Strahlengang eines gewöhnlichen optischen Mikroskops
1. Ein gewöhnliches optisches Mikroskop ist ein optisches Präzisionsinstrument. Früher bestanden einfache Mikroskope nur aus wenigen Linsen, während heutige Mikroskope aus einem Linsensatz bestehen. Gewöhnliche Lichtmikroskope können Objekte normalerweise 1500-2000-fach vergrößern. (1) Die Struktur des Mikroskops Die Struktur des gewöhnlichen optischen Mikroskops kann in zwei Teile unterteilt werden: Einer ist die mechanische Vorrichtung und der andere ist das optische System. Nur wenn diese beiden Teile gut zusammenarbeiten, kann das Mikroskop funktionieren. Zuerst die mechanische Vorrichtung des Mikroskops Die mechanische Vorrichtung des Mikroskops umfasst den Rahmen, den Linsentubus, den Objektivlinsenkonverter, den Objekttisch, die Schubstange, die Grobschraube, die Mikroschraube und andere Komponenten. Die Halterung besteht aus einer Basis und einem Spiegelarm. Daran werden der Objekttisch und der Objektivtubus befestigt, der die Grundlage für die Installation der Komponenten des optischen Vergrößerungssystems bildet.
(2) Das Okular ist mit dem Objektivtubus des Objektivtubus verbunden, und der Konverter ist mit der Unterseite verbunden, wodurch ein dunkler Raum zwischen dem Okular und der Objektivlinse (unter dem Konverter installiert) entsteht. Der Abstand von der Hinterkante des Objektivs bis zum Ende des Tubus wird als mechanische Tubuslänge bezeichnet. Weil die Vergrößerung des Objektivs für eine bestimmte Länge des Objektivtubus gilt. Änderungen in der Länge des Objektivtubus ändern nicht nur die Vergrößerung, sondern wirken sich auch auf die Bildqualität aus. Daher kann bei Verwendung des Mikroskops die Länge des Objektivtubus nicht beliebig verändert werden. International ist die Standard-Lauflänge des Mikroskops auf 160 mm festgelegt, und diese Zahl ist auf dem Gehäuse des Objektivs angegeben.
(3) Objektivwechsler Der Nasenlinsenwechsler kann mit 3 bis 4 Objektivlinsen ausgestattet sein, normalerweise drei Objektivlinsen (niedrige Vergrößerung, hohe Vergrößerung, Öllinse). Nikon-Mikroskope sind mit vier Objektiven ausgestattet. Durch Drehen des Konverters kann je nach Bedarf ein beliebiges Objektiv mit dem Objektivtubus verbunden werden, und das Okular auf dem Objektivtubus bildet ein Vergrößerungssystem.
(4) In der Mitte der Bühne befindet sich ein Loch, das der Lichtweg ist. Der Objekttisch ist mit Federprobenklemmen und Schubstangen ausgestattet, deren Funktion darin besteht, die Position der Probe so zu fixieren oder zu verschieben, dass sich das mikroskopische Objekt genau in der Mitte des Sichtfelds befindet.
(5) Der Schieber ist eine mechanische Vorrichtung, die die Probe bewegt. Es besteht aus einem Metallrahmen mit zwei Antriebsrädern, einem horizontalen und einem vertikalen. Ein gutes Mikroskop hat Skalen, die auf der Stange eingraviert sind, um eine sehr genaue Ebene zu erstellen. Koordinatensystem. Wenn Sie einen bestimmten Teil der Testprobe wiederholt beobachten möchten, können Sie den Wert des vertikalen und horizontalen Lineals bei der ersten Inspektion aufzeichnen und dann die Schubstange entsprechend dem Wert bewegen, um die Position der Originalprobe zu finden.
(6) Die grobe Spirale ist ein Mechanismus, der den Abstand zwischen der Objektivlinse und der Probe durch Bewegen des Objektivtubus einstellt. Bei alten Mikroskopen senkt sich die Linse, nachdem die grobe Spirale nach vorne gedreht wurde, und nähert sich der Probe. Drehen Sie bei der Mikroskopie auf neuen Produktionsmikroskopen den Tisch mit der rechten Hand nach vorne, um den Tisch anzuheben und die Probe näher an das Objektiv zu bringen und umgekehrt.
(7) Die Mikrobewegungsschraube kann nur die Grobbewegungsschraube verwenden, um die Brennweite grob einzustellen. Um ein scharfes Bild zu erhalten, müssen Sie weitere Einstellungen mit der Mikroschraube vornehmen. Der Linsentubus bewegt sich 0,1 mm (100 Mikrometer) bei jeder Umdrehung der Reibschraube. Die dicken und dünnen Spiralen des neu produzierten Gao-End-Mikroskops sind koaxial. 2. Das optische System des Mikroskops Das optische System des Mikroskops besteht aus einem Reflektor, einem Kondensor, einer Objektivlinse, einem Okular usw. Das optische System vergrößert das Objekt, um ein vergrößertes Bild des Objekts zu erzeugen.
(1) Spiegel Frühe gewöhnliche optische Mikroskope verwendeten natürliches Licht, um Objekte zu inspizieren, und ein Spiegel wurde auf dem Rahmen installiert. Der Reflektor besteht aus einer ebenen Fläche und einem Hohlspiegel auf der anderen Seite, der auftreffendes Licht zum Zentrum der Kondensorlinse reflektieren kann und dadurch die Probe beleuchtet. Wenn Sie keinen Kondensor verwenden, verwenden Sie einen Hohlspiegel. Hohlspiegel bündeln das Licht. Bei der Verwendung eines Kondensors wird im Allgemeinen ein flacher Spiegel verwendet. Der neu produzierte untere Mikroskoprahmen ist mit einer Lichtquelle und einer Stromeinstellschraube ausgestattet, die die Lichtintensität durch Einstellen des Stroms einstellen kann.
(2) Kondensator Der Kondensator befindet sich unter dem Tisch. Es besteht aus einer Kondensorlinse, einer schillernden Blende und einer Hubschraube. Konzentratoren können in Hellfeld-Konzentratoren und Dunkelfeld-Konzentratoren unterteilt werden. Gängige Lichtmikroskope sind mit Hellfeldkondensoren ausgestattet. Hellfeld-Kondensatoren umfassen Abbe-Kondensatoren, Erleuchtungs-Kondensatoren und Fallende-Sand-Kondensatoren. Abbe-Kondensatoren leiden unter chromatischen und sphärischen Aberrationen, wenn die objektive numerische Apertur höher als 0 ist.6. Qiming-Kondensatoren sind hochkorrigiert für chromatische Aberration, sphärische Aberration und Koma. Es handelt sich um einen hochwertigen Kondensor für die Hellfeldmikroskopie, der jedoch nicht für Objektive unter 4x geeignet ist. Durch Schütteln des Kondensors kann die obere Linse des Kondensors aus dem Lichtweg geschüttelt werden, um die Anforderungen eines Objektivs mit geringer Vergrößerung (4×) und einer großen Sichtfeldbeleuchtung zu erfüllen.
Der Kondensor ist unter dem Tisch installiert und hat die Funktion, das von der Lichtquelle reflektierte Licht durch den Spiegel auf die Probe zu fokussieren, um eine starke Beleuchtung zu erhalten und das Bild des Objekts hell und klar zu machen. Die Höhe des Kondensors ist einstellbar, so dass der Fokus auf das zu inspizierende Objekt fällt und eine hohe Helligkeit erzielt wird. Der Brennpunkt des allgemeinen Kondensators liegt 1,25 mm darüber und seine Anstiegsgrenze liegt bei 0,1 mm unterhalb der Bühnenebene. Daher sollte die Dicke des erforderlichen Objektträgers zwischen 0,8-1,2 mm liegen, da sonst die zu untersuchende Probe nicht fokussieren kann, was den mikroskopischen Effekt beeinträchtigt. Es gibt auch eine schillernde Blende vor der vorderen Linsengruppe des Kondensors, die geöffnet und geschlossen werden kann und die Auflösung und den Kontrast des Bildes beeinflusst. Wenn die Irisblende zu weit geöffnet wird, jenseits der numerischen Apertur des Objektivs, tritt Streulicht auf; wird die Blende zu klein geschlossen, wird die Auflösung reduziert und der Kontrast erhöht. Daher wird beim Beobachten durch die Verstellung der Irisblende die Leuchtfeldblende (Mikroskop mit Leuchtfeldblende) zur Außentangente des Sehfeldrandes geöffnet, so dass Objekte außerhalb des Sehfeldes kein Licht bekommen können . Die Beleuchtung vermeidet Streulichtinterferenzen.
(3) Die auf dem Konverter am vorderen Ende des Objektivtubus installierte Objektivlinse verwendet Licht, um das Objekt zum ersten Mal zu untersuchen. Die Abbildungsqualität des Objektivs hat entscheidenden Einfluss auf die Auflösung. Die Leistung eines Objektivs hängt von der numerischen Apertur des Objektivs ab (Numerische Apertur, abgekürzt als NA). Die numerische Apertur jedes Objektivs ist auf dem Gehäuse des Objektivs markiert. Je größer die numerische Apertur, desto besser die Leistung des Objektivs. Es gibt viele Arten von Objektiven, die nach verschiedenen Gesichtspunkten klassifiziert werden können: Je nach dem Unterschied im Medium zwischen der Frontlinse des Objektivs und dem zu untersuchenden Objekt kann es unterteilt werden in: 1. Das trockene Objektiv verwendet Luft als Medium, wie z. B. die üblicherweise verwendete Objektivlinse unter 4{{10}}×, die numerische Apertur ist kleiner als 1. ②Ölimmersionsobjektive verwenden häufig Zedernöl als Medium. Solche Objektive werden auch Öllinsen genannt. Seine Vergrößerung beträgt 90×-100×, und der Wert der numerischen Apertur ist größer als 1. Je nach Vergrößerung der Objektivlinse kann es unterteilt werden in: ①Low-Power-Objektiv bezieht sich auf 1× -6×, NA-Wert ist 0.04-0.15; ②Mittelstarkes Objektiv bezieht sich auf 6×-25×, NA-Wert ist 0.15-0.40; ③Hochleistungsobjektiv bezieht sich auf 25 × – 63 ×, NA-Wert beträgt 0,35 – 0,95; ④ Ölimmersionsobjektiv bezieht sich auf 90 × – 100 ×, NA-Wert ist 1,25 – 1,40. Je nach Grad der Aberrationskorrektur kann die Klassifizierung unterteilt werden in: ① Achromatische Objektivlinse ist eine häufig verwendete Objektivlinse, die auf der Schale mit „Ach“ gekennzeichnet ist. Diese Objektivlinse kann die durch rotes Licht und Cyan gebildete chromatische Aberration entfernen. Licht. Es wird häufig in Verbindung mit Huygens-Okularen in der Mikroskopie verwendet. ②Das apochromatische Objektiv ist auf dem Objektivgehäuse mit dem Wort „Apo“ gekennzeichnet. Zusätzlich zur Korrektur der chromatischen Aberration von rotem, blauem und grünem Licht kann es auch die durch gelbes Licht verursachte Phasendifferenz korrigieren. Es wird oft in Verbindung mit kompensierenden Okularen verwendet. ③ Spezielle Objektivlinsen werden auf der Grundlage der obigen Objektivlinsen hergestellt, um einen bestimmten spezifischen Beobachtungseffekt zu erzielen. Wie zum Beispiel: Objektiv mit Korrekturring, Objektiv mit Leuchtfeldblende, Phasenkontrast-Objektiv, Fluoreszenz-Objektiv, spannungsfreies Objektiv, kappenloses Objektiv, Objektiv mit langem Arbeitsabstand usw. Die derzeit am häufigsten verwendeten Objektive Forschung sind: Semi-Apochromatisches Objektiv (FL), Plan-Objektiv (Plan), Plan-Apochromatisches Objektiv (Plan Apo), Super-Plan-Objektiv (Splan, Super-Plan-Apochromat), Objektiv (Splan) Apo), etc.
(4) Okular Die Funktion des Okulars besteht darin, das durch die Objektivlinse vergrößerte reale Bild erneut zu vergrößern und das Objektbild zu den Augen des Betrachters zu reflektieren. Der Aufbau des Okulars ist einfacher als der des Objektivs. Das Okular eines gewöhnlichen optischen Mikroskops besteht normalerweise aus zwei Linsen. Die obere Linse wird als "Okular" und die untere Linse als "Feldlinse" bezeichnet. Zwischen der oberen und der unteren Linse oder unter den beiden Linsen befindet sich eine ringförmige Metallblende oder "Feldblende". Nach der Vergrößerung fällt das Zwischenbild des Objektivs auf die Ebene der Leuchtfeldblende, sodass ein Okularmikrometer aufgesetzt werden kann. Häufig verwendete Okulare in optischen Mikroskopen sind Huygens-Okulare, wenn Sie Forschungszwecke durchführen müssen, wählen Sie im Allgemeinen Okulare mit besserer Leistung, wie z. B. kompensierende Okulare (K), flache Okulare (P) und Weitfeldokulare (WF). Verwenden Sie beim Fotografieren ein fotografisches Okular (NFK).
(2) Optisches Mikroskop Die Vergrößerung des Mikroskops erfolgt durch die Linse, und die Abbildung einer einzelnen Linse weist Aberrationen auf, die die Abbildungsqualität beeinträchtigen. Eine Linsengruppe, die aus einer einzelnen Linse besteht, entspricht einer konvexen Linse mit besserer Vergrößerung. Abbildung 1-4 ist der prinzipielle Modus der Mikroskopbildgebung. AB ist die Probe.
(3) Die Leistung des Mikroskops. Die Auflösung eines Mikroskops hängt von verschiedenen Bedingungen des optischen Systems ab. Das zu beobachtende Objekt muss stark vergrößert und klar sein. Ob ein Objekt nach der Vergrößerung eine klare und feine Struktur aufweisen kann, hängt zunächst von der Leistung des Objektivs ab, gefolgt von der Leistung von Okular und Kondensor.
1. Die numerische Apertur wird auch als Öffnungsverhältnis (oder Öffnungsverhältnis) bezeichnet, abgekürzt als NA, und ihre Werte sind auf der Objektivlinse und der Kondensorlinse angegeben. Blende und Numerische Apertur sind die Hauptparameter von Objektiven und Kondensoren und auch wichtige Indikatoren zur Beurteilung ihrer Leistungsfähigkeit. Die numerische Apertur ist eng mit verschiedenen Eigenschaften von Mikroskopen verbunden. Sie ist proportional zur Auflösung des Mikroskops und umgekehrt proportional zur Schärfentiefe. Sie ist proportional zur Quadratwurzel der Helligkeit des Spiegelbildes. Die numerische Apertur kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden: NA=n.sin 2 wobei: n——die mittlere Auflösung zwischen Objektiv und Probe ——der Linsenöffnungswinkel der Objektivlinse Der sogenannte Linsenöffnungswinkel bezieht sich auf den Abstand von der optischen Achse der Objektivlinse. Der Winkel zwischen dem vom oberen Objektpunkt emittierten Licht und der Kante des effektiven Durchmessers der Frontlinse der Objektivlinse ist in Abbildung 1-5 dargestellt. . Der Objektivöffnungswinkel ist immer kleiner als 180 Grad. Da der Brechungsindex von Luft 1 ist, ist die numerische Apertur des Trockenobjektivs immer kleiner als 1, im Allgemeinen 0.05-0.95; Wird das Ölimmersionsobjektiv in Zedernöl (mit einem Brechungsindex von 1,515) getaucht, kann die numerische Apertur 1,5 erreichen. Während theoretisch die Grenze der numerischen Apertur gleich dem Brechungsindex des verwendeten Immersionsmediums ist, ist diese Grenze in der Praxis aus Sicht der Linsenherstellungstechnologie nicht zu erreichen. Üblicherweise liegt die größte numerische Apertur von Ölimmersionsobjektiven im praktischen Bereich bei 1,4. Die mittleren Brechungsindizes mehrerer Substanzen sind wie folgt: 1,0 für Luft, 1,33 für Wasser, 1,5 für Glas, 1,47 für Glyzerin und 1,52 für Zeder. Die Auswirkung des Brechungsindex des Mediums auf den Strahlengang der Objektivlinse ist in Abbildung 1-6 dargestellt.
2. Die Auflösung D kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden: D=λ/2N.A. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts beträgt 0,4-0,7 Mikrometer, mit einer durchschnittlichen Wellenlänge von 0,55 Mikrometer. Wenn ein Objektiv mit einer numerischen Apertur von 0.65 verwendet wird, dann D {{10}}.55 Mikron / 2 x 0.65=0.42 Mikron . Das bedeutet, dass Objekte, die größer als 0,42 Mikrometer sind, beobachtet werden können und Objekte, die kleiner als 0,42 Mikrometer sind, nicht gesehen werden können. Wenn ein Objektiv mit einer numerischen Apertur von 1,25 verwendet wird, dann D=2,20 Mikrometer. Jedes zu inspizierende Objekt, dessen Länge größer als dieser Wert ist, wird sichtbar. Es ist ersichtlich, dass je kleiner der D-Wert ist, desto höher die Auflösung und desto klarer das Objektbild. Gemäß der obigen Formel kann die Auflösung verbessert werden durch: (1) Reduzieren der Wellenlänge; (2) Erhöhen des Brechungsindex; (3) Vergrößerung des Linsenwinkels. Auf ultraviolettem Licht basierende Mikroskope und Elektronenmikroskope verwenden kurze Lichtwellenlängen, um die Auflösung zu verbessern und kleinere Objekte zu untersuchen. Die Auflösung des Objektivs steht in engem Zusammenhang mit der Bildschärfe. Okulare haben diese Fähigkeit nicht. Das Okular vergrößert lediglich das vom Objektiv erzeugte Bild.
3. Vergrößerung: Das Mikroskop vergrößert das Objekt zunächst durch die Objektivlinse * Sekundärvergrößerung, und das Okular bewirkt eine Sekundärvergrößerung in der Entfernung des hellen Sehens. Die Vergrößerung ist das Volumenverhältnis des Rückbildes zum Originalobjekt. Daher ist die Vergrößerung (V) des Mikroskops gleich dem Produkt aus der Vergrößerung der Objektivlinse (V1) und der Vergrößerung des Okulars (V2), nämlich: V=V1×V2 Die Berechnungsmethode von der Vergleich ergibt sich aus folgender Formel M= △ × D F1 F2 F1 =Objektivbrennweite F2=Okularbrennweite △=Lichtleiterlänge D{{ 12}}Klarsichtweite (=250mm) △=Vergrößerung Objektiv D=Okularvergrößerung M=Mikroskopvergrößerung F1 F2 Einstellung △=160mm F{ {20}}mm D=250mm F2=150mm Dann M= △ × D= 160 × 250 =40×16.7=668 mal F1 F2 4 15
4. Schärfentiefe: Beobachten Sie die Probe unter einem Mikroskop. Wenn der Fokus auf einer bestimmten Bildebene liegt, ist das Bild des Objekts klar und die Bildebene ist die Zielebene. Neben der Zielfläche im Sichtfeld sind auch verschwommene Objektbilder ober- und unterhalb der Zielfläche zu sehen. Der Abstand zwischen diesen beiden Flächen wird als Schärfentiefe bezeichnet. Die Schärfentiefe eines Objektivs ist umgekehrt proportional zur numerischen Apertur und Vergrößerung: Je größer die numerische Apertur und die Vergrößerung, desto kleiner die Schärfentiefe. Daher muss die Einstellung des Ölspiegels sorgfältiger erfolgen als die Einstellung des Spiegels mit geringer Vergrößerung, da es sonst leicht dazu kommt, dass das Objekt durchrutscht und nicht gefunden wird.
