מיקרוסקופ אור מסורתי מורכב מכמה חלקים
מיקרוסקופים אופטיים מסורתיים מורכבים בעיקר ממערכות אופטיות ומהמבנים המכניים התומכים שלהן. המערכות האופטיות כוללות עדשות אובייקטיביות, עיניות ועדשות מעבה, כולן משקפי הגדלה מסובכים העשויים משקפיים אופטיות שונות. עדשת האובייקטיבית מגדילה את תמונת הדגימה, וההגדלה שלה M אובייקט נקבעת על ידי הנוסחה הבאה: M אובייקט=Δ∕f' אובייקט , כאשר אובייקט f' הוא אורך המוקד של עדשת האובייקטיב, ו-Δ ניתן להבין את המרחק בין עדשת האובייקטיב לעינית. העינית מגדילה שוב את התמונה שנוצרת על ידי עדשת האובייקטיב, ויוצרת תמונה וירטואלית ב-250 מ"מ מול העין האנושית לצורך התבוננות. זוהי עמדת התצפית הנוחה ביותר עבור רוב האנשים. ההגדלה של העינית M eye=250/f' eye, f' eye היא אורך המוקד של העינית. ההגדלה הכוללת של המיקרוסקופ היא המכפלה של עדשת האובייקטיב והעינית, כלומר M=M אובייקט*M eye=Δ*250/f' eye *f; לְהִתְנַגֵד. ניתן לראות שהקטנת אורך המוקד של עדשת האובייקט והעינית תגדיל את ההגדלה הכוללת, שהיא המפתח לראיית חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים עם מיקרוסקופ, וזה גם ההבדל בינה לבין משקפי מגדלת רגילים.
אז האם ניתן להעלות על הדעת לצמצם את רשת f' object f' ללא הגבלה, כדי להגדיל את ההגדלה, כדי שנוכל לראות עצמים עדינים יותר? התשובה היא לא! הסיבה לכך היא שהאור המשמש להדמיה הוא בעצם סוג של גל אלקטרומגנטי, ולכן תופעות של עקיפה והפרעות יתרחשו בהכרח במהלך תהליך ההתפשטות, בדיוק כמו שהגלים על פני המים שניתן לראות בחיי היומיום יכולים להסתובב כאשר נתקלים במכשולים. , ושני עמודים של גלי מים יכולים לחזק זה את זה כאשר הם נפגשים או להחליש אותו הדבר. כאשר גל האור הנפלט מעצם זוהר בצורת נקודה נכנס לעדשת האובייקטיב, המסגרת של עדשת האובייקט מעכבת את התפשטות האור, וכתוצאה מכך יש עקיפה והפרעות. ישנה סדרה של טבעות אור בעוצמה חלשה ונחלשת בהדרגה. אנו קוראים לנקודת האור המרכזית כמו הדיסק האוורירי. כאשר שתי נקודות פולטות אור קרובות למרחק מסוים, שני כתמי האור יהיו חופפים עד שלא ניתן לאשרם כשני כתמי אור. ריילי הציע תקן שיפוט, מתוך מחשבה שכאשר המרחק בין המרכזים של שני כתמי האור שווה לרדיוס של הדיסק האוורירי, ניתן להבחין בין שני כתמי האור. לאחר החישוב, המרחק בין שתי נקודות פולטות האור בזמן זה הוא e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, כאשר I הוא אורך הגל של האור, אורך הגל של אור שיכול להתקבל על ידי העין האנושית הוא בערך 0.4-0.7um, ו-n הוא מקדם השבירה של המדיום שבו נמצאת נקודת פולטת האור, כגון באוויר, n ≈1, במים, n≈1.33, ו-A הוא מחצית מזווית הפתיחה של נקודת פולטת האור למסגרת של עדשת האובייקט, ו-NA נקרא הצמצם המספרי של עדשת האובייקט. ניתן לראות מהנוסחה לעיל שהמרחק בין שתי נקודות שניתן להבחין בהן על ידי עדשת האובייקטיב מוגבל על ידי אורך הגל של האור והצמצם המספרי. מכיוון שאורך הגל של הראייה החריפה ביותר של העין האנושית הוא בערך 0.5um, והזווית A אינה יכולה לעלות על 90 מעלות, sinA תמיד קטן מ-1. מקדם השבירה המרבי של הזמינות המדיום המעביר אור הוא בערך 1.5, כך שהערך e תמיד גדול מ-0.2um, שהוא המרחק הגבול המינימלי שהמיקרוסקופ האופטי יכול להבחין בו. הגדל את התמונה דרך מיקרוסקופ, אם אתה רוצה להגדיל את מרחק נקודת האובייקט e שניתן להסדיר על ידי עדשת האובייקט עם ערך NA מסוים מספיק כדי להיפתר על ידי העין האנושית, אתה צריך Me Greater מ או שווה ל-{{26 }}.15 מ"מ, כאשר {{30}}.15 מ"מ הוא הערך הניסיוני של העין האנושית המרחק המינימלי בין שני מיקרו-אובייקטים שניתן להבחין ב-250 מ"מ מול העיניים, כך ש- M גדול מ או שווה ל-(0.15∕0.61 אינץ') NA≈500N.A, כדי שהצפייה לא תהיה עמלנית מדי, מספיק להכפיל את ה-M, כלומר 500N. A פחות או שווה ל-M פחות או שווה ל-1000N.A הוא טווח בחירה סביר של ההגדלה הכוללת של המיקרוסקופ. לא משנה כמה גדולה ההגדלה הכוללת, היא חסרת משמעות, מכיוון שהצמצם המספרי של עדשת האובייקט הגביל את המרחק המינימלי שניתן לפתור, ואי אפשר להבחין יותר על ידי הגדלת ההגדלה. חפצים קטנים מפורטים.
ניגודיות הדמיה היא נושא מפתח נוסף של מיקרוסקופים אופטיים. מה שנקרא ניגודיות מתייחס לניגודיות השחור-לבן או הפרש הצבעים בין חלקים סמוכים על פני התמונה. לעין האנושית קשה לשפוט את הפרש הבהירות מתחת ל-0.02. הוא קצת יותר רגיש. עבור כמה חפצי תצפית במיקרוסקופ, כגון דגימות ביולוגיות, הבדל הבהירות בין הפרטים קטן מאוד, ושגיאות התכנון והייצור של המערכת האופטית המיקרוסקופית מפחיתות עוד יותר את ניגודיות ההדמיה ומקשות על ההבחנה. בשלב זה, לא ניתן לראות בבירור את פרטי האובייקט, לא בגלל שההגדלה הכוללת נמוכה מדי, וגם הצמצם המספרי של עדשת האובייקט אינו קטן מדי, אלא בגלל שהניגודיות של מישור התמונה נמוכה מדי.
במהלך השנים, אנשים עבדו קשה כדי לשפר את הרזולוציה וניגודיות ההדמיה של המיקרוסקופ. עם התקדמות מתמדת של טכנולוגיית המחשב והכלים, התיאוריה והשיטות של עיצוב אופטי משתפרים גם הם ללא הרף. יחד עם שיפור הביצועים של חומרי הגלם, התהליך והשיפור המתמיד של שיטות הזיהוי והחדשנות של שיטות התצפית גרמו לכך שאיכות ההדמיה של המיקרוסקופ האופטי קרובה לשלמות של גבול הדיפרקציה. אנשים ישתמשו בצביעה של דגימות, שדה כהה, ניגודיות פאזה, הקרינה, הפרעות, קיטוב וטכניקות תצפית אחרות כדי ליצור את המיקרוסקופ האופטי. הוא יכול להתאים למחקר של כל מיני דגימות. למרות שמיקרוסקופים אלקטרוניים, מיקרוסקופים על-קוליים ומכשירי הדמיה מגדילים אחרים יצאו ברצף בשנים האחרונות, ויש להם ביצועים מעולים בהיבטים מסוימים, הם עדיין לא זמינים מבחינת זולות, נוחות, אינטואיציה, ומתאימים במיוחד למחקר על אורגניזמים חיים. מתחרה למיקרוסקופ האור, שעדיין מחזיק מעמד בחוזקה. מצד שני, בשילוב עם לייזר, מחשב, טכנולוגיית חומר חדשה וטכנולוגיית מידע, המיקרוסקופ האופטי העתיק מתחדש ומגלה חיוניות נמרצת. מיקרוסקופ דיגיטלי, מיקרוסקופ סריקה קונפוקאלי בלייזר, מיקרוסקופ סריקה לשדה קרוב, מיקרוסקופ שני פוטונים ומגוון פונקציות או מכשירים חדשים שיכולים להסתגל לתנאי סביבה חדשים שונים מופיעים בזרם אינסופי, מה שמרחיב עוד יותר את תחום היישום של מיקרוסקופים אופטיים. כמה מרגשות הן התמונות המיקרוסקופיות של תצורות סלע שהועלו מהרוברים של מאדים! אנו יכולים להאמין לחלוטין שהמיקרוסקופ האופטי יועיל לאנושות עם גישה מעודכנת.
