Числовая апертура (NA) конденсора сильно влияет на разрешение микроскопа, поскольку угловое поле света, падающее на образец, влияет на угловое поле света, прошедшего или отраженного образцом. Согласно общему правилу оптимизации разрешения, числовая апертура конденсора должна быть не меньше числовой апертуры объектива. Другими словами, конус света, обеспечиваемый конденсором, должен иметь угловое поле, соответствующий или превышающий поле, принимаемое линзой объектива.
Конденсор и объектив
В микроскопии проходящего света конденсор собирает свет от источника и освещает образец. Оптическая система конденсора обычно включает в себя несколько оптических элементов, которые можно совмещать для обеспечения равномерного освещения плоскости образца. Линза объектива расположена на противоположной стороне плоскости образца и собирает свет, прошедший через образец. Затем этот свет направляется для создания изображения в окуляре или камере.
В микроскопах проходящего света свет от источника направляется на образец с помощью оптической системы конденсора. Линза объектива используется для сбора проходящего света. Затем этот собранный свет направляется для создания изображения в камере или окуляре.
В качестве альтернативы микроскоп можно настроить таким образом, чтобы объектив одновременно освещал и собирал свет от образца. В этом случае нет отдельной системы конденсорных линз.
В эпилюминесцентных микроскопах объектив обеспечивает свет, освещающий образец. Он также собирает свет, отраженный и рассеянный от образца. Из-за этого и в отличие от случая, показанного на рисунке выше, как угол освещения, так и угол изображения зависят только от объектива.
Числовая апертура
Конденсор освещает плоскость образца под разными углами. Конус направлен вершиной в точку на образце, а его основание описывает свет от конденсора, такую схему можно использовать для количественной оценки угловых полей (θкон). Свет, прошедший через эту точку на образце, имеет примерно такое же угловое поле. Другой конус можно использовать для изображения углового поля света (θоб), который объектив способен собрать.
Конусы описывают свет, падающий на точку образца после конденсора (слева, золотой), свет, прошедший через образец (справа, желтый), и диапазон света, который может собрать объектив (справа, оранжевый). Углы конусов отсчитываются от оптической оси. Угловые диапазоны световых конусов, падающих на образец и проходящих через него, примерно одинаковы (θкон), поскольку свет, не поглощаемый и не рассеиваемый образцом, распространяется примерно по прямой. Угловой диапазон (θоб), принимаемый объективом, может быть различным. Числовые апертуры конденсора (NAкон) и объектива (NAоб) часто используются для сравнения угловых диапазонов проходящего света со светом, который может собрать линза объектива.
Эти угловые поля могут быть количественно определены числовой апертурой (NA) каждой линзы:
которая зависит от половинного угла (θ) конуса, а также от показателя преломления окружающей среды (n). Чем выше числовая апертура, тем шире конус, описывающий угловое поле. Этот угол отсчитывается от оптической оси.
Например, когда линза объектива имеет числовую апертуру 0.7 с воздухом (n = 1) между линзой и образцом, угол приема линзы составляет θ = θоб = 44.43°. Для системы микроскопа без конденсора, числовая апертура освещения и числовая апертура собранного света одинаковы, поскольку оба световых пути проходят через линзу объектива.
Разрешающая способность
Разрешающая способность (δ) микроскопа описывает его способность отображать две близко расположенные точки как отдельные точки, а не как одну. Общее уравнение,
используемое для оценки разрешающей способности, включает только длину волны (λ) и числовую апертуру объектива (NAоб). Хотя это уравнение предполагает, что числовая апертура конденсора (NAкон) не влияет на разрешение, это не так. Это уравнение фактически предполагает, что NAкон ≥ NAоб.
Когда NAкон ≤ NAоб, модифицированная версия уравнения,
дает более точную оценку и иллюстрирует важность числовой апертуры конденсора для разрешения.
