Optiske egenskaper til biologiske mikroskoper
Den optiske ytelsen til mikroskopet bestemmes av følgende åtte grunnleggende optiske parametere (eller parametere):
(1) Numerisk blenderåpning
Numerisk blenderåpning kalles også speilforhold. Det refererer til produktet av brytningsindeksen n til mediet mellom det observerte objektet og linsen og sinusverdien til halvparten av objektivets linsevinkel. Bruk NA eller A. for å representere. NA=nsin( /2)
Den såkalte speilmunningsvinkelen refererer til vinkelen mellom marginalstrålene til det observerte punktet som kommer inn i frontlinsen til objektivlinsen.
Den numeriske blenderåpningen er en viktig parameter for objektivlinsen og kondensatorlinsen, og er nært knyttet til andre optiske parametere i mikroskopet. Det er generelt å håpe at jo større jo bedre. Det kan sees fra formelen at det er to måter å øke den numeriske blenderåpningen på, den ene er å øke speilets munnvinkel, og den andre er å øke brytningsindeksen mellom objektivlinsen og prøven.
Når førstnevnte metode er tatt i bruk, kan prøven og gjenstanden holdes så nærme som mulig. Men uansett hvor nærme, er alltid mindre enn 180 grader. Dermed er sin( /2) også mindre enn 1. Brytningsindeksen til luft er n=1. Derfor er den numeriske blenderåpningen nsin( /2) til den tørre objektivlinsen alltid mindre enn 1, vanligvis mellom 0.04 og 0.95.
Når sistnevnte metode tas i bruk, kan et medium med høyere brytningsindeks legges mellom objektivlinsen og prøven. For eksempel er brytningsindeksen til sedertreolje n=1.515. Når sedertreolje brukes som medium, kan den numeriske blenderåpningen nå mer enn 1,2. Det er derfor det i noen tilfeller brukes oljebriller. For øyeblikket er den maksimale numeriske blenderåpningen som oljelinsen kan oppnå 1,4.
(2) Oppløsning
Oppløsning kalles også diskrimineringsrate eller løsningskraft. Den såkalte oppløsningen refererer til mikroskopets evne til å skille den fine strukturen til objektet under inspeksjon. Den er omvendt proporsjonal med oppløsningsavstanden. Oppløsningsavstanden refererer til minimumsavstanden mellom to objektpunkter som kan skilles. Jo mindre oppløsningsavstand, jo høyere oppløsning har mikroskopet. Hvis avstanden mellom to objektpunkter er mindre enn oppløsningsavstanden, vil de to punktene forveksles med ett punkt, og strukturen kan ikke sees tydelig. Oppløsningen til mikroskopet bestemmes av objektivlinsen. Okularer forstørrer bare og øker ikke oppløsningen til mikroskopet.
Ved normal sentral belysning bestemmes oppløsningsavstanden d til objektivlinsen av følgende formel.
d=(λ/2)N.A.
I formelen: d representerer oppløsningsavstanden, enheten er mikron, λ representerer bølgelengden til belysningslyset, enheten er også mikron.
I synlig lys er bølgelengden med størst lysstyrke og mest følsomhet for menneskelige øyne {{0}},55 μm, og maksimal NA for objektivlinsen er 1,4. Hvis du erstatter formelen ovenfor, er d omtrentlig 0,2 μm. Det vil si at med et vanlig optisk mikroskop er grensen for oppløsningsavstanden 0,2 μm ved sentral belysning. Det vil si at vanlige optiske mikroskoper ikke kan skille mellom to objekter mindre enn 0,2 μm.
Ved å bruke ultrafiolett lys kan bølgelengden til belysningslyset reduseres, slik at oppløsningsavstanden når 0.1 μm. Men ultrafiolette stråler kan ikke sees av det menneskelige øyet. Det kan bare observeres etter å ha tatt et bilde.
Bølgelengden til elektronstrømmen er bare 0.00387 nm. Ved å bruke "elektronlinse" eller magnetisk linse for å kontrollere strømmen av elektroner, er oppløsningsavstanden til elektronmikroskopet opptil noen få tideler av en nanometer. Den kan brukes til å observere strukturen til atomer.
(3) Forstørrelse
Forstørrelsen av mikroskopet er lik produktet av forstørrelsen av objektivlinsen og forstørrelsen av okularet. I prinsippet kan forstørrelsen gjøres veldig stor. Men hvis detaljene til prøven ikke kan løses av objektivlinsen, uansett hvor stor forstørrelsen er, er det meningsløst. Teoretisk kan det utledes at den mest passende forstørrelsen av mikroskopet (kalt effektiv forstørrelse, representert ved M effektivt) er mellom 500 og 1000 ganger den numeriske blenderåpningen til objektivlinsen. Det vil si 500N.A. Mindre enn eller lik M effektiv Mindre enn eller lik 1000N.A.
Innenfor det effektive forstørrelsesområdet kan øynene observere i lang tid uten tretthet. Hvis forstørrelsen er lavere enn 500 NA, vil det være vanskelig å observere. Hvis det er høyere enn 1000N.A., vil det forringe bildekvaliteten og til og med forårsake et uvirkelig bilde. Derfor er forstørrelsen over 1000N.A. kalles ugyldig forstørrelse.
(4) Arbeidsavstand
Arbeidsavstanden refererer til avstanden mellom den nedre overflaten av objektivlinsen og den øvre overflaten av dekkglasset etter at mikroskopet er fokusert, ved bruk av et standard dekkglass og en standard mekanisk rørlengde. Jo høyere forstørrelse objektivlinsen har, desto kortere er arbeidsavstanden. Vanligvis er arbeidsavstanden til objektivlinsen med lav effekt under 10 ganger 5-7mm, mens arbeidsavstanden til 100 ganger oljelinsen bare er omtrent 0,19 mm.
(5) Dybde av fokus
Når mikroskopet er fokusert på et bestemt plan i prøven, kan ikke bare objektplanet sees tydelig, men også de øvre og nedre objektplanene som er koblet til det kan sees tydelig samtidig. Avstanden mellom det øvre og nedre objektplanet kalles fokusdybden, eller forkortet fokusdybde.
Fokusdybden til mikroskopet er veldig liten, og jo større numerisk blenderåpning, desto større blir den totale forstørrelsen, og jo mindre er fokusdybden. For eksempel, når du bruker en oljelinse med en NA på 1,25/100 ganger og et 12,5 ganger okular for å observere, er fokusdybden bare 0,27 μm. Det vil si at etter fokusering kan kun et tynt lag på 0,27 μm tykt sees tydelig om gangen. Vanlige prøver er vanligvis flere mikron tykke. For å se hele prøven, er det nødvendig å bruke finjusteringsmekanismen til mikroskopet for å observere i lag fra topp til bunn.
(6) synsfelt
Synsfeltet kalles også synsfeltet. Refererer til omfanget av objektet under inspeksjon som mikroskopet kan se på en gang. Vanligvis ønsker vi at synsfeltet skal være så stort som mulig. Synsfeltet til mikroskopet bestemmes av synsfeltet til objektivlinsen og synsfeltet til okularet. Synsfeltet til en vanlig objektivlinse er mindre enn 20 mm, og den store kan nå mer enn 40 mm. Synsfeltet til vanlige 10x okularer er 14 mm, og de store kan nå mer enn 24 mm. Når objektivet og okularet er designet, er synsfeltet deres fast. Fordi synsfeltet til et generelt mikroskop er lite, er det umulig å se hele prøven i ett synsfelt, bare en veldig liten sirkel på prøven kan sees. Dessuten er størrelsen på synsfeltet omvendt proporsjonal med den totale forstørrelsen av mikroskopet. Jo større total forstørrelse, jo mindre synsfelt. Løsningen er å bruke bevegeren til å få hver del av prøven til å gå inn i synsfeltet etter tur og observere etter tur.
(7) Speillysstyrke
Speillysstyrke refererer til lysheten og mørket til objektbildet sett i mikroskopet. For å lette observasjonen håper vi at det resulterende bildet er lysere. Ved konstant eksternt lys er speilets lysstyrke proporsjonal med kvadratet av den numeriske blenderåpningen og omvendt proporsjonal med kvadratet av den totale forstørrelsen. For å gjøre bildet lysere, bør et objektiv med stor numerisk blenderåpning brukes med et okular med lav forstørrelse. For eksempel, når det gjelder samme objektiv, vil bruk av et 5X okular gi et speilbilde som er 4 ganger lysere enn å bruke et 10X okular.
For mikroskoper som bruker elektriske lyskilder, kan lysstyrken til speilbildet kontrolleres ved å justere lysstyrken til belysningsinstrumentet.
(8) Klarhet
Klarheten til mikroskopavbildning avhenger av dets optiske system, spesielt den optiske ytelsen til objektivlinsen. Det er relatert til design, produksjon, bruk og lagring av mikroskoper. Det er en viktig og kompleks sak. Fra perspektivet til bruk og oppbevaring er hovedårsakene som påvirker klarheten: tykkelsen på dekkglasset som brukes er ukvalifisert, fokuset er ikke justert til den ideelle posisjonen, den totale forstørrelsen er for stor og linsen til oljen. linsen tørkes ikke av. Rengjør, linsmugg, etc.
