¿Por qué las imágenes del microscopio están al revés?

Ya en el siglo I a. C., la gente descubrió que al observar objetos pequeños a través de objetos esféricos transparentes, se podían ampliar y visualizar. Más tarde, gradualmente llegamos a comprender la ley de que la superficie del vidrio esférico puede hacer que los objetos se magnifiquen y se visualicen. En 1590, los fabricantes de gafas holandeses e italianos habían creado instrumentos de aumento similares a los microscopios. Alrededor de 1610, mientras estudiaban los telescopios, Galileo de Italia y Kepler de Alemania cambiaron la distancia entre la lente del objetivo y el ocular para llegar a una estructura de trayectoria óptica razonable para el microscopio. Los artesanos ópticos de esa época se dedicaban a la fabricación, promoción y mejora de los microscopios. A mediados del siglo XVII, el inglés Hooke y el holandés Leeuwenhoek hicieron contribuciones destacadas al desarrollo de los microscopios. Alrededor de 1665, Hooke añadió mecanismos de enfoque grueso y fino, un sistema de iluminación y una mesa de trabajo para transportar muestras al microscopio. Estos componentes se han mejorado continuamente y se han convertido en los componentes básicos de los microscopios modernos. Entre 1673 y 1677, Leeuwenhoek construyó microscopios de alta potencia del tipo lupa de un solo componente, nueve de los cuales han sobrevivido hasta el día de hoy. Hooke y Leeuwenhoek utilizaron microscopios caseros para lograr logros sobresalientes en el estudio de la microestructura de animales y plantas. En el siglo XIX, la aparición de objetivos de inmersión acromáticos de alta calidad mejoró enormemente la capacidad de los microscopios para observar estructuras finas. Amici fue el primero en utilizar un objetivo de inmersión líquida en 1827. En la década de 1870, el abad alemán sentó las bases teóricas clásicas para la obtención de imágenes mediante microscopio. Estos promovieron el rápido desarrollo de la fabricación de microscopios y la tecnología de observación microscópica, y proporcionaron poderosas herramientas para que biólogos y científicos médicos, incluidos Koch y Pasteur, descubrieran bacterias y microorganismos en la segunda mitad del siglo XIX. Mientras se desarrolla la estructura del microscopio, la tecnología de observación microscópica también innova constantemente: la microscopía de luz polarizada apareció en 1850; la microscopía de interferencia apareció en 1893 y en 1935 el físico holandés Zernike creó la técnica de la microscopía de contraste de fases, por la que ganó el premio. Premio Nobel de Física en 1953. El microscopio óptico clásico es solo una combinación de componentes ópticos y componentes mecánicos de precisión. Utiliza el ojo humano como receptor para observar la imagen ampliada. Posteriormente, se añadió al microscopio un dispositivo fotográfico que utilizaba una película fotosensible como receptor que podía grabarse y almacenarse. En los tiempos modernos, los componentes optoelectrónicos, los tubos de las cámaras de televisión y los acopladores de carga se utilizan comúnmente como receptores de microscopios y, junto con las computadoras microelectrónicas, forman un sistema completo de recopilación y procesamiento de información de imágenes. En la actualidad, los fabricantes de microscopios más importantes del mundo incluyen: Olympus, Zeiss, Leica y Nikon. Los principales fabricantes nacionales incluyen: Jiangnan, McAudi, etc. 2. Principios ópticos básicos de los microscopios (1) Refracción e índice de refracción La luz se propaga en línea recta entre dos puntos en un medio isotrópico uniforme. Al pasar a través de objetos transparentes con medios de diferente densidad, se produce la refracción. Esto se debe a la velocidad de propagación de la luz. en diferentes medios es diferente. Cuando los rayos de luz que no son perpendiculares a la superficie de un objeto transparente inciden sobre un objeto transparente (como el vidrio) desde el aire, el rayo de luz cambia de dirección en su interfaz y forma un ángulo de refracción con la normal. (2) Rendimiento de las lentes Las lentes son los componentes ópticos más básicos que conforman el sistema óptico de un microscopio. Los componentes como lentes objetivos, oculares y condensadores se componen de lentes simples o múltiples. Según sus diferentes formas, se pueden dividir en dos categorías: lentes convexas (lentes positivas) y lentes cóncavas (lentes negativas). Cuando un haz de rayos de luz paralelo al eje óptico pasa a través de una lente convexa y se cruza en un punto, este punto se llama "foco", y el plano que pasa por el punto de intersección y es perpendicular al eje óptico se llama "plano focal". Hay dos puntos focales en el espacio del objeto-espacio se llama "foco del espacio-objeto" y el plano focal allí se llama "plano focal del espacio-objeto". El espacio espacial se llama "enfoque del espacio de la imagen". El plano focal en se llama "plano focal del cuadrado de la imagen". Después de que la luz pasa a través de una lente cóncava, forma una imagen virtual vertical, mientras que una lente convexa forma una imagen real vertical. Las imágenes reales pueden aparecer en la pantalla, pero las imágenes virtuales no. (3) Cinco reglas de imagen de lentes convexas 1. Cuando el objeto está ubicado más allá del doble de la distancia focal en el lado del objeto de la lente, se forma una imagen real invertida reducida dentro del doble de la distancia focal en el lado de la imagen y fuera del foco; 2. Cuando el objeto está ubicado en el lado del objeto de la lente Cuando el objeto está ubicado dentro del doble de la distancia focal del lado del objeto de la lente pero fuera del enfoque, se formará una imagen ampliada más allá de la longitud focal doble de la imagen. lado imagen real invertida 4. Cuando el objeto está ubicado en el foco del lado del objeto de la lente, el lado de la imagen no puede formar una imagen; no hay formación de imágenes en el lado de la imagen y en el lado del objeto de la lente. Se forma una imagen virtual vertical ampliada en el mismo lado más alejado que el objeto. 3. Principio de obtención de imágenes (imágenes geométricas) de los microscopios ópticos Sólo cuando el ángulo de apertura de un objeto al ojo humano no es inferior a un cierto valor, el ojo desnudo puede distinguir sus detalles. Esta cantidad se llama resolución visual ε. En condiciones óptimas, es decir, cuando la iluminación del objeto es de 50~70 lx y el contraste es grande, puede alcanzar 1'. Para una observación más fácil, esta cantidad generalmente se incrementa a 2', y esto se toma como la resolución promedio del ocular. El tamaño del ángulo visual del objeto está relacionado con la longitud del objeto y la distancia del objeto al ojo. Existe una fórmula y = Lε, y la distancia L no se puede hacer muy pequeña, porque la capacidad de ajuste de los ojos tiene un cierto límite. Especialmente cuando los ojos trabajan cerca del rango límite de la capacidad de ajuste, la visión será extremadamente. fatigado. Para estándar (vista de cara), la distancia de visualización óptima es de 250 mm (distancia de visión clara). Esto significa que, sin instrumentos, ojos con una resolución visual de ε=2' pueden distinguir claramente los detalles de objetos con un tamaño de 0,15 mm. Al observar objetos con un ángulo de visión inferior a 1', se debe utilizar un instrumento de aumento.

Las lupas y los microscopios se utilizan para observar objetos que se colocan cerca del observador y deben ampliarse. (1) El principio de imagen de una lupa. Una lente óptica hecha de vidrio u otros materiales transparentes con una superficie curva puede ampliar objetos y visualizarlos. El diagrama de trayectoria óptica se muestra en la Figura 1. El objeto AB situado dentro del foco F del lado del objeto tiene un tamaño de y, y está ampliado hasta formar una imagen virtual A'B' de un tamaño de y'. La tasa de aumento de la lupa es Γ=250/f', donde 250 - distancia de visión clara, en mm f' - longitud focal de la lupa, en mm La tasa de aumento se refiere a la imagen de un objeto observado. con una lupa a una distancia de 250 mm. La relación entre el ángulo de visión y el ángulo de visión de un objeto observado sin lupa. (2) El principio de obtención de imágenes de un microscopio Un microscopio y una lupa desempeñan el mismo papel: convertir pequeños objetos cercanos en una imagen ampliada para que el ojo humano pueda observarlos. Es solo que un microscopio puede tener mayor aumento que una lupa. La Figura 2 es un diagrama esquemático de un objeto del que se obtienen imágenes con un microscopio. Por conveniencia, la figura muestra la lente objetivo L1 y el ocular L2 como una sola lente. El objeto AB está ubicado frente a la lente del objetivo y su distancia desde la lente del objetivo es mayor que la distancia focal de la lente del objetivo, pero menos del doble de la longitud focal de la lente del objetivo. Por lo tanto, después de pasar a través de la lente del objetivo, inevitablemente formará una imagen real ampliada invertida A'B'. A'B' se encuentra en el foco del objeto F2 del ocular, o muy cerca de F2. Luego se amplía hasta obtener una imagen virtual A''B'' a través del ocular para que los ojos puedan observarla. La posición de la imagen virtual A''B'' depende de la distancia entre F2 y A'B', que puede ser al infinito (cuando A'B' se sitúa en F2) o a la distancia aparente del observador (cuando A' B' está a la derecha del foco F2 en la figura). Los oculares funcionan como una lupa. La única diferencia es que lo que el ojo ve a través del ocular no es el objeto en sí, sino la imagen del objeto que ha sido ampliada una vez por la lente del objetivo. (3) Parámetros técnicos ópticos importantes del microscopio Durante la inspección del microscopio, las personas siempre esperan tener una imagen ideal clara y brillante, lo que requiere que los diversos parámetros técnicos ópticos del microscopio alcancen ciertos estándares, y es necesario que se utilicen. de acuerdo con el propósito de la microscopía y la situación real se utilizan para coordinar la relación entre varios parámetros. Sólo así podremos aprovechar al máximo el rendimiento del microscopio y obtener resultados de examen microscópico satisfactorios. Los parámetros técnicos ópticos del microscopio incluyen: apertura numérica, resolución, aumento, profundidad focal, ancho del campo de visión, diferencia de cobertura, distancia de trabajo, etc. Estos parámetros no siempre son más altos, mejor. Cuando se usan, la relación entre los parámetros debe coordinarse de acuerdo con el propósito de la microscopía y la situación real, pero se debe garantizar la resolución. 1． Apertura numérica La apertura numérica se abrevia como NA. La apertura numérica es el principal parámetro técnico de la lente del objetivo y la lente del condensador. Es un símbolo importante para juzgar el rendimiento de ambos (especialmente la lente del objetivo). Los valores numéricos están marcados en las carcasas de la lente del objetivo y del condensador respectivamente. La apertura numérica (NA) es el producto del índice de refracción (n) del medio entre la lente frontal del objetivo y el objeto que se inspecciona y el seno de la mitad del ángulo de apertura (u). La fórmula se expresa de la siguiente manera: NA=nsinu/2 El ángulo de apertura, también conocido como "ángulo de la lente", es el ángulo formado por el punto del objeto sobre el eje óptico de la lente objetivo y el diámetro efectivo de la lente frontal de la lente del objetivo. Cuanto mayor es el ángulo de apertura, mayor es la luz que ingresa a la lente del objetivo. Es directamente proporcional al diámetro efectivo de la lente del objetivo e inversamente proporcional a la distancia desde el foco. Al observar bajo un microscopio, si desea aumentar el valor de NA, no se puede aumentar el ángulo de apertura. La única forma es aumentar el valor del índice de refracción n del medio. Con base en este principio, se producen lentes objetivo de inmersión en agua y lentes objetivo de inmersión en aceite. Dado que el valor del índice de refracción n del medio es mayor que 1, el valor NA puede ser mayor que 1. El valor máximo de apertura numérica es 1,4, que alcanza el límite teórico y técnico. En la actualidad, se utiliza como medio bromonaftaleno con alto índice de refracción. El índice de refracción del bromonaftaleno es 1,66, por lo que el valor de NA puede ser superior a 1,4. Cabe señalar aquí que para aprovechar al máximo la apertura numérica de la lente del objetivo, el valor NA del condensador debe ser igual o ligeramente mayor que el valor NA de la lente objetivo al observar. La apertura numérica está estrechamente relacionada con otros parámetros técnicos. Determina y afecta a casi todos los demás parámetros técnicos. Es directamente proporcional a la resolución, directamente proporcional al aumento e inversamente proporcional a la profundidad de enfoque. A medida que aumenta el valor de NA, el ancho del campo de visión y la distancia de trabajo disminuirán en consecuencia. 2． Resolución La resolución de un microscopio se refiere a la distancia mínima entre dos puntos de un objeto que el microscopio puede distinguir claramente, también conocida como "tasa de discriminación". La fórmula de cálculo es σ=λ/NA, donde σ es la distancia de resolución mínima; λ es la longitud de onda de la luz; NA es la apertura numérica de la lente del objetivo. Se puede ver que la resolución de la lente objetivo está determinada por dos factores: el valor NA de la lente objetivo y la longitud de onda de la fuente de iluminación. Cuanto mayor sea el valor de NA, más corta será la longitud de onda de la luz de iluminación, menor será el valor de σ y mayor será la resolución. Para mejorar la resolución, es decir, reducir el valor σ, se pueden tomar las siguientes medidas (1) Reducir el valor de la longitud de onda λ y utilizar una fuente de luz de longitud de onda corta. (2) Aumente el valor n medio para aumentar el valor NA (NA=nsinu/2). (3) Aumente el valor u del ángulo de apertura para aumentar el valor NA. (4) Aumente el contraste entre la luz y la oscuridad. 3. Aumento y aumento efectivo Debido a los dos aumentos de la lente objetivo y el ocular, el aumento total Γ del microscopio debe ser el producto del aumento de la lente objetivo β y el aumento del ocular Γ1: Γ=βΓ1 Obviamente, en comparación con el aumento. vidrio, el microscopio puede tener un aumento mucho mayor, y el aumento del microscopio se puede cambiar fácilmente intercambiando lentes objetivos y oculares con diferentes aumentos. El aumento también es un parámetro importante de un microscopio, pero no se puede creer ciegamente que cuanto mayor sea el aumento, mejor. El límite de la ampliación del microscopio es la ampliación efectiva.

Resolución y ampliación son dos conceptos diferentes pero relacionados. La fórmula relevante es: 500NA<Γ<1000NA Cuando la apertura numérica del objetivo seleccionado no es lo suficientemente grande, es decir, la resolución no es lo suficientemente alta, el microscopio no puede distinguir la estructura fina del objeto. incluso si la ampliación se aumenta excesivamente, sólo se puede obtener una imagen con contornos grandes pero detalles poco claros se denomina ampliación no válida. Por otro lado, si la resolución cumple con los requisitos pero el aumento es insuficiente, entonces, aunque el microscopio tiene la capacidad de resolución, la imagen sigue siendo demasiado pequeña para que el ojo humano la vea claramente. Por lo tanto, para aprovechar al máximo el poder de resolución del microscopio, la apertura numérica debe coincidir razonablemente con el aumento total del microscopio. 4． Profundidad de enfoque Profundidad de enfoque es la abreviatura de profundidad de enfoque, es decir, cuando se usa un microscopio, cuando el enfoque está en un objeto, no solo se pueden ver claramente todos los puntos del plano en ese punto, sino también dentro de un cierto espesor por encima y por debajo de este plano. Si puede ver claramente, el espesor de esta parte clara es la profundidad de enfoque. Si la profundidad focal es grande, se puede ver toda la capa del objeto que se inspecciona, mientras que si la profundidad de enfoque es pequeña, solo se puede ver una capa delgada del objeto que se inspecciona. La profundidad de enfoque tiene la siguiente relación. otros parámetros técnicos: (1) Profundidad de enfoque y aumento total El aumento es inversamente proporcional a la apertura numérica de la lente del objetivo. (2) La profundidad de enfoque es grande y la resolución se reduce. Debido a que la profundidad de campo de un objetivo de bajo aumento es mayor, causa dificultades al tomar fotografías con un objetivo de bajo aumento. Los detalles se cubrirán en fotomicrografía. 5. Campo de visión Al observar un microscopio, el rango circular brillante que se ve se llama campo de visión y su tamaño está determinado por el diafragma de campo del ocular. El diámetro del campo de visión, también llamado ancho del campo de visión, se refiere al alcance real del objeto que se está inspeccionando y que puede acomodarse en el campo de visión circular visto bajo el microscopio. Cuanto mayor sea el diámetro del campo de visión, más fácil será observar. Existe la fórmula F=FN/β, donde F: diámetro de campo, FN: número de campo (Número de campo, abreviado como FN, marcado en el exterior del cilindro del ocular), β: aumento de la lente del objetivo. Se puede ver en la fórmula: (1) El diámetro del campo de visión es proporcional al número de campos de visión. (2) A medida que aumenta el aumento del objetivo, el diámetro del campo de visión disminuye. Por lo tanto, si puede ver todo el objeto que se está inspeccionando con una lente de bajo aumento, solo podrá ver una pequeña parte del objeto que se está inspeccionando si cambia a una lente de objetivo de alto aumento. 6. Cobertura deficiente El sistema óptico de un microscopio también incluye el cubreobjetos. Debido al grosor no estándar del cubreobjetos, la trayectoria óptica de la luz refractada desde el cubreobjetos hacia el aire cambia, lo que da como resultado una diferencia de fase, que es la diferencia de cobertura. La aparición de una cobertura deficiente afecta la calidad del microscopio. Las normas internacionales estipulan que el espesor estándar de un cubreobjetos es de 0,17 mm y el rango permitido es de 0,16 a 0,18 mm. La diferencia en este rango de espesor se ha tenido en cuenta en la fabricación del objetivo. La marca 0,17 en la carcasa del objetivo indica el grosor del cubreobjetos necesario para el objetivo. 7． Distancia de trabajo WD La distancia de trabajo también se denomina distancia del objeto, que se refiere a la distancia entre la superficie de la lente frontal del objetivo y el objeto que se inspecciona. Durante el examen microscópico, el objeto a inspeccionar debe tener entre una y dos veces la distancia focal de la lente del objetivo. Por tanto, éste y la distancia focal son dos conceptos diferentes. Lo que normalmente llamamos enfoque es en realidad ajustar la distancia de trabajo. Cuando la apertura numérica de la lente del objetivo es constante, cuanto más corta sea la distancia de trabajo, mayor será el ángulo de apertura. Un objetivo de alta potencia con una gran apertura numérica tiene una distancia de trabajo pequeña. (4) Lente objetivo La lente objetivo es el componente óptico más importante del microscopio. Utiliza luz para obtener imágenes del objeto que se inspecciona por primera vez. Por lo tanto, está directamente relacionada y afecta la calidad de la imagen y varios parámetros técnicos ópticos. Es el criterio principal para medir la calidad de un microscopio. La lente del objetivo tiene una estructura compleja y está fabricada con precisión. Debido a la corrección de la aberración del objeto, el cilindro metálico de la lente del objetivo se compone de grupos de lentes que están fijados a una cierta distancia. Las lentes objetivas tienen muchos requisitos específicos, como las enfocadas y parafocales. Parafocal significa que durante el examen microscópico, cuando la imagen observada con un objetivo de cierto aumento es clara, al cambiar a un objetivo de otro aumento, la imagen también debe ser básicamente clara y la desviación central de la imagen también debe ser dentro de un cierto rango, es decir, el grado de alineación. La calidad del rendimiento parafocal y el grado de alineación son un indicador importante de la calidad de un microscopio, que está relacionado con la calidad de la lente del objetivo y la precisión del convertidor de la lente del objetivo. Los objetivos de los microscopios modernos han alcanzado un alto grado de perfección, su apertura numérica está cerca del límite y la diferencia entre la resolución en el centro del campo de visión y el valor teórico es insignificante. Sin embargo, todavía existe la posibilidad de seguir aumentando el campo de visión del objetivo del microscopio y mejorar la calidad de las imágenes en el borde del campo de visión. Este tipo de trabajo de investigación todavía está en curso. Existe una diferencia entre los objetivos y los oculares del microscopio en su participación en la obtención de imágenes. La lente del objetivo es la parte más compleja e importante del microscopio. Funciona con un haz amplio (gran apertura), pero el ángulo de inclinación de estos haces con respecto al eje óptico es pequeño (el ocular funciona con un campo de visión pequeño); haz estrecho, pero su ángulo de inclinación es grande (campo de visión es grande). Al calcular lentes objetivos versus oculares, existe una gran diferencia en la eliminación de aberraciones. Las aberraciones relacionadas con el haz amplio son la aberración esférica, la aberración de coma y la aberración cromática posicional; las aberraciones relacionadas con el campo de visión son el astigmatismo, la curvatura del campo, la distorsión y la aberración del paquete de aumento. El objetivo del microscopio es un sistema de aberración asférica. Esto significa que para un par de puntos de yugo en el eje, cuando se elimina la aberración esférica y se logran condiciones sinusoidales, sólo hay dos puntos asféricos por objetivo. Por lo tanto, cualquier cambio en las posiciones calculadas de objetos e imágenes produce aberraciones mayores. 1． Los principales parámetros de la lente del objetivo (1) Aumento β (2) Apertura numérica NA (3) Longitud del tubo mecánico L: En un microscopio, la distancia entre la superficie de soporte de la lente del objetivo y la superficie de soporte del ocular se denomina longitud del tubo mecánico. Para un microscopio, la longitud del cilindro mecánico es fija. Nuestro país estipula que la longitud del cañón mecánico es de 160 mm.

(4) Espesor del cubreobjetos d (5) Distancia de trabajo WD Estos parámetros están grabados principalmente en el cilindro del objetivo, como se muestra en la Figura 3. Existe el llamado objetivo microscópico con una longitud de tubo infinita. Este objetivo suele tener un objetivo auxiliar (también llamado objetivo de compensación o objetivo de tubo) detrás del objetivo. enfoque frontal de la lente del objetivo Después de pasar a través de la lente del objetivo, se genera una imagen en el infinito. Luego, la imagen se genera en el plano focal de la lente del objetivo auxiliar a través de la lente del objetivo auxiliar, como se muestra en la Figura 4. Hay luz paralela entre la lente objetivo y la lente objetivo auxiliar, por lo que la distancia entre ellas es relativamente libre, y se pueden agregar elementos ópticos como prismas. 2． Tipos básicos de lentes de objetivo (1) Según la longitud del cilindro del microscopio (en mm): 160 cilindros para luz transmitida, con un cubreobjetos de 0,17 mm de espesor o más; 190 cilindros para luz reflejada, sin cubreobjetos A; El tubo se utiliza para luz transmitida y luz reflejada, y la longitud del tubo es infinita. (2) Según las características del método de inmersión: tipo sin inmersión (tipo seco), tipo de inmersión (inmersión en aceite, inmersión en agua, inmersión en glicerina y otros métodos de inmersión). (3) Según dispositivo óptico: tipo de transmisión, tipo de reflexión y tipo catadióptrico. (4) Según apertura numérica y aumento: aumento bajo (NA≤0,2 y β≤10X), aumento medio (NA≤0,65 y β≤40X), aumento alto (NA>0,65 y β>40X). (5) Según las diferentes condiciones de corrección de aberraciones, suelen dividirse en objetivos acromáticos, objetivos semiapocromáticos, objetivos apocromáticos, objetivos plano-acromáticos, objetivos plano-apocromáticos y objetivos monocromáticos. a. Objetivo acromático: este es el tipo de objetivo de microscopio más utilizado. A menudo tiene la palabra "Ach" en la capa exterior. Corrige la aberración cromática posicional (rojo y azul), la aberración esférica (luz amarilla-verde) y la diferencia sinusoidal del punto en el eje, manteniendo la condición de brillo uniforme. El astigmatismo en puntos fuera del eje no excede el valor permitido (-4 es fotométrico) y el espectro secundario no se corrige. Los objetivos acromáticos de baja potencia con aperturas numéricas de 0,1 a 0,15 generalmente se componen de un objetivo de doble gel con dos lentes pegadas entre sí. Los objetivos acromáticos con aperturas numéricas de hasta 0,2 se componen de dos juegos de lentes dobles. Cuando la apertura numérica aumenta a 0,3, se agrega una lente plano-convexa. Esta lente plano-convexa determina la distancia focal de la lente objetivo, mientras que otras lentes compensan la aberración causada por sus superficies planas y esféricas. La aberración plana de los objetivos de gran aumento se puede eliminar mediante el método de inmersión. Los objetivos acromáticos de alta potencia son generalmente de tipo inmersión y constan de cuatro partes: una lente frontal, una lente creciente y dos grupos de lentes de plástico dobles. b. El objetivo apocromático tiene una estructura compleja. La lente está hecha de vidrio especial o fluorita y otros materiales. La capa exterior de la lente del objetivo está marcada con "Apo". Implementa condiciones sinusoidales para luces de dos colores, lo que requiere una corrección estricta de la aberración cromática posicional (dicromática roja y azul), la aberración esférica (dicromática roja y azul) y la diferencia sinusoidal del punto en el eje, y también requiere corrección del espectro secundario. (recorrección de la aberración cromática posicional de la luz verde). La aberración cromática del aumento no se puede corregir por completo y, por lo general, debe compensarse con un ocular. Debido a la corrección extremadamente completa de diversas aberraciones, tiene una apertura numérica mayor que el objetivo acromático con aumento de respuesta, que no sólo tiene alta resolución y excelente calidad de imagen, sino que también tiene un mayor aumento efectivo. Por lo tanto, los objetivos apocromáticos son de alto rendimiento y adecuados para microscopía y fotomicrografía de investigación avanzada. c. Objetivo semiapocromático (Objetivo semiapocromático) El objetivo semiapocromático también se llama objetivo de fluorita. La capa exterior de la lente del objetivo está marcada con "FL". En términos de estructura, la cantidad de lentes es mayor que la de los objetivos acromáticos y menor que la de los objetivos apocromáticos. En términos de calidad de imagen, es mucho mejor que la de los objetivos acromáticos y cercana a la de los objetivos apocromáticos. d. Objetivo del plan: El objetivo del plan es agregar una lente gruesa en forma de media luna al sistema de lentes del objetivo para corregir los defectos de curvatura del campo y mejorar la calidad de la imagen en el borde del campo de visión. Los objetivos planos tienen un campo de visión plano y son más adecuados para examen microscópico y fotomicrografía. Para objetivos acromáticos de campo plano, la aberración cromática de aumento no es grande y no es necesario utilizar oculares especiales para compensar. Para objetivos apocromáticos planos, se deben utilizar oculares para compensar la aberración cromática del aumento. e. Lente objetivo monocromática Este tipo de lente objetivo consiste en un conjunto de lentes individuales hechas de cuarzo, fluorita o fluoruro de litio. Sólo se puede utilizar en determinadas zonas del espectro ultravioleta (no se pueden utilizar objetivos monocromáticos de ancho que no superen los 20 mm en el espectro visible). Estos objetivos se convierten en sistemas reflectantes y catadióptricos. La principal desventaja es que una parte considerable del haz queda bloqueada en el centro (25% del área de la pupila de entrada). En el nuevo sistema catadióptrico, debido al uso de un espejo semitransparente y la estructura pegada de la lente objetivo, este inconveniente se alivia en gran medida, de modo que se puede eliminar el sombreado del marco del espejo. Además, las aberraciones residuales de los dos espejos coaxiales se compensan entre sí y se utiliza un grupo de lentes para aumentar la apertura numérica. Si la calibración del sistema es satisfactoria y la apertura alcanza NA=1,4, el blindaje central no podrá exceder el 4% del área de la pupila de entrada. f. Lentes de objetivo especiales Las llamadas "lentes de objetivo especiales" están especialmente diseñadas y fabricadas sobre la base de las lentes de objetivo mencionadas anteriormente para lograr ciertos efectos de observación específicos. Existen principalmente los siguientes tipos: (a) El objetivo del collar de corrección está equipado con un anillo de ajuste en el medio de la lente del objetivo. Cuando se gira el anillo de ajuste, se puede ajustar la distancia entre los grupos de lentes en la lente del objetivo, corrigiendo así. Mala cobertura causada por un espesor de cubreobjetos no estándar. La escala en el anillo de ajuste puede oscilar entre 0,11 y 0,023, y este número también está marcado en la capa exterior del objetivo, lo que indica que el error en el grosor del cubreobjetos se puede corregir entre 0,11 y 0,23 mm.

(b) Una lente objetivo con diafragma de iris (objetivo de diafragma de iris) está equipada con un diafragma de iris en la parte superior del cilindro de la lente del objetivo y un anillo de ajuste que también se puede girar en el exterior. Al girar, el tamaño de. la apertura del diafragma se puede ajustar. Esta estructura La lente objetivo es una lente objetivo avanzada de inmersión en aceite. Su función es que durante el examen microscópico de campo oscuro, la luz de iluminación a menudo ingresa a la lente objetivo debido a algunas razones, creando el fondo del campo. El ángulo de visión no es lo suficientemente oscuro, lo que provoca una disminución de la calidad del examen microscópico. En este momento, ajuste el tamaño de la apertura para oscurecer el fondo, hacer que el objeto inspeccionado sea más brillante y mejorar el efecto de inspección del microscopio. (c) Objetivo de contraste de fase: este objetivo es un objetivo especial para microscopía de contraste de fase. Su característica es que se instala una placa de fase en el plano focal posterior del objetivo. (d) Sin objetivo de cobertura Algunos objetos a inspeccionar, como películas manchadas, no se pueden cubrir con un cubreobjetos. Por lo tanto, se debe utilizar un objetivo sin cobertura durante el examen microscópico; de lo contrario, la calidad de la imagen se reducirá significativamente, especialmente. más evidente durante la microscopía de alta potencia. La capa exterior de este tipo de objetivo suele estar marcada con NC. Al mismo tiempo, no hay la palabra 0,17 en el grosor del cubreobjetos, pero sí está marcado "0". (e) Lente objetivo de larga distancia de trabajo Esta lente objetivo es una lente objetivo especial para microscopios invertidos. Está diseñada para satisfacer las necesidades del examen microscópico de cultivos de tejidos, suspensiones y otros materiales. (5) Ocular La función del ocular es ampliar la imagen real (imagen intermedia) ampliada por el objetivo en un nivel y reflejar la imagen del objeto en los ojos del observador. En esencia, el ocular es una lupa. Se sabe que la capacidad de resolución de un microscopio está determinada por la apertura numérica de la lente del objetivo, mientras que el ocular sólo desempeña una función de aumento. Por lo tanto, las estructuras que no pueden distinguirse con la lente del objetivo, no importa cuán grande sea el ocular, aún así no se pueden distinguir. (6) Condensador El condensador está instalado debajo del escenario. Los microscopios pequeños a menudo no tienen condensador. Cuando se utiliza una lente objetivo con una apertura numérica de 0,40 o superior, se requiere un condensador. El condensador no sólo puede compensar la falta de luz y cambiar adecuadamente las propiedades de la luz emitida por la fuente de luz, sino también enfocar la luz en el objeto a inspeccionar para obtener el mejor efecto de iluminación. Hay muchos tipos de estructuras de condensadores y, dependiendo de la apertura numérica de la lente del objetivo, los requisitos para el condensador también son diferentes. 1． Condensador Abbe Este fue diseñado por Ernst Abbe, un maestro de la Universidad Óptica Alemana. El condensador Abbe consta de dos lentes y tiene una buena capacidad de captación de luz. Sin embargo, cuando la apertura numérica de la lente del objetivo es superior a 0,60, aparecerán aberraciones cromáticas y esféricas. Por lo tanto, se utiliza principalmente en microscopios comunes. 2． Condensador aplanático acromático Este condensador también se conoce como "condensador asférico" y "condensador Qiming". Consta de una serie de lentes. Tiene un alto grado de corrección de la aberración cromática y la aberración esférica y puede obtener imágenes ideales, es el más alto. Condensador de calidad en microscopía de campo brillante, con un valor de NA de 1,4. Por lo tanto, los microscopios de investigación avanzada suelen estar equipados con este tipo de condensadores. No es adecuado para objetivos de bajo aumento por debajo de 4X, de lo contrario la fuente de iluminación no puede llenar todo el campo de visión. 3. Condensador oscilante Cuando se utiliza una lente objetivo de bajo aumento (como 4X), debido al gran campo de visión, el cono de luz formado por la fuente de luz no puede llenar todo el campo de visión, lo que hace que los bordes del campo de visión se estar oscuro y sólo la parte central debe estar iluminada. Para llenar el campo de visión con iluminación, es necesario sacar la lente superior del condensador del camino óptico. 4． Otros condensadores Además de los tipos de condensadores mencionados anteriormente que se utilizan en campos claros, también existen condensadores para usos especiales. Como condensador de campo oscuro, condensador de contraste de fase, condensador de polarización, condensador de interferencia diferencial, etc. Los condensadores anteriores son adecuados para los métodos de observación correspondientes. (7) Método de iluminación El método de iluminación del microscopio se puede dividir en dos categorías: "iluminación de transmisión" y "epi-iluminación" según la formación del haz de iluminación. El primero es adecuado para inspeccionar objetos transparentes o translúcidos, y la mayoría de los microscopios biológicos pertenecen a este tipo de método de iluminación; el segundo es adecuado para inspeccionar objetos no transparentes y la fuente de luz proviene de arriba, también conocido como " iluminación reflectante". Principales aplicaciones En comparación con la microscopía metalográfica o la microscopía de fluorescencia. 1. Los microscopios biológicos con iluminación de transmisión se utilizan principalmente para observar muestras transparentes y deben iluminarse con luz transmitida. Existen dos métodos de iluminación (1) Iluminación crítica. Después de la luz La fuente de luz pasa a través del condensador, la imagen se forma en el plano del objeto, como se muestra en la Figura 5. Si se ignora la pérdida de energía luminosa, el brillo de la imagen de la fuente de luz es el mismo que el de la fuente de luz misma. El método es equivalente a colocar la fuente de luz en el plano del objeto. Obviamente, en iluminación crítica, si el brillo de la superficie de la fuente de luz es desigual o hay estructuras pequeñas obvias, como filamentos, afectará seriamente el efecto de observación. El microscopio. Esta es una deficiencia de la iluminación crítica. La solución es colocar filtros opalinos y absorbentes de calor frente a la fuente de luz. La película de color hace que la iluminación sea más uniforme y evita daños al objeto que se está inspeccionando debido a la exposición prolongada. exposición de la fuente de luz Cuando se ilumina con luz transmitida, el ángulo de apertura del haz de imagen de la lente del objetivo está determinado por el ángulo de apertura del haz cuadrado de la imagen del espejo del condensador para que la lente del objetivo aproveche al máximo la apertura numérica. , el condensador debe tener la misma apertura numérica o ligeramente mayor que la lente del objetivo (2) Las deficiencias de la iluminación desigual de la superficie del objeto en la iluminación Korah se pueden eliminar entre la fuente de luz 1 y el condensador. 5, como se muestra en la Figura 6.

Se puede ver que dado que la fuente de luz no se utiliza directamente, sino que se visualiza en la muestra 6 el condensador auxiliar 2 (también llamado lente Cora) iluminado uniformemente por la fuente de luz, el campo de visión (muestra) de la lente objetivo está uniformemente iluminado. 2． Cuando se observan objetos opacos con epiiluminación, como la observación de discos abrasivos metálicos a través de un microscopio metalográfico, la iluminación se utiliza a menudo desde un lado o desde arriba. En este momento, no hay cubreobjetos en la superficie del objeto que se está observando y la imagen de la muestra se genera mediante la luz reflejada o dispersa que ingresa a la lente del objetivo. Como se muestra en la Figura 7. 3. El método de iluminación para observar partículas mediante campo oscuro se puede observar mediante el método de campo oscuro. Las llamadas partículas ultramicroscópicas se refieren a aquellas partículas diminutas que son más pequeñas que el límite de resolución del microscopio. El principio de la iluminación de campo oscuro es: no se permite que la luz de iluminación principal ingrese a la lente del objetivo, y solo la luz dispersada por las partículas puede ingresar a la lente del objetivo para obtener imágenes. Por lo tanto, la imagen de partículas brillantes se da sobre un fondo oscuro. Aunque el fondo del campo de visión es oscuro, el contraste (contraste) es muy bueno, lo que puede mejorar la resolución. La iluminación de campo oscuro se puede dividir en iluminación unidireccional y bidireccional (1) Iluminación de campo oscuro unidireccional La Figura 8 es un diagrama esquemático de iluminación de campo oscuro unidireccional. Puede verse en la figura que después de que la luz emitida por el iluminador 2 es reflejada por la pieza de muestra opaca 1, la luz principal no ingresa a la lente objetivo 3. La luz que ingresa a la lente objetivo es principalmente la luz dispersada por partículas o Detalles desiguales. Evidentemente, este tipo de iluminación unidireccional de campo oscuro es eficaz para observar la existencia y el movimiento de partículas, pero no es eficaz para reproducir los detalles del objeto, es decir, se produce un fenómeno de "distorsión". (2) Iluminación bidireccional de campo oscuro La iluminación bidireccional de campo oscuro puede eliminar las deficiencias de distorsión causadas por una dirección. Frente a un condensador ordinario de tres lentes, se coloca un diafragma anular, como se muestra en la Figura 9, para lograr una iluminación de campo oscuro bidireccional. El espacio entre la última pieza del condensador y el portaobjetos se sumerge en líquido, mientras que el espacio entre el cubreobjetos y la lente del objetivo está seco. Como resultado, el haz de luz en forma de anillo que pasa a través del condensador se refleja totalmente en el cubreobjetos y no puede entrar en la lente del objetivo, formando un bucle como se muestra en la figura. Sólo la luz dispersada por las partículas de la muestra ingresa a la lente del objetivo, formando una iluminación de campo oscuro bidireccional. 4. La composición y estructura de un microscopio óptico. Un microscopio óptico incluye dos partes principales: un sistema óptico y un dispositivo mecánico. Un microscopio digital también incluye un sistema de cámara digital, que se describen a continuación: (1) Dispositivo mecánico 1. Marco La parte principal del microscopio, incluyendo la base y el brazo curvo. 2． El tubo del ocular está situado encima del marco y se fija al marco mediante una ranura circular en forma de cola de milano, con el ocular insertado en él. Según si existe una función de cámara, se puede dividir en tubo binocular y tubo trinocular, según el método de ajuste de la distancia interpupilar, se puede dividir en tipo bisagra y tipo traslación; 3. El revólver es un disco giratorio con de 3 a 5 orificios, equipado respectivamente con objetivos de baja o alta potencia. La rotación del convertidor del revólver permite que lentes objetivos de diferentes aumentos entren en la trayectoria óptica de trabajo. 4． El escenario es una plataforma sobre la que se colocan toboganes, con un hueco de luz en el centro. Hay un portamuestras flexible en la mesa para sostener el portaobjetos. Hay una manija móvil en el lado inferior derecho, de modo que la mesa de carga se puede mover en las direcciones X e Y. 5. Mecanismo de enfoque: el volante de enfoque se puede utilizar para accionar el mecanismo de enfoque, lo que hace que la platina realice movimientos de elevación de ajuste grueso y fino, de modo que el objeto observado se pueda enfocar y visualizar con claridad. 6. Mecanismo de ajuste del concentrador. El condensador está instalado en él y el tornillo de ajuste puede subir y bajar el condensador para ajustar la intensidad de la luz. (2) Sistema óptico 1. Ocular Es una lente insertada en la parte superior del tubo del ocular. Consta de un conjunto de lentes que pueden permitir que la lente del objetivo resuelva y amplíe la imagen del objeto varias veces, como 10X, 15X, etc. Según el tamaño del campo de visión que se puede ver, los oculares se pueden dividir en dos categorías: oculares normales con un campo de visión más pequeño y oculares de campo grande (o oculares de gran angular) con un campo de visión más grande. Los oculares de los microscopios de gama alta también están equipados con un mecanismo de ajuste de dioptrías, de modo que el operador puede ajustar fácil y rápidamente las dioptrías de los ojos izquierdo y derecho respectivamente. Además, se puede instalar una retícula de medición en estos oculares para medir la precisión; imagen de la retícula Los oculares se pueden enfocar claramente en el plano focal de la muestra y, para evitar que se retiren y reducir la posibilidad de daños durante el transporte, estos oculares se pueden bloquear. 2． La lente objetivo está instalada en el orificio del convertidor y también se compone de un conjunto de lentes que pueden ampliar claramente los objetos. La lente del objetivo está grabada con aumentos, principalmente 10X, 40X, 60X, 100X, etc. Los objetivos de inmersión en líquido se utilizan a menudo en objetivos de alta potencia, es decir, se llena un líquido (como aceite de abeto) con un índice de refracción de aproximadamente 1,5 entre la superficie inferior de la lente del objetivo y la superficie superior de la muestra. mejorar significativamente la resolución de la observación microscópica. 3. Las fuentes de luz incluyen lámparas halógenas, lámparas de tungsteno, lámparas de mercurio, lámparas fluorescentes, lámparas de halogenuros metálicos, etc. 4． El concentrador incluye lente condensadora y diafragma de apertura. El condensador está compuesto por una lente que puede concentrar la luz transmitida para poder concentrar más energía luminosa en la parte que se observa. El diafragma de apertura puede controlar el rango de transmisión de luz del condensador para ajustar la intensidad de la luz.

(3) Sistema de cámara digital 1. Cámara 2. Tarjeta de captura de imagen 3. Software 4. Microcomputador 5. Clasificación de los Microscopios Ópticos Los microscopios ópticos se pueden clasificar de muchas formas: según el número de oculares utilizados, se pueden dividir en microscopios binoculares y monoculares, según si la imagen tiene sentido tridimensional, se pueden dividir; en microscopios de visión estereoscópica y de visión no estereoscópica; según el objeto de observación, las imágenes se pueden dividir en microscopios biológicos y metalográficos, según principios ópticos, se pueden dividir en polarización, contraste de fase y contraste de interferencia diferencial. >