Mikroskopia optyczna - Wyjaśnienie właściwości soczewek optycznych i dyfrakcji światła widzialnego
Od czasu mikroskopu ludzie widzieli maleńkie organizmy i komórki, których nigdy wcześniej nie widziano. Szkło powiększające rozwinęło się od najbardziej podstawowej pojedynczej soczewki do mikroskopu złożonego o złożonej strukturze. Po ponad 100 latach ciągłych badań i ulepszeń struktura obecnego mikroskopu optycznego jest stosunkowo kompletna, a rozdzielczość jest w zasadzie zbliżona do wartości teoretycznej. Dlatego jest szeroko stosowany w medycynie, biologii, różnych badaniach naukowych, nauczaniu i produkcji, takich jak materiały.
1. Charakterystyka soczewki optycznej
1. Załamanie światła W jednorodnym ośrodku izotropowym światło rozchodzi się po linii prostej między dwoma punktami. Podczas przechodzenia przez przezroczyste obiekty o różnych gęstościach dochodzi do załamania. Wynika to z faktu, że światło porusza się z różnymi prędkościami w różnych ośrodkach. Kiedy promienie światła, które nie są prostopadłe do powierzchni przezroczystego obiektu (na przykład z powietrza) wpadają do przezroczystego przedmiotu (takiego jak szkło), światło zmieni kierunek na granicy faz i utworzy kąt załamania z normalną.
2. Działanie soczewki szklanej Soczewka jest najbardziej podstawowym i najważniejszym elementem optycznym układu optycznego mikroskopu. Obiektywy, okulary i kondensory składają się z jednej lub wielu soczewek. Ze względu na kształty można je podzielić na trzy kategorie: soczewki wypukłe, zwierciadła płaskie i soczewki wklęsłe. Najczęściej stosowanymi kombinacjami są soczewki wypukłe i soczewki wklęsłe. Kiedy wiązka płaskiego światła przechodzi przez soczewkę wypukłą, zbiega się i przecina w jednym punkcie, który nazywa się „ogniskiem”. Płaszczyzna przechodząca przez ognisko i prostopadła do osi optycznej nazywana jest „płaszczyzną ogniskową”. Istnieją dwa punkty ogniskowe, punkt ogniskowy w przestrzeni obiektu nazywany jest „punktem ogniskowym obiektu”, a płaszczyzna ogniskowa nazywana jest „płaszczyzną ogniskową obiektu”; odwrotnie, ognisko w przestrzeni obrazu nazywane jest „punktem ogniskowania obrazu”. Płaszczyzna ogniskowa w jest nazywana „kwadratową płaszczyzną ogniskową obrazu”. Kiedy światło przechodzi przez wklęsłą soczewkę, tworzy pionowy wirtualny obraz; kiedy przechodzi przez soczewkę wypukłą, tworzy odwrócony obraz rzeczywisty. Prawdziwe obrazy mogą pojawiać się na ekranie, podczas gdy obrazy wirtualne nie.
3. Kluczowy czynnik wpływający na obrazowanie – aberracja Ze względu na obiektywne warunki każdy układ optyczny może tworzyć teoretycznie idealny obraz, jednak istnienie różnych różnic fazowych wpływa na jakość obrazowania.
2. Dyfrakcja światła widzialnego
Mała apertura w instrumencie optycznym jest odpowiednikiem małego okrągłego otworu, przez który przechodzi światło. Ponieważ intensywność peryferyjnego jasnego pierścienia jest stosunkowo niska, na ogół trudno jest go rozróżnić i zidentyfikować gołym okiem, a widać tylko centralną jasną plamę. Kluczem jest zmniejszenie długości fali źródła oświetlenia. Dlatego w przypadku dwóch małych punktów obiektu, które są bardzo blisko siebie, odpowiednie dwa punkty Airy będą się nakładać, a nawet obrazy dwóch punktów obiektu nie będą mogły być rozróżnione. Można zauważyć, że rozdzielczość przyrządów optycznych jest ograniczona ze względu na dyfrakcję światła.
