用于光学显微镜的CCD分辨率

2022-11-04 14:54:18 浏览:171

前言

CCD的最终分辨率是光电二极管的数量及其相对于显微镜光学器件投射到芯片表面的图像的大小的函数。当尝试将显微镜光学分辨率与特定数码相机相匹配时,请使用此计算器确定必要的像素密度,以充分捕获来自显微镜的所有数据。

 
 
 

教程说明

要操作本教程,请首先使用物镜下拉菜单为感兴趣的物镜选择光学像差校正因子。接下来,从放大倍率下拉菜单中选择放大倍率/数值孔径组合。做出这些选择后,像素计算器将自动执行必要的计算,以达到CCD相机所需的像素数。此值将显示在粉红色数据框中,在教程窗口底部标记为“所需的最小像素数(百万)”。计算中使用的其他重要参数的中间值显示在位于下拉菜单和粉红色数据框之间的蓝灰色数据框中。

只有为每个可分辨单元制作至少两个样品,才能实现用显微镜光学元件成像的标本的足够分辨率,尽管许多研究人员更喜欢每个可分辨单元三个样品以确保足够的采样。在衍射受限的光学仪器中,例如显微镜,当使用数值孔径为1.4的物镜时,平均波长为550纳米的光学分辨率的阿贝极限为0.22微米。在这种情况下,11 x 11微米的传感器尺寸刚好足以匹配光学和电子分辨率,首选7 x 7微米的传感器尺寸。虽然CCD中的小型传感器提高了空间分辨率,但它们也限制了设备的动态范围。

以下基于580纳米平均照明波长的计算被用来制作这个交互式教程。假设显微镜物镜在数值孔径值为0.95时具有40倍放大系数(平面复消色差高干物镜)。

用于光学显微镜的CCD分辨率

在物镜和聚光镜的数值孔径匹配且等于0.95值并使用580纳米(0.58微米)作为平均波长的系统中,解决方案变为:

用于光学显微镜的CCD分辨率

投射到CCD探测器表面的图像尺寸等于光学分辨率乘以物镜放大倍率:

用于光学显微镜的CCD分辨率

这些计算中使用的物镜是数值孔径为0.95的40倍平场复消色差。因此,投影到CCD表面的图像尺寸为:

用于光学显微镜的CCD分辨率

为了将投影到CCD表面(0.01221毫米)的图像尺寸转换为每毫米的线对,我们取投影尺寸的倒数:

用于光学显微镜的CCD分辨率

每毫米线对可以通过将此数量乘以垂直CCD尺寸(在本例中为6.4毫米)乘以2倍来转换为等效的电视线:

TV Lines = LP/mm x Vertical CCD Dimension x 2 = 81.90 x 6.4 x 2 = 1048.3

CCD最大分辨率现在可以通过将电视线的数量乘以CCD纵横比(本例为5/4或1.25)来计算。

CCD Maximum Resolution = TV Lines x Aspect Ratio = 1048.3 x 1.25 = 1310.3

最后,可以通过将电视线数乘以CCD最大分辨率来计算与显微镜光学分辨率相匹配所需的最小像素数。

Minimum Pixels Required = TV Lines x CCD Maximum Resolution = 1.4 million

从上述一系列计算来看,对于数值孔径为0.95、照明波长为580纳米的40倍平场复消色差物镜,从显微镜获取最大光学数据所需的像素数为140万。该值与显微镜制造商目前提供或作为售后市场附加产品提供的许多数码相机的分辨率功能一致。

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