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微儀光學(xué)

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光學(xué)顯微鏡效率怎么定義和計(jì)算 - 分析行業(yè)新聞

返回列表 來源:微儀顯微鏡 發(fā)布日期:2023-02-05 16:07【

一、數(shù)值孔徑

數(shù)值孔徑簡(jiǎn)寫NA,數(shù)值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要技術(shù)參數(shù),是判斷兩者(尤其對(duì)物鏡而言)性能高低的重要標(biāo)志。其數(shù)值的大小,分別標(biāo)刻在物鏡和聚光鏡的外殼上。

數(shù)值孔徑(NA)是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質(zhì)的折射率(n)和孔徑角(u)半數(shù)的正弦之乘積。用公式表示如下:NA=nsinu/2

孔徑角又稱"鏡口角",是物鏡光軸上的物體點(diǎn)與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度??讖浇窃酱螅M(jìn)入物鏡的光通亮就越大,它與物鏡的有效直徑成正比,與焦點(diǎn)的距離成 ??????y????????V3910 反比。

顯微鏡觀察時(shí),若想增大NA值,孔徑角是無(wú)法增大的,**的辦法是增大介質(zhì)的折射率n值。基于這一原理,就產(chǎn)生了水浸物鏡和油浸物鏡,因介質(zhì)的折射率n值大于1,NA值就能大于1。

數(shù)值孔徑*大值為1.4,這個(gè)數(shù)值在理論上和技術(shù)上都達(dá)到了極限。目前,有用折射率高的溴萘作介質(zhì),溴萘的折射率為1.66,所以NA值可大于1.4。

這里必須指出,為了充分發(fā)揮物鏡數(shù)值孔徑的作用,在觀察時(shí),聚光鏡的NA值應(yīng)等于或略大于物鏡的NA值。

數(shù)值孔徑與其他技術(shù)參數(shù)有著密切的關(guān)系,它幾乎決定和影響著其他各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。它與分辨率成正比,與放大率成正比,與焦深成反比,NA值增大,視場(chǎng)寬度與工作距離都會(huì)相應(yīng)地變小。

二、分辨率

顯微鏡的分辨率指能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個(gè)物點(diǎn)的*小間距,又稱“鑒別率”。其計(jì)算公式是σ=λ/NA

式中σ為*小分辨距離;λ為光線的波長(zhǎng);NA為物鏡的數(shù)值孔徑??梢娢镧R的分辨率是由物鏡的NA值與照明光源的波長(zhǎng)兩個(gè)因素決定。NA值越大,照明光線波長(zhǎng)越短,則σ值越小,分辨率就越高。

要提高分辨率,即減小σ值,可采取以下措施:

1、降低波長(zhǎng)λ值,使用短波長(zhǎng)光源。

2、增大介質(zhì)n值以提高NA值(NA=nsinu/2)。

3、增大孔徑角u值以提高NA值。

4、增加明暗反差。

三、放大率和有效放大率

由于經(jīng)過物鏡和目鏡的兩次放大,所以顯微鏡總的放大率Γ應(yīng)該是物鏡放大率β和目鏡放大率Γ1的乘積:

Γ=βΓ1

顯然,和放大鏡相比,顯微鏡可以具有高得多的放大率,并且通過調(diào)換不同放大率的物鏡和目鏡,能夠方便地改變顯微鏡的放大率。

放大率也是顯微鏡的重要參數(shù),但也不能盲目相信放大率越高越好。顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率。

分辨率和放大倍率是兩個(gè)不同的但又互有聯(lián)系的概念。有關(guān)系式:500NA<Γ<1000NA

當(dāng)選用的物鏡數(shù)值孔徑不夠大,即分辨率不夠高時(shí),顯微鏡不能分清物體的微細(xì)結(jié)構(gòu),此時(shí)即使過度地增大放大倍率,得到的也只能是一個(gè)輪廓雖大但細(xì)節(jié)不清的圖像,稱為無(wú)效放大倍率。反之如果分辨率已滿足要求而放大倍率不足,則顯微鏡雖已具備分辨的能力,但因圖像太小而仍然不能被人眼清晰視見。所以為了充分發(fā)揮顯微鏡的分辨能力,應(yīng)使數(shù)值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配。

四、焦深

焦深為焦點(diǎn)深度的簡(jiǎn)稱,即在使用顯微鏡時(shí),當(dāng)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)某一物體時(shí),不僅位于該點(diǎn)平面上的各點(diǎn)都可以看清楚,而且在此平面的上下一定厚度內(nèi),也能看得清楚,這個(gè)清楚部分的厚度就是焦深。焦深大,可以看到被檢物體的全層,而焦深小,則只能看到被檢物體的一薄層,焦深與其他技術(shù)參數(shù)有以下關(guān)系:

1、焦深與總放大倍數(shù)及物鏡的數(shù)值孔徑成反比。

2、焦深大,分辨率降低。

由于低倍物鏡的景深較大,所以在低倍物鏡照相時(shí)造成困難。在顯微照相時(shí)將詳細(xì)介紹。

五、視場(chǎng)直徑(FieldOfView)

觀察顯微鏡時(shí),所看到的明亮的圓形范圍叫視場(chǎng),它的大小是由目鏡里的視場(chǎng)光闌決定的。

視場(chǎng)直徑也稱視場(chǎng)寬度,是指在顯微鏡下看到的圓形視場(chǎng)內(nèi)所能容納被檢物體的實(shí)際范圍。視場(chǎng)直徑愈大,愈便于觀察。

有公式:

F=FN/β

式中F-視場(chǎng)直徑;

FN-視場(chǎng)數(shù)(FieldNumber,簡(jiǎn)寫為FN,標(biāo)刻在目鏡的鏡筒外側(cè));

β-物鏡放大率。

由公式可看出:

1、視場(chǎng)直徑與視場(chǎng)數(shù)成正比。

2、增大物鏡的倍數(shù),則視場(chǎng)直徑減小。因此,若在低倍鏡下可以看到被檢物體的全貌,而換成高倍物鏡,就只能看到被檢物體的很小一部份。

六、覆蓋差

顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)也包括蓋玻片在內(nèi)。由于蓋玻片的厚度不標(biāo)準(zhǔn),光線從蓋玻片進(jìn)入空氣產(chǎn)生折射后的光路發(fā)生了改變,從而產(chǎn)生了相差,這就是覆蓋差。覆蓋差的產(chǎn)生影響了顯微鏡的成響質(zhì)量。

國(guó)際上規(guī)定,蓋玻片的標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.17mm,許可范圍在0.16-0.18mm,在物鏡的制造上已將此厚度范圍的相差計(jì)算在內(nèi)。物鏡外殼上標(biāo)的0.17,即表明該物鏡所要求的蓋玻片的厚度。

七、工作距離WD

工作距離也叫物距,即指物鏡前透鏡的表面到被檢物體之間的距離。鏡檢時(shí),被檢物體應(yīng)處在物鏡的一倍至二倍焦距之間。因此,它與焦距是兩個(gè)概念,平時(shí)習(xí)慣所說的調(diào)焦,實(shí)際上是調(diào)節(jié)工作距離。

在物鏡數(shù)值孔徑一定的情況下,工作距離短孔徑角則大。

數(shù)值孔徑大的高倍物鏡,其工作距離小


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