Wie man die Effizienz eines optischen Mikroskops definiert und berechnet
1. Numerische Apertur
Numerische Apertur wird als NA abgekürzt. Die numerische Apertur ist der wichtigste technische Parameter von Objektivlinse und Kondensorlinse und ein wichtiges Symbol, um die Leistung beider zu beurteilen (insbesondere für Objektivlinsen). Die Größe ihres Zahlenwerts ist jeweils auf dem Gehäuse der Objektivlinse und der Kondensorlinse markiert.
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 des halben Öffnungswinkels (u). Die Formel lautet wie folgt: NA=nsinu/2
Der Öffnungswinkel, auch „Spiegelöffnungswinkel“ genannt, ist der Winkel, den der Objektpunkt auf der optischen Achse des Objektivs und der wirksame Durchmesser der Frontlinse des Objektivs 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 beim Beobachten mit einem Mikroskop den NA-Wert erhöhen möchten, kann der Öffnungswinkel nicht erhöht werden. Die einzige Möglichkeit besteht darin, den Wert des Brechungsindex n des Mediums zu erhöhen. Basierend auf diesem Prinzip werden Wasserimmersionsobjektive und Ölimmersionsobjektive hergestellt. Da der Brechungsindex n-Wert des Mediums größer als 1 ist, kann der NA-Wert größer als 1 sein.
Die maximale numerische Apertur beträgt 1,4, was sowohl theoretisch als auch technisch an der Grenze ist. Als Medium wird derzeit Bromnaphthalin mit hohem Brechungsindex verwendet. Der Brechungsindex von Bromonaphthalin beträgt 1,66, sodass der NA-Wert größer als 1,4 sein kann.
An dieser Stelle muss darauf hingewiesen werden, dass der NA-Wert der Kondensorlinse während der Beobachtung gleich oder etwas größer als der der Objektivlinse sein sollte, um die Rolle der numerischen Apertur der Objektivlinse voll zum Tragen zu bringen.
Die numerische Apertur ist eng mit anderen technischen Parametern verbunden und bestimmt und beeinflusst fast andere technische Parameter. Sie ist proportional zur Auflösung, proportional zur Vergrößerung und umgekehrt proportional zur Schärfentiefe. Mit zunehmendem NA-Wert verringern sich die Weite des Sichtfeldes und der Arbeitsabstand entsprechend.
2. Auflösung
Die Auflösung des Mikroskops bezeichnet den minimalen Abstand zwischen zwei Objektpunkten, die vom Mikroskop eindeutig unterschieden werden können, auch „Diskriminierungsrate“ genannt. Seine Berechnungsformel lautet σ=λ/NA
Wobei σ der minimale Auflösungsabstand ist; 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 die Wellenlänge des Beleuchtungslichts und je kleiner der σ-Wert, desto höher die Auflösung.
Um die Auflösung zu erhöhen, dh den Wert von σ zu verringern, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
1. Verringern Sie den λ-Wert der Wellenlänge und verwenden Sie eine kurzwellige Lichtquelle.
2. Erhöhen Sie den mittleren n-Wert, um den NA-Wert zu erhöhen (NA=nsinu/2).
3. Erhöhen Sie den u-Wert des Öffnungswinkels, um den NA-Wert zu erhöhen.
4. Erhöhen Sie den Kontrast zwischen hell und dunkel.
3. Vergrößerung und effektive Vergrößerung
Aufgrund der beiden Vergrößerungen 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 aufweisen, und die Vergrößerung des Mikroskops kann leicht geändert werden, indem die Objektivlinse und das Okular mit unterschiedlichen Vergrößerungen ausgetauscht werden.
Die Vergrößerung ist auch 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 verwandte Konzepte. Beziehungsformel: 500NA<><>
Wenn die numerische Apertur der ausgewählten Objektivlinse nicht groß genug ist, d. h. die Auflösung nicht hoch genug ist, kann das Mikroskop die feine Struktur des Objekts nicht erkennen. Selbst wenn die Vergrößerung übermäßig erhöht wird, kann das erhaltene Bild zu diesem Zeitpunkt nur ein Bild mit einem großen Umriss, aber unklaren Details sein. , genannt die ungültige Vergrößerung. Umgekehrt, wenn die Auflösung die Anforderungen erfüllt, aber die Vergrößerung nicht ausreicht, kann das Mikroskop zwar auflösen, aber das Bild ist immer noch zu klein, um vom menschlichen Auge klar gesehen zu werden. Um dem Auflösungsvermögen des Mikroskops vollen Spielraum zu geben, sollte daher die numerische Apertur vernünftig auf die Gesamtvergrößerung des Mikroskops abgestimmt sein.
4. Schärfentiefe
Schärfentiefe ist die Abkürzung für Schärfentiefe, d.h. bei Verwendung eines Mikroskops, wenn der Fokus auf einem bestimmten Objekt liegt, sind nicht nur alle Punkte in der Ebene dieses Punktes deutlich zu sehen, sondern auch innerhalb einer bestimmten Dicke darüber und unter der Ebene. Um es klar zu sagen, die Dicke dieses klaren Teils ist die Schärfentiefe. Bei großer Schärfentiefe sehen Sie die gesamte Schicht des Prüfobjekts, bei kleiner Schärfentiefe nur eine dünne Schicht des Prüfobjekts. Die Schärfentiefe steht in folgendem Zusammenhang mit anderen technischen Parametern:
1. Die Schärfentiefe ist umgekehrt proportional zur Gesamtvergrößerung und der numerischen Apertur der Objektivlinse.
2. Die Schärfentiefe ist groß und die Auflösung reduziert.
Aufgrund der großen Schärfentiefe des Objektivs mit geringer Vergrößerung ist es schwierig, Bilder mit dem Objektiv mit geringer Vergrößerung aufzunehmen. Dies wird detaillierter in Mikrofotografien beschrieben.
5. Sichtfelddurchmesser (FieldOfView)
Bei der Mikroskopbeobachtung wird der gesehene helle kreisförmige Bereich als Gesichtsfeld bezeichnet und seine Größe wird durch die Leuchtfeldblende im Okular bestimmt.
Der Durchmesser des Sehfelds wird auch als Sehfeldbreite bezeichnet, was den tatsächlichen Bereich des untersuchten Objekts bezeichnet, der in dem unter dem Mikroskop gesehenen kreisförmigen Sehfeld untergebracht werden kann. Je größer der Durchmesser des Gesichtsfeldes ist, desto besser ist es zu beobachten.
Es gibt die Formel:
F=FN/
In der Formel F - der Durchmesser des Sichtfelds;
FN - Feldnummer (FieldNumber, abgekürzt als FN, auf der Außenseite des Okulartubus markiert);
- die Vergrößerung des Objektivs.
Das sieht man an der Formel:
1. Der Durchmesser des Sichtfeldes ist proportional zur Anzahl der Sichtfelder.
2. Das Erhöhen des Vielfachen der Objektivlinse verringert den Durchmesser des Sichtfelds. Wenn Sie also das gesamte Bild des untersuchten Objekts unter dem Objektiv mit geringer Vergrößerung sehen und zu einem Objektiv mit hoher Vergrößerung 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 wird der optische Weg des Lichts nach dem Eintritt in die Luft aus dem Deckglas verändert, was zu einer Phasendifferenz führt, die eine schlechte Abdeckung darstellt. 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 Unterschied in diesem Dickenbereich wurde bei der Herstellung der Objektivlinse berechnet. Die auf dem Objektivgehäuse markierte 0,17 gibt die Dicke des Deckglases an, die für das Objektiv erforderlich ist.
7. Arbeitsabstand WD
Der Arbeitsabstand wird auch als Objektabstand bezeichnet, der den Abstand von der Oberfläche der Frontlinse des Objektivs zum zu inspizierenden Objekt bezeichnet. Bei der Mikroskopinspektion sollte das zu inspizierende Objekt zwischen dem Ein- und Zweifachen der Brennweite des Objektivs liegen. Daher sind es und die Brennweite zwei Konzepte. Was normalerweise als Fokussieren bezeichnet wird, ist eigentlich das Einstellen des Arbeitsabstands.
Bei einer bestimmten numerischen Apertur des Objektivs ist der Arbeitsabstand klein und der Öffnungswinkel groß.
Objektiv mit hoher Vergrößerung, großer numerischer Apertur und kleinem Arbeitsabstand
