Mikroskoopin neljä optista periaatetta
1. Taiteluku ja taitekerroin
Valo kulkee suoraa linjaa kahden pisteen välillä homogeenisessa isotrooppisessa väliaineessa. Kulkiessaan läpinäkyvien eritiheyksisten esineiden läpi tapahtuu taittumista, joka johtuu valon erilaisista etenemisnopeuksista eri väliaineissa. Kun valo, joka ei ole kohtisuorassa läpinäkyvän esineen pintaan nähden, pääsee läpinäkyvään esineeseen (kuten lasiin) ilmasta, valo muuttaa suuntaa rajapinnallaan ja muodostaa taitekulman normaalin kanssa.
2. Objektiivin suorituskyky
Linssit ovat perusoptisia komponentteja, jotka muodostavat mikroskoopin optisen järjestelmän. Osat, kuten objektiivilinssit, okulaarit ja kondensaattorit, koostuvat yhdestä tai useammasta linssistä. Muotonsa mukaan ne voidaan jakaa kahteen luokkaan: kuperat linssit (positiiviset linssit) ja koverat linssit (negatiiviset linssit). Kun optisen akselin suuntainen valonsäde kulkee kuperan linssin läpi ja leikkaa pisteen, tätä pistettä kutsutaan "tarkennuspisteeksi", ja leikkauspisteen kautta kulkevaa ja kohtisuorassa optiseen akseliin nähden olevaa tasoa kutsutaan "polttopisteeksi" lentokone". Polttopisteitä on kaksi, kohdeavaruudessa olevaa polttopistettä kutsutaan "objektin polttopisteeksi" ja siellä olevaa polttopistettä kutsutaan "objektin polttotasoksi"; päinvastoin, kuva-avaruuden polttopistettä kutsutaan "kuvan polttopisteeksi". Polttotasoa kohdassa kutsutaan "kuvan neliön polttotasoksi". Kun valo kulkee koveran linssin läpi, se muodostaa pystytetyn virtuaalikuvan, kun taas kupera linssi muodostaa pystytetyn todellisen kuvan. Todelliset kuvat voivat näkyä näytöllä, mutta virtuaaliset kuvat eivät.
3. Tärkeimmät kuvantamiseen vaikuttavat tekijät – poikkeamat
Objektiivisista olosuhteista johtuen mikään optinen järjestelmä ei pysty muodostamaan teoreettisesti ihanteellista kuvaa, ja erilaisten poikkeamien olemassaolo vaikuttaa kuvanlaatuun. Erilaiset poikkeamat esitellään lyhyesti alla.
1). Kromaattinen aberraatio Kromaattinen aberraatio on vakava linssin kuvantamisen vika, joka ilmenee, kun valonlähteenä käytetään moniväristä valoa, eikä monokromaattinen valo aiheuta kromaattista aberraatiota. Valkoinen valo koostuu seitsemästä erilaista punaista, oranssia, keltaista, vihreää, syaania, sinistä ja violettia. Eri valojen aallonpituudet ovat erilaisia, joten myös linssin läpi kulkeva taitekerroin on erilainen. Tällä tavalla kohteen puolella oleva piste voi muodostaa väripisteen kuvan puolelle. Optisen järjestelmän päätehtävä on akromaattisoida.
Kromaattinen aberraatio sisältää yleensä paikan kromaattisen poikkeaman ja suurennuskromaattisen aberraation. Paikan kromaattinen aberraatio saa kuvan näyttämään sumealta tai sumealta missä tahansa kohdassa. Suurennuksen kromaattinen poikkeama saa kuvan värilliset reunat.
2). Pallopoikkeama Pallopoikkeama on akselin pisteen monokromaattinen aberraatio, joka johtuu linssin pallomaisesta pinnasta. Pallopoikkeaman seurauksena pisteen kuvantamisen jälkeen se ei ole enää kirkas piste, vaan kirkas täplä, jonka keskellä on kirkas reuna, joka hämärtyy vähitellen, mikä vaikuttaa kuvanlaatuun.
Pallopoikkeaman korjaus eliminoidaan yleensä linssiyhdistelmällä. Koska kuperoiden ja koveroiden linssien pallopoikkeama on päinvastainen, voidaan eri materiaaleista valmistettuja kuperia ja koveria linssejä liimata yhteen niiden poistamiseksi. Vanhan tyyppisissä mikroskoopeissa objektiivin linssin pallopoikkeamaa ei korjata täysin, vaan se tulee sovittaa vastaavaan kompensoivaan okulaariin korjaavan vaikutuksen saavuttamiseksi. Yleensä uusien mikroskooppien pallopoikkeama eliminoituu kokonaan objektiivin linssillä.
3). Kooma Kooma on akselin ulkopuolisen pisteen monokromaattinen poikkeama. Kun akselin ulkopuolinen kohdepiste kuvataan suuren aukon säteellä, emittoidut säteet kulkevat linssin läpi eivätkä leikkaa yhdessä pisteessä, niin valopisteen kuva on pilkun muotoinen, joka on muotoiltu kuin komeetta, joten sitä kutsutaan "koomapoikkeamaksi".
4). Astigmatismi on myös akselin ulkopuolinen monokromaattinen poikkeama, joka vaikuttaa terävyyteen. Kun näkökenttä on suuri, reunalla oleva kohdepiste on kaukana optisesta akselista ja säde kallistuu voimakkaasti aiheuttaen hajataitteisuutta linssin läpi kulkemisen jälkeen. Astigmatismi tekee alkuperäisestä kohdepisteestä kuvantamisen jälkeen kaksi erillistä ja kohtisuoraa lyhyttä viivaa, ja synteesin jälkeen ideaalisessa kuvatasossa muodostuu elliptinen piste. Astigmatismi eliminoituu monimutkaisilla linssiyhdistelmillä.
5). Kentän kaarevuus Kentän kaarevuus tunnetaan myös nimellä "kentän kaarevuus". Kun linssillä on kenttäkaarevuus, koko säteen leikkauspiste ei ole sama kuin ihanteellinen kuvapiste. Vaikka jokaisessa pisteessä voidaan saada selkeä kuvapiste, koko kuvataso on kaareva pinta. Näin koko kuvapinta ei näy peilitarkastuksessa selvästi, mikä vaikeuttaa tarkkailua ja kuvien ottamista. Siksi tutkimusmikroskooppien tavoitteet ovat yleensä suunnitelmatavoitteita, jotka on korjattu kentän kaarevuuden mukaan.
6). Vääristymä Kaikki edellä mainitut poikkeamat kentän kaarevuutta lukuun ottamatta vaikuttavat kuvan terävyyteen. Vääristymä on toinen aberraatiotyyppi, jossa säteen samankeskisyys ei vaarannu. Siksi kuvan terävyyteen ei vaikuteta, mutta kuvaa verrataan alkuperäiseen kohteeseen, mikä aiheuttaa muodon vääristymistä.
