Устройство микроскопа

На рис.2 изображен микроскоп МБИ-1, получивший в последнее время широкое распространение. Основание шта­тива 1 представляет собой опору, которая придает устойчивое положение микроскопу на столе. К основанию привинчена коробка микромеханизма 2, которая с одной стороны несет на себе тубусодержатель 3, а с другой — держатель с укреп­ленным на нем зеркалом 9, а также на отдельных кронштей­нах конденсор 8 и предметный столик 6.

В нижней части тубусодержателя, справа и слева от него, расположены барашки 12, вращением которых осуществля­ется грубая подача тубуса вверх и вниз. Точная фокусировка микроскопа выполняется с помощью микромеханизма, нахо­дящегося внутри коробки 2. Механизм приводится в движе­ние вращением барашков 13, расположенных слева и справа от коробки. Слева на оси барашков укреплен барабан со шкалой, разделенной на 50 частей. Поворот барабана на од­но деление соответствует перемещению тубуса вверх или вниз, на 0,002 мм, полный оборот барабана — перемещению тубуса на 0,1 мм.

В верхней части тубусодержаталя расположен револьвер 5 для крепления и быстрой смены объективов и наклонный тубус 4. В верхнее отверстие наклонного тубуса вставляется окуляр 10. В нижней части тубуса находится призма, изме­няющая направление световых лучей, прошедших через объектив.

Рис.2. Устройство микроскопа

Кронштейн предметного столика 6 крепится к коробке микромеханизма неподвижно. Верхняя часть предметного столика может вращаться. Для поворота столика следует освободить винт 17. Кроме того, с помощью винтов 16 сто­лик можно перемещать на несколько миллиметров в горизон­тальной плоскости. Это дает возможность помещать в центр поля зрения, интересующие нас точки микропрепарата.

Под предметным столиком в специальный кронштейн 7 вставляется конденсор 8, снабженный ирис-диафрагмой 15, степень открытия, которой регулируется с помощью спе­циального рычажка. Ниже ирис-диафрагмы располагается от­кидной держатель фильтра, в который может быть встав­лено матовое стекло или светофильтр. Оптическая часть мик­роскопа состоит из двух оптических систем. Главной оптической системой микроскопа, создающей изображение объек­та, является система объектив—окуляр. Вторая оптическая система зеркало—конденсор является вспомогательной си­стемой. Эта система участия в создании изображения не принимает и служит только для освещения объекта.

Ход лучей в микроскопе

Ход лучей на участке от объекта АВ до окуляра O₁ ясен без дополнительных разъяснений. Для определения дальней­шего хода лучей проводим побочные оси окуляра: побочную ось О₁f , параллельную лучу ОК, и побочную ось О₁f₁ парал­лельную лучу F_об К₁.

Упомянутые лучи ОК и F_обК₁ (параллельные побочным осям) после преломления в окуляре будут пересекать соответ­ствующие побочные оси в точках f и f ₁, расположенных в фокальной плоскости окуляра.

Как видно на рис.3, лучи после пересечения в точке В1 и преломления в окуляре идут расходящимся пучком и вследствие этого действительного изображения не дают.

Мнимое изображение А₂В₂ объекта АВ мы увидим в точ­ке пересечения продолжений лучей K_f и K₁f ₁- После фокуси­ровки оно расположится на расстоянии наилучшего зрения от окуляра (точнее от расположенного вблизи него глаза на­блюдателя), то есть на расстоянии 250 мм (для нормального глаза).

Рис.3. Схема хода лучей в микроскопе

Изображение А₁В₁ увеличено по сравнению с объектом АВ. Степень увеличения определяется свойствами объектива и может быть определена по формуле:

⁽¹⁾

где Fоб—фокусное расстояние объектива, l — длина тубуса микроскопа.

Увеличение объектива является важнейшей характеристи­кой объектива и обозначается на его оправе в виде того или иного числа, правее которого ставится знак х (напри­мер, 20х).

Аналогично сказанному, увеличение окуляра:

(2)

где: F_ок — фокусное расстояние окуляра, а 250 мм—расстоя­ние наилучшего зрения.

Увеличение окуляра обозначается на его оправе. Посколь­ку в окуляр рассматривается изображение уже увеличенное объективом, то увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра:

(3)

На основании формул (5), (6) и (7) можно записать, что увеличение микроскопа

(4)

Формула (8) позволяет сделать вывод, что соответствую­щим изменением фокусных расстояний объектива и окуляра, а также длины тубуса увеличение микроскопа можно повы­шать беспредельно.

Однако явление дифракции света на деталях объекта ста­вит предел увеличению, так что при весьма тонкой структуре объекта изображение в микроскопе не получается и увеличе­ние оказывается бесполезным.

Наименьшее расстояние d между двумя элементами (точ­ками) наблюдаемого объекта, при котором микроскоп еще способен дать их раздельные и четкие изображения, называет­ся наименьшим разрешаемым расстоянием. Эта величина, конечно, очень важна для характеристики микро­скопа и полностью определяет так называемую разрешаю­щую способность микроскопа:

(5)

Чем меньше наименьшее разрешаемое расстояние d, тем больше разрешающая способность микроскопа R. Часто, желая охарактеризовать разрешающую способность микро­скопа, ограничиваются определением наименьшего разрешае­мого расстояния.

Наименьшее разрешаемое расстояние d может быть опре­делено по формуле:

(6)

В этой формуле λ, — длина световой волны, n — показа­тель преломления среды, расположенной между препара­том MN фронтальной, то есть самой нижней, обращенной к объекту, линзой объектива ОО₁ (рис.4).

Рис.4. Оценка разрешающей способности микроскопа

Буквой U обозначен угол Z₁AO₁ то есть угол, образован­ный осью тубуса ZZ₁ и лучом, идущим из центра поля зре­ния А к крайней точке О₁ объектива ОО₁.

Угол ОАО₁ называется отверстным или апертурным. Как видно из чертежа, угол U представляет собой половину апертурного угла.

Величина

n*sin(U)=A, (7)

стоящая в знаменателе форму­лы (6), называется числовой апертурой объектива. Числовая апертура объектива определяет разрешающую спо­собность микроскопа и, следовательно, является важнейшей характеристикой объектива. Поэтому она обозначается на оправе объектива рядом с увеличением.

Зная числовую апертуру объектива, можно вычислить по формуле (6) ,и

(7) разрешающую способность микроскопа, в котором используется этот объектив.

_{Как видно из формул, предел разрешения можно уменьшить, уменьшая длину волны λ (например, ультрафиолетовый свет), или увеличивать числовую апертуру, если использовать иммер­сионную среду в пространстве между предметом (покровным стеклом) и объективом, показатель преломления которой бли­зок к показателю преломления стекла. При иммерсии объекти­ва часть света, которая отражалась или не попадала в объектив при сухом объективе, попадает в него, и при этом увеличивает­ся апертурный угол. В качестве иммерсионных сред используют воду (n = 1,33), кедровое масло (n = 1,515), канадский бальзам (n = 1,55), мо­нобром нафталина (n = 1,66). Путем иммерсии разрешающую способность микроскопа можно увеличить примерно в 1,5 раза.}

_{При освещении предмета белым светом (можно считать λ = 0,555 мкм) при прямом освещении; или наклонном освещении и для иммерси­онного объектива в оптическом микроскопе разрешаются объекты размером не менее 0,2—0,3 мкм. Чтобы эти объекты были различимы также глазом, увеличение микроскопа (βм) должно быть не меньше величины, определя­емой соотношением пределов разрешения глаза и микро­скопа.}

_{Это увеличение называют полезным увеличением микроско­па, так как при нем глаз различает все элементы структуры объекта, разрешаемые микроскопом.}

_{Для измерения геометрических размеров микрообъектов оптическим микроскопом используют простой окулярный микрометр (ПОМ) или винтовой окулярный микрометр (ВОМ).}

Важным элементом необходимым для определения увеличения микроскопа, является объект-микрометр. Он пред­ставляет собой масштаб с очень мелкими делениями, нанесенными на стеклянную плоскопараллельную пластинку, имеющую форму подметного стекла. Иногда объект-микрометр изготовляется в металлической оправе. Цена деления объект-микрометра указывается на его оп­раве. Обычно она бывает, равна 0,01 мм.

В случае отсутствия под рукой объект-микрометра его можно заменить счетными камерами, употребляемыми в ме­дицине для счета форменных элементов крови. Одной из та­ких камер является счетная камера Горяева. Она позволяет определить цену масштабной сетки микроскопа. Камера пред­ставляет собой толстое предметное стекло, на поверхности которого выгравирована сетка, состоящая из больших и ма­лых квадратов. Сторона большого квадрата составляет 0,2 мм, сторона малого квадрата — 0,05 мм. Форма сетки камеры Горяева показана на рис.5.

Рис.5. Форма сетки камеры Горяева

Для определения увеличения микроскопа объект-микро­метр или счетную камеру помещают на предметный столик.