생물학적 현미경의 광학적 특성
현미경의 광학 성능은 다음 8가지 기본 광학 매개변수(또는 매개변수)에 의해 결정됩니다.
(1) 개구수
개구수는 미러 비율이라고도 합니다. 관찰 대상과 렌즈 사이의 매질의 굴절률 n과 대물 렌즈 각도의 절반인 사인 값의 곱을 말합니다. NA 또는 A.를 사용하여 나타냅니다. 없음=nsin( /2)
소위 미러 입각은 대물 렌즈의 전면 렌즈에 들어가는 관찰 지점의 가장자리 광선 사이의 각도를 나타냅니다.
개구수는 대물렌즈와 집광렌즈의 중요한 매개변수이며 현미경의 다른 광학 매개변수와 밀접한 관련이 있습니다. 일반적으로 크면 클수록 좋습니다. 개구수를 증가시키는 두 가지 방법이 있다는 것을 공식에서 알 수 있습니다. 하나는 미러 입 각도를 증가시키는 것이고 다른 하나는 대물 렌즈와 표본 사이의 굴절률을 증가시키는 것입니다.
전자의 방법을 채택하면 표본과 물체를 최대한 가깝게 유지할 수 있습니다. 그러나 아무리 가까워도 항상 180도 미만입니다. 따라서 sin( /2)도 1보다 작습니다. 공기의 굴절률은 n=1입니다. 따라서 건식 대물렌즈의 개구수 nsin(/2)는 항상 1보다 작고 일반적으로 0.04와 0.95 사이입니다.
후자의 방법을 채택하면 대물렌즈와 시료 사이에 굴절률이 더 높은 매질을 추가할 수 있습니다. 예를 들어 삼나무 기름의 굴절률은 n=1.515입니다. 삼나무 오일을 매체로 사용하면 개구수는 1.2 이상에 도달할 수 있습니다. 그렇기 때문에 경우에 따라 오일 안경을 사용하기도 합니다. 현재 오일 렌즈가 달성할 수 있는 최대 개구수는 1.4입니다.
(2) 해상도
분해능은 변별률 또는 분해능이라고도 합니다. 소위 해상도는 검사 대상 물체의 미세 구조를 구별하는 현미경의 능력을 말합니다. 해상도 거리에 반비례합니다. 해상도 거리는 구분할 수 있는 두 물체 점 사이의 최소 거리를 의미합니다. 분해 거리가 작을수록 현미경의 분해능이 높아집니다. 두 물체 점 사이의 거리가 해상도 거리보다 작으면 두 점이 한 점으로 오인되어 구조가 명확하게 보이지 않습니다. 현미경의 해상도는 대물렌즈에 의해 결정됩니다. 접안렌즈는 확대만 할 뿐 현미경의 해상도를 높이지는 않습니다.
일반적인 중앙조명의 경우 대물렌즈의 분해거리 d는 다음 식으로 결정된다.
d=(λ/2)N.A.
공식에서 d는 해상도 거리를 나타내고 단위는 미크론이고 λ는 조명광의 파장을 나타내며 단위도 미크론입니다.
가시광선에서 인간의 눈에 가장 밝기가 가장 높고 감도가 가장 좋은 파장은 {0}}.55μm이고 대물렌즈의 최대 NA는 1.4이다. 위 공식에 대입하면 d는 약 0.2μm입니다. 즉, 일반 광학 현미경의 경우 중앙 조명의 경우 분해능 거리의 한계는 0.2 μm입니다. 즉, 일반 광학 현미경은 0.2μm보다 작은 두 물체를 구별할 수 없습니다.
자외선을 사용하면 조명광의 파장을 줄일 수 있어 해상도 거리가 0.1μm에 도달할 수 있습니다. 그러나 자외선은 사람의 눈으로 볼 수 없습니다. 사진을 찍은 후에 만 관찰 할 수 있습니다.
전자 흐름의 파장은 0.00387nm에 불과합니다. "전자 렌즈" 또는 자기 렌즈를 사용하여 전자의 흐름을 제어하면 전자 현미경의 해상도 거리는 최대 수십 나노미터입니다. 원자의 구조를 관찰하는 데 사용할 수 있습니다.
(3) 배율
현미경의 배율은 대물렌즈의 배율과 접안렌즈의 배율의 곱과 같습니다. 원칙적으로 배율은 매우 커질 수 있습니다. 그러나 대물렌즈로 표본의 디테일을 확인할 수 없다면 아무리 배율을 높여도 의미가 없다. 이론적으로 현미경의 가장 적합한 배율(유효 배율이라고 하며 M으로 효과적으로 표시됨)은 대물 렌즈 개구수의 500배에서 1000배 사이라고 추론할 수 있습니다. 즉, 500N.A. M 이하 유효 1000N.A 이하
유효 배율 범위 내에서 눈이 피로하지 않고 장시간 관찰할 수 있습니다. 배율이 500 NA보다 낮으면 관찰하기 어렵습니다. 1000N.A.보다 높으면 화질이 떨어지고 비현실적인 이미지까지 발생합니다. 따라서 1000N.A 이상의 배율. 무효 배율이라고 합니다.
(4) 작동 거리
작동 거리는 표준 커버 유리와 표준 기계 튜브 길이를 사용하여 현미경이 초점을 맞춘 후 대물 렌즈의 하부 표면과 커버 유리의 상부 표면 사이의 거리를 나타냅니다. 대물렌즈의 배율이 높을수록 working distance는 짧아집니다. 일반적으로 10배 이하의 저배율 대물렌즈의 작동 거리는 5-7mm인 반면, 100배 오일 렌즈의 작동 거리는 약 0.19mm에 불과합니다.
(5) 초점심도
현미경이 시편의 특정 평면에 초점을 맞추면 물체 평면이 선명하게 보일 뿐만 아니라 이와 연결된 상하 물체 평면도 동시에 선명하게 보입니다. 위쪽 물체 평면과 아래쪽 물체 평면 사이의 거리를 초점 심도 또는 줄여서 초점 심도라고 합니다.
현미경의 초점 심도는 매우 작고 개구수가 클수록 전체 배율이 커지고 초점 심도는 작아집니다. 예를 들어, NA가 1.25/100배인 오일 렌즈와 12.5배 접안 렌즈를 사용하여 관찰할 때 초점 심도는 0.27μm에 불과합니다. 즉, 초점을 맞춘 후에는 한 번에 0.27μm 두께의 얇은 층만 명확하게 볼 수 있습니다. 일반 시편은 일반적으로 수 미크론 두께입니다. 표본 전체를 보려면 현미경의 미세 조정 메커니즘을 사용하여 위에서 아래로 층을 관찰해야 합니다.
(6) 시야
시야각은 시야각이라고도 합니다. 현미경이 한 번에 볼 수 있는 검사 대상 물체의 범위를 말합니다. 일반적으로 우리는 시야가 가능한 한 넓기를 원합니다. 현미경의 시야는 대물렌즈의 시야와 접안렌즈의 시야에 의해 결정됩니다. 일반 대물렌즈의 시야는 20mm 미만이고 큰 대물렌즈는 40mm 이상까지 도달할 수 있습니다. 일반 10x 접안렌즈의 시야는 14mm이고 큰 것은 24mm 이상에 도달할 수 있습니다. 대물렌즈와 접안렌즈가 디자인되면 시야가 고정됩니다. 일반 현미경의 시야가 작기 때문에 하나의 시야에서 표본 전체를 보는 것은 불가능하고 표본의 아주 작은 원만 볼 수 있다. 또한 시야의 크기는 현미경의 전체 배율에 반비례합니다. 총 배율이 클수록 시야가 좁아집니다. 해결책은 무버를 사용하여 표본의 각 부분이 차례로 시야에 들어가고 차례로 관찰하도록 하는 것입니다.
(7) 미러 밝기
거울 밝기는 현미경에 보이는 물체 이미지의 명암을 말합니다. 관찰을 용이하게 하기 위해 결과 이미지가 더 밝아지기를 바랍니다. 일정한 외부광의 경우 미러 밝기는 개구수의 제곱에 비례하고 전체 배율의 제곱에 반비례합니다. 이미지를 더 밝게 만들려면 개구수가 큰 대물 렌즈와 저배율 접안 렌즈를 사용해야 합니다. 예를 들어, 동일한 대물렌즈의 경우 5X 접안렌즈를 사용하면 10X 접안렌즈를 사용하는 것보다 4배 더 밝은 거울 이미지가 생성됩니다.
전기 광원을 사용하는 현미경의 경우 조명기의 밝기를 조정하여 미러 이미지의 밝기를 제어할 수 있습니다.
(8) 선명도
현미경 이미징의 선명도는 광학 시스템, 특히 대물 렌즈의 광학 성능에 따라 달라집니다. 현미경의 설계, 제조, 사용 및 보관과 관련이 있습니다. 중요하고 복잡한 문제입니다. 사용 및 보관의 관점에서 선명도에 영향을 미치는 주된 이유는 사용된 커버 글래스의 두께가 부적절하고 초점이 이상적인 위치로 조정되지 않았으며 전체 배율이 너무 크고 기름의 렌즈입니다. 렌즈가 닦이지 않습니다. 청소, 렌즈 곰팡이 등
