Ausführliche Erklärung der sieben Parameter des optischen Mikroskops
Bei der mikroskopischen Untersuchung wird immer auf ein klares und helles Idealbild gehofft, was bestimmte Anforderungen an die optisch-technischen Parameter des Mikroskops und eine Abstimmung des Einsatzes auf den Zweck der mikroskopischen Untersuchung und den tatsächlichen erfordert Situationsbeziehung zwischen Parametern. Nur so können wir die richtige Leistung des Mikroskops voll ausschöpfen und zufriedenstellende mikroskopische Inspektionsergebnisse erzielen.
Zu den optisch-technischen Parametern des Mikroskops gehören: Numerische Apertur, Auflösung, Vergrößerung, Schärfentiefe, Sichtfeldbreite, schlechte Abdeckung, Arbeitsabstand usw. Diese Parameter sind nicht immer umso höher, desto besser. Sie beschränken sich gegenseitig. Bei der Anwendung sollte das Verhältnis der Parameter auf den Zweck der Mikroskopie und die tatsächliche Situation abgestimmt sein, die Auflösung aber gewährleistet sein.
1. Numerische Apertur
Numerische Apertur wird als NA abgekürzt. Die numerische Apertur ist der wichtigste technische Parameter von Objektiv und Kondensorlinse und ein wichtiger Indikator zur Beurteilung der Leistung beider (insbesondere von Objektiven). Die Größe seines numerischen Werts ist auf der Schale der Objektivlinse bzw. 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 wird wie folgt ausgedrückt: NA=nsinu/2
Der Öffnungswinkel, auch „Spiegelwinkel“ genannt, ist der Winkel, den der Objektpunkt auf der optischen Achse des Objektivs und der effektive Durchmesser der Frontlinse des Objektivs bilden. Je größer der Öffnungswinkel, desto heller das in das Objektiv einfallende Licht, das proportional zum effektiven Durchmesser des Objektivs und umgekehrt proportional zum Abstand vom Brennpunkt ist.
Wenn Sie während der Mikroskopbeobachtung 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 das Wasserimmersionsobjektiv und das Ölimmersionsobjektiv 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 an der Grenze ist. Als Medium wird derzeit Bronphthalin mit hohem Brechungsindex verwendet. Der Brechungsindex von Bronphthalin beträgt 1,66, sodass der NA-Wert größer als 1,4 sein kann.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der NA-Wert des Kondensors während der Beobachtung gleich oder etwas größer als der NA-Wert des Objektivs sein sollte, um den Effekt der numerischen Apertur des Objektivs voll zur Geltung zu bringen.
Die numerische Apertur hat eine enge Beziehung zu anderen technischen Parametern 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 kleinsten Abstand zwischen zwei Objektpunkten, der vom Mikroskop eindeutig unterschieden werden kann, auch als „Diskriminierungsrate“ bekannt. 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 den NA-Wert der Objektivlinse und die Wellenlänge der Beleuchtungslichtquelle bestimmt. Je größer der NA-Wert, desto kürzer die Wellenlänge des Beleuchtungslichts, desto kleiner der σ-Wert und desto höher die Auflösung.
Um die Auflösung zu verbessern, dh den σ-Wert zu verringern, können folgende Maßnahmen ergriffen werden
(1) Reduzieren Sie die Wellenlänge λ und verwenden Sie eine Lichtquelle mit kurzer Wellenlänge.
(2) Erhöhen Sie den n-Wert des Mediums, 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 eine viel höhere Vergrößerung als das Vergrößerungsglas haben, und die Vergrößerung des Mikroskops kann leicht geändert werden, indem Objektive und Okulare mit unterschiedlichen Vergrößerungen ausgetauscht werden.
Die Vergrößerung ist auch ein wichtiger Parameter des Mikroskops, aber wir können nicht blind glauben, dass je höher die Vergrößerung, desto besser. Die Grenze der Mikroskopvergrößerung ist die effektive Vergrößerung.
Auflösung und Vergrößerung sind zwei unterschiedliche Konzepte, die sich jedoch gegenseitig ausschließen. Es gibt eine 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. Zu diesem Zeitpunkt kann, selbst wenn die Vergrößerung übermäßig erhöht wird, nur ein Bild mit einem großen Umriss, aber unklaren Details erhalten werden. , genannt die ineffektive Vergrößerung. Wenn andererseits die Auflösung die Anforderungen erfüllt hat und die Vergrößerung nicht ausreicht, kann das Mikroskop zwar auflösen, aber das Bild ist 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
Die Schärfentiefe ist die Abkürzung für Schärfentiefe, d.h. bei der Verwendung eines Mikroskops, wenn der Fokus auf einem Objekt liegt, sind nicht nur die Punkte auf der Ebene des Punktes deutlich zu sehen, sondern auch innerhalb einer bestimmten Dicke über und unter der Ebene. Die Dicke dieses klaren Teils ist eindeutig die Schärfentiefe. Bei großer Schärfentiefe ist die gesamte Schicht des zu inspizierenden Objekts zu sehen, während bei kleiner Schärfentiefe nur eine dünne Schicht des zu inspizierenden Objekts zu sehen ist. 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 Tiefenschärfe ist groß und die Auflösung ist reduziert.
Aufgrund der großen Schärfentiefe des Objektivs mit geringer Vergrößerung ist es schwierig, Bilder mit dem Objektiv mit geringer Vergrößerung aufzunehmen. Details werden in den Mikrofotografien beschrieben.
5. Sichtfeld (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 Untersuchungsobjekts 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 Gesichtsfeldes, FN: die Nummer des Gesichtsfeldes (FieldNumber, abgekürzt als FN, auf der Außenseite des Objektivtubus des Okulars angegeben), : die Vergrößerung der Objektivlinse .
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 einem Objektiv mit geringer Vergrößerung sehen und es durch ein Objektiv mit hoher Vergrößerung ersetzen, 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 Lichtweg, nachdem das Licht vom Deckglas in die Luft eintritt und gebrochen wird, was zu einer Phasendifferenz führt, die eine schlechte Abdeckung darstellt. Eine schlechte Abdeckung beeinträchtigt die Klangqualität des Mikroskops.
International beträgt die Standarddicke des Deckglases {{0}},17 mm, und der zulässige Bereich beträgt 0,16-0,18 mm. Bei der Herstellung der Objektivlinse wurde die Aberration in diesem Dickenbereich berechnet. Die auf dem Objektivgehäuse markierte 0,17 gibt die erforderliche Dicke des Deckglases für das Objektiv an.
7. Arbeitsabstand WD
Der Arbeitsabstand wird auch als Objektabstand bezeichnet und bezeichnet den Abstand zwischen der Oberfläche der Frontlinse des Objektivs und dem zu inspizierenden Objekt. 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 wir normalerweise als Fokussieren bezeichnen, ist eigentlich das Einstellen des Arbeitsabstands.
Wenn die numerische Apertur der Objektivlinse konstant ist, ist der Arbeitsabstand kurz und der Öffnungswinkel groß.
Das Hochleistungsobjektiv mit großer numerischer Apertur hat einen kleinen Arbeitsabstand.
