Optische Prinzipien und Leistung von Mikroskopen
Das herkömmliche optische Mikroskop besteht aus einem optischen System und einer mechanischen Struktur, die es trägt. Das optische System umfasst eine Objektivlinse, ein Okular und eine Kondensorlinse, allesamt komplexe Vergrößerungslinsen aus verschiedenen Arten von optischem Glas. Die Objektivlinse vergrößert das Bild der Probe, ihre Vergrößerung M-Auge ergibt sich aus der folgenden Formel: M-Auge=Δ ∕ f-Auge, wobei f-Auge die Brennweite der Objektivlinse ist und Δ als Abstand zwischen der Objektivlinse und dem Okular verstanden werden kann. Das Okular vergrößert das Bild der Objektivlinse noch einmal zu einem imaginären Bild vor einer Person in einem Abstand von 250 mm zur menschlichen Beobachtung, was der Beobachtungsposition der meisten Menschen entspricht. Die Vergrößerung des Okulars ist M-Auge=250/f-Auge, wobei f-Auge die Brennweite des Okulars ist. Die Gesamtvergrößerung des Mikroskops ist das Produkt aus Objektiv und Okular, also M=M Objekt * M Okular=Δ * 250∕f'Auge * f;Objekt. Es ist ersichtlich, dass die Reduzierung der Brennweite von Objektiv und Okular die Gesamtvergrößerung erhöht, was der Schlüssel zum Erkennen von ** und anderen Mikroorganismen unter dem Mikroskop ist, aber auch der Unterschied zu einer gewöhnlichen Lupe.
Ist es also denkbar, die f'-Objektiv-f'-Okular-Fläche unbegrenzt zu verkleinern, um die Vergrößerung zu erhöhen, damit wir feinere Objekte sehen können? Die Antwort ist nein! Dies liegt daran, dass das zur Abbildung verwendete Licht von Natur aus eine Art elektromagnetische Welle ist und daher bei der Ausbreitung unvermeidlich Beugungs- und Interferenzphänomene erzeugt, so wie die täglich sichtbaren Wellen auf der Wasseroberfläche beim Auftreffen auf Hindernisse abgerundet werden können und sich die beiden Wasserwellensäulen gegenseitig verstärken oder abschwächen können. Wenn die Lichtwellen von einem punktförmigen Licht emittierenden Objekt auf die Objektivlinse treffen, behindert der Rand der Objektivlinse die Ausbreitung des Lichts, Beugung und Interferenz. Nach der Objektivlinse kann es nicht mehr in einem Punkt gesammelt werden, sondern es bildet sich ein Punkt einer bestimmten Größe, und es gibt auch eine Reihe von Intensitäten am Rand des schwachen und allmählich abnehmenden Lichthofs. Wir nennen den hellen Punkt in der Mitte einen Avery-Punkt. Wenn sich zwei Licht emittierende Punkte in einer bestimmten Entfernung nähern, überlappen sich die beiden Punkte, bis sie sich nicht mehr voneinander unterscheiden lassen. Riley schlug ein Kriterium vor: Wenn der Abstand der beiden Punktmitten gleich dem Radius des Airy-Punkts ist, können die beiden Punkte unterschieden werden. Er berechnete, dass der Abstand zwischen den beiden Lichtemittierungspunkten e=0.61 in ∕n.sinA=0.61 in ∕NA ist. Dabei ist die Wellenlänge der Lichtwelle, die das menschliche Auge Lichtwellen mit einer Wellenlänge von etwa 0.4-0.7 µm empfangen kann, n ist der Brechungsindex des Mediums, in dem sich der Lichtemittierungspunkt befindet, und der Brechungsindex des Mediums, in dem sich der Lichtemittierungspunkt befindet, z. B. in Luft n ≈ 1, in Wasser n ≈ 1,33 und A ist der halbe Blendenwinkel des Lichtemittierungspunkts des Objektivs. NA wird als numerische Apertur der Objektivlinse bezeichnet. Aus der obigen Formel lässt sich schließen, dass die Objektivlinse die Entfernung zwischen zwei Punkten anhand der Wellenlänge des Lichts und der numerischen Apertur des menschlichen Auges unterscheiden kann. Da die scharfe Wellenlänge des menschlichen Auges etwa 0,5 µm beträgt und der Winkel A nicht mehr als 90 Grad beträgt, ist sinA stets kleiner als 1. Der Brechungsindex des verfügbaren lichtdurchlässigen Mediums beträgt etwa 1,5, sodass der E-Wert stets größer als 0,2 µm ist. Dadurch kann das optische Mikroskop die kleinste Entfernungsgrenze unterscheiden. Wenn Sie bei der Mikroskopvergrößerungsabbildung einen bestimmten NA-Wert der Objektivlinse erreichen möchten, der den Abstand der Objektpunkte e so vergrößert, dass er vom menschlichen Auge unterschieden werden kann, müssen Sie Me größer oder gleich 0.15 mm wählen, wobei 0.15 mm für das experimentelle menschliche Auge zwischen zwei Mikroobjekten unterscheiden kann, die in einem Abstand von 250 mm vor dem Auge angeordnet sind. Der Abstand zwischen den * ist klein, also M größer oder gleich (0,15 ∕ 0,61) NA ≈ 500N.A, um die Beobachtung zu ermöglichen. Um die Beobachtung nicht zu mühsam zu machen, reicht es aus, M zu verdoppeln, d. h. 500N.A kleiner oder gleich M kleiner oder gleich 1000N.A, was eine sinnvolle Auswahl der Gesamtvergrößerung des Mikroskopbereichs ist. Dann ist die Gesamtvergrößerung bedeutungslos, da die numerische Apertur der Objektivlinse auf die * kleine auflösbare Entfernung beschränkt ist Bei stärkerer Vergrößerung ist es unmöglich geworden, die Einzelheiten kleinerer Objekte zu erkennen.
