Tradiční světelný mikroskop se skládá z několika částí
Tradiční optické mikroskopy se skládají převážně z optických systémů a jejich podpůrných mechanických struktur. Optické systémy zahrnují čočky objektivů, okuláry a kondenzorové čočky, což jsou všechno složité lupy vyrobené z různých optických skel. Čočka objektivu zvětšuje obraz preparátu a jeho zvětšení M objektu je určeno následujícím vzorcem: M objekt=Δ∕f' objekt , kde f' objekt je ohnisková vzdálenost čočky objektivu a Δ lze chápat jako vzdálenost mezi čočkou objektivu a okulárem. Okulár znovu zvětší obraz vytvořený čočkou objektivu a vytvoří virtuální obraz ve vzdálenosti 250 mm před lidským okem pro pozorování. Toto je nejpohodlnější pozorovací pozice pro většinu lidí. Zvětšení okuláru M oko=250/f' oko, f' oko je ohnisková vzdálenost okuláru. Celkové zvětšení mikroskopu je součinem čočky objektivu a okuláru, tedy M=M objekt*M oko=Δ*250/f' oko *f; objekt. Je vidět, že zmenšením ohniskové vzdálenosti objektivu a okuláru se zvýší celkové zvětšení, které je klíčem k vidění bakterií a jiných mikroorganismů mikroskopem a je to také rozdíl mezi ním a běžnými lupami.
Je tedy možné bez omezení zmenšit síť f' objektu f', aby se zvětšilo zvětšení, abychom mohli vidět jemnější objekty? Odpověď je ne! Je to proto, že světlo používané pro zobrazování je v podstatě druh elektromagnetické vlny, takže během procesu šíření nevyhnutelně dojde k difrakčním a interferenčním jevům, stejně jako vlnění na vodní hladině, které lze vidět v každodenním životě, když narazíte na překážky. , a dva sloupce vodních vln se mohou navzájem posílit, když se setkají, nebo zeslabit stejné. Když světelná vlna vyzařovaná ze světelného objektu bodového tvaru vstoupí do čočky objektivu, rám čočky objektivu brání šíření světla, což má za následek difrakci a interferenci. Existuje řada světelných prstenců se slabou a postupně slábnoucí intenzitou. Centrální světlý bod nazýváme Airyho disk. Když jsou dva body vyzařující světlo blízko určité vzdálenosti, budou se tyto dva světelné body překrývat, dokud je nelze potvrdit jako dva světelné body. Rayleigh navrhl úsudkový standard a myslel si, že když je vzdálenost mezi středy dvou světelných bodů rovna poloměru Airyho disku, lze tyto dvě světelné skvrny rozlišit. Po výpočtu je vzdálenost mezi dvěma body vyzařujícími světlo v tomto okamžiku e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, kde I je vlnová délka světla, vlnová délka světlo, které může lidské oko přijmout, je asi 0.4-0.7um a n je index lomu média, kde se nachází bod vyzařování světla, např. ve vzduchu, n ≈1, ve vodě, n≈1,33 a A je polovina úhlu otevření bodu vyzařujícího světlo k rámu čočky objektivu a NA se nazývá numerická apertura čočky objektivu. Z výše uvedeného vzorce je patrné, že vzdálenost mezi dvěma body, které lze rozlišit čočkou objektivu, je omezena vlnovou délkou světla a numerickou aperturou. Protože vlnová délka nejostřejšího vidění lidského oka je asi 0,5 um a úhel A nemůže překročit 90 stupňů, je sinA vždy menší než 1. Maximální index lomu dostupného světlopropustné médium je asi 1,5, takže hodnota e je vždy větší než 0.2um, což je minimální limitní vzdálenost, kterou optický mikroskop dokáže rozlišit. Zvětšete obraz pomocí mikroskopu, pokud chcete zvětšit vzdálenost bodu objektu e, kterou lze rozlišit čočkou objektivu s určitou hodnotou NA dostačující na to, aby byla rozlišena lidským okem, potřebujete Me Větší než nebo rovno {{26 }}.15mm, kde {{30}}}.15mm je experimentální hodnota lidského oka Minimální vzdálenost mezi dvěma mikroobjekty, které lze rozlišit ve vzdálenosti 250 mm před očima, takže M Větší než nebo rovno (0,15∕0,61 palce) NA≈500N.A, aby pozorování nebylo příliš pracné, stačí zdvojnásobit M, tedy 500N. A Menší nebo rovno M Menší nebo rovno 1000 N.A je rozumný výběrový rozsah celkového zvětšení mikroskopu. Bez ohledu na to, jak velké je celkové zvětšení, je to nesmyslné, protože numerická apertura čočky objektivu omezila minimální rozlišitelnou vzdálenost a zvýšením zvětšení nelze více rozlišit. Malé předměty jsou detailně provedeny.
Zobrazovací kontrast je dalším klíčovým problémem optických mikroskopů. Takzvaný kontrast označuje černobílý kontrast nebo barevný rozdíl mezi sousedními částmi na povrchu obrazu. Pro lidské oko je obtížné posoudit rozdíl jasu pod 0,02. je trochu citlivější. U některých objektů pozorování mikroskopem, jako jsou biologické vzorky, je rozdíl v jasu mezi detaily velmi malý a chyby návrhu a výroby optického systému mikroskopu dále snižují kontrast zobrazení a znesnadňují rozlišení. V tomto okamžiku nelze jasně vidět detaily objektu, ne proto, že celkové zvětšení je příliš malé, ani numerická apertura čočky objektivu není příliš malá, ale proto, že kontrast roviny obrazu je příliš nízký.
V průběhu let lidé tvrdě pracovali na zlepšení rozlišení a zobrazovacího kontrastu mikroskopu. S neustálým rozvojem výpočetní techniky a nástrojů se neustále zdokonalují i teorie a metody optického designu. Ve spojení se zlepšováním výkonnosti surovin, procesů a neustálým zlepšováním detekčních metod a inovací metod pozorování se kvalita zobrazení optického mikroskopu přiblížila dokonalosti difrakčního limitu. Lidé budou používat barvení vzorků, tmavé pole, fázový kontrast, fluorescenci, interferenci, polarizaci a další pozorovací techniky k výrobě optického mikroskopu, který se může přizpůsobit výzkumu všech druhů vzorků. Přestože elektronové mikroskopy, ultrazvukové mikroskopy a další zvětšovací zobrazovací přístroje vycházejí v posledních letech postupně a mají v některých ohledech lepší výkon, stále nejsou dostupné z hlediska levnosti, pohodlí, intuice a zvláště vhodné pro výzkum živých organismů. Soupeř se světelným mikroskopem, který se stále pevně drží. Na druhé straně v kombinaci s laserem, počítačem, novými materiálovými technologiemi a informačními technologiemi starý optický mikroskop omlazuje a ukazuje energickou vitalitu. Digitální mikroskop, laserový konfokální skenovací mikroskop, skenovací mikroskop v blízkém poli, dvoufotonový mikroskop a V nekonečném proudu vznikají různé nové funkce nebo přístroje, které se mohou přizpůsobit různým novým podmínkám prostředí, což dále rozšiřuje aplikační pole optických mikroskopů. Jak vzrušující jsou mikroskopické snímky skalních útvarů nahrané z Mars roverů! Můžeme plně věřit, že optický mikroskop prospěje lidstvu s aktualizovaným přístupem.
