Vier optische Prinzipien des Mikroskops
1. Brechung und Brechungsindex
Licht bewegt sich geradlinig zwischen zwei Punkten in einem homogenen isotropen Medium. Beim Durchgang durch transparente Objekte unterschiedlicher Dichte kommt es zur Brechung, die durch die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Lichts in verschiedenen Medien verursacht wird. Wenn Licht, das nicht senkrecht zur Oberfläche des transparenten Objekts steht, aus der Luft in das transparente Objekt (z. B. Glas) eindringt, ändert das Licht an seiner Grenzfläche die Richtung und bildet mit der Normalen einen Brechungswinkel.
2. Objektivleistung
Linsen sind die grundlegendsten optischen Komponenten, aus denen das optische System des Mikroskops besteht. Komponenten wie Objektive, Okulare und Kondensoren bestehen aus einzelnen oder mehreren Linsen. Aufgrund ihrer Form lassen sie sich in zwei Kategorien einteilen: konvexe Linsen (positive Linsen) und konkave Linsen (negative Linsen). Wenn ein Lichtstrahl parallel zur optischen Achse durch eine konvexe Linse geht und sich in einem Punkt schneidet, wird dieser Punkt als „Fokuspunkt“ bezeichnet, und die Ebene, die durch den Schnittpunkt und senkrecht zur optischen Achse verläuft, wird als „Brennpunkt“ bezeichnet Ebene". Es gibt zwei Brennpunkte, der Brennpunkt im Objektraum wird „Objektbrennpunkt“ genannt und die Brennebene dort wird „Objektbrennebene“ genannt; umgekehrt wird der Brennpunkt im Bildraum als „Bildbrennpunkt“ bezeichnet. Die Brennebene wird als „quadratische Bild-Brennebene“ bezeichnet. Nachdem Licht eine konkave Linse passiert hat, erzeugt es ein aufgerichtetes virtuelles Bild, während eine konvexe Linse ein aufgerichtetes reales Bild erzeugt. Auf dem Bildschirm können reale Bilder erscheinen, virtuelle Bilder jedoch nicht.
3. Schlüsselfaktoren, die die Bildgebung beeinflussen – Aberrationen
Aufgrund objektiver Bedingungen kann kein optisches System ein theoretisch ideales Bild erzeugen, und das Vorhandensein verschiedener Aberrationen beeinträchtigt die Abbildungsqualität. Die verschiedenen Aberrationen werden im Folgenden kurz vorgestellt.
1). Chromatische Aberration Chromatische Aberration ist ein schwerwiegender Fehler in der Linsenabbildung, der auftritt, wenn polychromatisches Licht als Lichtquelle verwendet wird und monochromatisches Licht keine chromatische Aberration erzeugt. Weißes Licht besteht aus sieben Arten von Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Blau und Lila. Die Wellenlängen verschiedener Lichter sind unterschiedlich, daher ist auch der Brechungsindex beim Durchgang durch die Linse unterschiedlich. Auf diese Weise kann ein Punkt auf der Objektseite einen Farbfleck auf der Bildseite bilden. Die Hauptfunktion des optischen Systems besteht in der Achromatisierung.
Die chromatische Aberration umfasst im Allgemeinen die chromatische Aberration der Position und die chromatische Aberration der Vergrößerung. Durch die chromatische Lageabweichung erscheint das Bild an jeder Position unscharf oder unscharf. Durch die chromatische Aberration bei der Vergrößerung weist das Bild farbige Ränder auf.
2). Sphärische Aberration Die sphärische Aberration ist die monochromatische Aberration des auf der Achse liegenden Punktes aufgrund der sphärischen Oberfläche der Linse. Das Ergebnis der sphärischen Aberration ist, dass ein Punkt nach der Abbildung kein heller Fleck mehr ist, sondern ein heller Fleck mit einem hellen Rand in der Mitte, der allmählich unscharf wird, was sich auf die Bildqualität auswirkt.
Die Korrektur der sphärischen Aberration wird normalerweise durch die Linsenkombination eliminiert. Da die sphärische Aberration von konvexen und konkaven Linsen entgegengesetzt ist, können konvexe und konkave Linsen aus unterschiedlichen Materialien zusammengeklebt werden, um sie zu beseitigen. Bei Mikroskopen alter Art wird die sphärische Aberration der Objektivlinse nicht vollständig korrigiert und sollte mit dem entsprechenden Kompensationsokular abgestimmt werden, um den Korrektureffekt zu erzielen. Im Allgemeinen wird die sphärische Aberration neuer Mikroskope durch die Objektivlinse vollständig eliminiert.
3). Koma Koma ist eine monochromatische Aberration eines außeraxialen Punktes. Wenn ein außeraxialer Objektpunkt durch einen Strahl mit großer Apertur abgebildet wird und die emittierten Strahlen durch die Linse gehen und sich nicht an einem Punkt schneiden, hat das Bild eines Lichtpunkts die Form eines Kommas, das geformt ist wie ein Komet, daher wird es „Koma-Aberration“ genannt.
4). Astigmatismus ist auch eine punktuelle monochromatische Aberration außerhalb der Achse, die sich auf die Schärfe auswirkt. Wenn das Sichtfeld groß ist, ist der Objektpunkt am Rand weit von der optischen Achse entfernt und der Strahl neigt sich stark, was nach dem Durchgang durch die Linse zu Astigmatismus führt. Durch Astigmatismus wird der ursprüngliche Objektpunkt nach der Abbildung zu zwei getrennten und senkrechten kurzen Linien, und nach der Synthese auf der idealen Bildebene entsteht ein elliptischer Fleck. Astigmatismus wird durch komplexe Linsenkombinationen beseitigt.
5). Feldkrümmung Die Feldkrümmung wird auch als „Feldkrümmung“ bezeichnet. Wenn das Objektiv eine Bildfeldkrümmung aufweist, fällt der Schnittpunkt des gesamten Strahls nicht mit dem idealen Bildpunkt zusammen. Obwohl an jedem einzelnen Punkt ein klarer Bildpunkt erhalten werden kann, ist die gesamte Bildebene eine gekrümmte Oberfläche. Dadurch ist bei der Spiegelinspektion nicht die gesamte Bildfläche klar erkennbar, was das Beobachten und Fotografieren erschwert. Daher handelt es sich bei den Objektiven von Forschungsmikroskopen in der Regel um Planobjektive, die hinsichtlich der Feldkrümmung korrigiert wurden.
6). Verzerrung Alle oben genannten Arten von Aberrationen, mit Ausnahme der Bildfeldkrümmung, beeinflussen die Schärfe des Bildes. Verzerrung ist eine weitere Art von Aberration, bei der die Konzentrizität des Strahls nicht beeinträchtigt wird. Daher wird die Schärfe des Bildes nicht beeinträchtigt, aber das Bild wird mit dem Originalobjekt verglichen, was zu Formverzerrungen führt.
