auge klar gesehen zu werden. Um das Auflösungsvermögen des Mikroskops voll auszunutzen, sollte daher die numerische Apertur angemessen auf die Gesamtvergrößerung des Mikroskops abgestimmt sein.
4. Tiefenschärfe
Schärfentiefe ist die Abkürzung für Schärfentiefe. Das heißt, wenn bei Verwendung eines Mikroskops der Fokus auf einem bestimmten Objekt liegt, sind nicht nur alle Punkte auf der Ebene dieses Punktes klar zu sehen, sondern auch innerhalb einer bestimmten Dicke darüber und unterhalb der Ebene. Um es deutlich zu sagen: Die Dicke dieses klaren Teils ist die Schärfentiefe. Wenn die Schärfentiefe groß ist, können Sie die gesamte Schicht des Prüfobjekts sehen, während Sie bei kleiner Schärfentiefe nur eine dünne Schicht des Prüfobjekts sehen können. Die Schärfentiefe steht in folgendem Zusammenhang mit anderen technischen Parametern:
(1) Die Schärfentiefe ist umgekehrt proportional zur Gesamtvergrößerung und zur numerischen Apertur des Objektivs.
Die
(2) Die Tiefenschärfe ist groß und die Auflösung verringert.
Aufgrund der großen Schärfentiefe des Objektivs mit geringer Vergrößerung ist es schwierig, mit dem Objektiv mit geringer Vergrößerung Bilder aufzunehmen. Dies wird anhand von Mikrofotografien näher erläutert.
5. Sichtfelddurchmesser (FieldOfView)
Beim Beobachten eines Mikroskops wird der sichtbare helle kreisförmige Bereich als Sichtfeld bezeichnet und seine Größe wird durch die Feldblende im Okular bestimmt.
Der Durchmesser des Sichtfeldes wird auch als Breite des Sichtfeldes bezeichnet und bezieht sich auf den tatsächlichen Bereich des untersuchten Objekts, der im kreisförmigen Sichtfeld unter dem Mikroskop untergebracht werden kann. Je größer der Durchmesser des Sichtfeldes ist, desto einfacher ist die Beobachtung.
Es gibt eine Formel F=FN/
In der Formel ist F: Felddurchmesser, FN: Feldnummer (FieldNumber, abgekürzt als FN, auf der Außenseite des Okulartubus markiert), : Objektivvergrößerung.
Es ist aus der Formel ersichtlich:
(1) Der Durchmesser des Sichtfeldes ist proportional zur Anzahl der Sichtfelder.
Die
(2) Durch Erhöhen des Vielfachen der Objektivlinse verringert sich der Durchmesser des Sichtfelds. Wenn Sie also das gesamte Bild des untersuchten Objekts unter dem Objektiv mit geringer Vergrößerungsleistung sehen können und zu einem Objektiv mit hoher Vergrößerungsleistung wechseln, können Sie nur einen kleinen Teil des untersuchten Objekts sehen.
6. Schlechte Abdeckung
Zum optischen System des Mikroskops gehört auch das Deckglas. Aufgrund der nicht standardmäßigen Dicke des Deckglases ändert sich der optische Weg des Lichts nach dem Eintritt in die Luft aus dem Deckglas, was zu einer Phasendifferenz führt, was zu einer schlechten Abdeckung führt. Die Erzeugung einer schlechten Abdeckung beeinträchtigt die Klangqualität des Mikroskops.
Gemäß internationalen Vorschriften beträgt die Standarddicke des Deckglases {{0}},17 mm und der zulässige Bereich beträgt 0,16-0,18 mm. Der Phasenunterschied dieses Dickenbereichs wurde bei der Herstellung der Objektivlinse berücksichtigt. Die Markierung 0,17 auf dem Objektivgehäuse gibt die Dicke des Deckglases an, die für die Objektivlinse erforderlich ist.
7. Arbeitsabstand WD
Der Arbeitsabstand wird auch Objektabstand genannt und bezeichnet den Abstand von der Oberfläche der Frontlinse des Objektivs zum zu untersuchenden Objekt. Bei der Mikroskopinspektion sollte das zu untersuchende Objekt zwischen dem Ein- und Zweifachen der Brennweite des Objektivs liegen. Daher sind es und die Brennweite zwei Konzepte. Was üblicherweise als Fokussierung bezeichnet wird, ist eigentlich die Einstellung des Arbeitsabstands.
Bei konstanter numerischer Apertur des Objektivs ist der Öffnungswinkel größer, wenn der Arbeitsabstand kürzer ist.
Ein Hochleistungsobjektiv mit großer numerischer Apertur hat einen kleinen Arbeitsabstand.
