3.2 Основные технические характеристики микроскопа
Микроскоп представляет оптическую систему, состоящую из 2-х ступеней увеличения: первая – основная, обеспечивается объективом, вторая – дополнительная, обеспечивается окуляром. Увеличение, которое дает микроскоп, определяется произведением увеличения объектива на увеличение окуляра.
Главной характеристикой микроскопа как оптической системы является его разрешающая способность. Она зависит от длины волны используемого света и числовой апертуры оптической системы микроскопа.
Разрешающая способность связана обратной связью с пределом разрешения - d - минимальным расстоянием между двумя точками, при котором еще можно различить каждую из них отдельно:
d = λ : (Аоб + А конд), (1)
где λ - длина волны используемого света, нм,
А об - числовая апертура объектива,
А конд - числовая апертура конденсора.
Таким образом, увеличение разрешающей способности микроскопа
достигается двумя путями:
- уменьшением длины волны света, которым освещается препарат,
- увеличением апертуры конденсора и объектива.
Числовая апертура А является мерой количества света, попадающего в линзу:
А = n sin u, (2)
где n - показатель преломления среды, граничащей с линзой,
u – отверстный угол - угол между оптической осью линзы и наиболее отклоняющимся лучом, попадающим в линзу (рисунок 3).
Uo
Объектив
Конденсор
U
Объект
Рисунок 3 – Отверстные углы конденсора (U) и объектива (Uo)
Числовая апертура любой линзы, граничащей с воздухом, не может быть больше единицы, так как показатель преломления воздуха n возд =1, а угол u не может быть больше 900. Увеличить апертуру линзы можно, увеличив показатель преломления среды или угол падения лучей света. Первого достигают, используя иммерсионные объективы, а также помещая иммерсионное масло между верхней линзой конденсора и нижней поверхностью предметного стекла (апертура "сухого" конденсора не более 0,95, апертура иммергированного конденсора повышается до 1,2). Числовая апертура объектива указана на его оправе.
Наилучшую четкость изображения получают, когда апертура конденсора соответствует апертуре объектива. Этого можно добиться, регулируя угол падения лучей от конденсора (sin u) с помощью ирисовой (апертурной) диафрагмы конденсора. При работе с иммерсионным объективом диафрагма должна быть полностью открыта, при работе с сухими объективами - прикрыта соответствующим образом (рисунок 4).
Обычно в световых микроскопах используются источники освещения видимой области спектра (λ = 400-700 нм), поэтому предел разрешения микроскопа в этом случае будет не выше 200-350 нм (0,2-0.35 мкм). При использовании ультрафиолетового света (λ =200-280 нм) разрешающая способность увеличивается до 100-140 нм.
Рисунок 4 – Соотношение между увеличением объектива и степенью раскрытия диафрагмы конденсора
Таким образом, все, что может дать световой микроскоп как вспомогательный прибор к человеческому глазу - это повысить разрешающую способность глаза примерно в 1000 раз, поскольку невооруженный глаз человека имеет предел разрешения около 100 мкм. При использовании видимой области спектра величина 0,2-0,3 мкм является конечным пределом разрешения светового микроскопа.