Введение в основы световой микроскопии

Оптическая система микроскопа в основном состоит из четырех частей: линзы объектива, окуляра, отражателя и конденсора. В широком смысле это также источники освещения, оптические фильтры, покровные стекла и предметные стекла.

(1) Объектив

Объектив является важной деталью, определяющей производительность микроскопа, который установлен на преобразователе объектива и находится близко к наблюдаемому объекту, поэтому его называют линзой объектива или линзой объектива.

1. Классификация объективов

Линзы объективов можно разделить на сухие объективы и иммерсионные объективы в зависимости от различных условий использования; Среди них иммерсионный объектив можно разделить на водный иммерсионный объектив и масляный иммерсионный объектив (обычно используется увеличение в 90-100 раз).

В зависимости от различных увеличений, его можно разделить на объектив с низким увеличением (менее 10 крат), объектив со средним увеличением (около 20 крат) и объектив с большим увеличением (40-65 крат).

По коррекции аберраций он делится на ахроматический объектив (обычно используемый, объектив, который может корректировать хроматическую аберрацию двух цветов в спектре) и сложный хроматический объектив (объектив, который может корректировать хроматическую аберрацию трех цветов в спектре, что дорого и менее используется).

2. Основные параметры линзы объектива:

К основным параметрам объектива относятся: увеличение, числовая апертура и рабочая дистанция.

(1) Увеличение относится к отношению размера изображения, видимого глазом, к размеру соответствующего образца. Оно относится к отношению длины, а не к отношению к площади. Например, если увеличение составляет 100 ×, это означает, что длина образца равна 1 мкм, а длина увеличенного изображения равна 100 мкм, а если она рассчитана по площади, то увеличение равно 10 000 раз.

Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и окуляра.

(2) Числовая апертура, также известная как скорость зеркального рта, сокращенно NA или A, является основным параметром объектива и конденсора, который пропорционален разрешению микроскопа. Числовая апертура составляет 0,05-0,95 для сухого объектива и 1,25 для масляного иммерсионного объектива (кедрового).

(3) Рабочее расстояние относится к расстоянию от передней линзы объектива до верхней части покровного стекла образца, когда наблюдаемый образец является прозрачным. Рабочее расстояние объектива связано с фокусным расстоянием объектива, и чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше увеличение и тем больше его рабочее расстояние. Например, объектив с 10-кратным увеличением обозначен значениями 10/0.25 и 160/0.17, где 10 — увеличение объектива; 0,25 – числовая апертура; 160 – длина корпуса объектива (в мм); 0,17 – стандартная толщина (в мм) для покровных стекол. Эффективное рабочее расстояние объектива 10x составляет 6,5 мм, а эффективное рабочее расстояние объектива 40x — 0,48 мм.

3. Функция линзы объектива заключается в увеличении образца в первый раз, что является важной частью, определяющей производительность микроскопа — уровень разрешения.

Разрешающую способность также называют разрешающей способностью или разрешающей способностью. Величина разрешения выражается в виде расстояния разрешения (небольшого расстояния между двумя объектами, которое может быть разрешено). На фотопическом расстоянии (25 см) нормальный человеческий глаз может ясно видеть два объекта на расстоянии 0,073 мм, и это значение 0,073 мм является расстоянием разрешения нормального человеческого глаза. Чем меньше расстояние разрешения микроскопа, тем выше его разрешение, а значит, и его производительность лучше.

Разрешающая способность микроскопа определяется разрешающей способностью объектива, которая, в свою очередь, определяется его числовой апертурой и длиной волны освещаемого света.

При использовании метода нормального центрального освещения (метод фотопического освещения, позволяющий свету равномерно проходить через образец) разрешающее расстояние микроскопа составляет d=0,61λ/NA

где d — расстояние разрешения линзы объектива, в нм.

λ – длина волны светового освещения в нм.

NA – числовая апертура объектива

Например, числовая апертура масляного иммерсионного объектива равна 1,25, диапазон длин волн видимого света – 400-700 нм, а средняя длина волны принимается 550 нм, тогда d = 270 нм, что составляет примерно половину длины волны светового освещения. В общем случае предел разрешающей способности микроскопа, освещенного видимым светом, составляет 0,2 мкм.

(2) Окуляры

Поскольку он находится близко к глазу наблюдателя, его также называют окуляром. Установлен на верхнем торце корпуса объектива.

1. Строение окуляра

Обычно окуляр состоит из двух комплектов линз, верхняя линза называется линзой глаза, а нижняя линза называется сходящейся линзой или полевой линзой. Между верхней и нижней линзами или под зеркалом поля зрения находится диафрагма (ее размер определяет размер поля зрения), потому что экземпляр изображается точно на плоскости диафрагмы, и к этой диафрагме можно приклеить небольшой клочок волоска в качестве указателя для указания цели определенного объекта. На него также можно поместить микрометр окуляра для измерения размера наблюдаемого образца.

Чем короче длина окуляра, тем больше увеличение (потому что увеличение окуляра обратно пропорционально фокусному расстоянию окуляра).

2. Роль окуляра

Это делается для того, чтобы еще больше увеличить реальное изображение, увеличенное линзой объектива и четко различимое, чтобы его можно было легко различить человеческим глазом.

Увеличение обычно используемого окуляра составляет 5-16 раз.

3. Взаимосвязь между окуляром и объективом

Если тонкая структура, которая была четко разрешена линзой объектива, не может достичь размера, который человеческий глаз может различить без повторного увеличения окуляра, то она не будет ясно видна; Тем не менее, тонкие структуры, которые не могут быть разрешены линзой объектива, все еще не видны четко даже после увеличения мощного окуляра, поэтому окуляр может играть только увеличивающую роль и не улучшит разрешение микроскопа. Иногда, несмотря на то, что объектив может различить два объекта, которые находятся близко друг к другу, все равно невозможно четко видеть, потому что расстояние между двумя объектами меньше, чем расстояние разрешения глаза. Таким образом, окуляр и объектив являются как взаимными, так и взаимно ограничивающими.

(3) Конденсатор

Конденсатор также называют конденсатором. Расположен на держателе конденсатора под образцом. В основном он состоит из конденсатора и регулируемой диафрагмы. Среди них конденсоры можно разделить на светлопольные конденсаторные (обычная конфигурация микроскопа) и темнопольные конденсаторы.

1. Основные параметры светового зеркала

Числовая апертура (NA) является основным параметром конденсора, большая числовая апертура обычно составляет 1,2-1,4, числовая апертура имеет определенный переменный диапазон, обычно число, выгравированное на верхней рамке объектива, представляет собой число, представляющее большую числовую апертуру, путем регулировки степени открытия нижней переменной диафрагмы, можно получить множество различных числовых апертур ниже этого числа, чтобы удовлетворить потребности различных объективов. Некоторые конденсоры состоят из нескольких наборов линз, и группа линз в верхней части СУИ может быть удалена или удалена от оптического тракта, чтобы сделать числовую апертуру конденсора меньше, чтобы обеспечить освещение во время наблюдения с объективом малого увеличения.

2. Роль конденсатора

Конденсор действует как выпуклая линза, концентрируя свет для усиления освещенности образца. Как правило, фокусная точка конденсора спроектирована таким образом, чтобы она находилась примерно на 1,25 мм выше плоскости верхней линзы. (Основное внимание уделяется образцу, который необходимо наблюдать, а толщина предметного стекла составляет около 1,1 мм.)

3. Регулируемая диафрагма

Диафрагма, также называемая апертурой, расположена ниже конденсатора и состоит из более чем десятка металлических листов, с круглым отверстием в центре. Его функция заключается в регулировке интенсивности света и адаптации числовой апертуры конденсора к числовой апертуре объектива. Чем больше открывается переменная диафрагма, тем больше числовая апертура (после наблюдения диафрагма должна быть отрегулирована до Zui large).

Под диафрагмой также находится круглый держатель фильтра.

Примечание: В лаборатории средней школы конденсатором оснащен только микроскоп учителя (1600× или 1500 ×), а микроскоп ученика (640× или 500×) – вращающейся световой балкой. Плотно прикрепленная к сцене сцена, может быть сделан круглый вращающийся диск, вращающий световую планку (также известную как световой щит), световая планка имеет круглые отверстия разного размера, называемые апертурой. Диаметры 2, 3, 6, 12, 16 мм, вращайте вращающуюся световую полосу, каждое отверстие на световой полосе может быть совмещено со световым отверстием, а интенсивность света можно регулировать с помощью отверстий разных размеров.

(4) Отражатели

Отражатель представляет собой двустороннее зеркало, которое можно вращать по желанию, диаметром 50 мм, одна сторона плоская, а другая вогнутая, и его функция заключается в отражении света, поступающего с любого направления через световое отверстие. Плоские зеркала имеют более слабую способность отражать свет и используются, когда свет сильнее, в то время как вогнутые зеркала имеют более сильную способность отражать свет и используются, когда свет слабый.

Зеркало обычно представляет собой плоское зеркало с одной стороны и вогнутое зеркало с другой, которое монтируется под конденсатором и может вращаться как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

Функция зеркала заключается в том, чтобы свет, излучаемый источником света, или естественный свет направлялся на конденсор. При использовании конденсатора обычно используется плоское зеркало, а вогнутое зеркало используется, когда оно не используется; Используйте плоское зеркало, когда свет сильный, и вогнутое зеркало, когда он слабый.

Когда наблюдение закончено, зеркало следует расположить вертикально.

(5) Источники освещения

Освещение микроскопа может быть как естественным, так и искусственным

1. Естественный источник света

Свет исходит с неба, а зуй добро отражается в белых облаках. Не используйте прямые солнечные лучи.

2. Искусственный источник света

(1) Основные требования к искусственным источникам света: достаточная сила света; Источник света не должен выделять слишком много тепла.

(2) Обычно используемый искусственный источник света: лампа для микроскопа; лампа дневного света

(6) Фильтры

Устанавливается между источником света и конденсатором. Функция состоит в том, чтобы пропустить свет определенной полосы выбранной полосы и поглотить другой свет, то есть изменить спектральный состав света или ослабить интенсивность света. Существует две основные категории: фильтры и фильтры для жидкостей.

vii) Покровные стекла и предметные стекла

Поверхность покровного стекла и предметного стекла должна быть достаточно ровной, без пузырей и царапин. Хорошо использовать бесцветные, с хорошей прозрачностью, и перед использованием его следует помыть.

Стандартная толщина покровного стекла составляет 0,17±0,02 мм, и качество изображения будет снижено, если покровное стекло не используется или толщина покровного стекла не подходит.

Стандартная толщина предметного стекла составляет 1,1±0,04 мм, а общий полезный диапазон — 1-1,2 мм.