顯微鏡的重要光學技術參數
來源: 類別:實用技術 更新時間:2006-09-14 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網提供】在zai鏡jing檢jian時shi,人ren們men總zong是shi希xi望wang能neng清qing晰xi而er明ming亮liang的de理li想xiang圖tu象xiang,這zhe就jiu需xu要yao顯xian微wei鏡jing的de各ge項xiang光guang學xue技ji術shu參can數shu達da到dao一yi定ding的de標biao準zhun,並bing且qie要yao求qiu在zai使shi用yong時shi,必bi須xu根gen據ju鏡jing檢jian的de目mu的de和he實shi際ji情qing況kuang來lai協xie調tiao各ge參can數shu的de關guan係xi。隻zhi有you這zhe樣yang,才cai能neng充chong分fen發fa揮hui顯xian微wei鏡jing應ying有you的de性xing能neng,得de到dao滿man意yi的de鏡jing檢jian效xiao果guo。
顯微鏡的光學技術參數包括:數值孔徑、分辨率、放大率、焦深、視場寬度、覆蓋差、工gong作zuo距ju離li等deng等deng。這zhe些xie參can數shu並bing不bu都dou是shi越yue高gao越yue好hao,它ta們men之zhi間jian是shi相xiang互hu聯lian係xi又you相xiang互hu製zhi約yue的de,在zai使shi用yong時shi,應ying根gen據ju鏡jing檢jian的de目mu的de和he實shi際ji情qing況kuang來lai協xie調tiao參can數shu間jian的de關guan係xi,但dan應ying以yi保bao證zheng分fen辨bian率lv為wei準zhun。
一. 數值孔徑
數值孔徑簡寫NA,數值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要技術參數,是判斷兩者(尤其對物鏡而言)性能高低的重要標誌。其數值的大小,分別標科在物鏡和聚光鏡的外殼上。
數值孔徑(NA)是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質的折射率(h)和孔徑角(u)半數的正玄之乘積。用公式表示如下:
NA=hsinu/2
孔徑角又稱“鏡口角”,是(shi)物(wu)鏡(jing)光(guang)軸(zhou)上(shang)的(de)物(wu)體(ti)點(dian)與(yu)物(wu)鏡(jing)前(qian)透(tou)鏡(jing)的(de)有(you)效(xiao)直(zhi)徑(jing)所(suo)形(xing)成(cheng)的(de)角(jiao)度(du)。孔(kong)徑(jing)角(jiao)越(yue)大(da),進(jin)入(ru)物(wu)鏡(jing)的(de)光(guang)通(tong)亮(liang)就(jiu)越(yue)大(da),它(ta)與(yu)物(wu)鏡(jing)的(de)有(you)效(xiao)直(zhi)徑(jing)成(cheng)正(zheng)比(bi),與(yu)焦(jiao)點(dian)的(de)距(ju)離(li)成(cheng)反(fan)比(bi)。
顯微鏡觀察時,若想增大NA值,孔徑角是無法增大的,唯一的辦法是增大介質的折射率h值。基於這一原理,就產生了水浸係物鏡和油浸物鏡,因介質的折射率h值大於一,NA值就能大於一。
數值孔徑最大值為1.4,這個數值在理論上和技術上都達到了極限。目前,有用折射率高的溴萘作介質,溴萘的折射率為1.66,所以NA值可大於1.4。
這裏必須指出,為了充分發揮物鏡數值孔徑的作用,在觀察時,聚光鏡的NA值應等於或略大於物鏡的NA值,
數(shu)值(zhi)孔(kong)徑(jing)與(yu)其(qi)他(ta)技(ji)術(shu)參(can)數(shu)有(you)著(zhe)密(mi)切(qie)的(de)關(guan)係(xi),它(ta)幾(ji)乎(hu)決(jue)定(ding)和(he)影(ying)響(xiang)著(zhe)其(qi)他(ta)各(ge)項(xiang)技(ji)術(shu)參(can)數(shu)。它(ta)與(yu)分(fen)辨(bian)率(lv)成(cheng)正(zheng)比(bi),與(yu)放(fang)大(da)率(lv)成(cheng)正(zheng)比(bi),與(yu)焦(jiao)深(shen)成(cheng)反(fan)比(bi),NA值增大,視場寬度與工作距離都會相應地變小。
二. 分辨率
分辨率又稱“鑒別率”,“解像力”。是衡量顯微鏡性能的又一個重要技術參數。
顯微鏡的分辨率用公式表示為:d=l/NA
式中d為最小分辨距離;l為光線的波長;NA為物鏡的數值孔徑。可見物鏡的分辨率是由物鏡的NA值與照明光源的波長兩個因素決定。NA值越大,照明光線波長越短,則d值越小,分辨率就越高。
要提高分辨率,即減小d值,可采取以下措施
1. 降低波長l值,使用短波長光源。
2.曾大介質h值和提高NA值(NA=hsinu/2)。
3.增大孔徑角。
4.增加明暗反差。
三. 放大率
放(fang)大(da)率(lv)就(jiu)是(shi)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu),是(shi)指(zhi)被(bei)檢(jian)驗(yan)物(wu)體(ti)經(jing)物(wu)鏡(jing)放(fang)大(da)再(zai)經(jing)目(mu)鏡(jing)放(fang)大(da)後(hou),人(ren)眼(yan)所(suo)看(kan)到(dao)的(de)最(zui)終(zhong)圖(tu)象(xiang)的(de)大(da)小(xiao)對(dui)原(yuan)物(wu)體(ti)大(da)小(xiao)的(de)比(bi)值(zhi),是(shi)物(wu)鏡(jing)和(he)目(mu)鏡(jing)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu)的(de)乘(cheng)積(ji)。
放大率也是顯微鏡的重要參數,但也不能盲目相信放大率越高越好,在選擇時應首先考慮物鏡的數值孔徑。
四. 焦深
焦jiao深shen為wei焦jiao點dian深shen度du的de簡jian稱cheng,即ji在zai使shi用yong顯xian微wei鏡jing時shi,當dang焦jiao點dian對dui準zhun某mou一yi物wu體ti時shi,不bu僅jin位wei於yu該gai點dian平ping麵mian上shang的de各ge點dian都dou可ke以yi看kan清qing楚chu,而er且qie在zai此ci平ping麵mian的de上shang下xia一yi定ding厚hou度du內nei,也ye能neng看kan得de清qing楚chu,這zhe個ge清qing楚chu部bu分fen的de厚hou度du就jiu是shi焦jiao深shen。焦jiao深shen大da, 可以看到被檢物體的全層,而焦深小,則隻能看到被檢物體的一薄層,焦深與其他技術參數有以下關係:
1.焦深與總放大倍數及物鏡的數值孔鏡成反比。
2.焦深大,分辨率降低。
由於低倍物鏡的景深較大,所以在低倍物鏡照相時造成困難。在顯微照相時將詳細介紹。
五. 視場直徑(Field of view)
觀察顯微鏡時,所看到的明亮的原形範圍叫視場,它的大小,是由目鏡裏的視場光闌決定的。
視場直徑也稱視場寬度,是指在顯微鏡下看到的圓形視場內所能容納被檢物體的實際範圍。視場直徑愈大,愈便於觀察。
由公式可看出:
1. 視場直徑與視場數成正比。
2. 增(zeng)大(da)物(wu)鏡(jing)的(de)倍(bei)數(shu),則(ze)視(shi)場(chang)直(zhi)徑(jing)減(jian)小(xiao)。因(yin)此(ci),若(ruo)在(zai)低(di)倍(bei)鏡(jing)下(xia)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)被(bei)檢(jian)物(wu)體(ti)的(de)全(quan)貌(mao),而(er)換(huan)成(cheng)高(gao)倍(bei)物(wu)鏡(jing),就(jiu)隻(zhi)能(neng)看(kan)到(dao)被(bei)檢(jian)物(wu)體(ti)的(de)很(hen)小(xiao)一(yi)部(bu)份(fen)。
六. 覆蓋差
顯xian微wei鏡jing的de光guang學xue係xi統tong也ye包bao括kuo蓋gai玻bo片pian在zai內nei。由you於yu蓋gai玻bo片pian的de厚hou度du不bu標biao準zhun,光guang線xian從cong蓋gai玻bo片pian進jin入ru空kong氣qi產chan生sheng折zhe射she後hou的de光guang路lu發fa生sheng了le改gai變bian,從cong而er產chan生sheng了le相xiang差cha,這zhe就jiu是shi覆fu蓋gai差cha。覆fu蓋gai差cha的de產chan生sheng影ying響xiang了le顯xian微wei鏡jing的de成cheng響xiang質zhi量liang。
國際上規定,蓋玻片的標準厚度為0.17mm, 許可範圍在0.16―0.18mm.,在物鏡的製造上已將此厚度範圍的相差計算在內。物鏡外殼上標科的確0.17,即表明該物鏡要求蓋玻片的厚度。
七. 工作距離
工(gong)作(zuo)距(ju)離(li)也(ye)叫(jiao)物(wu)距(ju),即(ji)指(zhi)物(wu)鏡(jing)前(qian)透(tou)鏡(jing)的(de)表(biao)麵(mian)到(dao)被(bei)檢(jian)物(wu)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)。鏡(jing)檢(jian)時(shi),被(bei)檢(jian)物(wu)體(ti)應(ying)處(chu)在(zai)物(wu)鏡(jing)的(de)一(yi)倍(bei)至(zhi)二(er)倍(bei)焦(jiao)距(ju)之(zhi)間(jian)。因(yin)此(ci),它(ta)與(yu)焦(jiao)距(ju)是(shi)兩(liang)個(ge)概(gai)念(nian),平(ping)時(shi)習(xi)慣(guan)所(suo)說(shuo)的(de)調(tiao)焦(jiao),實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)調(tiao)節(jie)工(gong)作(zuo)距(ju)離(li)。
在物鏡數值孔徑一定的情況下,工作距離短孔徑角則大。
數值孔徑大的高倍物鏡,其工作距離小。
顯微鏡的光學技術參數包括:數值孔徑、分辨率、放大率、焦深、視場寬度、覆蓋差、工gong作zuo距ju離li等deng等deng。這zhe些xie參can數shu並bing不bu都dou是shi越yue高gao越yue好hao,它ta們men之zhi間jian是shi相xiang互hu聯lian係xi又you相xiang互hu製zhi約yue的de,在zai使shi用yong時shi,應ying根gen據ju鏡jing檢jian的de目mu的de和he實shi際ji情qing況kuang來lai協xie調tiao參can數shu間jian的de關guan係xi,但dan應ying以yi保bao證zheng分fen辨bian率lv為wei準zhun。
一. 數值孔徑
數值孔徑簡寫NA,數值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要技術參數,是判斷兩者(尤其對物鏡而言)性能高低的重要標誌。其數值的大小,分別標科在物鏡和聚光鏡的外殼上。
數值孔徑(NA)是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質的折射率(h)和孔徑角(u)半數的正玄之乘積。用公式表示如下:
NA=hsinu/2
孔徑角又稱“鏡口角”,是(shi)物(wu)鏡(jing)光(guang)軸(zhou)上(shang)的(de)物(wu)體(ti)點(dian)與(yu)物(wu)鏡(jing)前(qian)透(tou)鏡(jing)的(de)有(you)效(xiao)直(zhi)徑(jing)所(suo)形(xing)成(cheng)的(de)角(jiao)度(du)。孔(kong)徑(jing)角(jiao)越(yue)大(da),進(jin)入(ru)物(wu)鏡(jing)的(de)光(guang)通(tong)亮(liang)就(jiu)越(yue)大(da),它(ta)與(yu)物(wu)鏡(jing)的(de)有(you)效(xiao)直(zhi)徑(jing)成(cheng)正(zheng)比(bi),與(yu)焦(jiao)點(dian)的(de)距(ju)離(li)成(cheng)反(fan)比(bi)。
顯微鏡觀察時,若想增大NA值,孔徑角是無法增大的,唯一的辦法是增大介質的折射率h值。基於這一原理,就產生了水浸係物鏡和油浸物鏡,因介質的折射率h值大於一,NA值就能大於一。
數值孔徑最大值為1.4,這個數值在理論上和技術上都達到了極限。目前,有用折射率高的溴萘作介質,溴萘的折射率為1.66,所以NA值可大於1.4。
這裏必須指出,為了充分發揮物鏡數值孔徑的作用,在觀察時,聚光鏡的NA值應等於或略大於物鏡的NA值,
數(shu)值(zhi)孔(kong)徑(jing)與(yu)其(qi)他(ta)技(ji)術(shu)參(can)數(shu)有(you)著(zhe)密(mi)切(qie)的(de)關(guan)係(xi),它(ta)幾(ji)乎(hu)決(jue)定(ding)和(he)影(ying)響(xiang)著(zhe)其(qi)他(ta)各(ge)項(xiang)技(ji)術(shu)參(can)數(shu)。它(ta)與(yu)分(fen)辨(bian)率(lv)成(cheng)正(zheng)比(bi),與(yu)放(fang)大(da)率(lv)成(cheng)正(zheng)比(bi),與(yu)焦(jiao)深(shen)成(cheng)反(fan)比(bi),NA值增大,視場寬度與工作距離都會相應地變小。
二. 分辨率
分辨率又稱“鑒別率”,“解像力”。是衡量顯微鏡性能的又一個重要技術參數。
顯微鏡的分辨率用公式表示為:d=l/NA
式中d為最小分辨距離;l為光線的波長;NA為物鏡的數值孔徑。可見物鏡的分辨率是由物鏡的NA值與照明光源的波長兩個因素決定。NA值越大,照明光線波長越短,則d值越小,分辨率就越高。
要提高分辨率,即減小d值,可采取以下措施
1. 降低波長l值,使用短波長光源。
2.曾大介質h值和提高NA值(NA=hsinu/2)。
3.增大孔徑角。
4.增加明暗反差。
三. 放大率
放(fang)大(da)率(lv)就(jiu)是(shi)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu),是(shi)指(zhi)被(bei)檢(jian)驗(yan)物(wu)體(ti)經(jing)物(wu)鏡(jing)放(fang)大(da)再(zai)經(jing)目(mu)鏡(jing)放(fang)大(da)後(hou),人(ren)眼(yan)所(suo)看(kan)到(dao)的(de)最(zui)終(zhong)圖(tu)象(xiang)的(de)大(da)小(xiao)對(dui)原(yuan)物(wu)體(ti)大(da)小(xiao)的(de)比(bi)值(zhi),是(shi)物(wu)鏡(jing)和(he)目(mu)鏡(jing)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu)的(de)乘(cheng)積(ji)。
放大率也是顯微鏡的重要參數,但也不能盲目相信放大率越高越好,在選擇時應首先考慮物鏡的數值孔徑。
四. 焦深
焦jiao深shen為wei焦jiao點dian深shen度du的de簡jian稱cheng,即ji在zai使shi用yong顯xian微wei鏡jing時shi,當dang焦jiao點dian對dui準zhun某mou一yi物wu體ti時shi,不bu僅jin位wei於yu該gai點dian平ping麵mian上shang的de各ge點dian都dou可ke以yi看kan清qing楚chu,而er且qie在zai此ci平ping麵mian的de上shang下xia一yi定ding厚hou度du內nei,也ye能neng看kan得de清qing楚chu,這zhe個ge清qing楚chu部bu分fen的de厚hou度du就jiu是shi焦jiao深shen。焦jiao深shen大da, 可以看到被檢物體的全層,而焦深小,則隻能看到被檢物體的一薄層,焦深與其他技術參數有以下關係:
1.焦深與總放大倍數及物鏡的數值孔鏡成反比。
2.焦深大,分辨率降低。
由於低倍物鏡的景深較大,所以在低倍物鏡照相時造成困難。在顯微照相時將詳細介紹。
五. 視場直徑(Field of view)
觀察顯微鏡時,所看到的明亮的原形範圍叫視場,它的大小,是由目鏡裏的視場光闌決定的。
視場直徑也稱視場寬度,是指在顯微鏡下看到的圓形視場內所能容納被檢物體的實際範圍。視場直徑愈大,愈便於觀察。
由公式可看出:
1. 視場直徑與視場數成正比。
2. 增(zeng)大(da)物(wu)鏡(jing)的(de)倍(bei)數(shu),則(ze)視(shi)場(chang)直(zhi)徑(jing)減(jian)小(xiao)。因(yin)此(ci),若(ruo)在(zai)低(di)倍(bei)鏡(jing)下(xia)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)被(bei)檢(jian)物(wu)體(ti)的(de)全(quan)貌(mao),而(er)換(huan)成(cheng)高(gao)倍(bei)物(wu)鏡(jing),就(jiu)隻(zhi)能(neng)看(kan)到(dao)被(bei)檢(jian)物(wu)體(ti)的(de)很(hen)小(xiao)一(yi)部(bu)份(fen)。
六. 覆蓋差
顯xian微wei鏡jing的de光guang學xue係xi統tong也ye包bao括kuo蓋gai玻bo片pian在zai內nei。由you於yu蓋gai玻bo片pian的de厚hou度du不bu標biao準zhun,光guang線xian從cong蓋gai玻bo片pian進jin入ru空kong氣qi產chan生sheng折zhe射she後hou的de光guang路lu發fa生sheng了le改gai變bian,從cong而er產chan生sheng了le相xiang差cha,這zhe就jiu是shi覆fu蓋gai差cha。覆fu蓋gai差cha的de產chan生sheng影ying響xiang了le顯xian微wei鏡jing的de成cheng響xiang質zhi量liang。
國際上規定,蓋玻片的標準厚度為0.17mm, 許可範圍在0.16―0.18mm.,在物鏡的製造上已將此厚度範圍的相差計算在內。物鏡外殼上標科的確0.17,即表明該物鏡要求蓋玻片的厚度。
七. 工作距離
工(gong)作(zuo)距(ju)離(li)也(ye)叫(jiao)物(wu)距(ju),即(ji)指(zhi)物(wu)鏡(jing)前(qian)透(tou)鏡(jing)的(de)表(biao)麵(mian)到(dao)被(bei)檢(jian)物(wu)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)。鏡(jing)檢(jian)時(shi),被(bei)檢(jian)物(wu)體(ti)應(ying)處(chu)在(zai)物(wu)鏡(jing)的(de)一(yi)倍(bei)至(zhi)二(er)倍(bei)焦(jiao)距(ju)之(zhi)間(jian)。因(yin)此(ci),它(ta)與(yu)焦(jiao)距(ju)是(shi)兩(liang)個(ge)概(gai)念(nian),平(ping)時(shi)習(xi)慣(guan)所(suo)說(shuo)的(de)調(tiao)焦(jiao),實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)調(tiao)節(jie)工(gong)作(zuo)距(ju)離(li)。
在物鏡數值孔徑一定的情況下,工作距離短孔徑角則大。
數值孔徑大的高倍物鏡,其工作距離小。
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