A közönséges optikai mikroszkóp optikai útja
1. A közönséges optikai mikroszkóp precíziós optikai műszer. A múltban az egyszerű mikroszkópok csak néhány lencséből álltak, míg a mai mikroszkópok lencsékből állnak. A hagyományos optikai mikroszkópok általában 1500-2000-szeres nagyításra képesek. (1) A mikroszkóp felépítése A közönséges optikai mikroszkóp felépítése két részre osztható: az egyik a mechanikai eszköz, a másik az optikai rendszer. A mikroszkóp csak akkor tud működni, ha ez a két rész jól együttműködik. Először is, a mikroszkóp mechanikus eszköze A mikroszkóp mechanikus eszköze tartalmazza a keretet, a lencse hengerét, az objektívlencse átalakítót, a tárgyasztalt, a tolórudat, a durva csavart, a mikrocsavart és egyéb alkatrészeket. A tartó egy alapból és egy tükörkarból áll. Ehhez csatlakozik a tárgyasztal és a lencsecső, amely az optikai nagyítórendszer alkatrészeinek beépítésének alapja.
(2) A szemlencse a lencsecső lencséjéhez, a konverter pedig az aljához csatlakozik, sötét helyiséget képezve a szemlencse és a (konverter alá szerelt) objektívlencse között. Az objektív kifutó éle és a cső vége közötti távolságot mechanikus csőhossznak nevezzük. Mivel az objektív nagyítása a lencsecső bizonyos hosszára vonatkozik. Az objektívcső hosszának változása nemcsak a nagyítást, hanem a képminőséget is befolyásolja. Ezért a mikroszkóp használatakor a lencsecső hossza tetszés szerint nem változtatható. Nemzetközi szinten a mikroszkóp standard hengerhossza 160 mm-re van beállítva, és ez a szám az objektív lencséjének házán van feltüntetve.
(3) Objektívlencse-váltó Az orrlencse-váltó 3-4 objektívlencsével szerelhető fel, általában három objektívvel (alacsony nagyítású, nagy nagyítású, olajlencse). A Nikon mikroszkópok négy objektívvel vannak felszerelve. A konverter elforgatásával tetszőleges objektívlencse csatlakoztatható a lencsecsőhöz, és a lencsecsőn lévő okulár nagyítórendszert alkot.
(4) A színpad közepén van egy lyuk, amely a fényút. A színpad rugós mintabilincsekkel és tolórudakkal van felszerelve, amelyek feladata a minta helyzetének rögzítése vagy mozgatása úgy, hogy a mikroszkopikus tárgy éppen a látómező közepén legyen.
(5) A toló egy mechanikus eszköz, amely mozgatja a mintát. Fémvázból készül, két hajtóművel, egy vízszintes és egy függőleges. Egy jó mikroszkóp rúdjára skálák vannak gravírozva, hogy nagyon pontos síkot hozzon létre. Koordináta-rendszer. Ha a vizsgálati minta egy bizonyos részét ismételten szeretné megfigyelni, akkor az első ellenőrzés során rögzítheti a függőleges és vízszintes vonalzó értékét, majd az értéknek megfelelően mozgatva a tolórudat, hogy megtalálja az eredeti minta helyzetét.
(6) A durva spirál olyan mechanizmus, amely a lencsecső mozgatásával beállítja az objektívlencse és a minta közötti távolságot. A régi mikroszkópokban a durva spirál előrecsavarása után a lencse leereszkedik és megközelíti a mintát. Amikor új gyártmányú mikroszkópokon végez mikroszkópos vizsgálatot, fordítsa előre a tárgyasztalt a jobb kezével, hogy felemelje a tárgyat, hogy a minta közelebb kerüljön az objektívhez, és fordítva.
(7) A mikromozgású csavar csak a durva mozgású csavart tudja használni a gyújtótávolság durva beállításához. Az éles kép érdekében további beállításokat kell végrehajtania mikrocsavarral. A lencse hengere 0,1 mm-t (100 mikron) mozdul el a feszítőcsavar minden egyes fordulatánál. Az újonnan gyártott gao végű mikroszkóp vastag és vékony spirálja koaxiális. 2. A mikroszkóp optikai rendszere A mikroszkóp optikai rendszere egy reflektorból, egy kondenzátorból, egy objektívlencséből, egy okulárból stb. áll. Az optikai rendszer felnagyítja a tárgyat, így a tárgyról felnagyított képet alkot.
(1) Tükrök A korai közönséges optikai mikroszkópok természetes fényt használtak a tárgyak vizsgálatára, és a keretre tükröt szereltek fel. A reflektor egy sík felületből, a másikon pedig egy homorú tükörből áll, amely a rá eső fényt a kondenzátorlencse közepére tudja visszaverni, ezáltal megvilágítja a mintát. Ha nem használ kondenzátort, használjon homorú tükröt. A homorú tükrök fókuszálják a fényt. Kondenzátor használatakor általában lapos tükröt használnak. Az újonnan gyártott alsóbbrendű mikroszkóp keret fényforrással és árambeállító csavarral van felszerelve, amely az áramerősség beállításával tudja állítani a fény intenzitását.
(2) Kondenzátor A kondenzátor az asztal alatt található. Kondenzátorlencséből, irizáló rekeszből és emelőcsavarból áll. A koncentrátorok világosmezős koncentrátorokra és sötétterű koncentrátorokra oszthatók. Az általános optikai mikroszkópok fényerejű kondenzátorokkal vannak felszerelve. A Brightfield kondenzátorok közé tartoznak az Abbe kondenzátorok, az enlightenment kondenzátorok és a hullóhomok kondenzátorok. Az Abbe kondenzátorok kromatikus és gömbi aberrációt szenvednek, ha az objektív numerikus apertúrája nagyobb, mint 0.6. A Qiming kondenzátorok erősen korrigáltak a kromatikus aberráció, a szférikus aberráció és a kóma tekintetében. Ez egy kiváló minőségű kondenzátor a fényerejű mikroszkópiához, de nem alkalmas 4x alatti objektívekhez. A kondenzátor kirázása kirázhatja a kondenzátor felső lencséjét a fény útjából, hogy megfeleljen az alacsony nagyítású objektív (4×) nagy látómező megvilágításának.
A kondenzátor a színpad alá van felszerelve, és feladata, hogy a fényforrás által visszavert fényt a mintára fókuszálja a tükörön keresztül, hogy erős megvilágítást kapjon, és a tárgy képe világos és tiszta legyen. A kondenzátor magassága állítható, így a fókusz a vizsgálandó tárgyra esik, és nagy fényerő érhető el. Az általános kondenzátor fókuszpontja felette 1,25 mm-rel, emelkedési határa pedig 0,1 mm-rel a színpad síkja alatt van. Ezért a szükséges üveglemez vastagsága 0.8-1,2 mm között legyen, ellenkező esetben a vizsgált minta nem tud fókuszálni, ami befolyásolja a mikroszkopikus hatást. A kondenzátor elülső lencsecsoport előtt egy irizáló rekesz is található, amely nyitható és zárható, befolyásolva a kép felbontását és kontrasztját. Ha az írisz apertúráját túl nagyra nyitják, az objektív numerikus apertúráján túl, becsillanás lép fel; Ha a rekesznyílás túl kicsire van zárva, a felbontás csökken, a kontraszt pedig nő. Emiatt megfigyeléskor az írisz apertúrájának beállításával a membrán (mikroszkóp terepi diafragmával) a látómező perifériájának külső érintőjére nyílik, így a látómezőben nem lévő tárgyak nem kaphatnak fényt. . A megvilágítás elkerüli a szórt fény interferenciáját.
(3) A lencsecső elülső végén lévő konverterre szerelt objektívlencse fényt használ az első alkalommal vizsgált tárgy elkészítéséhez. Az objektív képminősége döntően befolyásolja a felbontást. Az objektív teljesítménye az objektív numerikus rekeszértékétől függ (a numerikus rekesznyílás, rövidítve NA). Az egyes objektívek numerikus rekesznyílása fel van jelölve az objektív házán. Minél nagyobb a numerikus rekesznyílás, annál jobb az objektív teljesítménye. Az objektívlencséknek számos típusa létezik, amelyek különböző szögekből osztályozhatók: Az objektív lencse elülső lencséje és a vizsgálandó tárgy közegének különbsége szerint a következőkre osztható: 1. Száraz objektív. levegőt használ közegként, például az általánosan használt objektív lencsék 4{{10}}×-nél kisebbek, a numerikus rekesznyílás kisebb, mint 1. ②Az olajimmerziós objektívek gyakran cédrusolajat használnak közegként. Az ilyen objektíveket olajlencséknek is nevezik. Nagyítása 90×-100×, a rekesznyílás numerikus értéke pedig nagyobb, mint 1. Az objektívlencse nagyítása szerint a következőkre osztható: ①A kis teljesítményű objektív 1×-esre utal. -6×, az NA értéke 0.04-0.15; ②A közepes teljesítményű objektív 6×-25×-re vonatkozik, az NA értéke 0.15-0.40; ③A nagy teljesítményű objektív 25 ×—63×-ra vonatkozik, az NA értéke 0,35—0,95; ④ Az olajimmerziós objektív 90×—100×-ra vonatkozik, az NA értéke 1,25—1,40. Az aberráció korrekciójának mértéke szerint a besorolás a következőkre osztható: ① Az akromatikus objektívlencse egy általánosan használt objektív, amely "Ach" jelzéssel van ellátva a héjon, ez az objektív eltávolítja a vörös fény és a cián által alkotott kromatikus aberrációt. Könnyű. Gyakran használják a Huygens okulárokkal együtt a mikroszkópiában. ②Az apokromatikus objektívet az "Apo" szó jelzi az objektív házán. A vörös, kék és zöld fény kromatikus aberrációjának korrekciója mellett a sárga fény okozta fáziskülönbséget is képes korrigálni. Gyakran használják kompenzáló szemlencsékkel együtt. ③ A fenti objektívlencsék alapján speciális objektívlencséket gyártanak egy bizonyos megfigyelési hatás elérése érdekében. Ilyenek: objektív lencse korrekciós gyűrűvel, objektív lencse membránnal, fáziskontrasztos objektívlencse, fluoreszcens objektívlencse, feszültségmentes objektívlencse, sapka nélküli objektívlencse, nagy munkatávolságú objektívlencse stb. A jelenlegi általánosan használt objektívek kutatások a következők: félig apokromatikus objektív (FL), tervobjektív (Plan), terv apokromatikus objektív (Plan Apo), szuperterv objektív (Splan, super plan apochromat) objektív (Splan) Apo) stb.
(4) Okulár A szemlencse feladata, hogy az objektívlencsével felnagyított valós képet ismét felnagyítsa, és a tárgyképet a megfigyelő szemébe tükrözze. A szemlencse szerkezete egyszerűbb, mint az objektívé. Egy közönséges optikai mikroszkóp okulárja általában két lencséből áll. A felső lencsét "okulárnak", az alsó lencsét pedig "mezőlencsének" nevezik. A felső és az alsó lencse között vagy a két lencse alatt egy fém gyűrű alakú membrán vagy "mezőrekesz" található. A nagyítás után a tárgylencse közbenső képe a terepi membrán síkjára esik, így okulármikrométer helyezhető el. Az optikai mikroszkópokban leggyakrabban használt okulárok a Huygens okulárok. Ha kutatásra van szüksége, általában jobb teljesítményű okulárokat válasszon, például kompenzáló okulárokat (K), lapos szemlencséket (P) és széles látómezős okulárokat (WF). Fényképezéskor használjon fényképező szemlencsét (NFK).
(2) Optikai mikroszkóp A mikroszkóp nagyítása a lencsén keresztül történik, és egyetlen lencse leképezésekor aberrációk vannak, amelyek befolyásolják a képminőséget. Az egyetlen lencséből álló lencsecsoport jobb nagyítású konvex lencsével egyenértékű. A 1-4. ábra a mikroszkópos képalkotás fő módja. AB a minta.
(3) A mikroszkóp teljesítménye. A mikroszkóp felbontása az optikai rendszer különféle körülményeitől függ. A megfigyelt tárgynak nagy nagyításúnak és tisztanak kell lennie. Az, hogy egy tárgy nagyítás után tiszta és finom szerkezetet mutathat-e, először az objektívlencse teljesítményétől függ, ezt követi a szemlencse és a kondenzátor teljesítménye.
1. A numerikus rekeszértéket rekeszaránynak (vagy rekeszaránynak) is nevezik, rövidítve NA, és értékeik az objektívlencsén és a gyűjtőlencsén vannak jelölve. A rekeszérték és a numerikus rekesznyílás az objektívlencsék és a kondenzátorok fő paraméterei, és fontos mutatói teljesítményük megítélésében is. A numerikus apertúra szorosan összefügg a mikroszkópok különféle tulajdonságaival. Ez arányos a mikroszkóp felbontásával és fordítottan arányos a fókusz mélységével. Ez arányos a tükörkép fényerejének négyzetgyökével. A numerikus apertúra a következő képlettel fejezhető ki: NA=n.sin 2 ahol: n——az objektívlencse és a minta közötti közepes felbontás ——az objektív lencse nyitási szöge Az ún. a lencse nyitási szöge az objektívlencse optikai tengelyétől való távolságra utal A felső tárgypont által kibocsátott fény és az objektív lencse elülső lencséjének effektív átmérőjének széle közötti szög a 1-5 ábrán látható. . Az objektív nyitási szöge mindig kisebb, mint 180 fok. Mivel a levegő törésmutatója 1, a száraz objektív numerikus apertúrája mindig kisebb, mint 1, általában 0.05-0.95; ha az olajimmerziós objektívet cédrusolajba merítjük (1,515 törésmutatóval), a numerikus apertúra elérheti az 1,5-öt. Míg elméletileg a numerikus apertúra határa megegyezik az alkalmazott merülőközeg törésmutatójával, a gyakorlatban ezt a határt nem lehet elérni lencsegyártástechnológiai szempontból. Általában a gyakorlati tartományon belül az olajimmerziós objektívek legnagyobb numerikus apertúrája 1,4. Több anyag közepes törésmutatója a következő: levegőnél 1,0, víznél 1,33, üvegnél 1,5, glicerinnél 1,47, cédrusnál 1,52. A közeg törésmutatójának az objektívlencse optikai útjára gyakorolt hatását a 1-6 ábra mutatja.
2. A D felbontás a következő képlettel fejezhető ki: D=λ/2N.A. A látható fény hullámhossza 0.4-0,7 mikron, átlagos hullámhossza 0,55 mikron. Ha 0,65 numerikus rekesznyílású objektívet használunk, akkor D {{10}},55 mikron / 2 x 0.65=0,42 mikron . Ez azt jelenti, hogy a 0,42 mikronnál nagyobb objektumok megfigyelhetők, a 0,42 mikronnál kisebb tárgyak pedig nem láthatók. Ha 1,25 numerikus rekesznyílású objektívet használunk, akkor D=2,20 mikron. Minden olyan vizsgálandó objektum látható lesz, amelynek hossza meghaladja ezt az értéket. Látható, hogy minél kisebb a D érték, annál nagyobb a felbontás és annál tisztább a tárgykép. A fenti képlet szerint a felbontás javítható: (1) a hullámhossz csökkentésével; (2) a törésmutató növelése; (3) a lencse szögének növelése. Az ultraibolya fény alapú mikroszkópok és elektronmikroszkópok rövid hullámhosszú fényt használnak, hogy javítsák a felbontást a kisebb tárgyak vizsgálatához. Az objektív felbontása szorosan összefügg a kép élességével. A szemlencsék nem rendelkeznek ezzel a képességgel. A szemlencse csak az objektív által készített képet nagyítja.
3. Nagyítás: A mikroszkóp felnagyítja a tárgyat, először az objektív lencsén keresztül * másodlagos nagyítás, és a szemlencse másodlagos nagyítást okoz a világos látás távolságában. A nagyítás a hátsó kép és az eredeti tárgy térfogataránya. Ezért a mikroszkóp nagyítása (V) megegyezik az objektívlencse (V1) nagyításának és a szemlencse nagyításának (V2) szorzatával, nevezetesen: V=V1×V2 A számítási módszer az összehasonlítást a következő képletből kaphatjuk meg M= △ × D F1 F2 F1 =Objektív gyújtótávolság F2=A szemlencse gyújtótávolsága △=Fénycsőhossz D{{ 12}}Tiszta látótávolság (=250mm) △=Nagyítási objektív D=Szemlencse nagyítása M=Mikroszkóp nagyítása F1 F2 Beállítás △=160mm F{ {20}}mm D=250mm F2=150mm Majd M= △ × D= 160 × 250 =40×16.7=668 × F1 F2 4 15
4. Fókusz mélysége: Figyelje meg a mintát mikroszkóp alatt. Ha a fókusz egy bizonyos képsíkon van, a tárgy képe tiszta, és a képsík a célsík. A látómezőben a célfelületen kívül elmosódott tárgyképek is láthatók a célfelület felett és alatt. A két felület közötti távolságot fókuszmélységnek nevezzük. Az objektív fókuszmélysége fordítottan arányos a numerikus rekesznyílással és a nagyítással: minél nagyobb a numerikus rekesznyílás és a nagyítás, annál kisebb a fókuszmélység. Ezért az olajtükör beállításának óvatosabbnak kell lennie, mint az alacsony teljesítményű tükör beállításánál, különben könnyen előfordulhat, hogy a tárgy átcsúszik, és nem található.
