Оптические свойства биологических микроскопов
Оптические характеристики микроскопа определяются следующими восемью основными оптическими параметрами (или параметрами):
(1) Числовая апертура
Числовая апертура также называется зеркальным отношением. Он относится к произведению показателя преломления n среды между наблюдаемым объектом и линзой и значения синуса половины угла линзы объектива. Используйте NA или A. для представления. NA=nsin( /2)
Так называемый угол рта зеркала относится к углу между краевыми лучами наблюдаемой точки, входящими в переднюю линзу объектива.
Числовая апертура является важным параметром объектива и конденсора и тесно связана с другими оптическими параметрами микроскопа. Обычно считается, что чем больше, тем лучше. Из формулы видно, что есть два способа увеличить числовую апертуру: один — увеличить угол раскрытия зеркала, а другой — увеличить показатель преломления между линзой объектива и образцом.
При использовании первого метода образец и объект могут находиться как можно ближе друг к другу. Но независимо от того, насколько близко, всегда меньше, чем 180 градусов. Таким образом, sin(/2) также меньше 1. Показатель преломления воздуха равен n=1. Следовательно, числовая апертура nsin(/2) сухого объектива всегда меньше 1, обычно между 0,04 и 0,95.
При использовании последнего метода между линзой объектива и образцом может быть добавлена среда с более высоким показателем преломления. Например, показатель преломления кедрового масла равен n=1,515. При использовании в качестве среды кедрового масла числовая апертура может достигать более 1,2. Поэтому в некоторых случаях используются масляные очки. В настоящее время максимальная числовая апертура, которую может обеспечить масляная линза, составляет 1,4.
(2) Разрешение
Разрешение также называют коэффициентом дискриминации или разрешающей способностью. Под так называемой разрешающей способностью понимается способность микроскопа различать тонкую структуру исследуемого объекта. Он обратно пропорционален разрешающей способности. Расстояние разрешения относится к минимальному расстоянию между двумя точками объекта, которые можно различить. Чем меньше разрешающее расстояние, тем выше разрешающая способность микроскопа. Если расстояние между двумя точками объекта меньше, чем расстояние разрешения, две точки будут ошибочно приняты за одну точку, и ее структура не будет четко видна. Разрешение микроскопа определяется объективом. Окуляры только увеличивают, но не увеличивают разрешающую способность микроскопа.
При нормальном центральном освещении разрешающая способность объектива d определяется по следующей формуле.
d=(λ/2)N.A.
В формуле: d представляет расстояние разрешения, единицей измерения является микрон, λ представляет собой длину волны света освещения, единицей измерения также является микрон.
В видимом свете длина волны с наибольшей яркостью и наибольшей чувствительностью для человеческого глаза составляет {{0}},55 мкм, а максимальная числовая апертура объектива составляет 1,4. Подставляя в приведенную выше формулу, d составляет приблизительно 0,2 мкм. То есть с обычным оптическим микроскопом предел расстояния разрешения составляет 0,2 мкм в случае центрального освещения. То есть обычные оптические микроскопы не могут различить два объекта размером менее 0,2 мкм.
Используя ультрафиолетовый свет, можно уменьшить длину волны освещающего света, что позволяет достичь разрешения на расстоянии 0,1 мкм. Но ультрафиолетовые лучи не видны человеческому глазу. Это можно увидеть только после фотографирования.
Длина волны потока электронов составляет всего 0.00387 нм. Используя «электронную линзу» или магнитную линзу для управления потоком электронов, расстояние разрешения электронного микроскопа составляет до нескольких десятых долей нанометра. Его можно использовать для наблюдения за строением атомов.
(3) Увеличение
Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и увеличения окуляра. В принципе, увеличение можно сделать очень большим. Однако, если детали образца не могут быть разрешены объективом, независимо от того, насколько велико увеличение, это бессмысленно. Теоретически можно сделать вывод, что наиболее подходящее увеличение микроскопа (называемое эффективным увеличением, обозначаемым буквой М) составляет от 500 до 1000 числовых апертур объектива. То есть 500Н.А. Меньше или равно M эффективное Меньше или равно 1000 н.д.
В пределах эффективного диапазона увеличения глаза могут наблюдать в течение длительного времени без усталости. Если увеличение меньше 500 NA, наблюдать будет сложно. Если оно выше 1000 N.A., это ухудшит качество изображения и даже приведет к нереальному изображению. Поэтому увеличение свыше 1000Н.А. называется недопустимым увеличением.
(4) Рабочее расстояние
Рабочее расстояние относится к расстоянию между нижней поверхностью линзы объектива и верхней поверхностью покровного стекла после фокусировки микроскопа с использованием стандартного покровного стекла и стандартной длины механической трубки. Чем выше увеличение объектива, тем короче рабочее расстояние. Как правило, рабочее расстояние объектива с малым увеличением менее 10 составляет 5-7мм, а рабочее расстояние 100-кратного масляного объектива составляет всего около 0,19 мм.
(5) Глубина фокуса
Когда микроскоп сфокусирован на определенной плоскости в образце, можно ясно видеть не только плоскость предмета, но и верхнюю и нижнюю плоскости предмета, соединенные с ним, можно ясно видеть одновременно. Расстояние между верхней и нижней плоскостями объекта называется глубиной резкости, или, для краткости, глубиной резкости.
Глубина резкости микроскопа очень мала, и чем больше числовая апертура, тем больше общее увеличение и тем меньше глубина резкости. Например, при использовании для наблюдения масляной линзы с числовой апертурой 1,25/100 и окуляра 12,5x глубина резкости составляет всего 0,27 мкм. То есть после фокусировки можно четко видеть только тонкий слой толщиной 0,27 мкм. Обычные образцы обычно имеют толщину в несколько микрон. Чтобы увидеть образец целиком, необходимо использовать механизм точной настройки микроскопа для наблюдения послойно сверху вниз.
(6) поле зрения
Поле зрения также называют полем зрения. Относится к объему исследуемого объекта, который микроскоп может видеть одновременно. Обычно мы хотим, чтобы поле зрения было как можно больше. Поле зрения микроскопа определяется полем зрения объектива и полем зрения окуляра. Поле зрения обычного объектива меньше 20 мм, а большого может достигать более 40 мм. Поле зрения обычных 10-кратных окуляров составляет 14 мм, а у больших может достигать более 24 мм. После проектирования объектива и окуляра фиксируется их поле зрения. Поскольку поле зрения обычного микроскопа мало, невозможно увидеть весь образец в одном поле зрения, можно увидеть только очень маленький кружок на образце. При этом размер поля зрения обратно пропорционален общему увеличению микроскопа. Чем больше общее увеличение, тем меньше поле зрения. Решение состоит в том, чтобы использовать движитель, чтобы каждая часть образца по очереди попадала в поле зрения и наблюдала по очереди.
(7) Яркость зеркала
Яркость зеркала относится к светлоте и темноте изображения объекта, видимого в микроскоп. Чтобы облегчить наблюдение, мы надеемся, что полученное изображение будет ярче. В случае постоянного внешнего освещения яркость зеркала пропорциональна квадрату числовой апертуры и обратно пропорциональна квадрату полного увеличения. Чтобы сделать изображение более ярким, следует использовать объектив с большой числовой апертурой и окуляр с малым увеличением. Например, при использовании одного и того же объектива при использовании окуляра с 5-кратным увеличением зеркальное изображение будет в 4 раза ярче, чем при использовании окуляра с 10-кратным увеличением.
Для микроскопов, использующих электрические источники света, яркость зеркального изображения можно контролировать, регулируя яркость осветителя.
(8) Ясность
Четкость изображения микроскопа зависит от его оптической системы, особенно от оптических характеристик объектива. Это связано с проектированием, производством, использованием и хранением микроскопов. Это важный и сложный вопрос. С точки зрения использования и хранения основными причинами, влияющими на четкость, являются: толщина используемого покровного стекла не соответствует требованиям, фокус не отрегулирован до идеального положения, слишком большое общее увеличение и линза из масла линза не протирается. Чистота, плесень на линзах и т. д.
