Pengertian Dan Memahami Mikroskop Beserta Tujuan

Mikroskop adalah perangkat optik yang digunakan untuk membuat gambar objek ke mata manusia atau perangkat video. Mikroskop paling awal, yang terdiri dari dua elemen, hanya menghasilkan gambar yang lebih besar dari objek di bawah pemeriksaan dari apa yang bisa diamati oleh mata manusia. Desain telah berkembang selama sejarah mikroskop untuk menggabungkan beberapa lensa, filter, polarizers, beamsplitters, sensor, sumber iluminasi, dan sejumlah komponen lainnya. Untuk memahami perangkat optik yang rumit ini, pertimbangkan komponen mikroskop, konsep dan spesifikasi utama, dan aplikasi.

Komponen Mikroskop

Mikroskop majemuk adalah salah satu yang mengandung beberapa elemen lensa. Ia bekerja mirip dengan kaca pembesar sederhana yang menggunakan lensa tunggal untuk memperbesar objek kecil agar mata manusia untuk melihat detailnya. Dengan kaca pembesar sederhana, objek ditempatkan di dalam panjang fokus lensa tunggal. Ini menghasilkan gambar virtual yang diperbesar. Dengan mikroskop, sistem lensa estafet menggantikan lensa tunggal; obyektif dan lensa mata bekerja bersama-sama untuk memproyeksikan gambar objek ke mata, atau sensor - tergantung pada aplikasi. Ada dua bagian pada mikroskop yang meningkatkan pembesaran sistem secara keseluruhan: obyektif dan lensa mata. Tujuannya, terletak paling dekat dengan objek, relay gambar nyata dari objek ke lensa mata. Ini bagian dari mikroskop diperlukan untuk menghasilkan perbesaran basis. Lensa mata, yang terletak paling dekat dengan mata atau sensor, memproyeksikan dan memperbesar gambar nyata ini dan menghasilkan gambar virtual objek. Eyepieces biasanya menghasilkan pembesaran 10X tambahan, tetapi ini dapat bervariasi dari 1X - 30X.  mengilustrasikan komponen-komponen suatu mikroskop majemuk. Selain itu, Persamaan 1 menunjukkan cara menghitung pembesaran sistem secara keseluruhan.

Eyepieces

Ketika mikroskop pertama kali ditemukan, eyepieces memainkan peran utama dalam desain mereka karena mereka satu-satunya cara untuk benar-benar melihat objek di bawah pemeriksaan. Hari ini, kamera analog atau digital digunakan untuk memproyeksikan gambar objek ke monitor atau layar. Mikroskop eyepieces umumnya terdiri dari lensa lapangan dan lensa mata, meskipun beberapa desain ada yang masing-masing menciptakan bidang pandang yang lebih luas daripada desain elemen tunggal. Untuk panduan sederhana tentang memilih desain yang tepat, lihat Memilih Lensa yang Tepat.

Penerangan

Iluminasi dalam mikroskop sama pentingnya dengan memilih lensa mata atau obyektif yang tepat. Sangat penting untuk memilih iluminasi yang tepat untuk mendapatkan hasil yang paling konklusif. Sebelum memutuskan jenis pengaturan pencahayaan untuk bekerja dengan, pertimbangkan pengaturan aplikasi, objek di bawah pemeriksaan, dan hasil yang diinginkan.

Banyak mikroskop memanfaatkan penerangan backlight dibandingkan dengan penerangan cahaya langsung tradisional karena yang terakhir biasanya over-jenuh objek di bawah pemeriksaan. Jenis khusus penerangan lampu latar yang digunakan dalam aplikasi mikroskopi adalah pencahayaan Koehler. Dalam pencahayaan Koehler, cahaya insiden dari sumber iluminasi, seperti bola lampu, membanjiri objek di bawah pemeriksaan dengan cahaya dari belakang . Ini menggunakan dua lensa cembung: lensa kolektor dan lensa kondensor. Ini dirancang untuk memberikan pencahayaan yang terang dan merata pada bidang objek dan pada bidang gambar di mana gambar yang dihasilkan dari tujuan kemudian dihidupkan kembali melalui lensa mata. Ini penting karena memastikan pengguna tidak mencitrakan filamen bola lampu. Karena penerangan backlight membanjiri objek dengan cahaya dari belakang, itu juga disebut sebagai penerangan brightfield.

Penerangan Brightfield membutuhkan perubahan opasitas di seluruh objek. Tanpa perubahan ini, iluminasi menciptakan kekaburan gelap di sekitar objek. Hasil akhirnya adalah gambar kontras relatif antara bagian-bagian objek dan sumber cahaya. Dalam banyak kasus, kecuali objek sangat transparan, gambar yang dihasilkan memungkinkan pengguna untuk melihat setiap bagian objek dengan beberapa kejelasan atau resolusi. Jika transparansi objek menyulitkan membedakan fitur menggunakan iluminasi brightfield, iluminasi darkfield dapat digunakan.

Dengan iluminasi darkfield, sinar langsung cahaya tidak dikirim ke tujuan tetapi malah menyerang objek pada sudut miring. Penting untuk diingat bahwa sinar ini masih menerangi objek dalam bidang objek. Citra iluminasi darkfield yang dihasilkan menghasilkan kontras tinggi antara objek transparan dan sumber cahaya. Ketika digunakan dalam pengaturan mikroskopi, iluminasi darkfield menghasilkan sumber cahaya yang membentuk kerucut cahaya terbalik yang menghalangi sinar pusat cahaya tetapi tetap memungkinkan sinar oblique untuk menerangi objek. Gambar 3 mengilustrasikan contoh pengaturan pencahayaan darkfield dimana kerucut cahaya berongga adalah aperture numerik dari tujuan. Sebagai perbandingan, tidak ada sinar yang diblokir dalam pengaturan pencahayaan brightfield. Desain pencahayaan darkfield memaksa cahaya untuk menerangi objek di bawah pemeriksaan, tetapi tidak memasuki sistem optik, membuatnya lebih baik untuk objek transparan.

Jenis iluminasi ketiga yang digunakan dalam mikroskop adalah Epi-Iluminasi. Epi-iluminasi menghasilkan cahaya di atas tujuan. Akibatnya, sumber tujuan dan penerangan epi-iluminasi untuk pengaturan pencahayaan Koehler. Menggunakan obyektif untuk sebagian besar iluminasi membuat epi-iluminasi sangat kompak - manfaat utama dari desain ini. mengilustrasikan pengaturan epi-iluminasi yang sering digunakan dalam aplikasi fluoresensi. Untuk informasi lebih lanjut tentang mikroskopi fluoresensi.

Tujuan

Tujuan memungkinkan mikroskop untuk menghasilkan gambar yang diperbesar dan nyata dan mungkin merupakan komponen yang paling kompleks dalam sistem mikroskop karena desain multi-elemennya. Sasaran tersedia dengan perbesaran mulai dari 2X - 200X. Mereka diklasifikasikan ke dalam dua kategori utama: jenis bias tradisional dan reflektif. Setiap kategori dibagi lagi menjadi tipe: konjugat terbatas dan konjugasi tak terbatas (infinity corrected). Untuk memilih tujuan yang benar, penting untuk mengetahui manfaat dari satu kategori dan jenis dari yang lain.

Tujuan: Bias

Kategori tujuan yang paling umum digunakan adalah bias. Dalam cahaya desain bias melewati sistem dibiaskan, atau dibengkokkan, oleh elemen optik. Setiap elemen optik biasanya dilapisi anti-refleksi untuk mengurangi pantulan kembali dan meningkatkan throughput cahaya secara keseluruhan. Tujuan refraktif sering digunakan dalam aplikasi visi mesin yang memerlukan resolusi detail yang sangat halus. Ada beberapa desain obyektif refraktif masing-masing menggunakan konfigurasi optik yang berbeda. Desain dapat berkisar dari dua elemen dalam tujuan achromatic dasar (lensa achromatic dan lensa meniskus) hingga lima belas elemen dalam tujuan rencana-apokromatik. Tujuan perencanaan-apokromatik adalah yang paling kompleks, desain tujuan high-end dengan koreksi bidang datar dan datar dilakukan dalam tujuan itu sendiri.

Tujuan: Reflektif

Tujuan reflektif menggunakan desain reflektif, atau berbasis cermin. Mereka sering diabaikan dibandingkan dengan rekan-rekan bias mereka, meskipun mereka dapat memperbaiki untuk banyak masalah yang ada di kedua. Tujuan reflektif terdiri dari sistem cermin primer dan sekunder 

 untuk memperbesar dan menyampaikan gambar objek di bawah pemeriksaan. Edmund Optics® menggunakan desain Schwarzschild yang populer, meskipun desain lain tersedia. Karena cahaya dipantulkan oleh permukaan logam dan tidak dibiaskan oleh permukaan kaca, tujuan reflektif tidak menderita penyimpangan yang sama sebagai tujuan bias dan, dengan demikian, tidak perlu desain tambahan untuk mengkompensasi penyimpangan ini. Tujuan reflektif dapat menghasilkan efisiensi cahaya yang lebih tinggi serta kekuatan penyelesaian yang lebih baik untuk pencitraan detail halus karena sistem terutama tergantung pada lapisan cermin bukan pada substrat kaca yang digunakan. Manfaat lain dari tujuan reflektif adalah kemungkinan bekerja lebih dalam baik di daerah spektrum ultra-violet (UV) atau inframerah (IR) karena penggunaan cermin dibandingkan dengan optik bias konvensional.

Konsep dan Spesifikasi Utama

Sebagian besar spesifikasi obyektif mikroskop terdaftar di badan tujuan itu sendiri: desain / standar obyektif, pembesaran, bukaan numerik, jarak kerja, jarak lensa ke gambar, dan koreksi ketebalan selip penutup.menunjukkan cara membaca spesifikasi obyektif mikroskop. Karena spesifikasinya terletak langsung pada badan tujuan, mudah untuk mengetahui dengan tepat apa yang dimiliki seseorang, sebuah fakta yang sangat penting ketika menggabungkan beberapa tujuan ke dalam suatu aplikasi. Setiap spesifikasi yang tersisa, seperti panjang fokus, bidang pandang, dan panjang gelombang desain, dapat dengan mudah dihitung atau ditemukan dalam spesifikasi yang disediakan oleh vendor atau pabrikan.

Standar Objektif

Jika obyektif mengikuti standar mikroskop sederhana (seperti DIN atau JIS) maka itu tercantum pada tubuh untuk menunjukkan apa spesifikasi yang diperlukan harus ada dalam sistem. Kebanyakan mikroskop majemuk menggunakan standar Deutsche Industrie Norm, atau DIN. Standar DIN memiliki jarak 160mm dari flensa obyektif ke eyepiece flange. Standar lain yang tersedia adalah Standar Industri Jepang, atau JIS. Standar JIS memiliki jarak 170mm dari mengarah obyektif ke lensa mata. Memperhatikan kedua jarak ini diperlukan ketika memilih tujuan dan lensa yang tepat untuk memastikan bahwa gambar yang diproyeksikan dari yang sebelumnya dicitra dengan benar melalui yang terakhir. Meskipun jarak gambar berbeda untuk DIN dan JIS, tidak ada perbedaan dalam kinerja optik; mereka sama dalam kualitas. Demikian pula, setiap standar menggunakan thread pemasangan RMS yang sama yaitu 0,7965 "x 36TPI.

DIN dan JIS secara historis telah digunakan ketika mempertimbangkan mikroskop senyawa klasik. Beberapa produsen mikroskop lebih memilih untuk mendaftarkan panjang lensa tabung oleh sifat optik daripada mekanik. Untuk tujuan standar DIN, ini mengubah panjang lensa tabung menjadi 150mm karena lensa mata adalah pencitraan bidang gambar antara . Terakhir, ada dimensi yang biasanya tercantum untuk tujuan untuk memungkinkan pengguna untuk secara konsisten mengetahui berapa panjangnya: jarak parfocal (PD). Jarak parfocal adalah jarak dari flange tujuan ke objek yang sedang diperiksa. Untuk tujuan DIN jarak ini adalah standar 45mm dan untuk JIS adalah 36mm.

Pembesaran

Eyepieces dan tujuan keduanya memiliki pembesaran yang masing-masing berkontribusi terhadap pembesaran sistem secara keseluruhan. Pembesaran biasanya dilambangkan dengan X di samping nilai numerik. Sebagian besar tujuan mengandung pita berwarna di sekeliling seluruh lingkar tubuh yang menunjukkan pembesaran mereka . Misalnya, pita kuning menunjukkan pembesaran 10X.

Bukaan Numerik

Aperture numerik (NA) dari suatu tujuan adalah fungsi dari panjang fokus dan diameter pupil masuk. Tujuan NA yang besar terkadang membutuhkan penggunaan minyak imersi antara objek yang diperiksa dan bagian depan tujuan. Ini karena NA tertinggi yang dapat dicapai di udara adalah NA 1 (sesuai dengan sudut cahaya 90 °). Untuk mendapatkan sudut yang lebih besar dan meningkatkan jumlah cahaya yang memasuki tujuan (Persamaan 2), perlu menggunakan minyak imersi (indeks bias biasanya = 1,5) untuk mengubah indeks bias antara objek dan tujuan. Tujuan NA yang tinggi dalam hubungannya dengan minyak imersi adalah alternatif sederhana untuk mengubah tujuan, sebuah langkah yang mungkin mahal.

Bidang pandang

Field of View adalah area objek yang dicitrakan oleh sistem mikroskop. Ukuran bidang pandang ditentukan oleh perbesaran obyektif. Ketika menggunakan sistem lensa mata obyektif, bidang pandang dari tujuan diperbesar oleh lensa mata untuk melihat. Dalam sistem kamera-obyektif, bidang pandang itu diteruskan ke sensor kamera. Sensor pada kamera berbentuk persegi panjang dan oleh karena itu hanya dapat gambar sebagian dari bidang pandang lingkaran penuh dari tujuan. Sebaliknya, retina di mata Anda dapat menggambarkan area melingkar dan menangkap bidang pandang penuh. Inilah sebabnya mengapa bidang pandang yang dihasilkan oleh sistem kamera-mikroskop biasanya sedikit lebih kecil daripada sistem mikroskop lensa mata. Persamaan 3 dan 4 dapat digunakan untuk menghitung bidang pandang dalam sistem yang disebutkan sebelumnya.

Ketebalan Slip Cover

Ketika melihat bahan cairan seperti bakteri, kultur sel, darah, dll, perlu menggunakan selubung penutup untuk melindungi objek di bawah pemeriksaan dan komponen mikroskop dari kontaminasi. Selubung penutup, atau kaca mikroskop slide, mengubah cara cahaya membiaskan dari objek ke tujuan. Akibatnya, tujuan harus membuat koreksi optik yang tepat untuk menghasilkan gambar kualitas terbaik. Inilah sebabnya mengapa tujuan menunjukkan berbagai ketebalan selubung penutup yang dioptimalkan. Biasanya, ini terdaftar setelah simbol infinity (yang menunjukkan bahwa tujuan adalah konjugasi tak terbatas, atau desain yang dikoreksi tak terhingga) dan berkisar dari nol (tanpa koreksi penutup) hingga 0,17mm.

Koreksi Kualitas

Kualitas obyektif dan lensa menentukan seberapa baik kinerja sistem. Selain memilih perbesaran dan kompleksitas desain, memahami koreksi kualitas yang benar sangat penting ketika memutuskan jenis tujuan untuk digunakan. Koreksi kualitas (yaitu achromatic, apochromatic, plan, semi-plan) dilambangkan pada tujuan itu sendiri untuk memungkinkan pengguna untuk dengan mudah melihat desain dari tujuan yang dimaksud. Biasanya ada dua tingkat koreksi aberasi kromatik: achromatic dan apochromatic. Tujuan Achromatic adalah salah satu tujuan yang paling sederhana dan paling murah. Mereka dirancang untuk mengoreksi aberasi kromatik dalam panjang gelombang merah dan biru, selain dikoreksi untuk penyimpangan bola dalam panjang gelombang hijau. Koreksi terbatas untuk penyimpangan kromatik dan kurangnya bidang pandang datar mengurangi kinerja obyektif. Tujuan apokromatik, sebaliknya, memberikan presisi yang lebih tinggi dan dikoreksi secara chromatically untuk merah, biru, dan kuning. Mereka juga memberikan koreksi penyimpangan berbentuk bola untuk dua hingga tiga panjang gelombang dan umumnya memiliki angka numerik tinggi (NA) dan jarak kerja yang panjang. Tujuan apokromatik ideal untuk aplikasi cahaya putih, sedangkan tujuan achromatic paling cocok untuk monokromatik. Kedua desain obyektif, bagaimanapun, menderita secara signifikan dari distorsi dan kelengkungan lapangan, yang memburuk sebagai peningkatan perbesaran obyektif. Oleh karena itu, selalu penting untuk fokus pada kinerja sistem yang lengkap, daripada hanya kinerja obyektif saja.

Plan, juga dikenal sebagai planar, semi-plan, semi-planar, atau mikroplan, sasaran yang benar untuk kelengkungan bidang. Lengkungan lapangan adalah jenis penyimpangan yang ada ketika gambar off-axis tidak dapat dibawa ke fokus dalam bidang gambar datar, menghasilkan gambar buram karena menyimpang dari sumbu optik. mengilustrasikan kerataan bidang yang diukur secara radial dari pusat dalam desain tujuan akrual, semi-rencana, dan rencana. Tujuan Achromatic memiliki bidang datar di tengah 65% dari gambar. Tujuan rencana benar secara keseluruhan terbaik dan menampilkan lebih baik dari 90% bidang datar dan fokus. Tujuan semi-rencana bersifat intermediate ke dua jenis lainnya dengan 80% lapangan tampak datar.

Konsolidasi terbatas

Dalam desain optik konjugat yang terbatas, cahaya dari sumber (tidak hingga tak terbatas) difokuskan ke titik. Dalam kasus mikroskop, gambar objek di bawah pemeriksaan diperbesar dan diproyeksikan ke lensa mata, atau sensor jika menggunakan kamera. Jarak tertentu melalui sistem dicirikan oleh standar DIN atau JIS; semua mikroskop konjugat terbatas adalah salah satu dari dua standar ini. Jenis-jenis tujuan ini mencakup sebagian besar mikroskop dasar. Desain konjugat terbatas digunakan dalam aplikasi di mana biaya dan kemudahan desain menjadi perhatian utama.

Infinite Conjugate (Infinity Corrected)

Dalam konjugasi yang tak terbatas, atau infinity dikoreksi, desain optik, cahaya dari sumber ditempatkan di infinity difokuskan ke titik kecil. Dalam sebuah obyektif, spot adalah objek di bawah pemeriksaan dan titik infinity ke arah lensa mata, atau sensor jika menggunakan kamera. Jenis desain modern ini menggunakan lensa tabung tambahan antara objek dan lensa mata untuk menghasilkan gambar. Meskipun desain ini jauh lebih rumit daripada rekan konjugat yang terbatas, ini memungkinkan untuk pengenalan komponen optik seperti filter, polarizers, dan beamsplitters ke dalam jalur optik. Akibatnya, analisis gambar tambahan dan ekstrapolasi dapat dilakukan dalam sistem yang kompleks. Misalnya, menambahkan filter antara lensa obyektif dan tabung memungkinkan seseorang untuk melihat panjang gelombang cahaya tertentu atau untuk memblokir panjang gelombang yang tidak diinginkan yang akan mengganggu pemasangan. Aplikasi mikroskopi fluoresensi memanfaatkan jenis desain ini. Manfaat lain menggunakan desain konjugasi tak terbatas adalah kemampuan untuk perbesaran bervariasi sesuai dengan kebutuhan aplikasi spesifik. Karena perbesaran obyektif adalah rasio panjang fokal lensa tabung terhadap panjang fokus obyektif (Persamaan 5), peningkatan atau penurunan panjang fokal lensa tabung mengubah perbesaran obyektif. Biasanya, lensa tabung adalah lensa achromatic dengan panjang fokus 200mm, tetapi focal length lainnya dapat diganti juga, sehingga menyesuaikan pembesaran total sistem mikroskop. Jika tujuan adalah konjugasi tak terbatas, akan ada simbol infinity yang terletak di tubuh tujuan.

Contoh Aplikasi Mikroskop Optik

Untuk memahami bagaimana komponen mikroskop dapat diintegrasikan dengan berbagai produk optik, gambar, dan fotonik, pertimbangkan aplikasi mikroskop optik berikut: mikroskopi fluoresensi dan ablasi laser. Masing-masing menggunakan pengaturan uniknya sendiri untuk bekerja dengan komponen dari mikroskop.

Mikroskopi fluoresensi

A fluorophore (atau pewarna fluorescent) digunakan untuk menandai protein, jaringan, dan sel untuk pemeriksaan atau penelitian. Fluorophores dapat menyerap cahaya satu panjang gelombang dan memancarkan (fluoresce) cahaya dari panjang gelombang lain. Dalam pengaturan mikroskopi fluoresensi khas, tiga filter digunakan: filter eksitasi, filter emisi dan filter dichroic. Setiap fluorophore memiliki pita panjang gelombang eksitasi atau eksitasi tertentu, filter eksitasi hanya akan memancarkan rentang panjang gelombang tertentu. Fluorofor, sekali bersemangat, akan memancarkan berbagai panjang gelombang yang berbeda. Filter emisi hanya mentransmisikan panjang gelombang pancaran. Filter dichroic yang dirancang khusus untuk memantulkan panjang gelombang pancaran dan mengirimkan panjang gelombang eksitasi digunakan untuk memisahkan saluran eksitasi dan emisi. mengilustrasikan pengaturan pencitraan fluoresensi tipikal. Untuk informasi tambahan tentang mikroskopi fluoresensi, lihat Fluorophores dan Filter Optik untuk Mikroskopi Fluoresensi.

Ablasi Laser

Dua penggunaan umum laser adalah (1) bahan panas ke alas atau (2) untuk meluruskan material dari alas. Sistem ablasi laser memerlukan komponen mikroskop karena manipulasi sinar presisi (yaitu fokus, lentur, hamburan reduksi, dll) yang diperlukan. Pengaturan ablasi laser biasanya mengandung optik khusus, bukan komponen off-the-shelf, dengan laser yang dirancang secara tepat ke dalam sistem. Laser ini berorientasi pada desain epi-iluminasi untuk memanfaatkan kemampuan obyektif mikroskop untuk memfokuskan cahaya pada bidang objek, dan untuk menghasilkan ukuran titik yang sangat kecil dengan penyimpangan minimal. Juga, lensa mata memungkinkan pengguna untuk melihat di mana laser berada dan memastikan semuanya berfungsi dengan benar. Filter diperlukan untuk memblokir laser agar tidak merusak mata pengguna. Pengaturan ablasi laser digunakan dalam aplikasi medis dan biologi karena mereka menawarkan presisi yang lebih tinggi daripada metode bedah konvensional.

Share this post