Приложение на съвременната концепция за микроскоп при наблюдение на микроскопския свят
От древни времена до днес човешките същества преследват по-висши и по-далечни истини. От океански пътешествия до изследване на космоса, хората постигат големи цели една след друга. Въпреки това, макроскопичният свят, който хората виждат с невъоръжено око, не е целият свят и човешкото око не може да го види ясно. Освен това привлича безброй хора за изследване и преследване.
Независимо от макроскопични или микроскопични неща, нашите наблюдения се основават на атрибутите на триизмерното пространство, тоест XYZ триизмерно, и наблюдението на промените във формата на нещата трябва да въведе друг фактор за измерване - времето T, така че Най-пълният начин за наблюдение на нещата трябва да бъде Едновременното записване на XYZT, тоест дългосрочно фотографиране на форма плюс време, също е крайната функция на микроскопа.
След повече от 300 години развитие съвременните микроскопи предлагат концепции като разделителна способност, дълбочина на рязкост и зрително поле и непрекъснато предлагат решения. Микроскопите първоначално отговарят на нашите нужди за наблюдение на микроскопичния свят и ни помагат да записваме пространството и времето на микроскопичния свят.
Най-важното нещо при наблюдението на света под микроскоп е разделителната способност на детайлите и концепцията за разделителна способност се роди от това. Разделителната способност се отнася до минималното разстояние между две точки, които могат да бъдат разграничени от човешкото око, и е валидна само в измерението XY. Според критерия на Rayleigh, критерия на Rayleigh, границата, която нормалните хора могат да различат, е две точки от 0.2 mm на разстояние от 25 cm. Когато използваме микроскоп, можем да видим две точки на по-малко разстояние, което подобрява разделителната способност на нашето наблюдение. С непрекъснатото задълбочаване на съвременните изследвания, изискванията на хората за разделителна способност също непрекъснато се увеличават и учените също непрекъснато подобряват разделителната способност на микроскопите. Например, електронните микроскопи са увеличили разделителната способност до нанометрово ниво, което позволява наблюдението на вируси. Технологията за свръхвисоко микроскопско изобразяване подобрява разделителната способност на микроскопа от 200 нанометра до десетки нанометра, реализирайки наблюдението на органели на живи клетки.
Подобряването на разделителната способност носи и нови проблеми, тоест намаляване на зрителното поле и дълбочината на полето. Когато се използва обикновеният метод на централно осветяване (методът на фотопично осветяване, който кара светлината да преминава равномерно през образеца), разделителната способност на микроскопа е d=0.61 λ/NA, обхватът на дължината на вълната на видимата светлина е { {2}}nm, средната дължина на вълната е 550nm, а дължината на вълната е фиксирана константа. Следователно, увеличаването на стойността на NA може да получи по-малка D стойност, тоест разстоянието между две точки, които могат да бъдат разграничени По-малко, което позволява на хората да виждат ясно по-малки обекти.
Стойността на NA е числовата апертура, която описва размера на ъгъла на светлинния конус на лещата, NA=n * sin , т.е. произведението на индекса на пречупване (n) на средата между лещата и обектът за проверка и синусът на половината от ъгъла на отвора (2). n е индексът на пречупване на светлината на средата между лещата на обектива и пробата. Когато пространствената среда на обекта на микроскопа е въздух, индексът на пречупване n=1. Използването на среда с по-висок индекс на пречупване от въздуха може значително да увеличи стойността на NA. Средата за потапяне във вода е дестилирана вода, а коефициентът на пречупване е 1,33; маслената среда за потапяне на обектива е кедрово масло или други прозрачни масла и неговият индекс на пречупване обикновено е около 1,52, което е близко до индекса на пречупване на лещата и диапозитивното стъкло. Следователно стойността на NA на маслената леща е по-висока от тази на въздушната леща.
Ъгълът на блендата, известен също като "ъгъл на отвора на огледалото", е ъгълът, образуван от точката на обекта върху оптичната ос на лещата и ефективния диаметър на предната леща на лещата на обектива. Увеличаването на ъгъла на огледалото може да увеличи стойността на синуса и действителната му горна граница е около 72 градуса (стойността на синуса е 0.95), умножена по индекса на пречупване на кедровото масло 1,52, може да се получи, че максималната стойност на NA е около 1,45 и заместена във формулата за изчисление на разделителната способност, може да се получи, че граничната разделителна способност на равнината XY на конвенционален микроскоп е около 0.2um.
Стойността на NA също влияе директно върху яркостта на зрителното поле на микроскопа (B). От формулата B∝NA2/M2 можем да заключим, че яркостта се увеличава с увеличаването на числовата апертура (NA) или намаляването на увеличението на обектива (M).
Теоретично трябва да преследваме възможно най-високата стойност на NA, за да получим по-добра разделителна способност на равнината XY и яркост на зрителното поле. Всичко обаче има две страни. Подобряването на разделителната способност на равнината XY ще намали дълбочината на рязкост по Z-ос и зрителното поле на наблюдение.
Микроскопите обикновено гледат изгледа вертикално надолу. Когато изпъкналата позиция и вдлъбнатата позиция на повърхността на обекта, наблюдавана в рамките на диаметъра на зрителното поле, могат да се видят ясно, тогава разликата във височината между изпъкналата точка и вдлъбнатата точка е дълбочината на полето. Е, за микроскопите, колкото по-голяма е дълбочината на полето, толкова по-добре. Колкото по-голяма е дълбочината на полето, толкова по-добри и по-ясни триизмерни изображения могат да се получат при наблюдение на повърхността на неравни обекти. Голямата дълбочина на полето ни помага да наблюдаваме микроскопичния свят във вертикална посока. Тоест информацията по оста Z в триизмерна форма XYZ.
Дълбочината на рязкост е дълбочината на предното и задното пространство, съответстваща на ясното изображение в равнината на изображението: dtot=(λ*n)/NA плюс n/(M∗NA) * e, dtot: дълбочина на рязкост , NA: цифрова апертура, M: общо увеличение, λ: дължина на вълната на светлината, (обикновено λ=0.55um), n: индекс на пречупване на средата между пробата и лещата на обектива (въздух: n{{3 }}, масло: n=1.52) Според тази формула можем да знаем, че дълбочината на рязкост по оста Z е обратно пропорционална на стойността на NA в равнината XY.
В допълнение към дълбочината на полето, зрителното поле също се влияе от стойността на NA. Пространственият диапазон, който може да се види, когато инструментът е фиксиран в точка, е зрителното поле. Изчисляването му е пряко свързано с увеличението на лещата на обектива. Действителният диаметър на зрителното поле, наблюдаван при наблюдение, е равен на диаметъра на зрителното поле, разделен на увеличението на лещата на обектива, окулярът ще покаже съответното зрително поле, като например 10/18, т.е. увеличението е 10 пъти, а диаметърът на зрителното поле е 18 мм. Следователно, когато се определя окулярът, колкото по-голямо е увеличението, толкова по-малко е наблюдаваното зрително поле.
Разделителната способност на равнината XY е анализ на локални детайли, а зрителното поле определя обхвата на наблюдение на пробата. Колкото по-голямо е зрителното поле, толкова по-добре, но ограничено от настоящата технология, трябва да използваме обективни лещи с висока мощност, за да получим добри стойности на NA, следователно стойностите на зрителното поле и NA имат косвена отрицателна корелация.
