อะไรเป็นตัวกำหนดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ ทั้งหมดเกี่ยวกับการขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์เป็นเหมือนเครื่องมือเกี่ยวกับสายตา ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์ (จาก micro... และกรีก skopeo - ฉันดู) เป็นอุปกรณ์ออปติคัลเพื่อให้ได้ภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นอย่างมากของวัตถุขนาดเล็กมากที่กำลังศึกษาอยู่ โดยมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์ คุณจะเห็นรายละเอียดเล็กๆ ของโครงสร้างของวัตถุ ซึ่งมิติที่อยู่นอกอำนาจการแก้ไขของตา

ดวงตาของมนุษย์เป็นระบบการมองเห็นตามธรรมชาติซึ่งมีความละเอียดบางอย่าง ความละเอียดของระบบออพติคอลคือระยะห่างที่เล็กที่สุดระหว่างองค์ประกอบของวัตถุที่สังเกตได้ ซึ่งองค์ประกอบเหล่านี้ยังคงสามารถแยกความแตกต่างออกจากกันได้ (โดยองค์ประกอบของวัตถุ เราหมายถึงจุดหรือเส้น)

หากวัตถุอยู่ในระยะการมองเห็นที่ดีที่สุด ซึ่งเรียกว่า 250 มม. สำหรับสายตามนุษย์ปกติ ความละเอียดขั้นต่ำจะอยู่ที่ประมาณ 0.1 มม. และสำหรับคนจำนวนมาก ค่านั้นจะอยู่ที่ประมาณ 0.2 มม. ประมาณนี้สอดคล้องกับความหนาของเส้นผมมนุษย์ ขนาดของวัตถุ เช่น เซลล์พืชและสัตว์ ผลึกขนาดเล็ก รายละเอียดโครงสร้างจุลภาคของโลหะและโลหะผสม ฯลฯ มีขนาดเล็กกว่า 0.1 มม. มาก วัตถุดังกล่าวเรียกว่าวัตถุขนาดเล็ก กล้องจุลทรรศน์ประเภทต่าง ๆ ออกแบบมาเพื่อสังเกตและศึกษาวัตถุดังกล่าว ด้วยความช่วยเหลือของกล้องจุลทรรศน์ กำหนดรูปร่าง ขนาด โครงสร้าง และลักษณะอื่น ๆ ของไมโครออบเจกต์ กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลทำให้สามารถแยกแยะโครงสร้างที่มีระยะห่างระหว่างองค์ประกอบต่างๆ ได้สูงถึง 0.20 ไมโครเมตร กล่าวคือ ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ดังกล่าวอยู่ที่ประมาณ 0.20 µm หรือ 200 nm

เมื่อพูดถึงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ พวกเขาหมายถึงเช่นเดียวกับความละเอียดของสายตามนุษย์ ซึ่งเป็นภาพที่แยกจากกันของวัตถุสองชิ้นที่เว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิด อย่างไรก็ตาม คุณต้องเข้าใจว่าความละเอียดและกำลังขยายไม่เหมือนกัน ตัวอย่างเช่น ถ้าใช้ ระบบการมองเห็นเพื่อให้ได้ภาพสองเส้นจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่มีระยะห่างน้อยกว่า 0.20 ไมครอน (นั่นคือน้อยกว่าความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์) ไม่ว่าเราจะขยายภาพอย่างไร เส้นก็ยังคงรวมเป็นหนึ่งเดียว เหล่านั้น. เราจะสามารถขยายภาพขนาดใหญ่ได้ แต่เราจะไม่ปรับปรุงความละเอียดของมัน กำลังขยายทั้งหมดของกล้องจุลทรรศน์เท่ากับผลคูณของกำลังขยายเชิงเส้นของวัตถุและกำลังขยายเชิงมุมของเลนส์ใกล้ตา ค่ากำลังขยายจะสลักอยู่บนเฟรมของวัตถุและเลนส์ใกล้ตา พิจารณากล้องจุลทรรศน์แบบสนามแบน (ไม่ใช่สามมิติ) เหล่านี้คือกล้องจุลทรรศน์ชีวภาพ, โลหะวิทยา, โพลาไรซ์ โดยปกติเลนส์ของกล้องจุลทรรศน์ดังกล่าวจะมีกำลังขยายตั้งแต่ 4 ถึง 100 เท่าและเลนส์ใกล้ตา - ตั้งแต่ 5 ถึง 16 ดังนั้นกำลังขยายทั้งหมดของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลจึงอยู่ในช่วง 20 ถึง 1600 เท่า แน่นอน เป็นไปได้ในทางเทคนิคในการพัฒนาและใช้เลนส์และเลนส์ใกล้ตาในกล้องจุลทรรศน์ซึ่งจะทำให้กำลังขยายรวมเกิน 1600x อย่างมีนัยสำคัญ (เช่น มีเลนส์ใกล้ตาที่มีกำลังขยาย 20x ซึ่งเมื่อจับคู่กับวัตถุประสงค์ 100x จะให้ กำลังขยาย 2000x) อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มักใช้ไม่ได้ผล กำลังขยายสูงไม่ใช่จุดจบของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล วัตถุประสงค์ของกล้องจุลทรรศน์คือเพื่อให้แน่ใจว่าองค์ประกอบที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ของโครงสร้างของยาคือ เพื่อเพิ่มความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ให้สูงสุด และมีขีดจำกัดเนื่องจากคุณสมบัติของคลื่นแสง ดังนั้นจึงแยกแยะความแตกต่างระหว่างกำลังขยายที่เป็นประโยชน์และไม่มีประโยชน์ของกล้องจุลทรรศน์ การขยายที่มีประโยชน์คือเมื่อสามารถเปิดเผยรายละเอียดใหม่ๆ ของโครงสร้างวัตถุ และสิ่งที่ไม่มีประโยชน์คือการเพิ่มขึ้นซึ่งโดยการเพิ่มวัตถุหลายร้อยครั้งขึ้นไป จะไม่สามารถตรวจจับรายละเอียดใหม่ของโครงสร้างของวัตถุได้

อีกครั้งให้เราอาศัยแนวคิดของการแก้ปัญหา กำลังการแยกส่วนของเครื่องมือเกี่ยวกับการมองเห็น (หรือที่เรียกว่ากำลังการแยก) เป็นตัวกำหนดลักษณะของเครื่องมือเหล่านี้ในการให้ภาพที่แยกจากกันของจุดสองจุดของวัตถุที่อยู่ใกล้กัน ระยะห่างเชิงเส้นหรือเชิงมุมที่เล็กที่สุดระหว่างจุดสองจุด ซึ่งรูปภาพของจุดรวมเข้าด้วยกัน เรียกว่าขีดจำกัดความละเอียดเชิงเส้นหรือเชิงมุม การมีอยู่ของขีดจำกัดความละเอียดมีผลต่อการเลือกกำลังขยายที่เราได้รับด้วยกล้องจุลทรรศน์ การขยายภาพมากถึง 1250 เท่านั้นเรียกว่ามีประโยชน์ เพราะเราแยกแยะองค์ประกอบทั้งหมดของโครงสร้างของวัตถุได้ ในกรณีนี้ ความเป็นไปได้ของกล้องจุลทรรศน์ในแง่ของความละเอียดจะหมดลง กำลังขยายนี้ได้โดยใช้วัตถุประสงค์ในการแช่น้ำมัน 100x และเลนส์ใกล้ตา 12.5x (กำลังขยายที่เป็นประโยชน์ของเลนส์ใกล้ตามีตั้งแต่ 7.5x ถึง 12.5x) ด้วยการขยายที่สูงกว่า 1250 เท่า จะไม่มีการเปิดเผยรายละเอียดใหม่ของโครงสร้างของยา อย่างไรก็ตาม บางครั้งมีการใช้กำลังขยายดังกล่าว - ในไมโครโฟโต้ เมื่อฉายภาพบนหน้าจอ และในบางกรณี

เมื่อต้องการกำลังขยายที่มีประโยชน์สูงกว่ามาก จะใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์นี้มีความละเอียดสูงกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นอุปกรณ์สำหรับการสังเกตและถ่ายภาพวัตถุที่ขยายใหญ่ขึ้นทวีคูณ (มากถึง 106 เท่า) ซึ่งแทนที่จะใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเร่งให้มีพลังงานสูง (30-100 keV หรือมากกว่า) ในสุญญากาศลึก .

การจำแนกประเภทของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและขอบเขตการใช้งาน

ตามโครงสร้างของโครงร่างแสงมีกล้องจุลทรรศน์โดยตรง (วัตถุประสงค์ หัวฉีด และช่องมองภาพอยู่เหนือวัตถุ) และกล้องจุลทรรศน์แบบกลับหัว (วัตถุอยู่เหนือระบบออปติคัลที่สร้างภาพ) ยังแยกแยะ กล้องจุลทรรศน์สนามแบน(ให้ภาพสองมิติ) และ กล้องจุลทรรศน์สามมิติ(ปริมาตร - ภาพสามมิติ)

โดยวิธีการให้แสงสว่างกล้องจุลทรรศน์แยกแสงที่ส่องผ่าน (ภาพเกิดจากแสงที่ผ่านวัตถุ) และแสงสะท้อน (ภาพเกิดจากแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวของวัตถุ)

กล้องจุลทรรศน์ยังสามารถแบ่งออกได้ โดยวิธีการวิจัย:

ฟิลด์สว่าง (วัตถุที่มืดกว่าโดดเด่นกว่าพื้นหลังสีอ่อน);

สนามมืด (วัตถุที่มีแสงหรือโครงสร้างขอบโดดเด่นกว่าพื้นหลังสีเข้ม)

คอนทราสต์เฟส (สังเกตวัตถุนูนสีเทาเข้มเทียบกับพื้นหลังสีเทาอ่อน);

การเรืองแสง (วัตถุเรืองแสงหรือบางส่วนของวัตถุโดดเด่นเหนือพื้นหลังสีเข้ม)

แสงโพลาไรซ์ (สังเกตภาพของวัตถุที่มีสีสดใสในสีหรือเฉดสีต่างกัน)

ขอบเขตการใช้งานกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงต่อไปนี้สามารถแยกแยะได้:

กล้องจุลทรรศน์ชีวภาพสำหรับการศึกษาทางชีววิทยาและการแพทย์ในห้องปฏิบัติการของวัตถุโปร่งใส มีโหมด Brightfield, darkfield, phase contrast, โพลาไรซ์และแสงฟลูออเรสเซนต์

กล้องจุลทรรศน์สามมิติในห้องปฏิบัติการและในอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อให้ได้ภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นของวัตถุระหว่างการปฏิบัติงาน สามารถทำงานในแสงสะท้อนและแสงส่องผ่าน มีโหมดสนามสว่างและมืด

กล้องจุลทรรศน์โลหะวิทยาในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมสำหรับการศึกษาวัตถุทึบแสง ทำงานในแสงสะท้อน มีโหมดฟิลด์สว่างและมืด, คอนทราสต์เฟส, แสงโพลาไรซ์

กล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์ในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์และการวิจัยสำหรับการวิจัยเฉพาะด้านแสงโพลาไรซ์ สามารถทำงานในแสงสะท้อนและแสงส่องผ่าน มีโหมดสนามสว่างและมืด

วัตถุประสงค์และช่องมองภาพสำหรับกล้องจุลทรรศน์

เลนส์ไมโครสโคป - ไมโครเลนส์เป็นระบบออปติคัลที่ซับซ้อนที่สร้างภาพขยายของวัตถุ และเป็นส่วนหลักและสำคัญที่สุดของกล้องจุลทรรศน์ ไมโครเลนส์สร้างภาพที่กลับด้านอย่างแท้จริง ซึ่งมองผ่านช่องมองภาพ

เลนส์มีลักษณะและการออกแบบที่แตกต่างกันในด้านออปติคอล:

ตามระดับการแก้ไขความคลาดเคลื่อนของสี: achromats, apochromats ฯลฯ

ด้วยการแก้ไขความโค้งของภาพ: - planachromat, planochromat

ตามความยาวของหลอดกล้องจุลทรรศน์ -160 มม. สำหรับแสงส่องผ่าน, 190 มม. สำหรับแสงสะท้อน, อินฟินิตี้ - สำหรับแสงส่องผ่านและแสงสะท้อน

ตามคุณสมบัติการแช่: ระบบแห้ง (ไม่มีการแช่) และระบบการแช่

เลนส์ Apochromat แตกต่างจากเลนส์ achromat ในระดับที่แก้ไขความคลาดสี เนื่องจากการกำจัดข้อบกพร่องของภาพที่เกี่ยวข้องกับความคลาดเคลื่อนของสีได้ดีขึ้น คุณภาพของภาพที่ได้จากการสังเกตวัตถุที่มีสี (ส่วนที่เป็นสี จุลินทรีย์ ฯลฯ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้กำลังขยายสูง จะสูงขึ้นอย่างมากเมื่อใช้อะโครแมต มีการใช้อะโพโครแมทและอะโครแมตกำลังขยายสูงร่วมกับเลนส์ใกล้ตาแบบชดเชย เฟรมของ apochromats มักจะสลักด้วย APO ใน achromats และ apochromats โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีกำลังขยายสูง ความโค้งของฟิลด์ภาพยังคงไม่ได้รับการแก้ไข

เพิ่มกำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์หมายถึงผลคูณของกำลังขยายของวัตถุและกำลังขยายของเลนส์ใกล้ตา กล้องจุลทรรศน์สำหรับการวิจัยทั่วไปมีกำลังขยายของช่องมองภาพ 10 และกำลังขยายตามวัตถุที่ 10, 45 และ 100 ดังนั้น กำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์ดังกล่าวจึงอยู่ระหว่าง 100 ถึง 1,000 กล้องจุลทรรศน์บางตัวมีกำลังขยายสูงถึง 2,000 ไม่สมเหตุสมผลเนื่องจากความละเอียดไม่ดีขึ้น ในทางกลับกัน คุณภาพของภาพจะลดลง

สูตรการขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์

คุณภาพของภาพถูกกำหนด ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์, เช่น. ระยะทางต่ำสุดที่เลนส์ของกล้องจุลทรรศน์สามารถแยกแยะจุดที่เว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิดสองจุดแยกจากกัน ความละเอียดขึ้นอยู่กับรูรับแสงที่เป็นตัวเลขของวัตถุ คอนเดนเซอร์ และความยาวคลื่นของแสงที่ส่องไปยังชิ้นงานทดสอบ รูรับแสงที่เป็นตัวเลข (ช่องเปิด) ขึ้นอยู่กับรูรับแสงเชิงมุมและดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางที่อยู่ระหว่างเลนส์ด้านหน้าของวัตถุกับคอนเดนเซอร์และการเตรียมการ

นอกจากความละเอียดของระบบแล้ว รูรับแสงแบบตัวเลขยังระบุอัตราส่วนรูรับแสงของเลนส์อีกด้วย: ความเข้มแสงต่อหน่วยพื้นที่ของภาพจะเท่ากับกำลังสองของ NA โดยประมาณ ค่า NA อยู่ที่ประมาณ 0.95 สำหรับ เลนส์ดี. กล้องจุลทรรศน์มักจะได้รับการออกแบบเพื่อให้กำลังขยายรวมอยู่ที่ประมาณ 1,000 NA

ขีดจำกัดความละเอียด- ส่วนที่เล็กที่สุด ระหว่างจุดสองจุดที่เว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิดของวัตถุที่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ (รับรู้เป็นสองจุด)

รูรับแสง (lat. apertura - hole) ในเลนส์ - คุณลักษณะของอุปกรณ์ออปติคัลที่อธิบายความสามารถในการรวบรวมแสงและต้านทานการเลี้ยวเบนของรายละเอียดภาพ ลักษณะนี้สามารถเป็นมิติเชิงเส้นหรือเชิงมุมทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของระบบออปติคัล ตามกฎแล้ว ในบรรดารายละเอียดของอุปกรณ์ออปติคัล ไดอะแฟรมรูรับแสงที่เรียกว่าไดอะแฟรมมีความโดดเด่นเป็นพิเศษ ซึ่งจำกัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงที่ลอดผ่านอุปกรณ์ออปติคัลอย่างเข้มงวดที่สุด บ่อยครั้ง บทบาทของไดอะแฟรมรูรับแสงนั้นถูกแสดงโดยเฟรมหรือเพียงแค่ขอบขององค์ประกอบออปติคัลอันใดอันหนึ่ง (เลนส์ กระจก ปริซึม)

รูรับแสงเชิงมุม -มุมระหว่างรังสีสุดขั้วของลำแสงทรงกรวยที่อินพุต (เอาต์พุต) ของระบบออปติคัล

รูรับแสงตัวเลข -เท่ากับผลคูณของดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางระหว่างวัตถุกับเลนส์กับไซน์ของมุมรูรับแสง ค่านี้เป็นค่าที่กำหนดอย่างเต็มที่ที่สุดพร้อมๆ กันกับอัตราส่วนรูรับแสง พลังการแก้ไขของวัตถุประสงค์ของกล้องจุลทรรศน์ เพื่อเพิ่มช่องตัวเลขของวัตถุประสงค์ในกล้องจุลทรรศน์ ช่องว่างระหว่างวัตถุประสงค์และใบปะหน้าจะเต็มไปด้วยของเหลวที่แช่

มุมรูรับแสงวัตถุประสงค์คือมุมสูงสุด (AOB) ที่รังสีที่ผ่านการเตรียมสามารถเข้าสู่วัตถุประสงค์ได้ รูรับแสงตัวเลขของเลนส์เท่ากับผลคูณของไซน์ของครึ่งหนึ่งของรูรับแสงเชิงมุมและดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางที่อยู่ระหว่างกระจกสไลด์กับเลนส์ด้านหน้าของวัตถุ นา = n sinα โดยที่ N.A. - รูรับแสงตัวเลข n คือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางระหว่างการเตรียมการและวัตถุประสงค์ sinα - ไซน์ของมุม α เท่ากับครึ่งหนึ่งของมุม AOB ในแผนภาพ

ดังนั้น รูรับแสงของระบบแห้ง (ระหว่างเลนส์ด้านหน้าของวัตถุกับอากาศเตรียม) ต้องไม่เกิน 1 (ปกติไม่เกิน 0.95) สื่อที่วางอยู่ระหว่างการเตรียมการและวัตถุประสงค์เรียกว่าการแช่ของเหลวหรือการแช่ และเลนส์ที่ออกแบบให้ทำงานกับของเหลวแช่จะเรียกว่าการแช่ ขอบคุณที่ดื่มด่ำกับ more อัตราสูงการหักเหของแสงมากกว่าอากาศ คุณสามารถเพิ่มช่องรับแสงตัวเลขของเลนส์และความละเอียดได้

รูรับแสงตัวเลขเลนส์จะสลักอยู่บนกรอบเสมอ

ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ยังขึ้นอยู่กับรูรับแสงของคอนเดนเซอร์ด้วย หากเราพิจารณารูรับแสงของคอนเดนเซอร์เท่ากับรูรับแสงของเลนส์ สูตรความละเอียดคือ R=λ/2NA โดยที่ R คือขีดจำกัดความละเอียด λ - ความยาวคลื่น; NA - รูรับแสงที่เป็นตัวเลข จากสูตรนี้จะเห็นได้ว่าเมื่อสังเกตในแสงที่มองเห็นได้ (ส่วนสีเขียวของสเปกตรัม - λ = 550nm) ความละเอียด (ขีดจำกัดความละเอียด) ของกล้องจุลทรรศน์ไม่สามารถ > 0.2 μm

แช่ (จากภาษาละติน immersio - immersion) - ของเหลวที่เติมช่องว่างระหว่างวัตถุที่สังเกตและเลนส์แช่พิเศษ (คอนเดนเซอร์และสไลด์แก้ว) ส่วนใหญ่ใช้ของเหลวสำหรับแช่สามประเภท: การแช่น้ำมัน (MI/น้ำมัน), การแช่น้ำ (VI/W) และการแช่กลีเซอรอล (GI/Glyc) การแช่น้ำมันส่วนใหญ่จะใช้ในกล้องจุลทรรศน์อัลตราไวโอเลต

การแช่จะใช้ในกรณีที่จำเป็นต้องเพิ่มความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์หรือการใช้งานที่ต้องการ กระบวนการทางเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น:

1. เพิ่มการมองเห็นโดยการเพิ่มความแตกต่างระหว่างดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางกับวัตถุ

2. การเพิ่มความลึกของเลเยอร์ที่ดู ซึ่งขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลาง

นอกจากนี้ ของเหลวที่แช่สามารถลดปริมาณแสงเร่ร่อนโดยการกำจัดแสงสะท้อนจากวัตถุ ซึ่งช่วยลดการสูญเสียแสงที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อเข้าสู่เลนส์

การหักเหของแสง - เปลี่ยนทิศทางของรังสีแสงในตัวกลางด้วยดัชนีการหักเหของแสงที่เปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ n. โดยปกติคำว่า “R. กับ." ใช้ในการอธิบายการขยายพันธุ์ของแสง การแผ่รังสีในตัวกลางที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันโดยเปลี่ยน n จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งอย่างราบรื่น (วิถีของรังสีแสงในตัวกลางดังกล่าวมีลักษณะเป็นเส้นโค้งเรียบ) การเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนในทิศทางของรังสีที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันสองตัวที่มี n ต่างกันมักจะเรียกว่า การหักเหของแสง ที่ตู้เอทีเอ็ม ออปติก ออปติกแบบแว่นมักใช้คำว่า "การหักเหของแสง" เนื่องจากชั้นบรรยากาศเป็นตัวกลางที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเนื่องจาก R. s. มีการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งที่ชัดเจนของเทห์ฟากฟ้าสัมพันธ์กับวัตถุจริง ซึ่งต้องนำมาพิจารณาในทางดาราศาสตร์ ร. ในชั้นบรรยากาศจะต้องนำมาพิจารณาด้วยเมื่อ geodetic การวัด ร. เป็นเหตุแห่งมายา ปรากฎการณ์ของร.ด้วย ช่วยให้คุณเห็นภาพออปติคัล ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

เครื่องวัดการหักเหของแสงและฉัน (จากลาดพร้าว หักเห - หักเหและกรีก การวัด Metreo - I เป็นวิธีการศึกษาสารโดยพิจารณาจากการกำหนดดัชนี (สัมประสิทธิ์) ของการหักเหของแสง (การหักเหของแสง) และฟังก์ชันบางอย่าง การวัดการหักเหของแสง (วิธีหักเหของแสง) ใช้เพื่อระบุสารประกอบทางเคมี การวิเคราะห์เชิงปริมาณและเชิงโครงสร้าง และกำหนดพารามิเตอร์ทางเคมีกายภาพของสาร

ดัชนีการหักเหของแสง n คืออัตราส่วนของความเร็วแสงในตัวกลางที่อยู่ติดกัน สำหรับของเหลวและของแข็ง n มักจะถูกกำหนดให้สัมพันธ์กับอากาศ และสำหรับก๊าซ สัมพันธ์กับสุญญากาศ ค่าของ n ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น l ของแสงและอุณหภูมิ ซึ่งระบุไว้ตามลำดับในตัวห้อยและตัวยก วิธีการวัดการหักเหของแสงแบ่งออกเป็นสอง กลุ่มใหญ่: วัตถุประสงค์และอัตนัย. แม้จะมีข้อได้เปรียบที่ไม่อาจโต้แย้งได้ของวิธีการตามวัตถุประสงค์ แต่การศึกษาตามวัตถุประสงค์แต่ละครั้งก็จบลงด้วยการปรับด้วยวิธีอัตนัย มีสองกลุ่มย่อยของวิธีการหักเหเชิงวัตถุ:

1. วัตถุประสงค์เกี่ยวกับผู้ป่วยและอัตนัยเกี่ยวกับแพทย์ ตัวอย่างคือ skiascopy ข้อมูลวัตถุประสงค์สามารถรับได้ผ่านการประเมินตามอัตวิสัยโดยแพทย์ของ skiascopic reflex ของอาสาสมัคร วัตถุประสงค์ที่เกี่ยวข้องกับทั้งผู้วิจัยและผู้วิจัย ดำเนินการโดยใช้เครื่องหักเหแสง

โพลาไรซ์แสง- ทางกายภาพ. ลักษณะทางแสง การแผ่รังสี ซึ่งอธิบายแอนไอโซโทรปีตามขวางของคลื่นแสง เช่น ความไม่สมมูล ธ.ค. ทิศทางในระนาบตั้งฉากกับลำแสง สิ่งมีชีวิต. คุณค่าสำหรับความเข้าใจหน้าของ ป. มีการสำแดงในผล การรบกวนของแสงและโดยเฉพาะอย่างยิ่งความจริงที่ว่าลำแสงสองลำที่มีระนาบโพลาไรซ์ตั้งฉากกันไม่รบกวนโดยตรง ป. ส. พบธรรมชาติ คำอธิบายใน el.-mag. ทฤษฎีแสง พัฒนาขึ้นในปี 1865-73 โดย J. C. Maxwell (J. C. Maxwell) ต่อมา - ในควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์

คำว่าโพลาไรเซชันของคลื่นถูกนำมาใช้โดย Malus เกี่ยวกับคลื่นกลตามขวาง

สำหรับ รับแสงโพลาไรซ์และการตรวจจับของมัน มีอุปกรณ์ทางกายภาพพิเศษที่เรียกว่าโพลาไรเซอร์ในกรณีแรกและในเครื่องวิเคราะห์ที่สอง พวกมันมักจะมีโครงสร้างเหมือนกัน มีหลายวิธีในการรับและวิเคราะห์แสงโพลาไรซ์

1. โพลาไรซ์กับโพลารอยด์ โพลารอยด์เป็นฟิล์มเซลลูลอยด์ที่เคลือบด้วยคริสตัลนอดควินินซัลเฟตที่บางที่สุด ปัจจุบันการใช้โพลารอยด์เป็นวิธีแสงโพลาไรซ์ที่พบได้บ่อยที่สุด

2. โพลาไรซ์ผ่านการสะท้อน หากลำแสงธรรมชาติตกบนพื้นผิวที่เป็นเงาสีดำ ลำแสงที่สะท้อนกลับจะถูกโพลาไรซ์บางส่วน สามารถใช้กระจกหรือกระจกหน้าต่างธรรมดาขัดเงาที่ด้านหนึ่งด้วยแอสฟัลต์วานิชได้ ในฐานะที่เป็นโพลาไรเซอร์และเครื่องวิเคราะห์ ระดับของโพลาไรซ์ยิ่งมากขึ้น มุมตกกระทบจะยิ่งถูกต้องมากขึ้น สำหรับกระจก มุมตกกระทบคือ 57°

3. โพลาไรซ์ผ่านการหักเห ลำแสงจะถูกโพลาไรซ์ไม่เฉพาะเมื่อสะท้อนแสงเท่านั้น แต่ยังอยู่บน

การหักเหของแสง ในกรณีนี้ สแต็กถูกใช้เป็นโพลาไรเซอร์และเครื่องวิเคราะห์

แผ่นกระจกบางๆ 10-15 แผ่นมารวมกัน โดยให้แสงที่ตกลงมาบนแผ่นกระจกนั้นทำมุม 57 องศา

ปริซึมนิโคลัส (ย่อมาจาก นิโคล) เป็นอุปกรณ์โพลาไรซ์ตามผลของการหักเหของแสงและการสะท้อนกลับภายในทั้งหมด ปริซึม Nicol เป็นปริซึมสามเหลี่ยมสองอันที่เหมือนกันซึ่งทำจากหอกไอซ์แลนด์ติดกาวด้วยชั้นบาง ๆ ของยาหม่องแคนาดา ปริซึมถูกกลึงเพื่อให้ปลายเอียงทำมุม 68° เมื่อเทียบกับทิศทางของแสงที่ส่องผ่าน และด้านที่จะติดกาวจะทำมุมฉากกับปลาย ในกรณีนี้แกนแสงของผลึก ( AB) อยู่ที่มุม 64° กับทิศทางแสง

รูรับแสงแบบโพลาไรซ์แบบเต็มของปริซึมคือ 29° คุณสมบัติของปริซึมคือการเปลี่ยนทิศทางของลำแสงที่ส่งออกระหว่างการหมุนของปริซึม เนื่องจากการหักเหของแสงที่ปลายมุมเอียงของปริซึม ปริซึมไม่สามารถใช้ในการโพลาไรซ์รังสีอัลตราไวโอเลตได้เนื่องจากยาหม่องของแคนาดาดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตแสงที่มีโพลาไรเซชันตามอำเภอใจผ่านปลายปริซึมประสบการณ์ birefringence, แยกออกเป็นสองคาน - ธรรมดา, มีระนาบโพลาไรซ์แนวนอน ( AO) และพิเศษด้วยระนาบแนวตั้งของโพลาไรซ์ ( AE). หลังจากนั้นลำแสงธรรมดาก็สัมผัสได้เต็มที่ สะท้อนภายในเกี่ยวกับระนาบพันธะและออกจากพื้นผิวด้านข้าง ออกอย่างอิสระอย่างอิสระผ่านปลายอีกด้านของปริซึม

กฎของบริวสเตอร์ - กฎของทัศนศาสตร์ ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ของดัชนีการหักเหของแสงกับมุมดังกล่าวซึ่งแสงที่สะท้อนจากส่วนต่อประสานจะถูกโพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์ในระนาบตั้งฉากกับระนาบของอุบัติการณ์ และลำแสงหักเหมีขั้วบางส่วนในระนาบของ อุบัติการณ์และโพลาไรซ์ของลำแสงหักเหถึงค่าสูงสุด มันง่ายที่จะพิสูจน์ว่าในกรณีนี้ รังสีสะท้อนและหักเหจะตั้งฉากกัน มุมที่สอดคล้องกันเรียกว่า มุมโรงเบียร์.

ปรากฏการณ์ทางแสงนี้ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวสก็อต David Brewster ผู้ค้นพบในปี 1815

กฎของบริวสเตอร์ : , ที่ไหน น 12 - ดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางที่สองเทียบกับตัวแรก θ Brคือมุมตกกระทบ (Brewster angle)

เมื่อสะท้อนจากจานเดียวที่มุม Brewster ความเข้มของแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นจะต่ำมาก (ประมาณ 4% ของความเข้มของลำแสงตกกระทบ) ดังนั้นเพื่อเพิ่มความเข้มของแสงสะท้อน (หรือเพื่อให้แสงโพลาไรซ์ที่ส่งไปยังกระจกในระนาบขนานกับระนาบของอุบัติการณ์) มีการใช้แผ่นยึดหลายแผ่นพับเป็นเท้า - เท้า Stoletov ง่ายที่จะเห็นว่าเกิดอะไรขึ้นในภาพวาด ให้ลำแสงตกลงมาที่ปลายเท้า แผ่นแรกจะสะท้อนลำแสงที่มีโพลาไรซ์เต็มที่ (ประมาณ 4% ของความเข้มดั้งเดิม) แผ่นที่สองจะสะท้อนลำแสงที่มีโพลาไรซ์เต็มที่ (ประมาณ 3.75% ของความเข้มดั้งเดิม) เป็นต้น ในกรณีนี้ ลำแสงที่โผล่ออกมาจากด้านล่างของเท้าจะถูกโพลาไรซ์มากขึ้นในระนาบขนานกับระนาบของอุบัติการณ์เมื่อมีการเพิ่มเพลต การหักเหทั้งหมดเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสื่อสารทางวิทยุ: เสาอากาศแส้ส่วนใหญ่จะปล่อยคลื่นโพลาไรซ์ในแนวตั้งอย่างแน่นอน ดังนั้น หากคลื่นกระทบส่วนต่อประสาน (โลก น้ำ หรือไอโอโนสเฟียร์) ที่มุมบรูว์สเตอร์ จะไม่มีคลื่นสะท้อนกลับ ดังนั้นจึงไม่มีช่องสัญญาณ

กฎของมาลุส - การพึ่งพาความเข้มของแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นหลังจากที่มันผ่านโพลาไรเซอร์บนมุมระหว่างระนาบโพลาไรซ์ของแสงตกกระทบกับโพลาไรเซอร์ โดยที่ ฉัน 0 - ความเข้มของแสงตกกระทบบนโพลาไรเซอร์ ฉันคือ ความเข้มของแสงที่ออกมาจากโพลาไรเซอร์ แสงที่มีโพลาไรซ์ (ไม่เป็นเชิงเส้น) ต่างกันสามารถแสดงเป็นผลรวมขององค์ประกอบโพลาไรซ์เชิงเส้นสององค์ประกอบ ซึ่งแต่ละองค์ประกอบอยู่ภายใต้กฎของ Malus ตามกฎหมาย Malus ความเข้มของแสงที่ส่องผ่านจะถูกคำนวณในอุปกรณ์โพลาไรซ์ทั้งหมด ตัวอย่างเช่น ในโฟโตมิเตอร์แบบโพลาไรซ์และสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ การสูญเสียการสะท้อนขึ้นอยู่กับและไม่นำมาพิจารณาโดยกฎหมาย Malus จะถูกกำหนดเพิ่มเติม

สารออกฤทธิ์ทางแสง , สภาพแวดล้อมที่เป็นธรรมชาติ กิจกรรมทางแสง. อ.-ก. ใน. แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ที่เกี่ยวข้องกับที่ 1 ของพวกเขามีการใช้งานทางแสงในสถานะของการรวมกลุ่มใด ๆ (น้ำตาล, การบูร, กรดทาร์ทาริก) ถึงอันดับที่ 2 - พวกมันใช้งานได้เฉพาะในระยะผลึก (ควอตซ์, ชาด) ในสารประเภทที่ 1 กิจกรรมทางแสงเกิดจากโครงสร้างอสมมาตรของโมเลกุลประเภทที่ 2 - โดยการวางแนวเฉพาะของโมเลกุล (ไอออน) ในเซลล์หน่วยของคริสตัล (ความไม่สมดุลของสนามของอนุภาคที่มีผลผูกพันกองกำลัง ในตะแกรงคริสตัล) คริสตัลของ O. - และ. ใน. มีอยู่ในสองรูปแบบเสมอ - ขวาและซ้าย ในกรณีนี้ โครงตาข่ายของคริสตัลด้านขวาจะสมมาตรกับกระจกกับโครงตาข่ายของอันซ้าย และไม่สามารถรวมเข้ากับมันได้ (รูปแบบที่เรียกว่า enantiomorphic ดูรูปที่ Enantiomorphism). กิจกรรมทางแสงของรูปแบบขวาและซ้ายของ O. - และ ใน. แบบที่ 2 มี สัญญาณต่างๆ(และมีค่าสัมบูรณ์เท่ากันอีกด้วย สภาพภายนอก) ดังนั้นจึงเรียกว่า optical antipodes (บางครั้งคริสตัลของ O.-a. v. ประเภทที่ 1 ก็เรียกอีกอย่างว่า ).

การหมุนของระนาบโพลาไรซ์ แสง - รวมกันเป็นปรากฏการณ์ทั่วไป การปรากฏตัวของกลุ่มของผลกระทบที่ประกอบด้วยในการหมุน ระนาบโพลาไรซ์คลื่นตามขวางอันเป็นผลมาจากการมีปฏิสัมพันธ์กับตัวกลางแบบแอนไอโซทรอปิก นาอิบ เอฟเฟกต์ที่เกี่ยวข้องกับ V.p.p. เป็นที่รู้จักกันดี แสง แม้ว่าจะมีการสังเกตปรากฏการณ์ที่คล้ายกันในพื้นที่อื่นของสเปกตรัม e.-magn คลื่น (โดยเฉพาะในช่วงไมโครเวฟ) เช่นเดียวกับอะคูสติก ฟิสิกส์อนุภาคมูลฐาน ฯลฯ pp มักเกิดจากความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์ การหักเหของตัวกลางสำหรับคลื่นโพลาไรซ์แบบโพลาไรซ์สองอัน (ตามวงกลมด้านขวาและด้านซ้าย) (เรียกว่า anisotropy แบบวงกลม) และอธิบายในกรณีทั่วไปโดยเทนเซอร์ตามแนวแกนของอันดับที่สอง ซึ่งสัมพันธ์กับเวกเตอร์ตามแนวแกนของมุมของ การหมุนระนาบโพลาไรซ์ด้วยเวกเตอร์คลื่นขั้วโลก ในตัวกลางที่มีแอนไอโซโทรปีแบบวงกลมเพียงอย่างเดียว คลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นสามารถถูกแยกออกเป็นคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมปกติสองคลื่นที่มีแอมพลิจูดเท่ากัน (ดูรูปที่ ความผันผวนปกติ) ความแตกต่างของเฟสซึ่งกำหนดมุมราบของระนาบโพลาไรเซชันของคลื่นรวม ในสื่อที่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีแอนไอโซโทรปีแบบวงกลม มุมของ V. p. แอนไอโซโทรปีแบบวงกลมสามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติ (โดยธรรมชาติ มีอยู่ในตัวกลางในสภาวะที่ไม่รบกวน) หรือแบบประดิษฐ์ที่เกิดจากภายนอก ผลกระทบ. ในกรณีที่สอง ความไม่สมดุลของวงกลมอาจเกิดจากความไม่สมดุลของการกระทำที่ก่อกวนหรือคุณสมบัติสมมาตรร่วมกันของตัวกลางและการก่อกวน

มุมการหมุน. ลำแสงสามารถเป็นแบบธรรมชาติและโพลาไรซ์ได้ ในลำแสงธรรมชาติ การแกว่งของเวกเตอร์จะเกิดขึ้นแบบสุ่ม

ในทางกลับกัน รังสีของแสงโพลาไรซ์จะถูกแบ่งออกเป็นโพลาไรซ์เชิงเส้น เมื่อการแกว่งเกิดขึ้นในเส้นตรงตั้งฉากกับลำแสง โพลาไรซ์เป็นวงกลม เมื่อจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์อธิบายวงกลมในระนาบตั้งฉากกับทิศทางของลำแสง และโพลาไรซ์แบบวงรี ซึ่งการสั่นเกิดขึ้นตามวงรี

ระนาบที่มีการสั่นเกิดขึ้นในลำแสงโพลาไรซ์ระนาบเรียกว่าระนาบของการแกว่ง

ระนาบที่เคลื่อนผ่านทิศทางของลำแสงโพลาไรซ์และตั้งฉากกับระนาบการแกว่งเรียกว่าระนาบโพลาไรซ์

คลื่นแสงสามารถโพลาไรซ์ได้โดยใช้อุปกรณ์โพลาไรซ์ (โพลารอยด์ แผ่นทัวร์มาลีน นิคอล ฯลฯ)

โดยที่ l คือระยะห่างระหว่างจุดโฟกัสบนของวัตถุและระยะโฟกัสล่างของเลนส์ใกล้ตา L คือระยะการมองเห็นที่ดีที่สุด เท่ากับ 25 ซม. F 1 และ F 2 - ความยาวโฟกัสเลนส์และช่องมองภาพ

เมื่อทราบความยาวโฟกัส F 1, F 2 และระยะห่างระหว่างพวกมัน l คุณจะพบกำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์

ในทางปฏิบัติ กล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายมากกว่า 1500–2000 ไม่ได้ใช้เพราะ ความสามารถในการแยกแยะรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ของวัตถุในกล้องจุลทรรศน์นั้นมีจำกัด ข้อจำกัดนี้เกิดจากอิทธิพลของการเลี้ยวเบนของแสงในโครงสร้างที่ผ่านของวัตถุที่กำหนด ในเรื่องนี้ แนวคิดของขีดจำกัดความละเอียดและความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ถูกนำมาใช้

การกำหนดขีดจำกัดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์

ขีดจำกัดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์เรียกว่าระยะทางที่เล็กที่สุดระหว่างจุดสองจุดของวัตถุที่มองเห็นแยกจากกันในกล้องจุลทรรศน์ ระยะทางนี้ถูกกำหนดโดยสูตร:

โดยที่ λ คือความยาวคลื่นของแสง n คือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางระหว่างเลนส์กับวัตถุ u คือมุมรูรับแสงของเลนส์ เท่ากับมุมระหว่างรังสีสุดขั้วของลำแสงรูปกรวยที่เข้าสู่เลนส์กล้องจุลทรรศน์

ในความเป็นจริง แสงจากวัตถุแพร่กระจายไปยังวัตถุประสงค์ของกล้องจุลทรรศน์ในกรวยบางอัน (รูปที่ 2a) ซึ่งมีลักษณะเป็นรูรับแสงเชิงมุม - มุม u ระหว่างรังสีสุดขั้วของลำแสงรูปกรวยที่เข้าสู่ระบบออปติคัล ในกรณีที่จำกัดตาม Abbe รังสีสุดขั้วของลำแสงรูปกรวยจะเป็นรังสีที่สอดคล้องกับจุดศูนย์กลาง (ศูนย์) และจุดสูงสุดหลักที่ 1 (รูปที่ 2b)

ค่า 2nsin U เรียกว่าช่องตัวเลขของกล้องจุลทรรศน์ รูรับแสงตัวเลขสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้ตัวกลางของเหลวพิเศษ − แช่- ในช่องว่างระหว่างวัตถุประสงค์กับกระจกครอบของกล้องจุลทรรศน์

ในระบบจุ่ม เมื่อเทียบกับระบบ "แห้ง" ที่เหมือนกัน จะได้มุมรูรับแสงที่กว้างกว่า (รูปที่ 3)

รูปที่ 3 แผนภาพของระบบจุ่ม

ใช้น้ำ (n = 1.33) น้ำมันซีดาร์ (n = 1.514) ฯลฯ ในการแช่ วัตถุประสงค์จะได้รับการคำนวณเป็นพิเศษสำหรับการแช่แต่ละครั้งและสามารถใช้ได้เฉพาะกับการแช่นี้เท่านั้น

จากสูตรจะเห็นได้ว่าขีดจำกัดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงและรูรับแสงที่เป็นตัวเลขของกล้องจุลทรรศน์ ยิ่งความยาวคลื่นของแสงเล็กลงและรูรับแสงที่ใหญ่ขึ้น Z ก็ยิ่งเล็กลง และทำให้ขีดจำกัดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ยิ่งมากขึ้น สำหรับแสงสีขาว (กลางวัน) คุณสามารถใช้ค่าเฉลี่ยของความยาวคลื่น λ = 0.55 μm ดัชนีหักเหของอากาศคือ n = 1

กล้องจุลทรรศน์ mbs-1

MBS-1 เป็นกล้องจุลทรรศน์สามมิติที่ให้ภาพสามมิติโดยตรงของวัตถุภายใต้การพิจารณาทั้งในแสงที่ส่องผ่านและแสงสะท้อน

กล้องจุลทรรศน์ประกอบด้วย 4 ส่วนหลัก:

- โต๊ะ;

- ขาตั้งกล้อง;

– หัวแบบออปติคัลพร้อมกลไกการป้อนแบบหยาบ

- แว่นสายตา

ระยะกล้องจุลทรรศน์ประกอบด้วยตัวทรงกลม ซึ่งภายในมีตัวสะท้อนแสงแบบหมุนพร้อมกระจกและพื้นผิวด้านติดตั้งอยู่ ในการทำงานกับแสงแดด ตัวเคสมีช่องเจาะที่แสงส่องผ่านได้อย่างอิสระ ที่ด้านหลังของโต๊ะมีรูเกลียวสำหรับใช้งานกับไฟส่องสว่างไฟฟ้า หัวออปติคัลติดอยู่กับขาตั้งกล้องไมโครสโคปซึ่งเป็นส่วนหลักของอุปกรณ์ซึ่งติดตั้งยูนิตออปติคัลที่สำคัญที่สุด

ดรัมที่มีระบบกาลิเลียนติดตั้งอยู่ในตัวของหัวออปติคัล โดยการหมุนแกนของดรัมโดยใช้มือจับพร้อมพิมพ์ตัวเลข 0.6 หนึ่ง; 2; สี่; 7 บรรลุกำลังขยายของเลนส์ที่แตกต่างกัน ตำแหน่งของดรัมแต่ละตำแหน่งได้รับการแก้ไขอย่างชัดเจนด้วยสปริงยึดแบบพิเศษ ด้วยความช่วยเหลือของที่จับบนขาตั้งกล้องจุลทรรศน์ที่ขยับหัวออปติคัล ภาพที่คมชัดที่สุดของวัตถุที่อยู่ระหว่างการพิจารณาจึงทำได้สำเร็จ

หัวออปติคัลทั้งหมดสามารถเคลื่อนที่ไปตามแกนของขาตั้งกล้องและยึดในตำแหน่งใดก็ได้ด้วยสกรู สิ่งที่แนบมากับเลนส์ใกล้ตาประกอบด้วยไกด์ ซึ่งเป็นชิ้นส่วนสี่เหลี่ยมที่มีรูสองรูสำหรับกรอบวัตถุประสงค์

เมื่อมองผ่านเลนส์ใกล้ตา คุณต้องหมุนท่อเลนส์ตาเพื่อหาตำแหน่งที่จะลดภาพสองภาพเป็นภาพเดียว ถัดไป ให้โฟกัสกล้องจุลทรรศน์ไปที่วัตถุที่กำลังศึกษา และหมุนตัวสะท้อนแสงเพื่อให้ได้แสงสว่างที่สม่ำเสมอของสนาม เมื่อปรับการส่องสว่าง คาร์ทริดจ์ที่มีหลอดไฟจะเคลื่อนเข้าหาตัวสะสมจนกระทั่งได้แสงที่ดีที่สุดของวัตถุที่สังเกต

โดยพื้นฐานแล้ว MBS-1 มีไว้สำหรับการเตรียมงาน สำหรับการสังเกตวัตถุ ตลอดจนการวัดเชิงเส้นหรือการวัดพื้นที่ของพื้นที่เตรียมการ โครงร่างแสงของกล้องจุลทรรศน์แสดงในรูปที่ สี่.

โครงร่างแสงของกล้องจุลทรรศน์ MBS-1 แสดงในรูปที่ สี่.

เมื่อทำงานในแสงที่ส่องผ่าน แหล่งกำเนิดแสง (1) โดยใช้รีเฟลกเตอร์ (2) และตัวสะสม (3) จะให้แสงสว่างกับการเตรียมแบบโปร่งใสซึ่งติดตั้งอยู่บนขั้นของวัตถุ (4)

มีการใช้ระบบพิเศษเป็นเลนส์ประกอบด้วยเลนส์ 4 ตัว (5) ทางยาวโฟกัส = 80 มม. และระบบกาลิเลียน 2 คู่ (6) และ (7) ด้านหลังเป็นเลนส์ (8) ทางยาวโฟกัส 160 มม. ซึ่งสร้างภาพของวัตถุในระนาบโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา

กำลังขยายเชิงเส้นโดยรวมของระบบออปติคัล ซึ่งประกอบด้วยวัตถุประสงค์ (5) ระบบกาลิเลียน (6) และ (7) และวัตถุประสงค์ (8) คือ: 0.6; 1; 2; 4; 7. ด้านหลังเลนส์ (8) มีปริซึมชมิดท์ 2 อัน (9) ที่ให้คุณหมุนท่อช่องมองภาพไปตามตาของผู้สังเกตโดยไม่ต้องหมุนภาพเลนส์

กล้องจุลทรรศน์ MBS-1 มาพร้อมกับเลนส์ใกล้ตา 3 คู่ (10) กำลังขยาย 6; 8; 12.5 และไมโครมิเตอร์แบบตา 8x หนึ่งตัวพร้อมเส้นเล็ง ช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนกำลังขยายโดยรวมของกล้องจุลทรรศน์จาก 3.6 เป็น 88 (ตารางที่ 1) กำลังขยายทั้งหมดของกล้องจุลทรรศน์เป็นผลคูณของกำลังขยายของเลนส์ใกล้ตาและกำลังขยายของวัตถุ

ตารางที่ 1.

ลักษณะทางแสงของกล้องจุลทรรศน์ MBS-1

วัตถุประสงค์. ทำความคุ้นเคยกับอุปกรณ์กล้องจุลทรรศน์และการกำหนดความละเอียด

เครื่องมือและอุปกรณ์เสริม: กล้องจุลทรรศน์ แผ่นโลหะที่มีรูเล็กๆ กระจกส่องสว่าง ไม้บรรทัดมีสเกล

บทนำ

กล้องจุลทรรศน์ประกอบด้วยเลนส์ใกล้วัตถุและเลนส์ใกล้ตา ซึ่งเป็นระบบเลนส์ที่ซับซ้อน เส้นทางของรังสีในกล้องจุลทรรศน์แสดงไว้ในรูปที่ 1 ซึ่งวัตถุประสงค์และเลนส์ใกล้ตาจะแสดงด้วยเลนส์เดี่ยว

วัตถุที่อยู่ระหว่างการพิจารณา AB จะอยู่ห่างจากโฟกัสหลักของเลนส์ F . เล็กน้อย เกี่ยวกับ. เลนส์กล้องจุลทรรศน์ให้ภาพจริง ผกผัน และขยายใหญ่ของวัตถุ (AB ในรูปที่ 1) ซึ่งเกิดขึ้นด้านหลังทางยาวโฟกัสสองเท่าของเลนส์ ภาพที่ขยายใหญ่จะถูกมองด้วยเลนส์ใกล้ตาเป็นแว่นขยาย ภาพของวัตถุที่มองผ่านเลนส์ใกล้ตาเป็นภาพในจินตนาการ กลับด้าน และขยาย

ระยะห่างระหว่างโฟกัสหลังของวัตถุกับโฟกัสด้านหน้าของเลนส์ใกล้ตาเรียกว่า ระยะห่างของระบบออปติคัล หรือ ความยาวแสงของหลอด กล้องจุลทรรศน์ .

กำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์สามารถกำหนดได้โดยการขยายของวัตถุและเลนส์ใกล้ตา:

N \u003d N เกี่ยวกับ  N ok \u003d ───── (1)

f เกี่ยวกับ  f ok

โดยที่ N about และ N ok - กำลังขยายของเลนส์และช่องมองภาพตามลำดับ D - ระยะการมองเห็นที่ดีที่สุดสำหรับตาปกติ (~ 25 ซม.)  - ความยาวแสงของหลอดกล้องจุลทรรศน์ ฉ เกี่ยวกับและเฝอ ตกลงคือความยาวโฟกัสหลักของวัตถุและเลนส์ใกล้ตา

เมื่อวิเคราะห์สูตร (1) เราสามารถสรุปได้ว่าวัตถุขนาดเล็กใดๆ สามารถตรวจสอบได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังขยายสูง อย่างไรก็ตาม กำลังขยายที่เป็นประโยชน์จากกล้องจุลทรรศน์ถูกจำกัดโดยปรากฏการณ์การเลี้ยวเบน ซึ่งจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเมื่อดูวัตถุที่มีขนาดเทียบได้กับความยาวคลื่นยาวของแสง

ขีดจำกัดความละเอียด กล้องจุลทรรศน์คือระยะห่างที่เล็กที่สุดระหว่างจุดต่าง ๆ ซึ่งภาพที่ได้มาในกล้องจุลทรรศน์นั้นแยกจากกัน

ตามทฤษฎีของ Abbe ขีดจำกัดความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ถูกกำหนดโดยนิพจน์:

d = ───── (2)

โดยที่ d คือขนาดเชิงเส้นของตัวแบบที่กำลังพิจารณา - ความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ n คือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางระหว่างวัตถุกับเลนส์  - มุมระหว่างแกนแสงหลักของกล้องจุลทรรศน์กับลำแสงขอบเขต (รูปที่ 2)

ที่ ค่า A = nsin เรียกว่า รูรับแสงตัวเลขวัตถุประสงค์ , และส่วนกลับของ d คือ ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ . จากนิพจน์ (2) ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ขึ้นอยู่กับรูรับแสงที่เป็นตัวเลขของวัตถุและความยาวคลื่นของแสงที่ทำให้วัตถุสว่างขึ้น

หากวัตถุอยู่ในอากาศ (n = 1) ดังนั้นในกล้องจุลทรรศน์จึงเป็นไปได้ที่จะแยกแยะจุดต่าง ๆ ของวัตถุระยะห่างระหว่างที่:

d = ─────

สำหรับวัตถุขนาดเล็กมาก มุม  อยู่ใกล้กับ 90 องศา จากนั้นจึงทำบาป  1 จากนั้นจึงจะมองเห็นวัตถุที่อยู่ห่างกันประมาณ ~ 0.61 จากกันและกันในกล้องจุลทรรศน์ ในกรณีของการสังเกตด้วยตาเปล่า (ความไวสูงสุดของดวงตาตกอยู่ที่พื้นที่สีเขียวของสเปกตรัมที่มองเห็น   550 nm) วัตถุที่ระยะ ~ 300 นาโนเมตรสามารถเห็นได้ในกล้องจุลทรรศน์

จากนิพจน์ (2) ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์จะเพิ่มขึ้นได้โดยการลดความยาวคลื่นของแสงที่ส่องวัตถุ ดังนั้น เมื่อถ่ายภาพวัตถุด้วยแสงอัลตราไวโอเลต ( ~ 250-300 นาโนเมตร) ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

ดังที่คุณทราบ บุคคลจะได้รับข้อมูลหลักเกี่ยวกับโลกรอบตัวเขาด้วยความช่วยเหลือจากการมองเห็น ดวงตาของมนุษย์เป็นอุปกรณ์ที่ซับซ้อนและสมบูรณ์แบบ อุปกรณ์นี้สร้างขึ้นโดยธรรมชาติทำงานกับแสง - รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีช่วงความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 400 ถึง 760 นาโนเมตร สีที่บุคคลรับรู้ในเวลาเดียวกันจะเปลี่ยนจากสีม่วงเป็นสีแดง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับแสงที่มองเห็นจะทำปฏิกิริยากับเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมและโมเลกุลของดวงตา ผลของปฏิสัมพันธ์นี้ขึ้นอยู่กับสถานะของอิเล็กตรอนของเปลือกเหล่านี้ แสงสามารถดูดกลืน สะท้อน หรือกระเจิงได้ สิ่งที่เกิดขึ้นกับแสงนั้นสามารถบอกได้มากมายเกี่ยวกับอะตอมและโมเลกุลที่แสงมีปฏิสัมพันธ์ด้วย ช่วงขนาดของอะตอมและโมเลกุลอยู่ระหว่าง 0.1 ถึงหลายสิบนาโนเมตร ซึ่งน้อยกว่าความยาวคลื่นของแสงหลายเท่า อย่างไรก็ตาม วัตถุที่มีขนาดแม่นยำเช่นนี้ เรียกว่า วัตถุนาโน มีความสำคัญอย่างยิ่งที่จะเห็น ต้องทำอะไรเพื่อสิ่งนี้? มาคุยกันก่อนว่าตามนุษย์มองเห็นอะไร

โดยปกติ เมื่อพูดถึงความละเอียดของอุปกรณ์ออปติคัล พวกเขาทำงานด้วยสองแนวคิด หนึ่งคือความละเอียดเชิงมุมและอีกอันคือความละเอียดเชิงเส้น แนวคิดเหล่านี้สัมพันธ์กัน ตัวอย่างเช่น สำหรับตามนุษย์ ความละเอียดเชิงมุมจะอยู่ที่ประมาณ 1 อาร์คนาที ในกรณีนี้ ตาสามารถแยกแยะวัตถุสองจุดที่อยู่ห่างจากมัน 25-30 ซม. ได้ก็ต่อเมื่อระยะห่างระหว่างวัตถุเหล่านี้มากกว่า 0.075 มม. ซึ่งเทียบได้กับความละเอียดของเครื่องสแกนคอมพิวเตอร์ทั่วไป ที่จริงแล้ว ความละเอียด 600 dpi หมายความว่าเครื่องสแกนสามารถแยกแยะระหว่างจุดที่ห่างกัน 0.042 มม.

เพื่อให้สามารถแยกแยะวัตถุที่อยู่ในระยะที่เล็กกว่าซึ่งกันและกันได้จึงคิดค้นกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ช่วยเพิ่มความละเอียดของดวงตา อุปกรณ์เหล่านี้ดูแตกต่าง (ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1) แต่มีหลักการทำงานเหมือนกัน กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลทำให้สามารถย้ายขีดจำกัดความละเอียดลงเหลือเศษส่วนของไมครอนได้ 100 ปีที่แล้วด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลทำให้สามารถศึกษาวัตถุขนาดไมครอนได้ อย่างไรก็ตาม ในขณะเดียวกัน ก็เห็นได้ชัดว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะเพิ่มความละเอียดได้อีกโดยการเพิ่มจำนวนเลนส์และปรับปรุงคุณภาพ ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลถูกจำกัดด้วยคุณสมบัติของแสง นั่นคือธรรมชาติของคลื่น

เมื่อปลายศตวรรษก่อนที่ผ่านมา พบว่า ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลคือ . ในสูตรนี้ λ คือความยาวคลื่นของแสง และ นบาป ยู- รูรับแสงที่เป็นตัวเลขของวัตถุประสงค์ของกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งแสดงลักษณะทั้งกล้องจุลทรรศน์และสารที่อยู่ระหว่างวัตถุที่ทำการศึกษากับเลนส์กล้องจุลทรรศน์ที่อยู่ใกล้ที่สุด อันที่จริง การแสดงออกของรูรับแสงที่เป็นตัวเลขนั้นรวมถึงดัชนีการหักเหของแสงด้วย นสภาพแวดล้อมระหว่างวัตถุกับเลนส์ และมุม ยูระหว่างแกนแสงของเลนส์กับรังสีชั้นนอกสุดที่ออกจากวัตถุและสามารถเข้าสู่เลนส์นี้ได้ ดัชนีหักเหของสุญญากาศมีค่าเท่ากับเอกภาพ สำหรับอากาศตัวบ่งชี้นี้ใกล้เคียงกับความสามัคคีมากสำหรับน้ำคือ 1.33303 และสำหรับของเหลวพิเศษที่ใช้ในกล้องจุลทรรศน์เพื่อให้ได้ความละเอียดสูงสุด นมาที่ 1.78 ไม่ว่าจะมุมไหน ยู, บาป ยูไม่สามารถมากกว่าหนึ่ง ดังนั้นความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลจึงไม่เกินเศษเสี้ยวของความยาวคลื่นของแสง

ความละเอียดมักจะถือว่าเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น

ความเข้ม ความละเอียด และกำลังขยายของวัตถุเป็นสองสิ่งที่แตกต่างกัน คุณสามารถทำให้ระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางภาพของวัตถุที่ห่างกัน 10 นาโนเมตรคือ 1 มม. ซึ่งจะสอดคล้องกับกำลังขยาย 100,000 เท่า อย่างไรก็ตาม จะไม่สามารถแยกแยะได้ว่านี่เป็นวัตถุหนึ่งหรือสองชิ้น ความจริงก็คือรูปภาพของวัตถุที่มีขนาดที่เล็กมากเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นของแสงจะมีรูปร่างและขนาดเท่ากัน โดยไม่ขึ้นกับรูปร่างของวัตถุเอง วัตถุดังกล่าวเรียกว่าวัตถุจุด - ขนาดสามารถละเลยได้ หากวัตถุจุดดังกล่าวเรืองแสง กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลจะแสดงภาพนั้นเป็นวงกลมแสงที่ล้อมรอบด้วยวงแหวนแสงและความมืด ให้เราพิจารณาแหล่งกำเนิดแสงเพิ่มเติมเพื่อความง่าย ภาพทั่วไปของแหล่งกำเนิดแสงแบบจุดที่ได้รับโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลจะแสดงในรูปที่ 2 ความเข้มของวงแหวนแสงจะน้อยกว่าของวงกลมอย่างมาก และลดลงตามระยะห่างจากศูนย์กลางของภาพ ส่วนใหญ่มักจะมองเห็นได้เฉพาะวงแหวนไฟดวงแรกเท่านั้น เส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวนสีเข้มวงแรกคือ . ฟังก์ชันที่อธิบายการกระจายความเข้มดังกล่าวเรียกว่าฟังก์ชันการแพร่กระจายแบบจุด ฟังก์ชันนี้ไม่ขึ้นกับกำลังขยาย ภาพของวัตถุหลายจุดจะเป็นวงกลมและวงแหวนอย่างแม่นยำ ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 3 ภาพที่ได้สามารถขยายได้ อย่างไรก็ตาม หากภาพของวัตถุจุดใกล้เคียงสองจุดรวมกัน วัตถุเหล่านั้นจะผสานกันต่อไป การเพิ่มขึ้นดังกล่าวมักเรียกว่าไร้ประโยชน์ - รูปภาพขนาดใหญ่จะเบลอมากขึ้น ตัวอย่างของการเพิ่มขึ้นที่ไร้ประโยชน์แสดงไว้ในรูปที่ 4 สูตรนี้มักถูกเรียกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน (diffraction limit) และมีชื่อเสียงมากจนแกะสลักไว้บนอนุสาวรีย์ของผู้เขียนสูตรนี้ Ernst Abbe นักฟิสิกส์เชิงแสงชาวเยอรมัน

แน่นอน เมื่อเวลาผ่านไป ไมโครสโคปแบบออปติคัลเริ่มติดตั้งอุปกรณ์หลากหลายประเภทที่ช่วยให้คุณสามารถจัดเก็บภาพได้ ตามนุษย์ถูกเสริมด้วยกล้องฟิล์มและกล้องฟิล์มก่อน จากนั้นจึงเสริมด้วยกล้องที่อิงจากอุปกรณ์ดิจิทัลที่แปลงแสงที่กระทบพวกมันเป็นสัญญาณไฟฟ้า อุปกรณ์เหล่านี้ที่พบมากที่สุดคือ CCD (CCD ย่อมาจากอุปกรณ์ชาร์จคู่) จำนวนพิกเซลใน กล้องดิจิตอลยังคงเติบโตต่อไป แต่เพียงอย่างเดียวไม่สามารถปรับปรุงความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลได้

ยี่สิบห้าปีที่แล้ว ดูเหมือนว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนจะผ่านไม่ได้ และเพื่อศึกษาวัตถุที่มีขนาดน้อยกว่าความยาวคลื่นของแสงหลายเท่า จำเป็นต้องละทิ้งแสงเช่นนี้ นี่เป็นวิธีที่ผู้สร้างอิเล็กตรอนและกล้องจุลทรรศน์เอ็กซ์เรย์ดำเนินไป แม้จะมีข้อดีหลายประการของกล้องจุลทรรศน์ดังกล่าว ปัญหาของการใช้แสงเพื่อดูวัตถุนาโนยังคงมีอยู่ มีเหตุผลหลายประการสำหรับสิ่งนี้: ความสะดวกและความสะดวกในการทำงานกับวัตถุ ใช้เวลาสั้น ๆ เพื่อให้ได้ภาพ วิธีการที่รู้จักกันดีในการย้อมสีตัวอย่าง และอีกมากมาย ในที่สุด หลังจากทำงานหนักมาหลายปี มันก็เป็นไปได้ที่จะดูวัตถุนาโนด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล ความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในทิศทางนี้ประสบความสำเร็จในด้านกล้องจุลทรรศน์เรืองแสง แน่นอนว่าไม่มีใครยกเลิกขีดจำกัดการเลี้ยวเบน แต่สามารถเลี่ยงผ่านได้ ปัจจุบัน มีกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคอลหลายแบบที่ให้คุณดูวัตถุที่เล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงที่สร้างภาพของวัตถุเหล่านี้ได้มาก อุปกรณ์ทั้งหมดนี้รวมเป็นหนึ่งเดียว หลักการทั่วไป. ลองอธิบายว่าอันไหน

จากสิ่งที่ได้กล่าวไปแล้วเกี่ยวกับขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของความละเอียด เป็นที่ชัดเจนว่าการดูแหล่งกำเนิดจุดนั้นไม่ยากนัก หากแหล่งนี้มีความเข้มเพียงพอ ภาพจะมองเห็นได้ชัดเจน รูปร่างและขนาดของภาพนี้ดังที่ได้กล่าวไปแล้วจะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของระบบออปติคัล ในขณะเดียวกัน เมื่อทราบคุณสมบัติของระบบออปติคัลและแน่ใจว่าวัตถุนั้นเป็นจุด จึงสามารถระบุตำแหน่งของวัตถุได้อย่างแม่นยำ ความแม่นยำในการกำหนดพิกัดของวัตถุดังกล่าวค่อนข้างสูง รูปที่ 5 สามารถใช้เป็นภาพประกอบได้ พิกัดของวัตถุแบบจุดสามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น ย้อนกลับไปในทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล พวกเขาสามารถระบุตำแหน่งของโมเลกุลการส่องสว่างแต่ละโมเลกุลด้วยความแม่นยำ 10–20 นาโนเมตร เงื่อนไขที่จำเป็นการกำหนดพิกัดที่แม่นยำของแหล่งกำเนิดจุดนั้นเป็นความเหงา อีกจุดหนึ่งที่ใกล้เคียงที่สุดควรอยู่ไกลจนผู้วิจัยรู้แน่ชัดว่าภาพที่กำลังประมวลผลนั้นสอดคล้องกับแหล่งเดียว ระยะนี้ชัดเจน lต้องเป็นไปตามเงื่อนไข ในกรณีนี้ การวิเคราะห์ภาพสามารถให้ข้อมูลตำแหน่งของแหล่งที่มาได้อย่างแม่นยำ

วัตถุส่วนใหญ่ที่มีขนาดน้อยกว่าความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงมากสามารถแสดงเป็นชุดของแหล่งกำเนิดจุดได้ แหล่งกำเนิดแสงในชุดดังกล่าวอยู่ห่างจากกันซึ่งน้อยกว่ามาก หากแหล่งข้อมูลเหล่านี้ฉายแสงพร้อมๆ กัน ก็จะไม่สามารถพูดอะไรเกี่ยวกับตำแหน่งที่แน่นอนได้ อย่างไรก็ตาม หากคุณสามารถทำให้แหล่งที่มาเหล่านี้เปล่งประกาย ตำแหน่งของแหล่งที่มาแต่ละแหล่งสามารถกำหนดได้ด้วยความแม่นยำสูง หากความแม่นยำนี้เกินระยะห่างระหว่างแหล่งที่มา เมื่อมีความรู้เกี่ยวกับตำแหน่งของแหล่งที่มาแต่ละแหล่งแล้ว คุณจะสามารถค้นหาได้ว่าตำแหน่งสัมพัทธ์ของแหล่งที่มาคืออะไร และนี่หมายความว่าได้รับข้อมูลเกี่ยวกับรูปร่างและขนาดของวัตถุ ซึ่งนำเสนอเป็นชุดของแหล่งที่มาของจุด กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในกรณีนี้ เป็นไปได้ที่จะพิจารณาวัตถุด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลซึ่งมีขนาดน้อยกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน!

ดังนั้น ประเด็นสำคัญคือการได้รับข้อมูลเกี่ยวกับส่วนต่างๆ ของนาโนออบเจ็กต์อย่างเป็นอิสระจากกัน วิธีการนี้มีสามกลุ่มหลักในการทำเช่นนี้

วิธีการกลุ่มแรกตั้งใจทำให้ส่วนหนึ่งหรือส่วนอื่นของวัตถุภายใต้การศึกษาเปล่งประกาย วิธีการที่รู้จักกันดีที่สุดคือการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลแบบระยะใกล้ ลองพิจารณาในรายละเอียดเพิ่มเติม

หากคุณศึกษาเงื่อนไขโดยนัยเมื่อ เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับขีด จำกัด การเลี้ยวเบนจะพบว่าระยะทางจากวัตถุไปยังเลนส์นั้นมากกว่าความยาวคลื่นของแสงมาก ที่ระยะทางเทียบเท่าหรือน้อยกว่าความยาวคลื่นนี้ ภาพจะแตกต่างออกไป ใกล้กับวัตถุใด ๆ ที่ตกลงไปในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นแสงจะมีสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งมีความถี่เท่ากับความถี่ของสนามในคลื่นแสง ตรงกันข้ามกับคลื่นแสง สนามนี้จะสลายตัวอย่างรวดเร็วด้วยระยะห่างจากวัตถุนาโน ระยะทางที่ความเข้มข้นลดลงเช่น อีเทียบได้กับขนาดของวัตถุ ดังนั้นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของความถี่แสงจึงกระจุกตัวอยู่ในปริมาตรของอวกาศซึ่งมีขนาดน้อยกว่าความยาวคลื่นของแสงมาก วัตถุนาโนใด ๆ ที่เข้าสู่บริเวณนี้จะโต้ตอบกับสนามที่มีความเข้มข้น หากวัตถุที่มีความเข้มข้นของสนามนี้ถูกเคลื่อนย้ายอย่างต่อเนื่องไปตามวิถีบางเส้นตามวัตถุนาโนที่อยู่ภายใต้การศึกษา และแสงที่ปล่อยออกมาจากระบบนี้ถูกบันทึกไว้ ภาพก็จะถูกสร้างขึ้นจากจุดแต่ละจุดที่วางอยู่บนวิถีนี้ แน่นอนว่าในแต่ละจุด ภาพจะออกมาดังรูปที่ 2 แต่ความละเอียดจะพิจารณาจากความเข้มข้นของสนาม และในทางกลับกัน จะถูกกำหนดโดยขนาดของวัตถุที่สนามนี้มีความเข้มข้น

วิธีที่ใช้กันทั่วไปในการเพิ่มความเข้มข้นของสนามด้วยวิธีนี้คือการทำรูเล็กๆ ในตะแกรงโลหะ โดยปกติ รูนี้จะอยู่ที่ส่วนปลายของตัวนำแสงเคลือบโลหะปลายแหลม (แถบนำแสงมักเรียกว่าใยแก้วนำแสง และใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการส่งข้อมูลในระยะทางไกล) ตอนนี้สามารถผลิตรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 30 ถึง 100 นาโนเมตรได้แล้ว ความละเอียดเท่าเดิม อุปกรณ์ที่ทำงานบนหลักการนี้เรียกว่าอุปกรณ์สแกน กล้องจุลทรรศน์ออปติคอลใกล้สนาม. พวกเขาปรากฏตัวเมื่อ 25 ปีที่แล้ว

สาระสำคัญของวิธีการกลุ่มที่สองมีดังนี้ แทนที่จะทำให้วัตถุนาโนที่อยู่ใกล้เคียงเปล่งประกาย คุณสามารถใช้วัตถุที่เรืองแสงเป็นสีต่างๆ ได้ ในกรณีนี้ ด้วยความช่วยเหลือของฟิลเตอร์แสงที่ส่งแสงสีเดียวหรือสีอื่น เป็นไปได้ที่จะกำหนดตำแหน่งของวัตถุแต่ละชิ้น จากนั้นจึงจัดองค์ประกอบภาพเดียว ซึ่งคล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 5 มาก เฉพาะสีของทั้งสามภาพเท่านั้นที่จะแตกต่างกัน

วิธีการกลุ่มสุดท้ายที่ทำให้สามารถเอาชนะขีดจำกัดการเลี้ยวเบนและตรวจสอบวัตถุนาโนได้นั้นใช้คุณสมบัติของวัตถุเรืองแสงเอง มีแหล่งที่มาที่สามารถ "เปิด" และ "ปิด" ด้วยความช่วยเหลือของแสงที่เลือกมาเป็นพิเศษ การสลับดังกล่าวเกิดขึ้นทางสถิติ กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากมีวัตถุนาโนที่สลับได้จำนวนมาก ดังนั้นโดยการเลือกความยาวคลื่นของแสงและความเข้มของแสง จะทำให้เพียงส่วนหนึ่งของวัตถุเหล่านี้ "ปิด" วัตถุที่เหลือจะส่องแสงต่อไป และคุณสามารถดึงภาพจากวัตถุเหล่านั้นได้ หลังจากนั้นคุณต้อง "เปิด" แหล่งที่มาทั้งหมดและ "ปิด" บางส่วนอีกครั้ง ชุดของแหล่งที่มาที่ยังคง "เปิด" จะแตกต่างจากชุดที่ "เปิด" ในครั้งแรก การทำขั้นตอนนี้ซ้ำหลายๆ ครั้ง คุณจะได้ภาพชุดใหญ่ที่แตกต่างกันออกไป การวิเคราะห์ชุดดังกล่าว เป็นไปได้ที่จะระบุแหล่งที่มาจำนวนมากด้วยความแม่นยำสูงมาก ซึ่งอยู่เหนือขีดจำกัดการเลี้ยวเบน ตัวอย่างของความละเอียดขั้นสูงที่ได้รับในลักษณะนี้แสดงในรูปที่ 6

ในปัจจุบัน กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลความละเอียดสูงกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว สันนิษฐานได้อย่างปลอดภัยว่าในปีต่อๆ ไป พื้นที่นี้จะดึงดูดนักวิจัยจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ และฉันอยากจะเชื่อว่าผู้อ่านบทความนี้จะเป็นหนึ่งในนั้น