顯微鏡鏡頭分辨率及目鏡選擇
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- 發布時間:2020-03-05 10:37
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分辨率的計算公式:
分辨率(r) = λ/(2NA)------------------------(1)
分辨率(r) = 0.61λ/NA-----------------------(2)
分辨率(r) = 1.22λ/(NA(obj) + NA(cond))-----(3)
此處r為分辨率(兩目標之間的最小分辨距離);NA為顯微鏡的數值孔徑;NA(obj)為物鏡的數值孔徑;NA(cond)為聚光鏡的數值孔徑。公式(1)和(2)中的系數是不一樣的,在公式(1)中系數為0.5;在公式(2)中系數為0.61。這是由于計算時對物鏡及聚光鏡的影響考慮的因素不一樣而產生的(包括不同的物理學家使用的計算理論的不一至),并無一絕對的值。通常而言,公式(1)用于自然光照明的顯微鏡,(2)、(3)用于電光源的顯微鏡。基本要求用戶將聚光鏡的數值孔徑調至與物鏡一致(事實上,因為用戶操作的因素以及各廠家聚光鏡機械精度的因素,不可能一致),這時,公式(2)、(3)是一致的,因此通常采用公式(2)。
藍、綠光波長段為450nm—550nm,最適于顯微觀察照明。我們取λ=450nm,帶入公式2,選擇不同的倍數物鏡的數值孔徑,就能得到理想狀態下的顯微鏡的分辨率,如附件圖中所示

假設大家看得到圖片了,來說說目鏡的選擇
人眼也存在著一個分辨率,大家還記得軍訓時打靶嗎?靶子離遠了,看起來就是一個點,分不清上面的圖案。那么我們的眼睛的分辨率是多少呢?通常來講,這個值是離眼睛250mm地方為0.17mm(250mm又叫做明視距離,在這個距離觀察人眼最不易疲勞)(當然這個0.17也不絕對,譬如那些訓練有素的神槍手能輕易打中幾百米外我們看上去是一個點的靶心,而不少眼神不好的能分清0.3也算不錯了)。從上圖來看,以平場消色差為例(汗顏國內還不能生產復消色差),4X物鏡的分辨率是0.00275mm,放大4X后也就是0.011mm,這個距離,就算是讓最NB的神槍手來,也是分不清的。目鏡的作用,就在于此。所以4X物鏡應該配16X的目鏡(0.011*16=0.176),10X也應該配16X目鏡;25X(25X物鏡數值孔徑也是0.4)應該配10X目鏡,40X、100X物鏡也應該配10X目鏡最接近。
說到這里,大家也應該能理解為各廠家設置的物鏡的數值孔徑的意義所在,同時也能打破看指標時的1600X的迷信,商家在宣傳1600X這個指標的時候,只能說明他們的配置有100X物鏡和16X目鏡,并不能理解為這個顯微鏡就適合放大1600X來觀察。
另外,因為10X目鏡是大批量生產,所以通常各廠家的10X目鏡做得更好,出瞳距比16X大得多,觀察起來更方便。并且用戶往往嫌頻繁換目鏡麻煩,所以16X的目鏡就算賣去也一般都是個擺設
如上面所講,可以推導出這個公式:
M1=619*NA/M2
這里,M1是最合適的目鏡放大倍數,M2的某物鏡的放大倍數,NA是該物鏡的數值孔徑
這樣的物鏡、目鏡的搭配,可以使得顯微系統最終成像在離人眼250mm的地方的分辨率為0.17mm,正好是人眼的極限;同時使得觀察范圍盡可能擴大(放大倍數越小的目鏡視野范圍越大)
當然,這只是一個理論上的數值,實際使用中,還需要考慮到用戶操作的方便性、目鏡制造成本以及等等因素
附上物鏡、目鏡搭配表

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