Optický systém mikroskopu. Ako vypočítať zväčšenie ďalekohľadu

Ø Všeobecné zásady vytvorenie obrazu.

Podľa Abbeho difrakčnej teórie tvorby obrazu sa úplný obraz objektu, reprodukovaný pomocou mikroskopu, získa superponovaním dvoch obrazov, ktoré sa vytvárajú v dôsledku javov difrakcie (primárny obraz) a interferencie (sekundárny obraz) svetelného toku. prechádzajúci objektom. Princíp činnosti mikroskopu je jednoduchý: lúč svetelných lúčov je usmernený kondenzorovou šošovkou cez vzorku a výsledný obraz sa potom zväčšuje pomocou šošoviek.

Zvážte princíp vytvárania obrázka podrobnejšie. Predmet (prípravok) sa položí na podložné sklo. Kondenzátor sústreďuje na objekt lúč svetla odrazený od zrkadla. Zdrojom svetla v mikroskope je najčastejšie špeciálny iluminátor; niekedy zrkadlo nasmeruje normálne denné svetlo na predmet. Clony - pole a clona obmedzujú svetelný lúč a znižujú v ňom podiel rozptýleného svetla, ktoré dopadá na prípravok "zboku" a nepodieľa sa na tvorbe obrazu.

Vzhľad obrazu preparátu v mikroskope možno v základných (aj keď najjednoduchších) pojmoch opísať v rámci geometrickej optiky. Lúče svetla vychádzajúce z objektu, lámané v šošovke, vytvárajú prevrátený a zväčšený skutočný obraz - optický obraz objektu. Tento obraz sa pozerá cez okulár. Pri vizuálnom pozorovaní je mikroskop zaostrený tak, že optický obraz je priamo za predným ohniskom okuláru. Za týchto podmienok funguje okulár ako lupa: poskytuje dodatočné zväčšenie a vytvára virtuálny obraz (stále prevrátený); lúče z imaginárneho obrazu, ktoré prechádzajú optickým prostredím oka pozorovateľa, vytvárajú reálny obraz predmetu na sietnici oka. Zvyčajne sa virtuálny obraz nachádza vo vzdialenosti najlepšieho videnia od oka.

Ø Numerická (numerická) clona a rozlíšenie.

Číselná apertúra šošovky (A) je súčin sínusu polovice clony a indexu lomu média medzi objektom a šošovkou: A \u003d n x sin α, kde
n je index lomu média ležiaceho medzi objektom pozorovania a šošovkou,
α - polovica uhla svetelného lúča vychádzajúceho z bodu a vstupujúceho do šošovky. Numerická clona definuje sériu najdôležitejšie vlastnosti mikroskop: jas obrazu, "penetračné" a "zobrazovacie" schopnosti, t.j. miera podobnosti obrazu s objektom. Čím väčšia je numerická clona, ​​tým jemnejšie detaily dokáže objektív reprodukovať.

Rozlíšenie je schopnosť oka alebo optického prístroja rozlíšiť najmenšiu vzdialenosť medzi obrazmi dvoch susedných bodov (čiar), ktoré sa líšia ako dva jednotlivé obrázky. Inými slovami, ak dva body, ktoré sú od seba vzdialené, priblížime, po dosiahnutí určitej kritickej vzdialenosti sa spoja a budú vnímané ako jeden. Rozlíšenie (rozlíšenie 0 je najmenšia vzdialenosť, pri ktorej sú dva blízke body objektu stále vnímané oddelene.

Napríklad ľudské oko má rozlíšenie asi 1/10 mm alebo 100 mikrónov. To znamená, že ak sa človek pozrie na dve čiary, ktoré sú od seba vzdialené menej ako 100 mikrónov, zlúčia sa do jednej.

d = (0,61λ)/(nxsinα)

Rozlíšenie teda závisí od vlnovej dĺžky svetla, indexu lomu prostredia. Navyše, rozlíšenie má limit kvôli vlnovým vlastnostiam svetla. Podľa všeobecný vzor, pri pozorovaní objektu v akomkoľvek žiarení s vlnovou dĺžkou l nie je možné rozlíšiť prvky objektu oddelené vzdialenosťami oveľa menšími ako l. Tento obrazec sa prejavuje aj v mikroskope a jeho kvantitatívne vyjadrenie je trochu iné pre samostatne svietiace a nesvietiace predmety.

Ø Zväčšenie mikroskopu.

Zväčšenie mikroskopu treba chápať ako pomer veľkosti obrazu liečiva na sietnici, vytvoreného pri pohľade cez mikroskop, k veľkosti rovnakého liečiva, získaného na sietnici pri pohľade voľným okom. Celkové zväčšenie mikroskopu je súčinom zväčšenia objektívu a zväčšenia okuláru. Ak je medzi nimi umiestnený jeden alebo viac zväčšovacích systémov, potom sa celkové zväčšenie mikroskopu rovná súčinu zväčšení všetkých optických systémov, vrátane medziľahlých: objektív, okulár, binokulárny nástavec, veľkoobchod alebo projekčné systémy: Г m =  o6 x Г ok x ql x q2 x ... , kde GM je celkové zväčšenie mikroskopu;  asi - zväčšenie šošovky; Gok - zväčšenie okuláru; ql, q2 ... - zvýšenie prídavných systémov. Napríklad v domácich mikroskopoch BIOLAM R-11, S-11 nemá monokulárny nástavec žiadne zväčšenie, preto celkové zväčšenie mikroskopu s objektívom 90x a okulárom 10x bude: 90 x 10 = 900 x R -15, BIOLAM I, má vlastné zväčšenie 1,5x. Preto celkové zväčšenie mikroskopu v tomto prípade bude: 90x10x1,5 = 1350x. Zväčšenie mikroskopu môže dosiahnuť 2000x.

Ø Užitočné zväčšenie mikroskopu.

Užitočné zväčšenie je zdanlivé zväčšenie, pri ktorom oko pozorovateľa plne využije rozlišovaciu schopnosť mikroskopu, to znamená, že rozlišovacia schopnosť mikroskopu bude rovnaká ako rozlišovacia schopnosť oka. Užitočné zväčšenie mikroskopu by nemalo byť väčšie ako 1000 numerických apertúr objektívu a nemalo by byť menšie ako 500:500A ot.<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.

Príklad výpočtu užitočného zväčšenia a výberu optiky, ak je potrebné vybrať okulár. Objektív 90x1,25 MI; binokulárny nástavec AU-12, s vlastným zväčšením 1,5x, numerická apertúra objektívu - A o6 = = 1,25.
Spodná hranica zväčšenia mikroskopu by mala byť: 500x1,25 = 625.
Horná hranica zväčšenia mikroskopu by mala byť: 1000x1,25= 1250.
Celkové zväčšenie šošovky a binokulárneho nadstavca: 90x 1,5 = 135.
Minimálne zväčšenie okuláru bude teda: 625: 135 = 4,6x a maximálne zväčšenie - 1250: 135 = 9,2 x.

Objekty s veľkosťou aspoň 0,2 - 0,3 mikrónu sú teda rozlíšené v optickom mikroskope. Aby tieto predmety boli viditeľné aj okom, zväčšenie K m mikroskopu by nemala byť menšia ako hodnota určená pomerom limitov rozlíšenia Z očí a mikroskopom Z m : K m \u003d Z hl / Z m , pričom do tohto vzorca nahradíme hodnotu Z , dostaneme Km = 2A Z ch/l .

Z očí(na vzdialenosť najlepšieho videnia) v rozmedzí 2 - 4 je od 140 do 280 mikrónov. Ich dosadením, ako aj l = 0,555 µm do vzorca, nájdeme rozsah hodnôt pre užitočné zväčšenie mikroskopu: 500A< K м < 1000А . Tieto zvýšenia sa nazývajú užitočné, pretože. pomocou nich oko rozlišuje všetky prvky štruktúry objektu, ktoré sú rozlíšiteľné pod mikroskopom. Dosadením numerickej apertúry systému olejovej imerzie (n = 1,43) do vzorca získame nasledujúcu nerovnosť pre užitočné zväčšenia takéhoto mikroskopu: 700 < K м < 1400 .

Špeciálne mikroskopické techniky:

meranie veľkosti malých predmetov,

mikroprojekcia, mikrofotografia,

metóda fázového kontrastu,

metóda tmavého poľa (ultramikroskopia).

1. Meranie malých predmetov .

Určenie veľkosti mikroskopického objektu sa vykonáva pomocou mierok nanesených na sklenenú dosku, ktoré sa nazývajú okulárové a objektívové mikrometre.

Medzi šošovky okuláru je umiestnený okulárový mikrometer tak, aby jeho mierka bola v rovine medziobrazu tvoreného šošovkou.Zároveň sa v okulári pozoruje obraz stupnice, kombinovaný s obrazom očnice. mikroskopovaný objekt. Vzhľadom na hodnotu delenia mikrometrovej stupnice môžete určiť veľkosť tohto obrázka daná šošovkou a vydelením získaných údajov známym zväčšením šošovky K asi - skutočné rozmery objektu.

Ak nie je známe delenie očného mikrometra, potom ho možno určiť pomocou objektívového mikrometra so známym delením (zvyčajne 0,01 mm). Na miesto preparátu sa umiestni objektový mikrometer a v okulári sa pozoruje kombinovaný obraz oboch mierok.

2. Mikroprojekcia a mikrofotografia .

Imaginárny charakter obrazu v mikroskope je spôsobený tým, že medziľahlý skutočný obraz tvorený objektívom je umiestnený bližšie k prednému ohnisku okuláru. Ak sa táto podmienka poruší, napríklad otočením okuláru tak, že obraz vytvorený šošovkou je ďalej ako ohnisková vzdialenosť okuláru, potom okulár vytvorí skutočný obraz, ktorý možno premietnuť na plátno alebo fotografický film. Metóda pozorovania skutočného obrazu objektu na obrazovke sa nazýva mikroprojekcia. Zvyčajne je mikroskop umiestnený horizontálne a objekt je osvetlený silným zdrojom svetla.

Fotografovanie skutočného obrazu získaného týmto spôsobom sa nazýva mikrofotografia. Zvyčajne sa používa špeciálny fotonástavec na mikroskop, čo je kamera, ktorá sa nasadí na očný koniec tubusu mikroskopu.

3. Metóda fázového kontrastu .

Metóda sa používa na pozorovanie objektov s nízkym kontrastom; je založená na využití fázového rozdielu, ktorý vzniká pri prechode svetla cez rôzne štruktúry skúmaného objektu.

4. Metóda tmavého poľa (ultramikroskopia).

Ide o metódu mikroskopovania nefixovaných a nezafarbených predmetov. Pozorovanie takýchto objektov v prechádzajúcom svetle nedáva požadované výsledky kvôli nedostatku kontrastu medzi prvkami štruktúry objektu, ako aj medzi objektom a prostredím. V týchto prípadoch sa používa metóda pozorovania v tmavom poli, ktorá sa vykonáva pomocou špeciálneho kondenzora v bežnom biologickom mikroskope.

Oko pozorovateľa bude schopné vnímať dva body ako oddelené, ak uhlová vzdialenosť medzi nimi nie je menšia ako uhlová hranica rozlišovacej schopnosti oka. Aby oko pozorovateľa naplno využilo rozlišovaciu schopnosť mikroskopu, je potrebné mať primerané zdanlivé zväčšenie.

Užitočné zväčšenie je zdanlivé zväčšenie, pri ktorom oko pozorovateľa plne využije rozlišovaciu schopnosť mikroskopu, t.j. rozlišovacia schopnosť mikroskopu bude rovnaká ako rozlišovacia schopnosť oka.

Ak sú dva body v prednej ohniskovej rovine mikroskopu umiestnené vo vzájomnej vzdialenosti 𝜎, potom je to uhlová vzdialenosť medzi obrazmi týchto bodov. Z výrazov (6.11) a (6.8) možno odvodiť zdanlivé zväčšenie mikroskopu:

Pretože typická výstupná pupila mikroskopu je asi 0,5-1 mm, limit uhlového rozlíšenia oka je 2" - 4". Ak vezmeme priemernú vlnovú dĺžku vo viditeľnej oblasti spektra (0,5 μm), potom pre užitočné zväčšenie mikroskopu môžeme odvodiť závislosť:

Mikroskop s viditeľným zväčšením menším ako 500A neumožňuje oku rozlíšiť všetky jemnosti štruktúry objektu, ktoré sú touto šošovkou zobrazené ako oddelené (<). Использование видимого увеличения больше 1000А нецелесообразно, так как разрешающая способность объектива не позволяет полностью использовать разрешающую способность глаза (>).

Koniec práce -

Táto téma patrí:

Úvod do špecializácie

Federálna štátna rozpočtová vzdelávacia inštitúcia... vyššieho odborného vzdelávania... Štátna univerzita v Tule...

Ak potrebujete ďalší materiál k tejto téme, alebo ste nenašli to, čo ste hľadali, odporúčame použiť vyhľadávanie v našej databáze diel:

Čo urobíme s prijatým materiálom:

Ak sa tento materiál ukázal byť pre vás užitočný, môžete si ho uložiť na svoju stránku v sociálnych sieťach:

Všetky témy v tejto sekcii:

Podľa disciplíny
"Úvod do odboru" Smer školenia: 200400 "Optické inžinierstvo" Profil školenia: "Opticko-elektronické

História vývoja optiky.
Optika je náuka o povahe svetla, svetelných javoch a interakcii svetla s hmotou. A takmer celá jeho história je históriou hľadania odpovede: čo je svetlo? Jedna z prvých teórií svetla - theo

Oblasť odbornej činnosti
Oblasťou odbornej činnosti bakalár v smere prípravy 200400 s učebným profilom „Opticko-elektronické zariadenia a systémy“ je výskum, vývoj, príprava a

Hlavné kurzy prednášok sú stručnou charakteristikou. Organizácia školenia.
Základné kurzy prednášok. Mechanika Náuka o materiáloch a technológia konštrukčných materiálov

Štruktúra oka
Obrázok 2.1. je zobrazená časť očnej gule a sú zobrazené hlavné detaily oka. Oko je guľovité telo (očná guľa), takmer úplne pokryté nepriehľadným

Ubytovanie
Akomodácia je schopnosť oka prispôsobiť sa jasnému rozdielu medzi objektmi umiestnenými v rôznych vzdialenostiach od oka. Akomodácia nastáva zmenou zakrivenia povrchu

Štruktúra sietnice
Sietnica je komplexné prepletenie nervových buniek a nervových vlákien, ktoré spájajú nervové bunky medzi sebou a spájajú oko s mozgovou kôrou. Hlavné fotosenzitívne prvky

Spektrálna citlivosť
Optické zariadenia, ktoré pracujú v spojení s okom, sa zaoberajú tou časťou toku žiarenia, ktorá ovplyvňuje oko. Zahŕňa viditeľnú oblasť spektra v rozsahu vlnových dĺžok 380 - 780 nm

Adaptácia
Prispôsobenie oka meniacim sa svetelným podmienkam sa nazýva adaptácia. Rozlišujte adaptáciu na tmu a svetlo. Tmavá adaptácia nastáva pri prechode z veľkých jasných

Zorné pole oka
Celkové zorné pole oka je obrovské, väčšie ako zorné pole akéhokoľvek iného optického zariadenia (125° vertikálne a 150° horizontálne), ale v skutočnosti, pre jasné rozlíšenie,

Limit rozlíšenia očí
V každom optickom systéme existuje konečný limit pre jasnosť detailov. Pre dizajnérov optiky je veľmi zaujímavá hodnota spodnej hranice rozlíšenia oka dvoch susedných t

Vizuálne chyby a ich korekcia
Ak je vzdialený bod oka nekonečne odstránený, potom sa takéto oko nazýva normálne alebo emetropické. Oko zároveň dobre rozlišuje predmety vzdialené aj blízke. To znamená, že optický prístroj

Krátkozrakosť
Existujú dva dôvody krátkozrakosti. Prvým je predĺžená očná guľa s normálnou refrakčnou silou oka. Ďalším dôvodom je príliš vysoká optická sila optického systému oka (viac ako 60 di

ďalekozrakosť
Ďalekozrakosť je spôsobená slabou optickou mohutnosťou optického systému oka pre danú dĺžku očnej gule (buď krátke oko s normálnou optickou mohutnosťou, alebo nízka optická mohutnosť oka s

Astigmatizmus
Príčina astigmatizmu spočíva buď v nepravidelnom, nesférickom tvare rohovky (v rôznych úsekoch oka prechádzajúcich osou nie sú polomery zakrivenia rovnaké), alebo v necentrickom vzhľadom k optickému

Optický systém
Optický systém - súbor optických médií oddelených optickými plochami a obsahujúcich membrány. Optický systém je navrhnutý tak, aby vytváral obraz pomocou redistribúcie

Charakteristika predmetu a obrazu
Objekt je súbor bodov, z ktorých vychádzajú lúče, ktoré vstupujú do optického systému. Všetky možné množiny bodov tvoria priestor objektov. Optická sústava rozdeľuje všetky p

Charakteristiky zreničiek
Nie všetky lúče, ktoré vychádzajú z objektu, prechádzajú cez optický systém. Obmedzenie veľkosti zväzkov lúčov je výsledkom spoločného pôsobenia všetkých apertúr dostupných v optickom systéme. Avšak, mo

Spektrálne charakteristiky
Spektrálne charakteristiky sú potrebné na prispôsobenie rozsahu vlnových dĺžok, ktoré objekt vyžaruje a v ktorých sa vytvára obraz. Zvyčajne sa všetky výpočty dráhy lúčov v optickom systéme robia pre

Prenosové charakteristiky
Prenosové charakteristiky ukazujú, ako zariadenie prevádza objekt na obrázok. Vplyv optického systému na žiarenie vychádzajúce z objektu sa redukuje predovšetkým na transformáciu

Charakteristiky prenosu stupnice
Charakteristiky prenosu mierky popisujú prenos veľkosti a tvaru objektu optickým systémom, to znamená transformáciu súradníc na objekte na súradnice na obrázku. Zovšeobecnené

Charakteristiky prenosu energie
Charakteristiky prenosu energie opisujú prenos energie objektu zariadením. Pretože nie všetky lúče vychádzajúce z objektu prechádzajú cez optický systém a keďže v samotnom optickom systéme

Štrukturálne prenosové charakteristiky
Zobrazovacie zariadenia s rovnakým zväčšením a svietivosťou môžu vytvárať obrazy rôznej kvality, pokiaľ ide o sprostredkovanie jemnej štruktúry objektu (viac či menej ostré, s viac či menej

Kamery
Fotoaparát je možno najbežnejším optickým delením. V dnešnej dobe má fotoaparát takmer každý. Navyše, moderné kompaktné fotoaparáty sa tak ľahko používajú.

Relatívna clona fotografického objektívu
Relatívna clona je absolútna hodnota pomeru priemeru clonového dorazu k zadnej ohniskovej vzdialenosti objektívu: (4.3) Od vypočítanej hodnoty

Hĺbka ostrosti fotografického objektívu
Keďže všetky šošovky majú aberácie, jeden bod objektu sa bude vždy javiť ako kruh zmätku. Pri prezeraní obrazu okom to však nebadať, keďže rozlíšenie

Široký uhol (krátky dosah)
Pre širokouhlé objektívy ohnisková vzdialenosť menšia ako uhlopriečka rámu. Širokouhlé objektívy sa vyznačujú krátkou ohniskovou vzdialenosťou v rozsahu približne mm. Zorné pole takých

Úzky uhol (dlhé ohnisko)
Úzkouhlé šošovky majú ohniskovú vzdialenosť väčšiu ako je uhlopriečka rámu a zorné pole menšie ako 40°. Ohnisková vzdialenosť takýchto šošoviek je viac ako 50 mm. Obyčajne sa ako dlhé ohnisko používajú o

Objektívy so zoomom
Objektívy s premenlivou ohniskovou vzdialenosťou (ZOOM-objektívy) umožňujú zhotovovať snímky rôznych mierok v konštantnej vzdialenosti od objektu. Napríklad pomocou objektívu s rozsahom

Zaostrovacie systémy
Pri vytváraní vysokokvalitných snímok jednu z najdôležitejších funkcií vykonáva systém zaostrovania fotoaparátu, teda proces zaostrovania. V najjednoduchších fotoaparátoch sa to nevykonáva

expozícia
Expozícia je množstvo svetla, ktoré dopadne na fotografiu:< экспозиция > = < интенсивность света > ∙ < время воздействия >. Ovládanie intenzity svetla

Vlastnosti digitálnych fotoaparátov
AT nedávne časy digitálne fotoaparáty sú čoraz populárnejšie. Na rozdiel od filmu, digitálnych fotoaparátov Prijímač obrazu je CCD (Charge Coupled Device)

Teleskopický systém
Teleskopický systém - optický systém, pomocou ktorého môžete zobraziť zväčšený obraz vzdialeného objektu. Medzi tieto prístroje patria ďalekohľady, ďalekohľady,

Viditeľné zväčšenie teleskopického systému
Zdanlivé zväčšenie teleskopického systému možno vyjadriť ako pomer ohniskovej vzdialenosti objektívu k ohniskovej vzdialenosti okuláru: Ak je zdanlivé zväčšenie kladné

Priemery vstupných a výstupných zreníc teleskopického systému
Priemer výstupnej pupily je určený zrenicou oka: . (5.3) Pri pozorovaní predmetov teleskopickým prístrojom musí byť oko umiestnené v rovine výstupnej pupily, potom závažie

Viditeľné lupové zväčšenie
Podľa definície sa zdanlivé zväčšenie lupy vypočíta ako pomer dotyčnice uhla, pod ktorým je predmet videný cez zväčšovacie sklo, k dotyčnici uhla, pod ktorým je predmet pozorovaný voľným okom.

Zorné pole zväčšovacieho skla
Na obr. 6.3 je znázornená lupa s priemerom Dn. Zrenica oka pozorovateľa s priemerom Dra sa nachádza vo vzdialenosti S "od lupy. Veľkosť poľa 2a" v priestore obrazu je určená

Mikroskop
Mikroskop je určený na pozorovanie malých predmetov s veľkým zväčšením a s vyšším rozlíšením, ako dáva lupa. Optický systém mikroskopu pozostáva z dvoch častí: objektívu a šošovky.

Zväčšenie mikroskopu
Účinok mikrošošoviek je charakterizovaný jej lineárnym nárastom: kde je ohnisková vzdialenosť mikrošošoviek, Δ je vzdialenosť medzi zadným ohniskom šošovky a re.

Rozlíšenie mikroskopu
Jeden z najdôležitejšie vlastnosti mikroskop je jeho rozlišovacia schopnosť. Podľa Abbeho difrakčnej teórie lineárny limit rozlíšenia mikroskopu, teda minimálna vzdialenosť medzi bodmi

Pozorovacie metódy
Objekty skúmané pod mikroskopom zvyčajne nežiaria, a preto potrebujú vonkajšie osvetlenie. V mnohých prípadoch sú predmetnými predmetmi tenké plátky priehľadného materiálu

metóda svetlého poľa
Metóda svetlého poľa v prechádzajúcom svetle sa používa pri štúdiu priehľadných prípravkov, v ktorých rôzne časti štruktúry absorbujú svetlo rozdielne (tenké zafarbené časti zvierat a rastúce

Metóda tmavého poľa
Metóda tmavého poľa v prechádzajúcom svetle sa používa v biológii, koloidnej chémii, mineralógii a iných oblastiach na získanie obrazov, ktoré sú priehľadné, neabsorbujúce, a preto pri pozorovaní nie sú viditeľné.

Metóda výskumu v polarizovaných lúčoch
Metóda výskumu v polarizovaných lúčoch sa používa v prechádzajúcom a odrazenom svetle pre takzvané anizotropné objekty s dvojlomom alebo odrazom. Takéto predmety

Metóda fázového kontrastu
Metóda fázového kontrastu umožňuje získať kontrastné obrázky priehľadné a bezfarebné predmety. Medzi takéto predmety patria napríklad nezafarbené biologické prípravky, nerastlinné

Svetelné mikroskopy
Biologické mikroskopy (série MULTISCOPE™, LABOROSCOPE™, INVERTOSCOPE™ vyrábané firmou LOMO) sú najuniverzálnejšie, a teda aj najrozšírenejšie. Moderné biologické mikro

Elektrónové mikroskopy
Elektrónový mikroskop postavené na rovnakom princípe získavania obrazu ako optické, ale namiesto toho viditeľné svetlo využíva elektrónový lúč. Úloha šošoviek v elektrónovom mikroskope

Skenovacie mikroskopy
Skenovacie mikroskopy sú založené na inom princípe zobrazovania, ktorý prekonáva difrakčný limit rozlíšenia. Princíp činnosti takýchto mikroskopov je založený na skenovaní

Systémy osvetlenia
Osvetľovacia sústava je zariadenie určené na osvetlenie nesvietiacich predmetov. Vo väčšine prípadov nie je možné zabezpečiť požadované osvetlenie objektu a jeho uniformy

Kondenzátor
Ak je osvetlený objekt v konečnej vzdialenosti, potom sa na jeho osvetlenie použije kondenzor. Existujú dve možnosti optickej schémy kondenzora. V prvej schéme je optická sústava pr

Osvetľovacie optické systémy
Svetelné optické systémy môžu zlepšiť kvalitu osvetlenia, použitie najviac svetelný zdroj a poskytujú rovnomernejšie osvetlenie objektu. Hlavné prvky

reflektor
Hľadací svetlomet je optický systém, ktorý sústreďuje svetelný tok svetelného zdroja do úzkeho lúča na osvetlenie vzdialených predmetov alebo na prenos signálov do dlhé vzdialenosti(obr. 7.7).

Osvetľovacie systémy pre premietacie zariadenia
Projekčné zariadenia sú určené na získavanie obrázkov predmetov požadovanej mierky na obrazovke. Hlavnými zariadeniami projektora sú osvetlenie, ktoré poskytuje rovnomerné a intenzívne

Osvetľovacie systémy mikroskopov
Keďže väčšina predmetov skúmaných mikroskopom nie je samosvietiacich, na prácu s nimi sú potrebné ďalšie svetelné zdroje. Systém osvetlenia mikroskopu by mal zabezpečiť

2. Optická sústava mikroskopu.

3. Zväčšenie mikroskopu.

4. Limit povolení. Rozlíšenie mikroskopu.

5. Užitočné zväčšenie mikroskopu.

6. Špeciálne techniky mikroskopie.

7. Základné pojmy a vzorce.

8. Úlohy.

Schopnosť oka rozlíšiť jemné detaily objektu závisí od veľkosti obrazu na sietnici alebo od uhla pohľadu. Na zvýšenie uhla pohľadu sa používajú špeciálne optické zariadenia.

25.1. zväčšovacie sklo

najjednoduchšie optický prístroj na zväčšenie zorného uhla slúži lupa, čo je zbiehavá šošovka s krátkym ohniskom (f = 1-10 cm).

Predmetný predmet je umiestnený medzi lupou a jej prednou stranou zameranie takým spôsobom, že jeho imaginárny obraz je v rámci akomodácie pre dané oko. Zvyčajne sa používajú lietadlá vzdialeného alebo blízkeho ubytovania. Druhý prípad je výhodnejší, pretože oko sa neunaví (prstencový sval nie je napätý).

Porovnajme uhly pohľadu, z ktorých je objekt videný, zvažovaný „nahými“ normálne okom a lupou. Výpočty sa vykonávajú pre prípad, keď je imaginárny obraz objektu získaný v nekonečne (vzdialená hranica akomodácie).

Pri skúmaní predmetu voľným okom (obr. 25.1, a), aby sa dosiahol maximálny uhol pohľadu, musí byť predmet umiestnený vo vzdialenosti najlepšieho videnia a 0. Uhol pohľadu, pod ktorým je v tomto prípade objekt videný, sa rovná β \u003d B / a 0 (B je veľkosť objektu).

Pri skúmaní predmetu lupou (obr. 25.1, b) sa táto umiestni do prednej ohniskovej roviny lupy. V tomto prípade oko vidí imaginárny obraz objektu B "umiestnený v nekonečne vzdialenej rovine. Uhol pohľadu, pod ktorým je obraz videný, je rovný β" ≈ V / f.

Ryža. 25.1. Pozorovacie uhly: a- voľným okom; b- pomocou lupy: f - ohnisková vzdialenosť lupy; N - nodálny bod oka

Zväčšovacie sklo- pomer uhla pohľaduβ", pod ktorým vidíte obraz predmetu v lupe, do uhla pohľaduβ, pod ktorou je objekt viditeľný „voľným“ normálnym okom zo vzdialenosti najlepšieho zraku:

Zväčšenie lupy pre krátkozraké a ďalekozraké oko je rozdielne, keďže majú rôzne vzdialenosti najlepšieho videnia.

Uvádzame bez odvodenia vzorec pre zväčšenie dané lupou, ktorú používa krátkozraké alebo ďalekozraké oko pri vytváraní obrazu v rovine akomodácie na diaľku:

kde a je vzdialená hranica ubytovania.

Vzorec (25.1) naznačuje, že zmenšením ohniskovej vzdialenosti lupy možno dosiahnuť ľubovoľne veľké zvýšenie. V podstate je. Pri zmenšení ohniskovej vzdialenosti lupy a zachovaní jej veľkosti však vznikajú také odchýlky, ktoré anulujú celý efekt zväčšenia. Jednošošovkové lupy preto majú zvyčajne 5-7x zväčšenie.

Na zníženie aberácií sa vyrábajú zložité lupy pozostávajúce z dvoch alebo troch šošoviek. V tomto prípade je možné dosiahnuť 50-násobné zvýšenie.

25.2. Optický systém mikroskopu

Väčšie zväčšenie možno dosiahnuť skúmaním lupy skutočného obrazu objektu vytvoreného inou šošovkou alebo šošovkovým systémom. Takéto optické zariadenie je implementované v mikroskope. Lupa je v tomto prípade tzv okulár, a druhý objektív šošovka. Dráha lúčov v mikroskope je znázornená na obr. 25.2.

Objekt B je umiestnený blízko predného ohniska šošovky (F rev) tak, aby jeho skutočný zväčšený obraz B "bol medzi okulárom a jeho predným ohniskom. Keď

Ryža. 25.2. Dráha lúčov v mikroskope.

V tomto prípade okulár poskytuje virtuálne zväčšený obraz B“, ktorý je skúmaný okom.

Zmenou vzdialenosti medzi objektom a šošovkou je obraz B "v rovine vzdialenej akomodácie oka (v tomto prípade sa oko neunaví). Pre človeka s normálnym zrakom sa B" nachádza v ohnisková rovina okuláru a B" sa získa v nekonečne.

25.3. Zväčšenie mikroskopu

Hlavnou charakteristikou mikroskopu je uhlový zvýšiť. Tento koncept je analogický s uhlovým zväčšením lupy.

Zväčšenie mikroskopu- pomer uhla pohľaduβ", pod ktorým môžete vidieť obraz predmetu v okulár, do uhla pohľaduβ, pod ktorou je objekt viditeľný „voľným“ okom zo vzdialenosti najlepšieho videnia (a 0):

25.4. Limit povolení. Rozlíšenie mikroskopu

Niekto môže nadobudnúť dojem, že zväčšením optickej dĺžky tubusu možno dosiahnuť ľubovoľne veľké zväčšenie, a teda zohľadniť najmenšie detaily objektu.

Avšak berúc do úvahy vlnové vlastnosti svetla ukazuje, že rozmery malé časti, rozlíšiteľné mikroskopom, sú spojené obmedzenia difrakcia svetlo prechádzajúce cez otvor šošovky. V dôsledku difrakcie obraz osvetleného bodu nie je bod, ale malý svetelný kruh. Ak sú uvažované detaily (body) objektu dostatočne vzdialené, potom šošovka poskytne svoje obrazy vo forme dvoch samostatných kruhov a je možné ich rozlíšiť (obr. 25.3, a). Najmenšia vzdialenosť medzi rozlíšiteľnými bodmi zodpovedá „dotyku“ kružníc (obr. 25.3, b). Ak sú body veľmi blízko, potom sa im zodpovedajúce "kruhy" prekrývajú a sú vnímané ako jeden objekt (obr. 25.3, c).

Ryža. 25.3. Rozhodnutie

Hlavnou charakteristikou ukazujúcou schopnosti mikroskopu v tomto smere je limit rozlíšenia.

Limit rozlíšenia mikroskop (Z) - najmenšia vzdialenosť medzi dvoma bodmi objektu, pri ktorej sú rozlíšiteľné ako samostatné objekty (t. j. vnímané v mikroskope ako dva body).

Prevrátená hodnota limitu rozlíšenia sa nazýva rozlišovacia schopnosť.Čím menší je limit rozlíšenia, tým väčšie je rozlíšenie.

Teoretický limit rozlíšenia mikroskopu závisí od vlnovej dĺžky svetla použitého na osvetlenie a ďalej uhlová clonašošovka.

Uhlová clona(u) - uhol medzi krajnými lúčmi svetelného lúča vstupujúceho do šošovky objektívu z objektu.

Uveďme bez odvodzovania vzorec pre medzu rozlíšenia mikroskopu vo vzduchu:

kde λ je vlnová dĺžka svetla, ktoré osvetľuje predmet.

Moderné mikroskopy majú uhlovú apertúru až 140°. Ak prijmete λ = 0,555 µm, potom dostaneme hodnotu Z = 0,3 µm pre hranicu rozlíšenia.

25.5. Užitočné zväčšenie mikroskopu

Poďme zistiť, aké veľké by malo byť zväčšenie mikroskopu pri danej hranici rozlíšenia jeho objektívu. Berme do úvahy, že oko má svoj vlastný limit rozlišovacej schopnosti v dôsledku štruktúry sietnice. V prednáške 24 sme dostali ďalší odhad pre limit rozlíšenia očí: ZGL = 145-290 um. Aby oko dokázalo rozlíšiť tie isté body, ktoré oddeľuje mikroskop, je potrebné zväčšenie.

Toto zvýšenie je tzv užitočné zvýšenie.

Všimnite si, že keď používate mikroskop na fotografovanie objektu podľa vzorca (25.4), namiesto Z GL by ste mali použiť limit rozlíšenia filmu Z PL.

Užitočné zväčšenie mikroskopu- zväčšenie, pri ktorom má predmet s veľkosťou rovnajúcou sa hranici rozlišovacej schopnosti mikroskopu obraz, ktorého veľkosť sa rovná hranici rozlišovacej schopnosti oka.

Použitím vyššie získaného odhadu pre medzu rozlíšenia mikroskopu Z m ≈0,3 μm) zistíme: G p ~ 500-1000.

Nemá zmysel dosahovať väčšiu hodnotu pre zväčšenie mikroskopu, keďže aj tak nebude možné vidieť žiadne ďalšie detaily.

Užitočné zväčšenie mikroskopu - toto je rozumná kombinácia rozlišovacích schopností mikroskopu aj oka.

25.6. Špeciálne mikroskopické techniky

Na zvýšenie rozlíšenia (zníženie limitu rozlíšenia) mikroskopu sa používajú špeciálne mikroskopické techniky.

1. Ponorenie. V niektorých mikroskopoch na zníženie limit rozlíšenia priestor medzi šošovkou a objektom je vyplnený špeciálnou kvapalinou - ponorenie. Takýto mikroskop je tzv ponorenie.Účinkom ponorenia je zníženie vlnovej dĺžky: λ = λ 0 /n, kde λ 0 - vlnová dĺžka svetla vo vákuu a n je imerzný index lomu. V tomto prípade je hranica rozlíšenia mikroskopu určená nasledujúcim vzorcom (zovšeobecnenie vzorca (25.3)):

Upozorňujeme, že pre ponorné mikroskopy sú vytvorené špeciálne šošovky, pretože ohnisková vzdialenosť šošovky sa v kvapalnom médiu mení.

2. UV mikroskopia. Na zníženie limit rozlíšenia používať krátke vlny ultrafialové žiarenie, okom neviditeľné. V ultrafialových mikroskopoch sa mikroobjekt skúma v UV lúčoch (v tomto prípade sú šošovky vyrobené z kremenného skla a registrácia sa vykonáva na fotografickom filme alebo na špeciálnej luminiscenčnej obrazovke).

3. Meranie veľkosti mikroskopických predmetov. Pomocou mikroskopu môžete určiť veľkosť pozorovaného objektu. Na tento účel použite očný mikrometer. Najjednoduchším okulárovým mikrometrom je okrúhla sklenená doštička, na ktorej je nanesená stupnica s dielikmi. Mikrometer je nastavený v rovine obrazu prijímaného z objektívu. Pri pohľade cez okulár sa obrazy objektu a stupnice spájajú, je možné vypočítať, aká vzdialenosť na stupnici zodpovedá nameranej hodnote. Predbežne určte hodnotu delenia očného mikrometra podľa známeho objektu.

4. Mikroprojekcia a mikrofotografia. Pomocou mikroskopu môžete objekt cez okulár nielen pozorovať, ale aj fotografovať či premietať na plátno. V tomto prípade sa používajú špeciálne okuláre, ktoré premietajú medziobraz A „B“ na film alebo na plátno.

5. Ultramikroskopia. Mikroskop umožňuje detekovať častice, ktorých veľkosť leží mimo jeho rozlišovacej schopnosti. Táto metóda využíva šikmé osvetlenie, vďaka ktorému sú mikročastice viditeľné ako svetlé bodky na tmavom pozadí, pričom štruktúra častíc nie je viditeľná, dá sa zistiť iba skutočnosť, že sú prítomné.

Teória ukazuje, že bez ohľadu na to, aký výkonný je mikroskop, akýkoľvek objekt menší ako 3 mikróny v ňom bude reprezentovaný jednoducho ako jeden bod, bez akýchkoľvek detailov. To však neznamená, že takéto častice nemožno vidieť, monitorovať alebo spočítať.

Na pozorovanie častíc, ktorých rozmery sú menšie ako medza rozlíšenia mikroskopu, slúži zariadenie tzv ultramikroskop. Hlavnou časťou ultramikroskopu je silné osvetľovacie zariadenie; takto osvetlené častice pozorujeme v bežnom mikroskope. Ultramikroskopia je založená na tom, že malé častice, suspendované v kvapaline alebo plyne, sa stanú viditeľnými pri silnom bočnom osvetlení (pripomeňte si prachové častice viditeľné v slnečnom lúči).

25.8. Základné pojmy a vzorce

Koniec stola

25.8. Úlohy

1. Ako objektív mikroskopu sa používa šošovka s ohniskovou vzdialenosťou 0,8 cm s ohniskovou vzdialenosťou okuláru 2 cm Optická dĺžka tubusu je 18 cm Aké je zväčšenie mikroskopu?

2. Určte hranicu rozlíšenia suchých a imerzných (n = 1,55) šošoviek s uhlovou clonou u = 140 o. Vezmite vlnovú dĺžku rovnú 0,555 µm.

3. Aká je hranica rozlíšenia pri vlnovej dĺžke λ \u003d 0,555 mikrónov, ak je číselná apertúra: A 1 \u003d 0,25, A 2 \u003d 0,65?

4. S akým indexom lomu treba odoberať imerznú kvapalinu, aby sme v mikroskope preskúmali subcelulárny prvok s priemerom 0,25 μm pri pohľade cez filter oranžového svetla (vlnová dĺžka 600 nm)? Uhol otvoru mikroskopu je 70°.

5. Na okraji lupy je nápis "x10" Určte ohniskovú vzdialenosť tejto lupy.

6. Ohnisková vzdialenosť šošovky mikroskopu f 1 = 0,3 cm, dĺžka tubusu Δ \u003d 15 cm, zväčšenie G \u003d 2500. Nájdite ohniskovú vzdialenosť F 2 okulára. Najlepšia vzdialenosť videnia a 0 = 25 cm.

Mikroskop je určený na pozorovanie malých predmetov s veľkým zväčšením a s vyšším rozlíšením, ako dáva lupa. Optický systém mikroskopu pozostáva z dvoch častí: objektívu a okuláru. Objektív mikroskopu vytvára skutočný zväčšený inverzný obraz objektu v prednej ohniskovej rovine okuláru. Okulár funguje ako lupa a vytvára virtuálny obraz v najlepšej pozorovacej vzdialenosti. Vo vzťahu k celému mikroskopu sa uvažovaný objekt nachádza v prednej ohniskovej rovine.

Zväčšenie mikroskopu

Pôsobenie mikrošošoviek je charakterizované jej lineárnym nárastom: V asi \u003d -Δ / F \ "asi * F \" asi - ohnisková vzdialenosť mikrošošoviek * Δ - vzdialenosť medzi zadným ohniskom šošovky a prednou časťou ohnisko okuláru, nazývané optický interval alebo optická dĺžka tubusu.

Obraz vytvorený objektívom mikroskopu v prednej ohniskovej rovine okulára sa pozerá cez okulár, ktorý pôsobí ako lupa so zdanlivým zväčšením:

G ok = ¼ F ok

Celkové zväčšenie mikroskopu je definované ako súčin zväčšenia objektívu a zväčšenia okuláru: G=V rev *G ok

Ak je známa ohnisková vzdialenosť celého mikroskopu, jeho zdanlivé zväčšenie možno určiť rovnakým spôsobom ako pri lupe:

Zväčšenie objektívov moderných mikroskopov je spravidla štandardizované a predstavuje rad čísel: 10, 20, 40, 60, 90, 100 krát. Zväčšenie okuláru má tiež celkom jednoznačné hodnoty, napríklad 10, 20, 30 krát. Všetky moderné mikroskopy majú súpravu objektívov a okulárov, ktoré sú špeciálne navrhnuté a vyrobené tak, aby do seba zapadali, takže ich možno kombinovať a získať tak rôzne zväčšenia.

Zorné pole mikroskopu

Zorné pole mikroskopu závisí od uhlového poľa okuláru ω , v rámci ktorej sa získa obraz dostatočne dobrej kvality: 2y=500*tg(ω)/G *G - zväčšenie mikroskopu

Pre dané uhlové pole okuláru je lineárne pole mikroskopu v priestore predmetov tým menšie, čím väčšie je jeho zdanlivé zväčšenie.

Priemer výstupnej pupily mikroskopu

Priemer výstupnej pupily mikroskopu sa vypočíta takto:
kde A je predný otvor mikroskopu.

Výstupná pupila mikroskopu je zvyčajne o niečo menšia ako zrenica oka (0,5–1 mm).

Pri pozorovaní cez mikroskop musí byť zrenica oka zarovnaná s výstupnou pupilou mikroskopu.

Rozlíšenie mikroskopu

Jednou z najdôležitejších vlastností mikroskopu je jeho rozlišovacia schopnosť. Podľa Abbeho difrakčnej teórie závisí limit lineárneho rozlíšenia mikroskopu, teda minimálna vzdialenosť medzi bodmi objektu, ktoré sú zobrazené ako samostatné, od vlnovej dĺžky a numerickej apertúry mikroskopu:
Maximálne dosiahnuteľné rozlíšenie optický mikroskop možno vypočítať z výrazu pre apertúru mikroskopu . Ak vezmeme do úvahy, že maximálna možná hodnota sínusu uhla je jednota, potom pre priemernú vlnovú dĺžku môžeme vypočítať rozlíšenie mikroskopu:

Existujú dva spôsoby, ako zvýšiť rozlíšenie mikroskopu: * Zväčšením apertúry objektívu, * Znížením vlnovej dĺžky svetla.

Ponorenie

Aby sa zväčšila clona šošovky, priestor medzi uvažovaným objektom a šošovkou sa vyplní takzvanou imerznou kvapalinou - priehľadnou látkou s indexom lomu väčším ako jedna. Ako taká kvapalina sa používa voda, cédrový olej, roztok glycerínu a ďalšie látky. Apertúry imerzných objektívov s vysokým zväčšením dosahujú hodnotu , potom bude maximálne dosiahnuteľné rozlíšenie imerzného optického mikroskopu.

Použitie ultrafialových lúčov

Na zvýšenie rozlíšenia mikroskopu druhým spôsobom sa používajú ultrafialové lúče, ktorých vlnová dĺžka je kratšia ako viditeľné lúče. V tomto prípade je potrebné použiť špeciálnu optiku, ktorá je priehľadná pre ultrafialové svetlo. Keďže ľudské oko nevníma ultrafialové žiarenie, je potrebné siahnuť buď po prostriedkoch, ktoré premieňajú neviditeľný ultrafialový obraz na viditeľný, alebo odfotografovať obraz v ultrafialové lúče. Pri vlnovej dĺžke bude rozlíšenie mikroskopu.

Okrem zlepšenia rozlíšenia má metóda pozorovania v ultrafialovom svetle aj ďalšie výhody. Zvyčajne sú živé objekty vo viditeľnej oblasti spektra priehľadné, a preto sú pred pozorovaním predbežne zafarbené. Ale nejaké predmety nukleových kyselín, proteíny) majú selektívnu absorpciu v ultrafialovej oblasti spektra, vďaka čomu môžu byť „viditeľné“ v ultrafialovom svetle bez zafarbenia.