현미경 배율을 계산하는 방법?

2022-06-01

현미경 배율을 계산하는 방법?

이 기사에서는 현미경으로 볼 수 있는 물체가 얼마나 작은지 살펴보겠습니다. 당신이 보는 물체를 얼마나 확대할 수 있습니까?

길이 단위

먼저 가장 일반적으로 사용되는 길이 단위를 기억해 보겠습니다.
1km=1000m, 미터
1m=1000mm, 밀리미터
1mm=1000um, 마이크로미터
1um = 1000nm, 나모미터
1nm = 1000pm, 피코미터

공통 개체 크기
그런 다음 몇 가지 일반적인 작은 개체를 살펴보겠습니다. 평균 크기는 일반적으로 다음과 같습니다.

세포
인간의 세포는 일반적으로 직경이 20-30um이고 적혈구는 직경이 6-9um이며 편평 세포는 두께가 1.5-2.5미크론입니다. 백혈구는 직경 7~20um의 구형입니다. 혈소판은 400x 광학 현미경으로 볼 수 있는 직경 1-4um, 두께 약 1um의 원반입니다.

박테리아
대부분의 박테리아는 직경이 0.5~5μm이며 1000x 배율에서 광학 현미경으로 볼 수 있습니다.

바이러스
바이러스의 직경은 대부분 10~300nm 사이로 일반 광학현미경으로는 관찰하기 어려우며, 암시야 현미경으로는 일부 외관을 관찰할 수 있다. 관찰하려면 전자 현미경이 필요합니다.

원자
원자 직경이 0.1nm 미만으로 전자현미경으로만 볼 수 있습니다.

일반적인 해결 방법
인간의 눈, 광학현미경, 전자현미경이 서로 다른 크기의 물체를 관찰할 수 있는 이유는 무엇입니까? 그 한계에 따라 다름해결:

인간의 눈
인간의 눈의 해상도는 0.2mm=200um이고 최소 해상도는 0.073mm=73um입니다.

광학 현미경
광학현미경의 분해능은 0.4~0.2um 마이크로미터 = 400~200nm 나노미터입니다. 다음과 같은 몇 가지 범주로 나뉩니다.

• 명시야 현미경 해상도 0.4um,

• 형광현미경 자외선대역 분해능 0.2um

• 암시야 현미경은 0.02-0.004um의 매우 작은 물체를 볼 수 있습니다.

전자 현미경
전자 현미경 분해능은 0.0045um~0.001um, 즉 4.5nm~1nm에 도달할 수 있습니다. (예: A63.7062 4.5nm,A63.70811nm)

해상도란 무엇입니까?

해상도는 인접한 두 물체 점 사이의 최소 거리를 구별하는 능력을 말하며, 이를 해상도 거리라고 합니다. 일반적으로 분해능 거리가 작을수록 분해능이 높아집니다. 일반 규정: 25cm의 사진 거리에서 검사 대상물의 미세 구조의 가장 작은 간격을 명확하게 구별하는 현미경이나 사람의 눈의 능력을 해상도라고 합니다.

광학현미경의 해상도 한계 문제는 1873년 독일의 물리학자 아베에 의해 해결되었습니다. 광학현미경에 사용되는 접안렌즈와 대물렌즈는 사실 볼록렌즈입니다. 빛이 볼록 렌즈를 통과할 때 에어리 디스크가 생성됩니다. 우리가 현미경을 통해 보는 점은 실제로 광점입니다. 관찰할 두 지점이 멀리 떨어져 있어도 여전히 그 차이를 알 수 있습니다. 그러나 이 두 점이 매우 매우 가깝고 너무 가까워서 생성하는 두 Airy 디스크가 겹치면 두 점인지 여부를 알 수 없으며 그룹의 흐림만 볼 수 있습니다. 따라서 Airy 디스크의 크기는 실제로 현미경의 해상도 한계를 결정합니다. 광학현미경의 분해능 공식은 다음과 같다.
δ=0.61λ/(nSinα)
δ: 분해능 λ: 파장 n: 굴절률 α: 조리개 각도

단순 변환 후 이 공식은 대략 1/2 λ와 같으며, 이는 파장의 절반이 실제로 광학 현미경의 해상도 한계임을 의미합니다. 이후 세대는 그것을 "아바 한계"로 정의했습니다. 가시광선 중 가장 짧은 파장인 보라색 빛은 약 400nm이므로 아베 한계는 약 200nm입니다. 즉, 두 점 사이의 거리가 200나노미터 미만이면 광학현미경의 해상도 한계인 광학현미경으로 두 점을 구별할 수 없다.

배율 계산

현미경의 배율을 계산하는 공식은 매우 간단합니다.

총 배율 = 광학 배율 x 디지털 배율

광학 배율

광학 배율은 현미경의 광학 경로에서 광학 이미징과 관련된 모든 광학 요소의 배율의 곱을 말합니다. 일반적으로 접안렌즈, 대물렌즈, C-마운트, 중간줌 바디, 추가 대물렌즈, 추가 접안렌즈 등이 포함됩니다. 다음과 같이 계산됩니다.
광학 배율 = 접안렌즈 x 대물렌즈 x C 마운트 x 미디어 렌즈

예를 들어, 현미경A33.5121, 접안렌즈 10x, 대물렌즈 4x, 10x, 40x, 100x, 삼안 C-마운트 0.3x,

1. 광학 배율양안 접안렌즈로 관찰, 10x (4x~100x)=40x~1000x.

2. 삼안관을 통해 관찰한 광학 배율, 0.3x(4x~100x) =1.2x~30x.

디지털 확대

디지털 배율은 디지털 카메라 센서의 촬상 칩에 의해 포착된 이미지가 LCD 디스플레이에 출력된 후 얻어지는 배율을 의미한다. 계산식은 다음과 같습니다.
디지털 배율 = LCD 대각선 크기 / 디지털 카메라 센서 대각선 크기

예를 들어, 디지털 현미경A33.5121, 디지털 카메라 1/2.75" CMOS 칩의 대각선 크기는16mmx 1/2.75"=5.81mm, 7" LCD 화면의 대각선 크기는 25.4mm x 7"=177.8mm이므로 디지털 배율은 177.8mm/5.81mm=30.6x입니다.

그러면 전체 배율을 계산할 수 있습니다.A33.5121as: 광학(1.2x~30x) x 디지털 30.6x=총 36.72x~918x

주목:

CMOS 칩의 대각선 길이 계산은 카메라 업계의 일반적인 사양이 1인치 CCD 크기 = 길이 12.8mm × 너비 9.6mm = 대각선의 해당 영역이 16mm이기 때문에 약간 특별합니다. SENSOR는 단순 길이 변환 단위인 1인치 = 25.4mm가 아니라 크기를 계산합니다.1인치 = 16mm. 다음 표를 참조하여 다양한 칩 크기에 해당하는 대각선 길이를 빠르게 찾을 수 있습니다.

시야 직경

또한 디지털 카메라로 촬영한 영상을 현미경 접안렌즈로 관찰한 시야에 최대한 가깝게 만들기 위해서는 디지털 카메라 센서의 크기에 따라 배율이 다른 C-마운트를 선택해야 한다. 위의 표에는 다양한 배율의 C-Mount로 구성해야 하는 다양한 칩 크기의 디지털 카메라도 나와 있습니다.

시야 직경 = 접안 렌즈 시야 / 배율

광학현미경에서 구성된 접안렌즈가 WF10x/22mm인 경우, 즉 화각수는 22mm이고 40배 대물렌즈를 사용할 때 실제 화각은 22mm/40x=0.55mm이다.

디지털 현미경에서 적절한 C-Mount를 선택하고 CCD 센서의 전체 시야를 볼 수 있다면 계산 방법은 비슷해야 합니다. 예를 들어, CCD 칩의 크기는 8mm이고 0.5x C 마운트, 100x 대물 렌즈, 실제 시야는 8mm/0.5x/100x=0.16mm입니다.

배율 계산의 예

M13.5850

접안렌즈 PL10x/25mm, Objective BD DIC Semi-APO 5x10x20x50x100x, C-Mount 0.5x, 디지털 카메라 20M, 1" CMOS, 24" LCD 모니터 장착 시
접안렌즈 관찰 총 배율 = 10 x (5x~100x)=50x~1000x
삼안 디지털 총 배율 = 0.5x (5x~100x) x (24"x25.4mm/1"x16mm)=95.25x~1905x

A36.5102

접안렌즈 WF10x, 대물렌즈 0.7x~4.5x, C-마운트 0.35x, 디지털 카메라 2.0M,
접안렌즈 관찰 총 배율 = 10 x (0.7x~4.5x)=7x~45x
삼안 디지털 총 배율 = 0.35x (0.7x~4.5x) x (7"x25.4mm / 1/3"x16mm)=8.17x~52.5x

A36.3601

접안렌즈 없음, 줌 렌즈0.7x~4.5x, 0.45x 줌 렌즈 내장, 디지털 카메라 5.0M 1/3" CMOS, 11.6" LCD
LCD 총 배율=0.45x (0.7x~4.5x) x (11.6"x25.4mm / 1/3"x16mm)=17.2x~110.5x

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