gdea - unghiul la care obiectul este vizibil cu ochiul liber; b este unghiul de vizualizare la obiect observat prin microscop.
Ne exprimăm mărire unghiulară a microscopului prin principal f1 și f2 lentile lungimi focale cu centre optice O1 și O2. Din triunghiuri AO1 similare și A / O1 I / am găsit
,prin urmare, A / B / = (4)
Din triunghiul A / O2 / găsi
Când au văzut cu ochiul liber al subiectului de la cele mai bune de la distanță egală cu ochi sănătoși 25 cm
Substituind (5) și (6) (3). obținem
Distanța S substanțial egală cu lungimea tubului microscop D (distanța dintre obiectiv și ocular), deoarece second-hand in lentile de practica au lungimi focale egale cu aproximativ 1-10 mm. care este mult mai mică decât lungimea tubului (aproximativ 160 mm). Prin urmare, formula finală pentru mărire unghiulară a microscopului poate fi scris ca:
O valoare mai precisă a mărire a microscopului este experimental. Pentru aceasta sunt instrumentele speciale de măsurare, scara scara care este cunoscut:-obiect micrometrul grilaj, un micrometru ocular.
Prin măsurarea obiectelor mici mărimea obiectului microscop comparativ cu unele lungime cunoscută (de exemplu, spațierea de scară grilaj sau obiect - micrometru). Astfel, obiectul și scala de măsurare sunt de obicei plasate în același plan, înainte de obiectiv. Datorită îmbinării, și aceeași creștere în scara obiectului și poate conta obiectul exact al scalei calibrelor.
Nu puteți avea scala de măsurare în planul obiectului în studiu. De exemplu, folosind un micrometru ocular poate forma o imagine a scalei de măsurare în planul imaginii exacerbat A / B /. În acest caz, imaginea obiectului și imaginea scalei de măsurare vor fi observate simultan în același plan și pot fi comparate între ele. Este necesar să se cunoască mărire a microscopului, care este determinată în prealabil.
În plus față de mărire unghiulară lineară și, o caracteristică importantă a microscopului este rezoluția sa, adică, capacitatea de a crea două imagini separate ale obiectivului aproape de fiecare alte puncte de obiecte microscopice. Mai aproape cele două imagini sunt aranjate în timp ce restul diferite (adică, nu au fuzionat într-un singur spot) este mai mare capacitatea, rezoluția lentilei.
Există doi factori majori care limitează capacitatea rezoluției a cristalinului. Primul dintre acestea - aberația obiectivului. Aberațiile inerente tuturor sistemelor optice reale și sunt la fel de distorsiuni ale imaginilor, adică imagini optice subiecte pertinente inexacte sunt neclare. De exemplu, utilizarea suprafețelor sferice dă naștere la aberație sferică; diferență mai mare de puncte la distanțe diferite de axa obiectivului determină o altă aberație cunoscut sub numele de distorsiune; alte cauze au altă aberație, astigmatismul, coma, curbura campului, etc. In plus, lumina nu este monocromatică cauza aberațiilor cromatice (cauzată de dispersia luminii), rezultând imaginea sunt colorate. alegerea cu atenție combinații de lentile, este posibil să se reducă în mod semnificativ aberația, deși este imposibil să le elimine complet.
Al doilea factor care limitează rezoluția - este difracție. care nu poate fi corectată, deoarece este o consecință firească a naturii de undă a luminii. Luați în considerare acest factor mai în detaliu, presupunând că obiectivul nu are o aberație. Acest lucru va permite concentrarea asupra efectelor și difractive să clarifice măsura în care acestea limitează rezoluția.
Este cunoscut faptul că lumina se propagă sub formă de valuri. Conform principiului Huygens, orice punct al spațiului, care a ajuns până la valul de lumină, devine o sursă de unde sferice secundare. Deci, dacă trimiteți un fascicul de raze de lumină paralele printr-o mică gaură în ecranul transparent, valurile de gaura difractate. și anume nu mai sunt paralele între ele și se extind în toate direcțiile. Valuri care trec prin diferite porțiuni ale deschiderilor interferează unul cu celălalt și formează un model de difracție. Lens din cauza aceasta având acte margini ca un ecran transparent. La crearea imaginii unei lentile obiect punct în realitate există un model de difracție întreg. Astfel, o singură imagine punct este neclară. Este mai mic diametrul lentilei, difracția mai pronunțată. Datorită difracției pe jantă mică a lentilei obiectivului (al cărui diametru poate fi mai mică de 1 mm), punctul de imagine are forma de inele concentrice, care luminozitatea scade de la centru. Figura 2-o prezintă o lentilă obținută după imagine fotografie mult mărită de o singură sursă punct.
Se poate construi o distribuție grafică a intensității luminii peste modelul de difracție ilustrat în figura 2-a. Un grafic exemplar al intensității luminii din unghiuri de difracție j (unghiul dintre razele de lumină originale și difractate) este prezentat în Fig.3.
Pentru orice pereche de puncte de conjugat: y - în planul obiect. y / - în planul său de imagine, - condiția sine [3]:
în care n și n / - indici de refracție, care sunt, respectiv, obiectul și imaginea sa; u și u / -aperturnye unghiuri de obiect și imagine. Imaginea la microscop se transformă întotdeauna în aer, poetomun / @ 1.
Având în vedere dimensiunea redusă a unghiurilor. Găsim din Figura 5:
Folosind (10), o formulă pentru dimensiunea imaginii:
Pentru a estima rezoluția necesară pentru a găsi o dimensiune y / kotoryybudet corespund cea mai mică dimensiune dorită obiect y. Evident, în acest caz, dimensiunea imaginii trebuie să fie mai mare sau egală cu jumătate din lățimea vârfului de difracție (sm.ris.4). Folosind formula (8) în care valoarea F este de obicei înlocuită cu o distanță S / de la obiectiv la locația imaginii, de la (12) obținem:
Puterea de separare a găsi care exprimă Ymin valoare (13) și înlocuind-o în numitorul (9):
Valoarea caracterizează unghiul de deschidere al lentilei este numit microscop deschidere numerică .Din formula (14), că rezoluția microscopului este determinată de două valori: lungimea de undă a luminii și numerice diafragmei l.
Formula (14) la puterea de rezoluție a microscopului este un versatil și utilizat pe scară largă în optica instrumentale. Evident, astfel încât puterea de rezoluție a microscopului poate fi îmbunătățită dacă obiectul este cufundat în substanță cu n> 1 (în așa-numitul lichid imersiune). De asemenea, este avantajos să se mărească apertura numerică, dar posibilitatea unei astfel de creștere este foarte limitată. În cele din urmă, este recomandabil să se mute la lungimi de undă mai scurte: pentru obiecte de iluminat folosesc adesea lumina albastră și chiar radiațiile ultraviolete. În acest caz, este necesar să se fabrice întregul optica de cuarț și se aplică ecrane speciale luminescente pentru înregistrarea imaginii. Astfel de experimente sunt foarte dorgostoyaschimi și măsurare fabricate destul de dificil. Cu toate acestea, crearea unui microscop cu raze ultraviolete permis creștere de aproximativ două ori în puterea de rezoluție (în comparație cu microscoapele convenționale), care este foarte important, de exemplu, pentru cercetarea biologică.
Modul cel mai eficient și radicală creșterea puterii de rezoluție a microscopului (deși în afara scopului studiilor optice) este trecerea la electroni optica. difracție cu fascicul de electroni care prezintă proprietăți de undă, pot fi descrise de lungime de undă de Broglie l = h / mv. unde h - Planck Postul, v - viteza de a electronilor din fascicul. În acest caz, atunci când un potențial de accelerare de 150 V în lungimea de undă de Broglie de ordinul 10 -8 cm. I.E. 5000 de ori mai mici decât în cazul măsurătorilor optice. Deși, datorită fasciculului de electroni care trece prin obiectul supus încercării este întotdeauna suportă erori instrumentale suplimentare, limitând posibilitatea de a crește rezoluția, încă reușește să aproximativ 100 de ori pentru a reduce valoarea limită a obiectelor studiate: 2 × 10 -7 cm în loc de 2 × 10 -5 cm.
Notă, în cele din urmă, o altă caracteristică de design. Pentru elemente permise lentile de microscop ar putea fi percepută de ochi, microscop ocular de mărire trebuie să fie alese astfel încât să fie vizibil la un unghi de aproximativ 1 /. Această limitare se datorează caracteristicilor fiziologice ale. Dacă luăm în considerare două puncte apropiate ale obiectului la un unghi <1 /. то их изображения попадают на одно нервное окончание (на одну колбочку) и тогда глаз воспринимает их, как одну точку.