МікроскопиСучасний мікроскоп – складний оптичний прилад ближньої дії

Сучасний мікроскоп – складний оптичний прилад ближньої дії. Він призначений для розгляду, вивчення та вимірювання мікроструктури різноманітних предметів, нерозрізнених неозброєним оком, та мікропроцесів, а також для мікрофотографії та кінематографії.

Класифікація мікроскопів:

По сферах застосування: технічні, біологічні, хірургічні.
За видом мікроскопії: проходить і відбитого світла, поляризаційні, люмінесцентні, фазового розмаїття.
За спрямованістю світлового потоку: прямі та інвертовані.

У мікроскопі розрізняють механічну та оптичну частини:

Механічна частина представлена штативом та укріпленим на ньому тубусом з револьвером для кріплення та зміни об'єктивів. До механічної частини відносяться також: предметний столик, пристрої для кріплення конденсора і світлофільтрів, вбудовані в штатив механізми фокусування.
Оптична частина представлена об'єктивами, окулярами та освітлювальною системою.

6.1. Оптична частина

Об'єктив мікроскопа (основна та найбільш відповідальна частина мікроскопа) – є складною оптичною системою, що утворює дійсне, збільшене та перевернене зображення об'єкта в передній фокальній площині окуляра. Це проміжне зображення є предметом окуляра. Окуляр дає уявне збільшене зображення предмета у нескінченності. У передній фокальній площині окуляра розташована сітка, яка видно в окуляр одночасно із зображенням об'єкта, що дає можливість за шкалою сітки визначити його розміри. При цьому дійсний розмір об'єкта буде в

разів меншим за виміряний по сітці (

– збільшення об'єктива).

Відстань між заднім фокусом об'єктивата переднім фокусом окуляраназивається оптичною довжиною тубуса мікроскопа (рис.2.5). Для кожного об'єктива величинамає значення в межах 150–200мм.

Тубус мікроскопа - це вузол, що служить для встановлення об'єктивів та окулярів на певній відстані один від одного. Він є трубкою, у верхній частині якої знаходиться окуляр або окуляри, а в нижній - пристрій для кріплення і зміни об'єктивів. Зазвичай це револьвер із кількома гніздами для швидкої зміни об'єктивів різного збільшення. У кожному гнізді револьвера об'єктив закріплений таким чином, що він залишається центрованим по відношенню до оптичної осі мікроскопа. В даний час конструкція тубуса суттєво відрізняється від колишніх мікроскопів тим, що частини тубуса, що несуть окуляри та револьвер з об'єктивами, конструктивно не пов'язані. Роль середньої частини тубуса може виконувати штатив. Механічна довжина тубуса мікроскопів зазвичай становить 160мм. У тубусі між об'єктивом і окуляром можуть розташовуватися призми, що змінюють напрямок ходу променів та проміжні лінзи, що змінюють окулярне збільшення та оптичну довжину тубуса.

Існують різні взаємозамінні конструкції ділянки тубуса, що несуть окуляри та різняться за кількістю окулярів:

Досліджуваний предмет (шкала) перебуває перед об'єктивом з відривом дещо більшим, ніж .

6.2. Основні характеристики мікроскопа

6.2.1. Збільшення мікроскопа

Дія мікрооб'єктива характеризують його лінійним збільшенням:

де

– фокусна відстань мікрооб'єктива,  – оптичний інтервал або оптична довжина тубуса.

Зображення, створюване об'єктивом мікроскопа у передній фокальній площині окуляра розглядається через окуляр, який діє яклупа з видимим збільшенням: (6.2) Загальне збільшення мікроскопа визначається як добуток збільшення об'єктива на збільшення окуляра:

- Фокусна відстань всього мікроскопа.

Як правило, збільшення сучасних об'єктивів мікроскопів стандартизоване та складає ряд чисел: 10, 20, 40, 60, 90, 100 крат. Збільшення окулярів теж мають цілком певні значення, наприклад, 10, 20, 30 крат. У всіх сучасних мікроскопах є комплект об'єктивів та окулярів, які спеціально розраховуються та виготовляються так, що підходять один до одного, тому їх можна комбінувати для отримання різних збільшення.

6.2.2. Поле зору мікроскопа

Поле зору мікроскопа залежить від кутового поля окуляра , в межах якого виходить зображення досить гарної якості: (6.4) При даному кутовому полі окуляра лінійне поле мікроскопа у просторі предметів тим менше, чим більше його видиме збільшення.

6.2.3. Діаметр вихідної зіниці мікроскопа

Діаметр вихідної зіниці мікроскопа визначається фокусом та апертурним кутом окуляра та обчислюється наступним чином:

де А – передня апертура мікроскопа, яка характеризує його світлосилу та роздільну здатність.

Діаметр вихідної зіниці мікроскопа зазвичай трохи менший за діаметр зіниці ока (0.5-1мм).

Якщо діаметр вихідної зіниці мікроскопа значно менший за діаметр зіниці ока, то метрологічні характеристики зору повністю не використовуються, а для забезпечення достатньої освітленості зображення на сітківці потрібно інтенсивне освітлення об'єкта.

6.2.4. Роздільна здатність мікроскопа

Однією з найважливіших характеристик мікроскопа є його роздільна здатність. Згідно з дифракційною теорією Аббе,лінійна межа роздільної здатності мікроскопа, тобто мінімальна відстань між точками предмета, які зображуються як роздільні, залежить від довжини хвилі і числової апертури мікроскопа: мікроскопа (), то для середньої довжини хвилі можна обчислити роздільну здатність мікроскопа:

З виразу (6.6) слід, що підвищити роздільну здатність мікроскопа можна двома способами: або збільшуючи апертуру об'єктива, або зменшуючи довжину хвилі світла, що висвітлює об'єкта.

Для того щоб збільшити апертуру об'єктива, простір між предметом, що розглядається, і об'єктивом заповнюється так званою іммерсійною рідиною – прозорою речовиною з показником заломлення більше одиниці. Як таку рідину використовують воду (), розчин гліцерину та інші речовини. Апертури імерсійних об'єктивів великого збільшення досягають величини.

Застосування ультрафіолетових променів

Для збільшення роздільної здатності мікроскопа другим способом застосовуються ультрафіолетові промені, довжина хвилі яких менша, ніж у видимих променів. При цьому має бути використана спеціальна оптика, прозора для ультрафіолетового світла. Оскільки людське око не сприймає ультрафіолетове випромінювання, необхідно або вдатися до засобів, що перетворюють невидиме ультрафіолетове зображення на видиме, або фотографувати зображення в ультрафіолетових променях. При довжині хвилі.

Крім підвищення роздільної здатності, метод спостереження в ультрафіолетовому світлі має й інші переваги. Зазвичай живі об'єкти прозорі у видимій області спектра, і тому перед спостереженням їх забарвлюють. Але деякіоб'єкти (нуклеїнові кислоти, білки) мають вибіркове поглинання в ультрафіолетовій області спектру, завдяки чому вони можуть бути «видимі» в ультрафіолетовому світлі без фарбування.

У просторі зображень відстань між двома роздільними точками визначається за формулою:

ця відстань має бути узгоджена з лінійною межею дозволу ока.

6.2.5. Корисне збільшення мікроскопа

Око спостерігача зможе сприймати дві точки як роздільні, якщо кутова відстань між ними буде не меншою за кутову межу дозволу ока. Для того щоб око спостерігача могло повністю використовувати роздільну здатність мікроскопа, необхідно мати відповідне видиме збільшення.

Корисне збільшення - це видиме збільшення, при якому око спостерігача буде повністю використовувати роздільну здатність мікроскопа, тобто роздільна здатність мікроскопа буде така ж, як і роздільна здатність ока.

Якщо дві точки в передній фокальній площині мікроскопа розташовані одна від одної на відстані , то кутова відстань між зображеннями цих точок . З виразів (6.6) та (6.2) можна вивести видиме збільшення мікроскопа: (6.8)

Оскільки зазвичай діаметр вихідної зіниці мікроскопа близько 0.5-1мм, кутова межа роздільної здатності ока 2'-4', а середня довжина хвилі у видимій області спектру (0.5мкм), то для корисного збільшення мікроскопа можна вивести залежність: 500А   100 (6.9) Мікроскоп, збільшення якого менше 500Ане дає можливість розрізняти об'єкти, які дозволяє об'єктив з апертуроюА. Збільшення, що перевищує 1000А,не забезпечує виявлення нових деталей предмета і призводить до погіршення якості зображення.