Основная задача, которая решается механической частью, достаточно проста - обеспечение крепления и движения оптической части микроскопа и объекта.
Предметные столики предназначены для крепления в определенном положении объекта наблюдения. Основные требования связаны с жесткостью крепления самих столиков, а также с фиксацией и координацией (ориентацией) объекта (препарата) относительно объектива.
Стол крепится на специальном кронштейне. Для удобства работы столики конструктивно выполняются неподвижными и подвижными.
Неподвижные столики обычно применяются в самых простейших моделях микроскопов. Движение объекта на них осуществляется с помощью рук наблюдателя для быстроты перемещения при экспрес-диагностике. Препарат закрепляется на столике с помощью пружинящих лапок или с помощью специального устройства препаратодержателя.
Для механического перемещения или вращения объекта под объективом микроскопа применяются подвижные (рис. 32) столики. Препарат фиксируется и перемещается с помощью препаратоводителя. Координатное перемещение объекта по двум осям X-Y (или только по одной X) осуществляется с помощью рукоятки (обычно сдвоенной коаксиальной) вручную или от электродвигателя (обычно шагового). Последние носят название "сканирующие столики. На столе вдоль направляющих по осям X и Y расположены шкалы с нониусами для контроля положения и линейного измерения перемещения в горизонтальной плоскости.
Фокусировочный механизм: грубая и точная фокусировка. Фокусировочный механизм обеспечивает движение стола или объектива для установки определенного расстояния между объектом наблюдения и оптической частью микроскопа. Это расстояние гарантирует резкое изображение объекта. "Наводка на резкость" осуществляется двумя регулировками – грубой и точной. Каждая регулировка – это свой механизм и своя рукоятка. Рукоятки управления могут быть разнесены или совмещены, но обязательно располагаются по бокам микроскопа: справа и слева попарно.
Обычно грубая фокусировка (регулировка) осуществляется парой больших рукояток (рис. 31), расположенных по обе стороны от штатива. Они совершают "черновое" движение объектива к объекту или от него. Минимальная величина перемещения составляет 1 мм за один оборот. При этом грубая фокусировка является рабочей при тех исследованиях, где увеличение микроскопа не более 400 х.
Точная фокусировка (регулировка) осуществляется парой небольших рукояток, которые обычно за один оборот придвигают стол или объектив к объекту на 0,01 -0,05 мм. Величина перемещения за один оборот зависит от конструктивных особенностей микроскопов различных фирм.
Как правило, на одну из рукояток точной фокусировки наносится шкала, которая позволяет контролировать вертикальное перемещение микроскопа относительно объекта наблюдения.
Например, отечественный микроскоп МИКМЕД-2 имеет грубое фокусировочное перемещение до 30 мм, при этом один оборот рукоятки обеспечивает перемещение на 2,5 мм, точная фокусировка осуществляется в пределах 2,5 мм при одном обороте на 0,25 мм, на одну из рукояток точной фокусировки нанесена шкала с ценой деления 0,002 мм.
Функциональное назначение фокусировочного перемещения значительно больше, чем обычно ему отводится. Без точной фокусировки не обойтись:
Если увеличение микроскопа более 400 х;
При работе с иммерсионными объективами;
При работе с объективами, которые не дают резкого изображения по всему наблюдаемому полю;
Если на всем видимом поле объект неровный по толщине или имеет объем.
Совмещение (коаксиальное расположение) обеих рукояток значительно упрощает работу, одновременно усложняя конструкцию и удорожая микроскоп.
Узел крепления и перемещения конденсора. Конденсор , как самостоятельный узел, является стыкующим элементом между осветительной системой (источником света) и микроскопом (объективом и визуализирующей частью).
Узел крепления конденсора расположен под предметным столиком. Имеет вид кронштейна с гнездом. Предназначен для установки конденсора, его фиксации и центрировки, т. е. перемещения в горизонтальной плоскости перпендикулярно оптической оси микроскопа.
Кроме того, узел имеет направляющую для фокусировочного движения (перемещения) конденсора по вертикали, вдоль оптической оси.
Каким бы образом конденсор ни устанавливался в гнезде - сбоку, сверху или снизу, - он жестко крепится с помощью стопорного винта, который предотвращает его выпадение, с одной стороны, и обеспечивает центрированное положение в процессе работы, с другой.
Центровочные винты обеспечивают совмещение осветительного пучка от источника света и оптической оси микроскопа (настройка освещения по Келеру). Это очень важный этап настройки освещения в микроскопе, влияющий на равномерность освещения и точность воспроизведения объекта, а также на контраст и разрешение элементов в изображении объекта.
Фокусировка (настройка по высоте) конденсора осуществляется с помощью ручки на кронштейне и, так же как центрировка, влияет на работу всей оптической части микроскопа.
Конденсор может быть неподвижным. Обычно подобная конструкция присуща учебным микроскопам . Эти микроскопы применяются при рутинной работе, где не требуется применение дополнительных методов контрастирования, и объект не требует более детального исследования.
Узел крепления объективов. Существует несколько типов крепления объективов в микроскопе:
Ввинчивание объектива непосредственно в тубус (как правило, на учебных «школьных» микроскопах);
"салазки" - крепление объективов с помощью специального безрезьбового устройства (направляющей);
Револьверное устройство с несколькими гнездами.
В настоящее время самым распространенным типом крепления объективов является револьверное устройство (револьверная головка) (рис. 33).
Узел крепления объективов в виде револьверного устройства выполняет следующие функции:
Смену увеличения в микроскопе за счет вращения головки, в каждое гнездо которой ввинчивается объектив определенного увеличения;
Фиксированную установку объектива в рабочее положение;
гарантированное центрирование оптической оси объектива относительно оптической оси микроскопа в целом, включая осветительную систему.
Револьверное устройство может быть 3-х, 4-х, 5-ти, 6-ти или 7-гнездным в зависимости от класса сложности микроскопа и решаемых им задач.
В микроскопах, где применяется дифференциально-интерференционный контраст, в револьверной головке над гнездом имеется один или несколько пазов для установки направляющей с призмой.
В учебных микроскопах объективы обычно крепятся таким образом, чтобы замена их была затруднена (т. е. делаются несъемными).
Порядок следования объективов должен строго соблюдаться: от меньшего увеличения к большему, при этом движение револьверной головки осуществляется по часовой стрелке.
Как правило, при сборке микроскопов производится операция подбора объективов - комплектация . Это позволяет не терять изображение объекта из поля зрения при переходе от одного увеличения к другому.
И еще одно условие должно обеспечивать револьверное устройство - парфокальность . Гнездо револьвера, вернее, его внешняя поверхность, является материальной базовой поверхностью для отсчета высоты объектива и длины тубуса объектива (микроскопа). Объектив должен быть ввинчен в гнездо таким образом, чтобы между ним и револьверной головкой не было зазора. При этом обеспечиваются расчетные значения всех сборочных оптических элементов в микроскопе, а также конструктивное и технологическое их обеспечение. Это значит, что если будет получено резкое изображение объекта с одним объективом, то при переходе к другому в пределах глубины резкости объектива резкое изображение объекта сохраняется.
Парфокальность в комплекте объективов обеспечивается конструкцией микроскопа и технологией изготовления. При отсутствии этого условия при переходе от одного объектива к другому требуется значительная подфокусировка по резкости изображения.
Узел крепления окуляров (тубуса) в современных микроскопах представляет собой кронштейн с гнездом, в которое устанавливаются различные виды насадок: визуальные насадки (монокулярные и бинокулярные (рис. 34)), фотометрические и спектрофотометрические , микрофото - и адаптерные устройства для видеосистем . Кроме того, в это гнездо могут быть установлены: насадки сравнения , рисовальные аппараты , экранные насадки , а также осветители падающего света . Фиксация устройств осуществляется стопорным винтом.
Невозможно представить модель современного микроскопа без системы документирования
. Практически это бинокулярная насадка с выходом на фото- или телесистему.
Конструктивно узел крепления окуляров может быть снабжен дополнительным оптико-механическим модулем сменного увеличения, получившего название "Оптовар" (Optovar). Как правило, он имеет несколько ступеней увеличения от меньшего единицы до 2,5 х, но есть варианты и с одной ступенью. Обычно модуль располагается между визуальной насадкой и револьверным устройством, обеспечивая тем самым дополнительное увеличение, как для визуального канала, так и для фотовыхода. Конечно, наибольшее значение это имеет для фотоканала.
ОПТИКА МИКРОСКОПА
Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа – создание увеличенного изображения рассматриваемого объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров и цвету. Кроме того, оптика микроскопа должна обеспечивать такое увеличение, контраст и разрешение элементов, которые позволят произвести наблюдение, анализ и измерение, соответствующие требованиям методик клинико-диагностической практики.
Основными оптическими элементами микроскопа являются: объектив , окуляр , конденсор . Вспомогательными элементами – осветительная система , оптовар, визуальные и фотонасадки с оптическими адаптерами и проективами.
Объектив микроскопа предназначен для создания увеличенного изображения рассматриваемого объекта с требуемым качеством, разрешением и цветопередачей.
Классификация объективов достаточно сложна и связана с тем, для изучения каких объектов предназначен микроскоп, зависит от требуемой точности воспроизведения объекта с учетом разрешающей способности и цветопередачи в центре и по полю видения.
Современные объективы имеют сложную конструкцию, количество линз в оптических системах доходит до 7-13. При этом расчеты базируются в основном на стеклах с особыми свойствами и кристалле флюорите или стеклах, аналогичных ему по основным физико-химическим свойствам.
По степени исправления аберраций выделяют несколько типов объективов:
Исправленные в спектральном диапазоне:
Монохроматические объективы (монохроматы) рассчитаны для применения в узком спектральном диапазоне, практически они хорошо работают в одной длине волны. Аберрации исправлены в узком спектральном диапазоне. Монохроматы были широко распространены в 60-х годах в период развития фотометрических методов исследования и создания аппаратуры для исследований в ультрафиолетовой (УФ) и инфракрасной (ИК)областях спектра.
Ахроматические объективы (ахроматы) рассчитаны для применения в спектральном диапазоне 486-656 нм. В этих объективах, устранены сферическая аберрация, хроматическая аберрация положения для двух длин волн (зеленого и желтого участков спектра), кома, астигматизм и частично сферохроматическая аберрация.
Изображение объекта имеет несколько синевато-красноватый оттенок. Технологически объективы достаточно просты – небольшое количество линз, технологичные для изготовления марки стекол, радиуса, диаметры и толщины линз. Относительно дешевые. Входят в комплект микроскопов, которые предназначены для рутинных работ и обучения.
В связи с простотой конструкции (всего 4 линзы) ахроматы имеют следующие достоинства:
Высокий коэффициент светопропускания, что необходимо при проведении фотометрических измерений и люминесцентных исследованиях;
Обеспечение трудно сочетаемых при расчете условий: большое рабочее расстояние при работе объектива с покровным стеклом, явно превышающим стандартнуютолщину и при этом - желание сохранения разрешающей способности, что необходимо при работе на инвертированных микроскопах.
К недостаткам можно отнеси то, что полевые аберрации в чистых ахроматах исправлены чаще всего на 1/2-2/3 поля, т.е. без перефокусировки возможно наблюдение в пределах 1/2-2/3 по центру видения. Это увеличивает время наблюдения, т.к. требует постоянной перефокусировки на край поля.
Апохроматические объективы . Уапохроматов спектральная область расширена и ахроматизация выполняется для трех длин волн. Кроме хроматизма положения, сферической аберрации, комы и астигматизма, достаточно хорошо исправляются также вторичный спектр и сферохроматическая аберрация.
Развитие этот тип объективов получил после того, как в оптическую схему объектива стали вводится линзы из кристаллов и специальных стекол. Количество линз в оптической схеме апохромата доходит до 6. По сравнению с ахроматами, апохроматы обычно имеют повышенные числовые апертуры, дают четкое изображение и точно передают цвет объекта.
Полевые аберрации в чистых апохроматах исправлены даже меньше чем у ахроматов, чаще всего на 1/2 поля, т.е. без перефокусировки возможно наблюдение в пределах 1/2 по центру видения.
Апохроматы обычно применяются при особо тонких и важных исследованиях и особенно там, где требуется качественная микрофотография.
Устройство микроскопа
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Устройство микроскопа |
| Рубрика (тематическая категория) | История |
Из истории микроскопа
CoolReferat.com
В рассказе Василия Шукшина ʼʼМикроскопʼʼ деревенский столяр Андрей Ерин купил на ʼʼзаныкануюʼʼ от жены зарплату мечту всей своей жизни – микроскоп – и поставил своей целью найти способ извести на земле всех микробов, поскольку искренне считал, что, не будь их, человек мог бы жить более ста пятидесяти лет. И только досадное недоразумение помешало ему в данном благородном деле. Для людей многих профессий микроскоп - это крайне важно е оборудование, без которого выполнение многих исследований и технологических операций просто невозможно. Ну а в ʼʼдомашнихʼʼ условиях данный оптический прибор позволяет всем желающим расширить границы своих возможностей, заглянув в ʼʼмикрокосмосʼʼ и исследовав его обитателей.
Первый микроскоп был сконструирован отнюдь не профессиональным ученым, а ʼʼлюбителемʼʼ, торговцем мануфактурой Антони Ван Левенгуком, жившим в Голландии в XVII веке. Именно данный пытливый самоучка первым взглянул через сделанный им самим прибор на капельку воды и увидел тысячи мельчайших существ, названных им латинским словом animalculus (ʼʼмаленькие звериʼʼ). За свою жизнь Левенгук успел описать более двухсот видов ʼʼзверушекʼʼ, а изучая тонкие срезы мяса, фруктов и овощей, он открыл клеточную структуру живой ткани. За заслуги перед наукой Левенгук в 1680 году был избран действительным членом Королевского общества, а чуть позже стал академиком и Французской Академии наук.
Микроскопы Левенгука, которых за свою жизнь он собственноручно изготовил более трех сотен, представляли собой небольшую, величиной с горошину, сферическую линзу, вставленную в оправу. Микроскопы имели предметный столик, положение которого относительно линзы можно было настраивать с помощью винта͵ а вот подставки или штатива у этих оптических приборов не было – их нужно было держать в руках. С точки зрения сегодняшней оптики, прибор, который принято называть ʼʼмикроскопом Левенгукаʼʼ, является не микроскопом, а очень сильной лупой, поскольку его оптическая часть состоит только из одной линзы.
С течением времени устройство микроскопа заметно эволюционировало, появились микроскопы нового типа, были усовершенствованы методы исследования. При этом работа с любительским микроскопом и по сей день сулит немало интересных открытий и взрослым, и детям.
Микроскоп - ϶ᴛᴏ оптический прибор, предназначенный для исследования увеличенных изображений микрообъектов, которые невидны невооруженным глазом.
Основными частями светового микроскопа (рис. 1) являются объектив и окуляр, заключенные в цилиндрический корпус – тубус. Большинство моделей, предназначенных для биологических исследований, имеют в комплекте три объектива с разными фокусными расстояниями и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены – турель, часто называемую револьверной головкой. Тубус располагается на верхней части массивного штатива, включающего тубусодержатель. Чуть ниже объектива (или турели с несколькими объективами) находится предметный столик, на который устанавливаются предметные стекла с исследуемыми образцами. Резкость регулируется с помощью винта грубой и точной настройки, который позволяет изменять положение предметного столика относительно объектива.
Для того чтобы исследуемый образец имел достаточную для комфортного наблюдения яркость, микроскопы снабжаются еще двумя оптическими блоками (рис. 2) – осветителем и конденсором. Осветитель создает поток света͵ освещающий исследуемый препарат. В классических световых микроскопах конструкция осветителя (встроенного или внешнего) предполагает низковольтную лампу с толстой нитью накала, собирающую линзу и диафрагму, изменяющую диаметр светового пятна на образце. Конденсор, представляющий собой собирающую линзу, предназначен для фокусировки лучей осветителя на образце. Конденсор также имеет ирисовую диафрагму (полевую и апертурную), с помощью которой регулируется интенсивность освещения.
При работе с пропускающими свет объектами (жидкостями, тонкими срезами растений и т. п.), их освещают проходящим светом – осветитель и конденсор располагаются под предметным столиком. Непрозрачные же образцы нужно освещать спереди. Для этого осветитель располагают над предметным столиком, и его лучи с помощью полупрозрачного зеркала направляются на объект через объектив.
Осветитель должна быть пассивным, активным (лампа) или состоять из обоих элементов. Самые простые микроскопы не имеют ламп для подсветки образцов. Под столиком у них располагается двустороннее зеркало, у которого одна сторона плоская, а другая – вогнутая. При дневном освещении, в случае если микроскоп стоит у окна, получить довольно неплохое освещение можно при помощи вогнутого зеркала. В случае если же микроскоп находится в темном помещении, для подсветки используются плоское зеркало и внешний осветитель.
Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и окуляра. При увеличении окуляра равном 10 и увеличении объектива равном 40 общий коэффициент увеличения равен 400. Обычно в комплект исследовательского микроскопа входят объективы с увеличением от 4 до 100. Типичный комплект объективов микроскопа для любительских и учебных исследований (х 4, х10 и х 40), обеспечивает увеличение от 40 до 400.
Разрешающая способность – другая важнейшая характеристика микроскопа, определяющая его качество и четкость формируемого им изображения. Чем больше разрешающая способность, тем больше мелких деталей можно рассмотреть при сильном увеличении. В связи с разрешающей способностью говорят о ʼʼполезномʼʼ и ʼʼбесполезномʼʼ увеличении. ʼʼПолезнымʼʼ принято называть предельное увеличение, при котором обеспечивается максимальная деталировка изображения. Дальнейшее увеличение (ʼʼбесполезноеʼʼ) не поддерживается разрешающей способностью микроскопа и не выявляет новых деталей, зато может негативно повлиять на четкость и контраст изображения. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, предел полезного увеличения светового микроскопа ограничивается не общим коэффициентом увеличения объектива и окуляра - его при желании можно сделать сколь угодно большим, - а качеством оптических компонентов микроскопа, то есть, разрешающей способностью.
Микроскоп включает в себя три основные функциональные части:
1. Осветительная часть Предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы последующие части микроскопа предельно точно выполняли свои функции. Осветительная часть микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом в прямых микроскопах и перед объектом над объективом в инвертированных. Осветительная часть включает источник света (лампа и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).
2. Воспроизводящая часть Предназначена для воспроизведения объекта в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (ᴛ.ᴇ. для построения такого изображения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ как можно точнее и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей). Воспроизводящая часть обеспечивает первую ступень увеличения и расположена после объекта до плоскости изображения микроскопа. Воспроизводящая часть включает объектив и промежуточную оптическую систему. Современные микроскопы последнего поколения базируются на оптических системах объективов, скорректированных на бесконечность. Это требует дополнительно применения так называемых тубусных систем, которые параллельные пучки света͵ выходящие из объектива, ʼʼсобираютʼʼ в плоскости изображения микроскопа.
3. Визуализирующая часть Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотопленке или пластинке, на экране телевизионного или компьютерного монитора с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения).
Визуализирующая часть расположена между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя (камерой, фотокамерой). Визуализирующая часть включает монокулярную, бинокулярную или тринокулярную визуальную насадку с наблюдательной системой (окулярами, которые работают как лупа). Вместе с тем, к этой части относятся системы дополнительного увеличения (системы оптовара/смены увеличения); проекционные насадки, в т.ч. дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты; системы анализа и документирования изображения с соответствующими согласующими элементами (фотоканал).
Устройство микроскопа - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Устройство микроскопа" 2017, 2018.
Цель: ознакомиться со строением микроскопа, правилами работы с ним, техникой изготовления простейших препаратов, правилами оформления результатов наблюдений.
Материалы и оборудование: микроскоп, предметные и покровные стекла, капельницы с водой и лактофенолом, препаровальные иглы, споры плауна, пыльца мальвы, черешки листа бегонии, листья традесканции.
Строение микроскопа
Микроскоп представляет собой оптико-механический прибор, позволяющий получать сильно увеличенное изображение рассматриваемого предмета, размеры которого лежат за пределами разрешающей способности невооруженного глаза. Человек с нормальным зрением различает две точки как две или две линии как две, а не одну, лишь в том случае, если расстояние между ними не менее 100 мкм. Таким образом, разрешающая способность глаза невелика. При работе с микроскопом расстояние между двумя точками или линиями, на котором они не кажутся слившимися, сокращается до десятых долей микрометра. Иными словами, разрешающая способность световых микроскопов в 300–400 раз выше разрешающей способности невооруженного глаз и равна 0,2–0,3 мкм.
Полезное увеличение современных оптических микроскопов достигает 1400 раз, выявляя при этом мельчайшие детали строения изучаемого объекта.
В микроскопе различают оптическую и механическую системы.
Оптическая система состоит из трех частей: осветительного аппарата, объектива и окуляра (рис. 1).
Между объективом и окуляром расположен тубус. Все эти части строго центрированы и вмонтированы в штатив, представляющий собой механическую систему микроскопа. Штатив состоит из массивного основания, предметного столика, дуги, или тубусодержателя, и подающих механизмов, передвигающих предметный столик в вертикальном направлении.
Рис. 1. Устройство светового монокулярного (А)
и бинокулярного (Б) микроскопа:
1 – окуляры; 2 – бинокулярная насадка; 3 – винт крепления насадки; 4 – револьверное устройство; 5 – объективы; 6 – винтовой упор (ограничитель перемещения предметного столика при фокусировке; 7 – предметный столик; 8 – рукоятка перемещения предметного столика в двух взаимно–перпендикулярных направлениях; 9 – рукоятка грубой фокусировки; 10 – рукоятка точной фокусировки; 11 – коллектор в оправе; 12 – основание микросокопа; 13 – конденсор; 14 – винт крепления конденсора; 15 – препаратоводитель
Осветительный аппарат представлен конденсором с ирисовой диафрагмой и осветителем с галогеновой лампой накаливания. Конденсор располагается в кольце под столиком микроскопа. Он состоит из двух или трех линз, вставленных в цилиндрическую оправу. Конденсор служит для наилучшего освещения изучаемого препарата. Фронтальная линза конденсора должна быть установлена на уровне предметного столика микроскопа или несколько ниже его.
В нижней части конденсора находится ирисовая диафрагма. Она представляет собой систему многочисленных тонких пластинок («лепестков»), подвижно укрепленных в круглой оправе. С помощью регулировочного кольца можно изменять размеры отверстия диафрагмы, которое всегда сохраняет центральное положение. Этим регулируется диаметр пучка света, идущего от лампы в конденсор. Под диафрагмой укреплено кольцо, в которое вставляется светофильтр, обычно из матового стекла.
Встроенный в основание микроскопа осветитель включает коллектор в оправе, который ввинчивается в отверстие основания, и держатель галогеновой лампы накаливания 6В, 20Вт. Включение осветителя осуществляется с помощью выключателя, расположенного на задней поверхности основания микроскопа. Вращая диск регулировки накала лампы, расположенный на боковой поверхности основания микроскопа слева от наблюдателя, можно изменять яркость накаливания лампы.
Пройдя через конденсор и преломившись в его линзах, лучи, идущие от источника света, освещают препарат, лежащий на столике микроскопа, проходят сквозь него, и далее в виде расходящегося пучка входят в объектив.
Частично закрывая нижнюю линзу конденсора, диафрагма задерживает боковые лучи, благодаря чему получается более резкое изображение объекта.
Объектив представляет собой наиболее важную часть оптической системы. Он состоит из нескольких линз, вправленных в металлическую гильзу. Объективы с большими увеличениями включают 8–10 линз и более. Объектив дает изображение объекта с обратным расположением частей. При этом он выявляет («разрешает») структуры, недоступные невооруженному глазу, с большими или меньшими подробностями в зависимости от качества объектива. Изображение строится объективом в плоскости диафрагмы окуляра, расположенного в верхней части трубы (тубуса) микроскопа. Оптические свойства объектива зависят от его устройства и качества линз. Наиболее сильные объективы дают 120-кратные увеличения. На лабораторных занятиях обычно работают с объективами, увеличивающими в 4, 20, 40 раз.
Большое значение при работе с микроскопом имеет рабочее расстояние объектива, т. е. расстояние от нижней (фронтальной) линзы объектива до объекта (до верхней поверхности предметного стекла). У объективов с 40-кратным увеличением это расстояние равно 0,6 мм. Поэтому желательно пользоваться покровными стеклами, толщина которых меньше рабочего расстояния. Нормальная толщина покровного стекла 0,17–0,18 мм.
Окуляр устроен значительно проще объектива. Некоторые окуляры состоят лишь из двух линз и диафрагмы, вставленных в цилиндрическую оправу. Верхняя (окулярная) линза служит для наблюдения, нижняя («коллектив») играет вспомогательную роль, фокусируя изображение, построенное объективом. Диафрагма окуляра определяет границы поля зрения.
На нижнем конце тубусодержателя укреплено револьверное устройство – вращающийся диск с гнездами, имеющими нарезку для ввинчивания объективов. Ход винтовой нарезки гнезд револьверного устройства и объективов стандартизован, поэтому объективы подходят к микроскопам разных моделей. Тубусодержатель неподвижно соединена со штативом.
Микроскоп сконструирован так, что препарат располагается между главным фокусом объектива и его двойным фокусным расстоянием. В трубе микроскопа, в плоскости диафрагмы окуляра, находящейся между главным фокусом и оптическим центром верхней линзы окуляра, объектив строит действительное увеличенное обратное изображение предмета. Действуя как лупа, верхняя линза или система линз окуляра дает мнимое прямое увеличенное изображение. Таким образом, изображение, которое получается с помощью микроскопа, оказывается дважды увеличенным и обратным по отношению к изучаемому предмету (рис. 2). Общее увеличение микроскопа при нормальной (160 мм) длине тубуса равно увеличению объектива, умноженному на увеличение окуляра.
Квадратный предметный столик имеет в центре отверстие, в которое входит верхняя часть конденсора. Предметный столик вместе с препаратом можно передвигать вперед назад. Современные микроскопы также снабжены препаратоводителем, с помощью которого препарат можно передвигать вперед назад по предметному столику. Для этого служат два винта, расположенные на оси справа
Рис. 2. Ход лучей в микроскопе:
АВ – предмет; O 1 – объектив микроскопа, который дает увеличенное обратное и действительное изображение предмета A 1 B 1 . Изображение предмета лежит в фокальной плоскости F 2 окуляра микроскопа О 2 , через который оно рассматривается, как в лупу. В фокальной плоскости F 3 хрусталика глаза О 3 получается действительное изображение предмета А 2 В 2 . Возможно и такое расположение O 1 и О 2 , когда A 1 B 1 располагается между F 2 и О 2
под предметным столиком. С помощью верхнего винта передвигают предметный столик, а с помощью нижнего – препарат.
Передвижение препарата с объектом для наведения резкости осуществляется при перемещении предметного столика, который подвижно соединен с тубусодержателем. С помощью подающих механизмов его можно передвигать по вертикали (вверх – вниз) для наведения на фокус. У большинства современных микроскопов эти механизмы (винты) укреплены в основании тубусодержателя.
Грубая фокусировка осуществляется с помощью макрометренного винта (кремальеры). Тонкая фокусировка осуществляется микрометренным винтом. На барабане микрометренного винта нанесены деления. Передвижение на одно деление соответствует подъему или опусканию трубы на 2 мкм. При полном обороте винта труба передвигается на 100 мкм.
Механизмы макрометренной и особенно микрометренной подачи изготовляются очень точно и требуют осторожного обращения. Вращать винты следует плавно, без рывков и применения силы.
Похожая информация.
МИКРОСКОП. МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.
Микроскопическая техника.
Главные этапы цитологического и гистологического анализа:
Выбор объекта исследования
Подготовка его для изучения в микроскопе
Применение методов микроскопирования
Качественный и количественный анализ полученных изображений
Количественные методы исследования - морфометрия, денситометрия, цитофотометрия, спектро-флуорометрия.
Микроскопические методы исследования имеют огромное значение для теории и практики медицины как способ изучения гистологических структур в норме, эксперименте и патологии.
Световой микроскоп. Микроскоп – оптический прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений биологических объектов и деталей их строения, не видимых невооруженным глазом.
Микроскоп состоит из оптических и механических частей. Оптические части микроскопа: объективы, окуляры, зеркало и конденсор с ирисовой диафрагмой. Механические части микроскопа: основание, тубусодержатель, тубус, револьвер, предметный столик, механизмы макро- и микровинта, механизм перемещения конденсора
Оптические части микроскопа.
Объектив – основная оптическая часть микроскопа, которая создает изображение препарата. Объектив является системой линз в металлической оправе, где различают фронтальную – главную или увеличительную линзу, ближайшую к объекту, которая строит изображение и коррекционные – они устраняют аберрации фронтальной линзы. Объективы подразделяются:
А) по степени увеличения на объективы малых увеличений (увеличение ≤10), объективы средних увеличений (увеличение ≤40), объективы больших увеличений (увеличение ≥40),
Б) по степени совершенства исправлений аберраций (искажений) на монохроматы (предназначены для работы при монохроматическом освещении), ахроматы (хроматическая аберрация исправлена для 2 цветов спектра), апохроматы (хроматическая аберрация исправлена для 3 цветов спектра); планмонохроматы, планахроматы, планапохроматы (исправлена кривизна поверхности изображения),
В) по свойствам на суховоздушные и иммерсионные. При использовании суховоздушных объективов между препаратом и объективом воздушное пространство, при иммерсионыых между препаратом и объективом находится жидкость (иммерсионное масло, вода). Соответственно иммерсионные объективы делят на водные и маслянные. Получение максимального увеличения возможно только с помощью иммерсионного объектива (как правило, объектива с увеличением 90).Иммерсионные объективы рассчитываются на работу с покровными стеклами не толще 0,17 мм.
Окуляр – оптическая система, используемая для рассматривания изображения, построенного объективом. Простой окуляр (Гюйгенса) состоит из двух плосковыпуклых линз, обращенных выпуклой поверхностью в сторону объектива. Между линзами находится диафрагма с постоянным отверстием. К диафрагме крепится стрелка – указатель. Верхняя линза именуется глазной, на ее оправе указывается увеличение окуляра. Нижняя линза получила название полевой. Окуляр обычно увеличивает изображение в 5-25 раз
Зеркало – направляет поток света через конденсор на препарат. Имеет плоскую и вогнутую поверхности, которые используются в зависимости от степени освещения.
Конденсор – собирает лучи света и фокусирует их на препарат, обеспечивая достаточное и равномерное освещение последнего. Конденсор состоит из двух линз: нижней двояковыпуклой и верхней плосковыпуклой. С помощью конденсора регулируют степень освещения изучаемого объекта.
Микроскопы - это приборы, предназначенные для получения увеличенных изображений мелких объектов а также их фотографий (микрофотографий). Микроскоп должен выполнять три задачи: показывать увеличенное изображение препарата, разделять детали на изображении и визуализировать их для восприятия человеческим глазом или камерой. Эта группа инструментов включает в себя не только сложные приборы из нескольких линз с объективами и конденсорами, но и очень простые одиночные устройства, которые легко держать в руках, такие как увеличительное стекло. В данной статье мы рассмотрим устройство микроскопа и его основные детали.
Устройство и основные части оптического микроскопа
Функционально устройство микроскопа делится на 3 части:
Система освещения
Система освещения необходима для генерации светового потока, который подается на объект таким образом, чтобы последующие части микроскопа максимально точно выполняли свои функции для построения изображения. Осветительная система прямого микроскопа проходящего света расположена под объектом в прямых микроскопах (например, лабораторные, поляризационные и др.) и над объектом в инвертированных.
Осветительная система микроскопа включает источник света (галогеновая лампа или светодиод и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).
Оптика микроскопа
Предназначена для воспрои зведения препарата в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (т. е. для построения такого изображения, которое точно и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей).
Оптика обеспечивает первую ступень увеличения и расположена после объекта до плоскости изображения микроскопа.
Оптика микроскопа включает в себя объектив и промежуточные оптические модули (компенсаторы, модули промежуточного увеличения, анализаторы).
Современные микроскопы базируются на оптических системах объективов, скорректированных на бесконечность (Olympus UIS2). Для работы в этой оптической системе применяются тубусы, которые фиксируют параллельные пучки света, выходящие из объектива и «собирают» в плоскости изображения микроскопа.
Визуализирующая часть
Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотоплёнке, на экране компъютера с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения).
Визуализирующая часть в виде тубуса с окулярами находится между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя или цифровой камерой для микроскопии.
Тубусы у микроскопов бывают монокулярные, бинокулярные или тринокулярные. Тринокулярный тубус позволяет подключить камеру для микроскопии и делать фото и видео исследуемого образца с наилучшим качеством.
Для микроскопов также производятся проекционные насадки, в том числе дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты;
Анатомия прямого микроскопа
Схема расположения основных элементов оптического микроскопа Olympus BH2
Луч света от галогеновой лампы отражается и собирается коллекторной линзой для направления по оптическому пути. Так как лампа в процессе работы нагревается, в оптическом пути устанавливается тепловой фильтр для отсекания теплового излучения, идущего на препарпат. Галогеновая лампа меняет свой спектр в зависимости от подаваемого на неё напряжения,что сказывается на цветопередаче изображений, потому в оптическом пути обязательно используется цветобалансирующий фильтр для стабилизации цветовой температуры и обеспечения белого фона.
Зеркало направляет свет от осветителя на полевую диафрагму, которая регулирует диаметр пучка света, подаваемого на препарат.
Конденсор собирает полученный свет и направляет его на препарат, который установлен на предметном столике. Объектив микроскопа фокусируется с помощью ручек тонкой и грубой фокусировки на препарате и передает полученное изображение на призмы тубуса.
На микроскопе установлен тринокулярный тубус, имеющий светоделитель на окуляры и камеру. Пользователь через окуляры может исследовать препарат а также делать измерения с помощью объект-микрометра.
Через специальный адаптер на тринокулярный тубус устанавливается камера для создания микрофотографии. Плёночные фотокамеры устанавливались на микроскопе с начала ХХ века до изобретения цифровых фотокамер.
Разумеется, техника не стоит на месте и на сегодняшний день , которые легко устанавливаются на микроскоп и имеют даже большую функциональность, нежели их плёночные предшественники.
С конструктивно-технологической точки зрения, микроскоп состоит из следующих частей:
- Механическая часть;
- Оптическая часть;
1. Механическая часть микроскопа
Устройство микроскопа включает в себя раму (или штатив), который является основным конструктивно-механическим блоком микроскопа. Рама включает в себя следующие основные блоки: основание, механизм фокусировки, корпус лампы (или светодиода), держатель конденсора, предметный столик, револьвер объективов, слайдеры для установки фильтров и анализаторов.
В зависимости от модели микроскопа различают следующие системы освещения:
- Осветитель с зеркалом;
Для игрушечных и детских микроскопов все еще можно встретить осветитель с зеркалом, однако применение такого микроскопа весьма ограничено.
В бюджетных микроскопах (CKX31, CKX41, CX23) , которые применяются в биологии и медицине применяется упрощенное освещение. Принцип критического освещения состоит в том равномерно яркий источник света располагается непосредственно за полевой диафрагмой и с помощью конденсора изображается на плоскости предмета. Размер полевой диафрагмы подбирается так, чтобы ее изображение, точно было ограничено полем зрения окуляра (при малом увеличении объектива. В связи с тем, что критическое освещение не дает прямого хода лучей через весь оптический путь, разрешение при критическом освещении ниже, чем при освещении по методу Кёллера.
В микроскопах лабораторного класса и выше применяется система освещения по методу Кёллера. Принцип освещения по Кёллеру состоит в установке прямого хода луча по всей оптической оси микроскопа. Это дает максимальное разрешение и детализацию препарата. Именно при этой системе освещения оправдано подключать камеры для микроскопии для получения качественных микрофотографий.
Чисто механическим узлом микроскопа является предметный столик, предназначенный для крепления или фиксации в определенном положении объекта наблюдения. Столики бывают неподвижные, координатные и вращающиеся (центрируемые и нецентрируемые). В исследовательских микроскопах применяются также моторизованые столики, которые позволяют автоматизировать процесс съемки и отслеживать препарат в определенных координатах через промежутки времени.
2. Оптическая часть
Оптические элементы и аксессуары обеспечивают основную функцию микроскопа — создание увеличенного изображения объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров составляющих элементов и цветопередаче. Кроме этого, оптика должна обеспечивать такое качество изображения, которое отвечает целям исследования и требованиям методик проводимого анализа.
Основными оптическими элементами микроскопа являются следующие оптические элементы: полевая диафрагма, конденсор, фильтры, объективы, компенсаторы, окуляры, адаптеры для камер.
Объективы
микроскопа являют собой оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения в плоскости изображения с соответствующим увеличением, разрешением, точностью воспроизведения по форме и цвету объекта исследования. Объективы являются одними из ключевых частей микроскопа. Они имеют сложную оптико-механическую конструкцию, которая включает несколько одиночных линз и компонентов, склеенных из 2-х или 3-х линз.
Количество линз обусловлено кругом решаемых объективом задач. Чем выше качество изображения, даваемое объективом, тем сложнее его оптическая схема. Общее число линз в сложном объективе может доходить до 14 (например, это может относиться к планапохроматическому объективу UPLSAPO100XO с увеличением 100х и числовой апертурой 1,40).
Объектив состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная линза обращена к препарату и является основной при построении изображения соответствующего качества.Она определяет рабочее расстояние и числовую апертуру объектива. Последующая часть в сочетании с фронтальной обеспечивает требуемое увеличение, фокусное расстояние и качество изображения, а также определяет парфокальную высоту объектива и длину тубуса микроскопа.
Конденсор.
Оптическая система конденсора предназначена для увеличения количества света, поступающего в микроскоп. Конденсор располагается между объектом (предметным столиком) и осветителем (источником света).
В учебных и простых микроскопах конденсор бывает несъемный и неподвижный. В остальных случаях конденсор является съемным адаптированным под конкретную задачу модулем. При настройке освещения (юстировке микроскопа) конденсор подвижен вдоль и перпендикулярно оптической оси.
В конденсоре всегда находится апертурная ирисовая диафрагма, которая влияет на контрастность изображения и разрешение.
Для работы применяются специальные конденсоры, приспособленные для методов фазового контраста, тёмного поля, ДИК, поляризационного контраста.
Окуляры
В общем виде окуляры состоят из двух групп линз: глазной — ближайшей к глазу наблюдателя — и полевой — ближайшей к плоскости, в которой объектив строит изображение рассматриваемого объекта.
Окуляры классифицируются по тем же группам признаков, что и объективы:
- окуляры компенсационного (К — компенсируют хроматическую разность увеличения объективов свыше 0,8%) и безкомпенсационного действия;
- окуляры обычные и плоского поля;
- окуляры широкоугольные (с окулярным числом — произведение увеличения окуляра на его линейное поле — более 180); сверхширокоугольные (с окулярным числом более 225);
- окуляры с вынесенным зрачком для работы в очках и без;
- окуляры для наблюдения, проекционные, фотоокуляры, гамалы;
- окуляры с внутренней наводкой (с помощью подвижного элемента внутри окуляра происходит настройка на резкое изображение сетки или плоскость изображения микроскопа; а также плавное, панкратическое изменение увеличения окуляра) и без нее.
В микроскопах Olympus используются широкопольные окуляры с полевым числом от 20 мм до 26.5 мм для работы в очках и без. Окуляры имеют электростатическую защиту и диоптрийную подстройку для комфортной работы.
3. Электрическая часть микроскопа
В современных микроскопах, вместо зеркал, используются различные источники освещения, питаемые от электрической сети. Это могут быть как обычные галогеновые лампы так ксеноновые и ртутные лампы для флуоресцентной (люминесцентной микроскопии). Также все большую популярность набирают светодиодные осветители. Они обладают некоторыми преимуществами перед обычными лампами, как например большой срок службы (осветитель микроскопа Olympus BX46 U-LHEDC имеет срок службы 20 000 ч), меньшее энергопотребление и др. Для питания источника освещения используются различные блоки питания, блоки розжига и другие устройства, преобразующие ток из электрической сети в подходящий для питания того или иного источника освещения.