Il Microscopio ottico

Storia del microscopio, principi di ottica, tipi di microscopio metodologie di illuminazione e di ispezione …

Breve storia del microscopio

　Un microscopio è un dispositivo per ingrandire e osservare un oggetto. Per 300 anni, solo pochi decenni fa, dall’invenzione del microscopio all’inizio del XVII secolo, “microscopio” era il termine usato per riferirsi a un microscopio ottico. Tuttavia, il microscopio elettronico è stato inventato a metà del XX secolo e il microscopio a sonda a scansione è stato inventato nella seconda metà, ampliando il concetto di microscopio. Ci sono anche progressi tecnologici dai microscopi ottici classici, come l’uso di microscopi laser confocali e sistemi video per microscopi ottici. Tuttavia, qui parlerò solo dei microscopi ottici classici.

　Non è chiaro quando gli esseri umani abbiano notato l’effetto di ingrandimento delle lenti convesse. Poiché l’aspetto degli occhiali, che è uno dei dispositivi ottici più semplici che utilizzano lenti, risale alla seconda metà del XIII secolo, si presume che anche gli specchi ingranditori con lenti convesse fossero noti al mondo in quel momento. Le lenti convesse divennero quello che potremmo chiamare un microscopio dal livello di una lente d’ingrandimento, per quanto ne sappiamo, dalla fine del XVI secolo all’inizio del XVII secolo. Dei microscopi, quello che ingrandisce con un solo set di lenti è chiamato “microscopio singolo”, e quello che ingrandisce in due fasi con una lente obiettivo e una lente per oculare è chiamato “doppio microscopio”. Il microscopio composto è più facile da usare e oggi non vediamo un solo microscopio nel campo della ricerca. Tuttavia, all’inizio del XVII secolo, quando fu inventato il microscopio, non esisteva una teoria dell’imaging che fosse un prerequisito per la produzione di lenti ad alte prestazioni e non c’erano vari materiali di vetro necessari per produrre lenti acromatiche. Le prestazioni del microscopio composto erano inferiori a quelle del microscopio singolo. Ovviamente, in prima linea nella ricerca è stato utilizzato anche un singolo microscopio.

　Nel XVII secolo furono pubblicate registrazioni di osservazione usando un microscopio. Nel 1625 Francesco Stelluti pubblicò il libro “La figura dell’ape”, e nel 1665 Robert Hook pubblicò il famoso “Micrographia”. Hook ha osservato oggetti di uso quotidiano come tappi e vermi utilizzando un microscopio composto con un ingrandimento massimo di circa 50 volte e ha pubblicato le lastre dettagliate sulla micrografia. Il nome “Micrographia” dà l’impressione che si tratti di una microfotografia, ma in realtà è un libro che comprende vari articoli scientifici che non sono legati al microscopio, e si può dire che sia l’ideatore della lettura scientifica visiva. sconosciuto. Il libro di Hook ha avuto una grande influenza sulla classe superiore preferita dell’epoca. La scienza è stata riconosciuta come un hobby delle classi superiori in Europa da questo periodo fino a prima della seconda guerra mondiale, e sembra che abbia ancora un’influenza sulla comprensione sociale della scienza.

　Una delle persone che sembra essere stata influenzata dal libro di Hook è Lewen Hook nei Paesi Bassi. Sebbene fosse un commerciante, era anche interessato alla scienza e osservava molte cose straordinarie con un singolo microscopio con eccellenti prestazioni ottiche. Scopre microrganismi, osserva i batteri, scopre lo sperma e sta anche sperimentando con il tessuto di legno. Nonostante le sue osservazioni energiche, si dice che Lewenhook abbia prodotto oltre 500 singoli microscopi nella sua vita. Tra questi, esistono ancora circa nove microscopi e alcuni mostrano prestazioni estremamente elevate con un ingrandimento di 266 volte e una risoluzione di 1,4 μm. Le sue osservazioni e scoperte furono di ampio respiro e i suoi risultati furono segnalati alla Royal Society of England in una lettera. Questo record è stato di valore scientifico per oltre 100 anni e si diceva che anche i biologi del 19 ° secolo dovevano confermare la lettera di Lewenhook prima di rivendicare nuove scoperte. I microscopi monotipo continuarono a svilupparsi anche dopo Lewenhook, producendo un’ampia varietà di modelli. Karl Linneus, famoso per la sua tassonomia, e Robert Brown, che ha riportato in dettaglio il movimento Brown, sono anche utenti del microscopio singolo. Alcuni microscopi monotipo avevano un ingrandimento di quasi 500 volte. Alcuni dei singoli microscopi a quel tempo avevano una forma simile all’attuale microscopio anatomico, ma era un microscopio ad alto ingrandimento che era completamente diverso dal microscopio anatomico a basso ingrandimento.

　I microscopi duplex sono gradualmente progrediti attraverso l’invenzione delle lenti acromatiche nel XVIII secolo. Il telescopio, che si dice sia stato inventato all’incirca nello stesso periodo del microscopio, è considerato una tecnologia militare, e intorno al 1900, in alcuni paesi europei fu prodotta una produzione stabile di vetro a corona e vetro flint per migliorarne le prestazioni. È stato utilizzato e sono state realizzate lenti acromatiche su vasta scala che lo utilizzano. Nella prima metà del 19 ° secolo, i produttori di microscopi professionisti esistevano nei paesi europei e furono apportati vari miglioramenti al sistema ottico. Ad esempio, l’italiano Amichi ha sviluppato una lente di primo stadio vicino a un emisfero e una tecnologia di immersione in olio, e Lister del Regno Unito ha utilizzato due set di lenti acromatiche per ridurre non solo l’aberrazione cromatica ma anche l’aberrazione sferica. È stato sviluppato. Come una di queste fabbriche di microscopi, Karl Zeiss, che in seguito ha lasciato un segno importante nella storia dei microscopi, ha avviato la fabbrica nel 1846. Tuttavia, il principio di progettazione dell’obiettivo non è stato stabilito in quest’epoca e una copia del prodotto che mostra prestazioni eccellenti è stata realizzata come un prodotto tra le lenti oggettive realizzate dagli artigiani con la loro intuizione ed esperienza. Qualche tempo dopo la fondazione della fabbrica, il microscopio composto di Zeiss è stato riconosciuto come dotato di prestazioni elevate, ma è altamente possibile che non abbia ancora raggiunto le prestazioni più elevate del microscopio singolo di Lewenhook.　È stato Abbe, docente presso l’Università di Jena, a migliorare notevolmente le prestazioni del microscopio composto. Su richiesta di Zeiss, iniziò a insegnare Zeiss Optical Works nel 1866. La prima cosa che ha fatto Abbe è stata cambiare il processo di produzione. Fino ad allora, la finitura finale della lente dell’obiettivo del microscopio era che l’ingegnere capo aggiustasse la lente dell’obiettivo assemblata con le varie lenti in base alla sua esperienza e la trasformasse in un prodotto. Le prestazioni del microscopio dipendevano in gran parte dall’abilità dell’artigiano. Abbe ha impostato le dimensioni e le tolleranze di ciascuna lente in modo che la lente dell’obiettivo potesse essere assemblata senza regolazioni da parte dell’ingegnere capo. Con il completamento di questo sistema, è stato creato un sistema per produrre correttamente lenti progettate sulla base di principi ottici. Come passo successivo, Abbe ha progettato l’obiettivo in base alla sua teoria ottica. Fino ad allora, era noto empiricamente che un obiettivo con un ampio angolo di visione (NA) aveva una risoluzione più elevata. Tuttavia, Abbe ha enfatizzato la correzione dell’aberrazione piuttosto che l’angolo di visione e ha progettato un obiettivo con un piccolo angolo di visione ma corretto per l’aberrazione sferica. Tuttavia, l’obiettivo progettato da Abbe aveva una bassa risoluzione e prestazioni inferiori rispetto all’obiettivo prodotto empiricamente da artigiani. Pertanto, Abbe ha progettato una lente con una grande NA e un’aberrazione sferica corretta. Questo obiettivo aveva un’alta risoluzione al centro, ma se deviava anche un po ‘dallo stop, la qualità dell’immagine si deteriorava notevolmente a causa dell’aberrazione, e non era un prodotto pratico. Da questi fallimenti, Abbe ha studiato la teoria dell’imaging del microscopio e ha chiarito la relazione tra l’angolo di visione e la risoluzione. Inoltre, sono state anche derivate le condizioni per correggere l’aberrazione (condizione del seno di Abbe) e una nuova lente dell’obiettivo è stata progettata sulla base dei risultati. Questo obiettivo ha mostrato prestazioni molto buone. Inoltre, nella seconda metà degli anni settanta dell’Ottocento, Twice fornì una lente a bagno d’olio ben progettata, che alla fine stabilì un microscopio composto che superò definitivamente il microscopio singolo in termini di risoluzione. Questo microscopio è stato molto efficace per scoprire i patogeni della tubercolosi e del colera di Koch.

　Abbe ha riconosciuto che erano necessari vari occhiali ottici per realizzare un obiettivo con aberrazioni corrette. Così il chimico Shot ha contribuito a sviluppare un nuovo tipo di vetro. Stiamo anche facendo sforzi per selezionare i materiali, come l’utilizzo della fluorite naturale quando non è possibile ottenere il vetro con le prestazioni ottiche richieste. Grazie agli sforzi di Abbe, Karl Zeiss ha stabilito una posizione globale come produttore di microscopi e apparecchiature ottiche. Anche in seguito, ha continuato a mantenere una tecnologia avanzata come mettere in pratica l’illuminazione Keller il prima possibile. Sebbene Zeiss sia stata gravemente danneggiata dalla divisione della Germania Est-Ovest dopo la seconda guerra mondiale, mantiene ancora la sua posizione di produttore leader di apparecchiature ottiche.

In Giappone, molti produttori di microscopi esistevano nel processo di sviluppo della società industriale dopo l’era Meiji. Ad esempio, c’erano microscopi di marchi come Chiyoda, Eliza, Kinei, Takachiho, Yashu, Sumpu, Magna, Shimadzu e Kyowa, ma questi produttori smisero di produrre microscopi o furono assorbiti da altri produttori. .. I microscopi di questi produttori possono essere messi in vendita nelle aste online, ecc., Ma attualmente ci sono praticamente due produttori di microscopi ottici per la ricerca completa in Giappone, Olympus e Nikon e due produttori di microscopi digitali, Hirox e Keyence. I prodotti stranieri importati includono Rights, Inc. oltre a Zeiss, Inc., e i microscopi di ricerca utilizzati in Giappone sono principalmente prodotti di queste società. Naturalmente, ci sono ancora alcuni produttori di microscopi in Giappone oltre alle due società di cui sopra. Per uso domestico, vediamo spesso i microscopi di aziende che producono telescopi e forniture fotografiche come cartoni, Bixen, Mizar e Kenko. Per scopi didattici, oltre a questi produttori, ci sono Hitomi Kouki e per ricerca e uso industriale, Mage Techno con sede a Saitama (questa azienda esporta principalmente negli Stati Uniti ed è poco conosciuta in Giappone). Ci sono anche Union Optics, Mitsutoyo (un produttore di strumenti di misura che ha lenti con lunghe distanze di lavoro) e DAIKO (è disponibile un microscopio portatile). Oltre a questi, alcuni produttori si concentrano su prodotti speciali come i microscopi video per la ricerca ei microscopi confocali.

　In qualità di produttori stranieri, le esclusive società Lights e Zeiss offrono microscopi eccellenti. Boschlom, Inc. degli Stati Uniti produceva microscopi per la ricerca, ma ora si è ritirata dal mercato dei microscopi. Nelle parti dei microscopi, ci sono alcuni prodotti distintivi come i produttori di lenti per obiettivi riflettenti che sono indispensabili per misurare la luce differenziale microscopica nella regione dell’infrarosso.

Sistema ottico del microscopio

Distanza di visione

　Prima di discutere del sistema ottico di un microscopio, esaminiamo ciò che vedi con i tuoi occhi. L’occhio umano può trattarlo come una lente con lunghezza focale di 17 mm in aria quando guarda l’infinito. Se l’oggetto si trova a una distanza finita, non sarà a fuoco, quindi è necessario regolare la messa a fuoco. Nel caso di un obiettivo della fotocamera, la regolazione della messa a fuoco viene eseguita estendendo l’obiettivo e modificando la distanza tra l’obiettivo e il piano focale. Tuttavia, nel caso dell’occhio umano, la distanza dall’obiettivo alla retina non cambia, quindi, invece, la distanza focale dell’obiettivo viene modificata per regolare la messa a fuoco. Anche lo stesso oggetto può essere osservato in dettaglio quando è vicino piuttosto che quando è lontano. Certamente, anche avvicinando lo stesso oggetto agli occhi, l’angolo di visione si allarga e anche l’immagine sulla retina diventa più grande.

Così come esiste un limite alla quantità di estensione dell’obiettivo della fotocamera e non è possibile mettere a fuoco un oggetto troppo vicino, esiste anche un limite al campo di regolazione della messa a fuoco dell’obiettivo dell’occhio e non è possibile mettere a fuoco un oggetto troppo vicino all’occhio. .. Ci sono differenze individuali nel modo in cui puoi vedere le cose da vicino. Ad esempio, una persona con miopia metterà a fuoco più vicino all’occhio invece di essere fuori fuoco in lontananza e viceversa in caso di visione debole con visione da lontano. Inoltre, c’è un cambiamento sistematico a seconda dell’età, e dopo un po ‘dopo i 40, diventano “40 che puoi capire se lo fai” e diventa sfocato sugli oggetti vicini e gli occhiali da lettura diventano fastidiosi. Sebbene ci siano differenze individuali, non è possibile procedere con discussioni generali se vengono prese in considerazione, quindi 25 cm dagli occhi è definita come la distanza più breve che può essere messa a fuoco, e questa è chiamata distanza di visione nitida. In inglese, la distanza di visione chiara si chiama “”. Se questo inglese è tradotto fedelmente in giapponese, sarà “la distanza più vicina che può essere chiaramente vista”. La dimensione quando si guarda un oggetto a questa distanza è lo standard per l’ingrandimento di una lente di ingrandimento o simili.

Microscopio singolo

　Sebbene l’ingrandimento di un singolo microscopio sia superiore a quello di una lente d’ingrandimento (lente di ingrandimento), è otticamente equivalente e osserva un’immagine immaginaria ingrandita di un oggetto. L’ingrandimento della lente cambia a seconda della disposizione degli occhi, della lente e dell’oggetto. Tuttavia, poiché l’ingrandimento non può essere definito in modo univoco da questo, l’ingrandimento in quel momento è definito come l’ingrandimento della lente, del singolo microscopio e della lente dell’oculare in base al caso in cui l’oggetto è posizionato accuratamente nel punto focale della lente.

　Supponendo che la distanza dal cristallino dell’occhio alla retina sia di 17 mm, la dimensione dell’immagine sulla retina di un oggetto all’altezza a a una distanza di visione nitida è 17a / 250. D’altra parte, quando una lente avente una distanza focale f viene posta davanti agli occhi e un oggetto avente un’altezza a viene posto nel punto focale, la luce emessa da un certo punto dell’oggetto diventa raggi paralleli dopo essere passata attraverso la lente ed entra negli occhi. La dimensione dell’immagine dell’oggetto sulla retina in questo momento è 17a / f. È 250 / f volte più grande di quando visto da una chiara distanza di visione. In questo momento, gli occhi guardano all’infinito. Anche se la distanza tra la lente e gli occhi cambia, l’ingrandimento della lente non cambia. Tuttavia, quando l’obiettivo è separato dagli occhi, il raggio che può essere osservato in una volta si restringe. Questo perché il fascio di luce proveniente da un punto lontano dallo stop ha un certo angolo rispetto alla lente e all’asse dell’occhio dopo essere passato attraverso la lente, e quindi non entra nella pupilla quando la distanza tra la lente e l’occhio è aumentata. È meglio usare la lente il più vicino possibile agli occhi. In particolare, nel caso di una lente avente un ingrandimento elevato e una breve distanza focale, l’inclinazione della luce da una porzione deviata dal centro dopo essere passata attraverso la lente diventa grande, per cui l’area di osservazione diventa estremamente stretta a meno che la lente non venga avvicinata agli occhi.

　Dall’espressione relazionale di cui sopra, quando la distanza focale dell’obiettivo è di 250 mm o più, l’oggetto sembra più piccolo rispetto a quando l’oggetto è visto a una distanza di visione chiara. Questo perché, nel caso di un obiettivo con una distanza focale di 250 mm o più, un oggetto è posizionato più lontano della distanza di visione nitida. Tuttavia, in realtà, anche se guardi un oggetto attraverso una lente con una lunghezza focale di 250 mm o più, l’oggetto sembra grande. Questo perché l’occhio ha una funzione di regolazione della messa a fuoco. Quando la capacità dell’occhio di regolare la messa a fuoco consente di visualizzare l’oggetto a una distanza finita, la posizione dell’oggetto è più vicina all’obiettivo e, di conseguenza, anche la dimensione dell’immagine sulla retina è maggiore. È noto che l’immagine sulla retina è 250 / f + 1 volte quando la funzione di messa a fuoco dell’occhio è massimizzata e il fuoco è sulla distanza della visione chiara.

　La distanza focale della lente del microscopio 266x di Lewenhook è di circa 0,94 mm se calcolata dall’espressione relazionale sopra, e la dimensione di una lente sferica che utilizza un vetro con un indice di rifrazione di circa 1,5 è di circa 1,3 di diametro. Diventa mm. L’attuale microscopio a unità singola ad alta potenza Lewenhook utilizza anche una lente estremamente piccola e sembra che l’operatività non sia sempre buona perché guarda in questa lente.

Microscopio composto

　L’ingrandimento totale del microscopio è l’ingrandimento della lente dell’obiettivo moltiplicato per l’ingrandimento dell’oculare.

Figura: sistema ottico del microscopio composto (sistema ottico finito). Un’immagine reale dell’oggetto è formata dalla lente dell’obiettivo come un’immagine aerea davanti all’oculare. L’oculare funziona per inviare un’immagine virtuale dell’immagine dalla lente dell’obiettivo all’occhio. L’immagine dell’oggetto viene invertita dalla lente dell’obiettivo, ma non dalla lente dell’oculare. Pertanto, l’immagine del microscopio sembra invertita. (Poiché il singolo microscopio non forma affatto un’immagine reale e osserva un’immagine virtuale dalla lente dell’obiettivo, viene osservata un’immagine che non è invertita.)

　In un microscopio composto, la posizione in cui i fasci di luce paralleli emessi da diversi punti di un oggetto convergono dopo il passaggio attraverso la lente dell’obiettivo è chiamata piano focale posteriore della lente dell’obiettivo. L’immagine del conoscope del microscopio a polarizzazione osserva questa immagine di posizione. A quel tempo, una lente chiamata lente Bertrand è installata nel barilotto dell’obiettivo in modo che l’immagine del piano focale posteriore della lente dell’obiettivo possa essere collegata alla posizione dell’immagine aerea dell’oggetto. Poiché un normale microscopio non ha una lente Bertrand, non è possibile osservare l’immagine del piano focale posteriore della lente dell’obiettivo con l’oculare attaccato, ma se si rimuove l’oculare e si guarda direttamente nel barilotto dell’obiettivo, è possibile vedere l’immagine in questa posizione. Può essere osservato direttamente e visivamente.

Sistema ottico limitato (sistema ottico a correzione finita) e sistema ottico infinito (sistema ottico a correzione infinita)

　Esistono due tipi di microscopi composti, uno con un sistema ottico a correzione finita e l’altro con un sistema ottico a correzione infinita. In un sistema ottico finito, la lente dell’obiettivo da sola forma l’immagine di un campione. D’altra parte, nel sistema ottico infinito, la lente dell’obiettivo da sola non forma un’immagine del campione in una posizione specifica solo rendendo paralleli i raggi di luce da un punto del campione. Una lente di imaging è posizionata all’interno del barilotto dell’obiettivo, che raccoglie il raggio di luce dalla lente dell’obiettivo per formare un’immagine.

Figura: sistema ottico a correzione limitata e sistema ottico a correzione infinita. In un sistema finito, la luce dopo essere passata attraverso la lente dell’obiettivo diventa un raggio di luce che converge verso la posizione di formazione dell’immagine. D’altra parte, nel sistema infinito, la luce dopo essere passata attraverso la lente dell’obiettivo diventa un raggio di luce parallelo e l’immagine non si forma così com’è.

　In entrambi i sistemi finiti e infiniti, la lente dell’obiettivo è ancora una lente convessa con una certa distanza focale. Infatti, una lente obiettivo a sistema infinito può essere attaccata a un microscopio a sistema finito e viceversa per osservare un’immagine. Tuttavia, tale uso non è desiderabile, specialmente per lenti con obiettivo NA elevato. Questo perché la qualità dell’immagine si deteriora a causa dell’aberrazione.

Figura: aberrazione sferica (sinistra) e coma (destra) della lente emisferica

　La figura mostra il caso in cui un fascio di luce parallelo è incidente sulla lente emisferica BK7 dal lato sinistro. Si può vedere che i raggi paralleli non convergono in un punto, ma convergono in una porzione più vicina alla lente quando la luce passa attraverso la porzione periferica esterna della lente. In un’unica lente composta da una superficie sferica, il fascio luminoso parallelo non converge sempre in un punto e si diffonde in questo modo. Questa è chiamata aberrazione sferica. In caso di aberrazione sferica, la nitidezza dell’immagine andrà persa e le parti fini non saranno visibili. Anche quando sono incidenti raggi paralleli inclinati rispetto all’asse ottico, la luce non converge in un punto. Questa si chiama aberrazione del coma. In caso di aberrazione del coma, la qualità dell’immagine nella parte periferica si deteriora. Sebbene sia impossibile eliminare l’aberrazione sferica e l’aberrazione da coma con una singola lente, queste aberrazioni possono essere ridotte combinando una pluralità di lenti. Nella lente dell’obiettivo del microscopio, vengono corrette almeno l’aberrazione sferica e l’aberrazione del coma.

Figura: Differenza nell’aberrazione a seconda della direzione dell’incidente nel caso di una lente emisferica

　La quantità di aberrazione sferica e aberrazione coma generata varia a seconda dello stato della luce incidente. Come esempio, viene mostrato lo stato di focalizzazione quando i fasci di luce paralleli vengono applicati dal lato convesso e dal lato piatto della lente semisferica. Si può vedere che la luce converge molto meglio quando i raggi paralleli sono inseriti dal lato convesso rispetto a quando i raggi paralleli sono inseriti dal lato piatto. Nel caso di un obiettivo come un obiettivo fotografico che deve formare un’immagine in un certo intervallo di distanza, l’aberrazione viene corretta in modo da poter ottenere un’immagine pratica nella regione richiesta. D’altra parte, nella lente dell’obiettivo di un microscopio, è solo necessario correggere l’aberrazione a una distanza specifica. Quindi, invece di cercare di correggere l’aberrazione su un ampio intervallo, la correzione a una distanza specifica può essere eseguita a un livello più elevato. Per questo motivo, la lente dell’obiettivo del microscopio assume una posizione focale specifica ed esegue la correzione ottimizzata per quella posizione. Al contrario, l’aberrazione non viene corretta tranne che per le condizioni di progettazione dell’obiettivo e la qualità dell’immagine è deteriorata. Questo è il motivo per cui le immagini possono essere viste anche quando una lente infinita è attaccata a un microscopio finito, ma tale uso non è raccomandato. Poiché l’aberrazione sferica e l’aberrazione da coma aumentano all’aumentare dell’angolo di visione (NA; la definizione verrà descritta più avanti), il deterioramento dell’immagine aumenta con una lente ad alto ingrandimento (necessariamente anche un alto NA).　　

　Dall’avvento dei microscopi composti fino alla metà del XX secolo, i microscopi composti hanno utilizzato un sistema ottico finito. Tuttavia, la transizione a sistemi infiniti è avvenuta a partire dalla seconda metà, ei prodotti dei principali produttori mondiali di microscopi ottici di ricerca sono ora sistemi ottici infiniti. Nel sistema ottico finito, non c’è libertà nella distanza dalla posizione di montaggio della lente dell’obiettivo all’oculare, mentre nel sistema ottico infinito, c’è un grado di libertà nella distanza dalla lente dell’obiettivo alla lente per imaging. Pertanto, anche se vengono incorporati vari componenti ottici come un sistema di illuminazione a riflessione e un elemento polarizzatore, c’è poco cambiamento nell’immagine a causa di un cambiamento nella lunghezza del barilotto dell’obiettivo. Tuttavia, solo perché si tratta di un sistema ottico infinito, non significa che la lunghezza del barilotto dell’obiettivo possa essere estesa arbitrariamente. La luce emessa da un punto deviato dall’asse ottico della superficie del campione diventa raggi paralleli aventi un angolo finito rispetto all’asse ottico dopo essere passati attraverso la lente dell’obiettivo. Pertanto, se c’è troppo spazio tra la lente dell’obiettivo e la lente di imaging, il raggio di luce non entrerà nella lente di imaging. L’inclinazione del fascio luminoso aumenta all’aumentare della distanza dall’asse ottico. Pertanto, in un sistema infinito, se la lente dell’obiettivo e la lente per imaging sono troppo separate, il campo visivo si restringe. Inoltre, anche quando si entra nella lente per la formazione di immagini, viene utilizzata la porzione periferica della lente per la formazione di immagini, e se le prestazioni della lente per la formazione di immagini non sono sufficienti, si verificherà un’aberrazione. In generale, la lente di imaging non è necessariamente un sistema ottico elaborato a causa del rapporto con il costo, e quindi vi è la preoccupazione che le prestazioni possano deteriorarsi nella porzione periferica.

　Tra le lenti dell’obiettivo del sistema infinito, esiste un tipo che corregge la curvatura del piano dell’immagine combinandosi con una lente di imaging e una correzione della curvatura del piano dell’immagine viene eseguita dalla sola lente dell’obiettivo ed è combinata con una lente di imaging che non ha aberrazioni. C’è qualcosa da usare. È più facile da usare se non ci sono aberrazioni sia nell’obiettivo che nella lente di imaging. In particolare, quando si considera l’uso di un’altra lente come lente per imaging, è necessario selezionare una lente obiettivo con correzione dell’aberrazione. L’ultima lente dell’obiettivo a correzione infinita è un tipo in cui l’aberrazione viene corretta in modo indipendente, quindi se ti perdi, puoi acquistarne uno nuovo e non c’è problema.

　La distanza dalla posizione di montaggio della lente dell’obiettivo alla posizione di montaggio della lente dell’oculare è chiamata lunghezza del cilindro meccanico. In un sistema ottico a sistema finito, la distanza dalla posizione di montaggio della lente dell’obiettivo alla superficie di imaging della lente dell’obiettivo è chiamata distanza dell’immagine della lente dell’obiettivo. La distanza dal piano di riferimento del montaggio dell’oculare al piano dell’immagine della lente dell’obiettivo è chiamata distanza equifocale della lente dell’oculare. In JIS, la stessa lunghezza focale dell’oculare è specificata come 10 mm. La somma della distanza dell’immagine della lente dell’obiettivo e della distanza equifocale della lente dell’oculare è uguale alla lunghezza del cilindro meccanico. La distanza dal punto focale posteriore della lente dell’obiettivo al punto focale anteriore della lente dell’oculare è chiamata lunghezza del tubo ottico. Poiché la posizione del punto principale posteriore differisce a seconda della lente dell’obiettivo, la lunghezza del cilindro ottico varia a seconda della lente dell’obiettivo da montare. D’altra parte, il sistema ottico infinito non ha il concetto di distanza dell’immagine della lente dell’obiettivo, ma in alternativa, c’è la posizione del piano dell’immagine dalla lente di imaging.

Obiettivo

　La lente dell’obiettivo è il componente più importante che determina le prestazioni del microscopio. Il tema centrale della storia dello sviluppo del microscopio era come creare una lente dell’obiettivo con un numero elevato di aperture senza varie aberrazioni. Oggi sono disponibili anche lenti per obiettivi specializzate per vari scopi.

Ingrandimento della lente dell’obiettivo

　L’ingrandimento è segnato sulla lente dell’obiettivo indipendentemente dal fatto che si tratti di un sistema di correzione finita o di un sistema di correzione infinita. Tuttavia, l’ingrandimento di una lente è determinato dalla distanza focale dell’obiettivo e dalla distanza dall’obiettivo all’oggetto (e dall’obiettivo all’immagine reale) e, in generale, l’ingrandimento non può essere determinato in modo univoco per una singola lente. è lì.

　In un microscopio composto con un sistema ottico finito, quando un’immagine di un campione è formata nella posizione co-focalizzata dell’oculare dalla lente dell’obiettivo, un’immagine focalizzata viene osservata attraverso l’oculare. Poiché la lunghezza del barilotto dell’obiettivo è costante, la regolazione della messa a fuoco viene eseguita spostando il barilotto dell’obiettivo o il piano di campionamento del microscopio per regolare la distanza tra la lente dell’obiettivo e il campione. Al momento della messa a fuoco, la distanza dal punto principale del lato del campione della lente dell’obiettivo al campione e la posizione della lente dell’obiettivo dal punto principale del lato dell’oculare alla superficie del fuoco sono determinate in modo univoco per ciascuna lente dell’obiettivo. In particolare, poiché la distanza dalla superficie di messa a fuoco è quasi costante indipendentemente dalla lente dell’obiettivo ed è approssimativamente uguale alla lunghezza del barilotto dell’obiettivo, l’ingrandimento come sistema viene determinato anche quando viene determinata la distanza focale della lente dell’obiettivo. Esiste una relazione di circa M≈L / f tra la lunghezza del barilotto dell’obiettivo L, la distanza focale f dell’obiettivo e l’ingrandimento M.

　Se tutti i microscopi composti del sistema ottico finito hanno la stessa lunghezza del tubo meccanico e la stessa distanza equifocale dell’oculare, attaccare la lente dell’obiettivo di un microscopio a un altro microscopio non dovrebbe causare alcuna variazione di ingrandimento. Tuttavia, ce ne sono alcuni che hanno diverse lunghezze dei cilindri meccanici a causa di differenze negli standard a seconda del paese, differenze nei produttori e differenze nei sistemi all’interno dei produttori. Esistono tre tipi di lunghezze di canna che vengono spesso utilizzati nei microscopi domestici esistenti: 160 mm, 170 mm e 210 mm. 160 mm e 170 mm sono spesso usati nei microscopi biologici, mentre 210 mm sono spesso usati nei microscopi metallici che richiedono l’epiilluminazione.

　Il collegamento di una lente dell’obiettivo progettata per una lunghezza del tubo a un microscopio con una lunghezza del tubo diversa causa due problemi. Il primo punto è che l’aberrazione aumenta. Come descritto sopra, poiché la lente dell’obiettivo è progettata in modo tale da ridurre al minimo l’aberrazione a una lunghezza specifica del cilindro, le sue prestazioni si deteriorano quando è attaccata a un microscopio avente una lunghezza del cilindro diversa da quella. Il secondo punto è che l’ingrandimento è diverso dal display. Esaminiamo concretamente quanta differenza si verificherà. Una lente dell’obiettivo con una lunghezza focale di 13,6 mm (la posizione del punto principale posteriore coincide con la superficie di montaggio della lente dell’obiettivo) è fissata a un microscopio con una lunghezza del cilindro meccanico di 160 mm (distanza dell’immagine della lente dell’obiettivo di 150 mm). In questo momento, poiché la distanza dalla superficie principale lato oggetto della lente dell’obiettivo all’oggetto è di 15 mm, l’ingrandimento è 10 volte. Quando questa lente è collegata a un sistema di microscopio con una lunghezza del cilindro meccanico di 210 mm, la distanza dalla superficie principale posteriore della lente dell’obiettivo alla posizione di imaging è di 200 mm, quindi la distanza dalla superficie principale del lato dell’oggetto della lente dell’obiettivo all’oggetto è di 14,6 mm. Sarà. Pertanto, l’ingrandimento è di circa 13,7 volte. In un obiettivo reale, la posizione della superficie principale posteriore non corrisponde sempre alla superficie di montaggio, quindi il calcolo di cui sopra non vale esattamente, ma la tendenza approssimativa è mostrata correttamente e la lunghezza del barilotto di riferimento è a. Quando la lente dell’obiettivo di è attaccata al sistema di b, l’ingrandimento cambia di circa b / a.

　Guardando l’obiettivo fissato al microscopio anteguerra, alcuni hanno la distanza focale invece dell’ingrandimento. In questo caso, devi calcolare tu stesso l’ingrandimento dalla lunghezza del barilotto dell’obiettivo. Inoltre, alcuni vecchi microscopi possono modificare la lunghezza della canna entro un certo intervallo. Ciò ha permesso di mettere a punto l’ingrandimento, e sembra che potrebbe essere utilizzata anche la tecnica per ridurre l’errore causato dallo spessore non uniforme del vetro di copertura generando l’errore nella direzione opposta a causa del cambiamento della lunghezza del barilotto dell’obiettivo. È.

　In un sistema infinito, l’ingrandimento della lente dell’obiettivo è determinato dal rapporto tra la distanza focale della lente dell’obiettivo e la distanza focale della lente per imaging. Ad esempio, in un sistema con un obiettivo di imaging con una lunghezza focale di 180 mm, un obiettivo 20x ha una distanza focale di 9 mm. Se questa lente viene deviata verso un sistema con una lunghezza focale di una lente di imaging di 200 mm, l’ingrandimento sarà 200/9 = 22 volte. Per riferimento, le distanze focali degli obiettivi di imaging dei principali produttori sono elencate in ordine decrescente: 200 mm (Nikon Mitsutoyo Leica), 180 mm (Olympus) e 164,5 mm (Zeiss).

Numero di aperture e risoluzione

　Il numero di aperture (NA) è più importante dell’ingrandimento in quanto prestazioni della lente dell’obiettivo. NA è definito come
NA = nsinθ
. (A seconda della definizione, θ è l’angolo su entrambi i lati e NA = nsin (θ / 2).) Qui, θ è l’angolo al quale l’oggetto è visto dalla periferia più esterna della lente sulla punta della lente dell’obiettivo, en è la lente dell’obiettivo e l’oggetto. L’indice di rifrazione del mezzo tra

Se il mezzo è aria, n è 1, quindi NA ha un valore massimo di 1 o inferiore. Generalmente, NA è circa 0,1 per una lente obiettivo 4x e circa 0,9 per una lente obiettivo 100x. Più grande è il NA, maggiore è la risoluzione della lente dell’obiettivo. In un obiettivo fotografico, un valore F viene utilizzato per rappresentare la luminosità dell’obiettivo. Se l’apertura dell’obiettivo è D e la distanza focale è f, allora F = f / D. Mentre NA è definito dall’angolo di visione su un lato, F è definito utilizzando il diametro dell’obiettivo, quindi NA = 1 / (2F) (la correzione per l’aberrazione sferica viene eseguita correttamente tra i due. Se c’è). Un’altra cosa che si può vedere da questa espressione relazionale è che una lente con un NA più alto è più luminosa allo stesso ingrandimento. Alcuni obiettivi per l’osservazione dell’abbagliamento hanno un valore NA superiore a quello richiesto dall’ingrandimento, ma questo lo rende più luminoso aumentando l’NA in modo da poter osservare anche un debole bagliore. Perché.

Osservazione della griglia di diffrazione

　Abbe ha chiarito la relazione tra NA e risoluzione attraverso l’osservazione della griglia di diffrazione. La formulazione per la decomposizione generale a due punti, piuttosto che la griglia di diffrazione, è stata fatta da Rayleigh. Il coefficiente è diverso a seconda di entrambi i trattamenti, ma in ogni caso la risoluzione è proporzionale al numero di aperture e inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda di osservazione. Qui, consideriamo la relazione tra la risoluzione e il numero di aperture in base alla gestione di Abbe, che è facile da capire intuitivamente. Abbe ha mascherato l’immagine del piano focale dietro la lente dell’obiettivo per vedere come cambierebbe l’immagine dell’oggetto. Tuttavia, è difficile mascherare il piano focale posteriore con un vero microscopio, quindi questa volta abbiamo condotto un esperimento utilizzando una lente che può cambiare l’AN.

La figura sopra è una lente che può cambiare NA e l’apertura è incorporata nel barilotto dell’obiettivo, il che rende variabile NA. Questa lente era originariamente concepita per il tavolino universale di un microscopio a polarizzazione e quando si osserva utilizzando il tavolino universale, il campione può essere osservato da un angolo e un diaframma è attaccato per ampliare la gamma di messa a fuoco in quel momento. è lì.

　L’oggetto da osservare è un reticolo di diffrazione di tipo a trasmissione incrociata. Di seguito sono riportati tre tipi di fotografie scattate nella stessa posizione con diversi NA e immagini del piano focale posteriore della lente dell’obiettivo in quel momento.

Da sinistra, le immagini sono generalmente uno stato NA alto, uno stato NA intermedio e uno stato NA basso. Nello stato NA alto, il modello della griglia di diffrazione è chiaramente visibile. Quindi, sul piano focale posteriore della lente dell’obiettivo, il punto spiegato dalla luce di illuminazione può essere visto dalla griglia di diffrazione. La parte bianca al centro è la luce di ordine 0, i punti superiore, inferiore, sinistro e destro sono le diffrazioni successive (± 1,0) e (0, ± 1) e la direzione diagonale è la diffrazione (± 1, ± 1). Alcuni dei punti di diffrazione primari sono esposti e la parte centrale è bianca, ma la parte vicino al centro è blu e la parte lontana dal centro è rossa. Questo perché la luce rossa ha un angolo di diffrazione maggiore rispetto alla luce blu. La parte da blu a verde della diffrazione del secondo ordine è leggermente visibile all’esterno della diffrazione del primo ordine. Nello stato NA intermedio, sono visibili solo le diffrazioni di ordine (± 1,0) e (0, ± 1) oltre all’ordine 0. Guardando l’immagine dell’oggetto, il contrasto è più debole rispetto allo stato NA alto. Inoltre, nello stato NA basso, c’è solo diffrazione di ordine 0 e il reticolo non è affatto visibile. Questa serie di fotografie mostra che almeno la luce diffratta del primo ordine deve essere incidente sulla lente dell’obiettivo per poter essere osservata come un reticolo diffrattivo con un microscopio. Poiché l’angolo di diffrazione di un reticolo di diffrazione con una spaziatura reticolare di d è
dsinθ = mλ, l’
angolo di diffrazione è
sinθ = λ / d se m = 1 viene sostituito come condizione per la diffrazione di ordine più basso
. Poiché la luce diffratta deve essere solamente all’interno dell’angolo di visione della lente obiettivo, le condizioni per l’osservazione della struttura frangia sono
NA ≧ λ / d
o
d ≧ λ / NA.
Sarà. È dimostrato che maggiore è la NA, più sottile è la struttura a strisce. Se viene applicata la formula di cui sopra, una lente dell’obiettivo con un NA di 0,5 e una struttura frangiata con un periodo di 1 μm o più dovrebbe essere in grado di essere osservata correttamente usando una luce di 500 nm. In una lente dell’obiettivo utilizzata in aria, l’indice di rifrazione dell’aria è 1 e il valore massimo della funzione triangolare è 1, quindi NA non può superare 1. Tuttavia, se lo spazio tra la lente dell’obiettivo e la sostanza è riempito con un oggetto con un indice di rifrazione appropriato, l’AN sarà maggiore di 1. Alcune lenti a bagno d’olio che immergono la punta della lente dell’obiettivo e il campione in olio con un indice di rifrazione di circa 1,5 hanno un NA di circa 1,4 e si può ottenere una risoluzione maggiore. Recentemente, è emerso un metodo in cui un solido con un indice di rifrazione più elevato viene direttamente attaccato a un campione per ottenere una risoluzione ancora più elevata.

Effetto della lunghezza d’onda di osservazione

　L’equazione di risoluzione sopra mostra anche che minore è la lunghezza d’onda di osservazione, maggiore è la risoluzione. Questo perché, come descritto sopra, minore è la lunghezza d’onda della luce, minore è l’angolo di diffrazione, e se l’AN è lo stesso, anche la luce diffratta corrispondente al periodo più breve può essere presa nella lente dell’obiettivo. Se osservi attentamente l’immagine di diffrazione dello stato NA intermedio sopra, puoi vedere che è inclusa la luce diffratta del primo ordine fino a circa il verde. Pertanto, il NA è stato lasciato così com’era, e l’osservazione è stata eseguita con il filtro passa banda blu inserito nella luce di illuminazione e l’osservazione con il filtro passa lungo rosso inserito. Quando viene inserito il percorso della banda blu, il contrasto del reticolo è migliorato (credo). Questo perché taglia la luce rossa che fa diminuire il contrasto.

Figura: immagine attraverso il filtro passa banda blu. La diffrazione blu del primo ordine è chiaramente visibile e il reticolo è chiaramente visibile nell’immagine dell’oggetto.

Figura: immagine attraverso il filtro rosso a passaggio lungo. Non c’è luce diffratta e non è visibile alcuna immagine reticolare.

　D’altra parte, quella con il filtro rosso non contiene quasi nessuna luce diffratta e l’immagine del reticolo non è visibile corrispondentemente.
　 Quando si utilizza la luce a lunghezza d’onda corta per aumentare la risoluzione, è meglio usare un filtro passa-banda per bloccare la luce a lunghezza d’onda lunga che riduce il contrasto usando solo la luce della lunghezza d’onda desiderata.

Modifica della risoluzione a causa delle condizioni di illuminazione

　La discussione di cui sopra sulla risoluzione riguarda il caso in cui la luce (luce di illuminazione a bassa NA) che è quasi parallela al campione è illuminata, ma se la luce di illuminazione è incidente da un angolo obliquo allo stesso angolo dell’angolo di visione della lente dell’obiettivo, Anche in condizioni in cui la luce diffratta di primo ordine non può essere captata da un incidente verticale, un lato della luce diffratta di primo ordine può essere captata all’estremità opposta della lente.

Nell’immagine sopra, il NA della lente dell’obiettivo rimane NA basso e l’asse ottico sul lato di illuminazione è spostato (ho dimenticato se ho spostato il condensatore o rimosso l’asse dalla superficie di apertura del condensatore e fissato un foro … ). La grande immagine di diffrazione bianca a sinistra è la luce di ordine 0, e il contorno blu a destra è l’immagine di diffrazione di ordine (1,0). L’immagine a destra mostra l’oggetto in questo stato e la struttura a strisce è visibile nella direzione in cui viene raccolta la luce diffratta primaria, ma manca la struttura a strisce nella direzione perpendicolare ad essa.

　Nelle osservazioni fino ad ora, per l’illuminazione sono stati utilizzati raggi quasi paralleli (luce a bassa illuminazione NA). Tuttavia, se il lato di illuminazione utilizza anche la luce incidente in una forma conica, la luce incidente da un angolo come mostrato sopra entrerà in tutti i 360 gradi e la risoluzione sarà maggiore non solo in una direzione ma nell’insieme. Dovrebbe essere. Ciò può essere ottenuto aumentando il NA del sistema ottico di illuminazione. Infatti, la foto seguente mostra la NA dal lato dell’illuminazione aumentata mentre la NA dal lato obiettivo così com’è.

Figura: NA sul lato illuminazione è stata leggermente aumentata. Il punto di ordine 0 al centro è diventato più grande e il 1 ° ordine blu ha iniziato ad apparire nell’area periferica. Di conseguenza, l’immagine dell’oggetto inizia a vedere una griglia di oggetti con scarso contrasto.

Figura: L’AN dell’illuminazione è stata ulteriormente aumentata. La luce di 0 ° ordine copre l’intera area della lente dell’obiettivo e la luce diffratta di 1 ° ordine non può essere vista, ma in linea di principio, la luce di 1 ° ordine dovrebbe essere ulteriormente inclusa. In effetti, il contrasto dell’immagine dell’oggetto è ancora maggiore.　

　Come puoi vedere dalla foto, la risoluzione viene aumentata aumentando il NA lato illuminazione. Poiché l’angolo di diffrazione primario è
2NAd = λ quando l’oggetto è irradiato con luce obliqua che è l’angolo di visione completo della
lente dell’obiettivo, la condizione per una delle luci di diffrazione primaria per entrare nella lente dell’obiettivo è
d ≧ λ / 2NA
. è lì. Si può vedere che la risoluzione è raddoppiata rispetto al caso precedente.

Formula di risoluzione di Rayleigh

　La formula di risoluzione di Abbe è intuitivamente convincente, ma d’altra parte, la discussione si basa sull’insolito obiettivo di osservazione dell’osservazione della griglia di diffrazione. L’argomento della distinzione tra i due punti, che è l’oggetto di osservazione più comune, è stato avanzato da Rayleigh. Sebbene il trattamento di Rayleigh sia matematico, qui spiegheremo il background fisico senza seguire la formula.

　Due punti spazialmente separati da una certa distanza possono essere descritti come la somma di funzioni triangolari aventi una certa distribuzione di frequenza spaziale mediante trasformazione di Fourier. La funzione trigonometrica della frequenza spaziale qui può essere pensata come una griglia di diffrazione. Quindi, se ciascun reticolo di diffrazione può essere osservato o meno, può essere determinato secondo l’argomento di Abbe. Nell’argomentazione di Abbe, la distanza tra le griglie di diffrazione era una. Pertanto, si verifica un cambiamento discontinuo nell’osservazione o meno del reticolo di diffrazione a seconda che la luce diffratta sia incidente o meno sulla lente dell’obiettivo. Tuttavia, l’immagine dei due punti è la somma delle immagini di molte griglie di diffrazione. Pertanto, man mano che la distanza d tra i due punti si restringe, l’angolo di diffrazione diventa maggiore a causa del componente che ha un’elevata frequenza spaziale e l’oggetto non entra nella lente dell’obiettivo. Ciò causa una diminuzione del contrasto dell’immagine dell’oggetto. In un primo momento, i due punti potevano essere chiaramente distinti, ma gradualmente il contrasto tra i due punti si è indebolito e alla fine i due punti non sono stati distinti. Quindi, quanto il contrasto cala in modo che i due punti non possano essere distinti non è un problema fisico ma un problema fisiologico. Nel trattamento di Rayleigh, il limite di risoluzione è fissato quando il minimo dell’immagine di diffrazione di un punto e il centro dell’altro punto coincidono. La formula di risoluzione in questo caso è
d = 0.61λ / NA
(penso che dovrebbe essere).

Osservazione di oggetti al di sotto della risoluzione

　Va notato che la formula di risoluzione del microscopio è calcolata in base alla struttura periodica e alla distinzione tra i due punti. Soprattutto per quanto riguarda la separazione di due punti, la distanza alla quale viene fissato il limite di risoluzione dipende dalla base fisiologica (quanta differenza di contrasto l’occhio può distinguere) piuttosto che dalla base fisica. È stato deciso. Pertanto, se il rapporto S / N viene aumentato utilizzando una telecamera CCD o simile affinché il sistema di rilevamento enfatizzi e catturi una minima differenza di contrasto, è possibile ottenere un oggetto più piccolo del limite di risoluzione del pensiero classico. Può essere identificato da un microscopio ottico. Questa è l’idea alla base della tecnologia del microscopio video.

　Inoltre, se non è necessario conoscere la forma dell’oggetto, è possibile identificare particelle con una dimensione inferiore alla risoluzione. Questa è una tecnica classica chiamata microscopio extra a campo scuro. L’origine di questo metodo risale a molto indietro nel tempo aC. Dopotutto, possiamo vedere le stelle a causa della stessa riduzione con cui possiamo vedere le particelle fini al di sotto della risoluzione con un extranecroscopio.

Distanza di lavoro (distanza di lavoro)

　La distanza di lavoro (WD) è la distanza dalla parte anteriore della lente dell’obiettivo alla posizione a fuoco. Un normale obiettivo ad alta potenza ha una distanza di lavoro di circa 1 mm o inferiore. Tuttavia, nell’osservazione utilizzando la fase calda, sono necessari circa 10 mm dalla punta della lente dell’obiettivo alla superficie del campione a causa delle specifiche della fase calda. Pertanto, non è possibile utilizzare una normale lente obiettivo. Per osservare il campione nella fase calda, è necessario preparare una lente obiettivo con una lunga distanza di lavoro.

　In passato, gli unici obiettivi a ingrandimento moderato che potevano essere utilizzati per osservare i campioni di cristalli liquidi tenuti durante una fase calda erano il tavolino rotante universale di Nikon o il microscopio ad alta temperatura di Union. La lente dell’unione era enorme e richiedeva una modifica del microscopio per fissarla al microscopio. L’obiettivo di Nikon ha le stesse dimensioni di un normale obiettivo, ma viene utilizzato in combinazione con l’obiettivo ausiliario della parte della fase di rotazione universale e la notazione del corpo dell’obiettivo è 20 volte, ma è solo 13 volte con un barilotto dell’obiettivo da 160 mm da solo. Potrebbe causare confusione nell’ingrandimento.

　Recentemente, lenti per obiettivi con una lunga distanza di lavoro sono state immesse sul mercato per l’ispezione di dischi ottici e dispositivi a disco opto-magnetico, e queste lenti possono essere utilizzate per osservare celle a cristalli liquidi in una fase calda. L’obiettivo dell’obiettivo per distanza di lavoro ultra lunga 40x di Nikon vanta una distanza di lavoro di 10 mm. Poiché la distanza focale dovrebbe essere di circa 5,1 mm, la distanza di lavoro è circa il doppio. Una tale lente può essere realizzata perché la posizione del punto principale può essere situata all’esterno della lente combinando le lenti. Tuttavia, la configurazione dell’obiettivo è più complicata di quella di una normale lente dell’obiettivo e, di conseguenza, il prezzo è alto.

　A seconda del produttore, ci sono due fasi di lenti per obiettivi a lunga distanza di lavoro, una con una distanza di lavoro moderata e una NA grande e l’altra con una distanza di lavoro più lunga ma una NA più piccola. Quale scegliere sarà deciso in base all’applicazione e alla risoluzione richiesta, ma quando si osserva attraverso il vetro dello stadio caldo, è fuori dalle condizioni specificate della lente dell’obiettivo e la risoluzione come ci si aspetta dal valore NA a causa dell’aberrazione è Poiché non è possibile ottenerlo, è meglio selezionarne uno più facile da maneggiare e con una distanza di lavoro maggiore.

Stessa messa a fuoco elevata (stessa distanza focale)

　In un normale sistema di microscopio, la distanza dalla superficie di montaggio del microscopio alla superficie a fuoco è la stessa indipendentemente dalla lente dell’obiettivo. Si dice che un tale stato abbia la stessa attenzione. Pertanto, quando più lenti sono attaccate al revolver, anche se la messa a fuoco viene regolata con una lente e il revolver viene ruotato per cambiare la lente dell’obiettivo, la messa a fuoco è quasi la stessa, quindi è necessario cercare la posizione di messa a fuoco una per una. Assente. Tuttavia, un obiettivo ad alto ingrandimento con una breve distanza di lavoro può avere una distanza inferiore dalla superficie a fuoco di circa 1 mm rispetto ad altri obiettivi. Questo serve per evitare che la superficie anteriore dell’obiettivo colpisca il campione quando si gira il revolver per la commutazione dell’obiettivo. Secondo l’antico standard del microscopio (standard RMS), la stessa alta focalizzazione è di 45 mm. Per ottenere la stessa messa a fuoco elevata, la lunghezza del barilotto dell’obiettivo differisce a seconda dell’ingrandimento. Pertanto, la lunghezza effettiva del barilotto ottico dalla superficie principale posteriore della lente dell’obiettivo alla posizione di imaging differisce a seconda della lente dell’obiettivo. Pertanto, in un sistema di correzione finito, la distanza focale può essere leggermente diversa anche per obiettivi con lo stesso ingrandimento.

　Quando la distanza focale dell’obiettivo di imaging è 180 mm nel sistema ottico a correzione infinita, le distanze focali degli obiettivi 2x, 5x, 10x e 100x sono rispettivamente di 90 mm, 36 mm, 18 mm e 1,8 mm (anche in un sistema finito). Sarà vicino a questo valore). Nel sistema ottico a correzione infinita, il raggio di luce diventa parallelo dopo essere passato attraverso la lente dell’obiettivo, in modo che la distanza dalla superficie principale del lato oggetto della lente dell’obiettivo all’oggetto sia uguale alla distanza focale. Quando la stessa messa a fuoco alta è di 45 mm, la posizione della superficie principale della lente dell’obiettivo di 5 volte o più è più vicina all’oggetto rispetto alla superficie di montaggio, ma nella lente dell’obiettivo di 2 volte, morde il barilotto del microscopio. Naturalmente, è impossibile che la lente dell’obiettivo morda il barilotto dell’obiettivo, quindi la lente dell’obiettivo a basso ingrandimento mantiene la stessa messa a fuoco elevata grazie a tecniche di progettazione avanzate come l’inserimento di una lente concava nella parte anteriore.

　Nel sistema di correzione finita, maggiore è la lunghezza del barilotto ottico e nel sistema di correzione infinita, maggiore è la distanza focale della lente di imaging, maggiore è la distanza focale della lente dell’obiettivo dello stesso ingrandimento. Diventa difficile mantenere la stessa messa a fuoco alta con l’obiettivo. Per questo motivo, Nikon e Mitsutoyo, che hanno una lunghezza focale di 200 mm per l’obiettivo di imaging, utilizzano lo stesso sistema di alta messa a fuoco di 60 mm e 95 mm, rispettivamente.

　Se obiettivi con diverse lunghezze di barilotto vengono combinati in un sistema ottico finito, la stessa messa a fuoco alta non sarà allineata. Inoltre, la stessa messa a fuoco elevata può differire a seconda della serie di obiettivi o solo gli obiettivi a basso ingrandimento possono essere più lunghi, quindi è necessario prestare attenzione quando si combinano gli obiettivi. Se la stessa messa a fuoco alta non è allineata, sarà necessario mettere a fuoco ogni volta che si cambia la lente dell’obiettivo e prestare attenzione a non colpire la superficie anteriore della lente dell’obiettivo contro il campione durante la rotazione del revolver. Tuttavia, quando si osserva in combinazione con uno stadio caldo, è necessario prestare attenzione perché il bordo dello stadio caldo e la lente dell’obiettivo possono entrare in collisione tra loro quando il revolver ruota anche se si ottiene la stessa messa a fuoco alta.

Montaggio standard con montaggio a vite

Lo standard per le viti di montaggio per microscopi è lo standard RMS (Royal Microscopical Society) e la sua dimensione è

Diametro 20,32 mm
Passo vite 0,706 mm　(36 filettature / 1 pollice)　
Stessa distanza di messa a fuoco 45 mm

È diventato. Quasi tutti i microscopi classici sono conformi a questo standard e sono compatibili tra diversi produttori (sebbene non necessariamente compatibili con la lunghezza del barilotto, ecc., Quindi l’installazione di obiettivi da sistemi diversi comporterà una scarsa qualità dell’immagine. Oppure la distanza cofocale va male). Tuttavia, poiché non è possibile garantire un percorso ottico per l’illuminazione in campo scuro sulla periferia esterna della lente dell’obiettivo con il diametro standard RMS 20,32 della lente dell’obiettivo per l’illuminazione del campo scuro con epi-illuminazione, è stata utilizzata una lente dell’obiettivo con un diametro maggiore. Poiché non esiste uno standard standard per questo, il diametro della vite varia a seconda del produttore e non è compatibile.

Spessore del vetro di copertura e aberrazione sferica

　La lente dell’obiettivo è progettata in considerazione dello spessore di un vetro di copertura inserito tra il campione e il campione (o non viene utilizzato alcun vetro di copertura). Questo perché se c’è uno strato con un indice di rifrazione diverso dal campione, la direzione del fascio luminoso cambia e non converge in un punto (si verifica un’aberrazione sferica). Guardando i vecchi libri di microscopio, lo spessore del vetro di copertura è importante, e si dice che la correzione sia necessaria anche se lo spessore del vetro di copertura è diverso di circa 0,17 mm del 10%. Poiché ci sono differenze individuali nello spessore del vetro di copertura, ci sono stati anche strumenti per misurare lo spessore.

La lente dell’obiettivo a distanza di lavoro ultra lunga elencata nel catalogo dei microscopi industriali è progettata per avere uno spessore del vetro di copertura di 0 mm (senza un vetro di copertura) perché è principalmente per microscopi metallici. Tuttavia, l’osservazione della cella a cristalli liquidi viene talvolta eseguita attraverso la lastra di vetro della cella con uno spessore di circa 1 mm e la lastra di vetro dello stadio caldo di circa 1 mm. Anche se l’aberrazione sferica della lente dell’obiettivo viene corretta, il percorso ottico attraverso il vetro si sposta e si verifica l’aberrazione sferica. Pertanto, l’uso della lente dell’obiettivo diverso dalle condizioni specificate provoca una diminuzione del contrasto dell’immagine e una diminuzione della risoluzione. Dovrebbe essere … Tuttavia, nell’industria dei cristalli liquidi, il deterioramento dell’immagine dovuto all’uso combinato del vetro di copertura non è stato un problema. Si ritiene che ciò sia dovuto al fatto che il contrasto dell’obiettivo di osservazione è forte e non è richiesta l’osservazione di una struttura molto fine. Tuttavia, va notato che questo non significa che le osservazioni che mettono in risalto le prestazioni della lente dell’obiettivo non siano necessarie. Sul mercato è disponibile anche una lente per l’osservazione dei cristalli liquidi (con una lunga distanza di lavoro e un meccanismo di correzione dello spessore del vetro). La quantità di denaro è circa il doppio di quella di un obiettivo con la stessa distanza di lavoro ed è difficile da raggiungere. È equipaggiato di serie per microscopi di ispezione su substrati a cristalli liquidi e sembra che il numero sia fuori. Tuttavia, più che essere equipaggiato perché necessario, sembra che sia attrezzato in anticipo per evitare reclami, quindi è dubbio che sia davvero ottimizzato e utilizzato sul campo.

　In assenza di aberrazione sferica, il raggio di luce converge in un punto e la diffusione è simmetrica prima e dopo questo punto.Quindi, quando si osserva un foro stenopeico appropriato e la messa a fuoco viene sollevata o abbassata, l’immagine è sfocata nello stesso modo. Tuttavia, se c’è un’aberrazione sferica, la convergenza del fascio di luce diventa asimmetrica nella direzione verticale, quindi quando si osserva il foro di spillo e la messa a fuoco viene sollevata o abbassata, la sfocatura differisce a seconda della direzione. La presenza di qualche aberrazione sferica può essere confermata dall’osservazione (sembra). Come foro stenopeico, sembra che possa essere utilizzato un foro stenopeico generato in un film di deposizione di vapore metallico. Non è così contrastante come un vero foro stenopeico, ma puoi (penso) usare un foro adatto in un vetrino con una lamina d’oro adatta attaccata.

Effetto della distanza focale della lente di imaging sulla lente dell’obiettivo nel sistema infinito

　La distanza focale della lente di imaging in un sistema infinito influisce sul design della lente dell’obiettivo. Ad esempio, la distanza focale di una lente obiettivo 20x è 1/20 di quella di una lente per imaging, quindi è 10 mm (lente per imaging 200 mm), 9 mm (lente per imaging 180 mm) e 8,225 mm (lente per imaging 164,5 mm) (di seguito). Scriverò sempre in quest’ordine). Diamo un’occhiata a cosa porta questa differenza di lunghezza focale dell’obiettivo (la descrizione qui segue il sito web Nikon).

　Il primo elemento da esaminare è il percorso ottico dell’immagine fuori centro. Con un microscopio 20x, l’area di osservazione è all’interno di un cerchio di circa 1 mm. Consideriamo quale tipo di percorso segue il raggio di luce da questa estremità (0,5 mm dal centro). Nel sistema infinito, la posizione del campione è il piano focale della lente dell’obiettivo. Pertanto, il valore sinusoidale del raggio di luce da una distanza di 0,5 mm dal centro dopo il passaggio attraverso l’obiettivo è 0,5 / distanza focale. Cioè, minore è la distanza focale, maggiore è l’inclinazione del raggio di luce. Considerando questo e la differenza nella distanza focale della lente dell’obiettivo tra le lenti di imaging sopra descritte, più corta è la lente di imaging, più forte è l’inclinazione del raggio di luce dopo il passaggio attraverso la lente dell’obiettivo. Calcolando la diffusione del fascio di luce a una distanza di 10 cm dalla superficie principale posteriore della lente dell’obiettivo, è 5, 5,6, 6,1 mm per la lente di imaging 200, 180, 164,5 mm. Questo risultato significa che quando la lunghezza del barilotto dell’obiettivo è la stessa, minore è la distanza focale della lente di imaging, maggiore deve essere il diametro della lente di imaging. Se l’apertura è grande e la distanza focale è breve, l’obiettivo sarà più luminoso e se la configurazione dell’obiettivo è uguale a quella di un obiettivo più scuro, l’aberrazione aumenterà inevitabilmente. In questo modo, si può vedere che il design del sistema ottico diventa più semplice quando la distanza focale dell’obiettivo di imaging non è così breve. Tuttavia, se la distanza focale dell’obiettivo di imaging è inutilmente lunga, si verificheranno effetti negativi come un barilotto dell’obiettivo lungo e un obiettivo grande.

　Per obiettivi con lo stesso ingrandimento in un sistema infinito, maggiore è la distanza focale della lente di imaging, maggiore è la distanza focale della lente dell’obiettivo, ma questo ha una certa influenza sul design della lente dell’obiettivo. Il primo punto riguarda la distanza di lavoro. Un obiettivo con una lunga distanza focale è più facile per aumentare la distanza di lavoro. Pertanto, un sistema con una lunga lunghezza focale dell’obiettivo di imaging rende più facile progettare un obiettivo con una lunga distanza di lavoro. Il secondo è il problema della distanza cofocale. Considerando un obiettivo 5x a basso ingrandimento, quando l’obiettivo di imaging è di 200 mm, la distanza focale dell’obiettivo è di 40 mm. Con lo standard RMS con una distanza parafocale di 45 mm, la distanza dalla superficie principale anteriore della lente all’oggetto sarà di 40 mm con una lente progettata obbedientemente e la lunghezza della lente dell’obiettivo deve essere ridotta a circa 5 mm o meno. Per evitare ciò, il design della lente dell’obiettivo deve essere piuttosto elaborato. Per evitare questa situazione, il nuovo sistema Nikon ha una distanza cofocale di 60 mm e Mitsutoyo ha una distanza di 95 mm. Questo è un effetto sfortunato in termini di compatibilità degli obiettivi. E la terza influenza è la dimensione della vite di montaggio della lente dell’obiettivo. Il diametro D del raggio di luce emesso sul lato posteriore della lente dell’obiettivo è determinato dalla distanza focale della lente dell’obiettivo e NA, e se NA non è così grande, D = 2NA × distanza focale. Per il microscopio biologico di Nikon, c’è una lente dell’obiettivo con 4x NA e 0,2 NA. Poiché la distanza focale di questa lente è di 50 mm, il sistema di fascio luminoso emesso è di 20 mm. Il sistema di viti standard RMS è di soli 20,32 mm e perde per il fascio di luce emesso. Pertanto, Nikon utilizza un diametro della vite maggiore di quello di RMS. Il valore di 0,2 di NA per un obiettivo 4x è troppo grande quando si considera solo la risoluzione. Tuttavia, con una lente dell’obiettivo dello stesso ingrandimento, maggiore è la NA, maggiore è la potenza di messa a fuoco e più luminosa è, quindi è concepibile che questa lente sia destinata ad essere utilizzata in combinazione con un microscopio luminoso. Nel caso di Olympus, invece di utilizzare il normale diametro della vite RMS come standard, per il microscopio per vetri viene preparata una lente a basso ingrandimento con NA elevato che utilizza una vite particolarmente grande.

Memo obiettivo obiettivo

　Le lenti degli obiettivi dei microscopi sono grandi e sono classificate in microscopi biologici e microscopi metallici. I microscopi biologici sono fondamentalmente progettati sul presupposto che abbiano un vetro di copertura. Inoltre, ci sono lenti a bagno d’olio per ottenere un’alta risoluzione e lenti a immersione in acqua per l’osservazione diretta di sistemi biologici viventi. D’altra parte, il tipo di metallo è fondamentalmente per l’osservazione della superficie nuda, ed è standard che non venga messo vetro su di esso. Inoltre, poiché molti campioni di metallo non trasmettono luce, vengono utilizzati per l’epiilluminazione, quindi la lente dell’obiettivo per metallo è progettata in modo che il riflesso della luce per l’epiilluminazione non ritorni nel campo visivo.

　Le lenti in metallo che eseguono l’epiilluminazione includono lenti dedicate all’illuminazione in campo chiaro e lenti per l’illuminazione in campo chiaro e scuro. L’obiettivo dedicato al campo chiaro è un normale obiettivo. D’altra parte, nella lente dell’obiettivo in grado di effettuare l’epiilluminazione nel campo scuro, l’esterno del barilotto dell’obiettivo è raddoppiato in modo che la luce dell’epi-illuminazione possa essere fatta cadere attraverso la cavità a forma di ciambella circostante. Per questo motivo, le viti di montaggio per lenti per visione chiara e scura sono state più grandi di RMS sin dai tempi antichi. Tuttavia, alcuni produttori hanno diverse forme di vite e non sono compatibili come RMS.

　Oltre ai cristalli liquidi, ci sono obiettivi con un anello di correzione principalmente per microscopi biologici. La figura seguente mostra ciò che è stato pubblicato nel catalogo prebellico di Twice. Quando l’anello viene ruotato, la distanza tra i due gruppi anteriori e i due gruppi posteriori cambia, il che cambia la quantità di correzione dell’aberrazione sferica (credo). Alcuni obiettivi fotografici hanno una quantità variabile di correzione per l’aberrazione sferica. Tuttavia, questo è piuttosto per dare positivamente l’aberrazione sferica per eseguire una rappresentazione morbida e ha un meccanismo per regolare la quantità di aberrazione sferica per l’esatto motivo opposto alla lente dell’obiettivo del microscopio.

Sono disponibili lenti obiettivo speciali per microscopi polarizzati. Rispetto alle lenti ordinarie, queste lenti hanno meno distorsione del vetro utilizzato e meno disturbi di polarizzazione dovuti alla lente dell’obiettivo. Tuttavia, purtroppo, ci sono solo brevi distanze di lavoro. Pertanto, queste lenti dell’obiettivo non possono essere utilizzate per l’osservazione utilizzando una fase calda come l’osservazione a cristalli liquidi. Una lente dell’obiettivo con una distanza di lavoro ultra lunga in grado di osservare un campione in una fase calda ha proprietà inferiori alla polarizzazione rispetto a quella di un microscopio a polarizzazione, ma non vi è alcun problema nell’uso pratico per un campione con una grande doppia rifrazione come un cristallo liquido. Finché non ci sono problemi con la distanza di lavoro, non importa se è per uso metallico o biologico, ma al momento alcune lenti per obiettivi in ​​metallo hanno una distanza di lavoro più lunga e sono facili da usare se si ignora l’aberrazione sferica dovuta al vetro.

　C’era una lente dell’obiettivo per il palco universale come una delle lenti speciali per il microscopio di polarizzazione. Questo è un palcoscenico per l’osservazione di campioni traballanti come rocce da qualsiasi direzione, e alcuni sistemi di lenti usati in combinazione con lenti emisferiche hanno lamelle di apertura per approfondire la profondità focale. Poiché l’obiettivo per il tavolino universale ha una lunga distanza di lavoro, è utile anche in combinazione con il tavolino caldo. In passato, veniva venduto solo come obiettivo singolo, ma ora viene venduto solo in combinazione con il palco ed è praticamente fuori dalle opzioni.

　Non solo le normali lenti obiettivo ma anche le lenti obiettivo per microscopi polarizzati causano disturbi di polarizzazione a causa delle lenti. Oltre alla distorsione del vetro sopra descritta, la causa della turbolenza è che il fascio di luce è incidente obliquamente sulla superficie della lente. Poiché la riflettanza è diversa tra polarizzazione P e polarizzazione S, quando la luce incide obliquamente sulla superficie del vetro, la polarizzazione della componente trasmessa sarà diversa da quella precedente all’incidente. Poiché la differenza di riflettanza diventa più notevole all’aumentare dell’angolo incidente, la turbolenza della polarizzazione diventa maggiore quando la lente dell’obiettivo ha un NA maggiore e un ingrandimento maggiore. Per vedere il disturbo della polarizzazione dovuto all’incidenza obliqua, una lente dell’obiettivo ad alto ingrandimento può essere attaccata a un microscopio di polarizzazione e una lente Bertrand può essere inserita sotto una croce Nicol senza un campione. Poiché la differenza di riflettanza dovuta alla polarizzazione è piccola nella parte centrale di NA basso, non vi è alcun disturbo nella polarizzazione e diventa scuro. Inoltre, poiché la luce incidente obliquamente nella direzione parallela / perpendicolare all’asse del polarizzatore ha solo la componente P o la componente S, la polarizzazione non è disturbata dalla riflessione e diventa scura. Pertanto, nel suo insieme, una croce scura corre parallela / perpendicolare all’asse del polarizzatore, mentre diventa leggermente più luminosa nella direzione di 45 gradi. Il grado di luminosità indica il disturbo della polarizzazione.

　È stato affermato che il disturbo della polarizzazione non è praticamente un problema nell’osservazione a cristalli liquidi, ma quando si osserva un campione con una piccola doppia rifrazione come una pellicola monomolecolare o una pellicola indipendente sulla superficie dell’acqua, viene causato il disturbo della polarizzazione dovuto alla lente dell’obiettivo. Se c’è, il contrasto verrà abbassato e l’osservazione sarà ostacolata. Il disturbo della polarizzazione dovuto all’incidenza obliqua può essere ridotto in una certa misura mediante rivestimento, ma è inevitabile quando la lente dell’obiettivo ha un ingrandimento elevato. In passato, per compensare questo problema, era stato ideato un sistema che incorporava un raddrizzatore, anch’esso commercializzato da Nikon, ma ora la produzione è interrotta probabilmente a causa della bassa domanda. I raddrizzatori potrebbero essere realizzati da soli utilizzando un sistema ottico infinito, ma considerando l’attuale tecnologia di elaborazione delle immagini, l’elaborazione delle differenze che combina una telecamera CCD e il software del metodo di massima entropia può essere più realistica.

Oculare

　L’immagine della lente dell’obiettivo viene ingrandita dall’oculare. L’oculare funziona come una normale lente d’ingrandimento o lente. Tuttavia, quando rimuovo l’oculare e provo a usarlo come lente di ingrandimento, è fuori fuoco (sebbene alcuni siano a fuoco). Quando si rimuove l’oculare e si esamina la posizione focale della lente dell’obiettivo, si può vedere che il piano focale si trova all’estremità del barilotto dell’obiettivo del microscopio e il piano focale si trova all’interno dell’oculare. La lente dell’oculare raccoglie la luce dalla lente dell’obiettivo con una lente convessa (lente di campo) sul lato della lente dell’obiettivo per formare un’immagine e ingrandisce l’immagine con la lente sul lato dell’occhio (lente anti-occhio). Il motivo per cui l’oculare non è una semplice lente di ingrandimento è che la lente di campo deve piegare il raggio di luce dalla lente dell’obiettivo verso l’interno per formare un’immagine compatta, o il campo della lente d’ingrandimento dopo che non è ampio, quindi può essere osservato. È perché Una maschera viene posizionata sulla superficie su cui viene focalizzata l’immagine della lente dell’obiettivo per dividere il campo visivo del microscopio. La dimensione effettiva di questa maschera espressa in millimetri è chiamata numero di campi visivi. L’immagine all’interno di questa maschera raggiunge l’occhio e diventa un bersaglio di osservazione. Quando si combinano una lente dell’oculare con un numero di campo di 20 e una lente dell’obiettivo con un ingrandimento di 10, la dimensione della maschera sull’oggetto è di 2 mm, quindi si osserva un oggetto all’interno di un cerchio di 2 mmφ. Se si combinano un oculare con un campo visivo di 20 e una lente dell’obiettivo di 40x, l’area di osservazione sarà di 0,5 mmφ.

　Se un oggetto viene posizionato nella posizione della maschera, l’immagine si sovrappone all’immagine della lente dell’obiettivo e può essere chiaramente osservata. La linea trasversale e la scala dell’oculare sono installate nella posizione della maschera. Se vuoi ritagliare una parte del campo visivo per la misurazione spettroscopica, puoi mettere un foro di spillo nella posizione della maschera.
　Poiché l’immagine della lente dell’obiettivo viene ridotta dalla lente di campo e visualizzata nella posizione della maschera, la dimensione della maschera è inferiore al valore del numero di campi. Naturalmente, l’ingrandimento della lente anti-occhio è maggiore dell’ingrandimento del display dell’oculare.　

Un tipo di lente per oculare è un micrometro per oculare. Questo è un oculare con una linea indicatrice incorporata che si muove con un micrometro esterno e viene utilizzato per misurare le dimensioni di un oggetto. Poiché è difficile spostare la scala quando la posizione della maschera è tra la lente di campo e la lente dell’occhio nel micrometro dell’oculare, viene utilizzato un sistema ottico (oculare Ramsden) in cui la posizione della maschera è al di fuori della lente dell’oculare. In alcuni casi

La luce della lente binoculare viene emessa quasi in parallelo. Nella normale osservazione della lente, la luce della sostanza si diffonde in tutte le direzioni, quindi l’immagine della sostanza può essere osservata in qualsiasi posizione. Tuttavia, nel caso di un microscopio, l’immagine dell’oggetto dalla lente dell’obiettivo viaggia in una direzione specifica a seconda della posizione dell’oggetto, in modo che si diffonda spazialmente al di fuori della lente anti-occhio tranne che i fasci di luce paralleli si intersecano in un certo punto. Finirà. Il punto in cui questi fasci di luce si intersecano è chiamato punto dell’occhio, e se la pupilla è posizionata in questa posizione, l’intera immagine può essere osservata, ma se devia da questa posizione, si può osservare solo l’immagine della parte che viene nella direzione della pupilla. Se il punto dell’occhio è vicino alla lente anti-occhio, gli occhi non possono essere avvicinati al punto dell’occhio quando si indossano gli occhiali e l’utente degli occhiali potrebbe non essere in grado di osservare l’intero campo visivo in una volta (è sufficiente prendere gli occhiali e osservare). Tutto quello che devi fare è). Inoltre, poiché l’operatività è scarsa (occhielli e simili interferiscono con l’osservazione), il numero di oculari con punto di osservazione alto le cui punte sono separate dall’oculare in una certa misura sta aumentando di recente.

Ingrandimento efficace

Ingrandimento visivo efficace

　A causa della risoluzione limitata del microscopio, ingrandire l’immagine oltre un certo livello non significa che le strutture più piccole possano essere analizzate. Al contrario, all’aumentare dell’ingrandimento, l’area osservabile si restringe, così che l’efficienza dell’osservazione diminuisce. L’ingrandimento effettivo di un microscopio è l’ingrandimento al quale la struttura fine attesa dalla risoluzione del microscopio può essere sufficientemente osservata.

　Un occhio con una vista di 1 può distinguere due punti separati da circa 0,1 mm a una distanza di visione chiara. Tuttavia, questo è un caso in cui il contrasto è forte e quando il contrasto è basso, la capacità di discriminazione è ridotta a circa 0,4 mm. Come descritto sopra, la risoluzione del microscopio è determinata dalla risoluzione della lente dell’obiettivo e c’è una relazione di d = 0,61λ / NA tra la NA della lente dell’obiettivo e la risoluzione. Supponendo che l’ingrandimento sia M, se dM = 400 μm, l’immagine corrispondente alla risoluzione può essere scomposta ad occhio nudo. Da questo, 400 / M = 0,61λ / NA e M = 650NA / λ. Se 0,5 μm viene inserito come λ, M = 1300NA. L’AN della lente dell’obiettivo non supera 1 nel sistema a secco e l’ingrandimento massimo del microscopio è impostato su circa 1000 volte. Anche se l’ingrandimento viene aumentato al di sopra dell’ingrandimento effettivo, la quantità di informazioni diminuirà solo, quindi l’ingrandimento sopra l’ingrandimento effettivo viene chiamato espansione non valida o espansione stupida.

　Alcune delle lenti dell’obiettivo del microscopio si discostano dalla formula di cui sopra di ingrandimento effettivo per qualche motivo. Uno è una lente obiettivo per l’ispezione dei semiconduttori, che ha un corridoio di ingrandimento maggiore di quello previsto da NA. Questo perché l’osservazione con un ingrandimento effettivo è il limite della risoluzione degli occhi e causa affaticamento, quindi l’ingrandimento viene intenzionalmente aumentato per sopprimere l’affaticamento degli occhi. D’altra parte, il valore NA di una lente dell’obiettivo con un ingrandimento basso di 5 o 10 volte è solitamente superiore a quello richiesto dalla risoluzione. Ad esempio, quando si combinano una lente obiettivo 5x e una lente oculare 10x, l’ingrandimento totale è 50x, quindi un valore NA di circa 0,04 è sufficiente. Tuttavia, anche una lente obiettivo poco costosa ha un NA di circa 0,1 e alcuni di loro hanno un NA di 0,2. Questo perché se l’ingrandimento è lo stesso, maggiore è il NA, più luminosa sarà la lente. Con questi obiettivi, il valore NA è maggiore del necessario per garantire la luminosità dell’immagine, non a causa della richiesta di risoluzione.

Ingrandimento efficace della microfotografia (fotografia al sale d’argento)

Nelle microfotografie, ci sono alcuni fattori da considerare in più rispetto all’ispezione visiva. Uno è se la risoluzione della pellicola ha un margine rispetto all’immagine ingrandita della lente dell’obiettivo quando si registra sulla pellicola, e l’altro è che la risoluzione degli occhi è inclusa nella stampa quando si osserva l’immagine stampata. È possibile riconoscere la struttura fine?

Ecco alcuni numeri che useremo di frequente nelle discussioni successive. È il rapporto R dell’ingrandimento e dell’apertura numerica della lente dell’obiettivo _{M / NA} . R _{M / N A} è un valore numerico proporzionale alla distanza dell’intervallo corrispondente alla risoluzione della lente dell’obiettivo nell’immagine reale creata dalla lente dell’obiettivo. Quando R _{M / NA} = 100 a condizione che la lunghezza d’onda di osservazione sia di 500 nm con illuminazione incoerente , questa distanza è di 25 μm. Maggiore è il valore NA (risoluzione più alta) rispetto all’ingrandimento, minore è RM _{/ NA} . Se l’ingrandimento dell’oculare o della lente di trasferimento non viene aumentato per una lente dell’obiettivo con un R _{M / NA} più piccolo _, le informazioni dettagliate che vengono visualizzate dalla lente dell’obiettivo andranno perse. Una lente dell’obiettivo a lunga distanza di lavoro con vetro senza copertura, che viene spesso utilizzata per l’osservazione a cristalli liquidi, ha un valore R _{M / N} A da circa 50 a 100.

L’ingrandimento sulla superficie della pellicola è l’ingrandimento della lente dell’obiettivo x l’ingrandimento della lente di trasferimento (questo è il caso in cui una lente di trasferimento con un ingrandimento fisso viene utilizzata in un microscopio commerciale. Un normale oculare viene utilizzato in un microscopio monoculare. Quando si scatta una foto, dipende dalla distanza dalla lente dell’oculare alla superficie della pellicola.) Come lente di trasferimento, è generalmente da 2 a 5 volte. La lunghezza diagonale di un normale obiettivo da 35 mm è 43,3 mm e il numero di campi visivi di un normale microscopio è di circa 20-26 mm. Quando il numero di campi visivi è di 20 mm, la qualità dell’immagine della porzione periferica si deteriora a meno che l’ingrandimento della lente di trasferimento non sia 43,3 / 20 = 2,17 volte o più. Alcuni obiettivi recenti hanno un numero di campo compreso tra 25 e 26 e con questi obiettivi è possibile ottenere una buona immagine sull’intera pellicola da 35 mm anche con una lente di trasferimento di circa 2 volte. A seconda del produttore, l’obiettivo di trasferimento con l’ingrandimento più basso per la fotografia su pellicola da 35 mm è 2x o 2,5x.

Minore è l’ingrandimento della lente di trasferimento, maggiore è la risoluzione richiesta per la pellicola. Pertanto, consideriamo una lente di trasferimento con un ingrandimento minimo di 2 volte, che è la condizione più rigorosa. Quando l’ingrandimento dell’obiettivo è M, l’ingrandimento della ripresa sulla superficie della pellicola è 2M. Supponendo che il numero di aperture della lente dell’obiettivo sia NA, la distanza corrispondente alla risoluzione è 2Mλ / 2NA = λR _{M / NA sulla} superficie _del film . Qui, quando λ = 500 nm, la distanza è 0,5 ^-3 * R _{M / NA} mm sulla superficie del film . Questo è 0,05 mm per una lente dell’obiettivo con R _{M / NA} = 100, che corrisponde a 20 motivi a strisce per 1 mm. D’altra parte, anche se una normale pellicola a colori ha un basso rapporto di contrasto (1,6: 1), ha una risoluzione di circa 50 millimetri, in modo che possa essere registrata con un margine di due o più. Considerando il limite che deriva dalla risoluzione della pellicola, quando si utilizza una lente di trasferimento 2x, se R _{M / N A} è di circa 50 o più, c’è un margine nella risoluzione della pellicola. Normalmente, questa condizione è soddisfatta e si può vedere che va bene girare senza preoccuparsi della risoluzione del film. Cioè, considerando solo dalla risoluzione della pellicola, è vantaggioso utilizzare una lente di trasferimento con un ingrandimento il più basso possibile se è 2 volte o più perché è possibile fotografare una gamma più ampia alla volta e non c’è perdita di informazioni sull’immagine.

Supponendo che il film che hai girato contenga le informazioni di cui hai bisogno, continuiamo a scoprire se la risoluzione dei tuoi occhi può gestirlo quando lo osservi come una stampa. In molti casi, vedrai un’estensione del formato del servizio. Recentemente è disponibile una dimensione di servizio ampia, ma qui consideriamo la classica dimensione L (127 x 89 mm). L’ingrandimento dalla pellicola 35 mm alla dimensione L è di circa 3,7 volte. 0,05 mm sulla superficie della pellicola diventano 0,185 mm sulla stampa. Poiché la capacità dell’occhio umano di discriminare a una distanza di visione nitida è di 0,075 mm, questo è un valore che può essere scomposto per il momento, ma è solo quando il contrasto è chiaro e quando il contrasto è debole, è un po ‘grave. È un valore. A questo punto, se viene utilizzata una lente di trasferimento 4x invece di 2x, la dimensione sulla stampa sarà di 0,37 mm e l’osservazione può essere eseguita con un margine.

Qui abbiamo parlato dell’allungamento effettuato da un sistema ottico tradizionale. Tuttavia, i recenti formati di servizio hanno reso comune l’utilizzo di dispositivi di output digitale. Pertanto, la discussione di cui sopra potrebbe non essere sempre valida. Ad esempio, una stampa a 300 dpi ha una risoluzione di circa 5 millimetri e c’è il rischio che i dettagli delle informazioni sull’immagine vengano persi durante l’elaborazione digitale.

Allo stesso modo, quando la proiezione di diapositive viene infine eseguita sulla pellicola positiva, la considerazione può essere avanzata in base alla dimensione dell’immagine richiesta dalle condizioni di osservazione. Ad esempio, quando si guarda un’immagine proiettata a una distanza di 10 m, la lunghezza corrispondente alla risoluzione sullo schermo deve essere di 3 mm o più e, considerato il contrasto, deve essere di circa 1 cm o più. Nel caso di una combinazione di una lente dell’obiettivo avente un RM _{/ NA} di circa 100 e una lente di trasferimento di 2 volte, la pellicola deve essere ingrandita di circa 200 volte. Pertanto, la dimensione dello schermo deve essere 4,8 x 7,2 m. Questo è circa il doppio dello schermo di una normale aula. Da questa considerazione, si può vedere che è meglio usare una lente di trasferimento di 4 volte o più quando si proietta su uno schermo usando una pellicola positiva.

Ingrandimento effettivo durante l’osservazione sullo schermo del televisore

Ingrandimento M dell’osservazione dallo schermo TV, l’ingrandimento M della lente dell’obiettivo _O , l’ingrandimento M della lente di trasferimento _T , dall’ingrandimento televisivo T determinato dal rapporto dimensionale del dispositivo di ripresa dell’immagine e dello schermo televisivo M _F = M _O × M _T in × T È deciso. Successivamente, vengono mostrate le dimensioni dell’elemento di rilevamento dell’immagine e l’ingrandimento televisivo determinato dalle dimensioni dello schermo.

Un televisore normale ha 525 linee di scansione e, nel caso di una scansione interlacciata, la risoluzione verticale è di circa 350. La risoluzione in direzione orizzontale è determinata dalle caratteristiche di frequenza del sistema di segnale (sebbene non sia realistico impostare il valore lontano dalla verticale) ed è compresa tra 350 e 700 linee.

　Quando si osserva un’immagine TV (a meno che non venga mostrata a un gran numero di persone in una sala, ecc.), L’osservazione dello schermo è ottimale (ovvero, lo schermo TV non è troppo lontano dagli occhi e non è possibile distinguere i dettagli). Si può presumere che sia stato fatto in una situazione del genere. In questo caso, se il taglio – sfruttando le prestazioni della lente dell’obiettivo, le dimensioni e R dell’elemento di imaging _{M / NA} e M _T è determinato dalla relazione.

Poiché la dimensione dello schermo del CCD non è necessariamente proporzionale alla dimensione nominale, non può essere formulata con precisione, ma si stima che le altre dimensioni siano proporzionali alla dimensione nominale in base alla dimensione del CCD da 1 pollice. Inoltre, limitiamo la nostra discussione alla risoluzione verticale (perché la direzione orizzontale cambia a seconda della banda del sistema). In questo momento, la distanza corrispondente alla risoluzione del televisore sul CCD è 0,05 × formato CCD mm. D’altra parte, con una lente obiettivo con R _{M / NA} = 100, la distanza equivalente alla risoluzione della superficie di imaging è 0,025 mm, quindi le prestazioni di una lente con classe R _{M / NA} = 100 non possono essere dimostrate a meno che il CCD non sia 1/2 pollice o meno. Capire. L’ingrandimento finale in questo momento è 100 × 42 = 4200 volte se osservato su un display da 14 pollici. Questo è il motivo per cui l’ingrandimento del tipo di microscopio osservato sullo schermo televisivo è impostato da diverse migliaia a 10.000 volte.

Con l’impostazione di ingrandimento di cui sopra, le prestazioni della lente dell’obiettivo non vengono sprecate. Tuttavia, di conseguenza, l’area osservabile si restringe. La lunghezza del lato corto del pickup di 1/2 immagine è di 4,8 mm. Confrontando questo con la lunghezza del lato corto di 24 mm di una pellicola da 35 mm, il rapporto è 5 e l’area catturata dal CCD per la proiezione 1x è circa l’area catturata dalla fotocamera da 35 mm dotata di una lente di trasferimento 5x. Sarà. Per le fotocamere da 35 mm, sono disponibili anche obiettivi di trasferimento 2,5x e 2x, che sono 5x o meno, e anche se vengono utilizzati come discusso sopra, è possibile scattare foto che sfruttano la risoluzione dell’obiettivo. In altre parole, la fotocamera da 35 mm può riprendere un’area da circa 4 a 5 volte il rapporto di area alla volta rispetto alla fotocamera CCD.

Alcuni sistemi hanno una lente a relè di circa 0,5x per telecamere 1 / 2CCD. Con questa lente di trasferimento, puoi osservare contemporaneamente un’area simile a quella ripresa con una fotocamera da 35 mm. Tuttavia, in un normale sistema di telecamere TV, la risoluzione del sistema non raggiunge la risoluzione della lente dell’obiettivo, che non è adatta per discutere i dettagli del campione.

Il sistema ad alta definizione ha circa il doppio della risoluzione (quattro volte il rapporto di area) dell’attuale sistema televisivo. Pertanto, se un CCD con la suddetta lente di trasferimento 0,5x viene combinato con un sistema ad alta definizione, è possibile osservare contemporaneamente un’ampia area senza causare un deterioramento della risoluzione.

Nel caso di osservazione usando CRT, oltre alla discussione sopra, c’è anche un ingrandimento richiesto derivato dal passo dei pixel. Il display di un computer ha da 4 a 5 punti per millimetro. Pertanto, la risoluzione minima sullo schermo è compresa tra 0,4 e 0,5 mm. Se stai usando un obiettivo con una risoluzione di 1 μm, dovresti quindi ingrandire almeno 400-500x. Questo limite di ingrandimento è solitamente più ampio del limite che deriva dalla risoluzione del televisore. Tuttavia, se lo schermo del monitor è piccolo, questa limitazione può essere importante.

Nella discussione fino ad ora, abbiamo parlato sulla premessa della TV, ma fondamentalmente lo stesso modo di pensare può essere organizzato sullo schermo di un computer o simili. Tuttavia, anche se la risoluzione sullo schermo del computer è alta, se la risoluzione del CCD utilizzato per le riprese è specifica della TV, la risoluzione dello schermo del computer deve essere ignorata e deve essere utilizzato il calcolo TV di cui sopra.

Profondità di messa a fuoco

-Incompiuto (o meglio non iniziato …) –

Sistema ottico di illuminazione

Componenti del sistema ottico di illuminazione

　Il sistema ottico di illuminazione presta meno attenzione rispetto al lato di osservazione come una lente dell’obiettivo o una lente per oculare. Tuttavia, è importante regolare il sistema di illuminazione per effettuare osservazioni corrette e scattare foto con una luminosità uniforme. Il metodo di illuminazione della trasmissione di un microscopio può essere diviso approssimativamente.

• Illuminazione diffusa
• Illuminazione critica
• Illuminazione Koehler

C’è.

　Nell’attuale microscopio standard, il sistema ottico di illuminazione si basa fondamentalmente sui cinque elementi della
sorgente luminosa → sistema ottico a condensazione → apertura del campo → apertura dell’apertura → lente del condensatore → (campione)
e lenti a relè secondo necessità. È configurato con un filtro e un diffusore. Il motivo di una configurazione così complicata è realizzare l’illuminazione Keller.　

　Dei tre tipi di illuminazione, l’illuminazione diffusa illumina il campione con luce diffusa, l’intensità dell’illuminazione è debole e anche il NA dell’illuminazione è piccolo. Tuttavia, un’ampia area può essere irradiata in modo uniforme. L’illuminazione critica è un metodo di illuminazione che collega l’immagine della sorgente di luce alla superficie del campione e l’intensità dell’illuminazione è forte e l’NA può essere aumentata. Tuttavia, poiché un’immagine della sorgente luminosa si forma sulla superficie del campione, è probabile che si verifichi un’illuminazione non uniforme. Inoltre, poiché anche il calore converge sulla superficie del campione, il calore tende a influenzare il campione. Q

　L’illuminazione Keller è un metodo che consente un’illuminazione uniforme e forte con una grande NA ed è oggi il metodo di illuminazione standard. Nell’illuminazione Keller , il sistema ottico di condensazione viene regolato per formare un’immagine della sorgente luminosa nella posizione dell’apertura di apertura davanti alla lente del condensatore. Poiché l’apertura dell’apertura si trova nel punto focale sul lato della sorgente di luce del condensatore sul lato del campione (progettato come tale), la luce visualizzata diventa raggi paralleli dopo il passaggio attraverso la lente del condensatore. La distanza tra il condensatore e la superficie del campione viene regolata in modo che l’immagine dell’apertura del campo si formi sulla superficie del campione. In questo modo, si forma un’immagine aerea dell’apertura di campo sulla superficie del campione, ma poiché non vi è alcuna fonte di luce irregolare come un filamento nella posizione dell’apertura di campo e la luminosità è più uniforme, anche la luminosità sulla superficie del campione è uniforme. Inoltre, poiché la luce non è parzialmente focalizzata rispetto all’illuminazione critica, il rischio di riscaldamento locale dovuto al calore è ridotto. Modificando la dimensione dell’apertura di campo, l’area di illuminazione sulla superficie del campione può essere regolata e regolando l’apertura di apertura, il NA dell’illuminazione può essere modificato continuamente. La struttura è complessa, ma presenta più vantaggi.

　La sorgente luminosa deve avere una luminosità maggiore dell’intensità della luce complessiva. Anche con una lampadina della stessa potenza, una lampadina con un avvolgimento denso e una piccola parte che emette luce è meglio di una lampadina con un avvolgimento lento e una parte che emette luce larga. In passato venivano utilizzate lampadine per proiettori, ma oggi le lampadine alogene a bassa pressione (50W o 100W con illuminazione a 12V) sono la corrente principale e le lampade allo xeno ad arco corto e le lampade ad alogenuri metallici vengono utilizzate quando è richiesta un’illuminazione più brillante. .. Inoltre, viene utilizzata una lampada al mercurio ad altissima pressione perché la luce ultravioletta è necessaria anche per l’eccitazione in un microscopio ottico.

　Se crei il tuo sistema ottico a condensazione, acquista una lente condensatore per il sistema ottico di illuminazione. In commercio sono disponibili anche lenti a condensatore asferiche con minore aberrazione, sebbene siano un po ‘costose. In alternativa, esiste anche un metodo per acquistare un proiettore di diapositive usato e regolare la parte condensante per deviarlo. Un’apertura del diaframma disponibile in commercio può essere utilizzata come apertura di illuminazione. Quando faccio il mio, voglio usare una grande fonte di luce o una lampada con specchio per schiarire il campo visivo, ma è sufficiente una sfera alogena a bassa tensione di circa 50 W, e se uso male una lampada con uno specchio, non è necessario. La luce (luce diffusa) può raggiungere il campione e ridurre il contrasto. Guardando l’alloggiamento della lampada di un microscopio disponibile in commercio, è dipinto di nero ad eccezione della parte che emette la luce in modo che la luce diffusa non raggiunga il campione.

　Poiché l’apertura dell’apertura e la lente dell’obiettivo sono fissate per il microscopio, vengono solitamente utilizzate. Tuttavia, qui c’è una grande trappola. Le lenti del condensatore per microscopi ordinari sono progettate supponendo che il campione poggi su un vetrino. La distanza di lavoro di una lente condensatrice è solitamente di solo 1 mm circa. Se utilizzi un palcoscenico caldo come un misuratore, puoi utilizzare solo illuminazione diffusa.

　I costosi microscopi binoculari sono spesso dotati di un condensatore luna di miele di serie. Questa lente del condensatore diventa un condensatore a basso NA con una lunga distanza di lavoro oscillando e rimuovendo la parte superiore. Evitata la parte superiore, la distanza di lavoro è sufficiente per l’abbinamento con la fase calda. Tuttavia, l’AN è solo di circa 0,2, il che è insufficiente per un obiettivo ad alto ingrandimento. D’altra parte, i microscopi monoculari hanno spesso un semplice condensatore di Abbe. Il condensatore di Abbe è immerso in olio con NA di circa 1,2 e la distanza di lavoro è di solo 1 mm, ma se si rimuove la lente superiore, la distanza di lavoro è di circa 10 mm o più e NA è di circa 0,4. In questo stato, la distanza di lavoro è sufficiente. Tuttavia, poiché la posizione del condensatore è fissa, la posizione della fase calda deve essere regolata per eseguire l’illuminazione Keller.

　Nel microscopio del sistema, una lente condensatrice a lunga distanza di lavoro è prevista  come opzione così come la lente dell’obiettivo . Ad esempio, Nikon ha un condensatore con una distanza di lavoro di 10 mm e un NA di 0,65 . È un articolo che dovresti preparare quando usi la fase calda. Anche con questo condensatore, lo stadio caldo di Mettler ha una distanza di quasi 15 mm dal campione, quindi non è possibile ottenere un’illuminazione Keller completa. Anche così, è circa quattro volte più luminoso nella misurazione effettiva rispetto all’utilizzo di un condensatore Hanenoke in uno stato NA basso. Combinando una lente concava adatta su un condensatore a lunga distanza di lavoro, dovrebbe essere possibile ottenere una corretta illuminazione Keller anche sul tavolino riscaldante di METTLER. Inoltre, poiché il microscopio invertito ha una lente condensatrice con una lunga distanza di lavoro, è concepibile acquistarlo e combinarlo.

Aggiungi contrasto

　Molte molecole di cristalli liquidi non hanno assorbimento nella regione visibile. Anche se la luce viene trasmessa attraverso la cella a cristalli liquidi, la fase della luce ha una distribuzione spaziale a causa della distribuzione dell’orientamento, ma l’intensità della luce non ha una distribuzione spaziale. Poiché i normali microscopi non sono in grado di visualizzare i cambiamenti di fase, molti non possono essere previsti osservando le cellule a cristalli liquidi che li utilizzano. Per l’osservazione a cristalli liquidi è necessario un microscopio in grado di visualizzare i cambiamenti di fase. Esistono microscopi ad interferenza, microscopi a differenza di fase e microscopi di polarizzazione come tali microscopi.

　I microscopi sono stati sviluppati principalmente per studi biologici. L’oggetto da osservare è un oggetto di colore chiaro con un indice di rifrazione simile a quello dell’acqua in una soluzione acquosa, e la colorazione, un metodo di interferenza e un metodo di differenza di fase sono stati sviluppati per aggiungere contrasto e visualizzarli. Il metodo dell’interferenza e il metodo della differenza di fase sono adatti per catturare cambiamenti di fase relativamente piccoli. D’altra parte, il campione di cristalli liquidi ha generalmente una grande rifrazione composta e la distribuzione della differenza di fase nella cella è considerevolmente grande. Per questo motivo, i microscopi a polarizzazione della trasmissione vengono utilizzati più esclusivamente dei microscopi ad interferenza e dei microscopi a differenza di fase.  Tuttavia, quando la doppia rifrazione è molto piccola come in una pellicola indipendente, l’osservazione della polarizzazione a riflessione, il microscopio a interferenza (microscopio a interferenza differenziale) o l’osservazione al microscopio a differenza di fase possono essere metodi utili.

　Un microscopio polarizzato è un sistema ottico di un normale microscopio con un polarizzatore (lato sorgente luminosa) e un analizzatore (lato osservazione) aggiunti. L’elemento polarizzante necessario per realizzare un polarizzatore è stato inventato da Nicole nel 1828 (9?). C’è una teoria secondo cui Talbot abbia inventato il microscopio a polarizzazione utilizzando l’elemento nel 1834 e che Sobay lo abbia realizzato intorno al 1845. L’elemento polarizzante inventato da Nicole era un prisma polarizzante in pietra quadrata (prisma Nicol). La maggior parte dei modelli di microscopi polarizzatori attuali utilizza un filtro polarizzante come elemento polarizzante. Tuttavia, l’influenza dell’elemento polarizzante che è stato utilizzato per la prima volta nel microscopio di polarizzazione rimane ancora, e lo stato in cui il polarizzatore e l’analizzatore sono ortogonali è chiamato “nicols incrociati” (per essere precisi, nicols incrociati).

Quando si osserva la cella a cristalli liquidi con un microscopio a polarizzazione cross-nicol, la polarizzazione lineare incidente non cambia nello stato di polarizzazione anche dopo la trasmissione nella regione in cui la direzione del vettore di orientamento è perpendicolare / parallela al polarizzatore e la luce viene assorbita dall’analizzatore. Diventa un campo oscuro. D’altra parte, nella regione deviata da verticale / parallela, lo stato di polarizzazione della polarizzazione lineare incidente cambia, così che appare una componente di trasmissione e l’immagine appare luminosa. Il microscopio a polarizzazione può visualizzare la direzione di orientamento del cristallo liquido.
　Con un microscopio polarizzato, sia che si tratti di un monoculare compatto o costoso per la visualizzazione binoculare, non c’è differenza di prestazioni che causa problemi durante l’osservazione dei cristalli liquidi . 

Altri elementi ottici

　Oltre al sistema ottico fornito anche nei normali microscopi, come un sistema ottico di ingrandimento costituito da un obiettivo, (imaging) e oculare, e un sistema ottico di illuminazione, il microscopio polarizzatore ha un elemento polarizzante e una posizione come elemento ottico peculiare di un microscopio polarizzatore.  Il film polarizzatore è un film di alcol polivinilico drogato con ioduro e stirato, ei suoi prodotti commerciali includono polaroid e dicromo. Maggiore è il rapporto di estinzione dell’elemento polarizzante, maggiore è il contrasto del microscopio polarizzatore. Dei polarizzatori a pellicola e prisma, il polarizzatore a prisma ha un rapporto di estinzione migliore di circa un ordine di grandezza, quindi è meglio usare un elemento polarizzatore a prisma polarizzato invece di una pellicola polaroid, soprattutto quando si ispeziona un campione con una piccola doppia rifrazione. Buon contrasto. Tuttavia, in tal caso, il disturbo della polarizzazione dovuto a un sistema ottico come una lente dell’obiettivo o una lente del condensatore diventa un problema. Il microscopio polarizzato è un sistema complicato, e anche se solo una parte delle specifiche viene innalzata, non si possono ottenere buoni risultati se il tutto non è bilanciato.

　La parte in cui viene inserita la piastra di ritardo è tra la lente dell’obiettivo e l’analizzatore . La maggior parte dei microscopi di polarizzazione viene fornita con una lastra colorata sensibile e una lastra di lunghezza d’onda 1/4 (per i raggi D di sodio). Il significato e l’uso di questi saranno introdotti in una sessione successiva.

　Alcune piastre di ritardo possono cambiare continuamente il valore della doppia rifrazione. Ad esempio, il compensatore di tipo Berek può cambiare continuamente la doppia rifrazione entro un certo intervallo ruotando una piastra avente la doppia rifrazione. È uno strumento semplice e conveniente per stimare facilmente il valore della rifrazione composta.

　La lente Bertrand viene rimossa dal percorso ottico durante il normale esame microscopico. L’immagine con la lente Bertrand inserita è chiamata immagine conoscope. L’osservazione del Conoscope sarà introdotta in un’altra sezione.

Configurazione del microscopio

Sorgente di luce per microscopio monoculare e configurazione del condensatore
Poiché la sorgente luminosa è integrata, è necessario prepararla separatamente. Sono disponibili anche apparecchiature di illuminazione Keller dei produttori, ma sono piuttosto costose e potrebbe essere difficile acquistarne di nuove in questi giorni. In generale, penso che venga spesso utilizzata un’illuminazione a prezzi accessibili. Se non hai intenzione di utilizzare l’illuminazione Keller e vuoi solo vederla, la lampadina a incandescenza intorno è comoda. Pertanto, se l’illuminamento è insufficiente, è possibile utilizzare una lampada alogena da 100 V.

Per l’illuminazione Keller, combinare una lampada alogena a bassa tensione con un sistema ottico di condensazione appropriato. Se è necessaria la regolazione, i dimmer per condotti di illuminazione a bassa tensione sono relativamente economici. Tuttavia, quando si esegue principalmente la fotografia di diapositive a colori, è meglio disporre di un monitor di tensione in modo da migliorare la riproducibilità della temperatura del colore della lampada. Poiché è preferibile che la lampadina alogena abbia un’elevata luminosità, viene utilizzata una lampada alogena compatta con un avvolgimento di circa 12V e 50W. Un’immagine del filamento della sorgente di luce viene formata nella posizione di apertura dell’apertura utilizzando una lente condensatrice (lato della sorgente di luce). Il riflettore nella parte inferiore del microscopio ha una superficie piatta su un lato e una superficie concava sull’altro. Quando si utilizza una lente del condensatore, utilizzare sempre uno specchio piano. Gli specchi concavi non vengono utilizzati a meno che non siano molto speciali. Per Olympus POS, rimuovere la lente superiore e per Nikon POH, capovolgere la parte superiore e usarla in uno stato NA basso.

Configurazione illuminazione Keller

　Utilizzare una lente dell’obiettivo di circa 10x. Posizionare un oggetto sulla superficie del campione (alla stessa altezza) e concentrarsi su di esso. Man mano che l’apertura del campo si restringe, la periferia esterna del campo diventa più scura. Regolare la posizione del condensatore (o la superficie del campione se il condensatore non può essere spostato) in modo che il contorno dell’area illuminata sia chiaro. A questo punto, se il centro della parte illuminata devia dal centro del campo visivo, la posizione del condensatore viene regolata per il centraggio. Con questo, l’illuminazione Keller può essere realizzata in linea di principio. Tuttavia, se la distanza dalla superficie del campione dello stadio caldo è maggiore della distanza operativa del condensatore, non è possibile ottenere un’illuminazione Keller adeguata, quindi regolare in modo che il confine tra le aree scure e luminose sia il più chiaro possibile.

　L’area di illuminazione sulla superficie del campione deve essere regolata in modo da essere leggermente più ampia dell’area che può essere osservata attraverso la lente dell’obiettivo. Anche se l’area oltre quella è irradiata, la luminosità dell’immagine non cambia e aumenta solo la luce diffusa, il che è svantaggioso.

Centraggio della lente dell’obiettivo

　Quando si osserva un campione con un microscopio polarizzatore, il contrasto cambia a seconda dell’angolo tra l’asse ottico del campione e l’asse della piastra polarizzante, quindi è necessario ruotare il campione in base allo scopo dell’osservazione. Per questo motivo, uno stadio rotante è integrato in un normale microscopio polarizzatore. Se il centro di rotazione del tavolino e l’asse ottico della lente dell’obiettivo non corrispondono, la posizione osservata si sposterà quando il tavolino viene ruotato e, nel peggiore dei casi, si sposterà fuori dal campo visivo. Poiché non è possibile effettuare un’osservazione soddisfacente in tale stato, l’asse ottico deve essere regolato. Il metodo specifico differisce a seconda del microscopio, ma è regolato dal meccanismo di regolazione fine della posizione sulla parte di montaggio della lente dell’obiettivo.

　Quando si regola il centro di rotazione utilizzare un oculare con una croce per facilitare il lavoro. Per prima cosa, sposta il campione in modo che il segno appropriato nell’immagine sia al centro della linea trasversale. Successivamente, la fase di rotazione viene ruotata di 180 gradi. Se il nucleo non esce in questo momento, la parte del segno farà un movimento circolare e devierà dal centro della linea trasversale. Se il segno è nel campo visivo quando ruotato di 180 gradi, regolare ruotando la linea trasversale in modo che una delle linee trasversali dell’oculare attraversi il segno. Dopodiché, il segno viene regolato in modo che si trovi al centro della posizione dopo la rotazione e al centro della linea trasversale. Questo completa la centratura. Se non si è sicuri della regolazione, ripetere questa operazione finché la posizione del segno non si sposta anche dopo aver ruotato di 180 gradi. Inoltre, se la deviazione è così grande che il segno esce dal campo visivo quando viene ruotato di 180 gradi, effettuare regolazioni approssimative in modo che il centro di rotazione stimato dal movimento del segno si trovi al centro del campo visivo, quindi eseguire i passaggi precedenti.

　Centrare la lente dell’obiettivo è un’operazione che non dovrebbe essere necessaria una volta eseguita, a meno che la lente dell’obiettivo non venga rimossa e riattaccata (ad eccezione del disallineamento a lungo termine). Tuttavia, a seconda del microscopio, il centro dell’oculare per l’ispezione visiva e l’oculare per la fotografia non corrispondono. Se l’obiettivo è centrato visivamente con un barilotto dell’obiettivo di questo tipo, il nucleo non corrisponderà al barilotto dell’obiettivo fotografico. Se la deviazione tra i due non è così grande, quella per la fotografia ha un’area di visione più ristretta ed è vulnerabile alla deviazione del nucleo, quindi dai la priorità a quella.

Pulizia e riparazione del microscopio

　Se gli elementi ottici del microscopio diventano polverosi o sporchi, l’immagine sarà sfocata o appariranno dei punti neri sullo schermo. Se stai osservando e sembra brutto, dovresti pulire il sistema ottico.

　Per pulire la lente dell’obiettivo, la lente del condensatore, ecc., Rimuovere prima la polvere con un soffietto (per la fotografia è sufficiente una sfera di gomma), quindi rimuovere lo sporco con una soluzione detergente per lenti e carta per pulizia lenti. Questi possono essere acquistati nei negozi di fotocamere. Oltre a questo, è importante prestare attenzione al vetro graduato dell’oculare e all’elemento ottico proveniente dalla sorgente di luce del sistema ottico di illuminazione. La polvere sulla scala dell’oculare viene osservata direttamente come macchie nere. Se c’è della polvere che ruota l’oculare e si muove con esso, è nella parte in vetro graduato dell’oculare. Poiché si trova all’interno dell’oculare, deve essere smontato e pulito una volta. La polvere nel sistema ottico di illuminazione appare sullo schermo come punti sfocati nel caso dell’illuminazione Keller se è vicino all’apertura di campo. In condizioni diverse dall’illuminazione Keller, la polvere in aree inaspettate può concentrarsi quasi sulla superficie del campione e diventare macchie nere. I punti che cambiano il grado di sfocatura spostando il condensatore si trovano da qualche parte nel sistema di illuminazione.

　In aggiunta a ciò, anche lo sporco sulla superficie in vetro del palco caldo è un problema, quindi fai attenzione. In particolare, il campione di cristalli liquidi evapora in una certa misura ad alta temperatura e aderisce alla superficie interna del vetro dello stadio caldo, quindi è necessario fare attenzione allo sporco sul vetro interno. Tra gli elementi ottici, è necessario pulire accuratamente il prisma in pietra quadrata, la piastra polarizzante non inserita tra il vetro e la piastra delle lunghezze d’onda in materiale morbido come mica o gesso. Anche una piccola quantità di graffi o deterioramento della superficie lo rende inutilizzabile. In particolare, se per pulire il polarizzatore del film viene utilizzato un solvente organico come l’acetone, la superficie si dissolverà e diventerà inutilizzabile. Inoltre, quando si puliscono altri elementi, è necessario prestare attenzione poiché un’eccessiva applicazione di liquido per la pulizia delle lenti o di solventi organici può causare avvolgimento e danni. Lo xilolo (xilene) è consigliato per la pulizia delle lenti nei vecchi libri di microscopia. Tuttavia, libri recenti affermano che lo xilene non dovrebbe essere usato. Dovrebbero essere fatti degli sforzi, come contattare il centro di assistenza del produttore, senza fare troppo affidamento sui libri. Una buona lente dell’obiettivo costa più di 100.000 yen. Vale la pena fare un’inchiesta.

　Inoltre, l’acetone e il metanolo sono spesso usati per pulire gli specchi per i laser. Questo perché lo specchio per il laser non ha una parte articolare, la superficie è una pellicola multistrato dielettrica e non viene attaccata dal solvente organico, e la causa principale dello sporco è polvere e olio nell’aria e olio e grasso dal corpo umano. Perché è solubile. Quando si osserva il cristallo liquido, lo sporco sulla lente dell’obiettivo è principalmente organico, quindi acetone e metanolo sono efficaci. Tuttavia, la lente dell’obiettivo ha una superficie adesiva tra le lenti e l’adesivo può essere attaccato da sostanze organiche.Pertanto, se viene utilizzata una grande quantità di solvente organico e il liquido scorre sulla superficie articolare della lente, c’è il rischio di deteriorare la lente. C’è anche. È meglio non usare un solvente il più possibile.

　Inoltre, sebbene sia usato raramente nei microscopi di polarizzazione, elementi ottici come griglie di diffrazione e specchi con superficie metallica la cui superficie è rivestita di metallo non possono essere puliti fondamentalmente e la polvere può essere soffiata via con un soffiatore. Posso solo farlo. Il polarizzatore può essere danneggiato se il microscopio viene combinato con una sorgente di luce autocostruita e viene utilizzato uno specchio concavo per la condensazione. In tal caso, il polarizzatore verrà sostituito. Un metodo è chiedere la riparazione al produttore, ma se sono previsti danni o se c’è un leggero problema con il rapporto di estinzione, è più economico installare da soli una piastra polarizzante adatta. È. Come piastra polarizzante, utilizzare un prodotto con un buon rapporto di estinzione. Le piastre polarizzanti sono classificate in base alla forza di trasmissione per foglio e al rapporto di estinzione quando due fogli sono impilati. Minore è l’intensità di trasmissione per foglio, migliore è il rapporto di estinzione, ma l’oscurità complessiva. Penso che l’HN38S sia un prezzo ragionevole per i prodotti Polaroid. La pellicola viene venduta sotto forma di lastra, quindi acquistala e modellala nella misura in cui si adatterà il polarizzatore, facendo attenzione a non danneggiare la superficie della pellicola. Approssimativamente, crea una forma con un taglierino e una pinza, quindi fissala con una rasatura. Sono in vendita anche lastre polarizzanti circolari inserite tra lastre di vetro, quindi se hai a portata di mano un prodotto che corrisponde alle dimensioni della parte di montaggio del microscopio, è facile acquistarlo. Oltre alla piastra polarizzante lineare, la piastra polarizzante include anche una piastra polarizzante circolare. Se lo usi, diventa un microscopio a polarizzazione circolare.