المجهر الضوئي

المجهر الضوئي ، ويشار إليه أيضًا باسم المجهر الضوئي ، هو نوع من المجاهر يستخدم عادةً الضوء المرئي ونظامًا من العدسات لتوليد صور مكبرة للأشياء الصغيرة. المجاهر الضوئية هي أقدم تصميم للمجاهر وربما تم اختراعها في شكلها المركب الحالي في القرن السابع عشر. يمكن أن تكون المجاهر الضوئية الأساسية بسيطة للغاية، على الرغم من أن العديد من التصميمات المعقدة تهدف إلى تحسين الدقة وتباين العينة . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يتم وضع الجسم على خشبة المسرح ويمكن رؤيته مباشرة من خلال عدسة واحدة أو اثنتين في المجهر. في المجاهر عالية القدرة، تُظهر كلتا العدستين نفس الصورة عادةً، ولكن مع المجهر الاستريو ، تُستخدم صور مختلفة قليلاً لإنشاء تأثير ثلاثي الأبعاد. تُستخدم الكاميرا عادةً لالتقاط الصورة ( صورة مجهرية ). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يمكن إضاءة العينة بعدة طرق. يمكن إضاءة الأجسام الشفافة من الأسفل ويمكن إضاءة الأجسام الصلبة بالضوء القادم من خلال ( الحقل الساطع ) أو حول ( الحقل المظلم ) العدسة الموضوعية. يمكن استخدام الضوء المستقطب لتحديد اتجاه البلورات للأجسام المعدنية. يمكن استخدام التصوير بالتباين الطوري لزيادة تباين الصورة من خلال تسليط الضوء على التفاصيل الصغيرة لمعامل الانكسار المختلف. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

عادةً ما يتم توفير مجموعة من العدسات الموضوعية ذات التكبير المختلف مثبتة على برج، مما يسمح بتدويرها في مكانها وتوفير القدرة على التكبير. تقتصر أقصى قوة تكبير للمجاهر الضوئية عادةً على حوالي 1000x بسبب قوة التحليل المحدودة للضوء المرئي. في حين أن التكبيرات الأكبر ممكنة، إلا أنه لا يمكن حل أي تفاصيل إضافية للكائن. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تشمل البدائل للمجهر الضوئي التي لا تستخدم الضوء المرئي المجهر الإلكتروني الماسح والمجهر الإلكتروني النافذ والمجهر الماسح ، ونتيجة لذلك، يمكن تحقيق تكبيرات أكبر بكثير.

هناك نوعان أساسيان من المجاهر الضوئية: المجاهر البسيطة والمجاهر المركبة. يستخدم المجهر البسيط القوة الضوئية لعدسة واحدة أو مجموعة من العدسات للتكبير. يستخدم المجهر المركب نظامًا من العدسات (مجموعة واحدة لتكبير الصورة التي تنتجها مجموعة أخرى) لتحقيق تكبير أعلى بكثير لجسم ما. الغالبية العظمى من المجاهر البحثية الحديثة هي مجاهر مركبة، في حين أن بعض المجاهر الرقمية التجارية الأرخص هي مجاهر بسيطة ذات عدسة واحدة. يمكن تقسيم المجاهر المركبة إلى مجموعة متنوعة من الأنواع الأخرى من المجاهر، والتي تختلف في تكويناتها الضوئية وتكلفتها والأغراض ^{المقصودة منها .}

يستخدم المجهر البسيط عدسة أو مجموعة من العدسات لتكبير جسم ما من خلال التكبير الزاوي وحده، مما يمنح المشاهد صورة افتراضية مكبرة منتصبة . ^{[1] [2]} يُستخدم استخدام عدسة محدبة واحدة أو مجموعات من العدسات في أجهزة التكبير البسيطة مثل العدسة المكبرة والعدسات المكبرة والعدسات العينية للتلسكوبات والمجاهر .

يستخدم المجهر المركب عدسة قريبة من الجسم الذي يتم مشاهدته لجمع الضوء (تسمى العدسة الموضوعية )، والتي تركز صورة حقيقية للجسم داخل المجهر (الصورة 1). ثم يتم تكبير هذه الصورة بواسطة عدسة ثانية أو مجموعة من العدسات (تسمى العدسة العينية ) والتي تمنح المشاهد صورة افتراضية مقلوبة مكبرة للجسم (الصورة 2). ^[3] يسمح استخدام تركيبة العدسة الموضوعية/العدسة العينية المركبة بتكبير أعلى بكثير. غالبًا ما تتميز المجاهر المركبة الشائعة بعدسات موضوعية قابلة للتبديل، مما يسمح للمستخدم بضبط التكبير بسرعة. ^[3] يتيح المجهر المركب أيضًا إعدادات إضاءة أكثر تقدمًا، مثل تباين الطور .

هناك العديد من المتغيرات لتصميم المجهر الضوئي المركب لأغراض متخصصة. بعض هذه الاختلافات في التصميم المادي تسمح بالتخصص لأغراض معينة:

• المجهر المجسم ، وهو مجهر منخفض الطاقة يوفر رؤية مجسمة للعينة، ويستخدم عادة في التشريح.
• يحتوي المجهر المقارن على مسارين ضوئيين منفصلين يسمحان بالمقارنة المباشرة بين عينتين من خلال صورة واحدة في كل عين.
• المجهر المقلوب ، لدراسة العينات من الأسفل؛ مفيد لزراعة الخلايا في السوائل أو لعلم المعادن.
• مجهر فحص موصل الألياف الضوئية، مصمم لفحص نهاية الموصل
• المجهر المتنقل ، لدراسة العينات ذات الدقة البصرية العالية .

تم تصميم أنواع أخرى من المجهر لتقنيات الإضاءة المختلفة:

• المجهر الصخري ، والذي يتضمن تصميمه عادة مرشح استقطاب، ومنصة دوارة، ولوحة جبسية لتسهيل دراسة المعادن أو المواد البلورية الأخرى التي يمكن أن تختلف خصائصها البصرية حسب الاتجاه.
• المجهر المستقطب ، يشبه المجهر الصخري.
• مجهر التباين الطوري ، والذي يطبق طريقة الإضاءة التباينية الطوري.
• مجهر الفلورسنت ، مصمم لتحليل العينات التي تحتوي على الفلوروفورات.
• المجهر البؤري ، وهو نوع واسع الاستخدام من الإضاءة الفلورية التي تستخدم ليزر مسح لإضاءة عينة للفلورسنت.
• مجهر ثنائي الفوتون ، يستخدم لتصوير الفلورسنت بشكل أعمق في وسائط التشتت وتقليل التبييض الضوئي، وخاصة في العينات الحية.
• مجهر الطالب - مجهر ذو طاقة منخفضة غالبًا مع عناصر تحكم مبسطة وبصريات منخفضة الجودة في بعض الأحيان ومصمم للاستخدام في المدارس أو كأداة بداية للأطفال. ^[4]
• المجهر الفائق ، وهو مجهر ضوئي مُكيَّف يستخدم تشتت الضوء للسماح برؤية جزيئات صغيرة قطرها أقل من أو بالقرب من الطول الموجي للضوء المرئي (حوالي 500 نانومتر)؛ وقد عفا عليه الزمن في الغالب منذ ظهور المجاهر الإلكترونية
• المجهر رامان المعزز بالطرف ، هو نوع من المجهر الضوئي يعتمد على مطيافية رامان المعززة بالطرف ، بدون حدود الدقة التقليدية القائمة على الطول الموجي. ^{[5] [6]} تم تصنيع هذا المجهر بشكل أساسي على منصات المجهر الماسح باستخدام جميع الأدوات البصرية.

المجهر الرقمي هو مجهر مزود بكاميرا رقمية تسمح بمراقبة العينة عبر الكمبيوتر . كما يمكن التحكم في المجاهر جزئيًا أو كليًا بواسطة الكمبيوتر بمستويات مختلفة من الأتمتة. يسمح المجهر الرقمي بتحليل أكبر لصورة المجهر، على سبيل المثال، قياس المسافات والمساحات وتحديد كمية البقع الفلورية أو النسيجية .

تتوفر أيضًا تجاريًا المجاهر الرقمية منخفضة الطاقة، والمجاهر التي تعمل عبر منفذ USB . وهي عبارة عن كاميرات ويب ذات عدسة ماكرو عالية الطاقة ولا تستخدم عمومًا الإضاءة الانعكاسية . يتم توصيل الكاميرا مباشرة بمنفذ USB في الكمبيوتر لعرض الصور مباشرة على الشاشة. وهي توفر تكبيرًا متواضعًا (حتى حوالي 200×) دون الحاجة إلى استخدام العدسات العينية وبتكلفة منخفضة للغاية. يتم توفير الإضاءة عالية الطاقة عادةً من خلال مصدر LED أو مصادر مجاورة لعدسة الكاميرا.

تتوفر مجهر رقمي بمستويات ضوء منخفضة للغاية لتجنب إتلاف العينات البيولوجية المعرضة للخطر باستخدام كاميرات رقمية حساسة لحساب الفوتونات . وقد ثبت أن مصدر الضوء الذي يوفر أزواجًا من الفوتونات المتشابكة قد يقلل من خطر إتلاف العينات الأكثر حساسية للضوء. في هذا التطبيق للتصوير الشبح على المجهر المتناثر الفوتون، يتم إضاءة العينة بفوتونات الأشعة تحت الحمراء، كل منها مرتبط مكانيًا بشريك متشابك في النطاق المرئي للتصوير الفعال بواسطة كاميرا تحسب الفوتونات. ^[7]

كانت المجاهر الأولى عبارة عن عدسات مكبرة ذات عدسة واحدة ذات تكبير محدود، والتي يعود تاريخها على الأقل إلى الاستخدام الواسع النطاق للعدسات في النظارات الطبية في القرن الثالث عشر. ^[8]

ظهرت المجاهر المركبة لأول مرة في أوروبا حوالي عام 1620 ^{[9] [10]} بما في ذلك المجهر الذي عرضه كورنيليس دريبل في لندن (حوالي عام 1621) والمجاهر الأخرى التي عُرضت في روما عام 1624. ^{[11] [12]}

المخترع الفعلي للمجهر المركب غير معروف على الرغم من العديد من الادعاءات التي قدمت على مر السنين. وتشمل هذه الادعاء بعد 35 ^[13] عامًا من ظهورها من قبل صانع النظارات الهولندي يوهانس زاكارياسين بأن والده، زاكارياس يانسن ، اخترع المجهر المركب و/أو التلسكوب في وقت مبكر من عام 1590. شهادة يوهانس، التي يزعم البعض أنها مشكوك فيها، ^{[14] [15] [16]} تدفع تاريخ الاختراع إلى الوراء كثيرًا لدرجة أن زاكارياس كان طفلاً في ذلك الوقت، مما أدى إلى تكهنات بأنه لكي يكون ادعاء يوهانس صحيحًا، يجب أن يكون المجهر المركب قد اخترعه جد يوهانس، هانز مارتنز. ^[17] ادعاء آخر هو أن منافس يانسن، هانز ليبرشي (الذي تقدم بطلب للحصول على أول براءة اختراع للتلسكوب في عام 1608) اخترع أيضًا المجهر المركب. ^[18] يشير مؤرخون آخرون إلى المبتكر الهولندي كورنيليس دريبل بمجهره المركب عام 1621. ^{[11] [12]}

يُستشهد أحيانًا بجاليليو جاليلي باعتباره مخترع المجهر المركب. بعد عام 1610، وجد أنه يمكنه إغلاق تركيز تلسكوبه لرؤية الأشياء الصغيرة، مثل الذباب، عن قرب ^[19] و/أو يمكنه النظر من الطرف الخطأ في الاتجاه المعاكس لتكبير الأشياء الصغيرة. ^[20] كان العيب الوحيد هو أنه كان يجب تمديد تلسكوبه الذي يبلغ طوله قدمين إلى 6 أقدام لرؤية الأشياء عن قرب. ^[21] بعد رؤية المجهر المركب الذي بناه دريبل المعروض في روما عام 1624، بنى جاليليو نسخته المحسنة الخاصة به. ^{[11] [12]} في عام 1625، صاغ جيوفاني فابر اسم المجهر للمجهر المركب الذي قدمه جاليليو إلى أكاديمية لينسي عام 1624 ^[22] (أطلق عليه جاليليو اسم " occhiolino " أو " العين الصغيرة "). ابتكر فابر الاسم من الكلمات اليونانية μικρόν (ميكرون) وتعني "صغير"، و σκοπεῖν (سكوبين) وتعني "النظر إلى"، وهو اسم كان من المفترض أن يكون مشابهًا لكلمة "تلسكوب"، وهي كلمة أخرى صاغها اللينسيون. ^[23]

قام كريستيان هويجنز ، وهو هولندي آخر، بتطوير نظام عين بسيط مكون من عدستين في أواخر القرن السابع عشر، وقد تم تصحيحه لونيًا ، وبالتالي كان خطوة كبيرة إلى الأمام في تطوير المجهر. لا يزال يتم إنتاج المجهر العيني الذي ابتكره هويجنز حتى يومنا هذا، ولكنه يعاني من صغر حجم الحقل، وغير ذلك من العيوب البسيطة.

يعود الفضل إلى أنطوني فان ليوينهوك (1632-1724) في لفت انتباه علماء الأحياء إلى المجهر، على الرغم من أن العدسات المكبرة البسيطة كانت تُنتج بالفعل في القرن السادس عشر. كانت المجاهر المصنوعة منزليًا من قبل فان ليوينهوك عبارة عن مجاهر بسيطة، بعدسة واحدة صغيرة جدًا ولكنها قوية. كانت غير مريحة في الاستخدام، لكنها مكنت فان ليوينهوك من رؤية صور مفصلة. استغرق الأمر حوالي 150 عامًا من التطوير البصري قبل أن يتمكن المجهر المركب من توفير نفس جودة الصورة مثل المجاهر البسيطة لفان ليوينهوك، بسبب الصعوبات في تكوين عدسات متعددة. في خمسينيات القرن التاسع عشر، اخترع جون ليونارد ريدل ، أستاذ الكيمياء في جامعة تولين ، أول مجهر ثنائي عملي أثناء إجراء أحد أقدم وأوسع التحقيقات المجهرية الأمريكية للكوليرا . ^{[25] [26]}

في حين أن تكنولوجيا المجهر الأساسية والبصريات كانت متاحة منذ أكثر من 400 عام، إلا أنه في الآونة الأخيرة تم تطوير تقنيات إضاءة العينات لتوليد الصور عالية الجودة التي نراها اليوم. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في أغسطس 1893، طور أوغست كولر إضاءة كولر . تؤدي هذه الطريقة لإضاءة العينة إلى إضاءة متساوية للغاية وتتغلب على العديد من القيود التي تفرضها تقنيات إضاءة العينة القديمة. قبل تطوير إضاءة كولر، كانت صورة مصدر الضوء، على سبيل المثال خيط المصباح الكهربائي ، مرئية دائمًا في صورة العينة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء للفيزيائي الهولندي فريتس زرناكي في عام 1953 لتطويره إضاءة التباين الطوري التي تسمح بتصوير العينات الشفافة. باستخدام التداخل بدلاً من امتصاص الضوء، يمكن تصوير العينات الشفافة للغاية، مثل خلايا الثدييات الحية ، دون الحاجة إلى استخدام تقنيات التلوين. بعد عامين فقط، في عام 1955، نشر جورج نومارسكي نظرية المجهر التبايني التداخلي التفاضلي ، وهي تقنية تصوير أخرى تعتمد على التداخل . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تعتمد المجهرية البيولوجية الحديثة بشكل كبير على تطوير المجسات الفلورية لهياكل محددة داخل الخلية. وعلى النقيض من المجهر الضوئي العادي المضاء، في المجهر الفلوري يتم إضاءة العينة من خلال عدسة موضوعية بمجموعة ضيقة من الأطوال الموجية للضوء. يتفاعل هذا الضوء مع الفلوروفور في العينة والتي تصدر بعد ذلك ضوءًا بطول موجي أطول . هذا الضوء المنبعث هو الذي يشكل الصورة.

منذ منتصف القرن العشرين، تم استخدام البقع الفلورية الكيميائية، مثل DAPI الذي يرتبط بالحمض النووي ، لتمييز هياكل معينة داخل الخلية. تشمل التطورات الأحدث المناعة الفلورية ، والتي تستخدم الأجسام المضادة المصبوغة بالفلورسنت للتعرف على بروتينات معينة داخل العينة، والبروتينات الفلورية مثل GFP والتي يمكن للخلية الحية التعبير عنها مما يجعلها فلورية.

تشترك جميع المجاهر الضوئية الحديثة المصممة لعرض العينات عن طريق الضوء المنقول في نفس المكونات الأساسية لمسار الضوء. بالإضافة إلى ذلك، فإن الغالبية العظمى من المجاهر لها نفس المكونات "البنيوية" ^[27] (مرقمة أدناه وفقًا للصورة الموجودة على اليمين):

• عدسة العين (1)
• برج الهدف، أو المسدس، أو قطعة الأنف الدوارة (لحمل عدسات هدف متعددة) (2)
• عدسات موضوعية (3)
• أزرار التركيز (لتحريك المسرح)
  • التعديل الخشن (4)
  • الضبط الدقيق (5)
• المنصة (لحمل العينة) (6)
• مصدر الضوء ( ضوء أو مرآة ) (7)
• الحجاب الحاجز والمكثف (8)
• المرحلة الميكانيكية (9)

العدسة العينية هي أسطوانة تحتوي على عدستين أو أكثر؛ وظيفتها هي تركيز الصورة على العين. يتم إدخال العدسة العينية في الطرف العلوي من أنبوب الجسم. العدسات العينية قابلة للتبديل ويمكن إدخال العديد من العدسات العينية المختلفة بدرجات مختلفة من التكبير. تتضمن قيم التكبير النموذجية للعدسات العينية 5x و10x (الأكثر شيوعًا) و15x و20x. في بعض المجاهر عالية الأداء، يتم مطابقة التكوين البصري للعدسة الموضوعية والعدسة العينية لإعطاء أفضل أداء بصري ممكن. يحدث هذا غالبًا مع العدسات الموضوعية غير اللونية .

برج الهدف أو المسدس أو قطعة الأنف الدوارة هي الجزء الذي يحمل مجموعة العدسات الموضوعية. وهو يسمح للمستخدم بالتبديل بين العدسات الموضوعية.

في الطرف السفلي من المجهر الضوئي المركب النموذجي، توجد عدسة موضوعية واحدة أو أكثر تجمع الضوء من العينة. عادة ما يكون الهدف في غلاف أسطواني يحتوي على عدسة مركبة أحادية أو متعددة العناصر من الزجاج. عادة ما يكون هناك حوالي ثلاث عدسات موضوعية مثبتة في قطعة أنف دائرية يمكن تدويرها لاختيار العدسة الموضوعية المطلوبة. تم تصميم هذه الترتيبات لتكون بؤرية ، مما يعني أنه عندما يتم تغيير العدسة من واحدة إلى أخرى على المجهر، تظل العينة في التركيز . تتميز العدسات الموضوعية للمجهر بمعلمتين، وهما التكبير والفتحة العددية . يتراوح الأول عادةً من 5× إلى 100× بينما يتراوح الأخير من 0.14 إلى 0.7، وهو ما يتوافق مع أطوال بؤرية تتراوح من حوالي 40 إلى 2 مم على التوالي. عادةً ما يكون للعدسات الموضوعية ذات التكبير الأعلى فتحة عددية أعلى وعمق مجال أقصر في الصورة الناتجة. قد تتطلب بعض العدسات الموضوعية عالية الأداء عدسات عينية متطابقة لتقديم أفضل أداء بصري.

تستخدم بعض المجاهر عدسات غمر الزيت أو عدسات غمر الماء للحصول على دقة أكبر عند التكبير العالي. تُستخدم هذه مع مواد مطابقة للمؤشر مثل زيت الغمر أو الماء وغطاء منزلق مطابق بين عدسة الهدف والعينة. يكون معامل الانكسار لمادة مطابقة للمؤشر أعلى من الهواء مما يسمح لعدسة الهدف بالحصول على فتحة عددية أكبر (أكبر من 1) بحيث ينتقل الضوء من العينة إلى السطح الخارجي لعدسة الهدف بأقل انكسار. يمكن تحقيق فتحات عددية تصل إلى 1.6. ^[28] تسمح الفتحة العددية الأكبر بجمع المزيد من الضوء مما يجعل الملاحظة التفصيلية للتفاصيل الأصغر ممكنة. عادةً ما يكون لعدسة الغمر بالزيت تكبير يتراوح من 40 إلى 100 ×.

تحرك أزرار الضبط المنصة لأعلى ولأسفل مع ضبط منفصل للتركيز الخشن والدقيق. تتيح نفس أدوات التحكم للمجهر التكيف مع عينات ذات سمك مختلف. في التصميمات القديمة للمجاهر، تحرك عجلات ضبط التركيز أنبوب المجهر لأعلى أو لأسفل بالنسبة للحامل وكان له منصة ثابتة.

يتم تثبيت المجموعة البصرية بالكامل تقليديًا على ذراع صلبة، والتي يتم تثبيتها بدورها على قاعدة قوية على شكل حرف U لتوفير الصلابة اللازمة. يمكن تعديل زاوية الذراع للسماح بتعديل زاوية الرؤية.

يوفر الإطار نقطة تثبيت لعناصر تحكم المجهر المتنوعة. وعادةً ما يتضمن ذلك عناصر تحكم للتركيز، وعادةً ما تكون عجلة محززة كبيرة لضبط التركيز الخشن، إلى جانب عجلة محززة أصغر للتحكم في التركيز الدقيق. وقد تكون الميزات الأخرى عناصر تحكم في المصباح و/أو عناصر تحكم لضبط المكثف.

المنصة عبارة عن منصة أسفل العدسة الموضوعية تدعم العينة التي يتم عرضها. يوجد في وسط المنصة فتحة يمر من خلالها الضوء لإضاءة العينة. تحتوي المنصة عادةً على أذرع لحمل الشرائح (ألواح زجاجية مستطيلة ذات أبعاد نموذجية 25×75 مم، يتم تثبيت العينة عليها).

عند التكبيرات التي تزيد عن 100×، لا يكون تحريك الشريحة يدويًا أمرًا عمليًا. تسمح المرحلة الميكانيكية، النموذجية للمجاهر المتوسطة والأعلى سعرًا، بحركات صغيرة للشريحة عبر أزرار التحكم التي تعيد وضع العينة/الشريحة حسب الرغبة. إذا لم يكن المجهر يحتوي في الأصل على مرحلة ميكانيكية، فقد يكون من الممكن إضافة واحدة.

تتحرك جميع المراحل لأعلى ولأسفل من أجل التركيز. باستخدام المرحلة الميكانيكية، تتحرك الشرائح على محورين أفقيين لتحديد موضع العينة وفحص تفاصيل العينة.

يبدأ التركيز عند تكبير أقل من أجل تركيز العينة بواسطة المستخدم على المنصة. ويتطلب الانتقال إلى تكبير أعلى تحريك المنصة رأسيًا إلى أعلى لإعادة التركيز عند التكبير الأعلى وقد يتطلب أيضًا تعديلًا طفيفًا لموضع العينة الأفقي. وتعد تعديلات موضع العينة الأفقية هي السبب وراء وجود منصة ميكانيكية.

بسبب صعوبة تحضير العينات وتركيبها على الشرائح، فمن الأفضل للأطفال البدء بشرائح معدة مسبقًا ومتمركزة وسهلة التركيز بغض النظر عن مستوى التركيز المستخدم.

يمكن استخدام العديد من مصادر الضوء. في أبسط صورها، يتم توجيه ضوء النهار عبر مرآة . ومع ذلك، فإن معظم المجاهر لها مصدر ضوء قابل للتعديل والتحكم - غالبًا ما يكون مصباح هالوجين ، على الرغم من أن الإضاءة باستخدام مصابيح LED والليزر أصبحت أكثر شيوعًا. غالبًا ما يتم توفير إضاءة Köhler على الأجهزة الأكثر تكلفة.

المكثف عبارة عن عدسة مصممة لتركيز الضوء من مصدر الإضاءة على العينة. قد يتضمن المكثف أيضًا ميزات أخرى، مثل الحجاب الحاجز و/أو المرشحات ، لإدارة جودة وكثافة الإضاءة. بالنسبة لتقنيات الإضاءة مثل المجال المظلم وتباين الطور والمجهر التفاضلي للتباين بالتداخل ، يجب محاذاة المكونات البصرية الإضافية بدقة في مسار الضوء.

إن القوة الفعلية أو قوة التكبير للمجهر الضوئي المركب هي حاصل ضرب قوة العدسة العينية والعدسة الموضوعية. على سبيل المثال، فإن قوة تكبير العدسة العينية 10x وقوة تكبير العدسة الموضوعية 100x تعطي تكبيرًا إجماليًا قدره 1000x. يمكن للبيئات المعدلة مثل استخدام الزيت أو الأشعة فوق البنفسجية أن تزيد من الدقة وتسمح بتفاصيل واضحة عند تكبير أكبر من 1000x.

تتوفر العديد من التقنيات التي تعدل مسار الضوء لتوليد صورة تباين محسنة من العينة. تشمل التقنيات الرئيسية لتوليد تباين متزايد من العينة الضوء المستقطب المتقاطع والحقل المظلم وتباين الطور وإضاءة تباين التداخل التفاضلي . تجمع تقنية حديثة ( Sarfus ) بين الضوء المستقطب المتقاطع والشرائح المحسنة بالتباين المحدد لتصور العينات النانومترية.

• أربعة أمثلة لتقنيات الإضاءة الانتقالية المستخدمة لتوليد التباين في عينة من ورق المناديل . 1.559 ميكرومتر/بكسل.
• 
  إضاءة المجال الساطعة ، وتباين العينة يأتي من امتصاص الضوء في العينة.
• 
  إضاءة الضوء المستقطب المتقاطع ، يأتي تباين العينة من دوران الضوء المستقطب عبر العينة.
• 
  إضاءة المجال المظلم ، يأتي تباين العينة من الضوء المبعثر بواسطة العينة.
• 
  إضاءة التباين الطوري ، يأتي تباين العينة من تداخل أطوال مسارات الضوء المختلفة عبر العينة.

لا تسمح المجاهر الحديثة بمراقبة صورة الضوء المنقول لعينة فحسب؛ فهناك العديد من التقنيات التي يمكن استخدامها لاستخراج أنواع أخرى من البيانات. وتتطلب أغلب هذه التقنيات معدات إضافية بالإضافة إلى المجهر المركب الأساسي.

• الضوء المنعكس أو الضوء الساقط (لتحليل هياكل السطح)
• المجهر الفلوري، كلاهما:

• مجهر الفلورسنت
• المجهر البؤري

• التحليل الطيفي المجهري (حيث يتم دمج مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية مع المجهر الضوئي)
• المجهر فوق البنفسجي
• مجهر الأشعة تحت الحمراء القريبة
• المجهر متعدد النقل ^[29] لتعزيز التباين وتقليل الانحراف.
• الأتمتة (للمسح التلقائي لعينة كبيرة أو التقاط صورة)

يتم استخدام المجهر الضوئي على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات الدقيقة، والفيزياء النانوية، والتكنولوجيا الحيوية، والبحوث الدوائية، وعلم المعادن، وعلم الأحياء الدقيقة. ^[30]

يستخدم المجهر الضوئي في التشخيص الطبي ، ويطلق على هذا المجال علم الأمراض النسيجية عند التعامل مع الأنسجة، أو في اختبارات اللطاخة على الخلايا الحرة أو أجزاء الأنسجة.

في الاستخدام الصناعي، تعد المجاهر ثنائية العين شائعة. وبصرف النظر عن التطبيقات التي تحتاج إلى إدراك عمق حقيقي ، فإن استخدام العدسات العينية المزدوجة يقلل من إجهاد العين المرتبط بأيام العمل الطويلة في محطة المجهر. في تطبيقات معينة، تكون المجاهر طويلة المسافة أو طويلة التركيز مفيدة ^[31] . قد يلزم فحص العنصر خلف نافذة ، أو قد تشكل الأجسام الصناعية خطرًا على الهدف. تشبه هذه البصريات التلسكوبات ذات قدرات التركيز القريب. ^{[32] [33]}

تُستخدم المجاهر القياسية في القياس الدقيق. وهناك نوعان أساسيان. الأول به شبكية متدرجة للسماح بقياس المسافات في المستوى البؤري. ^[34] والنوع الآخر (والأقدم) به خطوط متقاطعة بسيطة وآلية ميكرومتر لتحريك الموضوع بالنسبة للمجهر. ^[35]

لقد وجدت المجاهر المحمولة الصغيرة جدًا بعض الاستخدامات في الأماكن التي قد يشكل فيها المجهر المختبري عبئًا. ^[36]

عند تكبيرات عالية جدًا للضوء المنقول، تُرى الأشياء النقطية كأقراص غامضة محاطة بحلقات حيود . تسمى هذه الأقراص الهوائية . تُعتبر قوة التمييز للمجهر هي القدرة على التمييز بين قرصين هوائيين متقاربين (أو بعبارة أخرى قدرة المجهر على الكشف عن التفاصيل الهيكلية المجاورة على أنها مميزة ومنفصلة). هذه التأثيرات للحيود هي التي تحد من القدرة على حل التفاصيل الدقيقة. يتأثر مدى وحجم أنماط الحيود بكل من طول موجة الضوء (λ) والمواد الانكسارية المستخدمة في تصنيع العدسة الموضوعية والفتحة العددية (NA) للعدسة الموضوعية. وبالتالي، يوجد حد محدود يستحيل بعده حل نقاط منفصلة في المجال الموضوعي، يُعرف باسم حد الحيود . بافتراض أن الانحرافات الضوئية في التركيب البصري بأكمله يمكن إهمالها، يمكن صياغة الدقة d على النحو التالي:

${\displaystyle d={\frac {\lambda }{2NA}}}$

عادة ما يُفترض طول موجي يبلغ 550 نانومتر، وهو ما يتوافق مع الضوء الأخضر . مع الهواء كوسيط خارجي، فإن أعلى قيمة عملية لـ NA هي 0.95، ومع الزيت، تصل إلى 1.5. في الممارسة العملية، أقل قيمة لـ d يمكن الحصول عليها باستخدام العدسات التقليدية هي حوالي 200 نانومتر. سمح نوع جديد من العدسات باستخدام التشتت المتعدد للضوء بتحسين الدقة إلى أقل من 100 نانومتر. ^[37]

تتوفر تقنيات متعددة للوصول إلى دقة أعلى من حد الضوء المنقول الموصوف أعلاه. كما أن تقنيات التصوير المجسم، كما وصفها كورجون وبولابوا في عام 1979، قادرة أيضًا على كسر حد الدقة هذا، على الرغم من أن الدقة كانت مقيدة في تحليلهما التجريبي. ^[38]

تتوفر تقنيات أخرى باستخدام العينات الفلورية. تشمل الأمثلة Vertico SMI ، والمجهر الضوئي الماسح للمجال القريب الذي يستخدم الموجات المتلاشية ، واستنفاد الانبعاثات المحفزة . في عام 2005، تم وصف المجهر القادر على اكتشاف جزيء واحد كأداة تعليمية. ^[39]

على الرغم من التقدم الكبير الذي تحقق في العقد الماضي، فإن التقنيات المستخدمة لتجاوز حد الحيود لا تزال محدودة ومتخصصة.

في حين تركز أغلب التقنيات على زيادة الدقة الجانبية، هناك أيضًا بعض التقنيات التي تهدف إلى السماح بتحليل عينات رقيقة للغاية. على سبيل المثال، تضع طرق سارفوس العينة الرقيقة على سطح يعزز التباين وبالتالي تسمح بتصور أفلام بسمك 0.3 نانومتر مباشرة.

في 8 أكتوبر 2014، مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء لإريك بيتزيج وويليام مورنر وستيفان هيل لتطوير المجهر الفلوري فائق الدقة . ^{[40] [41]}

SMI (المجهر الضوئي المعدل مكانيًا) هو عملية بصرية ضوئية لما يسمى هندسة دالة الانتشار النقطية (PSF). هذه هي العمليات التي تعدل دالة الانتشار النقطية للمجهر بطريقة مناسبة إما لزيادة الدقة البصرية، أو لتعظيم دقة قياسات المسافة للأجسام الفلورية الصغيرة نسبيًا بالنسبة لطول موجة الضوء المضيء، أو لاستخراج معلمات هيكلية أخرى في نطاق النانومتر. ^{[42] [43]}

SPDM (المجهر الطيفي الدقيق للمسافة)، تقنية المجهر الموضعي الأساسية هي عملية بصرية خفيفة للمجهر الفلوري والتي تسمح بقياس الموضع والمسافة والزاوية على الجسيمات "المعزولة بصريًا" (مثل الجزيئات) أقل بكثير من الحد النظري للدقة للمجهر الضوئي. تعني "المعزولة بصريًا" أنه في نقطة زمنية معينة، يتم تسجيل جسيم/جزيء واحد فقط داخل منطقة بحجم تحدده الدقة البصرية التقليدية (عادةً ما يكون قطرها حوالي 200-250 نانومتر). هذا ممكن عندما تحمل الجزيئات داخل هذه المنطقة علامات طيفية مختلفة (مثل ألوان مختلفة أو اختلافات أخرى قابلة للاستخدام في انبعاث الضوء من جسيمات مختلفة). ^{[44] [45] [46] [47]}

يمكن استخدام العديد من الأصباغ الفلورية القياسية مثل GFP وأصباغ Alexa وأصباغ Atto وجزيئات Cy2/Cy3 والفلوريسين في المجهر الموضعي، بشرط وجود ظروف فيزيائية ضوئية معينة. باستخدام تقنية SPDMphymod (الفلوروفور القابل للتعديل فيزيائيًا) هذه، يكون طول موجة ليزر واحد بكثافة مناسبة كافيًا للتصوير النانوي. ^[48]

يمكن تحقيق المجهر الفائق الدقة ثلاثي الأبعاد باستخدام الصبغات الفلورية القياسية من خلال الجمع بين المجهر الموضعي للصبغات الفلورية القياسية SPDMphymod والإضاءة المنظمة SMI. ^[49]

إن استنفاد الانبعاثات المحفزة هو مثال بسيط لكيفية إمكانية تجاوز الدقة العالية لحد الحيود، ولكن له قيود كبيرة. STED هي تقنية مجهرية فلورية تستخدم مزيجًا من نبضات الضوء لتحريض الفلورسنت في مجموعة فرعية صغيرة من الجزيئات الفلورية في العينة. ينتج كل جزيء بقعة ضوء محدودة بالحيود في الصورة، ويتوافق مركز كل من هذه البقع مع موقع الجزيء. نظرًا لأن عدد الجزيئات الفلورية منخفض، فمن غير المرجح أن تتداخل بقع الضوء وبالتالي يمكن وضعها بدقة. ثم تتكرر هذه العملية عدة مرات لتوليد الصورة. حصل ستيفان هيل من معهد ماكس بلانك للكيمياء الحيوية الفيزيائية على جائزة المستقبل الألمانية العاشرة في عام 2006 وجائزة نوبل في الكيمياء في عام 2014 لتطويره لمجهر STED والمنهجيات المرتبطة به. ^[50]

من أجل التغلب على القيود التي يفرضها حد حيود الضوء المرئي، تم تصميم مجاهر أخرى تستخدم موجات أخرى.

• مجهر القوة الذرية
• المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)
• مجهر المسح الأيوني الموصل (SICM)
• مجهر المسح النفقي (STM)
• المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)
• مجهر الأشعة فوق البنفسجية
• مجهر الأشعة السينية

من المهم ملاحظة أن الموجات ذات التردد العالي لها تفاعل محدود مع المادة، على سبيل المثال، الأنسجة الرخوة شفافة نسبيًا للأشعة السينية مما يؤدي إلى مصادر مميزة للتباين وتطبيقات مستهدفة مختلفة.

إن استخدام الإلكترونات والأشعة السينية بدلاً من الضوء يسمح بدقة أعلى بكثير - الطول الموجي للإشعاع أقصر وبالتالي يكون حد الانعراج أقل. ولجعل مسبار الطول الموجي القصير غير مدمر، تم اقتراح نظام التصوير بالحزمة الذرية ( نانومسكوب ذري ) ومناقشته على نطاق واسع في الأدبيات، لكنه ليس قادرًا بعد على المنافسة مع أنظمة التصوير التقليدية.

تعد مجسات المسح النفقي والمجهر الذري من تقنيات المجسات المسحية التي تستخدم مجسات صغيرة يتم مسحها فوق سطح العينة. في هذه الحالات، تكون الدقة محدودة بحجم المجس؛ ويمكن لتقنيات التصنيع الدقيق إنتاج مجسات بنصف قطر طرف يتراوح بين 5 إلى 10 نانومتر.

بالإضافة إلى ذلك، تستخدم طرق مثل المجهر الإلكتروني أو الأشعة السينية الفراغ أو الفراغ الجزئي، مما يحد من استخدامها للعينات الحية والبيولوجية (باستثناء المجهر الإلكتروني الماسح البيئي ). كما تحد حجرات العينات اللازمة لجميع هذه الأدوات من حجم العينة، كما أن معالجة العينة أكثر صعوبة. لا يمكن رؤية اللون في الصور التي تم التقاطها بهذه الطرق، وبالتالي يتم فقد بعض المعلومات. ومع ذلك، فهي ضرورية عند التحقيق في التأثيرات الجزيئية أو الذرية، مثل التصلب العمري في سبائك الألومنيوم ، أو البنية الدقيقة للبوليمرات .

• فان هيلدن، ألبرت؛ دوبري، سفين. فان جينت، روب (2011). أصول التلسكوب . مطبعة جامعة أمستردام. رقم ISBN 978-9069846156.

• "إعداد العينات المعدنية والمادية، المجهر الضوئي، تحليل الصور واختبار الصلابة"، كاي جيلز بالتعاون مع شركة سترورز إيه/إس، ASTM الدولية 2006.
• "المجهر الضوئي: ثورة معاصرة مستمرة"، سيغفريد فايزنبرجر ووحيد ساندوغدار، arXiv:1412.3255 2014.

• المجاهر القديمة والأدوات العلمية موقع عن المجاهر القديمة وملحقاتها وتاريخها
• Antique Microscopes.com مجموعة من المجاهر القديمة
• المجاهر التاريخية، مجموعة مصورة تضم أكثر من 3000 صورة للمجاهر العلمية من صنع صناع أوروبيين (بالألمانية)
• مجموعة جولوب، مجموعة من المجاهر التي يعود تاريخها إلى القرن السابع عشر وحتى القرن التاسع عشر، بما في ذلك الأوصاف الموسعة
• التعبيرات الجزيئية، المفاهيم في المجهر الضوئي
• دورة تدريبية عبر الإنترنت حول المجهر الضوئي العملي في جامعة كامبريدج
• أوبن ويت وير
• قاعدة بيانات مركزية للخلايا