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奧林巴斯顯微鏡的光學技術參數普及

發表時間:2020-05-14 │ 點擊次數:1145

      奧林巴斯顯微鏡在鏡檢時,人們總是希望能清晰而明亮的理想圖象,這就需要顯微鏡的各項光學技術參數達到一定的標準,并且要求在使用時,必須根據鏡檢的目的和實際情況來協調各參數的關系。只有這樣,才能充分發揮顯微鏡應有的性能,得到滿意的鏡檢效果。
  奧林巴斯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、工作距離等等。這些參數并不都是越高越好,它們之間是相互聯系又相互制約的,在使用時,應根據鏡檢的目的和實際情況來協調參數間的關系,但應以保證分辨率為準。
  1.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)性能高低的重要標志。其數值的大小,分別標刻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(n)和孔徑角(u)半數的正弦之乘積。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與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度。孔徑角越大,進入物鏡的光通亮就越大,它與物鏡的有效直徑成正比,與焦點的距離成反比。
  顯微鏡觀察時,若想增大NA值,孔徑角是無法增大的,辦法是增大介質的折射率n值。基于這一原理,就產生了水浸物鏡和油浸物鏡,因介質的折射率n值大于1,NA值就能大于1。
  數值孔徑較大值為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值可大于1.4。這里必須指出,為了充分發揮物鏡數值孔徑的作用,在觀察時,聚光鏡的NA值應等于或略大于物鏡的NA值。
  數值孔徑與其他技術參數有著密切的關系,它幾乎決定和影響著其他各項技術參數。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,視場寬度與工作距離都會相應地變小。
  2.分辨率
  奧林巴斯顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區分的兩個物點的較小間距,又稱"鑒別率"。其計算公式是σ=λ/NA
  式中σ為較小分辨距離;λ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λ值,使用短波長光源。
  (2)增大介質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。
  3.放大率和有效放大率
  由于經過物鏡和目鏡的兩次放大,所以顯微鏡總的放大率Γ應該是物鏡放大率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,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不同的但又互有聯系的概念。有關系式:500NA<Γ<1000NA
  當選用的物鏡數值孔徑不夠大,即分辨率不夠高時,顯微鏡不能分清物體的微細結構,此時即使過度地增大放大倍率,得到的也只能是一個輪廓雖大但細節不清的圖像,稱為無效放大倍率。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。所以為了充分發揮顯微鏡的分辨能力,應使數值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配。
  4.焦深
  焦深為焦點深度的簡稱,即在使用顯微鏡時,當焦點對準某一物體時,不僅位于該點平面上的各點都可以看清楚,而且在此平面的上下一定厚度內,也能看得清楚,這個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,焦深與其他技術參數有以下關系:
  (1)焦深與總放大倍數及物鏡的數值孔徑成反比。
  (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造成困難。在顯微照相時將詳細介紹。
  5.視場直徑(Field Of View)
  觀察顯微鏡時,所看到的明亮的圓形范圍叫視場,它的大小是由目鏡里的視場光闌決定的。
  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范圍。視場直徑愈大,愈便于觀察。
  有公式F=FN/β
  式中F:視場直徑,FN:視場數(Field Number,簡寫為FN,標刻在目鏡的鏡筒外側),β:物鏡放大率。
  由公式可看出:
  (1)視場直徑與視場數成正比。
  (2)增大物鏡的倍數,則視場直徑減小。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。
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