Εφαρμογή της έννοιας του σύγχρονου μικροσκοπίου στην παρατήρηση του μικροσκοπικού κόσμου
Από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα, τα ανθρώπινα όντα επιδιώκουν υψηλότερες και πιο μακρινές αλήθειες. Από τα ταξίδια στον ωκεανό μέχρι την εξερεύνηση του διαστήματος, οι άνθρωποι κατακτούν μεγάλους στόχους ο ένας μετά τον άλλο. Ωστόσο, ο μακροσκοπικός κόσμος που βλέπουν οι άνθρωποι με γυμνό μάτι δεν είναι ολόκληρος ο κόσμος και το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να τον δει καθαρά. Προσελκύει επίσης αμέτρητους ανθρώπους για εξερεύνηση και επιδίωξη.
Ανεξάρτητα από μακροσκοπικά ή μικροσκοπικά πράγματα, οι παρατηρήσεις μας βασίζονται στα χαρακτηριστικά του τρισδιάστατου χώρου, δηλαδή του τρισδιάστατου XYZ, και η παρατήρηση των αλλαγών στο σχήμα των πραγμάτων χρειάζεται να εισάγει έναν άλλο παράγοντα μέτρησης - τον χρόνο T. Ο πιο ολοκληρωμένος τρόπος παρατήρησης των πραγμάτων πρέπει να είναι η ταυτόχρονη εγγραφή XYZT, δηλαδή η μακροχρόνια φωτογράφηση σχήματος συν χρόνο, είναι επίσης η απόλυτη λειτουργία του μικροσκοπίου.
Μετά από περισσότερα από 300 χρόνια ανάπτυξης, τα σύγχρονα μικροσκόπια έχουν προτείνει έννοιες όπως η ανάλυση, το βάθος πεδίου και το οπτικό πεδίο, και έχουν προτείνει συνεχώς λύσεις. Τα μικροσκόπια κάλυπταν αρχικά τις ανάγκες μας για παρατήρηση του μικροσκοπικού κόσμου και μας βοήθησαν να καταγράψουμε τον χώρο και τον χρόνο του μικροσκοπικού κόσμου.
Το πιο σημαντικό πράγμα στη μικροσκοπική παρατήρηση του κόσμου είναι η ανάλυση των λεπτομερειών και η έννοια της ανάλυσης γεννήθηκε από αυτό. Η ανάλυση αναφέρεται στην ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο σημείων που μπορεί να διακρίνει το ανθρώπινο μάτι και ισχύει μόνο στη διάσταση XY. Σύμφωνα με το κριτήριο Rayleigh, το κριτήριο Rayleigh, το όριο που μπορούν να διακρίνουν οι κανονικοί άνθρωποι είναι δύο σημεία των 0,2 mm σε απόσταση 25 cm. Όταν χρησιμοποιούμε μικροσκόπιο, μπορούμε να δούμε δύο σημεία σε μικρότερη απόσταση, γεγονός που βελτιώνει την ανάλυση της παρατήρησής μας. Με τη συνεχή εμβάθυνση της σύγχρονης έρευνας, οι απαιτήσεις των ανθρώπων για ανάλυση αυξάνονται επίσης συνεχώς, και οι επιστήμονες βελτιώνουν επίσης συνεχώς την ανάλυση των μικροσκοπίων. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια έχουν αυξήσει την ανάλυση σε επίπεδο νανομέτρων, επιτρέποντας την παρατήρηση ιών. Η τεχνολογία εξαιρετικά υψηλής μικροσκοπικής απεικόνισης βελτιώνει την ανάλυση του μικροσκοπίου από 200 νανόμετρα σε δεκάδες νανόμετρα, πραγματοποιώντας την παρατήρηση οργανιδίων ζωντανών κυττάρων.
Η βελτίωση της ανάλυσης φέρνει και νέα προβλήματα, δηλαδή τη μείωση του οπτικού πεδίου και του βάθους πεδίου. Όταν χρησιμοποιείται η συνηθισμένη μέθοδος κεντρικού φωτισμού (η μέθοδος φωτοπικού φωτισμού που κάνει το φως να περνά ομοιόμορφα μέσα από το δείγμα), η απόσταση ανάλυσης του μικροσκοπίου είναι d=0.61 λ/NA, το εύρος μήκους κύματος του ορατού φωτός είναι { {2}}nm, το μέσο μήκος κύματος είναι 550 nm και το μήκος κύματος είναι μια σταθερή σταθερά. Επομένως, η αύξηση της τιμής NA μπορεί να πάρει μια μικρότερη τιμή D, δηλαδή την απόσταση μεταξύ δύο σημείων που μπορούν να διακριθούν Μικρότερα, επιτρέποντας στους ανθρώπους να δουν καθαρά μικρότερα αντικείμενα.
Η τιμή NA είναι το αριθμητικό διάφραγμα, το οποίο περιγράφει το μέγεθος της γωνίας κώνου λήψης φωτός του φακού, NA=n * sin , δηλαδή το γινόμενο του δείκτη διάθλασης (n) του μέσου μεταξύ του φακού και του το αντικείμενο που πρόκειται να επιθεωρηθεί και το ημίτονο του μισού της γωνίας ανοίγματος (2 ). n είναι ο δείκτης διάθλασης του φωτός του μέσου μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του δείγματος. Όταν το μέσο του χώρου αντικειμένου του μικροσκοπίου είναι αέρας, ο δείκτης διάθλασης n=1. Η χρήση ενός μέσου με υψηλότερο δείκτη διάθλασης από τον αέρα μπορεί να αυξήσει σημαντικά την τιμή ΝΑ. Το μέσο εμβάπτισης στο νερό είναι απεσταγμένο νερό και ο δείκτης διάθλασης Η αναλογία είναι 1,33. το αντικειμενικό μέσο εμβάπτισης λαδιού είναι λάδι κέδρου ή άλλα διαφανή έλαια και ο δείκτης διάθλασής του είναι γενικά γύρω στο 1,52, που είναι κοντά στον δείκτη διάθλασης του φακού και του γυαλιού ολίσθησης. Επομένως, η τιμή ΝΑ του φακού λαδιού είναι υψηλότερη από αυτή του φακού αέρα.
Η γωνία διαφράγματος, γνωστή και ως "γωνία στομίου καθρέφτη", είναι η γωνία που σχηματίζεται από το σημείο του αντικειμένου στον οπτικό άξονα του φακού και η πραγματική διάμετρος του μπροστινού φακού του αντικειμενικού φακού. Η αύξηση της γωνίας του στομίου του καθρέφτη μπορεί να αυξήσει την τιμή του ημιτονοειδούς και το πραγματικό του ανώτερο όριο είναι περίπου 72 μοίρες (η ημιτονοειδής τιμή είναι 0.95), πολλαπλασιαζόμενη με τον δείκτη διάθλασης του ελαίου κέδρου 1,52, προκύπτει ότι το Η μέγιστη τιμή ΝΑ είναι περίπου 1,45 και αντικαθιστώντας τον τύπο υπολογισμού ανάλυσης, μπορεί να ληφθεί ότι η οριακή ανάλυση επιπέδου XY ενός συμβατικού μικροσκοπίου είναι περίπου 0,2um.
Η τιμή NA επηρεάζει επίσης άμεσα τη φωτεινότητα του οπτικού πεδίου του μικροσκοπίου (Β). Από τον τύπο B∝NA2/M2 μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η φωτεινότητα αυξάνεται με την αύξηση του αριθμητικού διαφράγματος (NA) ή τη μείωση της μεγέθυνσης του αντικειμενικού φακού (M).
Θεωρητικά, θα πρέπει να επιδιώξουμε την υψηλότερη δυνατή τιμή NA για να αποκτήσουμε καλύτερη ανάλυση επιπέδου XY και φωτεινότητα οπτικού πεδίου. Ωστόσο, όλα έχουν δύο όψεις. Η βελτίωση της ανάλυσης του επιπέδου XY θα μειώσει το βάθος πεδίου του άξονα Z και το οπτικό πεδίο παρατήρησης.
Τα μικροσκόπια γενικά βλέπουν την όψη κατακόρυφα προς τα κάτω. Όταν η κυρτή θέση και η κοίλη θέση στην επιφάνεια του αντικειμένου που παρατηρείται εντός της διαμέτρου του οπτικού πεδίου μπορούν να φανούν καθαρά, τότε η διαφορά ύψους μεταξύ του κυρτού σημείου και του κοίλου σημείου είναι το βάθος πεδίου. Λοιπόν, για τα μικροσκόπια, όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος πεδίου, τόσο το καλύτερο. Όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος πεδίου, τόσο καλύτερες και πιο τρισδιάστατες εικόνες ευκρίνειας μπορούν να ληφθούν κατά την παρατήρηση της επιφάνειας ανώμαλων αντικειμένων. Το μεγάλο βάθος πεδίου μας βοηθά να παρατηρήσουμε τον μικροσκοπικό κόσμο στην κατακόρυφη κατεύθυνση. Δηλαδή, οι πληροφορίες του άξονα Z στην τρισδιάστατη μορφή XYZ.
Το βάθος πεδίου είναι το βάθος του μπροστινού και του πίσω χώρου που αντιστοιχεί στην καθαρή εικόνα στο επίπεδο της εικόνας: dtot=(λ*n)/NA συν n/(M∗NA) * e, dtot: βάθος πεδίου , NA: αριθμητικό διάφραγμα, M: ολική μεγέθυνση, λ: μήκος κύματος φωτός, (συνήθως λ=0.55um), n: δείκτης διάθλασης του μέσου μεταξύ του δείγματος και του αντικειμενικού φακού (αέρας: n{{3 }}, λάδι: n=1.52) Σύμφωνα με αυτόν τον τύπο, μπορούμε να γνωρίζουμε ότι το βάθος πεδίου του άξονα Z είναι αντιστρόφως ανάλογο με την τιμή NA του επιπέδου XY.
Εκτός από το βάθος πεδίου, το οπτικό πεδίο επηρεάζεται επίσης από την τιμή NA. Το χωρικό εύρος που μπορεί να φανεί όταν το όργανο κοιτάζει σταθερά σε ένα σημείο είναι το οπτικό πεδίο. Ο υπολογισμός του σχετίζεται άμεσα με τη μεγέθυνση του αντικειμενικού φακού. Η πραγματική διάμετρος του οπτικού πεδίου που φαίνεται με παρατήρηση είναι ίση με τη διάμετρο του οπτικού πεδίου Διαιρούμενη με τη μεγέθυνση του αντικειμενικού φακού, το προσοφθάλμιο θα υποδεικνύει το αντίστοιχο οπτικό πεδίο, όπως 10/18, δηλαδή το η μεγέθυνση είναι 10 φορές και η διάμετρος του οπτικού πεδίου είναι 18 mm. Επομένως, όταν προσδιορίζεται το προσοφθάλμιο, όσο μεγαλύτερη είναι η μεγέθυνση, τόσο μικρότερο είναι το παρατηρούμενο οπτικό πεδίο.
Η ανάλυση επιπέδου XY είναι η ανάλυση των τοπικών λεπτομερειών και το οπτικό πεδίο καθορίζει το εύρος παρατήρησης του δείγματος. Όσο μεγαλύτερο είναι το οπτικό πεδίο, τόσο καλύτερο, αλλά περιορισμένο από την τρέχουσα τεχνολογία, πρέπει να χρησιμοποιούμε αντικειμενικούς φακούς υψηλής ισχύος για να αποκτήσουμε καλές τιμές ΝΑ, επομένως, οι τιμές οπτικού πεδίου και ΝΑ έχουν έμμεση αρνητική συσχέτιση.
