Transcript Optical part B - دانشگاه صنعتی اصفهان

‫دانشکده مهندس ی نساجی – دانشگاه صنعتی اصفهان‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
‫دکتر مصطفی یوسفی‬
‫قدرت تشخیص یا تفکیک میکروسکوپ‬
‫فاصله بین دو نقطه از نمونه که به صورت دو نقطه مجزا قابل مشاهده و‬
‫تشخیص باشند‪ .‬كوچكترين فاصله قابل تشخيص بین دو مرجع‪.‬‬
‫‪0.3m for a midspectrum l of 0.55m‬‬
‫قدرت تشخیص چشم انسان چقدر است؟‬
‫‪2‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫~ ‪dmin‬‬
‫تداخل دوائر ايري‬
‫‪Airy Rings‬‬
‫‪3‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪4‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫تداخل دو موج حاصل از دو منبع ذره اي‬
‫‪5‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫قدرت تشخیص یا تفکیک میکروسکوپ‬
‫‪‬‬
‫اختالف را بین دو پرتو عبور کرده از دو شکاف برابر‬
‫است با‪:‬‬
‫‪d sin i  d sin   l‬‬
‫‪‬‬
‫‪I‬‬
‫‪II‬‬
‫با فرض این که هر دو پرتو توسط شیئی جمع آوری‬
‫شوند‪ i =  ،‬و‪:‬‬
‫‪2 d sin   l‬‬
‫‪l‬‬
‫‪2 sin ‬‬
‫‪6‬‬
‫‪II‬‬
‫‪I‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪d min ‬‬
‫قدرت تشخیص یا تفکیک میکروسکوپ‬
‫‪‬‬
‫چون طول موج نور در یک محیط با ضریب شکست ‪ n‬برابر است با‪:‬‬
‫‪l‬‬
‫‪‬‬
‫بنابر این فرمول به صورت زیر در می آید‪:‬‬
‫‪n‬‬
‫‪ln ‬‬
‫‪l‬‬
‫‪2 n sin ‬‬
‫‪7‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪d min ‬‬
‫نمره دروازه ای ‪Numerical Aperture (NA) -‬‬
‫‪One half of A-A‬‬
‫‪‬‬
‫در واقع نمره دروازه ای عدس ی شیئی به صورت زیر تعریف می شود‪:‬‬
‫‪NA  n sin ‬‬
‫‪8‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫فرمول کلی قدرت تشخیص‪:‬‬
‫‪0 . 61 l‬‬
‫‪NA‬‬
‫‪9‬‬
‫‪‬‬
‫‪1 . 22 l‬‬
‫‪2 n sin ‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪d min ‬‬
Factors Affecting Resolution
:‫می شود) اگر‬d‫کمتر‬
min
l or n or 
A ir (n = 1 )
W a v e le n g th

( ‫قدرت تشخیص بهتر می شود‬
O il (n = 1 .5 1 5 )
Red
650 nm
0 .4 2
m
0 .2 8
m
Ye llo w
600 nm
0 .3 9
m
0 .2 5
m
G re e n
550 nm
0 .3 5
m
0 .2 3
m
B lu e
475 nm
0 .3 1
m
0 .2 0
m
V io le t
400 nm
0 .2 7
m
0 .1 7  m
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
10

‫‪NA>1‬‬
‫• شیئی های خشک‬
‫• شیئی های روغنی‬
‫‪NA<1‬‬
‫شيئي‬
‫شيئي‬
‫روغن‬
‫هوا‬
‫منبع نور‬
‫‪11‬‬
‫منبع نور‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪Immersion oil n=1.515‬‬
‫‪12‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪13‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫• با یک میکروسکوپ دارای شیئی با نمره دروازه ای ‪ 0.6‬و بزرگنمایی‬
‫‪ 60X‬و چشمی با بزرگنمایی ‪ 10X‬و نور با طول موج ‪λ=450nm‬‬
‫آیا می توان کانال وسط الیاف پنبه به ضخامت نیم میکرون را دید؟‬
‫‪14‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫بزرگنمایی مفید=نمره دروازه ای ×‪1000‬‬
‫بزرگنمایی توخالی‪ :‬بزرگنمایی که جزئیات بیشتری از تصویر آشکار نمی‬
‫شود‪.‬‬
‫‪15‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫• عمق میدان )‪(depth of field‬‬
‫‪nl‬‬
‫‪2‬‬
‫‪16‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪NA‬‬
‫‪h‬‬
•
This egg of the Icaricia lupini butterfly ("Lupine Blue"), was processed by Helicon Focus 3.10 from two
extended-depth-of-field stacks. The egg diameter is approximately 0.5 mm. The views shown here are
what you would see through a 100X microscope, except that with a 100X microscope you wouldn't get
stereo and you can't see the whole egg in focus at once.
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
17
‫‪18‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫• میدان دید )‪(field of view‬‬
‫‪S‬‬
‫‪S‬‬
‫‪M ‬‬
‫‪ O ‬‬
‫‪O‬‬
‫‪M‬‬
‫‪ M‬بزرگنمایی‬
‫‪ S‬اندازه تصویر‬
‫‪ O‬اندازه جسم یا در واقع میدان دید‬
‫(‪ S‬یا اندازه تصویر حقیقی ضریب میدان دید هم نامیده می شود و در بسیاری از میکروسکوپ ها ‪ 18‬میلی متر می‬
‫باشد‪).‬‬
‫• فاصله کاری ‪working distance‬‬
‫‪19‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪LENS ABERRATIONS‬‬
‫وجود خطاها باعث می شود عدس ي ها نتوانند تصوير خوبی‬
‫بسازند‪.‬‬
‫• انواع خطا هاي عدس ي ها‪:‬‬
‫• خطاي رنگي ‪chromatic aberration‬‬
‫• خطاي كرويت ‪spherical aberration‬‬
‫• خطاي کوما ‪coma‬‬
‫• خطاي آستیگماتیسم ‪astigmatism‬‬
‫• انحنای میدان ‪field curvature‬‬
‫• کجی ‪distortion‬‬
‫‪20‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫خطا های عدس ی ها ‪Optical Aberrations‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫خطای رنگی‪:‬‬
‫محوری ‪ : axial‬ضریب شکست نور آبی از نور سبز و‬
‫قرمز بیشتر است‪ .‬نور آبی در نقطه نزدیک تری به عدس ی‬
‫کانونی می شود‪.‬‬
‫جانبی ‪ lateral‬یا تفاوت در بزرگنمایی‪ :‬تصویر آبی‬
‫بزرگ تر از تصویر سبز و قرمز می باشد‪.‬‬
‫خطای رنگی ‪ chromatic aberration‬به این علت‬
‫است که ضریب شکست نور به فرکانس نور مرئی بستگی دارد‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪22‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫خاصیت پخش در شیشه های مختلف‬
‫خاصیت پخش‬
‫شیشه ‪crown‬‬
‫شیشه ‪flint‬‬
‫‪23‬‬
‫‪n‬‬
‫‪l‬‬
‫‪  60‬‬
‫‪  38‬‬
‫پخش نسبی متقابل‬
‫‪‬‬
‫‪dispersion‬‬
‫‪nd  1‬‬
‫‪n f  nc‬‬
‫‪ ‬‬
‫ضریب شکست خط ‪ D‬نور سدیم‪589.3nm -‬‬
‫‪nd‬‬
‫ضریب شکست حط ‪ C‬نور هیدروژن – ‪656.2nm‬‬
‫‪nc‬‬
‫ضریب شکست خط ‪ F‬نور هیدروژن – ‪486.1nm‬‬
‫‪n‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪f‬‬
‫روش اصالح خطای رنگی‬
‫•‬
‫‪24‬‬
‫عدس ی های مختلف محدب و مقعر و از جنس‬
‫شیشه های مختلف با هم ترکیب می شوند تا‬
‫خطای رنگی عدس ی مرکب حاصله در برخی طول‬
‫موج ها از بین برود و صفر شود‪.‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫خطا های عدس ی ها ‪Optical Aberrations‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫خطای کروی‪ :‬شکست نور در کناره های‬
‫عدس ی و مرکز عدس ی متفاوت است‪.‬‬
‫باعث می شود تصویر تار باشد‪.‬‬
‫خطای کروی ‪ spherical aberration‬به علت نقائص ی‬
‫در کروی بودن عدس ی هاست‪.‬‬
‫‪25‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
Optical Aberrations ‫خطا های عدس ی ها‬
‫آستیگماتیسم‬
‫ تصویر‬: Astigmatism
‫یک نقطه غیر واقع بر محور به‬
‫صورت یک دیسک و یا خطوط غیر‬
.‫شفاف ظاهر می شود‬

A
o
Astigmatism, field curvature and comatic
aberrations are easily corrected with proper
lens fabrication.
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
26
‫خطا های عدس ی ها ‪Optical Aberrations‬‬
‫‪ ‬انحنای میدان‪:‬‬
‫‪ Curvature of Field‬‬
‫–‬
‫‪ ‬تصویر به صورت خمیده تشکیل می‬
‫گردد‪ .‬در عکاس ی مشکل ایجاد می کند‪.‬‬
‫‪27‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
Optical Aberrations ‫خطا های عدس ی ها‬
Coma – ‫کما‬
‫ ولی‬.‫این خطا مشابه خطای کروی است‬
‫بیشتر در نقاط خارج از محور و نیز‬
‫هنگامی که میکروسکوپ تنظیم نباشد‬
.‫روی می دهد‬
Coma causes the image of a non-axial point to be reproduced as an elongated
comet shape, lying in a direction perpendicular to the optical axis.
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
28
‫خطا های عدس ی ها ‪Optical Aberrations‬‬
‫‪‬‬
‫‪29‬‬
‫کجی یا ‪ distortion‬باعث می شود که‬
‫تصویر جسم به شکل تغییر یافته دیده شود‪ .‬کجی‬
‫می تواند مثبت و یا منفی باشد‪.‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫انواع شيئي ها‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫بي رنگ‪( :achromat‬در ناحیه ‪500-630‬نانونتر خطای آن حذف شده است)‪.‬‬
‫شبه كامال بي رنگ ‪ semi- apochromats‬یا ‪( :flourites‬در ناحیه ‪ 450-650‬نانونتر خطای آن‬
‫حذف شده است)‪.‬‬
‫كامال بي رنگ ‪( :apochromat‬در ناحیه ‪ 420-720‬نانونتر خطای آن حذف شده است)‪.‬‬
‫میدان مسطح‪ :‬خطای انحنای میدان ندارد‪.‬‬
‫شیئی های میدان مسطح برای عکس برداری مناسب هستند‪.‬‬
‫‪30‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
Microscope Objectives
dmin = 0.61l/NA
Objective specifications
Anatomy of an objective
rical
ture
Objectives are the most important components of a
light microscope: image formation, magnification, the
quality of images and the resolution of the microscope
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
31
‫‪32‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪33‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪34‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫عدسيهاي جمع كننده ‪condensers‬‬
‫‪ABBE CONDENSER N.A>1.14‬‬
‫جسم‬
‫كندانسور آبه داراي يك سيستم‬
‫عدس ي و يك تابشبند در صفحه كانوني‬
‫پائيني است‬
‫تابشبند‬
‫‪35‬‬
‫منبع نود‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫‪36‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫روشهاي روشن سازي آزمونه‬
‫• كوهلر ‪KOHLER‬تصوير منبع ديده نميشود‬
‫• نلسوني ‪ -‬بحراني ‪ NELSONIAN, CRITICAL‬تصوير منبع ديده‬
‫ميشود‬
‫• پخش‪DIFFUSE‬‬
‫• زمينه تاريك‪DARK FIELD‬‬
‫• زمينه روشن‪BRIGHT FIELD‬‬
‫‪37‬‬
‫ساختمان فیزیکی الیاف ‪ -‬دکتر مصطفی یوسفی‬
‫جسم‬
‫جسم‬
Eyepiece ‫چشمی‬
(Diaphragm)
M=(L/fo)(25/fe)
Eyepieces (Oculars) work in combination with microscope
objectives to further magnify the intermediate image
‫ دکتر مصطفی یوسفی‬- ‫ساختمان فیزیکی الیاف‬
38