顕微鏡の4つの光学原理
1、屈折と屈折率
光は均一な等方性媒質中の 2 点間を直線的に伝播します。異なる密度の透明な物体を通過するとき、異なる媒体では光の伝播速度が異なるため、屈折が発生します。透明な物体 (ガラスなど) の表面に垂直でない光線が空気から放射されると、光線の方向はその界面で変わり、法線に対して屈折角を形成します。
2、レンズの性能
レンズは顕微鏡の光学系を構成する最も基本的な光学部品です。対物レンズ、接眼レンズ、コンデンサーのコンポーネントはすべて、単一または複数のレンズで構成されています。形状の違いにより、凸レンズ（正レンズ）と凹レンズ（負レンズ）の2つに分類できます。光軸に平行な光線が凸レンズを介して点で交わるとき、その点を焦点面といい、その交点を通り光軸に垂直な面を焦点面といいます。焦点は 2 つあり、物体空間内の焦点は「物体焦点」と呼ばれ、その点の焦点面は「物体焦点面」と呼ばれます。逆に、像空間上の焦点を「像焦点」といい、そのときの焦点面を「像焦点面」といいます。光は凹レンズを通過すると正立の虚像を形成し、凸レンズは正立の実像を形成します。実画像は画面上に表示できますが、仮想画像は表示できません。
3、結像に影響を与える重要な要素 - 収差
客観的条件により、理論的に理想的な画像を生成できる光学系はなく、さまざまな収差の存在が画像の品質に影響を与えます。以下に、さまざまな収差について簡単に紹介します。
1. 色差はレンズ結像における重大な欠陥であり、複数の色の光が光源として使用される場合に発生しますが、単色光では色の違いが生じません。白色光は、赤、オレンジ、黄、緑、青、青、紫の7種類で構成されています。光はそれぞれ波長が異なるため、レンズを通過するときの屈折率も異なります。このようにして、物体側の点が像側にカラースポットを形成する可能性があります。光学システムの主な機能は、色収差を除去することです。
色差には、一般的に位置色差と倍率色差が含まれます。位置による色の違いにより、どの位置から観察しても画像に斑点やハローが発生し、画像がぼやけてしまいます。また、倍率色収差により、画像のエッジに色が付きます。
2. 球面収差とは、レンズの球面によって生じる軸上の点の単色収差を指します。球面収差の結果、点を結像した後、その点はもはや明るい点ではなく、中間のエッジが徐々にぼやけた明るい点となり、結像の品質に影響を与えます。
球面収差の補正は、多くの場合、レンズの組み合わせを使用して実現されます。凸レンズと凹レンズの球面収差は逆であるため、凸レンズと凹レンズの異なる材質を選択して貼り合わせることで球面収差をなくすことができます。古いモデルの顕微鏡の対物レンズの球面収差は完全には補正されていないため、補正効果を達成するには、対応する補償接眼レンズと一致させる必要があります。一般的な新品顕微鏡の球面収差は対物レンズによって完全に除去されています。
3. Huixia Huixia は軸外点の単色収差に属します。軸外の物体を大口径ビームで撮像すると、放射されたビームはレンズを通過し、点で交差しなくなります。光点の像が点状になり、彗星に似ていることから「コマ」と呼ばれています。
4. 乱視は、透明度に影響を与える軸外の単色収差でもあります。視野が広い場合、エッジ上の物点が光軸から遠くなり、ビームの傾きが大きくなり、レンズを通過した後に非点収差が発生します。非点収差により、結像後に元の物点が 2 本の別々の垂直な短い線になり、理想的な像面上で結合して楕円形のスポットが形成されます。複雑なレンズの組み合わせにより乱視を解消します。
5. 像面湾曲。「像面湾曲」とも呼ばれます。レンズに像面湾曲があると、光束全体の交点が理想的な像点と一致しなくなります。特定の点では鮮明な画像が得られますが、画面全体は曲面になります。このため、顕微鏡観察時に像面全体が鮮明に見えにくくなり、観察や撮影が困難になります。したがって、顕微鏡の研究に使用される対物レンズは、通常、像面湾曲をすでに補正した平面視野対物レンズです。
6. フィールド歪みを除く、前述のさまざまな収差はすべて、画像の鮮明さに影響します。歪みは、ビームの同心性が損なわれない別のタイプの収差です。したがって、画像の鮮明さには影響しませんが、元のオブジェクトと比較すると形状に歪みが生じます。
