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尼康显微镜怎么选购数码相机?

2014-03-24  发布者:admin 

 一个电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的最终分辨率是光电二极管的数目和它们的大小相对于投影到由显微镜光学系统的成像阵列的表面上的图像的功能。 当试图匹配显微镜的光学分辨率,以一个特定的数码相机和视频连接器相结合,用这个计算器来确定所需的最小像素密度,以充分捕捉所有从显微镜的光学数据。

本教程与初始化出现在标本图像窗口(黑盒)随机选择的样本,并通过目镜孔径或投影镜头视场光阑的限制。 一个彩色矩形指定了CCD的尺寸(默认3英寸)叠加在图像显示,由传感器捕获的标本的实际面积。 在滑块下方的灰色,黄色和红色的盒子,的显微镜光学分辨率 (灰色),CCD 所需的像素大小 (黄色), 最佳阵CCD尺寸 (黄色), 监控器放大倍率(红色)和总放大倍数 (红色)图像呈现在微米或产品。 这些值被不断更新的滑块进行转换。 的CCD格式 (大小)可以通过使用出现的标本图像窗口左侧的单选按钮来选择。 所选择的传感器(以毫米为单位)的物理尺寸的CCD显示在右侧沿具有相同的纵横比作为成像芯片的矩形图像窗口。

为了操作教程,却将数值孔径物镜放大倍率滑块(值出现上面的滑动条)来设置相应的值要考虑的显微镜的光学配置。 接下来,选择一个或目镜投影镜头视场数 (值范围为18到26毫米之间)和视频连接器的放大倍率(0.5倍和1.0倍之间)。 作为偶合剂滑块被翻译,叠加在试样图像的矩形的尺寸是由教程改变以匹配由CCD传感器捕获的样本区域。 一个新的标本可以在任何时候通过使用选择A试片的下拉菜单中选择。(本文来源:尼康显微镜怎么选购数码相机?

摄像用光学显微镜产生的图像投影到CCD或CMOS图像传感器的光电二极管阵列的效率取决于几个因素,包括从物镜放大倍率,数值孔径,分辨率,该电子图像传感器的光电二极管阵列的尺寸,纵横比,视频连接器的放大倍率,并且阵列中的各个感光元件的尺寸。 此外,特定于被成像的样品,如对比度参数,信号 - 噪声比,intrascene动态范围,以及积分时间,也必须考虑。

的CCD的最终光学分辨率是光电二极管的数量和它们的大小,相对于由显微镜透镜系统投射到阵列表面上的图像的功能。 目前可提供的CCD阵列的规模从几百到几千像素。 在用于科学调查设备使用的现代数组的长度范围为1000×1000最高5000×5000传感器元件。 在消费和科学级CCD制造的趋势是传感器尺寸不断减小,而数码相机的光电二极管小至4×4微米,目前​​已经上市。

如果至少有两个样品的每个可分辨单元作出的,虽然许多研究者倾向于每解析单元3的样品,以确保有足够的采样,才能达到成像的显微镜的光学元件的样品的足够的分辨率。 在衍射受限光学仪器,如显微镜,光学分辨率以平均可见光波长(550纳米)的阿贝极限为0.20微米,使用具有1.4的数值孔径的物镜时。 在这种情况下,为10平方微米的传感器大小将是足够大,以允许要匹配的光学和电子的分辨率,具有7×7微米的传感器尺寸优选的。 虽然在CCD图像传感器的光电二极管更小的提高空间分辨率,还限制了装置的动态范围。

为匹配显微镜光学分辨率像素大小要求
物镜
(数值孔径)
分辨率范围 
(um)
投影尺寸 
(um)
所需像素 
大小 
(um)
1X(0.04) 6.9 6.9 3.5
2X(0.06) 4.6 9.2 4.6
2X(0.10) 2.8 5.6 2.8
4X(0.10) 2.8 11.2 5.6
4X(0.12) 2.3 9.2 4.6
4X(0.20) 1.4 5.6 2.8
10X(0.25) 1.1 11.0 5.5
10X(0.30) 0.92 9.2 4.6
10X(0.45) 0.61 6.1 3.0
20X(0.40) 0.69 13.8 6.9
20X(0.50) 0.55 11.0 5.5
20X(0.75) 0.37 7.4 3.7
40X(0.65) 0.42 16.8 8.4
40X(0.75) 0.37 14.8 7.4
40X(0.95) 0.29 11.6 5.8
40X(1.00) 0.28 11.2 5.6
40X(1.30) 0.21 8.4 4.2
60X(0.80) 0.34 20.4 10.2
60X(0.85) 0.32 19.2 9.6
60X(0.95) 0.29 17.4 8.7
60X(1.40) 0.20 12.0 6
100×(0.90) 0.31 31.0 15.5
100X(1.25) 0.22 22.0 11.0
100X(1.30) 0.21 21.0 10.5
100X(1.40) 0.20 20.0 10.0
表1

在显微镜中,图像通常是由光学系统投影到一个检测器,它可以是一个人的眼睛,电图象传感器,或在传统的薄膜的化学敏感的乳剂的视网膜表面。 为了优化所产生的图象的信息内容,检测器的分辨率必须密切匹配的显微镜。 可见光的波长谱,用于创建一个标本的图象是决定性因素,相对于光学分辨率的显微镜装置的性能之一。 较短的波长(375-500纳米)是能够解决的细节在更大程度比是在较长波长(大于500纳米)的。 空间分辨率的限制是通过光学系统,即通常被称为衍射极限分辨率的术语还决定由光的衍射。 研究者已经推导出了用于表示数值孔径,波长和光学拆分几个之间的关系的公式:

(1)
r = λ/(2 × NA)

 

(2)
r = 0.61 × λ/NA

 

(3)
r = 1.22 × λ/(NAObj + NACond)

其中,r是分辨率(2试样点之间的最小可分辨间距),NA等于物镜的数值孔径,λ是波长,NA(OBJ)等于物镜的数值孔径,和NA(cond)是聚光镜的数值孔径。 注意,等式(1)(2)由乘法系数,这是0.5为公式(1)和0.61为差异方程(2)。 这些方程是基于多种因素,包括各种由光学物理学家作出解释的物镜和聚光镜的行为的理论计算的,并且不应被认为是任何一个一般物理定律的绝对值。 该假设是2点光源可以解决(单独成像)时通过的来源之一产生的艾里斑的中心与所述第一阶反射在第二艾里斑的衍射图案,被称为瑞利条件重叠标准 。 在某些情况下,如共聚焦和多光子荧光显微镜,分辨率实际上可能超过置于由这三个方程中的任何一个的限制。 其它因素,如低样品的对比度和亮度不理想,可以用于较低分辨率,并且更经常的情况是,R(使用550纳米的中等光谱波长约0.20微米)和数值孔径的真实世界的最大值1.35至1.40不能在实践中实现。

当在显微镜是在完美对准,并与台下聚光适当匹配的物镜,那么物镜的数值孔径值可以代入方程(1)(2),与添加的结果是等式(3)简化为公式(2 )。 要注意的一个重要概念就是倍率没有出现在任何这些方程的一个因素,因为只有数值孔径和照明的波长测定试样的分辨率。 如上面提到的(并且可以在等式可以观察到)的光的波长是在显微镜的分辨率的重要因素。 较短波长产生较高的分辨率(对r值越低),反之亦然。 在光学显微镜的最大分辨率是实现了近紫外光,最短的有效成像波长。 近紫外光之后是蓝色,然后绿色,最后红光在解决标本细节的能力。 在大多数情况下,显微镜使用由钨 - 卤素灯泡产生的广谱白光照亮标本。 可见光光谱集中在大约550纳米,绿色光的主波长(我们的眼睛是最敏感的绿光)。 它是这样的波长,是用来计算分辨率值的教程,并在表1中呈现。 数值孔径值也是在这些方程中重要和更高的数值孔径也将产生较高的分辨率(见表1)。