材料组织结构的表征 —光学显微镜 Lamg Numerical Aperture NA=n.sin() (a)a=7°NA=0.12 (b)C=20°NA=0.34 (c)a=60°NA=0.87 Light Cone (a) (c)
材料组织结构的表征 —光学显微镜
Rayleigh Limit 景深 0.612 (0.15~0.30)n 理论 ·分辨率 横向△ro= 纵向D ，二 nsina nsinaM 。 衬度 I(s)-1(b) Contrast ≥0.02 I(b 明场 Microscope 暗场 OM 仪器 相位衬度 偏振光 "2eg 200m 微分干涉 激光共聚焦 制备 金相试样 好样品是成功的一半
• 理论 • 分辨率 • 衬 度 • 仪器 • 制备 • 明场 • 暗场 • 相位衬度 • 偏振光 • 微分干涉 • 激光共聚焦 • 金相试样 好样品是成功的一半 0.02 ( ) ( ) ( ) I b I s I b Contrast 横向Δ𝑟0 = 0.612𝜆 𝑛𝑠𝑖𝑛𝛼 纵向𝐷𝑓 = ሺ0.15~0.30)𝑛 𝑛𝑠𝑖𝑛𝛼𝑀 Rayleigh Limit 景深 OM
透镜成像理论 透镜清晰成像的关键 ·分辨率 ·衬度 透镜成像 透镜的分辨率极限 (区分两个相邻点的能力) 人裸眼的能力 0.612 ~0.2mm@ 25 槽 Ro △ro- cm M nsina Eyepiece 强度、频率/波长/ nsinat.数值孔径 颜色 (numerical aperture,NA) X 相位、偏振性 昝 2、 (0.15~0.30)n (N.A.)M (um) 光学显微镜：拓展人 眼可视范围 景深(Depth of field) Resolution of naked eye 可分辨的衬度极限 Effective magnification= I(s)-I(b) √增大△I Resolution of microscope Contrast= ≥0.02 ≈1333× I(b √降低背景
透镜成像理论 • 分辨率 • 衬 度 透镜成像 透镜清晰成像的关键 25 cm 人裸眼的能力 ~0.2 mm @ 25 cm 强度、频率/波长/ 颜色 X 相位、偏振性 光学显微镜：拓展人 眼可视范围 透镜的分辨率极限 nsin: 数值孔径 (numerical aperture, NA) （区分两个相邻点的能力） 横 向 纵 向 景深(Depth of field) 0.02 ( ) ( ) ( ) I b I s I b Contrast 可分辨的衬度极限 增大ΔI 降低 I背景
透镜成像理论 → ·分辨率 透镜清晰成像的关键 ·衬度 透镜成像系统 光路中的共轭面 Image formation in a reflected light microscope 临界照明 科勒照明 Similar to transmission source optical microscope. ④Retina ④Retina ④Iris diaphragm ot eye Different arrangement of components Condense Eyepiece Eyepiece aperture an ③Intermedi ③Intermediate Field atop of image Half-silvered =③Back focal Oojective len8 plane of B ②Object pia Stage ②Object plane Stage oblective Q Condenser lens Object Final ②Front focal plane of F月st condenser Image Objective aperture and lens ①Field stop diaphragm 物镜 Lamp ①Lamp filament 物镜是核心部件 两套共轭像平面合二为一 分离了两套共轭像平面 光源的像平面 光源的像平面 样品的像平面 样品的像平面
透镜成像理论 • 分辨率 • 衬 度 透镜成像系统 透镜清晰成像的关键 物镜 物镜是核心部件 分离了两套共轭像平面 光源的像平面 样品的像平面 临界照明 科勒照明 光路中的共轭面 两套共轭像平面合二为一 光源的像平面 样品的像平面
透镜成像理论→ ·分辨率 透镜清晰成像的关键 ·衬度 >透镜成像系统 光路中的光阑 博弈 光学缺陷：像差(aberration) 孔径光阑 孔径光阑 (有效NA) 分辨率 Axial Chromatic Aberration 艾利斑尺寸 影响分辨率 衬度 在轴像差 色差 球差 和衬度 孔径光阑 “专业性调节” 离轴像差 慧差 象散 视域光阑 畸变 场曲 畸变 视域光阑 分辨率 影响衬度 视域大小 不影响分辨率 衬度
透镜成像理论 • 分辨率 • 衬 度 透镜成像系统 透镜清晰成像的关键 光学缺陷：像差(aberration) 在轴像差 离轴像差 畸变 色差 球差 慧差 象散 场曲 畸变 光路中的光阑 孔径光阑 (有效NA) 视域光阑 艾利斑尺寸 影响分辨率 和衬度 影响衬度， 不影响分辨率 孔径光阑 分辨率 衬度 博弈 孔径光阑 “专业性调节” 视域光阑 分辨率 视域大小 衬度