Микроскопы

Лупа
Лупа – оптическая система, состоящая из линзы или нескольких линз, предназначенная для наблюдения предметов, расположенных на конечном расстоянии

Видимое увеличение лупы
Видимое увеличение лупы – отношение тангенса угла, под которым виден предмет через лупу, к тангенсу угла, под которым наблюдается предмет невооруженным глазом с расстояния наилучшего видения

Диаметр выходного зрачка лупы
Апертурной диафрагмой и одновременно выходным зрачком системы «лупа-глаз» является зрачок глаза:

Поле зрения лупы

Примеры луп

Микроскоп

Увеличение микроскопа
Линейное увеличение микрообъектива:
где – фокусное расстояние микрообъектива, – оптическая длина тубуса (расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра)

Увеличение микроскопа
Общее увеличение микроскопа:
стандартные увеличения объективов: 3.5, 8, 10, 20, 40, 60, 90 крат
стандартные увеличения окуляров: 5, 7, 10, 15, 20 крат

Поле зрения микроскопа
где – угловое поля окуляра

Диаметр выходного зрачка микроскопа
где A – передняя апертура микроскопа

Разрешающая способность микроскопа
Линейный предел разрешения микроскопа – это минимальное расстояние между точками предмета, которые изображаются как раздельные:
Иллюстрация разрешающей способности
Предельно достижимая разрешающая способность оптического микроскопа:

Повышение разрешающей способности микроскопа
Иммерсионная жидкость – прозрачное вещество с показателем преломления больше единицы:
вода (n=1.33), кедровое масло (n=1.52), раствор глицерина и т.д.
Иммерсия
Иллюстрация иммерсии
Апертура иммерсионного объектива A=1.5
Предельно достижимая разрешающая способность иммерсионного оптического микроскопа:

Повышение разрешающей способности микроскопа
Применение ультрафиолетовых лучей
Длина волны ультрафиолетовых лучей λ=0.2 мкм

Полезное увеличение микроскопа
Полезное увеличение – это видимое увеличение, при котором глаз наблюдателя будет полностью использовать разрешающую способность микроскопа, то есть разрешающая способность микроскопа будет такая же, как и разрешающая способность глаза

Полезное увеличение микроскопа
Угловое расстояние между изображениями двух точек, расположенных на расстоянии σ :

Методы наблюдения
Метод светлого поля
в проходящем свете – для исследования прозрачных препаратов (тонкие окрашенные срезы животных и растительных тканей, тонкие шлифы минералов)
в отраженном свете – для наблюдения непрозрачных объектов (травленые шлифы металлов, биологические ткани, минералы)
Метод темного поля
в проходящем свете – для исследования прозрачных и непоглощающих объектов (применяется в биологии, коллоидной химии, минералогии)
в отраженном свете

Методы наблюдения
Метод исследования в поляризованных лучах
применяется в проходящем и в отраженном свете для анизотропных объектов (минералы, угли, некоторые животные и растительные ткани и клетки, искусственные и естественные волокна) Пример
Метод фазового контраста
для прозрачных и бесцветных объектов
(неокрашенные биологические
препараты, нетравленые шлифы
металлов и минералогические
объекты)

Типы микроскопов
Световые микроскопы
Электронные микроскопы
Сканирующие микроскопы

Световые микроскопы
Биологические микроскопы
(серии MULTISCOPE™, LABOROSCOPE™, INVERTOSCOPE™)
имеют несколько сменных объективов и окуляров, фотоокуляры и проекционные окуляры
различные методы наблюдения: светлое поле, темное поле, метод фазового контраста
Микроскопы сравнения
обеспечивают визуальное сопоставление двух препаратов (изображение каждого занимает половину поля зрения)
Контактные микроскопы
(серия METAM™)
прижимают объектив к объекту исследования
используется для наблюдения микроструктур металлов и т.д.

Световые микроскопы
Стереомикроскопы (серии SF™ и MX™)
создается стереоскопический эффект, и изображение воспринимается объемно
Ультрафиолетовый и инфракрасный микроскопы
для исследования объектов в ультрафиолетовом или инфракрасном излучении
снабжены флуоресцентным экраном, фотокамерой или электронно-оптическим преобразователем
Поляризационный микроскоп
(серия POLAM™)
позволяет выявлять анизотропию структуры при в поляризованном свете
используют при изучении препаратов крови, шлифов зубов, костей и т.п.

Световые микроскопы
Люминесцентный микроскоп
(серия LUMAM™)
под действием УФ излучения возникает люминесценция некоторых объектов
используется в микробиологии и иммунологических исследованиях
Сравнение люминесцентного и фазово-контрастного методов
Интерференционный микроскоп
часть света проходит через исследуемый объект, а другая – мимо, в окулярной части лучи соединяются и интерферируют
дает возможность исследовать объекты с низкими показателями преломления света и малой толщины
Операционный микроскоп (серии MIKO™, MX™)
используется для проведения микрохирургических операций в офтальмологии, нейрохирургии и др.
имеет демонстрационное визуальное устройство, фотоприставку

Сканирующие микроскопы
Устройство сканирующего микроскопа:
принцип действия основан на сканировании объекта сверхмалым зондом. Прошедший или отраженный сигнал регистрируется и используется для формирования трехмерной топографии поверхности образца с помощью ЭВМ
в зависимости от принципа взаимодействия зонда и образца разделяют на электронные, атомно-силовые и ближнепольные

Ближнепольный растровый сканирующий микроскоп
Работает в видимом излучении, позволяет работать с биологическими и медицинскими препаратами в естественных условиях
Принцип действия:
сканирование объекта оптическим зондом на расстоянии меньше длины волны от объекта (в ближнем поле)
роль светового зонда выполняют светоизлучающие острия с выходными отверстиями, радиус которых в 10-20 раз меньше длины волны света

Электронные микроскопы
Устройство электронного микроскопа:
вместо видимого света используется пучок электронов
роль линз играет совокупность электрических и магнитных полей
изображение фотографируется, или проецируется на экран
контраст создается за счет разного рассеяния электронов от соседних участков
Предел разрешения электронного микроскопа:
λ=0.005 нм, A=0.01:
Недостатки электронного микроскопа:
невозможность изучения живых биологических объектов
Примеры изображений