Ход лучей в оптическом микроскопе

Согласно рис.2 оно равно отношению, где и - соответственно углы зрения, под которыми предмет виден через микроскоп и без него. В большинстве случаев, вследствие малости углов и , отношение их тангенсов примерно равно отношению самих углов - так называемому угловому увеличению микроскопа.

O- оптический центр глаза, ав – изображение предмета АВ на сетчатке в случае невооруженного глаза; - угол зрения невооруженного глаза; - изображение на сетчатке глаза при рассмотрении предмета АВ в микроскоп; - угол зрения глаза, вооруженного микроскопом; D- расстояние наилучшего зрения.

Увеличение микроскопа численно равно произведению углового увеличения окуляра на линейное увеличение объектива:

К=К_ок . К _об.

 

 

Рис. 2.

Ход лучей через окуляр и глаз при построении изображения

от предмета АВ

Линейное увеличение объектива равно:

, т.к.

-оптическая длина тубуса,- фокусное расстояние объектива.

Угловое увеличение окуляра: ,

где D- расстояние наилучшего зрения (25см для нормального глаза), - фокусное расстояние окуляра.

Окончательно, увеличение микроскопа:

К=.

Из приведенной формулы следует, что соответствующим подбором линз можно получить весьма большое увеличение микроскопа.

Обычно же увеличение оптического микроскопа ограничивают значением 1000-2000. Такое ограничение обусловлено невозможностью различения мелких деталей при большом увеличении вследствие дифракции света на структуре рассматриваемого объекта.

Минимальное расстояние между двумя точками, которые видны в микроскоп раздельно, называют пределом разрешения (или разрешаемым расстоянием) Z. Чем меньше предел разрешения, тем более мелкие детали можно наблюдать с помощью данного микроскопа, и говорят, что его разрешающая способность (величина, обратная пределу разрешения) больше.

Разрешающая способность микроскопа обусловлена волновыми свойствами света, поэтому выражение для предела разрешения можно получить, учитывая дифракционные явления. Из дифракционной теории образования изображения в микроскопе (теория Аббе) следует, что разрешаемое расстояние Z определяется по формуле:

(1)

где - длина волны света, освещающего предмет; n – показатель преломления среды, между предметом и объективом микроскопа, u- апертурный угол микроскопа – угол, образованный оптической осью и лучом, проведенным от края отверстия объектива к точке 0 пересечения плоскости предмета с оптической осью (рис.3).

Величина А=называется числовой апертурой объектива. Знание ее оказывается полезным при изучении биологических объектов (например, микробов), когда нужно правильно подобрать объектив, позволяющий различать объекты желаемого размера.

Заметим, что указанное выражение для разрешаемого расстояния справедливо в случае освещения предмета пучком параллельных лучей. При освещении же предмета с помощью конденсора сходящимся пучком света величина Z оказывается примерно вдвое меньше.

(2)

Это означает, что при таком способе освещения предмета могут различаться детали вдвое меньше, чем при освещении пучком параллельных лучей, т.е. возможность различения деталей улучшается. Кроме того, как видно из формулы (2), разрешающая способность может быть повышена при освещении предмета светом с меньшей длиной волны (Ультрафиолетовая микроскопия), или увеличения числовой апертуры.

Для последней цели служит применение иммерсионных систем, в которых пространство между предметом и объективом заполняется жидкой средой – иммерсией. В качестве иммерсии применяют кедровое масло (n=1,51), глицерин (n=1,48), монобромнафталин (n=1,66) и др.

Следует запомнить, что разрешающая способность микроскопа зависит только от разрешающей способности объектива, и не зависит от увеличения окуляра.