يتكون المجهر الضوئي التقليدي من عدة أجزاء
تتكون المجاهر الضوئية التقليدية بشكل أساسي من أنظمة بصرية وهياكلها الميكانيكية الداعمة. تشتمل الأنظمة البصرية على عدسات موضوعية وعدسات مكثفة ، وكلها عبارة عن عدسات مكبرة معقدة مصنوعة من نظارات بصرية مختلفة. تقوم العدسة الموضوعية بتكبير صورة العينة ، ويتم تحديد كائن M المكبر بالصيغة التالية: M object=Δ ∕ f 'object ، حيث f' object هو البعد البؤري للعدسة الشيئية ، و Δ يمكن فهمها على أنها المسافة بين العدسة الشيئية والعدسة العينية. تقوم العدسة بتكبير الصورة التي تشكلها العدسة الشيئية مرة أخرى ، وتشكل صورة افتراضية عند 250 مم أمام العين البشرية للمراقبة. هذا هو الموقف الأكثر راحة للمراقبة لمعظم الناس. تكبير العدسة M eye =250 / f 'eye، f' eye هو الطول البؤري للعدسة. إن التكبير الكلي للمجهر هو نتاج العدسة الشيئية والعينية ، أي M=كائن M * M عين=Δ * 250 / f 'عين * f ؛ هدف. يمكن ملاحظة أن تقليل البعد البؤري للعدسة الشيئية والعدسة العينية سيزيد من التكبير الكلي ، وهو مفتاح رؤية البكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى بالمجهر ، وهو أيضًا الفرق بينها وبين العدسات المكبرة العادية.
إذن ، هل من الممكن تصغير شبكة f 'object f' بدون حدود ، وذلك لزيادة التكبير ، حتى نتمكن من رؤية أشياء أكثر دقة؟ الجواب لا! هذا لأن الضوء المستخدم في التصوير هو في الأساس نوع من الموجات الكهرومغناطيسية ، لذلك ستحدث ظواهر الانعراج والتداخل حتمًا أثناء عملية الانتشار ، تمامًا مثل التموجات على سطح الماء التي يمكن رؤيتها في الحياة اليومية والتي يمكن أن تدور عند مواجهة عقبات ، ويمكن لعمودين من موجات الماء تقوية بعضهما البعض عندما يلتقيان أو يضعفان نفس الشيء. عندما تدخل موجة الضوء المنبعثة من جسم مضيء على شكل نقطة إلى العدسة الشيئية ، فإن إطار العدسة الموضوعية يعيق انتشار الضوء ، مما يؤدي إلى الانعراج والتداخل. هناك سلسلة من حلقات الضوء ذات شدة ضعيفة وتضعف تدريجيًا. نسمي النقطة المضيئة المركزية بالقرص الهوائي. عندما تقترب نقطتا انبعاث الضوء من مسافة معينة ، ستتداخل بقعتا الضوء حتى لا يمكن تأكيدهما على أنهما بقعتان ضوئيتان. اقترح Rayleigh معيارًا للحكم ، معتقدًا أنه عندما تكون المسافة بين مركزي البقعتين الضوئيتين مساوية لنصف قطر قرص Airy ، يمكن التمييز بين نقطتي الضوء. بعد الحساب ، المسافة بين نقطتي انبعاث الضوء في هذا الوقت هي e =0. 61 入 / n.sinA=0.61 I / NA ، حيث أنا الطول الموجي للضوء ، الطول الموجي من الضوء الذي يمكن أن تستقبله العين البشرية حوالي 0. 4-0. 7um ، و n هو مؤشر الانكسار للوسط حيث توجد نقطة انبعاث الضوء ، مثل الهواء ، n ≈1 ، في الماء ، n≈1.33 ، و A هي نصف زاوية فتح نقطة انبعاث الضوء لإطار العدسة الشيئية ، وتسمى NA الفتحة العددية للعدسة الشيئية. يمكن أن نرى من الصيغة أعلاه أن المسافة بين نقطتين يمكن تمييزهما بواسطة العدسة الموضوعية محدودة بطول موجة الضوء وفتحة العدسة العددية. نظرًا لأن الطول الموجي للرؤية الأكثر حدة للعين البشرية يبلغ حوالي 0. 5um ، ولا يمكن أن تتجاوز الزاوية A 9 0 درجات ، فإن sinA دائمًا أقل من 1. الحد الأقصى لمعامل الانكسار المتاح تبلغ قيمة وسيط إرسال الضوء حوالي 1.5 ، لذلك تكون قيمة e دائمًا أكبر من 0. 2um ، وهي أدنى مسافة يمكن أن يميزها المجهر الضوئي. قم بتكبير الصورة من خلال مجهر ، إذا كنت تريد تكبير مسافة نقطة الكائن e التي يمكن حلها بواسطة العدسة الموضوعية بقيمة NA معينة بما يكفي لتحلها العين البشرية ، فأنت بحاجة إلى Me أكبر من أو يساوي {{26 }}. 15 مم ، حيث {{3 0}}. 15 مم هي القيمة التجريبية للعين البشرية الحد الأدنى للمسافة بين جسمين دقيقين يمكن تمييزهما عند 250 مم أمام العينين ، لذا M أكبر من أو يساوي (0.15 ∕ 0.61 بوصة) NA≈500N.A ، من أجل جعل الملاحظة ليست مرهقة للغاية ، يكفي مضاعفة M ، أي 500N. أقل من أو يساوي M أقل من أو يساوي 1000N.A هو نطاق اختيار معقول من التكبير الكلي للمجهر. بغض النظر عن حجم التكبير الكلي ، فإنه لا معنى له ، لأن الفتحة العددية للعدسة الموضوعية قد حدت من الحد الأدنى للمسافة القابلة للحل ، ومن المستحيل تمييز المزيد عن طريق زيادة التكبير. يتم تفصيل الأشياء الصغيرة.
تباين التصوير هو قضية رئيسية أخرى في المجاهر الضوئية. يشير التباين المزعوم إلى تباين الأبيض والأسود أو اختلاف اللون بين الأجزاء المتجاورة على سطح الصورة. يصعب على العين البشرية الحكم على اختلاف السطوع أدناه 0. 02. أكثر حساسية بقليل. بالنسبة لبعض كائنات المراقبة المجهرية ، مثل العينات البيولوجية ، يكون فرق السطوع بين التفاصيل صغيرًا جدًا ، كما أن أخطاء التصميم والتصنيع للنظام البصري المجهر تقلل من تباين التصوير وتجعل التمييز صعبًا. في هذا الوقت ، لا يمكن رؤية تفاصيل الكائن بوضوح ، ليس لأن التكبير الكلي منخفض جدًا ، كما أن الفتحة الرقمية للعدسة الموضوعية صغيرة جدًا ، ولكن لأن تباين مستوى الصورة منخفض جدًا.
على مر السنين ، عمل الناس بجد لتحسين الدقة وتباين التصوير بالمجهر. مع التقدم المستمر لتكنولوجيا وأدوات الكمبيوتر ، يتم أيضًا تحسين نظرية وأساليب التصميم البصري بشكل مستمر. إلى جانب تحسين أداء المواد الخام والعملية والتحسين المستمر لطرق الكشف وابتكار طرق المراقبة ، جعلت جودة التصوير بالمجهر البصري قريبة من الكمال في حد الانعراج. سيستخدم الناس تلطيخ العينات ، والمجال المظلم ، وتباين الطور ، والفلورة ، والتداخل ، والاستقطاب ، وتقنيات المراقبة الأخرى لجعل المجهر الضوئي يمكن أن يتكيف مع البحث في جميع أنواع العينات. على الرغم من أن المجاهر الإلكترونية والمجاهر فوق الصوتية وأدوات التصوير المكبرة الأخرى قد ظهرت على التوالي في السنوات الأخيرة ، ولديها أداء فائق في بعض الجوانب ، إلا أنها لا تزال غير متوفرة من حيث الرخص والراحة والحدس ، ومناسبة بشكل خاص للبحث عن الكائنات الحية. ينافس المجهر الضوئي الذي لا يزال ثابتًا على الأرض. من ناحية أخرى ، جنبًا إلى جنب مع الليزر والكمبيوتر وتكنولوجيا المواد الجديدة وتكنولوجيا المعلومات ، فإن المجهر البصري القديم يجدد ويظهر حيوية قوية. مجهر رقمي ، مجهر مسح متحد البؤر بالليزر ، مجهر مسح المجال القريب ، مجهر ثنائي الفوتون وهناك العديد من الوظائف أو الأدوات الجديدة التي يمكن أن تتكيف مع مختلف الظروف البيئية الجديدة تظهر في تيار لا نهاية له ، مما يوسع مجال تطبيق المجاهر الضوئية. ما مدى إثارة الصور المجهرية للتكوينات الصخرية التي تم تحميلها من روفر المريخ! يمكننا أن نعتقد تمامًا أن المجهر الضوئي سيفيد البشرية بموقف محدث.
