Четыре оптических принципа микроскопов
1. Преломление и показатель преломления
Свет распространяется по прямой между двумя точками в однородной изотропной среде. При прохождении через прозрачные предметы разной плотности возникает преломление из-за разной скорости распространения света в разных средах. Когда световые лучи, не перпендикулярные поверхности прозрачного объекта (например, стекла), испускаются воздухом, направление световых лучей меняется на его границе и образует угол преломления с нормалью.
2. Производительность линз
Линзы — это самые основные оптические компоненты, составляющие оптическую систему микроскопа. Компоненты объектива, окуляра и конденсора состоят из одной или нескольких линз. В зависимости от формы их можно разделить на две категории: выпуклые линзы (положительные линзы) и вогнутые линзы (отрицательные линзы). Когда луч света, параллельный оптической оси, пересекается в точке через выпуклую линзу, эта точка называется фокальной плоскостью, а плоскость, проходящая через пересечение и перпендикулярно оптической оси, называется фокальной плоскостью. Есть две фокальные точки: фокальная точка в пространстве объекта называется «фокусной точкой объекта», а фокальная плоскость в этой точке называется «фокальной плоскостью объекта»; Напротив, фокальная точка в пространстве изображения называется «фокусной точкой изображения», а фокальная плоскость в этой точке называется «фокальной плоскостью изображения». Пройдя через вогнутую линзу, свет формирует вертикальное мнимое изображение, а выпуклая линза формирует вертикальное реальное изображение. Реальные изображения могут отображаться на экране, а виртуальные — нет.
3. Ключевой фактор, влияющий на визуализацию – аберрация.
По объективным условиям ни одна оптическая система не может генерировать теоретически идеальные изображения, а наличие различных аберраций влияет на качество изображения. Ниже приводится краткое введение в различные отклонения.
1. Разница в цвете — это серьезный недостаток изображения объектива, который возникает, когда в качестве источников света используются несколько цветов света, а монохроматический свет не создает разницы в цветах. Белый свет состоит из семи типов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего, синего и фиолетового. Длины волн каждого типа света различны, поэтому показатель преломления при прохождении через линзу также различен. Таким образом, точка на стороне объекта может образовывать цветовое пятно на стороне изображения. Основная функция оптических систем – устранение хроматических аберраций.
Разница в цвете обычно включает в себя позиционную разницу в цвете и разницу в цвете при увеличении. Позиционная разница в цвете приводит к тому, что при наблюдении в любом положении на изображении появляются пятна или ореолы, что делает изображение размытым. Хроматическая аберрация увеличения приводит к тому, что края изображения становятся цветными.
2. Сферическая аберрация — это монохроматическая аберрация точек на оси, вызванная сферической поверхностью линзы. Результатом сферической аберрации является то, что после изображения точки это уже не яркое пятно, а яркое пятно с постепенно размытыми средними краями, что влияет на качество изображения.
Коррекция сферической аберрации часто достигается за счет использования комбинации линз. Поскольку сферическая аберрация выпуклых и вогнутых линз противоположна, для ее устранения можно выбрать разные материалы выпуклых и вогнутых линз и склеить их вместе. Сферическая аберрация объектива в микроскопе старой модели не была полностью исправлена, и для достижения эффекта коррекции его необходимо согласовать с соответствующим компенсирующим окуляром. Сферическая аберрация обычных новых микроскопов полностью устраняется объективом.
3. Huixia Huixia относится к монохроматической аберрации внеосевых точек. Когда объект, находящийся вне оси, отображается лучом с большой апертурой, излучаемый луч проходит через линзу и больше не пересекается в какой-либо точке. Изображение световой точки образует точечную форму, напоминающую комету, отсюда и название «кома».
4. Астигматизм – это также внеосевая монохроматическая аберрация, которая влияет на четкость изображения. Когда поле зрения велико, точки объекта на краю находятся далеко от оптической оси, и луч слишком сильно наклоняется, вызывая астигматизм после прохождения через линзу. Астигматизм приводит к тому, что исходная точка объекта после визуализации превращается в две отдельные перпендикулярные короткие линии, которые объединяются в идеальной плоскости изображения, образуя эллиптическое пятно. Астигматизм устраняется за счет сложных комбинаций линз.
5. Кривизна поля, также известная как «кривизна поля изображения». При наличии кривизны поля в линзе точка пересечения всего луча не совпадает с идеальной точкой изображения. Хотя четкие изображения можно получить в каждой конкретной точке, вся плоскость изображения представляет собой искривленную поверхность. Это затрудняет четкое видение всей поверхности изображения во время микроскопического исследования, что затрудняет наблюдение и фотографирование. Поэтому объективы, используемые для изучения микроскопов, обычно представляют собой объективы с плоским полем зрения, в которых уже скорректирована кривизна поля.
6. Различные аберрации, упомянутые ранее, за исключением искажения поля, влияют на четкость изображения. Искажение — это еще один тип аберрации, при котором концентричность луча не нарушается. Следовательно, это не влияет на четкость изображения, но вызывает искажение формы по сравнению с исходным объектом.
