Увод у главне области примене оптичког микроскопа
Оптички микроскоп је древно и младо научно средство. Има историју дугу 300 година од свог рођења. Оптички микроскоп има широк спектар употреба. На пример, у биологији, хемији, физици, астрономији итд., она је неодвојива од микроскопа у неком научно-истраживачком раду.
Према различитим сврхама примене, микроскопи се могу грубо класификовати у четири категорије: биолошки микроскопи, металографски микроскопи, стерео микроскопи и поларизациони микроскопи. Као што назив говори, биолошки микроскопи се углавном користе у биомедицини, а објекти посматрања су углавном провидна или провидна микротела; металографски микроскопи се углавном користе за посматрање површине непрозирних објеката, као што су металографска структура и површински дефекти материјала; док стереоскопски микроскопи увећавају микро-објекте, они такође праве објекте и слике у истом правцу у односу на људско око и имају осећај дубине, што је у складу са конвенционалним визуелним навикама људи; поларизациони микроскопи користе карактеристике преноса или рефлексије различитих материјала за поларизовану светлост да би разликовали различите компоненте микро-објеката. Поред тога, неки посебни типови се такође могу поделити. На пример, обрнути биолошки микроскоп или микроскоп за културу је биолошки микроскоп који се углавном користи за посматрање културе кроз дно посуде за културу; флуоресцентни микроскоп користи карактеристике одређених супстанци да апсорбује светлост одређене краће таласне дужине и емитује светлост одређене дуже таласне дужине како би открио постојање ових супстанци и одредио њихов садржај; упоредни микроскоп може формирати супротстављене или суперпониране слике два објекта у истом видном пољу како би упоредио сличности и разлике између два објекта.
Традиционални оптички микроскопи се углавном састоје од оптичких система и њихових носећих механичких структура. Оптички системи укључују сочива објектива, окуларе и кондензаторска сочива, а све су то компликоване лупе направљене од различитих оптичких стакала. Сочиво објектива увећава узорак, а његово увећање Мобјецт се одређује следећом формулом: Мобјецт =Δ∕ф'објецт, где је ф'објецт жижна даљина сочива објектива, а Δ се може схватити као растојање између сочива објектива и окулара. Окулар поново увећава слику коју формира сочиво објектива, формирајући виртуелну слику на 250 мм испред људског ока за посматрање. Ово је најудобнији положај за посматрање за већину људи. Увећање окулара М=250/ф' ока, где је ф' жижна даљина окулара. Укупно увећање микроскопа је производ сочива објектива и окулара, односно М=М објекат*М око=Δ*250/ф' око *ф; објекат. Види се да ће смањење жижне даљине сочива објектива и окулара повећати укупно увећање, што је кључно да се микроскопом виде бактерије и други микроорганизми, а уједно је и разлика између њега и обичне лупе.
Дакле, да ли је замисливо да се ф' објекат ф' мрежа смањи без ограничења, тако да се повећа увећање, тако да можемо да видимо суптилније објекте? Одговор је не! То је зато што је светлост која се користи за снимање у суштини врста електромагнетног таласа, тако да ће се појаве дифракције и интерференције неизбежно појавити током процеса ширења, баш као што таласи на површини воде који се могу видети у свакодневном животу могу да се крећу када наиђу на препреке , а две колоне водених таласа могу да ојачају или ослабе једна другу када се сретну. Када светлосни талас који емитује светлећи објекат у облику тачке уђе у сочиво објектива, оквир сочива објектива омета ширење светлости, што доводи до дифракције и интерференције. Након проласка кроз сочиво објектива, он више не може да се скупи у једној тачки, већ формира светлосну тачку одређене величине, а на периферији постоји низ светлосних прстенова слабог интензитета који постепено слаби. Централну светлу тачку називамо Аири диск. Када су две тачке које емитују светлост близу одређене удаљености, две светлосне тачке ће се преклапати све док се не могу препознати као две светлосне тачке. Рејли је предложио стандард просуђивања, мислећи да када је растојање између центара две светлосне тачке једнако полупречнику Еријевог диска, две светлосне тачке се могу разликовати. Након израчунавања, растојање између две тачке које емитују светлост у овом тренутку је е=0.61 Ин/н.синА=0.61 Ин/НА У формули, Ин је таласна дужина светлосног таласа, а таласна дужина светлосног таласа коју људско око може да прими је око 0.4-0.7ум, а н је индекс преламања средине у којој се налази тачка која емитује светлост. На пример, у ваздуху, н≈1 , у води, н≈1,33, а А је половина угла отварања луминисцентне тачке према оквиру сочива објектива, а НА се назива нумерички отвор сочива објектива. Из горње формуле се може видети да је растојање између две тачке које сочиво објектива може разликовати ограничено таласном дужином светлости и нумеричким отвором. Пошто је таласна дужина најосетљивијег људског ока око 0.5ум, а угао А не може да пређе 90 степени, синА је увек мањи од 1. Максимални индекс преламања доступног емитовања светлости медијум је око 1,5, тако да је вредност е увек већа од 0.2ум, што је минимално гранично растојање које може да се разреши оптичким микроскопом. Увећајте слику кроз микроскоп. Ако желите да увећате растојање тачке објекта е које може да разреши сочиво објектива са одређеном НА вредношћу довољном да је разреши људско око, потребан вам је Ме већи од или једнак 0.15 мм, где је { {29}}.15 мм је минимално растојање између два микро-објекта које људско око може да разликује на 250мм испред ваших очију, тако да је М веће или једнако (0,15∕0,61)НА ≈500Н.А. Довољно је удвостручити увећање, односно 500Н.А Мање или једнако М Мање или једнако 1000Н.А, што је разуман изборни опсег укупног увећања микроскопа. Колико год да је велико укупно увећање, оно је бесмислено, јер је нумерички отвор сочива објектива ограничио минимално разрешиво растојање, а повећањем увећања немогуће је разликовати мање детаље објекта.
Контраст слике је још једно кључно питање у оптичким микроскопима. Такозвани контраст се односи на црно-бели контраст или разлику у боји између суседних делова на површини слике. Људском оку је тешко да процени разлику у осветљености испод 0.02, али је мало осетљивије на разлику у боји. Неки микроскопски објекти, као што су биолошки узорци, имају врло малу разлику у осветљености између детаља, а грешке у дизајну и производњи оптичког система микроскопа додатно смањују контраст слике и отежавају разликовање. У овом тренутку, детаљи објекта се не могу јасно видети.
Током година, људи су напорно радили на побољшању резолуције и контраста слике микроскопа. Уз континуирано унапређење рачунарске технологије и алата, теорија и методе оптичког пројектовања су такође континуирано унапређивани. Заједно са побољшањем перформанси сировог материјала, сталним побољшањем технологије и метода детекције, и иновацијом метода посматрања, квалитет слике оптичког микроскопа се приближио савршенству границе дифракције. Људи ће користити бојење узорака, тамно поље, фазни контраст, флуоресценцију, интерференцију и поларизовано светло. Инструменти за снимање су се појављивали један за другим, и имају супериорне перформансе у неким аспектима, али још увек не могу да се такмиче са оптичким микроскопима у погледу јефтиности, погодности, интуиције, а посебно погодни за истраживање живих организама. Оптички микроскопи и даље чврсто заузимају своје позиције. С друге стране, у комбинацији са ласером, компјутером, новом технологијом материјала и информатичком технологијом, древни оптички микроскоп подмлађује и показује енергичну виталност. Дигитални микроскопи, ласерски конфокални скенирајући микроскопи, микроскопи за скенирање блиског поља, двофотонски микроскопи и инструменти са разним новим функцијама или који се могу прилагодити разним новим условима окружења појављују се у бескрајном току, што додатно проширује поље примене оптичких микроскопа, као примери. Како су узбудљиве микроскопске слике стенских формација које су отпремљене са ровера на Марс! Можемо у потпуности да верујемо да ће оптички микроскоп користити човечанству са ажурираним ставом.
