Šiuolaikinio mikroskopo koncepcijos taikymas stebint mikroskopinį pasaulį
Nuo seniausių laikų iki šių dienų žmonės siekė aukštesnių ir tolimesnių tiesų. Nuo kelionių vandenynu iki kosmoso tyrinėjimų žmonės vienas po kito užkariauja didelius tikslus. Tačiau makroskopinis pasaulis, kurį žmonės mato plika akimi, nėra visas pasaulis, ir žmogaus akis negali jo aiškiai matyti. Tai taip pat pritraukia daugybę žmonių tyrinėti ir siekti.
Nepriklausomai nuo makroskopinių ar mikroskopinių dalykų, mūsų stebėjimai yra pagrįsti trimatės erdvės, tai yra XYZ trimatės, atributais, o stebint daiktų formos pokyčius reikia įvesti kitą matavimo veiksnį – laiką T, todėl Pats išsamiausias būdas stebėti dalykus turi būti Vienalaikis XYZT įrašymas, tai yra ilgalaikis formos ir laiko fotografavimas, taip pat yra pagrindinė mikroskopo funkcija.
Po daugiau nei 300 metų plėtros šiuolaikiniai mikroskopai pasiūlė tokias sąvokas kaip skiriamoji geba, lauko gylis ir matymo laukas, ir nuolat siūlė sprendimus. Mikroskopai iš pradžių patenkino mūsų poreikius stebėti mikroskopinį pasaulį ir padėjo mums užfiksuoti mikroskopinio pasaulio erdvę ir laiką.
Mikroskopiniame pasaulio stebėjime svarbiausia yra detalių raiška, iš to ir gimė raiškos samprata. Skiriamoji geba reiškia mažiausią atstumą tarp dviejų taškų, kuriuos gali atskirti žmogaus akis, ir galioja tik XY dimensijoje. Pagal Rayleigh kriterijų, Reilio kriterijų, riba, kurią įprasti žmonės gali atskirti, yra du 0,2 mm taškai 25 cm atstumu. Kai naudojame mikroskopą, galime matyti du taškus mažesniu atstumu, o tai pagerina mūsų stebėjimo skiriamąją gebą. Nuolat gilėjant šiuolaikiniams tyrimams, žmonių reikalavimai skiriamajai gebai taip pat nuolat auga, mokslininkai taip pat nuolat tobulina mikroskopų skiriamąją gebą. Pavyzdžiui, elektroniniai mikroskopai padidino skiriamąją gebą iki nanometro lygio, todėl buvo galima stebėti virusus. Itin aukšto mikroskopinio vaizdo gavimo technologija pagerina mikroskopo skiriamąją gebą nuo 200 nanometrų iki dešimčių nanometrų, realizuojant gyvų ląstelių organelių stebėjimą.
Patobulinus skiriamąją gebą, atsiranda ir naujų problemų, tai yra, regėjimo lauko ir lauko gylio sumažėjimas. Naudojant įprastą centrinio apšvietimo metodą (fotopinio apšvietimo metodas, kai šviesa tolygiai praeina pro bandinį), mikroskopo skiriamosios gebos atstumas yra d=0,61 λ/NA, matomos šviesos bangų ilgių diapazonas yra { {2}} nm, vidutinis bangos ilgis yra 550 nm, o bangos ilgis yra fiksuota konstanta. Todėl, padidinus NA reikšmę, galima gauti mažesnę D reikšmę, tai yra, atstumą tarp dviejų taškų, kuriuos galima atskirti, mažesnį, todėl žmonės aiškiai mato mažesnius objektus.
NA reikšmė yra skaitmeninė diafragma, nusakanti objektyvo šviesą priimančio kūgio kampo dydį, NA=n * sin , tai yra terpės tarp objektyvo ir lęšio lūžio rodiklio (n) sandauga. tikrinamas objektas ir apertūros kampo pusės sinusas (2 ). n yra terpės tarp objektyvo ir mėginio šviesos lūžio rodiklis. Kai mikroskopo objekto erdvės terpė yra oras, lūžio rodiklis n=1. Naudojant terpę, kurios lūžio rodiklis didesnis nei oro, galima žymiai padidinti NA reikšmę. Vandens panardinimo terpė yra distiliuotas vanduo, o lūžio rodiklis Santykis yra 1,33; alyvos imersinio objektyvo terpė yra kedro aliejus arba kiti skaidrūs aliejai, o jo lūžio rodiklis paprastai yra apie 1,52, o tai artima objektyvo ir stiklų lūžio rodikliui. Todėl alyvos lęšio NA vertė yra didesnė nei oro lęšio.
Diafragmos kampas, taip pat žinomas kaip „veidrodžio burnos kampas“, yra kampas, kurį sudaro objekto taškas ant objektyvo optinės ašies ir objektyvo objektyvo priekinio objektyvo efektyvusis skersmuo. Padidinus veidrodžio burnos kampą, gali padidėti sinuso reikšmė, o tikroji jo viršutinė riba yra apie 72 laipsniai (sinuso vertė yra 0,95), padauginus iš kedro aliejaus lūžio rodiklio 1,52, galima gauti, kad maksimali NA reikšmė yra apie 1,45, o pakeitus skiriamosios gebos skaičiavimo formulę, galima gauti, kad įprasto mikroskopo ribinė XY plokštumos skiriamoji geba yra apie 0,2 um.
NA reikšmė taip pat tiesiogiai veikia mikroskopo regėjimo lauko ryškumą (B). Iš formulės B∝NA2/M2 galime daryti išvadą, kad ryškumas didėja didėjant skaitmeninei diafragmai (NA) arba mažėjant objektyvo didinimui (M).
Teoriškai turėtume siekti didžiausios įmanomos NA vertės, kad gautume geresnę XY plokštumos skiriamąją gebą ir matymo lauko ryškumą. Tačiau viskas turi dvi puses. Patobulinus XY plokštumos skiriamąją gebą, sumažės Z ašies lauko gylis ir stebėjimo matymo laukas.
Mikroskopai paprastai mato vaizdą vertikaliai žemyn. Kai išgaubta padėtis ir įgaubta padėtis objekto paviršiuje, stebima regėjimo lauko skersmenyje, gali būti aiškiai matoma, tada aukščio skirtumas tarp išgaubto ir įgaubto taško yra lauko gylis. Na, o mikroskopams kuo didesnis lauko gylis, tuo geriau. Kuo didesnis lauko gylis, tuo geresnius ir erdvesnius vaizdus galima gauti stebint nelygių objektų paviršių. Didelis lauko gylis padeda stebėti mikroskopinį pasaulį vertikalia kryptimi. Tai yra, Z ašies informacija XYZ trimatėje formoje.
Lauko gylis – tai priekinės ir galinės erdvės gylis, atitinkantis aiškų vaizdą vaizdo plokštumoje: dtot=(λ*n)/NA plius n/(M∗NA) * e, dtot: lauko gylis , NA: skaitmeninė diafragma, M: bendras padidinimas, λ: šviesos bangos ilgis, (paprastai λ=0,55 um), n: terpės tarp mėginio ir objektyvo lūžio rodiklis (oras: n{{3). }}, alyva: n=1.52) Pagal šią formulę galime žinoti, kad Z ašies lauko gylis yra atvirkščiai proporcingas XY plokštumos NA reikšmei.
Be lauko gylio, matymo lauką taip pat veikia NA reikšmė. Erdvinis diapazonas, kurį galima matyti, kai instrumentas stačiai žiūri į tašką, yra matymo laukas. Jo apskaičiavimas yra tiesiogiai susijęs su objektyvo padidinimu. Tikrasis stebėjimo metu matomo matymo lauko skersmuo yra lygus matymo lauko skersmeniui, padalijus iš objektyvo lęšio padidinimo, okuliaras parodys atitinkamą matymo lauką, pvz., 10/18, ty padidinimas yra 10 kartų, o matymo lauko skersmuo yra 18 mm. Todėl, kai nustatomas okuliaras, kuo didesnis padidinimas, tuo mažesnis stebimas matymo laukas.
XY plokštumos skiriamoji geba yra vietinių detalių analizė, o matymo laukas nustato mūsų mėginio stebėjimo diapazoną. Kuo didesnis matymo laukas, tuo geriau, tačiau esamų technologijų apribotas, kad gautume geras NA vertes, turime naudoti didelės galios objektyvus, todėl regėjimo lauko ir NA reikšmės turi netiesioginę neigiamą koreliaciją.
