Из чего состоит микроскоп?
1. Объектив - главная часть микроскопа, которая направлена на предмет. С помощью объектива формируется промежуточное увеличенное изображение. К объективу предъявляются самые строгие требования к качеству производства и сборки. Основные характеристики объективов указываются на корпусе: номинальное увеличение, числовая апертура, тип и степень коррекции аберраций, а также длина тубуса микроскопа, с которым совместим объектив, толщина покровного стекла, возможность использовать объектив с иммерсией или без нее. Указанные характеристики обычно характеризуют объективы плоскопольных микроскопов (Микмед-5, -6, Микромед-1, -2, - и т.п.). Рассмотрим пример обозначения:
Номинальное увеличение. Для плоскопольных микроскопов характерны большие значения увеличения: 4x, 10x, 20x, 40x, 60x, 100x. Возможны и другие значения
Числовая апертура - безразмерная величина, которая характеризует светособирающую и разрешающую способность микроскопа. Чем больше числовая апертура, тем больше разрешающая способность объектива и микроскопа в целом. Одним из способов повышения числовой апертуры является использование иммерсионной среды, с показателем преломления большим, чем у воздуха: масляная, водная или глицериновая иммерсия. С числовой апертурой связана такая важная характеристика микроскопа как максимальное полезное увеличение, которое можно рассчитать по формуле УВЕЛполез = 1000 x Апертура. Например, если в микроскопе используется объектив с увеличением 100х и апертурой 1.25, то максимальное полезное увеличение, которое можно получить от микроскопа в целом 1250х, на таком увеличении разрешение микроскопа полностью реализовано. Дальнейшее увеличение изображение, является масштабированием, без улучшения качества изображения.
Степень и тип коррекции аберрации. Аберрациями называются искажения, которые возникают при прохождении луча через оптическую систему. Для объективов микроскопов предъявляются особые требования по исправлению хроматических аберраций и кривизне поля. Хроматическая аберрация может проявляться в виде цветного ареала вокруг предмета. В большинстве современных микроскопов используют объективы ахроматы (ACHROM), как правило, этого достаточно для получения качественного изображения. Объективы с улучшенной коррекцией хроматической аберрации называются апохроматы (APO, APOCHROM). На практике неопытному человеку вряд ли удастся отличить изображение ахромата от апохромата. Если на объективе не указан тип исправленных искажений, то такой объектив стоит считать ахроматом.
Кривизна поля приводит к тому, что центральная часть поля зрения будет наблюдаться резко, в то время как периферийная область будет размыта. Объективы, в которых кривизна поля исправлено полностью, обозначаются словом План (PLAN, PL), если аберрация исправлена частично, то такие объективы обозначаются Полуплан (SEMIPLAN, SP). По степени коррекции хроматизма объективы с указанными обозначениями относятся к ахроматам и называются планахроматами или полупланахроматами. Кривизну поля стоит учитывать при работе микроскопа, совместно с видеоокуляром, где на матрицу нужно спроецировать максимально плоское изображение. При работе с микроскопом только глазами, наличие кривизны поля не является критичным искажением, поэтому в микроскопах для рутинной работы, как правило, не исправляют кривизну поля, кроме того, такие объективы дешевле.
Кроме указанных буквенных обозначений, на объективах можно найти и другие надписи:
FUOR, FL, Л, L - объектив, предназначенный для флуорисцентного микроскопа. К таким объективам предъявляют особые требования к прозрачности в ближней ультрафиолетовой области.
PHASE, Ph - фазовый объектив. Предназначен для работы по методу фазового контраста.
Epi - эпиобъектив, который используется для работы в отраженном свете по методы темного поля
Длина тубуса. В настоящее время на рынке предлагаются объективы с двумя значениями длины тубуса: 160 мм и на «бесконечность» (Infinitive). Не вдаваясь в подробности, стоит отметить, что этот параметр характеризует место, где формируется промежуточное изображение. Для пользователя этот параметр нужно учитывать, главным образом, при покупке дополнительных объективов или взамен имеющимся. Это значит, что если в микроскопе базовыми являются объективы, рассчитанные на длину тубуса 160мм, то менять их на объективы, рассчитанные на «бесконечность» не стоит, даже если по остальным характеристикам он будет превосходить имеющийся.
Толщина покровного стекла. Для прямых микроскопов, как правило, указывается стандартная толщина покровного стекла 0,17мм, «0» - работает без покровного стекла или «-» - работает как с покровным стеклом так и без него. У инвертированных микроскопов можно найти другие значения, например 1,1 мм, что соответствует толщине дна стеклянной посуды, в которой проводят исследование.
Рассмотренные параметры объективов, характеризуют объективы, которые устанавливаются на микроскопах плоского поля. Для объективов стереоскопических микроскопов приводятся такие параметры как увеличение (диапазон увеличений), расстояние от фронтальной линзы до плоскости предметов - рабочее расстояние, линейное поле зрения в плоскости предметов. В настоящей статье рассматривать подробно эти параметры не будем, обойдемся только перечислением этих параметров.
32. Окуляр. Промежуточное изображение, сформированное объективом, рассматривается глазом с помощью окуляра. Основными оптическими характеристиками окуляра являются увеличение, поле зрения и вынос зрачка. Рассмотрим типичное обозначение окуляра для биологического микроскопа: WF 10x/18, которое информирует о том, что окуляр является широкопольным, увеличение 10х, поле зрения 18мм.
Увеличение. Обычные увеличения окуляра находятся в диапазонах от 5 до 20х, для стереомикроскопов можно найти более высокие значении. Перемножив увеличения объектива и окуляра, получают полное увеличение микроскопа. Так, например, если увеличение объектива 40х, а увеличение окуляра 16х, то общее увеличение микроскопа 640х. Как отмечалось раньше, на ряду с полным увеличением, существует понятие полезного увеличения, значение которого ограничено физически. Гнаться за максимальным полным увеличением не стоит, покупая окуляр в 20х, окуляра в 15х или 16х вполне достаточно, чтобы реализовать всю разрешающую способность микроскопа, при этом поле зрения будет выше.
Поле зрения. Изображение, получаемое микроскопом, формируется в виде круга, диаметр которого определяется величиной поля зрения и выражается в миллиметрах. Однако следует помнить, что поле зрения, которое приводится как характеристика окуляра, это размер промежуточного изображения, а не диаметр поля на предмете. Чтобы оценить линейный размер в пространстве предметов, т.е. до объектива, величину поля зрения нужно разделить на увеличение объектива.
Вынос зрачка определяет расстояние от внешней линзы окуляра до глаза. Большой вынос зрачка позволяет оператору использовать очки. Обычно значение этого параметра лежит в диапазоне от 5 до 20 мм. На окуляре эта цифра не указывается, вместо нее можно увидеть изображение очков. Такое обозначение говорит о том, что вынос зрачка достаточен, чтобы пользоваться микроскопом оператору в очках.
Среди прочих важных параметров окуляра, которые не всегда указываются на окуляре это посадочный диаметр окуляра. Этот параметр требуется обязательно учитывать, когда требуется приобрести новые окуляры к уже имеющемуся микроскопу. Как правило, в современных микроскопах (за исключением, например, стереоскопического микроскопа МБС-10) используются следующие диаметры: 23,2мм, 30мм и 30,5мм.
3. Система освещения. Работа с любым микроскопом должна начинаться с настройки микроскопа, одним из самых сложных этапов это настройка освещения, однако потратить время на это стоит, ведь качественное изображение в оптическом микроскопе не удастся получить без правильного освещения предмета.
В биологических микроскопах обычно используется освещение в проходящем свете. Такая осветительная система состоит из источника света, коллектора и конденсора. В качестве источника света в микроскопах используется галогеновые лампы или светодиоды. Галогеновые лампы дают привычный человеческому глазу теплый свет, однако время наработки до отказа у таких ламп небольшой. Светодиоды имеют практически неограниченный ресурс работы. В настоящее время тенденция такова, что все больше производителей стараются переходить на светодиодные осветители. Сразу за источником света располагается коллектор, который предназначен для увеличения изображения источника света. Конденсор располагается непосредственно у объекта и предназначен для концентрации света на предмете. В зависимости от реализуемого метода освещения различают конденсоры светлого поля (традиционный метод освещения, при этом предмет наблюдается на светлом поле), темного поля (при этом подсвечивается только предмет, поле остается темным, например, для исследования неокрашенных препаратов), конденсор для фазового контраста (используется для исследования прозрачных неокрашенных препаратов).
4. В механической части микроскопа можно выделить штатив, состоящий из основания и тубусодержателя, а также предметный столик.
