광학 현미경의 효율성을 정의하고 계산하는 방법
1. 개구수
개구수는 NA로 약칭됩니다. 개구수는 대물렌즈와 집광렌즈의 주요 기술적 매개변수이며 양자의 성능을 판단하는 중요한 상징이다(특히 대물렌즈의 경우). 수치의 크기는 대물렌즈와 집광렌즈의 케이스에 각각 표기되어 있습니다.
개구수(Numerical Aperture, NA)는 대물렌즈의 전면렌즈와 피검체 사이의 매질의 굴절률(n)과 개구각(u)의 절반의 사인파의 곱이다. 공식은 다음과 같습니다. NA=nsinu/2
"거울 입각"이라고도 하는 개구각은 대물 렌즈 광축의 물체 지점과 대물 렌즈 전면 렌즈의 유효 직경이 이루는 각도입니다. 개구각이 클수록 대물렌즈로 들어오는 광속이 커지는데, 이는 대물렌즈의 유효 직경에 비례하고 초점 거리에 반비례합니다.
현미경으로 관찰할 때 NA 값을 높이려면 개구각을 늘릴 수 없습니다. 유일한 방법은 매질의 굴절률 n 값을 높이는 것입니다. 이 원리를 바탕으로 침수식 대물렌즈와 유침식 대물렌즈가 생산됩니다. 매질의 굴절률 n 값이 1보다 크기 때문에 NA 값이 1보다 클 수 있습니다.
최대 개구수는 1.4로 이론적으로나 기술적으로나 한계에 도달했습니다. 현재 매질로는 굴절률이 높은 브로모나프탈렌이 사용되고 있다. 브로모나프탈렌의 굴절률은 1.66이므로 NA 값은 1.4보다 클 수 있습니다.
여기서 주의할 점은 대물렌즈의 개구수 역할을 충분히 발휘하기 위해서는 집광렌즈의 NA값이 대물렌즈의 NA값과 같거나 약간 커야 한다는 점이다.
개구수는 다른 기술 매개변수와 밀접한 관련이 있으며 다른 기술 매개변수를 거의 결정하고 영향을 미칩니다. 해상도에 비례하고 배율에 비례하며 초점 심도에 반비례합니다. NA 값이 증가하면 시야 폭과 작동 거리가 그에 따라 감소합니다.
2. 해상도
현미경의 해상도는 "판별률"이라고도 하는 현미경으로 명확하게 구별할 수 있는 두 물체 지점 사이의 최소 거리를 나타냅니다. 계산 공식은 σ=λ/NA입니다.
여기서 σ는 최소 해상도 거리입니다. λ는 빛의 파장입니다. NA는 대물 렌즈의 개구수입니다. 눈에 보이는 대물 렌즈의 해상도는 대물 렌즈의 NA 값과 광원의 파장이라는 두 가지 요소에 의해 결정됩니다. NA 값이 클수록 조명광의 파장이 짧아지고 σ 값이 작을수록 해상도가 높아집니다.
분해능을 높이려면, 즉 σ 값을 낮추려면 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
1. 파장 λ 값을 줄이고 단파장 광원을 사용합니다.
2. 매체 n 값을 늘려 NA 값을 높입니다(NA=nsinu/2).
3. 개구각 u 값을 증가시켜 NA 값을 증가시킵니다.
4. 밝은 부분과 어두운 부분의 대비를 높입니다.
3. 배율 및 유효배율
대물렌즈와 접안렌즈의 두 가지 배율로 인해 현미경의 총 배율 Γ는 대물렌즈 배율과 접안렌즈 배율 Γ1의 곱이어야 합니다.
Γ= Γ1
분명히, 현미경은 돋보기에 비해 훨씬 더 높은 배율을 가질 수 있으며, 대물렌즈와 접안렌즈를 다른 배율로 교환함으로써 현미경의 배율을 쉽게 변경할 수 있다.
배율도 현미경의 중요한 매개 변수이지만 배율이 높을수록 좋다고 맹목적으로 믿을 수는 없습니다. 현미경 배율의 한계는 유효 배율입니다.
해상도와 배율은 서로 다르지만 관련된 개념입니다. 관계식: 500NA<><>
선택한 대물 렌즈의 개구수가 충분히 크지 않으면, 즉 해상도가 충분히 높지 않으면 현미경은 물체의 미세 구조를 구별할 수 없습니다. 이때, 배율을 과도하게 높여도 획득한 이미지는 윤곽은 크지만 디테일이 불분명한 이미지일 수 밖에 없다. , 무효 배율이라고합니다. 반대로 해상도가 요구 사항을 충족하지만 배율이 충분하지 않은 경우 현미경은 해상도가 있지만 이미지가 너무 작아 육안으로 명확하게 볼 수 없습니다. 따라서 현미경의 분해능을 최대한 활용하려면 개구수를 현미경의 전체 배율과 합리적으로 일치시켜야 합니다.
4. 초점심도
Depth of focus는 Depth of Focus의 약자로 현미경을 사용할 때 초점이 특정 물체에 있을 때 이 점의 평면에 있는 모든 점이 선명하게 보일 뿐만 아니라 위의 일정 두께 내에서도 볼 수 있습니다. 그리고 평면 아래, 명확하게 말하면 이 명확한 부분의 두께가 초점 심도입니다. 초점 심도가 크면 검사 대상 물체의 전체 레이어를 볼 수 있고, 초점 심도가 작으면 검사 대상 물체의 얇은 층만 볼 수 있습니다. 초점 심도는 다른 기술 매개변수와 다음과 같은 관계가 있습니다.
1. 초점 심도는 총 배율과 대물 렌즈의 개구수에 반비례합니다.
2. 초점 심도가 크고 해상도가 떨어집니다.
저배율 대물렌즈는 피사계 심도가 깊어 저배율 대물렌즈로 사진을 찍기가 어렵습니다. 이것은 현미경 사진에서 더 자세히 설명될 것입니다.
5. 시야 직경(FieldOfView)
현미경을 관찰할 때 보이는 밝은 원형 영역을 시야라고 하며 그 크기는 접안 렌즈의 시야 조리개에 의해 결정됩니다.
시야의 직경은 시야의 폭이라고도 하며, 현미경으로 본 원형 시야에 수용할 수 있는 검사 대상의 실제 범위를 말합니다. 시야의 직경이 클수록 관찰하기가 더 쉽습니다.
다음과 같은 공식이 있습니다.
에=FN/
공식에서 F - 시야의 직경;
FN - 필드 번호(FieldNumber, FN으로 약칭, 접안 렌즈 배럴 외부에 표시됨)
- 대물렌즈의 배율.
공식에서 볼 수 있습니다.
1. 시야의 직경은 시야의 수에 비례합니다.
2. 대물렌즈의 배율을 높이면 시야의 직경이 줄어듭니다. 따라서 저배율 렌즈 아래에서 검사 대상의 전체 그림을 볼 수 있다가 고배율 대물 렌즈로 바꾸면 검사 대상의 일부만 볼 수 있습니다.
6. 커버력 부족
현미경의 광학 시스템에는 커버슬립도 포함됩니다. 커버글라스의 비표준 두께로 인해 커버글라스에서 공기에 들어간 후 빛의 광경로가 바뀌어 위상차가 발생하여 커버리지가 좋지 않습니다. 불량 커버리지 생성은 현미경의 음질에 영향을 미칩니다.
국제 규정에 따르면 커버 글라스의 표준 두께는 {0}}.17mm이며, 허용 범위는 0.16-0.18mm입니다. 이 두께 범위의 차이는 대물 렌즈의 제조에서 계산되었습니다. 대물렌즈 하우징에 표시된 0.17은 대물렌즈에 필요한 커버글라스의 두께를 나타냅니다.
7. 작동 거리 WD
working distance는 object distance라고도 하며 대물렌즈의 전면 렌즈 표면에서 검사 대상 물체까지의 거리를 말합니다. 현미경 검사 시 검사 대상은 대물렌즈 초점 거리의 1~2배 사이여야 합니다. 따라서 그것과 초점 거리는 두 가지 개념입니다. 일반적으로 포커싱이라고 하는 것은 실제로 작동 거리를 조정하는 것입니다.
대물렌즈의 개구수가 일정한 경우 작동거리가 짧고 개구각이 크다.
개구수가 크고 작동 거리가 작은 고배율 대물 렌즈
