Un microscope optique traditionnel se compose de plusieurs parties
Les microscopes optiques traditionnels sont principalement composés de systèmes optiques et de leurs structures mécaniques de support. Les systèmes optiques comprennent des lentilles d'objectif, des oculaires et des lentilles de condenseur, qui sont toutes des loupes compliquées constituées de divers verres optiques. L'objectif agrandit l'image de l'échantillon et son grossissement M objet est déterminé par la formule suivante : M objet=Δ∕f' objet , où f' objet est la distance focale de l'objectif et Δ peut être compris comme la distance entre l'objectif et l'oculaire. L'oculaire agrandit à nouveau l'image formée par l'objectif et forme une image virtuelle à 250 mm devant l'œil humain pour l'observation. C'est la position d'observation la plus confortable pour la plupart des gens. Le grossissement de l'oculaire M eye=250/f' eye, f' eye est la distance focale de l'oculaire. Le grossissement total du microscope est le produit de l'objectif et de l'oculaire, c'est-à-dire M=M objet*M œil=Δ*250/f' œil *f ; objet. On peut voir que la réduction de la distance focale de l'objectif et de l'oculaire augmentera le grossissement total, qui est la clé pour voir les bactéries et autres micro-organismes avec un microscope, et c'est aussi la différence entre celui-ci et les loupes ordinaires.
Alors, est-il concevable de réduire le maillage f' objet f' sans limite, de manière à augmenter le grossissement, pour que l'on puisse voir des objets plus subtils ? La réponse est non! En effet, la lumière utilisée pour l'imagerie est essentiellement une sorte d'onde électromagnétique, de sorte que des phénomènes de diffraction et d'interférence se produiront inévitablement pendant le processus de propagation, tout comme les ondulations à la surface de l'eau que l'on peut voir dans la vie quotidienne peuvent se déplacer lorsqu'elles rencontrent des obstacles. , et deux colonnes d'ondes d'eau peuvent se renforcer lorsqu'elles se rencontrent ou s'affaiblir. Lorsque l'onde lumineuse émise par un objet lumineux en forme de point pénètre dans la lentille d'objectif, le cadre de la lentille d'objectif entrave la propagation de la lumière, ce qui entraîne une diffraction et des interférences. Il y a une série d'anneaux lumineux avec une intensité faible et s'affaiblissant progressivement. Nous appelons la tache lumineuse centrale le disque d'Airy. Lorsque deux points émettant de la lumière sont proches d'une certaine distance, les deux points lumineux se chevauchent jusqu'à ce qu'ils ne puissent pas être confirmés comme deux points lumineux. Rayleigh a proposé une norme de jugement, pensant que lorsque la distance entre les centres des deux taches lumineuses est égale au rayon du disque d'Airy, les deux taches lumineuses peuvent être distinguées. Après calcul, la distance entre les deux points émetteurs de lumière à ce moment est e=0.61 入/n.sinA=0.61 I/NA, où I est la longueur d'onde de la lumière, la longueur d'onde de lumière pouvant être reçue par l'œil humain est d'environ 0.4-0.7um, et n est l'indice de réfraction du milieu où se trouve le point d'émission de lumière, comme dans l'air, n ≈1, dans l'eau , n≈1,33, et A est la moitié de l'angle d'ouverture du point émetteur de lumière par rapport au cadre de l'objectif, et NA est appelé l'ouverture numérique de l'objectif. On peut voir à partir de la formule ci-dessus que la distance entre deux points qui peuvent être distingués par l'objectif est limitée par la longueur d'onde de la lumière et l'ouverture numérique. Étant donné que la longueur d'onde de la vision la plus aiguë de l'œil humain est d'environ 0.5um et que l'angle A ne peut pas dépasser 90 degrés, sinA est toujours inférieur à 1. L'indice de réfraction maximal de la le milieu transmettant la lumière est d'environ 1,5, de sorte que la valeur e est toujours supérieure à 0.2um, qui est la distance limite minimale que le microscope optique peut distinguer. Agrandissez l'image à travers un microscope, si vous voulez agrandir la distance du point objet e qui peut être résolue par l'objectif avec une certaine valeur NA suffisante pour être résolue par l'œil humain, vous avez besoin de Me supérieur ou égal à {{26 }}.15mm, où {{30}}.15mm est la valeur expérimentale de l'œil humain La distance minimale entre deux micro-objets qui peuvent être distingués à 250mm devant les yeux, donc M Supérieur à ou égal à (0.15∕0.61 in) NA≈500N.A, pour que l'observation ne soit pas trop laborieuse, il suffit de doubler le M, soit 500N. A Inférieur ou égal à M Inférieur ou égal à 1000N.A est une plage de sélection raisonnable du grossissement total du microscope. Quelle que soit la taille du grossissement total, cela n'a pas de sens, car l'ouverture numérique de l'objectif a limité la distance de résolution minimale et il est impossible de distinguer davantage en augmentant le grossissement. Les petits objets sont détaillés.
Le contraste d'imagerie est un autre problème clé des microscopes optiques. Le soi-disant contraste fait référence au contraste noir et blanc ou à la différence de couleur entre les parties adjacentes sur la surface de l'image. Il est difficile pour l'œil humain de juger de la différence de luminosité en dessous de 0.02. est légèrement plus sensible. Pour certains objets d'observation au microscope, tels que les spécimens biologiques, la différence de luminosité entre les détails est très faible, et les erreurs de conception et de fabrication du système optique du microscope réduisent encore le contraste d'imagerie et le rendent difficile à distinguer. À ce moment, les détails de l'objet ne peuvent pas être vus clairement, non pas parce que le grossissement total est trop faible, ni l'ouverture numérique de l'objectif trop petite, mais parce que le contraste du plan image est trop faible.
Au fil des ans, les gens ont travaillé dur pour améliorer la résolution et le contraste d'imagerie du microscope. Avec les progrès continus de la technologie et des outils informatiques, la théorie et les méthodes de conception optique sont également continuellement améliorées. Couplé à l'amélioration des performances des matières premières, des processus et L'amélioration continue des méthodes de détection et l'innovation des méthodes d'observation ont rendu la qualité d'imagerie du microscope optique proche de la perfection de la limite de diffraction. Les gens utiliseront la coloration des échantillons, le champ sombre, le contraste de phase, la fluorescence, l'interférence, la polarisation et d'autres techniques d'observation pour fabriquer le microscope optique. Il peut s'adapter à la recherche de toutes sortes d'échantillons. Bien que les microscopes électroniques, les microscopes à ultrasons et autres instruments d'imagerie grossissante soient apparus successivement ces dernières années et aient des performances supérieures à certains égards, ils ne sont toujours pas disponibles en termes de bon marché, de commodité, d'intuition et particulièrement adaptés à la recherche sur les organismes vivants. Rival du microscope optique, qui tient toujours bon. D'autre part, combiné au laser, à l'ordinateur, aux nouvelles technologies des matériaux et aux technologies de l'information, l'ancien microscope optique rajeunit et fait preuve d'une vitalité vigoureuse. Microscope numérique, microscope à balayage confocal laser, microscope à balayage à champ proche, microscope à deux photons et Il existe diverses nouvelles fonctions ou instruments qui peuvent s'adapter à diverses nouvelles conditions environnementales émergent dans un flux sans fin, ce qui élargit encore le champ d'application des microscopes optiques. Comme les images microscopiques de formations rocheuses téléchargées depuis les rovers martiens sont passionnantes ! Nous pouvons pleinement croire que le microscope optique bénéficiera à l'humanité avec une attitude mise à jour.
