6.3.3. Оптична мікроскопія

Перейдемо до розгляду оптичної системи мікроскопа і його основних характеристик. Мікроскоп являє собою ЦОС, яка у найпростішому випадку складається з двох лінз: об'єктива і окуляра. Хід променів у мікроскопі зображений нарис. 6.18.

Рис. 6.18. Схематичний хід променів у мікроскопі.

У мікроскопі предмет розміщується безпосередньо за переднім фокусом об'єктива (Об). В такому випадку його зображеннябуде дійсним, оберненим, збільшеним і знаходитиметься за подвійним фокусом об'єктива. Бажано, щоб окуляр (Ок) розміщувався так, щоб площина, в якій лежить зображеннязнаходилася у фокальній площині окуляра або між його переднім фокусом і самим окуляром, але в безпосередній близькості від фокусаВ першому випадку око не напружується, оскільки до нього йдуть паралельні промені. В другому випадку потрібна акомода­ція (див. параграф 6.7, де викладаються біофізичні основи зорової рецепції), щоб зібрати промені, що розходяться після заломлення в окулярі, на сітківку ока.

Розглянемо перший випадок. Як видно з рис. 6.18, зображення предметазнаходиться у фокальній площині окуляра, і тому всі промені після заломлення в

окулярі йдуть від цього зображення паралельно до побічної вісі, яка з'єднує точкуі оптичний центр лінзи окуляраЗаломлююча система ока, яка має в середньому оптичну силуфокусує ці паралельні промені на сітківку, де виникає зображенняреального предмета

Збільшення мікроскопа як і збільшення будь-якої ЦОС, визначається добутком збільшення лінз, що входять до її складу:

(6.11)

де - оптична довжина тубуса - відстань між заднім головним фокусом об'єктива і переднім головним фокусом окуляра,- відстань найкращого зору

Таким чином, теоретичне збільшення мікроскопа дорівнює відношенню добутку оптичної довжини тубуса на відстань найкращого зору до добутку фокусних відстаней об'єктива і окуляра.

Основні характеристики мікроскопа - роздільна здат­ність, межа розрізнення і корисне збільшення.

Роздільна здатність - властивість мікроскопа дава­ти окремо зображення двох, поряд розміщених, світлих точок предмета.

Теорія роздільної здатності мікроскопа була розроблена Е. Аббе, а потім Л. І. Мандельштамом і Д. С. Рождественським. Роздільна здатність мікроскопа зумовлена хвильови­ми властивостями світла і передусім дифракційними явища­ми. Вона визначається роздільною здатністю об'єктива, в який входять промені світла, що дифрагують на структурних деталях предмета, і залежить, таким чином, від апертурного кута і довжини хвилі. Роздільна здатність є характеристикою, яка оберненадо межі розрізнення - найменшої відстані між: двома світлими точками предмета, які сприймаються в мікроскопі окремо.Чим менша межа розрізнення, тим вища роздільна здатність оптичного приладу.

В теорії Аббе формула для межі розрізнення має такий вигляд для "сухого" мікроскопа:

При використанні імерсійного об'єктива (тобто у разі, коли між предметом і об'єктивом розміщена рідина з показником заломлення значно збільшується яскравість зображення і роздільна здатність мікроскопа. У цьому випадку формула для межі розрізнення набуває вигляду

(6.12)

Величина називаєтьсячисловою апертурою. Оцінимо цю величину. Максимальна кутова апертура тоді для сухого об'єктиваа для імерсійного якщоВикористовуючи світло здо якого найбільш чутливе людське око, отримаємо для межі розрізнення такі значен­ня: для сухого мікроскопаа для імерсійного мікроскопаНе має сенсу нескінченно зменшуватиоскільки деталі предмета повинні розрізнятися і оком. Реальне збіль­шення мікроскопа визначається так званимкорисним збіль­шенням яке визначається співвідношенням

де - межа розрізнення ока, тобто розмір зображення на сітківці ока предмета, який має величину, що співпадає з межою розрізнення мікроскопана відстані найкращого зору

Нормальне око розрізняє дві точки, кутові відстані між якими мають порядок 2'- 4', тобто декілька кутових хвилин. Тоді для такої кутової відстані межа розрізнення ока становить

Таким чином, корисне збільшення мікроскопа

Тоді для сухого мікроскопа при і числовій апертурімаємо

а для імерсійного мікроскопа з числовою апертурою

Отже, у звичайному оптичному мікроскопі корисне збільшення не може перевищувати значення Ці збільшення називають корисними, тому що при них око розрізняє всі елементи структури об'єкта, які розрізнені мікроскопом.

Для вирішення різноманітних завдань у біологічних дослідженнях використовують різні методи спостереження об'єктів за допомогою мікроскопа, основними з них є такі:

- методи світлого і темного полів у відбитих променях або променях, що проходять крізь об'єкт;

- методи спостереження в поляризованому і люмінесцент­ному світлі;

- метод фазового контрасту;

- метод ультрамікроскопії та ін.