Zusammenfassung
Die Einstellung der numerischen Apertur (NA) und der Auflösung ist von entscheidender Bedeutung, um qualitativ hochwertige, detaillierte Bilder zu erzeugen. Arbeiten Sie mit einem Mikroskop, ist zunächst die numerische Apertur entsprechend der Art Ihrer Probe und Ihrer Arbeit zu bestimmen und Ihr Gerät einzustellen. Manchmal kann die Einstellung der NA und der Auflösung ohne Rücksprache mit Fachleuten jedoch eine gewaltige Aufgabe und Herausforderung sein. Dies könnte sich auf Ihre Konzentration auswirken und zu schlechteren Ergebnissen, verursacht durch eine oberflächliche Vorbereitung, führen. Heute besprechen wir die Bedeutung von numerischer Apertur und Auflösung und versuchen, das optimale Gleichgewicht zwischen beiden zu finden, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
Numerische Apertur in der digitalen Mikroskopie
Bei der Entwicklung eines Geräts für die digitale Mikroskopie, für biomedizinische und diagnostische Anwendungen sowie für die Biowissenschaften besteht das Ziel darin, dieses für die bestmögliche Auflösung und den höchsten Durchsatz an Bildern pro Sekunde zu optimieren. Mikroskopberechnungen wie Vergrößerung, Auflösung und numerische Apertur helfen dabei, verschiedene Aspekte hinsichtlich der Fähigkeiten eines Mikroskops zur Vereinfachung und Prototypenerstellung zu bestimmen.
Was ist die numerische Apertur?
Die numerische Apertur (NA) ist das Maß für die Fähigkeit des Mikroskopobjektivs, Licht zu sammeln und Probendetails bei einem festen Objektabstand aufzulösen. Das bildgebende Licht passiert das Präparat und tritt in einem umgekehrten Kegel in das Objektiv ein. Die Brennweite des Objektivs bestimmt die Winkelblende. Der Winkel μ stellt die Hälfte der Winkelöffnung (A) dar und ist mit der numerischen Apertur durch die folgende Gleichung verbunden:
wobei n der Brechungsindex des Abbildungsmediums zwischen der Frontlinse des Objektivs und dem Deckglas des Objekts ist. Der Wert von n kann zwischen 1,00 und 1,51 liegen. Wenn das Abbildungsmedium einen Brechungsindex von 1,00 hat, hängt die NA nur vom Winkel μ ab, dessen Maximalwert 90° beträgt. Der Sinus dieses Winkels hat einen Maximalwert von 1,00. Dies ist die theoretische maximale numerische Apertur eines Objektivs, das mit Luft als Abbildungsmedium arbeitet.
Numerische Apertur in der Praxis
In der Praxis ist es schwierig, mit Trockenobjektiven eine NA über 0,95 zu erreichen. Der Brechungsindex ist der begrenzende Faktor. Er begrenzt auch das Erreichen einer numerischen Apertur von mehr als 1,0. Um höhere numerische Aperturen zu erreichen, muss daher der Brechungsindex zwischen der Probe und dem Objektiv erhöht werden. Es gibt verschiedene Objektive, die das Arbeiten in unterschiedlichen Medien ermöglichen, wie Wasser (Brechungsindex = 1,33), Glyzerin (Brechungsindex = 1,47) und Immersionsöl (Brechungsindex = 1,51).
Numerische Apertur und Objektive
Objektive sind mit Vorsicht zu handhaben, da unerwünschte Artefakte entstehen können, wenn Objektive in verschiedenen Immersionsmedien verwendet werden. Es wird empfohlen, Mikroskope, die für die Immersion in Öl ausgelegt sind, nicht mit Wasser oder Glycerin zu verwenden. Verschiedene Unternehmen entwickeln Mikroskope, die mit mehreren Medien verwendet werden können. Es ist jedoch ratsam, den jeweiligen Hersteller zu konsultieren, um das am besten geeignete Medium zu bestimmen.
Abwägung zwischen numerischer Apertur und Vergrößerung
Die meisten Objektive mit einem Vergrößerungsbereich zwischen 60x und 100x sind für die Arbeit mit Immersionsöl ausgelegt. Theoretisch ist die höchste mit Immersionsöl erreichbare NA 1,51. In der Praxis liegt die höchste mit Immersionsöl erreichbare numerische Apertur jedoch bei 1,4, der gängigste Bereich liegt zwischen 1,0 und 1,35. Die numerische Apertur des Objektivs hängt auch von der Korrektur der optischen Aberration ab. Stark korrigierte Objektive haben in der Regel eine größere numerische Apertur. Die meisten Hersteller versuchen, ihre Objektive so weit wie möglich zu korrigieren, um die höchste NA zu erreichen.
Leistung
Die Bilder werden auf einen Detektor projiziert, z.B. auf die Netzhaut, einen elektronischen Sensor oder einen herkömmlichen Film. Um eine optimale Bildqualität zu erzielen, sollte die Auflösung des Detektors genau der Auflösung des Mikroskops entsprechen. Die Leistung des Mikroskops hängt vom Wellenlängenspektrum des verwendeten sichtbaren Lichts ab. Wenn das Mikroskop gut ausgerichtet ist und die Objektive auf den Substage-Kondensor abgestimmt sind, spielt die NA eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Auflösung. Die Vergrößerung hat keinen direkten Einfluss auf die Auflösung, nur NA und Wellenlänge sind relevante Faktoren.
Die Bedeutung der Auflösung
Die Auflösung des Objektivs ist der kleinste Abstand zwischen zwei Punkten eines Objekts, die als zwei getrennte Einheiten betrachtet werden können. Die Auflösung ist in gewisser Weise subjektiv: Bei starker Vergrößerung kann ein Bild unscharf erscheinen, auch wenn es die maximale Auflösung des Objektivs erreicht hat.
Auflösung und numerische Apertur
Die numerische Apertur bestimmt die Auflösung des Objektivs. Die Gesamtauflösung des Mikroskopsystems hängt auch von der NA des nachgeschalteten Kondensors ab. Je höher die NA des Gesamtsystems ist, desto besser ist die Auflösung. Um eine maximale Auflösung zu gewährleisten, muss das optische System des Mikroskops korrekt ausgerichtet sein.
Auflösungsvermögen
Um eine präzise Lichtkegelbildung und eine optimale Probenausleuchtung zu erreichen, muss der nachgeschaltete Kondensor auf das Objektiv abgestimmt sein. Die Auflösung des Mikroskops wird durch das Wellenlängenspektrum des verwendeten Lichts beeinflusst. Mit kürzeren Wellenlängen lassen sich feinere Details auflösen als mit längeren Wellenlängen, was die Klarheit und Genauigkeit der betrachteten Probe erhöht.
Auflösungsleistung eines Mikroskops
Das Auflösungsvermögen eines Mikroskops ist entscheidend. Es beeinflusst die Fähigkeit von Pathologinnen und Pathologen, die Details eines Präparats zu erkennen. Der wichtigste Faktor bei der Bestimmung der Auflösung ist die numerische Apertur des Objektivs. Die Auflösung hängt auch von der Art des Präparats, der Beleuchtungskohärenz, dem Grad der Aberrationskorrektur und anderen Faktoren wie kontraststeigernden Methoden im optischen System des Mikroskops oder im Präparat selbst ab. Die Auflösung steht in direktem Zusammenhang mit der Vergrößerung des Mikroskops und der Wahrnehmungsgrenze für Details einer Probe.
Fazit
Numerische Apertur (NA) und Auflösung sind der Schlüssel zur erfolgreichen Einstellung von Mikroskopen. Die NA, das Maß für die Fähigkeit des Mikroskops, Licht zu sammeln und Probendetails aufzulösen, bestimmt die Auflösung der Probe. Je höher die NA des Mikroskops ist, desto präziser ist das Ergebnis. Die Auflösung, der kleinste Abstand zwischen zwei Punkten eines Präparats, hängt von der numerischen Apertur ab. Je höher die numerische Apertur, desto besser die Auflösung. Um qualitativ hochwertige und genaue Ergebnisse zu erzielen, ist es wichtig, Ihr Gerät auf die höchste Auflösung zu optimieren. Diese Optimierung ist unerlässlich, um bei all Ihren Projekten die besten Ergebnisse zu erzielen.
