Окуляры для биологических микроскопов маркировка. Оптическая схема и принцип действия микроскопа

→

Объектив является самым важным элементом оптической системы микроскопа. С помощью объектива строится микроскопическое изображение с помощью входящих в конструкцию нескольких линз. Количество линз будет зависеть от задач, решаемых объективом, и может доходить до 14 штук (для получения наивысшего качества изображения).

В объективе выделяется фронтальная система линз, которая определяет рабочее расстояние и числовую апертуру, и последующие линзы, которые уже отвечают за увеличение и фокусное расстояние.

Существует несколько классификаций объективов на основе различных параметров. Ниже представлены наиболее распространенные наименования.

Классификация объективов по степени исправления искажений :

  • Ахроматические объективы - устраняют хроматические аберрации благодаря наличию в конструкции объектива стеклянных элементов с разной дисперсией (в результате чего крайние лучи видимого спектра сходятся в одном фокусе).
  • Флюоритовые объективы - устраняют окрашенность изображения с помощью цветокорректирующих добавок
  • Апохроматические объективы - устраняет как хроматические, так и сферические аберрации.
  • Полуапохроматические объективы - по конструкции те же апохроматы, однако более дешевый их вариант со средним качеством изображения.
  • Планарные объективы - устраняют кривизну изображения по всему полю наблюдения.

Классификация объективов по увеличению :

  • Объективы малых увеличений (до 10х).
  • Объективы средних увеличений (до 50х).
  • Объективы больших увеличений (50-100х)
  • Объективы сверхбольших увеличений (более 100х).

Классификация объективов по числовой апертуре :

  • Объективы малых числовых апертур (до 0,25).
  • Объективы средних числовых апертур (до 0,65).
  • Объективы больших числовых апертур (более 0,65).

В объективах с ирисовой диафрагмой есть возможность изменять числовую апертуру.

Классификация объективов по полю наблюдения :

  • Объективы для наблюдения в пределах нормального поля (до 18 мм).
  • Широкопольные объективы (до 22,5 мм).
  • Сверхширокопольные объективы (более 22,5).

Теперь давайте разберемся в маркировке объектива для микроскопа. На объективе обязательно указывается увеличение, числовая апертура, а также может быть указана дополнительно буквенная маркировка. Например, что означает маркировка 40х/0,65 Ф? Первое числовое значение указывает на увеличение в 40х, второе на значение числовой апертуры - 0,65. Буквенная маркировка указывает на метод исследования объектива - Ф или Ph (фазовый, то есть с фазовым элементом внутри, которое представляет собой полупрозрачное кольцо). Также в буквенной маркировке могут быть обнаружены следующие обозначения: П или Pol (поляризационный объектив), Л или L (люминесцентный объектив), ФЛ или PhL (фазово-люминесцентный объектив) и так далее.

Также в буквенной маркировке может указываться тип оптической коррекции: АПО или APO (апохроматический), ПЛАН или PL (планарный), ПЛАН-АПО (планапохромат), СФ или М-ФЛЮАР (полуапохромат). Также могут встречаться такие маркировки как S (фирма OptiTech, ахромат с пружинным механизмом), или SemiPlan или SP (объективы - что-то среднее межу ахроматами и планахроматами).

И напоследок, следует отметить, что объективы могут быть сухие (безыммерсионные), с водной иммерсией или масляной иммерсией. Иммерсионная жидкость - это жидкость, которая находится между покровным стеклом и объективом и благодаря которой повышается разрешение объектива (используются в объективах с большими увеличениями). На иммерсию также указывает маркировка объектива: МИ или Oil (масляная иммерсия), ВИ или W (водная иммерсия).

  • Электрическая часть микроскопа

    • В отличие от лупы, микроскоп имеет, как минимум, две ступени увеличения. Функциональные и конструктивно-технологические части микроскопа предназначены для обеспечения работы микроскопа и получения устойчивого, максимально точного, увеличенного изображения объекта. Здесь мы рассмотрим устройство микроскопа и постараемся описать основные части микроскопа.

    Функционально устройство микроскопа делится на 3 части:

    1. Осветительная часть

    Осветительная часть конструкции микроскопа включает источник света (лампа и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).

    2. Воспроизводящая часть

    Предназначена для воспроизведения объекта в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (т. е. для построения такого изображения, которое как можно точнее и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей).
    Воспроизводящая часть обеспечивает первую ступень увеличения и расположена после объекта до плоскости изображения микроскопа.
    Воспроизводящая часть включает объектив и промежуточную оптическую систему.

    Современные микроскопы последнего поколения базируются на оптических системах объективов, скорректированных на бесконечность. Это требует дополнительно применения так называемых тубусных систем, которые параллельные пучки света, выходящие из объектива, «собирают» в плоскости изображения микроскопа.

    3. Визуализирующая часть

    Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотоплёнке или пластинке, на экране телевизионимеющей фокусное расстояние микроска 160 ммного или компьютерного монитора с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения).
    Визуализирующая часть расположена между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя (цифровой камерой).
    Визуализирующая часть включает монокулярную, бинокулярную или тринокулярную визуальную насадку с наблюдательной системной (окулярами, которые работают как лупа).
    Кроме того, к этой части относятся системы дополнительного увеличения (системы оптовара/смены увеличения); проекционные насадки, в том числе дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты; системы анализа и документирования изображения с соответствующими адаптерами для цифровых камер.

    Схема расположения основных элементов оптического микроскопа

    С конструктивно-технологической точки зрения, микроскоп состоит из следующих частей:

    • механической;
    • оптической;
    • электрической.

    1. Механическая часть микроскопа

    Устройство микроскопа включается в себя штатив, который является основным конструктивно-механическим блоком микроскопа. Штатив включает в себя следующие основные блоки: основание и тубусодержатель .

    Основание представляет собой блок, на котором крепится весь микроскоп и является одной из основных частей микроскопа. В простых микроскопах на основание устанавливают осветительные зеркала или накладные осветители. В более сложных моделях осветительная система встроена в основание без или с блоком питания.

    Разновидности оснований микроскопа:

    1. основание с осветительным зеркалом;
    2. так называемое «критическое» или упрощенное освещение;
    3. освещение по Келеру.
    1. узел смены объективов, имеющий следующие варианты исполнения — револьверное устройство, резьбовое устройство для ввинчивания объектива, «салазки» для безрезьбового крепления объективов с помощью специальных направляющих;
    2. фокусировочный механизм грубой и точной настройки микроскопа на резкость — механизм фокусировочного перемещения объективов или столиков;
    3. узел крепления сменных предметных столиков;
    4. узел крепления фокусировочного и центрировочного перемещения конденсора;
    5. узел крепления сменных насадок (визуальных, фотографических, телевизионных, различных передающих устройств).

    В микроскопах могут использоваться стойки для крепления узлов (например, фокусировочный механизм в стереомикроскопах или крепление осветителя в некоторых моделях инвертированных микроскопов).

    Чисто механическим узлом микроскопа является предметный столик , предназначенный для крепления или фиксации в определенном положении объекта наблюдения. Столики бывают неподвижные, координатные и вращающиеся (центрируемые и нецентрируемые).

    2. Оптика микроскопа (оптическая часть)

    Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа — создание увеличенного изображения объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров составляющих элементов и цвету. Кроме этого, оптика должна обеспечивать такое качество изображения, которое отвечает целям исследования и требованиям методик проводимого анализа.
    Основными оптическими элементами микроскопа являются оптические элементы, образующие осветительную (в том числе, конденсор), наблюдательную (окуляры) и воспроизводящую (в том числе объективы) системы микроскопа.

    Объективы микроскопа

    — представляют собой оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения в плоскости изображения с соответствующим увеличением, разрешением элементов, точностью воспроизведения по форме и цвету объекта исследования. Объективы являются одними из основных частей микроскопа. Они имеют сложную оптико-механическую конструкцию, которая включает несколько одиночных линз и компонентов, склеенных из 2-х или 3-х линз.
    Количество линз обусловлено кругом решаемых объективом задач. Чем выше качество изображения, которое дает объектив, тем сложнее его оптическая схема. Общее число линз в сложном объективе может доходить до 14 (например, это может относиться к планапохроматическому объективу с увеличением 100х и числовой апертурой 1,40).

    Объектив состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная линза (или система линз) обращена к препарату и является основной при построении изображения соответствующего качества, определяет рабочее расстояние и числовую апертуру объектива. Последующая часть в сочетании с фронтальной обеспечивает требуемое увеличение, фокусное расстояние и качество изображения, а также определяет высоту объектива и длину тубуса микроскопа.

    Классификация объективов

    Классификация объективов значительно сложнее классификации микроскопов. Объективы разделяются по принципу расчетного качества изображения, параметрическим и конструктивно-технологическим признакам, а также по методам исследования и контрастирования.

    По принципу расчетного качества изображения объективы могут быть:

    • ахроматическими;
    • апохроматическими;
    • объективами плоского поля (план).

    Ахроматические объективы .

    Ахроматические объективы рассчитаны для применения в спектральном диапазоне 486-656 нм. Исправление любой аберрации (ахроматизация) выполнено для двух длин волн. В этих объективах устранены сферическая аберрация, хроматическая аберрация положения, кома, астигматизм и частично — сферохроматическая аберрация. Изображение объекта имеет несколько синевато-красноватый оттенок.

    Апохроматические объективы .

    Апохроматические объективы имеют расширенную спектральную область, и ахроматизация выполняется для трех длин волн. При этом, кроме хроматизма положения, сферической аберрации, комы и астигматизма, достаточно хорошо исправляются также вторичный спектр и сферохроматическая аберрация, благодаря введению в схему линз из кристаллов и специальных стекол. По сравнению с ахроматами, эти объективы обычно имеют повышенные числовые апертуры, дают четкое изображение и точно передают цвет объекта.

    Полуапохроматы или микрофлюары .

    Современные объективы, обладающие промежуточным качеством изображения.

    Планобъективы .

    В планобъективах исправлена кривизна изображения по полю, что обеспечивает резкое изображение объекта по всему полю наблюдения. Планобъективы обычно применяются при фотографировании, причем наиболее эффективно применение планапохроматов.

    Потребность в подобного типа объективах возрастает, однако они достаточно дороги из-за оптической схемы, реализующей плоское поле изображения, и применяемых оптических сред. Поэтому рутинные и рабочие микроскопы комплектуются так называемыми экономичными объективами. К ним относятся объективы с улучшенным качеством изображения по полю: ахростигматы (LEICA), СР-ахроматы и ахропланы (CARL ZEISS), стигмахроматы (ЛОМО).

    По параметрическим признакам объективы делятся следующим образом:

    1. объективы с конечной длиной тубуса (например, 160 мм) и объективы, скорректированные на длину тубуса «бесконечность» (например, с дополнительной тубусной системой, имеющей фокусное расстояние микроскопа 160 мм);
    2. объективы малых (до 10х); средних (до 50х) и больших (более 50х) увеличений, а также объективы со сверхбольшим увеличением (свыше 100х);
    3. объективы малых (до 0,25), средних (до 0,65) и больших (более 0,65) числовых апертур, а также объективы с увеличенными (по сравнению с обычными) числовыми апертурами (например, объективы апохроматической коррекции, а также специальные объективы для люминесцентных микроскопов);
    4. объективы с увеличенными (по сравнению с обычными) рабочими расстояниями, а также с большими и сверхбольшими рабочими расстояниями (объективы для работы в инвертированных микроскопах). Рабочее расстояние — это свободное расстояние между объектом (плоскостью покровного стекла) и нижним краем оправы (линзы, если она выступает) фронтального компонента объектива;
    5. объективы, обеспечивающие наблюдение в пределах нормального линейного поля (до 18 мм); широкопольные объективы (до 22,5 мм); сверхширокопольные объективы (более 22,5 мм);
    6. объективы стандартные (45 мм, 33 мм) и нестандартные по высоте.

    Высота — расстояние от опорной плоскости объектива (плоскости соприкосновения ввинченного объектива с револьверным устройством) до плоскости предмета при сфокусированном микроскопе, является постоянной величиной и обеспечивает парфокальность комплекта аналогичных по высоте объективов разного увеличения, установленных в револьверном устройстве. Иными словами, если с помощью объектива одного увеличения получить резкое изображение объекта, то при переходе к последующим увеличениям изображение объекта остается резким в пределах глубины резкости объектива.

    По конструктивно-технологическим признакам существует следующее разделение:

    1. объективы, имеющие пружинящую оправу (начиная с числовой апертуры 0,50), и без нее;
    2. объективы, имеющие ирисовую диафрагму внутри для изменения числовой апертуры (например, в объективах с увеличенной числовой апертурой, в объективах проходящего света для реализации метода темного поля, в поляризационных объективах отраженного света);
    3. объективы с корректирующей (управляющей) оправой, которая обеспечивает движение оптических элементов внутри объектива (например, для корректировки качества изображения объектива при работе с различной толщиной покровного стекла или с различными иммерсионными жидкостями; а также для изменения увеличения при плавной — панкратической — смене увеличения) и без нее.

    По обеспечению методов исследования и контрастирования объективы можно разделить следующим образом:

    1. объективы, работающие с покровным и без покровного стекла;
    2. объективы проходящего и отраженного света (безрефлексные); люминесцентные объективы (с минимумом собственной люминесценции); поляризационные объективы (без натяжения стекла в оптических элементах, т. е. не вносящие собственную деполяризацию); фазовые объективы (имеющие фазовый элемент — полупрозрачное кольцо внутри объектива); объективы ДИК (DIC), работающие по методу дифференциально-интерференционного контраста (поляризационные с призменным элементом); эпиобъективы (объективы отраженного света, предназначенные для обеспечения методов светлого и темного поля, имеют в конструкции специально рассчитанные осветительные эпи-зеркала);
    3. иммерсионные и безыммерсионные объективы.

    Иммерсия (от лат. immersio — погружение ) — жидкость, заполняющая пространство между объектом наблюдения и специальным иммерсионным объективом (конденсором и предметным стеклом). В основном применяются три типа иммерсионных жидкостей: масляная иммерсия (МИ/Oil), водная иммерсия (ВИ/W) и глицериновая иммерсия (ГИ/Glyc), причем последняя в основном применяется в ультрафиолетовой микроскопии.
    Иммерсия применяется в тех случаях, когда требуется повысить разрешающую способность микроскопа или её применения требует технологический процесс микроскопирования. При этом происходит:

    1. повышение видимости за счет увеличения разности показателя преломления среды и объекта;
    2. увеличение глубины просматриваемого слоя, который зависит от показателя преломления среды.

    Кроме того, иммерсионная жидкость может уменьшать количество рассеянного света за счет исчезновения бликов от объекта. При этом устраняются неизбежные потери света при его попадании в объектив.

    Иммерсионные объективы. Качество изображения, параметры и оптическая конструкция иммерсионных объективов рассчитываются и выбираются с учетом толщины слоя иммерсии, которая рассматривается как дополнительная линза с соответствующим показателем преломления. Иммерсионная жидкость, расположенная между объектом и фронтальным компонентом объектива, увеличивает угол, под которым рассматривается объект (апертурный угол). Числовая апертура безыммерсионного (сухого) объектива не превышает 1,0 (разрешающая способность порядка 0,3 мкм для основной длины волны); иммерсионного — доходит до 1,40 в зависимости от показателя преломления иммерсии и технологических возможностей изготовления фронтальной линзы (разрешающая способность такого объектива порядка 0,12 мкм).
    Иммерсионные объективы больших увеличений имеют короткое фокусное расстояние — 1,5-2,5 мм при свободном рабочем расстоянии 0,1-0,3 мм (расстояние от плоскости препарата до оправы фронтальной линзы объектива).

    Маркировка объективов.

    Данные о каждом объективе маркируются на его корпусе с указанием следующих параметров:

    1. увеличение («х»-крат, раз): 8х, 40х, 90х;
    2. числовая апертура: 0,20; 0,65, пример: 40/0,65 или 40х/0,65;
    3. дополнительная буквенная маркировка, если объектив используется при различных методах исследования и контрастирования: фазовый — Ф (Рп2 — цифра соответствует маркировке на специальном конденсоре или вкладыше), поляризационный — П (Pol), люминесцентный — Л (L), фазово-люминесцентный — ФЛ (PhL), ЭПИ (Epi, HD) — эпиобъектив для работы в отраженном свете по методу темного поля, дифференциально-интерференционный контраст — ДИК (DIC), пример: 40х/0,65 Ф или Ph2 40x/0,65;
    4. маркировка типа оптической коррекции: апохромат — АПО (АРО), планахромат — ПЛАН (PL, Plan), планапохромат — ПЛАН-АПО (Plan-Аро), улучшенный ахромат, полуплан — СХ — стигмахромат (Achrostigmat, CP-achromat, Achroplan), микрофлюар (полуплан-полуапохромат) — СФ или М-ФЛЮАР (MICROFLUAR, NEOFLUAR, NPL, FLUOTAR).

    Окуляры

    Оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения на сетчатке глаза наблюдателя. В общем виде окуляры состоят из двух групп линз: глазной — ближайшей к глазу наблюдателя — и полевой — ближайшей к плоскости, в которой объектив строит изображение рассматриваемого объекта.

    Окуляры классифицируются по тем же группам признаков, что и объективы:

    1. окуляры компенсационного (К — компенсируют хроматическую разность увеличения объективов свыше 0,8%) и безкомпенсационного действия;
    2. окуляры обычные и плоского поля;
    3. окуляры широкоугольные (с окулярным числом — произведение увеличения окуляра на его линейное поле — более 180); сверхширокоугольные (с окулярным числом более 225);
    4. окуляры с вынесенным зрачком для работы в очках и без;
    5. окуляры для наблюдения, проекционные, фотоокуляры, гамалы;
    6. окуляры с внутренней наводкой (с помощью подвижного элемента внутри окуляра происходит настройка на резкое изображение сетки или плоскость изображения микроскопа; а также плавное, панкратическое изменение увеличения окуляра) и без нее.

    Осветительная система

    Осветительная система является важной частью конструкции микроскопа и представляет собой систему линз, диафрагм и зеркал (последние применяются при необходимости), обеспечивающую равномерное освещение объекта и полное заполнение апертуры объектива.
    Осветительная система микроскопа проходящего света состоит из двух частей — коллектора и конденсора.

    Коллектор.
    При встроенной осветительной системе проходящего света коллекторная часть расположена вблизи источника света в основании микроскопа и предназначена для увеличения размера светящегося тела. Для обеспечения настройки коллектор может быть выполнен подвижным и перемещаться вдоль оптической оси. Вблизи коллектора располагается полевая диафрагма микроскопа.

    Конденсор.
    Оптическая система конденсора предназначена для увеличения количества света, поступающего в микроскоп. Конденсор располагается между объектом (предметным столиком) и осветителем (источником света).
    Чаще всего в учебных и простых микроскопах конденсор может быть выполнен несъемным и неподвижным. В остальных случаях конденсор является съемной частью и при настройке освещения имеет фокусировочное перемещение вдоль оптической оси и центрировочное перемещение, перпендикулярное оптической оси.
    При конденсоре всегда находится осветительная апертурная ирисовая диафрагма.

    Конденсор является одним из основных элементов, обеспечивающих работу микроскопа по различным методам освещения и контрастирования:

    • косое освещение (диафрагмирование от края к центру и смещение осветительной апертурной диафрагмы относительно оптической оси микроскопа);
    • темное поле (максимальное диафрагмирование от центра к краю осветительной апертуры);
    • фазовый контраст (кольцевое освещение объекта, при этом изображение светового кольца вписывается в фазовое кольцо объектива).

    Классификация конденсоров близка по группам признаков к объективам:

    1. конденсоры по качеству изображения и типу оптической коррекции делятся на неахроматические, ахроматические, апланатические и ахроматические-апланатические;
    2. конденсоры малой числовой апертуры (до 0,30), средней числовой апертуры (до 0,75), большой числовой апертуры (свыше 0,75);
    3. конденсоры с обычным, большим и сверхбольшим рабочим расстоянием;
    4. обычные и специальные конденсоры для различных методов исследования и контрастирования;
    5. конструкция конденсора — единая, с откидным элементом (фронтальным компонентом или линзой большого поля), со свинчивающимся фронтальным элементом.

    Конденсор Аббе — не исправленный по качеству изображения конденсор, состоящий из 2-х неахроматических линз: одной — двояковыпуклой, другой — плосковыпуклой, обращенной к объекту наблюдения (плоская сторона этой линзы направлена вверх). Апертура конденсора, А= 1,20. Имеет ирисовую диафрагму.

    Апланатический конденсор — конденсор, состоящий из трех линз, расположенных следующим образом: верхняя линза — плосковыпуклая (плоская сторона направлена к объективу), далее следуют вогнуто-выпуклая и двояковыпуклая линзы. Исправлен в отношении сферической аберрации и комы. Апертура конденсора, А = 1.40. Имеет ирисовую диафрагму.

    Ахроматический конденсор — конденсор, полностью исправленный в отношении хроматической и сферической аберрации.

    Конденсор темного поля — конденсор, предназначенный для получения эффекта темного поля. Может быть специальным или переделан из обычного светлопольного конденсора путем установки в плоскости ирисовой диафрагмы конденсора непрозрачного диска определенного размера.

    Маркировка конденсора.
    На фронтальной части конденсора наносится маркировка числовой апертуры (осветительной).

    Микроскоп Гука

    Реплика однолинзового микроскопа Левенгука

    Невозможно точно определить, кто изобрёл микроскоп. Считается, что голландский мастер очков Ханс Янсен и его сын Захарий Янсен изобрели первый микроскоп в , но это было заявление самого Захария Янсена в середине 17 века . Дата, конечно, не точна, так как оказалось, что Захарий родился около г. Возможность скомбинировать две линзы так, чтобы достигалась большее увеличение впервые предложил в 1538 году знаменитый врач из Вероны Джироламо Фракасторо . Другим претендентом на звание изобретателя микроскопа был Галилео Галилей . Он разработал «occhiolino» («оккиолино»), или составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами в г. Галилей представил свой микроскоп публике в Академии деи Линчеи , основанной Федерико Чези в г. Изображение трёх пчёл Франческо Стеллути было частью печати Папы Урбана VII и считается первым опубликованным микроскопическим символом (см. «Stephen Jay Gould, The Lying stones of Marrakech, 2000»). Десятью годами позже Галилея, Корнелиус Дреббель изобретает новый тип микроскопа, с двумя выпуклыми линзами. Кристиан Гюйгенс , другой голландец, изобрёл простую двухлинзовую систему окуляров в конце 1600-х , которая ахроматически регулировалась и, следовательно, стала огромным шагом вперёд в истории развития оптики (Гюйгенс разработал окуляр для телескопа). Окуляры Гюйгенса производятся и по сей день, но им не хватает широты поля обзора, а расположение окуляров при микроскопии неудобно для глаз по сравнению с современными широкообзорными окулярами. В 1665 году англичанин Роберт Гук сконструировал собственный микроскоп и опробовал его на пробке. В результате этого исследования появилось название «клетки». Антони Ван Левенгук ( -) считается первым, кто сумел привлечь к микроскопу внимание биологов, несмотря на то, что простые увеличительные линзы уже производились с 1500-х годов , а увеличительные свойства наполненных водой стеклянных сосудов упоминались ещё древними римлянами (Сенека). Изготовленные вручную, микроскопы Ван Левенгука представляли собой относительно небольшие изделия с одной очень сильной линзой. Они были неудобны в использовании, однако позволяли очень детально рассматривать изображения лишь из-за того, что не перенимали недостатков составного микроскопа (несколько линз такого микроскопа удваивали дефекты изображения). Понадобилось около 150 лет развития оптики, чтобы составной микроскоп смог давать такое же качество изображения, как простые микроскопы Левенгука. Так что, хотя Антони Ван Левенгук был великим мастером микроскопа, он не был его изобретателем вопреки широко распространённому мнению.

    Недавние достижения [ | ]

    Ведутся работы над получением кристаллов нитрида бора с гексагональной решёткой (hBN) из чистых на 99% изотопов бора. Такой материал линз за счёт поляритонов, образующихся на поверхности кристалла, позволяет многократно понизить дифракционный предел и достичь разрешений порядка десятков и даже единиц нанометров .

    Применение [ | ]

    Развитие видеотехники оказало существенное влияние на оптические микроскопы. Помимо упрощения документирования наблюдений электроника позволяет автоматизировать рутинные операции. А при отказе от непосредственного наблюдения глазом отпадает необходимость в классическом окуляре. В простейшем случае при модернизации микроскопа вместо окуляра устанавливается специальная оптическая конструкция для проецирования изображения на матричный фотоприёмник. Изображение фотоприёмника передаётся в ЭВМ и/или на дисплей. Существуют также комбинированные профессиональные микроскопы оснащённые третьим оптическим портом для установки фотоаппаратуры. В некоторых современных устройствах возможность прямого наблюдения глазом может отсутствовать полностью, что позволяет создавать простые и удобные в работе приборы компактного дизайна. Использование многоэлементных фотоприемников позволяет вести наблюдения не только в видимом, но и примыкающем к нему участках спектра.

    Устройство микроскопа [ | ]

    Оптическая система микроскопа состоит из основных элементов - объектива и окуляра. Они закреплены в подвижном тубусе, расположенном на металлическом основании, на котором имеется предметный столик. Увеличение оптического микроскопа без дополнительных линз между объективом и окуляром равно произведению их увеличений .

    В современном микроскопе практически всегда есть осветительная система (в частности, конденсор с ирисовой диафрагмой), макро- и микро- винты для настройки резкости, система управления положением конденсора.

    В зависимости от назначения, в специализированных микроскопах могут быть использованы дополнительные устройства и системы.

    Объективы [ | ]

    Планахроматический объектив с увеличением 40, числовой апертурой 0,65, коррекцией на бесконечную длину тубуса и толщину покровного стекла 0,17 мм

    Объектив микроскопа представляет собой сложную оптическую систему, образующую увеличенное изображение объекта, и является основной и наиболее ответственной частью микроскопа. Объектив создаёт изображение, которое рассматривается через окуляр. Поскольку окуляры могут давать существенное увеличение, то и оптические искажения, вносимые объективом, также будут увеличены окуляром. Это накладывает на качество объектива значительно большие требования чем на окуляр.

    Объективы биологических микроскопов и других микроскопов (кроме стереоскопических) в значительной степени унифицированы и взаимозаменяемы. На взаимозаменяемость в первую очередь влияют механические (присоединительные) параметры объектива.

    Механические параметры объектива [ | ]

    Присоединительная резьба объективов стандартизована в 1858 году Royal Microscopical Society (RMS , ISO 8038, ГОСТ 3469). Сегодня эта резьба используется практически во всех микроскопах кроме стереомикроскопов или специальных. Диаметр резьбы 4/5" (~20 мм), шаг 1/36". Помимо резьбы на взаимозаменяемость объективов влияет парфокальное расстояние - расстояние между препаратом и посадочным местом объектива в микроскопе. Большинство современных микроскопов рассчитаны на объективы с парфокальным расстоянием 45 мм. Ранее широко применялись объективы на 33 мм. Не всегда микроскоп позволяет устанавливать объективы с нештатным парфокальным расстоянием поскольку не хватает хода столика с препаратом чтобы скомпенсировать разницу. В связи с ростом сложности оптической схемы появляются крупногабаритные объективы с большим парфокальным расстоянием (например, 60 мм и 95 мм) . Свободное расстояние от объектива до изучаемого объекта называется рабочим расстоянием объектива. Обычно это расстояние тем меньше чем больше увеличение объектива. Рабочее расстояние объектива плюс длина объектива равны парфокальному расстоянию объектива.

    Оптические параметры объектива [ | ]

    Конструкция объектива

    Конденсор тёмного поля [ | ]

    Конденсоры тёмного поля применяются в темнопольной оптической микроскопии . Лучи света направляются конденсором таким образом, что они не попадают напрямую во входное отверстие объектива. Изображение формируется светом, рассеивающимся на оптических неоднородностях образца. В ряде случаев метод позволяет исследовать структуру прозрачных объектов без их окрашивания. Разработан ряд конструкций конденсоров тёмного поля, имеющих линзовую или зеркально-линзовую оптическую схему.

    Методы контрастирования изображения [ | ]

    Многие объекты плохо различимы на фоне окружения из-за своих оптических свойств. Поэтому микроскопы оснащаются разнообразными инструментами, облегчающими выделение объекта на фоне среды. Чаще всего это разнообразные методы освещения объекта:

    Фазовый контраст [ | ]

    Счетные камеры [ | ]

    Для количественного учёта клеток, взвешенных в какой-либо жидкости, используют счетные камеры - предметные стекла особой конструкции. В медицине для учёта форменных элементов крови применяется камера Горяева .

    Устройства защиты объектива [ | ]

    В процессе поиска фокуса возможна ситуация, когда оптика объектива упрётся в столик или образец. В микроскопах встречаются механизмы предотвращения контакта или снижения тяжести последствий. К первым относятся настраиваемые ограничители вертикального движения столика. Ко вторым относятся подпружиненные объективы, в которых линзовый узел окружён приливом корпуса и подвижен. При контакте объектива с препаратом прилив корпуса предотвращает воздействие на линзу, а подвижность снижает усилие удара.

    Измерительные приспособления [ | ]

    Наличие в оптическом тракте микроскопа образцового рисунка (штриховки или других знаков с известным проецируемым размером) позволяет лучше оценить размеры наблюдаемых объектов.

    Классификация [ | ]

    Моно-, бино- и тринокулярные микроскопы [ | ]

    Изображение, сформированное объективом, может быть непосредственно подано в окуляр или разделено на несколько идентичных изображений. Микроскопы без деления называются монокулярными, в них смотрят одним глазом. Удобство наблюдения двумя глазами предопределило широкое распространение бинокулярных микроскопов с двумя идентичными окулярами. Кроме того, микроскоп может оснащаться фотоаппаратурой, которая может монтироваться либо вместо штатных окуляров либо в отдельный оптический порт. Такие микроскопы именуются тринокулярными.

    Некоторые микроскопы позволяют освещать объект через объектив микроскопа. В этом случае используется специальный объектив, выполняющий также функции конденсера света. В оптическом тракте микроскопа устанавливается полупрозрачное зеркало и порт источника света. Чаще всего такой механизм освещения используется при люминесцентной микроскопии в ультрафиолетовых лучах.

    Стереомикроскопы [ | ]

    Оптическая схема современного стереомикроскопа.
    A - объектив
    B - поворачивающиеся объективы
    C - регулятор увеличения
    D - внутренний объектив
    E - призма
    F - оборачивающая система линз
    G - окулярная сетка
    H - окуляр

    Стереомикроскопы предназначены для тонких работ под микроскопом, например в часовом деле, микроэлектронике, микромоделизме, нейрохирургии и т. п. Для таких работ нужно правильно оценивать положение наблюдаемых объектов под микроскопом в трёх координатах, для чего требуется стереовидение, большая глубина резкости (глубина зрения) и значительное пространство под объективом для работы. Стереомикроскопы имеют невысокое увеличение (несколько единиц или десятков), большое рабочее расстояние объектива (расстояние от оптики до точки наблюдения, обычно несколько сантиметров), в них нет регулируемых столиков и встроенных систем освещения. Для удобства работы стереомикроскоп не «переворачивает» изображение. Объектив стереомикроскопа чаще всего несменный.

    Современные прямые металлургические микроскопы характеризуются большим расстоянием между поверхностью столика и объективами и большим вертикальным ходом столика, что позволяет работать с крупными образцами. Максимальное расстояние может достигать десятки сантиметров . Но обычно в материаловедении используются инвертированные микроскопы , как не имеющие ограничения на размер образца (только на вес) и не требующие параллельности опорной и рабочей граней образца (в этом случае они совпадают).

    Поляризационные микроскопы [ | ]

    При отражении света от объектов его поляризация может изменяться. Чтобы визуально выявить такие объекты, их освещают поляризованным светом, полученным после специального

    Люминесцентный микроскоп Альтами ЛЮМ 1. Черная коробочка позади микроскопа - источник ультрафиолета

    Измерительные микроскопы [ | ]

    Измерительные микроскопы служат для точного измерения угловых и линейных размеров наблюдаемых объектов. Для оценки размеров в оптическом тракте микроскопа имеется образцовый рисунок (штриховка или другие знаки) с известным проецируемым размером. Используются в лабораторной практике, в технике и машиностроении.

    Большое разнообразие научно-технических задач, решаемых с помощью микроскопии, вызывает необходимость применения микроскопов с широким диапазоном их характеристик. Это достигается за счет использования различных сочетаний объективов и окуляров.

    Существующие конструкции различных микрообъективов можно классифицировать по следующим признакам:

    состоянию коррекции остаточных аберраций (ахроматы, апохроматы, планахроматы и т. д.);

    свойствам иммерсии (безыммерсионные и иммерсионные);

    особенностям оптических схем (линзовые, зеркальные, зеркально-линзовые);

    длине тубуса микроскопа.

    Механической длиной тубуса, представляющего собой трубу, называется расстояние от нижнего среза 2 тубуса, куда ввинчивается микрообъектив, до верхнего среза 1, куда вставляется окуляр (рис. 159). В большинстве микроскопов, применяемых для наблюдения в проходящем свете, механическая длина тубуса составляет а для наблюдения в отраженном свете -

    В микрообъективах с механической длиной тубуса расстояние от предметной плоскости 4 до нижнего среза тубуса в микроскопах старых моделей и в микроскопах современных моделей. Расстояние от плоскости изображения 2 после микрообъектива, совпадающей с передней фокальной плоскостью окуляра, до верхнего среза Следовательно, расстояние от плоскости предмета до плоскости изображения после микрообъектива составляет в микроскопах старых моделей и в микроскопах современных моделей. При постоянной длине тубуса микроскопа обеспечивается замена объективов и окуляров микроскопа, входящих в данный комплект, так, чтобы для любого объектива комплекта создаваемое им изображение совпадало с передней фокальной плоскостью любого окуляра комплекта.

    Основными характеристиками объективов микроскопа являются линейное увеличение и числовая апертура, значения которых гравируются на оправе микрообъектива. Объективы современных микроскопов имеют увеличение и числовую апертуру

    Конструкция оптической схемы микрообъектива тем сложнее, чем выше его апертура и увеличение и чем совершеннее коррекция остаточных аберраций. Объективы-ахроматы с увеличением и апертурой до 0,2 состоят из двух двухлинзовых склеенных компонентов. При повышении апертуры до 0,3 необходимо добавлять фронтальную плосковыпуклую линзу. Иммерсионный объектив-ахромат с увеличением и апертурой 1,25

    Рис. 159. Тубус микроскопа

    Рис. 160. Объектив микроскопа

    (обозначается 90x1,25) состоит из четырех компонентов: фронтальной плосковыпуклой линзы, положительного мениска и двух двухлинзовых склеенных компонентов. В объективах-апохроматах для лучшего исправления хроматических аберраций применяются кристаллы (флюорит и квасцы). Отличительной особенностью объективов с исправленной кривизной изображения (планахро-маты и планапохроматы) является использование отрицательного компонента или менисковой линзы значительной толщины.

    В качестве примера на рис. 160 приведены оптическая схема и конструктивные параметры ахроматического микрообъектива (10x0,30).

    Как следует из формулы (324), для повышения разрешающей способности микроскопа необходимо уменьшать длину волны излучения, в котором проводится исследование объектов. Однако оптические стекла обладают сильным поглощением в ультрафиолетовой области спектра и практически не пригодны для создания объективов в диапазоне длин волн Такую задачу можно решить с помощью кварцевой оптики. При этом предусматривается использование объектива для определенной длины волны. Рассматриваемые объективы-монохроматы не требуют ахроматизации, а высокая степень коррекции сферической аберрации достигается применением апланатических менисков и линз, рассчитанных на минимум сферической аберрации. Объективы-монохроматы имеют увеличение до и апертуру до 1,30 при глицериновой иммерсии, что позволяет при фотографировании на длине волны различать детали размером до

    За последние годы намного возросло значение зеркальных и зеркально-линзовых микрообъективов, используемых для

    Рис. 161. Зеркально-линзовый объектив Максутова.

    Рис. 162. Окуляр Гюйгенса

    инфракрасной техники, высокотемпературной металлографии, в ультрафиолетовой микроскопии и в целом ряде других отраслей науки и техники. Одним из достоинств этих объективов является возможность их использования в широком спектральном интервале (от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра) без перефокусировки микроскопа. Зеркально-линзовые объективы могут иметь увеличение до и апертуру до 1,1 (глицериновая иммерсия).

    На рис. 161 приведена схема одного из вариантов микрообъектива Максутова с увеличением и апертурой 0,85. В этом объективе предмет располагается в центре кривизны поверхности 1. Параметры поверхностей 2 и 3, близких к концентрическим, рассчитаны так, что после отражения от этих поверхностей лучи проходят поверхность 4, не испытывая преломления. Такой объектив практически ахроматичен и используется без перефокусировки для наблюдения и фотографирования в интервале длин волн

    Помимо рассмотренных выше объективов имеются объективы для интерференционных и поляризационных микроскопов, эпиобъективы для работы в отраженном свете и целый ряд других. Подробные сведения о микрообъективах различных видов приведены в .

    В микроскопах применяются окуляры типа окуляров Гюйгенса и Кельнера, компенсационные, симметричные и ортоскопические, а также отрицательные окуляры (гомалы). Видимое увеличение окуляров составляет угловое поле что соответствует линейному полю окулярных увеличениях и угловых полях до 50°. В этих окулярах хорошо исправлены хроматизм увеличения, астигматизм и дисторсия.

    Компенсационные окуляры используются в сочетании с объективами-апохроматами, планообъективами и объективами-апохроматами больших увеличений. Эти окуляры компенсируют хроматизм увеличения применяемых с ними объективов. По своей оптической схеме компенсационные окуляры являются усложненными окулярами Гюйгенса или аналогичны ортоскопическим.

    Гомалами называются отрицательные оптические системы, применяемые в микроскопах вместо окуляров для проецирования увеличенного изображения на фотографический слой. Аберрационный расчет гомалов выполняется так, чтобы скомпенсировать кривизну поверхности изображения и хроматизм увеличения микрообъектива.

    Какое-то время назад Вы стали счастливым обладателем микроскопа и теперь желаете увеличить его возможности? Если это так, то для расширения возможностей ваших исследований можно дополнительно приобрести окуляры, объективы, осветители, бинокулярные насадки, специальные камеры-окуляры для вывода изображений на ПК и иные аксессуары к микроскопу.

    Давайте более подробно рассмотрим окуляры для микроскопов как наиболее часто покупаемые аксессуары к микроскопу.

    Окуляры дают дополнительную возможность расширить рамки увеличений микроскопа. Увеличение микроскопа можно посчитать достаточно просто - нужно умножить увеличение объектива на увеличение окуляра. Для примера, если увеличение вашего объектива 10х и окуляра тоже 10х, то общее увеличение будет равняться 100х. Однако у объективов микроскопа есть некоторый предел разрешения, как и у любого оптического прибора, поэтому не нужно гнаться за увеличением микроскопа более 1500х. Максимально полезное увеличение можно рассчитать путем умножения числовой апертуры на 1000. К примеру, максимально полезное увеличение у объектива с числовой апертурой 1,30 равняется 1300 крат.

    Вниманию потребителей представлены несколько разновидностей окуляров разных производителей.

    В комплект к школьным микроскопам входят достаточно простые окуляры системы Гюйгенса. Маркировка таких окуляров, проставленная на их оправе, включает только увеличение окуляра, порой с буквой Н. Поле зрения окуляров Гюйгенса небольшое, нет коррекции хроматизма, они применимы только к визуальным наблюдениям.

    Если на маркировке окуляра проставлена буква К, то речь идет о компенсационном окуляре. Такой окуляр компенсирует остаточный хроматизм ахроматических объективов. Маркировка на оправе окуляра К10х/18 говорит о том, что это компенсационный окуляр, который дает увеличение 10 крат, а его поле зрения составляет 18 мм. Компенсационные окуляры применимы для микросъемки цифровыми фотоаппаратами напрямую через окулярбез съемной оптики. В настоящее время компания «ЛОМО» выпускает несколько видов компенсационных окуляров к микроскопам, что указано в таблице:

    Маркировка окуляра

    Увеличение окуляра

    Диаметр поля зрения

    Буквами WF в маркировке обозначаются широкоугольные окуляры. Маркировка окуляра WF15/15 будет означать увеличение 15 крат и, соответственно, поле зрения 15 мм.

    Маркировка окуляра

    Увеличение окуляра

    Диаметр поля зрения

    Также можно найти в продаже специализированные окуляры со шкалой (микрометрические окуляры). При помощи такого окуляра можно с точностью измерить размеры исследуемого объекта. ОАО «ЛОМО» представляет измерительный окуляр К7х. Еще к микрометрическим окулярам может прилагаться сетка Автандилова, при помощи которой возможно измерить площадь наблюдаемого объекта.

    Важно знать! Часто к учебным микроскопам в комплекте идет окуляр с указателем, например, WF10х/18. Указателем является специальная игла в окуляре, используя которую можно указать на часть исследуемого через микроскоп объекта, чтобы сделать на ней акцент. Игла в окуляре является съемной.