Cách xác định và tính hiệu suất của kính hiển vi quang học
1. Khẩu độ số
Khẩu độ số được viết tắt là NA. Khẩu độ số là thông số kỹ thuật chính của vật kính và thấu kính tụ, và nó là một biểu tượng quan trọng để đánh giá hiệu suất của cả hai (đặc biệt là đối với vật kính). Kích thước của giá trị số của nó được đánh dấu tương ứng trên vỏ của vật kính và thấu kính hội tụ.
Khẩu độ số (NA) là sản phẩm của chiết suất (n) của môi trường giữa thấu kính phía trước của vật kính và đối tượng được kiểm tra và sin của một nửa góc khẩu độ (u). Công thức như sau: NA=nsinu/2
Góc khẩu độ, còn được gọi là "góc miệng gương", là góc được tạo bởi điểm đối tượng trên trục quang học của vật kính và đường kính hiệu dụng của thấu kính phía trước của vật kính. Góc khẩu độ càng lớn, thông lượng ánh sáng đi vào vật kính càng lớn, tỷ lệ thuận với đường kính hiệu dụng của vật kính và tỷ lệ nghịch với khoảng cách của tiêu điểm.
Khi quan sát bằng kính hiển vi, muốn tăng trị số NA thì không thể tăng góc khẩu độ. Cách duy nhất là tăng giá trị chiết suất n của môi trường. Dựa trên nguyên lý này người ta sản xuất ra các vật kính vật kính ngâm nước và vật kính ngâm dầu. Vì giá trị chiết suất n của môi trường lớn hơn 1 nên giá trị NA có thể lớn hơn 1.
Khẩu độ số tối đa là 1.4, đã đạt đến giới hạn cả về mặt lý thuyết lẫn kỹ thuật. Hiện nay, bromonaphthalene có chỉ số khúc xạ cao được sử dụng làm môi trường. Chỉ số khúc xạ của bromonaphthalene là 1,66, vì vậy giá trị NA có thể lớn hơn 1,4.
Ở đây cần phải chỉ ra rằng để phát huy hết vai trò của khẩu độ số của vật kính, giá trị NA của thấu kính hội tụ phải bằng hoặc lớn hơn một chút so với giá trị của vật kính trong quá trình quan sát.
Khẩu độ số có quan hệ mật thiết với các thông số kỹ thuật khác, nó gần như quyết định và chi phối các thông số kỹ thuật khác. Nó tỷ lệ thuận với độ phân giải, tỷ lệ thuận với độ phóng đại và tỷ lệ nghịch với độ sâu tiêu cự. Khi giá trị NA tăng lên, độ rộng của trường nhìn và khoảng cách làm việc sẽ giảm tương ứng.
2. Nghị quyết
Độ phân giải của kính hiển vi đề cập đến khoảng cách tối thiểu giữa hai điểm vật thể mà kính hiển vi có thể phân biệt rõ ràng, còn được gọi là "tỷ lệ phân biệt". Công thức tính của nó là σ=λ/NA
Trong đó σ là khoảng cách phân giải tối thiểu; λ là bước sóng ánh sáng; NA là khẩu độ số của vật kính. Độ phân giải của vật kính nhìn thấy được xác định bởi hai yếu tố: giá trị NA của vật kính và bước sóng của nguồn chiếu sáng. Giá trị NA càng lớn thì bước sóng ánh sáng chiếu vào càng ngắn và giá trị σ càng nhỏ thì độ phân giải càng cao.
Để tăng độ phân giải, tức là giảm giá trị σ, có thể thực hiện các biện pháp sau:
1. Giảm giá trị λ của bước sóng và dùng nguồn sáng có bước sóng ngắn.
2. Tăng giá trị n trung bình để tăng giá trị NA (NA=nsinu/2).
3. Tăng giá trị góc khẩu độ u để tăng giá trị NA.
4. Tăng độ tương phản giữa sáng và tối.
3. Độ phóng đại và độ phóng đại hiệu quả
Do vật kính và thị kính có hai độ phóng đại nên độ phóng đại toàn phần Γ của kính hiển vi phải là tích của độ phóng đại vật kính và độ phóng đại thị kính Γ1:
Γ= Γ1
Rõ ràng, so với kính lúp, kính hiển vi có thể có độ phóng đại cao hơn nhiều và độ phóng đại của kính hiển vi có thể dễ dàng thay đổi bằng cách hoán đổi vật kính và thị kính với các độ phóng đại khác nhau.
Độ phóng đại cũng là một thông số quan trọng của kính hiển vi, nhưng không thể mù quáng tin rằng độ phóng đại càng cao thì càng tốt. Giới hạn độ phóng đại của kính hiển vi là độ phóng đại hiệu dụng.
Độ phân giải và độ phóng đại là hai khái niệm khác nhau nhưng có liên quan với nhau. Công thức quan hệ: 500NA<><>
Khi khẩu độ số của vật kính được chọn không đủ lớn, nghĩa là độ phân giải không đủ cao, kính hiển vi không thể phân biệt được cấu trúc mịn của vật thể. Lúc này, dù có tăng độ phóng đại lên quá mức thì hình ảnh thu được chỉ có thể là hình ảnh có đường viền lớn nhưng không rõ chi tiết. , được gọi là độ phóng đại không hợp lệ. Ngược lại, nếu độ phân giải đạt yêu cầu nhưng độ phóng đại không đủ thì kính hiển vi có khả năng phân giải nhưng hình ảnh vẫn quá nhỏ để mắt người có thể nhìn rõ. Do đó, để phát huy hết khả năng phân giải của kính hiển vi, khẩu độ số phải khớp hợp lý với tổng độ phóng đại của kính hiển vi.
4. Độ sâu tiêu điểm
Độ sâu tiêu cự là từ viết tắt của độ sâu tiêu điểm, nghĩa là khi sử dụng kính hiển vi, khi tiêu điểm ở một vật thể nhất định, không chỉ có thể nhìn rõ tất cả các điểm trên mặt phẳng của điểm này mà còn có thể nhìn rõ trong một độ dày nhất định ở trên và bên dưới mặt phẳng, Để rõ ràng, độ dày của phần rõ ràng này là độ sâu của tiêu điểm. Nếu độ sâu tiêu cự lớn, bạn có thể nhìn thấy toàn bộ lớp của đối tượng được kiểm tra, trong khi nếu độ sâu tiêu điểm nhỏ, bạn chỉ có thể nhìn thấy một lớp mỏng của đối tượng được kiểm tra. Độ sâu của tiêu điểm có mối quan hệ sau với các thông số kỹ thuật khác:
1. Độ sâu tiêu điểm tỷ lệ nghịch với tổng độ phóng đại và khẩu độ số của vật kính.
2. Độ sâu tiêu điểm lớn và độ phân giải giảm.
Do độ sâu trường ảnh lớn của vật kính có độ phóng đại thấp nên rất khó chụp ảnh với vật kính có độ phóng đại thấp. Điều này sẽ được mô tả chi tiết hơn trong máy chụp ảnh hiển vi.
5. Đường kính trường nhìn (FieldOfView)
Khi quan sát kính hiển vi, vùng tròn sáng nhìn thấy được gọi là trường nhìn và kích thước của nó được xác định bởi màng trường trong thị kính.
Đường kính của trường nhìn còn được gọi là chiều rộng của trường nhìn, dùng để chỉ phạm vi thực tế của đối tượng được kiểm tra có thể chứa trong trường nhìn hình tròn được nhìn thấy dưới kính hiển vi. Đường kính của trường nhìn càng lớn thì càng dễ quan sát.
Có công thức:
F=FN/
Trong công thức, F - đường kính của trường nhìn;
FN - số trường (FieldNumber, viết tắt là FN, được đánh dấu ở bên ngoài nòng thị kính);
- độ phóng đại của vật kính.
Nó có thể được nhìn thấy từ công thức:
1. Đường kính của trường nhìn tỷ lệ thuận với số lượng trường nhìn.
2. Tăng bội số của vật kính làm giảm đường kính của trường nhìn. Do đó, nếu bạn có thể nhìn thấy toàn bộ hình ảnh của đối tượng được kiểm tra dưới ống kính có công suất thấp và đổi sang ống kính mục tiêu có công suất cao, bạn chỉ có thể nhìn thấy một phần nhỏ của đối tượng được kiểm tra.
6. Độ che phủ kém
Hệ thống quang học của kính hiển vi cũng bao gồm lớp phủ. Do kính che có độ dày không chuẩn nên quang lộ của ánh sáng sau khi đi vào không khí từ kính che bị thay đổi dẫn đến hiện tượng lệch pha, độ bao phủ kém. Việc tạo ra vùng phủ sóng kém ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh của kính hiển vi.
Theo quy định quốc tế, độ dày tiêu chuẩn của kính phủ là {{0}}.17mm và phạm vi cho phép là 0.16-0.18mm. Sự khác biệt trong phạm vi độ dày này đã được tính toán trong quá trình sản xuất vật kính. Số 0,17 được đánh dấu trên vỏ vật kính cho biết độ dày của kính che mà vật kính yêu cầu.
7. Khoảng cách làm việc WD
Khoảng cách làm việc còn được gọi là khoảng cách đối tượng, dùng để chỉ khoảng cách từ bề mặt thấu kính phía trước của vật kính đến đối tượng cần kiểm tra. Trong quá trình kiểm tra bằng kính hiển vi, đối tượng được kiểm tra phải nằm trong khoảng từ một đến hai lần tiêu cự của vật kính. Do đó, nó và tiêu cự là hai khái niệm. Cái thường được gọi là lấy nét thực chất là điều chỉnh khoảng cách làm việc.
Trong trường hợp khẩu độ số nhất định của vật kính, khoảng cách làm việc ngắn và góc khẩu độ lớn.
Vật kính có độ phóng đại cao với khẩu độ số lớn và khoảng cách làm việc nhỏ
