Cztery zasady optyczne mikroskopu
1. Załamanie i współczynnik załamania światła
Światło porusza się po linii prostej między dwoma punktami w jednorodnym ośrodku izotropowym. Podczas przechodzenia przez przezroczyste obiekty o różnych gęstościach dochodzi do załamania, które jest spowodowane różnymi prędkościami propagacji światła w różnych ośrodkach. Kiedy światło, które nie jest prostopadłe do powierzchni przezroczystego przedmiotu, wchodzi do przezroczystego przedmiotu (takiego jak szkło) z powietrza, światło zmienia kierunek na swojej granicy faz i tworzy kąt załamania z normalną.
2. Wydajność obiektywu
Soczewki są najbardziej podstawowymi elementami optycznymi składającymi się na układ optyczny mikroskopu. Elementy takie jak obiektywy, okulary i kondensory składają się z jednej lub wielu soczewek. Ze względu na kształty można je podzielić na dwie kategorie: soczewki wypukłe (soczewki dodatnie) i soczewki wklęsłe (soczewki ujemne). Kiedy wiązka światła równoległa do osi optycznej przechodzi przez soczewkę wypukłą i przecina się w punkcie, punkt ten nazywany jest „ogniskiem”, a płaszczyzna przechodząca przez punkt przecięcia i prostopadła do osi optycznej nazywana jest „ogniskiem samolot". Istnieją dwa punkty ogniskowe, punkt ogniskowy w przestrzeni obiektu nazywany jest „punktem ogniskowym obiektu”, a płaszczyzna ogniskowa nazywana jest „płaszczyzną ogniskową obiektu”; i odwrotnie, ognisko w przestrzeni obrazu nazywane jest „ogniskiem obrazu”. Płaszczyzna ogniskowa w jest nazywana „kwadratową płaszczyzną ogniskową obrazu”. Po przejściu przez soczewkę wklęsłą światło tworzy wyprostowany obraz wirtualny, podczas gdy soczewka wypukła tworzy wyprostowany obraz rzeczywisty. Prawdziwe obrazy mogą pojawiać się na ekranie, ale obrazy wirtualne nie.
3. Kluczowe czynniki wpływające na obrazowanie — aberracje
Ze względu na obiektywne uwarunkowania żaden układ optyczny nie jest w stanie wygenerować teoretycznie idealnego obrazu, a występowanie różnych aberracji wpływa na jakość obrazowania. Różne aberracje są pokrótce przedstawione poniżej.
1). Aberracja chromatyczna Aberracja chromatyczna jest poważną wadą obrazowania obiektywu, która występuje, gdy jako źródło światła stosuje się światło polichromatyczne, a światło monochromatyczne nie powoduje aberracji chromatycznej. Białe światło składa się z siedmiu rodzajów światła czerwonego, pomarańczowego, żółtego, zielonego, cyjanowego, niebieskiego i fioletowego. Długości fal różnych świateł są różne, więc współczynnik załamania światła podczas przechodzenia przez soczewkę jest również inny. W ten sposób punkt po stronie przedmiotu może utworzyć kolorową plamę po stronie obrazu. Główną funkcją układu optycznego jest achromatyzowanie.
Aberracja chromatyczna ogólnie obejmuje aberrację chromatyczną położenia i aberrację chromatyczną powiększenia. Pozycyjna aberracja chromatyczna sprawia, że obraz wydaje się rozmyty lub rozmyty w dowolnej pozycji. Aberracja chromatyczna w powiększeniu powoduje, że obraz ma kolorowe obwódki.
2). Aberracja sferyczna Aberracja sferyczna to aberracja monochromatyczna punktu na osi spowodowana sferyczną powierzchnią soczewki. Efektem aberracji sferycznej jest to, że po zobrazowaniu punktu nie jest on już jasnym punktem, ale jasnym punktem z jasnym brzegiem pośrodku, który stopniowo się rozmywa, co wpływa na jakość obrazu.
Korekcja aberracji sferycznej jest zwykle eliminowana przez kombinację soczewek. Ponieważ aberracja sferyczna soczewek wypukłych i wklęsłych jest przeciwna, można skleić ze sobą soczewki wypukłe i wklęsłe z różnych materiałów, aby je wyeliminować. W przypadku mikroskopów starego typu aberracja sferyczna soczewki obiektywu nie jest całkowicie korygowana i należy ją dopasować do odpowiedniego okularu kompensacyjnego, aby uzyskać efekt korekcji. Ogólnie rzecz biorąc, aberracja sferyczna nowych mikroskopów jest całkowicie eliminowana przez obiektyw.
3). Coma Coma to monochromatyczna aberracja punktu pozaosiowego. Gdy pozaosiowy punkt obiektu jest obrazowany wiązką o dużej aperturze, emitowane wiązki przechodzą przez soczewkę i nie przecinają się w jednym punkcie, wówczas obraz punktu świetlnego będzie miał kształt przecinka, który ma kształt jak kometa, dlatego nazywa się to „aberracją koma”.
4). Astygmatyzm to także punktowa aberracja monochromatyczna poza osią, która wpływa na ostrość. Gdy pole widzenia jest duże, punkt obiektu na brzegu znajduje się daleko od osi optycznej, a wiązka mocno się pochyla, powodując astygmatyzm po przejściu przez soczewkę. Astygmatyzm sprawia, że po zobrazowaniu pierwotny punkt obiektu staje się dwiema oddzielnymi i prostopadłymi krótkimi liniami, a po syntezie na idealnej płaszczyźnie obrazu powstaje plamka eliptyczna. Astygmatyzm jest eliminowany poprzez złożone kombinacje soczewek.
5). Krzywizna pola Krzywizna pola jest również znana jako „krzywizna pola”. Kiedy soczewka ma krzywiznę pola, punkt przecięcia całej wiązki nie pokrywa się z idealnym punktem obrazu. Chociaż wyraźny punkt obrazu można uzyskać w każdym określonym punkcie, cała płaszczyzna obrazu jest zakrzywioną powierzchnią. W ten sposób cała powierzchnia obrazu nie może być wyraźnie widoczna podczas inspekcji lustra, co utrudnia obserwację i wykonanie zdjęć. Dlatego cele mikroskopów badawczych są generalnie celami planowymi, które zostały skorygowane o krzywiznę pola.
6). Zniekształcenie Wszystkie wyżej wymienione aberracje, z wyjątkiem krzywizny pola, wpływają na ostrość obrazu. Zniekształcenie to inny rodzaj aberracji, w którym koncentryczność wiązki nie jest zagrożona. Dlatego ostrość obrazu nie ulega zmianie, ale obraz jest porównywany z oryginalnym obiektem, co powoduje zniekształcenie kształtu.
