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新聞資訊

尼康顯微鏡物鏡的景深和焦深

2014-02-25  發布者:admin 

 當考慮到在光學顯微鏡的分辨率,大部分的重點放在上的點至點在垂直於光軸的橫向分辨率(圖1)。 向分辨率的另一個重要方麵是在軸向(或縱向)拆分的物鏡,即測量平行於光軸,並且最經常被稱為景深的分辨能力

軸向分辨率,如水平分辨率,僅通過物鏡的數值孔徑(圖2)決定的,與目鏡僅僅放大鏡解決,投影到中間像平麵的細節。 正如在傳統的攝影,景深是通過從在焦點最近的物體麵到最遠的平麵也同時在焦點的距離來確定。 在現場的顯微鏡深度很短,通常以微米為單位計量。術語的焦點深度,這是指圖像的空間,往往是交替使用的景深,這是指對象的空間。

命名這個交換可能會導致混亂,特別是當術語都來特指景深在顯微鏡的物鏡。 幾何圖像平麵預期可能代表一個無限薄的試樣部分,但即使在沒有像差的,每個圖像點被擴大成一個衍射圖中上麵和下麵該平麵延伸。 艾裏斑,由顯微鏡物鏡產生的衍射圖案的一個基本單元,表示通過所述中間圖像平麵的中心部分。 這增加了有效的在焦深度穿過略微不同的試樣的平麵的Z軸的艾裏斑的強度分布的。

景深和圖像深度
放大 數值孔徑 景深 
(μm)
圖像深度 
(毫米)
4X 0.10 55.5 0.13
10X 0.25 8.5 0.80
20X 0.40 5.8 3.8
40X 0.65 1.0 12.8
60X 0.85 0.40 29.8
100X 0.95 0.19 80.0
表1

焦點深度與物鏡的數值孔徑和放大率而變化,並且在某些條件下,高的數值孔徑係統(通常是具有更高的放大倍率)有更深的焦點深度比低數值孔徑的那些係統中,即使在景深是少(見表1)。 這是特別重要的,因為顯微攝影膠片乳劑或數碼相機傳感器必須暴露或照明係統中落在焦點區域內的平麵上。 由集中在高放大倍率的小誤差並不至關重要的,因為那些具有非常低倍率物鏡進行。 表1給出了計算出的變型中字段和圖像深度在一係列物鏡隨數值孔徑和放大的中間像平麵的深度。

在顯微鏡的高數值孔徑,景深由波動光學初步確定,而在較低的數值孔徑, 混亂的幾何光學占主導地位的現象。 使用各種不同的標準來確定當圖像變得銳利得令人無法接受,一些作者提出了不同的公式來描述在顯微鏡景深。 場的總深度由下式給出的波和場幾何光學厚度的總和

其中,d(TOT)表示的景深,λ是照明光的波長,n為介質的蓋玻片和物鏡前透鏡元件之間(通常是空氣(1.000)或浸沒油(1.515))的折射率,和NA等於物鏡的數值孔徑。 變量 e的是,可以由被放置在顯微鏡的物鏡,其橫向放大率是M的圖像平麵上的檢測器來解決的最小距離。 使用此公式中,景深(TOT))和波長(λ)必須以類似的單元。 例如,如果D(合計)為以微米來計算的,λ也必須以微米配製(700納米的紅色光被輸入到方程為0.7微米)。 注意,字段的衍射限製的深度(在方程中的第一項)成反比收縮與數值孔徑的平方,而分辨率的橫向限製減少的方式,是成反比的數值孔徑的第一功率。 因此,軸向分辨率和可以實現光學切片厚度是通過係統的數值孔徑的影響更與其說是比顯微鏡的橫向分辨率。

 

人眼能正常容納從無窮遠到約25厘米,使景深可通過上麵的方程比大得多時給予1通過目鏡觀察的顯微鏡圖像。 另一方麵,視頻傳感器或照相乳劑在於一個薄的固定的平麵,以便利用這些傳感器場和軸向分辨率的深度是由方程式中的參數給出。 在這些情況下,軸向分辨率由慣例定義為四分之一的第一極小值,上麵和下麵焦點之間的距離,沿著由物鏡產生的三維衍射像的軸線。

對景深​​,和強度的三維衍射圖案的分配這些值,基於非相幹照明係統(或發射)點光源,其中所述聚光鏡的數值孔徑大於或等於該物鏡。 在一般情況下,字段的增加,最多為2倍,作為照明的增加一致性的深度(作為聚光鏡的數值孔徑接近零)。 然而,該三維點擴散函數(PSF)與部分相幹照明可以以複雜的方式從當光圈功能是不均勻到目前為止討論出發。 在許多基於相位,對比度產生顯微鏡模式,場的深度可以變成是出乎意料比從上麵的方程預測較淺,並且可以得到非常薄的光學部分。

在數字視頻顯微鏡,在攝像管或CCD的物鏡淺焦平麵,高對比度達到的高物鏡和聚光鏡的數值孔徑,並且圖像的高放大倍數顯示在監視器都有助於減少的深度上場。 因此,具有視頻,可以得到非常尖銳而薄的光學部分 ,並能以非常高的精度限定的薄樣品的聚焦程度。



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