Optički sustav mikroskopa. Kako izračunati povećanje teleskopa

Ø Generalni principi stvaranje slike.

Prema Abbeovoj difrakcijskoj teoriji formiranja slike, potpuna slika objekta, reproducirana pomoću mikroskopa, dobiva se preklapanjem dviju slika koje nastaju zbog fenomena difrakcije (primarna slika) i interferencije (sekundarna slika) svjetlosnog toka. prolazeći kroz objekt. Princip rada mikroskopa je jednostavan: snop svjetlosnih zraka usmjerava se sabirnom lećom kroz uzorak, a dobivena slika se zatim povećava pomoću leća.

Razmotrite načelo stvaranja slike detaljnije. Objekt (preparat) se postavlja na predmetno staklo. Kondenzator koncentrira na objekt zraku svjetlosti reflektiranu od zrcala. Izvor svjetlosti u mikroskopu najčešće je poseban iluminator; ponekad ogledalo usmjerava normalno dnevno svjetlo na predmet. Dijafragme - polje i otvor blende ograničavaju svjetlosni snop i smanjuju udio raspršene svjetlosti u njemu koja pada na preparat "sa strane" i ne sudjeluje u formiranju slike.

Izgled slike preparata u mikroskopu može se opisati osnovnim (iako najjednostavnijim) terminima u okviru geometrijske optike. Zrake svjetlosti koje izlaze iz predmeta, lomljene u leći, stvaraju obrnutu i uvećanu stvarnu sliku – optičku sliku predmeta. Ova slika se gleda kroz okular. Kod vizualnog promatranja mikroskop je fokusiran tako da je optička slika neposredno iza prednjeg fokusa okulara. Pod tim uvjetima, okular radi poput povećala: dajući dodatno povećanje, formira virtualnu sliku (još uvijek okrenutu); prolazeći kroz optički medij oka promatrača, zrake iz zamišljene slike stvaraju stvarnu sliku predmeta na mrežnici oka. Obično se virtualna slika nalazi na udaljenosti najboljeg vida od oka.

Ø Numerička (numerička) apertura i rezolucija.

Numerički otvor leće (A) umnožak je sinusa polovice otvora blende i indeksa loma medija između predmeta i leće: A \u003d n x sin α, gdje
n je indeks loma medija koji se nalazi između objekta promatranja i leće,
α - polovica kuta svjetlosnog snopa koji dolazi iz točke i ulazi u leću. Numerička apertura definira seriju najvažnija svojstva mikroskop: svjetlina slike, sposobnost "prodiranja" i "prikazivanja", tj. stupanj sličnosti slike s predmetom. Što je veći numerički otvor, objektiv može reproducirati finije detalje.

Razlučivost je sposobnost oka ili optičkog instrumenta da razlikuje najmanju udaljenost između slika dviju susjednih točaka (linija) koje se razlikuju kao dvije pojedinačne slike. Drugim riječima, ako dvije međusobno udaljene točke približimo, tada će se nakon dostizanja određene kritične udaljenosti spojiti i percipirati kao jedna. Rezolucija (rezolucija0 je najmanja udaljenost na kojoj se dvije obližnje točke objekta još uvijek percipiraju odvojeno.

Na primjer, golo ljudsko oko ima razlučivost od oko 1/10 mm, ili 100 mikrona. To znači da ako osoba gleda dvije linije udaljene manje od 100 mikrona, one se spajaju u jednu.

d = (0,61λ)/(nxsinα)

Dakle, rezolucija ovisi o valnoj duljini svjetlosti, indeksu loma medija. Osim toga, razlučivost ima ograničenje zbog valnih svojstava svjetlosti. Prema opći obrazac, promatrajući objekt u bilo kojem zračenju valne duljine l, nemoguće je razlikovati elemente objekta razdvojene udaljenostima puno manjim od l. Taj se obrazac očituje i u mikroskopu, a njegov kvantitativni izraz je nešto drugačiji za samosvjetleće i nesvjetleće objekte.

Ø Povećanje mikroskopa.

Povećanje mikroskopa treba shvatiti kao omjer veličine slike lijeka na mrežnici, nastale gledanjem kroz mikroskop, prema veličini istog lijeka, dobivenog na mrežnici gledanom golim okom. Ukupno povećanje mikroskopa proizvod je povećanja objektiva i povećanja okulara. Ako se između njih nalazi jedan ili više sustava povećala, tada je ukupno povećanje mikroskopa jednako umnošku povećanja svih optičkih sustava, uključujući srednje: objektiv, okular, binokularni dodatak, veleprodajni ili projekcijski sustav: G m =  o6 x G ok x ql x q2 x ... , gdje je GM ukupno povećanje mikroskopa;  oko - povećanje leće; Gok - povećanje okulara; ql, q2 ... - povećanje dodatnih sustava. Na primjer, u domaćim mikroskopima BIOLAM R-11, S-11, monokularni dodatak nema povećanje, stoga će ukupno povećanje mikroskopa s objektivom od 90x i okularom od 10x biti: 90 x 10 = 900 x R -15, BIOLAM I, ima vlastito povećanje od 1,5x. Stoga će ukupno povećanje mikroskopa u ovom slučaju biti: 90x10x1,5 = 1350x. Povećanje mikroskopa može doseći 2000x.

Ø Korisno povećanje mikroskopa.

Korisno povećanje je ono prividno povećanje pri kojem će oko promatrača u potpunosti iskoristiti razlučivost mikroskopa, odnosno razlučivost mikroskopa biti će jednaka razlučivosti oka. Korisno povećanje mikroskopa ne smije biti veće od 1000 numeričkih otvora objektiva i ne manje od 500:500A rev.<Г м < 1000 А об, где Аоб - числовая апертура объектива. Например, для объектива 90x1,25 полезное увеличение микроскопа лежит в диапазоне 625х-1250х. При большем увеличении изображение становится нечетким и малоконтрастным, с пониженной разрешающей способностью; при меньшем увеличении - изображение объекта, несмотря на четкость и повышенный контраст, становится настолько мелким, что элементы объекта практически неразличимы.

Primjer izračuna korisnog povećanja i odabira optike ako je potrebno odabrati okular. Objektiv 90x1,25 MI; binokularni nastavak AU-12, koji ima vlastito povećanje od 1,5x, numerička apertura objektiva - A o6 = = 1,25.
Donja granica povećanja mikroskopa treba biti: 500x1,25 = 625.
Gornja granica povećanja mikroskopa treba biti: 1000x1,25= 1250.
Ukupno povećanje leće i dvoglednog nastavka: 90x 1,5 = 135.
Tako će minimalno povećanje okulara biti: 625: 135 = 4,6x, a maksimalno povećanje - 1250: 135 = 9,2 x.

Tako se u optičkom mikroskopu razlučuju objekti veličine najmanje 0,2 - 0,3 mikrona. Da bi ti predmeti bili vidljivi i okom, povećanje K m mikroskopa ne smije biti manja od vrijednosti određene omjerom granica rezolucije Z oči i mikroskop Z m : K m \u003d Z hl / Z m , zamjenjujući vrijednost u ovu formulu Z , dobivamo K m = 2A Z ch / l .

Z oči(na udaljenosti najboljeg vida) u rasponu 2 - 4 je od 140 do 280 mikrona. Zamjenom njih, kao i l = 0,555 µm, u formulu, nalazimo raspon vrijednosti za korisno povećanje mikroskopa: 500A< K м < 1000А . Ta se povećanja nazivaju korisnima, jer. kod njih oko razlikuje sve elemente strukture predmeta koji su razlučivi pod mikroskopom. Zamjenom numeričke aperture sustava uljne imerzije (n = 1,43) u formulu, dobivamo sljedeću nejednakost za korisna povećanja takvog mikroskopa: 700 < K м < 1400 .

Specijalne mikroskopske tehnike:

mjerenje veličine malih predmeta,

mikroprojekcija, mikrofotografija,

metoda faznog kontrasta,

metoda tamnog polja (ultramikroskopija).

1. Mjerenje malih predmeta .

Određivanje veličine mikroskopskog predmeta vrši se pomoću ljestvica postavljenih na staklenu ploču, a nazivaju se okularni i objektivni mikrometri.

Okularni mikrometar postavljen je između leća okulara tako da njegova skala bude u ravnini međuslike koju tvori leća.Istovremeno se slika skale promatra u okularu, kombinirana sa slikom okulara. mikroskopirani predmet. S obzirom na vrijednost podjele mikrometarske ljestvice, možete odrediti veličinu ove slike koju daje leća, a dijeljenjem dobivenih podataka s poznatim povećanjem leće K oko - stvarne dimenzije objekta.

Ako podjela okularnog mikrometra nije poznata, tada se može odrediti pomoću objektivnog mikrometra s poznatom podjelom (obično 0,01 mm). Objektni mikrometar postavlja se na mjesto preparata i u okularu se promatra kombinirana slika obiju ljestvica.

2. Mikroprojekcija i mikrofotografija .

Imaginarna priroda slike u mikroskopu posljedica je činjenice da se srednja stvarna slika koju formira objektiv nalazi bliže prednjem fokusu okulara. Ako se ovaj uvjet prekrši, na primjer, okretanjem okulara tako da slika koju stvara leća bude dalje od žarišne duljine okulara, tada će potonji proizvesti stvarnu sliku koja se može projicirati na ekran ili fotografski film. Metoda promatranja stvarne slike predmeta na ekranu naziva se mikroprojekcija. Obično se mikroskop postavlja vodoravno i predmet se osvjetljava jakim izvorom svjetlosti.

Fotografiranje tako dobivene stvarne slike naziva se mikrofotografija. Obično se koristi poseban foto dodatak za mikroskop, a to je kamera koja se stavlja na očni kraj mikroskopske cijevi.

3. Metoda faznog kontrasta .

Metoda se koristi za promatranje objekata niskog kontrasta; temelji se na korištenju fazne razlike, koja nastaje kada svjetlost prolazi kroz različite strukture predmeta koji se proučava.

4. Metoda tamnog polja (ultramikroskopija).

To je metoda mikroskopiranja nefiksiranih i neobojanih predmeta. Promatranje takvih objekata u propusnom svjetlu ne daje željene rezultate zbog nedostatka kontrasta između elemenata strukture objekta, kao i između objekta i okoline. U tim se slučajevima koristi metoda promatranja tamnog polja, koja se provodi pomoću posebnog kondenzatora u konvencionalnom biološkom mikroskopu.

Oko promatrača će moći percipirati dvije točke kao odvojene ako kutna udaljenost između njih nije manja od kutne granice rezolucije oka. Da bi promatračevo oko u potpunosti iskoristilo rezoluciju mikroskopa, potrebno je imati odgovarajuće prividno povećanje.

Korisno povećanje je prividno povećanje pri kojem će oko promatrača u potpunosti iskoristiti moć razlučivosti mikroskopa, tj. moć razlučivosti mikroskopa bit će jednaka moći razlučivosti oka.

Ako su dvije točke u prednjoj žarišnoj ravnini mikroskopa udaljene 𝜎 jedna od druge, tada je kutna udaljenost između slika tih točaka. Iz izraza (6.11) i (6.8) može se izvesti prividno povećanje mikroskopa:

Budući da je tipična izlazna zjenica mikroskopa oko 0,5-1 mm, granica kutne rezolucije oka je 2" - 4". Ako uzmemo prosječnu valnu duljinu u vidljivom području spektra (0,5 μm), tada za korisno povećanje mikroskopa možemo izvesti ovisnost:

Mikroskop s vidljivim povećanjem manjim od 500A ne dopušta oku da razlikuje sve suptilnosti strukture objekta, koje ova leća prikazuje kao zasebne (<). Использование видимого увеличения больше 1000А нецелесообразно, так как разрешающая способность объектива не позволяет полностью использовать разрешающую способность глаза (>).

Kraj posla -

Ova tema pripada:

Uvod u specijalnost

Savezna državna proračunska obrazovna ustanova... visokog stručnog obrazovanja... Državno sveučilište u Tuli...

Ako trebate dodatne materijale o ovoj temi ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučamo pretraživanje naše baze radova:

Što ćemo učiniti s primljenim materijalom:

Ako se ovaj materijal pokazao korisnim za vas, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:

Sve teme u ovom odjeljku:

Po disciplini
"Uvod u specijalnost" Smjer izobrazbe: 200400 "Optičko inženjerstvo" Profil izobrazbe: "Optičko-elektronička

Povijest razvoja optike.
Optika je proučavanje prirode svjetlosti, svjetlosnih pojava i interakcije svjetlosti s materijom. I gotovo sva njegova povijest je povijest potrage za odgovorom: što je svjetlost? Jedna od prvih teorija svjetlosti – teo

Područje profesionalne djelatnosti
Područje stručne djelatnosti prvostupnika smjera izobrazbe 200400 profila izobrazbe "Optičko-elektronički uređaji i sustavi" je istraživanje, razvoj, priprema i

Glavni tečajevi predavanja su kratak opis. Organizacija treninga.
Osnovni tečajevi predavanja. Mehanika Znanost o materijalima i tehnologija konstrukcijskih materijala

Građa oka
Slika 2.1. prikazan je presjek očne jabučice i prikazani su glavni detalji oka. Oko je kuglasto tijelo (očna jabučica), gotovo potpuno prekriveno neprozirnim

Smještaj
Akomodacija je sposobnost oka da se prilagodi jasnom razlikovanju objekata koji se nalaze na različitim udaljenostima od oka. Akomodacija nastaje promjenom zakrivljenosti površine

Građa mrežnice
Mrežnica je složen splet živčanih stanica i živčanih vlakana koja međusobno povezuju živčane stanice i povezuju oko s moždanom korom. Glavni fotoosjetljivi elementi

Spektralna osjetljivost
Optički uređaji koji rade u sprezi s okom bave se onim dijelom toka zračenja koji utječe na oko. Obuhvaća vidljivo područje spektra u rasponu valnih duljina 380 - 780 nm

Prilagodba
Prilagodba oka na promjenjive svjetlosne uvjete naziva se adaptacija. Razlikovati adaptaciju na tamu i svjetlost. Adaptacija na tamu događa se tijekom prijelaza iz velikih svijetlih

Vidno polje oka
Ukupno vidno polje oka je enormno, veće nego kod bilo kojeg drugog optičkog uređaja (125° okomito i 150° vodoravno), ali u stvarnosti, za jasno razlikovanje,

Granica rezolucije oka
U svakom optičkom sustavu postoji konačna granica jasnoće detalja. Za dizajnere optike od velikog je interesa vrijednost donje granice razlučivosti oka dvaju susjednih t

Vizualni nedostaci i njihova korekcija
Ako je udaljena točka oka beskonačno udaljena, tada se takvo oko naziva normalnim ili emmetropnim. U isto vrijeme, oko dobro razlikuje objekte i daleko i blizu. To znači da optički aparat

Kratkovidnost
Postoje dva razloga za kratkovidnost. Prva je produžena očna jabučica s normalnom lomnom snagom oka. Drugi razlog je prevelika optička snaga optičkog sustava oka (više od 60 di

dalekovidost
Dalekovidnost je uzrokovana slabom optičkom snagom optičkog sustava oka za određenu duljinu očne jabučice (bilo kratko oko s normalnom optičkom snagom, ili mala optička snaga oka s

Astigmatizam
Uzrok astigmatizma leži ili u nepravilnom, ne-sferičnom obliku rožnice (u različitim dijelovima oka koji prolaze kroz os, polumjeri zakrivljenosti nisu isti), ili u necentričnoj u odnosu na optičku

Optički sustav
Optički sustav - skup optičkih medija odvojenih optičkim površinama koji sadrže dijafragme. Optički sustav je dizajniran za formiranje slike pomoću redistribucije

Karakteristike predmeta i slike
Objekt je skup točaka iz kojih izlaze zrake koje ulaze u optički sustav. Sav mogući skup točaka tvori prostor objekata. Optički sustav dijeli sve str

Karakteristike zjenice
Ne prolaze sve zrake koje dolaze od predmeta kroz optički sustav. Ograničenje veličine snopova zraka rezultat je zajedničkog djelovanja svih otvora dostupnih u optičkom sustavu. Međutim, mo

Spektralne karakteristike
Spektralne karakteristike potrebne su za usklađivanje raspona valnih duljina koje objekt emitira i u kojima se formira slika. Obično se svi proračuni putanje zraka u optičkom sustavu rade za

Prijenosne karakteristike
Karakteristike prijenosa pokazuju kako uređaj pretvara objekt u sliku. Djelovanje optičkog sustava na zračenje koje izlazi iz objekta svodi se prvenstveno na transformaciju

Karakteristike prijenosa ljestvice
Karakteristike prijenosa mjerila opisuju prijenos veličine i oblika objekta pomoću optičkog sustava, odnosno transformaciju koordinata na objektu u koordinate na slici. Generalizirano

Karakteristike prijenosa energije
Karakteristike prijenosa energije opisuju prijenos energije objekta putem uređaja. Budući da sve zrake koje izlaze iz predmeta ne prolaze kroz optički sustav i budući da u samom optičkom sustavu

Karakteristike strukturnog prijenosa
Uređaji za snimanje slika s istim povećanjem i svjetlinom mogu proizvesti slike različite kvalitete u smislu prenošenja fine strukture objekta (više ili manje oštre, s više ili manje

Fotoaparati
Kamera je možda najčešći optički rastanak. Danas gotovo svi imaju fotoaparat. Štoviše, moderni kompaktni fotoaparati tako su jednostavni za korištenje.

Relativni otvor blende fotografskog objektiva
Relativni otvor blende je apsolutna vrijednost omjera promjera granice otvora blende i stražnje žarišne duljine leće: (4.3) Budući da je izračunata vrijednost

Dubina polja fotografskog objektiva
Budući da sve leće imaju aberacije, jedna točka objekta uvijek će se pojaviti kao krug zabune. No, kad se slika gleda okom, to se ne primjećuje, budući da je rezolucija

Široki kut (kratki domet)
Za širokokutne leće žarišna duljina manje od dijagonale okvira. Širokokutne objektive karakterizira kratka žarišna duljina u rasponu od približno mm. Vidno polje takvih

Uskokutni (dugi fokus)
Uskokutne leće imaju žarišnu duljinu veću od dijagonale okvira, a vidno polje manje od 40°. Žarišna duljina takvih leća je veća od 50 mm. Obično se kao dugi fokus koriste oko

Zoom objektivi
Objektivi s promjenjivom žarišnom duljinom (ZOOM-objektivi) omogućuju snimanje slika različitih razmjera na konstantnoj udaljenosti od objekta. Na primjer, korištenje objektiva s rasponom

Fokusni sustavi
U stvaranju kvalitetnih slika jednu od najvažnijih funkcija ima sustav fokusiranja fotoaparata, odnosno proces fokusiranja. U najjednostavnijim kamerama to se ne provodi

izlaganje
Ekspozicija je količina svjetlosti koja pada na fotografiju:< экспозиция > = < интенсивность света > ∙ < время воздействия >. Kontrola intenziteta svjetla

Značajke digitalnih fotoaparata
NA novije vrijeme digitalni fotoaparati postaju sve popularniji. Za razliku od filma, digitalne kamere Prijemnik slike je CCD (Charge Coupled Device)

Teleskopski sustav
Teleskopski sustav - optički sustav pomoću kojeg možete vidjeti uvećanu sliku udaljenog objekta. Ovi instrumenti uključuju dalekozore, spektile,

Vidljivo povećanje teleskopskog sustava
Prividno povećanje teleskopskog sustava može se izraziti u smislu omjera žarišne duljine objektiva i žarišne duljine okulara: Ako je prividno povećanje pozitivno

Promjeri ulazne i izlazne zjenice teleskopskog sustava
Promjer izlazne zjenice određen je zjenicom oka: . (5.3) Pri promatranju predmeta kroz teleskopski instrument, oko mora biti smješteno u ravnini izlazne zjenice, zatim uteg

Vidljivo lupa povećanje
Prema definiciji, prividno povećanje povećala izračunava se kao omjer tangensa kuta pod kojim se predmet vidi kroz povećalo i tangensa kuta pod kojim se predmet promatra golim okom s

Vidno polje povećala
Na sl. 6.3 prikazuje povećalo promjera Dn. Zjenica oka promatrača promjera Dra nalazi se na udaljenosti S "od povećala. Veličina polja 2a" u prostoru slike određena je

Mikroskop
Mikroskop je dizajniran za promatranje malih predmeta s velikim povećanjem i većom razlučivosti nego što to daje povećalo. Optički sustav mikroskopa sastoji se od dva dijela: objektiva i leće.

Povećanje mikroskopa
Djelovanje mikroleće karakterizira njezino linearno povećanje: gdje je žarišna duljina mikroleće, Δ udaljenost između stražnjeg fokusa leće i re

Rezolucija mikroskopa
Jedan od najvažnije karakteristike mikroskop je njegova moć razlučivanja. Prema Abbeovoj teoriji difrakcije, linearna granica rezolucije mikroskopa, odnosno minimalna udaljenost između točaka

Metode promatranja
Obično predmeti koji se ispituju pod mikroskopom sami po sebi ne svijetle i stoga im je potrebno dodatno osvjetljenje. U mnogim slučajevima predmeti o kojima je riječ su tanke kriške prozirne

metoda svijetlog polja
Metoda svijetlog polja u propusnom svjetlu koristi se u proučavanju prozirnih preparata u kojima različiti dijelovi strukture različito apsorbiraju svjetlost (tanki obojeni dijelovi životinja i rastućih

Metoda tamnog polja
Metoda tamnog polja u propusnom svjetlu koristi se u biologiji, koloidnoj kemiji, mineralogiji i drugim područjima za dobivanje slika koje su prozirne, neupijajuće i stoga nisu vidljive tijekom promatranja.

Metoda istraživanja u polariziranim zrakama
Metoda istraživanja u polariziranim zrakama koristi se u propuštenoj i reflektiranoj svjetlosti za tzv. anizotropne objekte s dvolomom ili refleksijom. Takvi objekti

Metoda faznog kontrasta
Metoda faznog kontrasta omogućuje dobivanje kontrastne slike prozirni i bezbojni predmeti. Takvi predmeti uključuju, na primjer, neobojane biološke pripravke, nebiljne

Svjetlosni mikroskopi
Biološki mikroskopi (serije MULTISCOPE™, LABOROSCOPE™, INVERTOSCOPE™ proizvođača LOMO) su najuniverzalniji, a time i najrasprostranjeniji. Suvremeni biološki mikro

Elektronski mikroskopi
Elektronski mikroskop izgrađen na istom principu dobivanja slike kao optički, ali umjesto vidljivo svjetlo koristi se elektronskim snopom. Uloga leća u elektronskom mikroskopu

Skenirajući mikroskopi
Skenirajući mikroskopi temelje se na drugačijem principu snimanja koji nadilazi difrakcijsko ograničenje rezolucije. Načelo rada takvih mikroskopa temelji se na skeniranju

Sustavi rasvjete
Sustav rasvjete je uređaj dizajniran za osvjetljavanje nesvjetlećih objekata. U većini slučajeva nemoguće je osigurati potrebnu osvijetljenost objekta i njegovu uniformu

Kondenzator
Ako je osvijetljeni objekt na konačnoj udaljenosti, tada se za njegovo osvjetljavanje koristi kondenzator. Postoje dvije opcije za optičku shemu kondenzatora. U prvoj shemi optički sustav pr

Optički sustavi osvjetljenja
Optički sustavi rasvjete mogu poboljšati kvalitetu rasvjete, koristiti najviše izvor svjetlosti i osigurati ravnomjernije osvjetljenje predmeta. Glavni elementi

reflektor
Reflektor je optički sustav koji koncentrira svjetlosni tok izvora svjetlosti u uski snop za osvjetljavanje udaljenih objekata ili za prijenos signala na velike udaljenosti(Slika 7.7).

Sustavi rasvjete za projekcijske uređaje
Uređaji za projekciju dizajnirani su za dobivanje slika objekata potrebne razmjere na ekranu. Glavni uređaji projektora su rasvjeta, koja pruža jednoliku i intenzivnu rasvjetu

Sustavi osvjetljenja mikroskopa
Budući da većina predmeta koji se ispituju mikroskopom nisu samosvjetleći, za rad s njima potrebni su dodatni izvori svjetlosti. Sustav osvjetljenja mikroskopa trebao bi osigurati

2. Optički sustav mikroskopa.

3. Povećanje mikroskopa.

4. Ograničenje dopuštenja. Rezolucija mikroskopa.

5. Korisno povećanje mikroskopa.

6. Posebne tehnike mikroskopiranja.

7. Osnovni pojmovi i formule.

8. Zadaci.

Sposobnost oka da razlikuje fine detalje predmeta ovisi o veličini slike na mrežnici ili o kutu gledanja. Za povećanje kuta gledanja koriste se posebni optički uređaji.

25.1. povećalo

najjednostavniji optički instrument za povećanje vidnog kuta koristi se povećalo, koje je kratkofokusna konvergentna leća (f = 1-10 cm).

Predmet o kojem je riječ nalazi se između povećala i njegove prednje strane usredotočenost na način da je njegova imaginarna slika unutar akomodacije za dano oko. Obično se koriste ravnine dalekog ili bliskog smještaja. Potonji je slučaj poželjniji, jer se oko ne umara (prstenasti mišić nije napet).

Usporedimo kutove gledanja pod kojima se objekt vidi, smatra "goli" normalan okom i s povećalom. Proračuni se izvode za slučaj kada se imaginarna slika objekta dobije u beskonačnosti (krajnja granica akomodacije).

Pri ispitivanju objekta golim okom (slika 25.1, a), da bi se dobio maksimalni kut gledanja, predmet se mora postaviti na udaljenost najboljeg vida a 0. Kut gledanja, pod kojim se objekt vidi u ovom slučaju, jednak je β \u003d B / a 0 (B je veličina objekta).

Pri ispitivanju predmeta s povećalom (slika 25.1, b), on se postavlja u prednju žarišnu ravninu povećala. U ovom slučaju, oko vidi imaginarnu sliku objekta B "koji se nalazi u beskonačno udaljenoj ravnini. Kut gledanja pod kojim se slika vidi jednak je β" ≈ V / f.

Riža. 25.1. Kutovi gledanja: a- golim okom; b- pomoću povećala: f - žarišna duljina povećala; N - čvorna točka oka

Povećalo- omjer kuta gledanjaβ", pod kojim možete vidjeti sliku predmeta u povećalu, do kuta gledanjaβ, ispod koje je predmet vidljiv "golim" normalnim okom iz daljine najboljeg vida:

Povećanje povećala za kratkovidno i dalekovidno oko je različito, jer imaju različite udaljenosti najboljeg vida.

Dajemo bez izvođenja formulu za povećanje koje daje povećalo koje koristi kratkovidno ili dalekovidno oko kada oblikuje sliku u ravnini daleke akomodacije:

gdje je a krajnja granica akomodacije.

Formula (25.1) sugerira da se smanjenjem žarišne duljine povećala može postići proizvoljno veliko povećanje. U biti jest. Međutim, kod smanjenja žarišne duljine povećala i zadržavanja njegove veličine nastaju takve aberacije koje poništavaju cjelokupni učinak povećanja. Stoga povećala s jednom lećom obično imaju povećanje od 5-7x.

Za smanjenje aberacija izrađuju se složena povećala koja se sastoje od dvije ili tri leće. U ovom slučaju moguće je postići povećanje od 50 puta.

25.2. Optički sustav mikroskopa

Veće povećanje može se postići ispitivanjem povećalom stvarne slike predmeta stvorene drugom lećom ili sustavom leća. Takav optički uređaj implementiran je u mikroskop. Povećalo se u ovom slučaju zove okular, a druga leća leće. Put zraka u mikroskopu prikazan je na sl. 25.2.

Objekt B postavljen je blizu prednjeg fokusa leće (F rev) tako da je njegova stvarna, uvećana slika B "između okulara i njegovog prednjeg fokusa. Kada

Riža. 25.2. Put zraka u mikroskopu.

U tom slučaju okular daje virtualnu uvećanu sliku B", koju oko pregledava.

Promjenom udaljenosti između predmeta i leće, slika B "nalazi se u ravnini daleke akomodacije oka (u ovom slučaju oko se ne umara). Za osobu s normalnim vidom B" se nalazi u žarišnoj ravnini okulara, a B" se dobiva u beskonačnosti.

25.3. Povećanje mikroskopa

Glavna karakteristika mikroskopa je njegov kut povećati. Ovaj koncept je analogan kutnom povećanju povećala.

Povećanje mikroskopa- omjer kuta gledanjaβ", ispod koje možete vidjeti sliku predmeta u okular, na kut gledanjaβ, ispod koje je predmet vidljiv "golim" okom iz daljine najboljeg vida (a 0):

25.4. Ograničenje dopuštenja. Rezolucija mikroskopa

Može se steći dojam da se povećanjem optičke duljine cijevi može postići proizvoljno veliko povećanje i stoga razmotriti najsitnije detalje predmeta.

Međutim, uzimanje u obzir valnih svojstava svjetlosti pokazuje da dimenzije male dijelove, koji se može razlikovati mikroskopom, postoje ograničenja povezana s difrakcija svjetlost koja prolazi kroz otvor leće. Zbog difrakcije slika osvijetljene točke nije točka, već mali svijetli krug. Ako su razmatrani detalji (točke) objekta dovoljno udaljeni, tada će leća dati svoje slike u obliku dva odvojena kruga i oni se mogu razlikovati (Sl. 25.3, a). Najmanja udaljenost između točaka koje se mogu razlikovati odgovara "dodiru" krugova (Sl. 25.3, b). Ako su točke vrlo blizu, tada se "krugovi" koji im odgovaraju preklapaju i percipiraju se kao jedan objekt (Sl. 25.3, c).

Riža. 25.3. Rezolucija

Glavna karakteristika koja pokazuje mogućnosti mikroskopa u tom smislu je ograničenje dopuštenja.

Granica razlučivosti mikroskop (Z) - najmanja udaljenost između dviju točaka predmeta na kojoj se one mogu razlikovati kao zasebni objekti (tj. u mikroskopu se opažaju kao dvije točke).

Naziva se recipročna vrijednost granice rezolucije moć razlučivanja.Što je manja granica razlučivosti, veća je razlučivost.

Teorijska granica razlučivosti mikroskopa ovisi o valnoj duljini svjetlosti koja se koristi za osvjetljavanje i kutni otvor leće.

Kutni otvor(u) - kut između krajnjih zraka svjetlosnog snopa koji iz predmeta ulazi u leću objektiva.

Naznačimo bez izvođenja formulu za granicu rezolucije mikroskopa u zraku:

gdje λ je valna duljina svjetlosti koja osvjetljava predmet.

Moderni mikroskopi imaju kutni otvor do 140°. Ako prihvati λ = 0,555 µm, tada dobivamo vrijednost Z = 0,3 µm za granicu rezolucije.

25.5. Korisno povećanje mikroskopa

Otkrijmo koliko bi trebalo biti veliko povećanje mikroskopa za danu granicu rezolucije njegovog objektiva. Uzmimo u obzir da oko ima svoju granicu razlučivosti zbog strukture mrežnice. U predavanju 24 dobili smo sljedeća procjena za granica rezolucije oka: Z GL = 145-290 um. Da bi oko moglo razlikovati iste točke koje mikroskop izdvaja, potrebno je povećanje.

Ovo povećanje se zove korisno povećanje.

Imajte na umu da kada koristite mikroskop za fotografiranje objekta u formuli (25.4), umjesto Z GL, treba koristiti granicu rezolucije filma Z PL.

Korisno povećanje mikroskopa- povećanje pri kojem predmet veličine jednake granici rezolucije mikroskopa ima sliku čija je veličina jednaka granici rezolucije oka.

Koristeći gore dobivenu procjenu za granicu rezolucije mikroskopa Z m ≈0,3 μm), nalazimo: G p ~ 500-1000.

Nema smisla postići veću vrijednost za povećanje mikroskopa, jer ionako neće biti moguće vidjeti dodatne detalje.

Korisno povećanje mikroskopa - ovo je razumna kombinacija moći razlučivanja i mikroskopa i oka.

25.6. Specijalne mikroskopske tehnike

Za povećanje rezolucije (smanjenje granice rezolucije) mikroskopa koriste se posebne mikroskopske tehnike.

1. Uranjanje. U nekim mikroskopima, za smanjenje granica rezolucije prostor između leće i predmeta ispunjen je posebnom tekućinom - uranjanje. Takav se mikroskop naziva uranjanje. Učinak uranjanja je smanjenje valne duljine: λ = λ 0 /n, gdje λ 0 - valna duljina svjetlosti u vakuumu, a n je imerzijski indeks loma. U ovom slučaju, granica rezolucije mikroskopa određena je sljedećom formulom (generalizacija formule (25.3)):

Imajte na umu da su posebne leće stvorene za uronjene mikroskope, budući da se žarišna duljina leće mijenja u tekućem mediju.

2. UV mikroskopija. Za smanjenje granica rezolucije koristiti kratke valove ultraljubičasto zračenje, oku nevidljiv. U ultraljubičastim mikroskopima mikroobjekt se ispituje u UV zrakama (u ovom slučaju leće su izrađene od kvarcnog stakla, a registracija se provodi na fotografskom filmu ili na posebnom luminiscentnom ekranu).

3. Mjerenje veličine mikroskopskih predmeta. Pomoću mikroskopa možete odrediti veličinu promatranog predmeta. Da biste to učinili, koristite očni mikrometar. Najjednostavniji očni mikrometar je okrugla staklena ploča na kojoj je nanesena skala s podjelama. Mikrometar je postavljen u ravnini slike primljene iz leće. Gledajući kroz okular, slike predmeta i skale se stapaju, te je moguće odbrojati koja udaljenost na skali odgovara izmjerenoj vrijednosti. Prethodno odredite vrijednost podjele okularnog mikrometra prema poznatom objektu.

4. Mikroprojekcija i mikrofotografija. Pomoću mikroskopa možete ne samo promatrati predmet kroz okular, već ga i fotografirati ili projicirati na ekran. U tom slučaju koriste se posebni okulari koji projiciraju međusliku A "B" na film ili na ekran.

5. Ultramikroskopija. Mikroskop vam omogućuje otkrivanje čestica čije su veličine izvan njegove rezolucije. Ova metoda koristi koso osvjetljenje, zbog čega su mikročestice vidljive kao svijetle točkice na tamnoj podlozi, dok se struktura čestica ne vidi, već se samo može utvrditi činjenica njihove prisutnosti.

Teorija pokazuje da bez obzira na to koliko snažan mikroskop bio, svaki objekt manji od 3 mikrona bit će u njemu predstavljen jednostavno kao jedna točka, bez ikakvih detalja. Ali to ne znači da se takve čestice ne mogu vidjeti, pratiti ili prebrojati.

Za promatranje čestica čije su dimenzije manje od granice rezolucije mikroskopa, uređaj tzv ultramikroskop. Glavni dio ultramikroskopa je snažna naprava za osvjetljavanje; tako osvijetljene čestice promatramo u običnom mikroskopu. Ultramikroskopija se temelji na činjenici da male čestice, suspendirani u tekućini ili plinu, postaju vidljivi pri jakom bočnom osvjetljenju (prisjetite se čestica prašine vidljivih na sunčevoj zraki).

25.8. Osnovni pojmovi i formule

Kraj stola

25.8. Zadaci

1. Kao objektiv mikroskopa koristi se leća žarišne duljine 0,8 cm sa žarišnom duljinom okulara 2 cm.Optička duljina cijevi je 18 cm.Koliko je povećanje mikroskopa?

2. Odredite granicu razlučivosti suhih i imerzijskih (n = 1,55) leća s kutnim otvorom u = 140 o. Uzmite valnu duljinu jednaku 0,555 µm.

3. Koja je granica rezolucije na valnoj duljini λ \u003d 0,555 mikrona, ako je numerička apertura: A 1 = 0,25, A 2 \u003d 0,65?

4. S kojim indeksom loma treba uzeti imerzijsku tekućinu da bi se podstanični element promjera 0,25 μm pregledao pod mikroskopom gledano kroz narančasti svjetlosni filter (valna duljina 600 nm)? Kut otvora mikroskopa je 70°.

5. Na rubu povećala nalazi se natpis "x10" Odredite žarišnu duljinu ovog povećala.

6. Žarišna duljina leće mikroskopa f 1 = 0,3 cm, dulj Δ \u003d 15 cm, povećanje G \u003d 2500. Pronađite žarišnu duljinu F 2 okulara. Najbolja udaljenost gledanja a 0 = 25 cm.

Mikroskop je dizajniran za promatranje malih predmeta s velikim povećanjem i većom razlučivosti nego što to daje povećalo. Optički sustav mikroskopa sastoji se od dva dijela: objektiva i okulara. Objektiv mikroskopa stvara pravu uvećanu inverznu sliku objekta u prednjoj žarišnoj ravnini okulara. Okular se ponaša poput povećala i oblikuje virtualnu sliku na najboljoj udaljenosti gledanja. U odnosu na cijeli mikroskop, predmet koji se razmatra nalazi se u prednjoj žarišnoj ravnini.

Povećanje mikroskopa

Djelovanje mikroleće karakterizirano je njezinim linearnim povećanjem: V oko \u003d -Δ / F \ "oko * F \" oko - žarišna duljina mikroleće * Δ - udaljenost između stražnjeg fokusa leće i prednje strane fokus okulara, koji se naziva optički interval ili optička duljina tubusa.

Slika stvorena objektivom mikroskopa na prednjoj žarišnoj ravnini okulara gleda se kroz okular, koji djeluje poput lupe s prividnim povećanjem:

G u redu =¼ F u redu

Ukupno povećanje mikroskopa definira se kao umnožak povećanja objektiva i povećanja okulara: G=V rev *G ok

Ako je poznata žarišna duljina cijelog mikroskopa, tada se njegovo prividno povećanje može odrediti na isti način kao i za povećalo:

U pravilu je povećanje suvremenih mikroskopskih objektiva standardizirano i predstavlja niz brojeva: 10, 20, 40, 60, 90, 100 puta. Povećanja okulara također imaju sasvim određene vrijednosti, na primjer, 10, 20, 30 puta. Svi moderni mikroskopi imaju skup objektiva i okulara koji su posebno dizajnirani i proizvedeni tako da pristaju zajedno kako bi se mogli kombinirati za dobivanje različitih povećanja.

Vidno polje mikroskopa

Vidno polje mikroskopa ovisi o kutnom polju okulara ω , unutar koje se dobiva slika dovoljno dobre kvalitete: 2y=500*tg(ω)/G * G - povećanje mikroskopa

Za određeno kutno polje okulara, linearno polje mikroskopa u prostoru predmeta je to manje što je njegovo prividno povećanje veće.

Promjer izlazne zjenice mikroskopa

Promjer izlazne zjenice mikroskopa izračunava se na sljedeći način:
gdje je A prednji otvor mikroskopa.

Izlazna zjenica mikroskopa obično je nešto manja od zjenice oka (0,5–1 mm).

Pri promatranju kroz mikroskop zjenica oka mora biti poravnata s izlaznom zjenicom mikroskopa.

Rezolucija mikroskopa

Jedna od najvažnijih karakteristika mikroskopa je njegova rezolucija. Prema Abbeovoj teoriji difrakcije, granica linearne rezolucije mikroskopa, odnosno minimalna udaljenost između točaka objekta koje su prikazane kao odvojene, ovisi o valnoj duljini i numeričkoj aperturi mikroskopa:
Najveća moguća rezolucija optički mikroskop može se izračunati iz izraza za otvor mikroskopa. Ako uzmemo u obzir da je najveća moguća vrijednost sinusa kuta jedinica, tada za prosječnu valnu duljinu možemo izračunati rezoluciju mikroskopa:

Postoje dva načina povećanja razlučivosti mikroskopa: * povećanjem otvora objektiva, * smanjenjem valne duljine svjetlosti.

Uranjanje

Kako bi se povećao otvor leće, prostor između predmeta koji se razmatra i leće ispunjava se takozvanom imerzijskom tekućinom - prozirnom tvari s indeksom loma većim od jedan. Kao takva tekućina koristi se voda, cedrovo ulje, otopina glicerina i druge tvari. Otvori imerzijskih objektiva velikog povećanja dosegnu vrijednost , tada će najveća moguća razlučivost imerzijskog optičkog mikroskopa biti.

Korištenje ultraljubičastih zraka

Za povećanje rezolucije mikroskopa na drugi način koriste se ultraljubičaste zrake čija je valna duljina kraća od vidljive zrake. U tom slučaju mora se koristiti posebna optika koja je prozirna za ultraljubičasto svjetlo. Budući da ljudsko oko ne percipira ultraljubičasto zračenje, potrebno je ili posegnuti za sredstvima koja pretvaraju nevidljivu ultraljubičastu sliku u vidljivu ili sliku fotografirati u ultraljubičaste zrake. Na valnoj duljini razlučivost mikroskopa bit će.

Osim poboljšanja rezolucije, metoda promatranja u ultraljubičastom svjetlu ima i druge prednosti. Obično su živi objekti prozirni u vidljivom području spektra, pa se prije promatranja prethodno boje. Ali neki predmeti nukleinske kiseline, proteini) imaju selektivnu apsorpciju u ultraljubičastom području spektra, zbog čega mogu biti "vidljivi" u ultraljubičastom svjetlu bez bojenja.