Микроскоп

I. Оптические системы, их виды, характеристика.

Оптические системы - это совокупность оптических деталей (линз, зеркал),

Виды оптических систем

1) По степени сложности

Простые Сложные

3) По признаку положения предмета и изображения

а) Телескопические системы - предметы и изображение находятся в условной бесконечности. Это все системы для визуального наблюдения за удаленными предметами (бинокли, оптические прицелы, подзорные трубы и т.д.)

∞

(∞-∞)

∞

б) Микроскопические системы - предмет расположен на конечном расстоянии, а изображение в бесконечности. Это системы для визуального наблюдения близко расположенных предметов (микроскоп, лупы, стерео лупы и т.д.)

(F-∞)

∞

в) фотографические системы - предмет находится в условной бесконечности, а изображение на конечном расстоянии. (фотоаппарат, кинокамера, видеокамера)

∞

(∞-F)

г)Проекционно - репродукционные системы - предмет и изображение находятся на конечном расстоянии. (диапроектор, фильмоскоп, кинопроектор и т.п.).

(Fe-Fe)

Fe - сопряженные фокусы

Положения изображений

1) Предмет в условной бесконечности

уменьшенное, действительное обратное (l>l1)

2) Предмет в двойном фокусе

Действительное, обратное l=l1

3) Предмет между передним главным и двойным фокусами

увеличенное, обратное действительное

l<l1

4) Предмет в главном фокусе

Изображение в условной бесконечности, обратное и теоретически бесконечно

большое.

5) Предмет ближе главного фокуса

Увеличенное, прямое, мнимое l<l1

II. Микроскоп как оптическая система. Ход лучей в микроскопе.

Микроскоп - сложная оптическая система с двумя ступенями увеличения и предназначенная для наблюдения в увеличенном виде близко расположенных предметов.

I ступень – объективцентрическая система из 4-10 линз для непосредственного рассмотрения объекта и формирования промежуточного изображения, расположенного перед окуляром.

II ступень - окуляр - система из 2-5 линз, предназначенная для рассматривания промежуточного изображения.

Для построения изображения в микроскопе нужно:

- объектив и окуляр изобразить в виде тонких собирающих линз

-выбрать 2 луча: один через оптический центр, другой - параллельно главной оптической оси

-расположить предмет перед передним главным фокусом объектива

-построить промежуточное изображение (оно получится за двойным фокусным расстоянием объектива, увеличенное, действительное, обратное). Оно будет располагаться ближе главного фокуса окуляра .

-построить окончательное изображение, которое формирует окуляр. Оно увеличенное, мнимое, прямое и будет находиться на расстоянии L=25см наилучшего видения

L - расстояние наилучшего видения

L2

l - высота предмета

l1 - промежуточное изображение

l2 - конечное изображение предмета

L - условное расстояние на котором глаз под достаточно большим углом зрения может длительно осуществлять зрительную работу.

Основные характеристики микроскопа 1. Увеличение – это безразмерная величина, равная отношению линейного или

углового размера изображения к линейному или угловому размеру объекта. На практике чаще используется линейное изображение. Т. к. микроскоп - это двухступенчатая система, то его общее увеличение состоит из увеличения объектива Гоб и увеличения окуляра Гок

Гоб=l1/l ; Гок=l2/l1 ;

Гобщ=Гоб*Гок = l1/l * l2/l1 = l2/l

L2 - размер окончательного изображения

L - размер объекта

На практике используется вторая формула увеличения микроскопа, представленная через фокусное расстояние объектива и окуляра – fоб и fок, через оптическую длину тубуса

и расстояние наилучшего видения - L

Вывод: увеличения объектива и окуляра гравируется на их оправах и у обычных биологических микроскопов объективы имеют увеличение 8, 10, 20, 40, 90 раз. У исследовательских - 100 раз. Окуляры имеют увеличения 5, 7, 10, 20 раз. У самого лучшего современного микроскопа увеличение составит 100 *

20 = 2000 раз, у обычного 90 * 15 = 1350 раз.

2. Числовая апертура - безразмерная величина, характеризующая светособирающую и разрешающую способности микроскопа.

А (апертура) - Численно равна произведению показателя преломляющей среды между объектом и объективом на sin апертурного угла

А = n * sin u

u - апертурный угол, под которым из точки, находящейся в главном фокусе объектива виден радиус передней линзы объектива.

Средой между объектом и объективом может быть:

-воздух (nвоз = 1)

-дистиллированная вода (nд.в = 1,33)

-глицерин (nгл = 1,49)

-кедровое масло (nмасл = 1,55)

Объективы, где промежуточные среды – вода, глицерин, масло – иммерсионные объективы.

Объективы, где промежуточная среда воздух – сухие объективы

Каждый объектив конструируется только на одну иммерсионную среду.

Для иммерсионных объективов апертурный угол 1-30 , для сухих объективов – 0-40. Апертура объектива вместе с увеличением гравируется на оправе объектива. Наименьшая апертура – 0,2; наибольшая у иммерсионных объективов с увеличением в 100 раз – 13.

3. Разрешающая способность микроскопа - это способность оптической системы давать раздельное изображение двух предельно близко расположенных точек объекта, или его структур.

R - разрешающая способность. Она обратно пропорциональна предельному разрешению – d.

d - наименьшее расстояние на котором две структуры видны раздельно.

R = 1 / d

Эксперементально установлено, что d зависит от λ света, при котором проводят наблюдения, и числовой апертуры микроскопа.

d = λ / 2A

R = 2A / λ = 2 * n * sinu / λ

Из этой формулы следует, что для повышения R нужно использовать коротковолновые излучения (УФ) и брать объективы с большой апертурой (иммерсионные).