光学顕微鏡の主な用途は何ですか
光学顕微鏡は古くて新しい科学ツールです。 誕生から300年の歴史があります。 光学顕微鏡は、生物学、化学、物理学、天文学などで広く使用されています。一部の科学研究作業では、顕微鏡と切り離すことはできません。
現在、それはほとんど科学技術のイメージ裏書になっています。 これが真実であることを確認するには、彼が科学と技術に関するメディアの報道に頻繁に登場するのを見るだけで十分です。
生物学では、研究室はこの実験器具と切り離すことができず、学習者が未知の世界を研究するのに役立ちます。 世界を理解すること。
病院は、顕微鏡の最大の適用場所です。 主に、患者の体液の変化、人体に侵入した細菌、細胞構造の変化などを調べ、医師に治療計画を策定するための参照および検証方法を提供するために使用されます。 顕微手術では、顕微鏡が医師の唯一のツールです。 農業では、繁殖、害虫駆除、その他の作業は顕微鏡の助けなしにはできません。 工業生産では、細かい部品の加工、検査、組立調整、材料特性の研究が可能です。 彼らの才能を示す場所。 犯罪捜査官は、真の犯人を特定するための重要な手段として、さまざまな微視的な犯罪を分析するために顕微鏡に頼ることがよくあります。 環境保護部門も顕微鏡を使用して、さまざまな固体汚染物質を検出します。 地質学および鉱業の技術者、文化遺物、考古学者は顕微鏡の助けを借りています。 顕微鏡によって発見された手がかりは、深い地下鉱山を判断したり、ほこりの多い歴史の真のイメージを推測したりするために使用できます。 人々の日常生活でさえ、顕微鏡を使用して肌や髪などを検出できる美容や美容業界など、顕微鏡と切り離すことはできません。最高の結果を得ることができます。 顕微鏡が人々の生産や生活にいかに密着しているかがわかります。
顕微鏡は用途によって大きく分類され、生物顕微鏡、金属顕微鏡、実体顕微鏡、偏光顕微鏡の4つに大別されます。 生物顕微鏡はその名の通り、主に生物医学で使用され、観察対象は透明または半透明の顕微鏡体がほとんどです。 金属顕微鏡は、主に材料の金属組織や表面欠陥などの不透明な物体の表面を観察するために使用されます。 オブジェクトを拡大して画像化すると、人間の目に対するオブジェクトと画像の向きが一致し、人間の従来の視覚習慣に沿った奥行き感が得られます。 偏光顕微鏡は、さまざまな材料の透過または反射特性を偏光に使用して、さまざまな微小物体を識別します コンポーネント。 さらに、倒立生物顕微鏡や培養顕微鏡など、いくつかの特別なタイプも細分化できます。これは、主に培養容器の底から培養物を観察するために使用される生物顕微鏡です。 蛍光顕微鏡は、特定の物質を使用して特定の短波長光を吸収し、特定の長波長光を放出する特性を利用して、これらの物質の存在を検出し、その含有量を決定します。 比較顕微鏡は、2 つの対象物の類似点と相違点を比較するために、同じ視野内で 2 つの対象物の横に並べた、または重ね合わせた画像を形成できます。
従来の光学顕微鏡は、主に光学系とそれを支える機械構造で構成されています。 光学系には、対物レンズ、接眼レンズ、コンデンサーなどがありますが、これらはさまざまな光学ガラスでできた複雑な拡大鏡です。 対物レンズは標本を拡大し、その倍率 M は次の式によって決定されます: M object =Δ/f'object ここで、f'object は対物レンズの焦点距離であり、Δ は対物レンズと接眼レンズの間の距離。 接眼レンズは、対物レンズによって形成された像を再び拡大し、人間の目の前 250 mm に虚像を形成して観察します。 これは、ほとんどの人にとって最も快適な観察位置です。 接眼レンズの倍率は M eye=250/f' eye で、f' eye は接眼レンズの焦点距離です。 顕微鏡の全体の倍率は、対物レンズと接眼レンズの積、つまり M=Mobject*Meye=Δ*250∕f'eye*f;object です。 対物レンズと接眼レンズの焦点距離を短くすると、顕微鏡で細菌などの微生物を見る上で重要な総合倍率が高くなることがわかり、通常の拡大鏡との違いでもあります。
では、倍率を上げるために f' object f' メッシュを無限に縮小して、より微妙なオブジェクトを表示できるようにすることは考えられますか? 答えはノーだ！ これは、イメージングに使用される光が本質的に電磁波であるため、伝搬過程で回折と干渉が必然的に発生するためです。これは、日常生活で見られる水面の波紋が障害物に遭遇した場合に迂回するように、2 つの柱が水の波が出会うと、お互いを強化することができます。 または弱体化します。 点状の発光物点から出た光波が対物レンズに入射すると、対物レンズの枠が光の伝搬を妨げ、回折や干渉が起こります。 強度が弱く、徐々に弱くなる一連のハローがあります。 中央の明るい点をエアリーディスクと呼んでいます。 2つの発光点が一定の距離に近づくと、2つの光点が2つの光点として確認できなくなるまで重なります。 レイリーは、2 つの光点の中心間の距離がエアリー ディスクの半径に等しい場合に、2 つの光点を区別できるという基準を提案しました。 計算後、このときの2つの発光点間の距離は e=0.61 ∕n.sinA=0.61 In ∕ NA 式中、in は光の波長波、人間の目が受信できる光波の波長は約 0.4-0.7um、n は発光点が配置されている媒体の屈折率です。空気中はn≒1、水中はn≒1.33、Aは対物レンズのフレームに対する発光点の開き角の半分で、NAは対物レンズの開口数と呼ばれます。 上記の式から、対物レンズが識別できる2点間の距離は、光の波長と開口数によって制限されることがわかります。 人間の目の最も鋭い波長は約 0.5um であるため、角度 A は 90 度を超えることはできず、sinA は常に 1 未満です。利用可能な光伝送媒体の最大屈折率は約 1.5 であるため、e 値は常に 0.2um よりも大きくなります。これは、光学顕微鏡が解像できる最小限界距離です。 顕微鏡の倍率で、人間の目で識別できる一定のNA値を持つ対物レンズで解像できる物点距離eを拡大したい場合、Me0.15mm以上、ここで、{{30}.15mm は実験的に得られた人間の目です。目の前 250mm に配置された 2 つの微小物体間の識別可能な最小距離、つまり M (0.15∕0.61 以上) in) NA≒500N.Aなので、観測が面倒にならないようにするには、M を 2 倍、つまり 500N にすれば十分です。 A 以下 M 1000N.A 以下は、顕微鏡の総合倍率の妥当な選択範囲です。 いくら総合倍率が大きくても意味がありません。対物レンズの開口数によって解像できる最短距離が制限されているからです。 小さなオブジェクトは詳細です。
イメージング コントラストは、光学顕微鏡のもう 1 つの重要な問題です。 いわゆるコントラストとは、画像面の隣接部分間の白黒のコントラストまたは色の違いです。 0.02以下の明るさの違いを人間の目で判断することは困難です。 やや敏感。 生物標本などの一部の顕微鏡観察対象物は、細部間の明るさの差がほとんどありません。 さらに、顕微鏡光学系の設計および製造誤差により、結像コントラストがさらに低下し、識別が困難になります。 このとき、全体の倍率が低すぎるためではなく、オブジェクトの詳細がはっきりと見えません。 対物レンズの開口数が小さすぎるのではなく、像面コントラストが低すぎるのです。
何年にもわたって、人々は顕微鏡の解像力と画像コントラストを改善するために懸命に努力してきました。 コンピュータ技術とツールの絶え間ない進歩により、光学設計の理論と方法も常に改善されています。 検出方法の継続的な改善と観察方法の革新により、光学顕微鏡のイメージング品質は完全な回折限界に近づいています。 あらゆる種類の標本の研究に適応できます。 近年、電子顕微鏡や超音波顕微鏡などの拡大・画像化機器が相次いで登場していますが、それらはある面では有利な性能を持っていますが、まだ安価で、便利で、直感的で、特に生物の研究に適しているとは言えません。 ライバルの光学顕微鏡。 その一方で、レーザー、コンピューター、新素材技術、情報技術と相まって、古代の光学顕微鏡は復活し、強い生命力を発揮しています。 デジタル顕微鏡、レーザー共焦点走査型顕微鏡、近接場走査型顕微鏡、2光子顕微鏡など、さまざまな新機能や新たな環境条件に対応した装置が次々と登場し、光学顕微鏡の応用分野をさらに広げています。 火星探査機からアップロードされた岩層の顕微鏡写真はなんとエキサイティングなことでしょう。 私たちは、光学顕微鏡が人類に新しい姿勢をもたらすと確信しています。
