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新聞資訊

尼康顯微鏡的圖像亮度

2014-02-22  發布者:admin 

 不論在光學顯微鏡中使用的成像模式的,圖像的亮度是由物鏡,即數值孔徑的函數的聚光功率管。 正如照明亮度被聚光的工作數值孔徑的平方確定,試樣圖像的亮度正比於物鏡的數值孔徑的平方。

不像在顯微鏡的照明係統的情況,但是,圖像的放大倍率也起著決定圖像亮度的重要作用。事實上,圖像亮度是成反比的橫向放大率的平方

圖像亮度∝ (NA/M)2

其中,NA是物鏡的數值孔徑,M為放大倍數。 公式中給出的比例高於表達了透的目的(注:與落射照明的情況有些不同,如下麵討論)的聚光能力。 具有不同程度的光學校正的選定尼康物鏡聚光功率的實例列於表1。 在一般情況下,具有高數值孔徑的物鏡也更好為像差校正。因此,對於相同的放大倍率,高數值孔徑物鏡收集更多的光線,產生一個更加光明美好校正後的圖像(見表1),而整體形象比較好解決。

它是從檢查數據在表1中,當一個物鏡是用在透照,圖像亮度倍率增大迅速減小明顯。 用於落射照明特定物鏡的利用率產生越來越明亮的圖像,提高放大率,而情況往往相反與透射光相同的物鏡。 術語F(反式)F(外延)是指一種物鏡的聚光能力,並根據下列公式計算

F(trans) = 104 × NA2/M2
F(epi) = 104 × (NA2/M)2

從理論上講,照明的強度取決於聚光鏡的數值孔徑和光源的圖像的縮小倍率的平方的平方(實際上,視場光闌的圖像變得明亮,因為它是由更小,根據該方法)。 其結果是,試樣圖像的亮度成正比的物鏡的數值孔徑的平方作為其到達目鏡(或相機係統),並且還成反比的物鏡放大倍率。 因此,在透射光下檢查標本時,改變物鏡,而不改變聚光鏡影響圖像的亮度響應於變化的數值孔徑和放大倍數。

選定物鏡的聚光能力
校正 放大 數字的 
光圈
F(trans F(EPI)
Plan Achromat 10X 0.25 6.25 0.39
Plan Apo 10X 0.45 20.2 4.10
Plan Fluorite 20X 0.50 6.25 1.56
Plan Apo 20X 0.75 14.0 7.90
Plan Achromat 40X 0.65 2.64 1.11
Plan Apo 40X(oil) 1.30 11.0 18.0
Plan Fluorite 60X 0.85 2.01 1.45
Plan Apo 60X(oil) 1.40 5.4 10.6
Plan Apo 100X(oil) 1.40 1.96 3.84
Plan Apo 100X(oil) 1.45 2.10 4.42
表1

在落射照明的情況下,同樣的考慮也適用,但該目的也作為聚光鏡,而這必須考慮圖像的亮度時,必須考慮到。 作為物鏡放大倍數增大時,光源圖像縮小(縮小的)由具有同等量,從而導致亮度水平,是較少依賴於物鏡放大倍率,更依賴於數值孔徑(亮度是由數值孔徑的四次方管反射照明)。 在實踐中,圖像的亮度號碼可能有所不同(見表1)由於物鏡後孔大小的差異。

當光線水平限製,最高的數值孔徑的物鏡應該采用,但的放大倍率雙方的物鏡和目鏡應保持在最低水平所需的分辨率兼容。 在許多情況下,製造商正在提供油浸物鏡具有較高的數值孔徑,並且相應地更高的圖像的亮度值,比同類倍率高幹燥同行。 例如,表1中的40倍計劃複消色差物鏡具有消色差透鏡40X幹物鏡規劃的數值孔徑的兩倍,並且產生4倍的圖像亮度在透射光。 這些物鏡產量下的落射熒光照明圖像亮度的16倍的差距,與高數值孔徑的油浸產版本最亮的圖像。

在通過顯微鏡的光學元件,傳輸作為入射光強度的函數的光的量,是在熒光顯微鏡下尤其重要。 在高分辨率熒光成像需要高放大倍率與圖像的亮度損失最小的情況下,具有透光性,最大程度最高的數值孔徑物鏡應該被采用。 如上所述,圖像的整體亮度急劇減小放大率的增加,所以在熒光顯微鏡的部件應仔細選擇通過光學列車最大化的光通過量。

,利用落射照明熒光顯微鏡配備有服務於這兩個聚光鏡和物鏡的雙重目的的物鏡。 光通過激發濾光片和從過濾器中的立方體的二色鏡表麵反射,通過物鏡第一傳遞,以形成必要的照明的一個錐形激發樣品。 通過安裝在試樣的熒光基團發射的次級熒光,然後通過同一物鏡係統被投影到目鏡或成像係統之前收集並通過二色鏡和屏障過濾器傳回。 作為聚光鏡的高數值孔徑的物鏡將增加信號(光)的強度的方式,是成正比的數值孔徑的平方。 因為物鏡的聚光功率也成比例的數值孔徑的平方,圖像的亮度會隨著物鏡的數值孔徑的四次方根據公式變化

圖像亮度(熒光)λNA 4 / M 2

注意,在熒光顯微鏡下,亮度也成反比的物鏡放大倍率的平方。 因此,對於相同的放大倍率,這兩個照明場的圖像的亮度,並與物鏡的數值孔徑,這是主要的原因廠家生產設計為熒光顯微鏡非常高的數值孔徑的物鏡的熒光圖像顯著地增大的物鏡。

來觀察標本的目鏡進一步放大投影到顯微鏡的中間圖像平麵中的衍射限製圖像,並且也有助於減少試樣的整體觀察到的強度。 事實上,圖像的亮度成反比,目鏡倍率的平方,因此需要使用具有所需的最低放大率方便地觀察標本的熒光目鏡。 因此,有可能通過使用耦合到所述功率最低的目鏡可用的最高的數值孔徑的物鏡,以最大化圖像的亮度在熒光顯微鏡(盡管10×目鏡是最常用的)。 這些言論主要適用於具有均勻度照明的大樣本區域。 中的光(例如,微小熒光球)的銳聚焦的點源的情況下,粒子的圖像應該是受衍射限製的,並具有這樣的尺寸,是獨立的倍率。

在熒光顯微鏡中,圖像的亮度是由照明的強度,所述熒光團的量子產率,並且在顯微鏡的聚光能力來確定。 的照明的強度和較高的量子產率,更大的熒光信號和圖像變得直到所有的熒光團的明亮飽和更大。 同樣,在偏振光,圖像的亮度是由照明強度和試樣的雙折射相位差管。在值高達四分之一波長相位差的,更大的相位差產生更大的雙折射率,因而更強的信號。

在這兩種情況下,圖像的亮度是由從試樣的信號,這是照明的強度和由試樣中引入光的變化的產品管。 在發光,其中,所述樣品本身發射光的情況下,圖像的亮度由光的幅度,或信號,由試樣發出的光明顯地製約。

在其他模式下的顯微鏡,如相位對比,微分幹涉對比(DIC),暗場,霍夫曼調製對比等,照明和圖像對比度的強度可以獨立地變化。 然而,從圖像信號,即每單位變化的光學參數的圖像的亮度的增量(例如,在路徑長度差),仍然會通過光照​​強度和每個所產生的對比度的乘積來確定單位變化的光學參數。 為了檢測在任何光學參數的微小變化,在顯微鏡應最大限度地從變化的特定參數產生的信號。

對於給定的聚光鏡和物鏡的數值孔徑,放大和照明亮度,在顯微鏡產生的圖像的亮度仍然可以變化取決於光透射通過光學元件。 傳輸取決於幾個因素,包括吸收由透鏡元件和水泥,反射損耗在光學接口,和燈套的透射率,漫射屏,過濾器,偏振器,以及其它的輔助光學元件。對於高數值孔徑物鏡選定的一組典型的傳輸曲線被示於圖1。 這些值都或多或少地代表任何類別從一個特定的製造商的物鏡,但是,即使在該特定類型的測定對於這些曲線,確切的傳輸值可以有所變化取決於,例如,抗反射塗層和該批次的玻璃用在個別鏡頭。

一些光學元件的透射率(亮度傳輸作為入射強度的百分比)可以是波長相關的,即使在可見光範圍內,如圖1所示。 另外,在外麵可見的波長範圍內,透鏡,棱鏡,幻燈片,和安裝介質的樣品的透射率可下降明顯。 這個事實是通過在圖1中,示出的20×平麵圖氟物鏡傳輸曲線,它示出了在透射率穩步下降的波長400和700納米之間增加了舉例說明。 在該係列的其他物鏡不表現出波長依賴性的這種顯著的程度。



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