Теоретическая часть. Микроскоп - оптический прибор, предназначенный для наблюдения мелких объектов, находящихся на близком расстоянии

Микроскоп - оптический прибор, предназначенный для наблюдения мелких объектов, находящихся на близком расстоянии.

Как известно, глаз способен различать две точки, если они видны под углом . При данном размере У предмета (рис. I) его угловой размер обратно пропорционален расстоянию l. Однако это расстояние не может быть взято сколь угодно малым - оно определяется аккомодационной способностью глаза.

Рис. I.

Для взрослого человека расстояние наилучшего видения при рассматривании мелких предметов близко к 250 мм. Следовательно, наименьшие детали предмета, которые могут четко различаться невооруженным глазом, имеют размер y_min = 250 tg 1' ≈ 0,1 мм.

Для рассматривания более мелких деталей предметов применяются оптические приборы - лупы и микроскопы, в задачу которых входит:

а) увеличение угла, под которым видны детали рассматриваемого предмета;

б) формирование изображения предмета достаточно далеко, чтобы глаз не перенапрягался (нормальные условия аккомодации).

Принципиальная оптическая схема микроскопа показана на рис.2.

Рис.2

Плоскость предметов У совпадает с передней фокальной плоскостью микроскопа F_m. Апертурная диафрагма АД микроскопа расположена в задней фокальной плоскости микрообъектива, диафрагма поля зрения (полевая диафрагма ПД) - в передней фокальной плоскости окуляра. Расстояние от заднего фокуса микрообъектива F'od до переднего фокуса окуляра Fок называется оптической длиной тубуса ∆. Механическая длина тубуса - расстояние от опорной плоскости объектива до посадочной плоскости окуляра_ стандартизирована и принимается равной 160, 190 мм и ∞. Видимым увеличением Г микроскопа называется отношение тангенса угла ω', под которым виден предмет в микроскоп, к тангенсу угла ω, под которым предмет ви­ден невооруженным глазом с расстояния 250 мм. Из рис. I и 2 следует:

tg ω' y'₂

Г = = (1)

tg ω y'₁

Микроскоп имеет оптическую систему с двумя ступенями увеличения:

первая осуществляется микрообъективом, который дает действительное, увеличение и перевернутое изображение с увеличением b_об , вторая - окуляром с увеличением . Поэтому общее увеличение микроскопа можно представить следующей формулой:

250 ∆ 250

Г = =. = β об Г (2)

ƒ' микр ƒ' об ƒ' ок

Второй важнейшей оптической характеристикой микроскопа является его числовая апертура А, под которой понимают произведение показателя преломления n среды пространства предметов на синус апертурного угла s_А микроскопа со стороны предмета (рис.2), то есть

(3)

Числовая апертура определяет наименьшее разрешаемое расстояние объектива, то есть то наименьшее расстояние между двумя светящимися точками или линиями, при котором они изображаются объективом раздельно, не сливаясь.

При освещении предмета достаточно широкими пучками лучей (лучи осветительной системы образуют с оптической осью микроскопа всевозможные углы от нуля до s_А) разрешаемое расстояние, как показывает теория дифракции, равно

(4)

λ λ

δ = =

2 n sinσ_A 2A

где λ - длина волны видимого света.

При данном значении δ небезразлична величина увеличения Г микроскопа. Для того, чтобы разрешаемое объективом расстояние различалось также глазом, необходимо, чтобы увеличение микроскопа Г, было равно около (500-1000)A. Это увеличение называется также полезным увеличением микроскопа.