A modern mikroszkóp koncepció alkalmazása a mikroszkópikus világ megfigyelésében
Az ókortól napjainkig az emberi lények magasabb és távolabbi igazságokra törekedtek. Az óceáni utazásoktól az űrkutatásig az emberek egymás után hódítják el a nagy célokat. A makroszkopikus világ azonban, amelyet az emberek szabad szemmel látnak, nem az egész világ, és az emberi szem nem látja tisztán. Számtalan embert vonz a felfedezésre és az üldözésre.
Függetlenül attól, hogy makroszkopikus vagy mikroszkopikus dolgokról van szó, megfigyeléseink a háromdimenziós tér, azaz az XYZ háromdimenziós tér attribútumain alapulnak, és a dolgok alakjának változásainak megfigyeléséhez egy másik mérési tényezőt is be kell vezetni - a T időt, így a A dolgok megfigyelésének legteljesebb módja kell az XYZT egyidejű rögzítése, vagyis a hosszú távú alak és idő fotózása, a mikroszkóp végső funkciója is.
Több mint 300 éves fejlesztés után a modern mikroszkópok olyan koncepciókat javasoltak, mint a felbontás, a mélységélesség és a látómező, és folyamatosan javasoltak megoldásokat. A mikroszkópok kezdetben kielégítették a mikroszkópikus világ megfigyelésével kapcsolatos igényeinket, és segítettek rögzíteni a mikroszkopikus világ terét és idejét.
A mikroszkópos világmegfigyelésben a legfontosabb a részletek felbontása, ebből született meg a felbontás fogalma. A felbontás az emberi szem által megkülönböztethető két pont közötti minimális távolságra vonatkozik, és csak az XY dimenzióban érvényes. A Rayleigh-kritérium (Rayleigh-kritérium) szerint a határ, amelyet a normál emberek meg tudnak különböztetni, két 0,2 mm-es, 25 cm-es távolságban lévő pont. Mikroszkóp használatakor két pontot látunk kisebb távolságban, ami javítja megfigyelésünk felbontását. A modern kutatások folyamatos elmélyülésével az emberek felbontás iránti igénye is folyamatosan nő, és a tudósok a mikroszkópok felbontását is folyamatosan fejlesztik. Az elektronmikroszkópok például nanométeres szintre növelték a felbontást, lehetővé téve a vírusok megfigyelését. Az ultramagas mikroszkópos képalkotási technológia 200 nanométerről több tíz nanométerre javítja a mikroszkóp felbontását, megvalósítva az élő sejtszervecskék megfigyelését.
A felbontás javulása új problémákat is hoz, vagyis a látómező és a mélységélesség csökkenését. A közönséges központi megvilágítási módszer (a fotopikus megvilágítási módszer, amely a fényt egyenletesen halad át a próbadarabon) esetén a mikroszkóp felbontási távolsága d=0,61 λ/NA, a látható fény hullámhossz-tartománya { {2}}nm, az átlagos hullámhossz 550 nm, a hullámhossz pedig egy fix állandó. Ezért az NA-érték növelésével kisebb D-értéket kaphat, azaz két megkülönböztethető pont közötti távolságot kisebb, ami lehetővé teszi, hogy az emberek tisztán lássák a kisebb tárgyakat.
Az NA érték a numerikus rekesznyílás, amely leírja a lencse fényfogadó kúpszögének méretét, NA=n * sin , azaz a lencse és a lencse közötti közeg törésmutatójának (n) szorzata. a vizsgálandó tárgyat és a nyílásszög felének szinuszát (2 ). n az objektívlencse és a minta közötti közeg fénytörési indexe. Ha a mikroszkóp tárgyközege levegő, a törésmutató n=1. A levegőnél nagyobb törésmutatójú közeg használata jelentősen növelheti az NA értéket. A vízbemerítő közeg desztillált víz, és a törésmutatója 1,33; az olajimmerziós objektív közeg cédrusolaj vagy más átlátszó olaj, és törésmutatója általában 1,52 körül van, ami közel áll a lencse és a tárgyüveg törésmutatójához. Ezért az olajlencse NA értéke magasabb, mint a levegőlencséké.
A rekeszszög, más néven "tükör szájszöge" az a szög, amelyet a tárgypont a lencse optikai tengelyén és az objektívlencse elülső lencséjének effektív átmérője alkot. A tükör szájszögének növelése növelheti a szinuszértéket, és a tényleges felső határa körülbelül 72 fok (a szinusz érték 0,95), megszorozva a cédrusolaj törésmutatója 1,52-vel, megkapható, hogy a A maximális NA érték kb. 1,45, és a felbontás számítási képletébe behelyettesítve azt kaphatjuk, hogy egy hagyományos mikroszkóp XY síkfelbontásának határértéke kb. 0,2 um.
Az NA érték közvetlenül befolyásolja a mikroszkóp látómezőjének fényességét is (B). A B∝NA2/M2 képletből arra következtethetünk, hogy a fényerő a numerikus rekesznyílás (NA) növelésével vagy az objektívlencse nagyításának csökkenésével (M) nő.
Elméletileg a lehető legmagasabb NA-értékre kell törekednünk, hogy jobb XY-sík-felbontást és látómező-fényerőt kapjunk. Azonban mindennek két oldala van. Az XY sík felbontásának javítása csökkenti a Z-tengely mélységélességét és a megfigyelési látóteret.
A mikroszkópok általában függőlegesen lefelé nézik a képet. Ha jól látható a konvex helyzet és a konkáv helyzet a tárgy felületén a látómező átmérőjén belül, akkor a konvex pont és a konkáv pont közötti magasságkülönbség a mélységélesség. Nos, mikroszkópoknál minél nagyobb a mélységélesség, annál jobb. Minél nagyobb a mélységélesség, annál jobb és háromdimenziós tisztaságú képeket kaphatunk egyenetlen tárgyak felületének megfigyelésekor. A nagy mélységélesség segít a mikroszkopikus világ függőleges irányú megfigyelésében. Azaz a Z-tengely információ XYZ háromdimenziós formában.
A mélységélesség az elülső és a hátsó tér mélysége, amely megfelel a képsíkon lévő tiszta képnek: dtot=(λ*n)/NA plusz n/(M∗NA) * e, dtot: mélységélesség , NA: numerikus apertúra, M: teljes nagyítás, λ: fény hullámhossza, (általában λ=0.55um), n: a minta és az objektívlencse közötti közeg törésmutatója (levegő: n{{3 }}, olaj: n=1.52) E képlet alapján tudhatjuk, hogy a Z tengely mélységélessége fordítottan arányos az XY sík NA értékével.
A látómezőt a mélységélességen kívül az NA érték is befolyásolja. A látómező az a térbeli tartomány, amely akkor látható, ha a műszer fixen egy pontot néz. Kiszámítása közvetlenül összefügg az objektív nagyításával. A megfigyeléssel látható látómező tényleges átmérője megegyezik a látómező átmérőjével Az objektívlencse nagyításával elosztva a szemlencse a megfelelő látómezőt jelzi, például 10/18, azaz a A nagyítás 10-szeres, a látómező átmérője pedig 18 mm. Ezért a szemlencse meghatározásakor minél nagyobb a nagyítás, annál kisebb a megfigyelt látómező.
Az XY síkfelbontás a lokális részletek elemzése, a látómező pedig meghatározza a minta megfigyelési tartományát. Minél nagyobb a látómező, annál jobb, de a jelenlegi technológia által korlátozottan nagy teljesítményű objektívlencséket kell használnunk a jó NA értékek eléréséhez, ezért a látómező és az NA értékek közvetett negatív korrelációt mutatnak.
