กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบดั้งเดิมประกอบด้วยหลายส่วน

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบดั้งเดิมประกอบด้วยหลายส่วน

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ประกอบด้วยระบบแสงและโครงสร้างเชิงกลที่รองรับ ระบบออปติคอลประกอบด้วยเลนส์ใกล้วัตถุ เลนส์ใกล้ตา และเลนส์คอนเดนเซอร์ ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นแว่นขยายที่ซับซ้อนซึ่งทำจากแว่นออปติกต่างๆ เลนส์ใกล้วัตถุจะขยายภาพของชิ้นงานทดสอบ และกำลังขยายของวัตถุ M ถูกกำหนดโดยสูตรต่อไปนี้: วัตถุ M=Δ∕f' วัตถุ โดยที่วัตถุ f' คือความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ และ Δ สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นระยะห่างระหว่างเลนส์ใกล้วัตถุกับเลนส์ใกล้ตา เลนส์ใกล้ตาจะขยายภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุอีกครั้ง และสร้างภาพเสมือนจริงที่ระยะ 250 มม. ต่อหน้าต่อตามนุษย์เพื่อการสังเกต นี่คือตำแหน่งการสังเกตที่สบายที่สุดสำหรับคนส่วนใหญ่ กำลังขยายของเลนส์ใกล้ตา M eye=250/f' eye, f' eye คือความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา กำลังขยายทั้งหมดของกล้องจุลทรรศน์เป็นผลมาจากเลนส์ใกล้วัตถุและเลนส์ใกล้ตา นั่นคือ M=M object*M eye=Δ*250/f' eye *f; วัตถุ. จะเห็นได้ว่าการลดความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุและเลนส์ใกล้ตาจะเพิ่มกำลังขยายทั้งหมด ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการมองเห็นแบคทีเรียและจุลินทรีย์อื่นๆ ด้วยกล้องจุลทรรศน์ และยังเป็นความแตกต่างระหว่างแว่นขยายกับแว่นขยายธรรมดาอีกด้วย

ดังนั้น เป็นไปได้หรือไม่ที่จะลดตาข่าย f' วัตถุ f' โดยไม่มีขีดจำกัด เพื่อเพิ่มกำลังขยาย เพื่อให้เรามองเห็นวัตถุที่บอบบางมากขึ้น คำตอบคือไม่! เนื่องจากแสงที่ใช้ในการถ่ายภาพนั้นเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง ดังนั้น ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนและการแทรกสอดย่อมเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการแพร่กระจาย เช่นเดียวกับระลอกคลื่นบนผิวน้ำที่พบเห็นได้ในชีวิตประจำวันเมื่อเจอสิ่งกีดขวาง และคลื่นน้ำสองเสาสามารถเสริมกำลังซึ่งกันและกันเมื่อมาพบกัน หรืออ่อนกำลังลงเช่นเดียวกัน เมื่อคลื่นแสงที่ปล่อยออกมาจากวัตถุส่องสว่างรูปทรงจุดเข้าสู่เลนส์ใกล้วัตถุ กรอบของเลนส์ใกล้วัตถุจะขัดขวางการแพร่กระจายของแสง ส่งผลให้เกิดการเลี้ยวเบนและการรบกวน มีชุดของวงแหวนแสงที่มีความเข้มอ่อนและค่อยๆ อ่อนลง เราเรียกจุดสว่างตรงกลางว่า Airy disk เมื่อจุดเปล่งแสงสองจุดอยู่ใกล้ในระยะหนึ่ง จุดแสงทั้งสองจะทับซ้อนกันจนไม่สามารถยืนยันได้ว่าเป็นจุดแสงสองจุด Rayleigh เสนอมาตรฐานการตัดสิน โดยคิดว่าเมื่อระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของจุดแสงสองจุดเท่ากับรัศมีของดิสก์ Airy จุดแสงทั้งสองจะสามารถแยกความแตกต่างได้ หลังจากคำนวณแล้ว ระยะห่างระหว่างจุดเปล่งแสงทั้งสอง ณ เวลานี้คือ e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA โดยที่ I คือความยาวคลื่นของแสง ความยาวคลื่น ของแสงที่ตามนุษย์สามารถรับได้คือประมาณ 0.4-0.7um และ n คือดัชนีหักเหของตัวกลางที่มีจุดเปล่งแสงอยู่ เช่น ในอากาศ n ≈1 ในน้ำ n≈1.33 และ A คือครึ่งหนึ่งของมุมเปิดของจุดเปล่งแสงไปยังกรอบของเลนส์ใกล้วัตถุ และ NA เรียกว่ารูรับแสงตัวเลขของเลนส์ใกล้วัตถุ จะเห็นได้จากสูตรข้างต้นว่าระยะห่างระหว่างจุดสองจุดที่สามารถแยกแยะได้ด้วยเลนส์ใกล้วัตถุนั้นถูกจำกัดโดยความยาวคลื่นของแสงและรูรับแสงที่เป็นตัวเลข เนื่องจากความยาวคลื่นของการมองเห็นแบบเฉียบพลันที่สุดของดวงตามนุษย์คือประมาณ 0.5um และมุม A ต้องไม่เกิน 90 องศา ดังนั้น sinA จึงมีค่าน้อยกว่า 1 เสมอ ดัชนีการหักเหของแสงสูงสุดที่มีอยู่ ตัวกลางนำแสงมีค่าประมาณ 1.5 ดังนั้นค่า e จึงมากกว่า 0.2um เสมอ ซึ่งเป็นระยะจำกัดขั้นต่ำที่กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสามารถแยกแยะได้ ขยายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ หากคุณต้องการขยายระยะจุดวัตถุ e ​​ที่สามารถแก้ไขได้ด้วยเลนส์ใกล้วัตถุด้วยค่า NA ที่แน่นอนเพียงพอที่จะแก้ไขได้ด้วยสายตามนุษย์ คุณต้องมีค่า Me มากกว่าหรือเท่ากับ {{26 }}.15 มม. โดย {{30}}.15 มม. เป็นค่าทดลองของสายตามนุษย์ ระยะห่างขั้นต่ำระหว่างวัตถุขนาดเล็กสองชิ้นที่สามารถแยกความแตกต่างได้ที่ 250 มม. ต่อหน้าต่อตา ดังนั้น M มากกว่า หรือเท่ากับ (0.15∕0.61 นิ้ว) NA≈500N.A เพื่อให้การสังเกตไม่ลำบากเกินไป ก็เพียงพอที่จะเพิ่ม M เป็นสองเท่า นั่นคือ 500N A น้อยกว่าหรือเท่ากับ M น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1,000N.A คือช่วงการเลือกที่เหมาะสมของกำลังขยายทั้งหมดของกล้องจุลทรรศน์ ไม่ว่ากำลังขยายทั้งหมดจะมากเพียงใด ก็ไม่มีความหมาย เนื่องจากรูรับแสงที่เป็นตัวเลขของเลนส์ใกล้วัตถุจำกัดระยะต่ำสุดที่แก้ไขได้ และเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกความแตกต่างได้มากขึ้นโดยการเพิ่มกำลังขยาย วัตถุขนาดเล็กมีรายละเอียด

ความเปรียบต่างของภาพเป็นอีกประเด็นสำคัญของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง คอนทราสต์ที่เรียกว่าหมายถึงคอนทราสต์ขาวดำหรือความแตกต่างของสีระหว่างส่วนที่อยู่ติดกันบนพื้นผิวภาพ เป็นเรื่องยากสำหรับสายตามนุษย์ที่จะตัดสินความแตกต่างของความสว่างที่ต่ำกว่า 0.02 มีความไวกว่าเล็กน้อย สำหรับวัตถุสังเกตการณ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์บางชนิด เช่น ตัวอย่างทางชีวภาพ ความแตกต่างของความสว่างระหว่างรายละเอียดนั้นน้อยมาก และข้อผิดพลาดในการออกแบบและการผลิตของระบบออปติคัลของกล้องจุลทรรศน์ยังช่วยลดคอนทราสต์ของภาพและทำให้แยกแยะได้ยาก ในขณะนี้ รายละเอียดของวัตถุไม่สามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจน ไม่ใช่เพราะกำลังขยายทั้งหมดต่ำเกินไป หรือรูรับแสงตัวเลขของเลนส์ใกล้วัตถุมีขนาดเล็กเกินไป แต่เป็นเพราะคอนทราสต์ของระนาบภาพต่ำเกินไป

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ผู้คนทำงานอย่างหนักเพื่อปรับปรุงความละเอียดและความเปรียบต่างในการถ่ายภาพของกล้องจุลทรรศน์ ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และเครื่องมือ ทฤษฎีและวิธีการออกแบบออปติคอลก็ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเช่นกัน ควบคู่ไปกับการปรับปรุงประสิทธิภาพของวัตถุดิบ กระบวนการ และการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของวิธีการตรวจจับและนวัตกรรมของวิธีการสังเกตทำให้คุณภาพของการถ่ายภาพของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงใกล้เคียงกับความสมบูรณ์แบบของขีดจำกัดการเลี้ยวเบน ผู้คนจะใช้การย้อมสีชิ้นงาน, สนามมืด, คอนทราสต์ของเฟส, การเรืองแสง, การรบกวน, โพลาไรซ์และเทคนิคการสังเกตอื่น ๆ เพื่อทำให้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสามารถปรับให้เข้ากับการวิจัยของชิ้นงานทุกชนิด แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็คตรอน กล้องจุลทรรศน์อัลตราโซนิกและเครื่องมือขยายภาพอื่น ๆ จะออกมาอย่างต่อเนื่องในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา และมีประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในบางด้าน แต่ก็ยังไม่มีจำหน่ายในแง่ของราคาถูก สะดวก สัญชาตญาณ และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต เป็นคู่แข่งกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงซึ่งยังคงยึดหลักไว้อย่างมั่นคง ในทางกลับกัน เมื่อรวมกับเลเซอร์ คอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีวัสดุใหม่ และเทคโนโลยีสารสนเทศ กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงโบราณกำลังฟื้นฟูและแสดงพลังที่แข็งแรง กล้องจุลทรรศน์ดิจิตอล, กล้องจุลทรรศน์สแกนคอนโฟคอลเลเซอร์, กล้องจุลทรรศน์สแกนระยะใกล้, กล้องจุลทรรศน์สองโฟตอนและมีฟังก์ชั่นหรือเครื่องมือใหม่มากมายที่สามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นในกระแสที่ไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่งขยายขอบเขตการใช้งานของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงเพิ่มเติม ภาพถ่ายการก่อตัวของหินที่อัปโหลดจากยานสำรวจดาวอังคารนั้นน่าตื่นเต้นเพียงใด! เราสามารถเชื่อได้อย่างเต็มที่ว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงจะเป็นประโยชน์ต่อมนุษยชาติด้วยทัศนคติที่ปรับปรุงใหม่