5. Микроскоп

На рис. 6.27 показана очень упрощённая схема построения изображения в микроскопе

Рис.6.27 Упрощённая схема построения изображения в микроскопе.

При помощи короткофокусного объектива получается действительное, перевёрнутое. увеличенное изображение предмета И₁ . А в длиннофокусном окуляре получают мнимое, ещё раз увеличенное изображение И₂ этого промежуточного изображения. Увеличение микроскопа Г = Г_об .Г_ок - равно произведению увеличений объектива Г_об и окуляра Г_ок .

Можно показать, что увеличение микроскопа

Г = = (6.38)

Здесь h₁ – размер предмета,h₂ - размер изображения в микроскопе, - длина оптического тубуса – расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра, f_об – фокусное расстояние объектива, f_ок – фокусное расстояние окуляра, a₀ 25 см – расстояние наилучшего зрения человеческого глаза.

Как видим, вполне возможно, подобрав соответствующие параметры микроскопа, получить очень большое увеличение Г. Но дело то в том, что, начиная с некоторого увеличения, получим туманную картину, на которой невозможно будет разобрать детали объекта. Увеличение окажется бесполезным. А полезное увеличение будет определяться пределом разрешения микроскопа.

Предел разрешения z – наименьшее расстояние между двумя точками объекта, для которых ещё получаются раздельные, ещё не сливающиеся изображения. Причина того, что изображения близко расположенных точек объекта сливаются, отклонения лучей от направления прямолинейного распространения – дифракция. Разрешающая способность микроскопа – его способность давать раздельные изображения мелких деталей рассматриваемого предмета, обратно пропорциональна пределу разрешения.

Теория даёт три формулы для предела разрешения объектива микроскопа.

Для сухого объектива без конденсора:

(6.39)

Для объектива с конденсором:

(6.40)

Для объектива с конденсором и иммерсией:

(6.41)

В этих формулах - длина световой волны, А = cos θ - числовая апертура, θ - апертурный угол – половина угла, образованного крайними лучами идущими от середины объекта к краям входной диафрагмы объектива (рис. 6.28)

Рис. 6.28.Апертурный угол.

Конденсор – это собирающая линза, фокусирующая освещающие объект исследования лучи на объекте. Иммерсия – это помещение между объектом и объективом специальной жидкости с показателем преломления п , например, кедрового масла, это позволяет дополнительно уменьшить предел разрешения микроскопа и, соответственно, увеличить его разрешение.

Чтобы рассчитать полезное увеличение микроскопа, надо сначала рассчитать предел разрешения его объектива

Например, на объективе выбиты два числа :20 и 0.75. Первое – это увеличение объектива, второе – числовая апертура А. Пусть объектив с конденсором и между исследуемым объектом, например, тычинкой лекарственного растения и объективом иммерсионная жидкость – кедровое масло, показатель преломления n = 1.515. Длину световой волны примем равной 500 нм = 0,5 мкм. Тогда предел разрешения:

А полезное увеличение микроскопа:

где 75мкм – предел разрешения глаза.

Поэтому увеличение окуляра достаточно:

Но обычно практическое увеличение берут в 2-4 раза больше полезного, и к этому объективу можно выбрать окуляр с увеличением