עקרונות הדמיה (הדמיה גיאומטרית) של מיקרוסקופיה אופטית

רק כאשר זווית הפתיחה של האובייקט לעין האנושית אינה פחותה מערך מסוים, העין הבלתי מזוינת יכולה להבחין בפרטים השונים שלה, הנקראת הרזולוציה החזותית ε. בתנאים הטובים ביותר, כלומר כשהתאורה של האובייקט היא 50~70lx והניגודיות שלו גדולה, היא יכולה להגיע ל-1'. לצורך התבוננות קלה, כמות זו גדלה בדרך כלל ל- 2', וזה נלקח כרזולוציית העינית הממוצעת.

גודל זווית הצפייה של אובייקט קשור לאורך האובייקט ולמרחק מהאובייקט לעין. יש את הנוסחה y=Lε

את המרחק L לא ניתן להקטין במיוחד, כי ליכולת האקומודציה של העיניים יש גבול מסוים, במיוחד כאשר העיניים פועלות קרוב לטווח הגבול של יכולת האקומודציה, הראייה תהיה עייפה ביותר. עבור התקן (מבט קדמי), מרחק הצפייה האופטימלי מצוין כ-250 מ"מ (מרחק צילום). משמעות הדבר היא שבתנאי שאין מכשיר, העין עם הרזולוציה החזותית ε=2' יכולה להבחין בבירור בין הפרטים של עצמים בגודל של 0.15 מ"מ.

בעת התבוננות בעצמים עם זווית צפייה קטנה מ-1', יש להשתמש במכשיר מגדיל. משקפי מגדלת ומיקרוסקופים משמשים כדי להתבונן בחפצים הממוקמים ליד הצופה שיש להגדיל אותם.

(1) עקרון הדמיה של זכוכית מגדלת

עדשה אופטית עשויה זכוכית או חומרים שקופים אחרים עם משטח מעוקל יכולה להגדיל ולתת תמונה של אובייקטים. דיאגרמת הנתיב האופטי מוצגת באיור 1. האובייקט AB שנמצא בתוך נקודת המוקד F של צד האובייקט, וגודלו הוא y, הופך לתמונה וירטואלית A'B' בגודל y' על ידי זכוכית המגדלת.

הגדלה של זכוכית מגדלת

Γ=250/f'

בנוסחה, 250--מרחק צילום, היחידה היא מ"מ

f'-- אורך המוקד של זכוכית המגדלת, במ"מ

ההגדלה מתייחסת ליחס בין זווית הצפייה של תמונת האובייקט הנצפית בזכוכית מגדלת לבין זווית הצפייה של האובייקט הנצפה ללא זכוכית מגדלת במרחק של 250 מ"מ.

(2) עקרון ההדמיה של המיקרוסקופ

למיקרוסקופ ולזכוכית מגדלת תפקיד זהה, כלומר להפוך חפץ קטן בסביבה לתמונה מוגדלת לעין האנושית. רק שלמיקרוסקופ יכולה להיות הגדלה גבוהה יותר מזכוכית מגדלת.

איור 2 הוא דיאגרמה סכמטית של אובייקט המצולם במיקרוסקופ. באיור, מטעמי נוחות, הן עדשת האובייקטיב L1 והן העינית L2 מיוצגות על ידי עדשה אחת. אובייקט AB ממוקם לפני עדשת האובייקט במרחק הגדול מאורך המוקד של עדשת האובייקט, אך פחות מפי שניים מאורך המוקד של עדשת האובייקט. לכן, לאחר שהוא עובר דרך עדשת האובייקטיב, הוא יצור בהכרח תמונה אמיתית מוגדלת הפוכה A'B'. A'B' ממוקם במוקד האובייקט F2 של העינית, או קרוב מאוד ל-F2. לאחר מכן הגדל אותו לתמונה וירטואלית A''B'' דרך העינית לצורך התבוננות בעין. המיקום של התמונה הווירטואלית A''B'' תלוי במרחק בין F2 ל-A'B', שיכול להיות באינסוף (כאשר A'B' נמצא על F2) או במרחק הצילום של הצופה (כאשר A'B ' נמצא מימין למוקד F2 באיור). העינית פועלת כמו זכוכית מגדלת. ההבדל הוא שמה שהעין רואה דרך העינית הוא לא האובייקט עצמו, אלא תמונת האובייקט שהוגדלה פעם אחת על ידי עדשת האובייקט.