光学顕微鏡の効率を定義および計算する方法

1.開口数

開口数はNAと略されます。開口数は、対物レンズと集光レンズの主要な技術パラメータであり、両方の性能を判断する重要な記号です (特に対物レンズ)。数値の大きさは、対物レンズ、集光レンズの筐体にそれぞれ刻印されています。

開口数 (NA) は、対物レンズの前面レンズと検査対象物との間の媒質の屈折率 (n) と開口角 (u) の半分のサインの積です。式は次のとおりです: NA=nsinu/2

「ミラーマウス角度」とも呼ばれる開口角は、対物レンズの光軸上の物点と対物レンズの前部レンズの有効直径によって形成される角度です。開口角が大きいほど、対物レンズに入射する光束が大きくなり、対物レンズの有効径に比例し、焦点距離に反比例します。

顕微鏡で観察する場合、NA値を上げようとすると開口角を大きくすることができません。唯一の方法は、媒質の屈折率 n 値を大きくすることです。この原理に基づいて、水浸対物レンズと油浸対物レンズが製造されます。媒質の屈折率 n 値は 1 よりも大きいため、NA 値は 1 よりも大きくなる可能性があります。

最大開口数は1.4で、理論的にも技術的にも限界に達しています。現在、屈折率の高いブロモナフタレンが媒体として使用されている。ブロモナフタレンの屈折率は 1.66 であるため、NA 値は 1.4 よりも大きくなる可能性があります。

ここで、対物レンズの開口数の役割を十分に発揮させるためには、観察時のコンデンサレンズのNA値は対物レンズのNA値と同等かそれより少し大きくする必要があります。

開口数は他の技術パラメータと密接に関連しており、他の技術パラメータをほぼ決定し、影響を与えます。解像度に比例し、倍率に比例し、焦点深度に反比例します。 NA値が大きくなるにつれて、視野の幅とワーキングディスタンスはそれに応じて減少します。

2. 解像度

顕微鏡の解像度は、顕微鏡で明確に区別できる 2 つの物点間の最小距離を指し、「識別率」とも呼ばれます。その計算式は σ=λ/NA

ここで、σ は最小解像度距離です。 λ は光の波長です。 NAは対物レンズの開口数です。可視対物レンズの解像度は、対物レンズの NA 値と光源の波長の 2 つの要因によって決まります。 NA値が大きいほど照明光の波長が短くなり、σ値が小さいほど解像度が高くなります。

分解能を上げる、つまり σ の値を下げるには、次の手段を講じることができます。

1. 波長λ値を小さくし、短波長光源を使用してください。

2. 中程度の n 値を増やして NA 値を増やします (NA=nsinu/2)。

3.開口角 u 値を大きくして NA 値を大きくします。

4.明暗のコントラストを上げます。

3. 倍率と実効倍率

対物レンズと接眼レンズの 2 つの倍率により、顕微鏡の合計倍率 Γ は、対物レンズの倍率と接眼レンズの倍率 Γ1 の積になります。

Γ= Γ1

明らかに、拡大鏡と比較して、顕微鏡ははるかに高い倍率を持つことができ、倍率の異なる対物レンズと接眼レンズを交換することにより、顕微鏡の倍率を簡単に変更できます。

倍率も顕微鏡の重要なパラメーターですが、倍率が高ければ高いほど良いと盲目的に信じることはできません。顕微鏡倍率の限界は実効倍率です。

解像度と倍率は 2 つの異なるものですが、関連する概念です。関係式：500NA<><>

選択した対物レンズの開口数が十分に大きくない場合、つまり解像度が十分に高くない場合、顕微鏡は対象物の微細構造を区別できません。このとき、倍率を上げすぎても輪郭が大きく、細部が不明瞭な画像しか得られない。、無効な倍率と呼ばれます。逆に、解像度が要件を満たしているが倍率が不十分な場合、顕微鏡には解像力がありますが、画像はまだ小さすぎて人間の目にははっきりと見えません。したがって、顕微鏡の分解能を十分に発揮させるには、開口数を顕微鏡の全体の倍率と合理的に一致させる必要があります。

4. 焦点深度

焦点深度は焦点深度の略語です。つまり、顕微鏡を使用する場合、焦点が特定のオブジェクトにある場合、この点の平面上のすべての点がはっきりと見えるだけでなく、上の特定の厚さ内でも見られますそして平面の下、はっきり言ってこの透明部分の厚みが焦点深度です。焦点深度が深いと被検査物の層全体が見えますが、焦点深度が浅いと被検査物の薄い層しか見えません。焦点深度は、他の技術パラメータと次の関係があります。

1. 焦点深度は、対物レンズの総合倍率と開口数に反比例します。

2. 焦点深度が深く、解像度が低下します。

低倍率対物レンズの被写界深度が大きいため、低倍率対物レンズで写真を撮るのは困難です。これについては、顕微鏡写真で詳しく説明します。

5. 視野径 (FieldOfView)

顕微鏡を観察するとき、見える明るい円形の領域は視野と呼ばれ、その大きさは接眼レンズの視野絞りによって決まります。

視野の直径は視野の幅とも呼ばれ、顕微鏡下で見られる円形の視野に収まる検査対象物の実際の範囲を指します。視野の直径が大きいほど、観察しやすくなります。

次の式があります。

F=FN/

式では、F - 視野の直径。

FN - フィールド番号 (FieldNumber、FN と略され、接眼レンズバレルの外側にマークされています);

- 対物レンズの倍率。

次の式からわかります。