Τέσσερις οπτικές αρχές του μικροσκοπίου
1. Διάθλαση και Δείκτης Διάθλασης
Το φως ταξιδεύει σε ευθεία γραμμή μεταξύ δύο σημείων σε ένα ομοιογενές ισότροπο μέσο. Όταν διέρχεται από διαφανή αντικείμενα με διαφορετικές πυκνότητες, συμβαίνει διάθλαση, η οποία προκαλείται από τις διαφορετικές ταχύτητες διάδοσης του φωτός σε διαφορετικά μέσα. Όταν το φως που δεν είναι κάθετο στην επιφάνεια του διαφανούς αντικειμένου εισέρχεται στο διαφανές αντικείμενο (όπως το γυαλί) από τον αέρα, το φως αλλάζει κατεύθυνση στη διεπιφάνειά του και σχηματίζει μια γωνία διάθλασης με την κανονική.
2. Απόδοση φακού
Οι φακοί είναι τα πιο βασικά οπτικά στοιχεία που συνθέτουν το οπτικό σύστημα μικροσκοπίου. Εξαρτήματα όπως αντικειμενικοί φακοί, προσοφθάλμιοι φακοί και συμπυκνωτές αποτελούνται από απλούς ή πολλαπλούς φακούς. Ανάλογα με το σχήμα τους, μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: τους κυρτούς φακούς (θετικοί φακοί) και τους κοίλους (αρνητικούς φακούς). Όταν μια δέσμη φωτός παράλληλη προς τον οπτικό άξονα διέρχεται από έναν κυρτό φακό και τέμνεται σε ένα σημείο, αυτό το σημείο ονομάζεται "σημείο εστίασης" και το επίπεδο που διέρχεται από το σημείο τομής και είναι κάθετο στον οπτικό άξονα ονομάζεται "εστιακό επίπεδο". Υπάρχουν δύο εστιακά σημεία, το εστιακό σημείο στο χώρο του αντικειμένου ονομάζεται "εστιακό σημείο αντικειμένου" και το εστιακό επίπεδο εκεί ονομάζεται "εστιακό επίπεδο αντικειμένου". αντίστροφα, το εστιακό σημείο στο χώρο της εικόνας ονομάζεται "εστιακό σημείο εικόνας". Το εστιακό επίπεδο στο ονομάζεται "τετράγωνο εστιακό επίπεδο εικόνας". Αφού το φως περάσει μέσα από έναν κοίλο φακό, σχηματίζει μια ανορθωμένη εικονική εικόνα, ενώ ένας κυρτός φακός σχηματίζει μια ορθή πραγματική εικόνα. Οι πραγματικές εικόνες μπορούν να εμφανιστούν στην οθόνη, αλλά οι εικονικές εικόνες όχι.
3. Βασικοί Παράγοντες που Επηρεάζουν την Απεικόνιση—Παρεκκλίσεις
Λόγω αντικειμενικών συνθηκών, οποιοδήποτε οπτικό σύστημα δεν μπορεί να δημιουργήσει μια θεωρητικά ιδανική εικόνα και η ύπαρξη διαφόρων εκτροπών επηρεάζει την ποιότητα της απεικόνισης. Οι διάφορες εκτροπές παρουσιάζονται εν συντομία παρακάτω.
1). Χρωματική εκτροπή Η χρωματική εκτροπή είναι ένα σοβαρό ελάττωμα της απεικόνισης του φακού, το οποίο εμφανίζεται όταν χρησιμοποιείται πολυχρωμικό φως ως πηγή φωτός και το μονοχρωματικό φως δεν προκαλεί χρωματική εκτροπή. Το λευκό φως αποτελείται από επτά είδη κόκκινου, πορτοκαλί, κίτρινου, πράσινου, κυανού, μπλε και μοβ. Τα μήκη κύματος των διαφόρων φώτων είναι διαφορετικά, επομένως ο δείκτης διάθλασης κατά τη διέλευση του φακού είναι επίσης διαφορετικός. Με αυτόν τον τρόπο, ένα σημείο στην πλευρά του αντικειμένου μπορεί να σχηματίσει ένα χρωματικό σημείο στην πλευρά της εικόνας. Η κύρια λειτουργία του οπτικού συστήματος είναι να αχρωματίζει.
Η χρωματική εκτροπή γενικά περιλαμβάνει τη χρωματική εκτροπή θέσης και τη χρωματική εκτροπή μεγέθυνσης. Η χρωματική εκτροπή θέσης κάνει την εικόνα να φαίνεται θολή ή θολή σε οποιαδήποτε θέση. Η χρωματική εκτροπή μεγέθυνσης κάνει την εικόνα να έχει χρωματιστά κρόσσια.
2). Σφαιρική εκτροπή Η σφαιρική εκτροπή είναι η μονοχρωματική εκτροπή του σημείου επί του άξονα λόγω της σφαιρικής επιφάνειας του φακού. Το αποτέλεσμα της σφαιρικής εκτροπής είναι ότι μετά την απεικόνιση ενός σημείου, δεν είναι πλέον ένα φωτεινό σημείο, αλλά ένα φωτεινό σημείο με μια φωτεινή άκρη στη μέση που σταδιακά θολώνει, γεγονός που επηρεάζει την ποιότητα της απεικόνισης.
Η διόρθωση της σφαιρικής εκτροπής συνήθως εξαλείφεται με συνδυασμό φακών. Δεδομένου ότι η σφαιρική εκτροπή των κυρτών και κοίλων φακών είναι αντίθετη, οι κυρτές και οι κοίλοι φακοί διαφορετικών υλικών μπορούν να κολληθούν μεταξύ τους για την εξάλειψή τους. Για μικροσκόπια παλαιού τύπου, η σφαιρική εκτροπή του αντικειμενικού φακού δεν διορθώνεται πλήρως και θα πρέπει να αντιστοιχιστεί με τον αντίστοιχο αντισταθμιστικό προσοφθάλμιο για να επιτευχθεί το διορθωτικό αποτέλεσμα. Γενικά, η σφαιρική εκτροπή των νέων μικροσκοπίων εξαλείφεται πλήρως από τον αντικειμενικό φακό.
3). Κώμα Το κώμα είναι μια μονόχρωμη εκτροπή ενός σημείου εκτός άξονα. Όταν ένα σημείο αντικειμένου εκτός άξονα απεικονίζεται από μια δέσμη μεγάλου διαφράγματος, οι εκπεμπόμενες δέσμες περνούν μέσα από το φακό και δεν τέμνονται σε ένα σημείο, τότε η εικόνα ενός φωτεινού σημείου θα έχει τη μορφή κόμματος, το οποίο έχει σχήμα σαν κομήτης, γι' αυτό ονομάζεται "εκτροπή κώματος".
4). Ο αστιγματισμός είναι επίσης μια μονόχρωμη εκτροπή εκτός άξονα που επηρεάζει την ευκρίνεια. Όταν το οπτικό πεδίο είναι μεγάλο, το σημείο του αντικειμένου στην άκρη είναι πολύ μακριά από τον οπτικό άξονα και η δέσμη γέρνει πολύ, προκαλώντας αστιγματισμό μετά τη διέλευση του φακού. Ο αστιγματισμός κάνει το αρχικό σημείο αντικειμένου να γίνει δύο διαχωρισμένες και κάθετες σύντομες γραμμές μετά την απεικόνιση, και μετά τη σύνθεση στο ιδανικό επίπεδο εικόνας, σχηματίζεται ένα ελλειπτικό σημείο. Ο αστιγματισμός εξαλείφεται μέσω πολύπλοκων συνδυασμών φακών.
5). Καμπυλότητα πεδίου Η καμπυλότητα πεδίου είναι επίσης γνωστή ως "καμπυλότητα πεδίου". Όταν ο φακός έχει καμπυλότητα πεδίου, το σημείο τομής ολόκληρης της δέσμης δεν συμπίπτει με το ιδανικό σημείο εικόνας. Αν και μπορεί να ληφθεί ένα καθαρό σημείο εικόνας σε κάθε συγκεκριμένο σημείο, ολόκληρο το επίπεδο εικόνας είναι μια καμπύλη επιφάνεια. Με αυτόν τον τρόπο, ολόκληρη η επιφάνεια της εικόνας δεν μπορεί να φανεί καθαρά κατά την επιθεώρηση του καθρέφτη, γεγονός που καθιστά δύσκολη την παρατήρηση και τη λήψη φωτογραφιών. Ως εκ τούτου, οι στόχοι των ερευνητικών μικροσκοπίων είναι γενικά στόχοι σχεδίου, οι οποίοι έχουν διορθωθεί ως προς την καμπυλότητα πεδίου.
6). Παραμόρφωση Όλα τα είδη εκτροπών που αναφέρονται παραπάνω, εκτός από την καμπυλότητα του πεδίου, επηρεάζουν την ευκρίνεια της εικόνας. Η παραμόρφωση είναι ένας άλλος τύπος εκτροπής στον οποίο δεν διακυβεύεται η ομοκεντρικότητα της δέσμης. Επομένως, η ευκρίνεια της εικόνας δεν επηρεάζεται, αλλά η εικόνα συγκρίνεται με το αρχικό αντικείμενο, προκαλώντας παραμόρφωση στο σχήμα.
