Лекция № «Физика оптической микроскопии»

Составил: Дигурова И.И.

Выполнил: Дзезюля А.М.

г. Ярославль, 2004 г.

1. Микроскопия как оптическая система. Ход лучей в микроскопе.

Микроскоп - сложная оптическая система с двумя ступенями увеличения. Предназначен для наблюдения в увеличенном виде близкорасположенных предметов.

• 
  Первая ступень - ОБЪЕКТИВ - центрическая система из 4-10 линз, предназначенная для непосредственного рассмотрения объекта и формирования промежуточного изображения.
  
• 
  Вторая ступень - ОКУЛЯР - система из 2-5 линз, предназначенная для рассмотрения промежуточного изображения.
  

1. 
   объектив и окуляр изобразить в виде тонких собирающих линз;
   
2. 
   выбрать два луча: первый - через оптический центр линзы, второй - параллельно главной оптической оси;
   
3. 
   расположить предмет перед главным фокусом объектива;
   
4. 
   построить промежуточное изображение - оно должно получится за двойным фокусом объектива, а также увеличенным, действительным и обратным (перевернутым вверх ногами). Промежуточное изображение должно располагаться на расстоянии большем, чем фокусное расстояние окуляра;
   
5. 
   построить окончательное изображение, формируемое окуляром. Оно является увеличенным, мнимым и прямым по отношению к промежуточному изображению. Окончательное изображение будет находится от окуляра на расстоянии наилучшего зрения.
   

Δ - длина тубуса (15-20 см);

Г_{объектива} = l₁/l₂; Г_{окуляра} = l₂/l₁;

Г_М = (l₁*l₂)/(l*l₁);

Г_м = l₂/l.

II. Г_м = (Δ*L)/(f₁*f₂).

Δ- длина тубуса,

L - расстояние наилучшего зрения,

f₁ и f₂ - фокусы объектива и окуляра.

Увеличения окуляра и объектива гравируются на их оправах. У обычных биологических микроскопов объективы дают увеличение 8, 10, 20, 40 и 90; окуляры имеют увеличение 5, 7, 10 и 20. У исследовательских микроскопов увеличение окуляра 20, объектива - 100.

n - коэффициент преломления,

A - числовая апертура,

u - апертурный угол.

Средой между предметом и объективом могут быть:

• 
  воздух(сухой объектив) - n ≈ 1;
  
• 
  дистиллированная вода - n = 1,33;
  
• 
  глицерин - n = 1,49;
  
• 
  кедровое масло - n = 1,55.
  

Экспериментально установлено, что предел разрешения зависит от длины волны света (Λ - «лямбда») и от числовой апертуры (А) микроскопа:

Следовательно, для повышения разрешающей способности микроскопа надо использовать коротковолновые излучения и объектив с большой числовой апертурой (иммерсионные среды).

Светопроводящая часть глаза образуется роговицей, хрусталиком, жидкостью передней камеры и стекловидным телом. Главная оптическая ось проходит через центры роговицы, зрачка, хрусталика. Глаз - центрированная оптическая система.

Световоспринимающая часть (или рецепторный аппарат) - это сетчатка, в которой находятся светочувствительные зрительные клетки. Направление наибольшей чувствительности определяет зрительная ось. Она проходит через центры роговицы и желтого пятна. В направлении этой оси глаз имеет наилучшую разрешающую способность. Угол между оптической и зрительной осями составляет 5º.

Оптическая сила глаза (D)- это алгебраическая сумма сил всех основных преломляющих сред.
D = 1/F;

[D]=[м ^-1 = дптр(«диоптрия»)].
В глазу D _{РОГОВИЦЫ} равен 42-43 дптр; D _{ХРУСТАЛИКА} - до 33 дптр; D_{СТЕКЛОВИДНОГО ТЕЛА} - 5 - 6 дптр. Первые две среды подобны собирающим линзам, последняя - рассеивающей.

Для построения изображения на сетчатке и анализа связанных с этим явлений пользуются приведенным (редуцированным) глазом. Здесь рассматривается однородная сферическая линза с коэффициентом преломления (n) равным 1,4 и D _{В ПОКОЕ} = 63 дптр, D _{ПРИ НАПРЯЖЕНИИ} = 70 дптр. Построение изображения делается по обычным правилам. Если предмет расположен на расстоянии большем, чем двойное фокусное, то оно получается действительным, уменьшенным и обратным.