Risoluzione vista con la teoria di Abbe Lente

Risoluzione vista con la teoria di Abbe • Lente obiettivo con grande NA (+diaframmi e illuminazione “intelligenti”) perché raccolgo il massimo possibile di angoli di diffrazione Corollario: è inutile ingrandire oltre il limite consentito da NA. Se non aumento il numero di spot di diffrazione raccolti, ingrandisco solo i dischi di airy • Lunghezza d’onda piccola perché a parità di periodicità l’angolo di diffrazione si riduce (a parità di lente me ne entra un numero maggiore) Mic. Eliminando zone di diffrazione in modo “intelligente” si possono ottenere effetti di contrasto utili (contrasto di fase, campo scuro, …)

Piani coniugati di formazione immagine Piani coniugati di illuminazione Sorgente collettore ß BFP collettore Apertura di campo (fissa nel M. E. ) FFP condensatore Apertura condensatore (aperture diaphragm in m. o. ) condensatore Variazione NA Risoluzione/contrasto/profondità obiettivo ß Oggetto Eliminazione luce diffusa Contrasto Selezione area (M. E. ) BFP obiettivo Apertura obiettivo Oculare ß Immagine Apertura oculare (fissa nel M. O. eventuale reticolo) (proiettore) Uscita oculare (proiettore) occhio (camera) Retina (lastra, CCD, …)

In riflessione (epi-illuminazione) l’obiettivo fa anche da condensatore. L’apertura del condensatore (aperture diaphragm) è posta prima di quella di campo in un piano coniugato per non influire sull’apertura dell’obiettivo rispetto alla luce riflessa. Aperture diaphragm

Microscopio elettronico in trasmissione (TEM) Limitare le aberrazioni Apertura del condensatore Aumentare il contrasto Apertura dell’obiettivo Selezionare riflessi diffrazione Selezionare zone campione Apertura dell’“oculare” (area selector) Il microscopio elettronico “in riflessione”, detto a scansione (SEM), ha la sola apertura del condensatore

Microscopio Ottico Illuminazione con sorgente a fuoco (“critica” o di Nelson) Sorgente estesa focalizzata dal condensatore sul piano del campione (non c’è un collettore) • Problema ad avere una sorgente estesa e uniforme Illuminazione di Köhler Sorgente non uniforme focalizzata dal collettore nel FFP del condensatore. Nel piano del campione, l’immagine dell’apertura di campo funge da sorgente uniforme secondaria _____ Microscopio Elettronico Illuminazione parallela Illuminazione convergente Illuminazione di Köhler

Condensatore Importanza di accoppiare correttamente NA del condensatore con NA dell’obiettivo Il cono di luce proveniente dal condensatore deve riempire tra il 70% e il 90% dell’apertura della lente obiettivo (compromesso tra contrasto e risoluzione)

Aberrazioni delle lenti Lente ideale Punto oggetto 2 PO 2 Punto immagine 1 PI 1 Lente aberrata 1 1 PI 2 PI 1

Aberrazioni delle lenti • • • Cromatica Sferica Coma Astigmatismo Curvatura di campo Distorsione (a barile o a cuscino)

Cromatica M. O. n varia con λ (dispersione) M. E. dispersione in energia elettroni (sorgente + campione)

Correzione M. O. combinazione di lenti (apocromatiche) M. E. sorgente stabile; effetto del campione non correggibile

Acromatici: accoppiamento di due tipo di vetro 1) Vetro crown: n basso & bassa dispersione (n varia lentamente con λ) 2) vetro flint: n alto & alta dispersione (n varia più velocemente con λ) Apocromatici Vetri con dispersione non lineare Messa a fuoco fino a 4 diverse λ

Sferica M. O. correggibile M. E. non correggibile diaframmi (l’ultima recente novità dei m. e. è il correttore di aberrazione sferica, che è ancora un accessorio “sperimentale” e poco diffuso)

Piani focali e aberrazione sferica Senza aberrazione Con aberrazione Disco di Airy Asimmetrico Simmetrico Disco di minima confusione

M. O. correzione aberrazione sferica In trasmissione problema delle diverse profondità (spessore vetrini, oggetti nel campione stesso) Pian o focale parassiale Over-corrected Under-corrected Combinando una lente piano-concava con una convessa è possibile correggere l’aberrazione sferica

Coma

Astigmatismo

Astigmatismo – effetto sull’immagine Correzione M. O. precisione costruzione lente M. E. Lenti correttrici (stigmatori)

Curvatura di campo

Distorsioni Cuscino Barile