Традиционният светлинен микроскоп се състои от няколко части
Традиционните оптични микроскопи се състоят главно от оптични системи и техните поддържащи механични структури. Оптичните системи включват обективни лещи, окуляри и кондензаторни лещи, всички от които са сложни лупи, направени от различни оптични стъкла. Лещата на обектива увеличава изображението на образеца и нейното увеличение M обект се определя по следната формула: M обект=Δ∕f' обект , където f' обект е фокусното разстояние на лещата на обектива, а Δ може да се разбира като разстоянието между лещата на обектива и окуляра. Окулярът отново увеличава изображението, образувано от лещата на обектива, и формира виртуално изображение на 250 mm пред човешкото око за наблюдение. Това е най-удобната позиция за наблюдение за повечето хора. Увеличението на окуляра M eye=250/f' eye, f' eye е фокусното разстояние на окуляра. Общото увеличение на микроскопа е произведение на лещата на обектива и окуляра, т.е. M=M обект*M око=Δ*250/f' око *f; обект. Вижда се, че намаляването на фокусното разстояние на лещата на обектива и окуляра ще увеличи общото увеличение, което е ключът към виждането на бактерии и други микроорганизми с микроскоп, а също така е и разликата между него и обикновените лупи.
И така, възможно ли е да намалим f' обекта f' мрежата без ограничение, така че да увеличим увеличението, така че да можем да видим по-фини обекти? Отговорът е не! Това е така, защото светлината, използвана за изображения, е по същество вид електромагнитна вълна, така че дифракцията и явленията на интерференция неизбежно ще се появят по време на процеса на разпространение, точно както вълните по водната повърхност, които могат да се видят в ежедневието, могат да се въртят, когато се натъкнат на препятствия , и две колони от водни вълни могат да се усилват взаимно, когато се срещнат, или да отслабват същото. Когато светлинната вълна, излъчвана от точков светещ обект, навлезе в лещата на обектива, рамката на лещата на обектива възпрепятства разпространението на светлината, което води до дифракция и интерференция. Има поредица от леки пръстени със слаб и постепенно отслабващ интензитет. Наричаме централното светло петно като Ейри диск. Когато две светлоизлъчващи точки са близо до определено разстояние, двете светлинни петна ще се припокриват, докато не могат да бъдат потвърдени като две светлинни петна. Rayleigh предложи стандарт за преценка, мислейки, че когато разстоянието между центровете на двете светлинни петна е равно на радиуса на диска на Airy, двете светлинни петна могат да бъдат разграничени. След изчислението разстоянието между двете светлоизлъчващи точки в този момент е e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, където I е дължината на вълната на светлината, дължината на вълната светлина, която може да бъде получена от човешкото око, е около 0.4-0.7um, а n е индексът на пречупване на средата, където се намира точката на излъчване на светлина, като например във въздуха, n ≈1, във вода, n≈1,33 и A е половината от ъгъла на отваряне на светлоизлъчващата точка към рамката на лещата на обектива, а NA се нарича цифрова апертура на лещата на обектива. От горната формула може да се види, че разстоянието между две точки, които могат да бъдат разграничени от лещата на обектива, е ограничено от дължината на вълната на светлината и цифровата апертура. Тъй като дължината на вълната на най-острото зрение на човешкото око е около 0.5um и ъгълът A не може да надвишава 90 градуса, sinA винаги е по-малък от 1. Максималният индекс на пречупване на наличния светлопропусклива среда е около 1,5, така че стойността на e винаги е по-голяма от 0.2um, което е минималното гранично разстояние, което оптичният микроскоп може да различи. Увеличете изображението през микроскоп, ако искате да увеличите разстоянието на точката на обекта e, което може да бъде разрешено от лещата на обектива с определена стойност на NA, достатъчна, за да бъде разрешено от човешкото око, имате нужда от Me По-голямо от или равно на {{26 }}.15 mm, където {{30}}.15 mm е експерименталната стойност на човешкото око Минималното разстояние между два микрообекта, които могат да бъдат разграничени на 250 mm пред очите, така че M По-голямо от или равно на (0.15∕0.61 in) NA≈500N.A, за да не е твърде трудоемко наблюдението, достатъчно е да удвоите М, тоест 500N. A По-малко или равно на M По-малко или равно на 1000N.A е разумен диапазон за избор на общото увеличение на микроскопа. Колкото и да е голямо общото увеличение, то е безсмислено, защото числовата апертура на обектива е ограничила минималното разрешимо разстояние и е невъзможно да се различи повече чрез увеличаване на увеличението. Малките предмети са детайлизирани.
Контрастът на изображението е друг ключов проблем на оптичните микроскопи. Така нареченият контраст се отнася до черно-белия контраст или цветовата разлика между съседни части на повърхността на изображението. За човешкото око е трудно да прецени разликата в яркостта под 0.02. е малко по-чувствителен. За някои обекти за наблюдение с микроскоп, като например биологични образци, разликата в яркостта между детайлите е много малка, а грешките в дизайна и производството на оптичната система на микроскопа допълнително намаляват контраста на изображението и затрудняват разграничаването. По това време детайлите на обекта не могат да се видят ясно не защото общото увеличение е твърде ниско, нито числовата апертура на лещата на обектива е твърде малка, а защото контрастът на равнината на изображението е твърде нисък.
През годините хората са работили усилено, за да подобрят разделителната способност и контраста на изображенията на микроскопа. С непрекъснатия напредък на компютърните технологии и инструменти, теорията и методите на оптичното проектиране също непрекъснато се подобряват. В съчетание с подобряването на производителността на суровините, процесът и непрекъснатото подобряване на методите за откриване и иновациите в методите за наблюдение направиха качеството на изображението на оптичния микроскоп близо до съвършенството на границата на дифракция. Хората ще използват оцветяване на проби, тъмно поле, фазов контраст, флуоресценция, интерференция, поляризация и други техники за наблюдение, за да направят оптичния микроскоп. Той може да се адаптира към изследването на всички видове проби. Въпреки че електронните микроскопи, ултразвуковите микроскопи и други увеличителни инструменти за изобразяване се появиха последователно през последните години и имат превъзходна производителност в някои аспекти, те все още не са налични по отношение на евтиност, удобство, интуиция и особено подходящи за изследване на живи организми. Съперник на светлинния микроскоп, който все още държи позициите си здраво. От друга страна, съчетан с лазер, компютър, нови материални технологии и информационни технологии, древният оптичен микроскоп се подмладява и показва енергична жизненост. Цифров микроскоп, лазерен конфокален сканиращ микроскоп, сканиращ микроскоп в близко поле, двуфотонен микроскоп и различни нови функции или инструменти, които могат да се адаптират към различни нови условия на околната среда, се появяват в безкраен поток, което допълнително разширява полето на приложение на оптичните микроскопи. Колко вълнуващи са микроскопичните снимки на скални образувания, качени от марсоходите! Можем напълно да вярваме, че оптичният микроскоп ще бъде от полза за човечеството с актуализирано отношение.
