摄像机具有固定的观察场,不能扫描显微镜光学的全视场。因此,视场必须减少(通过插入额外的光学元件),以便图像可以在没有损失的情况下投射到相机传感器上。
在扫描显微镜中,像真正的共聚焦激光扫描仪,FN表示样品可以被扫描的最大面积,但实际扫描过程必须设置正确的参数或分辨率可能会丢失。这种情况通常意味着应该观察更小的字段或使用非常大的图像格式。为了能够比较这些限制,引入了一个修改字段数(RFN)。RFN为最大分辨场。
字段号(FN)
显微镜中的场数(FN)被定义为可以通过目镜观察的中间图像平面中的区域的直径。例如,20mm的磁场数表明,物镜放大后观察到的样品区域限制在直径为20mm。如果物镜具有倍率,例如具有20mm的Fn的40倍,则可以观察到直径为500μm的样品区域。
与D.场是观察样的样品区域的直径,MAG是物镜的放大因子。
通常放大率值刻在透镜筒上,场数刻在目镜筒上。有了这些信息,你就可以计算出你正在观察的视场的直径:
对于宽场显微镜,FN由目镜中的金属隔膜的直径设定。它的尺寸设置为确保观察到的领域内的良好图像质量,因为所有光学系统都会导致远离镜头中心的光学像差。然而,“优质”的定义仅为现场(1)的平整度标准化,留下讨论其他像差的空间。
共聚焦扫描
在共聚焦扫描显微镜中,这样的中间图像实际上是不产生的。实际上,针孔位于中间像面上。通过针孔的强度作为时间的函数,为图像信息编码。这些强度变化随后被用来重建图像,通过分配适当的时间强度片段到一个框架存储。框架存储与样本中的焦点位置同步填充。框架的预先定义尺寸为x乘以y的图片元素(像素)。元组(x,y)称为扫描格式或有时称为扫描分辨率(不要与光学分辨率(2)混淆)。
因此,用于共聚焦显微镜的计算的FN是样品的扫描场大小乘以倍率。中间图像在成像期间不会出现。通过调整扫描幅度,观察到的字段可以从最大降至零(3)来改变。零幅度是指样品中的单个固定点被观察到,如荧光相关光谱所需的(FCS)。中间幅度生成小于最大值的字段,构成变焦功能,因为较小的字段显示在相同的监视器大小上,因此表示额外的“放大”(不是光学倍率)。
光学分辨率
光学分辨率(D一个)可由Abbe公式确定:
在维一个是两个无限小的“点”物体的距离可以刚刚分离,L的照明光的波长,并且是物镜的数值孔径。显然,镜片的放大率对光学分辨率没有影响。
当扫描样本并将强度存储到数字图像中时,为了保持光学分辨率,从样本背面投射的图像元素的尺寸应小于光学分辨率。否则,数字图像比光学图像具有更少的信息。一般来说,我们假设1 / 2乘以d一个作为一个适当的过采样(特殊的图像恢复算法通常要求更高的过采样,高达四倍)。所需的最小像素大小(dp因此,可以计算为:
解决现场
为了表征共聚焦扫描显微镜的功率,不适宜讨论视场作为全面积的光学校正,而是可以在没有光学分辨率的情况下扫描的领域。最大的矩形扫描格式(x,y)马克斯,我们可以计算已解决的字段大小(dsc res):
例如,如果我们假设λ= 500 nm和na = 1.4,我们有dp= 90海里。如果扫描格式为x = y = 1000像素,则该字段将覆盖90 x 90µm的面积。
如果我们使用具有63倍的放大率的透镜,则计算出的字段(Fn的等式1)将对应于中间图像平面中的5.6mm×5.6mm的面积。该方形的直径仅为8毫米,比设计显微镜的典型FN小得多。
方程5的乘法通过使用镜头的放大因子,我们得到了相当于Fn的数量,但现在考虑实际扫描条件。我们称之为已解决的字段号RFN:
例子:
我们假设显微镜的FN为22毫米(图1,左)。我们使用放大率为40x的透镜,NA为1.3,光波长为500nm,我们扫描一个x = y = 2496像素的正方形(考虑仪器能扫描的最大值)。RFN等于13,6毫米。
在第二个例子中,我们假设显微镜的FN为25毫米(图1,右)。使用相同的镜头(40x/1.3)和波长(500纳米),但仪器被限制为1024像素每维。根据方程6,我们计算出RFN为5.6 mm。虽然在这个例子中,FN名义上比上一个大一些,但可用的扫描区域要小得多(如果我们不接受分辨率上的损失)。
参考
- ISO19012-1显微镜 - 显微镜目标的名称 - 第1部分:场/计划平整度https://www.iso.org/standard/61652.html
- 超级分辨率 - 关于光学显微镜分辨率的启发式观点//www.zns-mineralwater.com/science-lab/super-resolution-on-a-heuristic-point-of-view-about-the-resolution-of-a-light-microscope/
- 用于谐振电池扫描仪的智能控制//www.zns-mineralwater.com/science-lab/smart-control-for-resonant-galvo-canners/