Апертура микроскопа что это
Качество изображения
Разрешающая способность микроскопа
Качество изображения определяется разрешающей способностью микроскопа, т.е. минимальным расстоянием, на котором оптика микроскопа может различить раздельно две близко расположенные точки. разрешающая способность зависит от числовой апертуры объектива, конденсора и длины волны света, которым освещается препарат. Числовая апертура (раскрытие) зависит от угловой апертуры и показателя преломления среды, находящейся между фронтальной линзой объектива и конденсора и препаратом.
Таким образом, апертура сухих систем (между фронтальной линзой объектива и препаратом-воздух) не может быть более 1 (обычно не более 0,95). Среда, помещаемая между препаратом и объективом, называется иммерсионной жидкостью или иммерсией, а объектив, рассчитанный для работы с иммерсионной жидкостью, называют иммерсионным. Благодаря иммерсии с более высоким показателем преломления чем у воздуха, можно повысить числовую апертуру объектива и, следовательно, разрешающую способность.
Влияние числовой апертуры объектива микроскопа на качество изображения
| Объектив с достаточной апертурой (видны отдельные клетки) | Объектив с низкой апертурой (недостаточная апертура объектива ) |
 |  |
Пути повышения оптической разрешающей способности
Иммерсионные жидкости
Иммерсионные жидкости необходимы для увеличения числовой апертуры и соответственно повышения разрешающей способности иммерсионных объективов, специально рассчитанных для работы с этими жидкостями и, соответствующим образом, маркированными. Иммерсионные жидкости, помещенные между объективом и препаратом, имеют более высокий показатель преломления, чем воздух. Поэтому, отклоненные мельчайшими деталями объекта лучи света, не рассеиваются, выходя из препарата, и попадают в объектив, что приводит к повышению разрешающей способности.
Существуют объективы водной иммерсии (маркированные белым кольцом), масляной иммерсии (черное кольцо), глицериновой иммерсии (желтое кольцо), монобромнафталиновой иммерсии (красное кольцо). В световой микроскопии биологических препаратов применяются объективы водной и масляной иммерсии. Специальные кварцевые объективы глицериновой иммерсии пропускают коротковолновое ультрафиолетовое излучение и предназначены для ультрафиолетовой (не путать с люминесцентной) микроскопии (то есть для изучения биологических объектов, избирательнопоглощающих ультрафиолетовые лучи). Объективы монобромнафталиновой иммерсии в микроскопии биологических объектов не используются.
В отличие от других иммерсионных жидкостей масляная иммерсия является гомогенной, так как имеет показатель преломления равный или очень близкий показателю преломления стекла. Обычно этот показатель преломления (n) рассчитан для определенной спектральной линии и определенной температуры и указывается на флаконе с маслом. Так, например, показатель преломления иммерсионного масла для работы с покровным стеклом для спектральной линии D в спектре натрия при температуре =20°С равен 1,515 (nD 20 = 1,515 ), для работы без покровного стекла (nD 20 = 1,520).
Для работы с объективами-апохроматами нормируется также дисперсия, то есть разность показателей преломления для различных линий спектра.
Использование синтетического иммерсионного масла предпочтительнее, поскольку его параметры более точно нормируются, и оно в отличие от кедрового, не засыхает на поверхности фронтальной линзы объектива.
Учитывая вышесказанное, ни в коем случае нельзя пользоваться суррогатами иммерсионного масла и, в частности, вазелиновым маслом. При некоторых способах микроскопии для увеличения апертуры конденсора, иммерсионная жидкость (чаще дистиллированная вода) помещается между конденсором и препаратом.
6.2. Микроскоп
Микроскоп предназначен для наблюдения мелких объектов с большим увеличением и с большей разрешающей способностью, чем дает лупа. Оптическая система микроскопа состоит из двух частей: объектива и окуляра. Объектив микроскопа образует действительное увеличенное обратное изображение предмета в передней фокальной плоскости окуляра. Окуляр действует как лупа и образует мнимое изображение на расстоянии наилучшего видения (рис. 6.4). По отношению ко всему микроскопу рассматриваемый предмет располагается в передней фокальной плоскости.
Рис. 6.4. Оптическая схема микроскопа.
6.2.1. Увеличение микроскопа
Действие микрообъектива характеризуют его линейным увеличением:
 , | (6.5) |
где 
– фокусное расстояние микрообъектива, 
– расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра, называемое оптическим интервалом или оптической длиной тубуса.
Изображение, создаваемое объективом микроскопа в передней фокальной плоскости окуляра рассматривается через окуляр, который действует как лупа с видимым увеличением:
 . | (6.6) |
Общее увеличение микроскопа определяется как произведение увеличения объектива на увеличение окуляра:
| (6.7) |
.Если известно фокусное расстояние всего микроскопа, то его видимое увеличение можно определить так же, как и у лупы:
 . | (6.8) |
Как правило, увеличение современных объективов микроскопов стандартизованное и составляет ряд чисел: 10, 20, 40, 60, 90, 100 крат. Увеличения окуляров тоже имеют вполне определенные значения, например 10, 20, 30 крат. Во всех современных микроскопах имеется комплект объективов и окуляров, которые специально рассчитываются и изготавливаются так, что подходят друг к другу, поэтому их можно комбинировать для получения разных увеличений.
6.2.2. Поле зрения микроскопа
Поле зрения микроскопа зависит от углового поля окуляра 
, в пределах которого получается изображение достаточно хорошего качества:
 . | (6.9) |
При данном угловом поле окуляра линейное поле микроскопа в пространстве предметов тем меньше, чем больше его видимое увеличение.
6.2.3. Диаметр выходного зрачка микроскопа
Диаметр выходного зрачка микроскопа вычисляется следующим образом:
 . | (6.10) |
где 
– передняя апертура микроскопа.
Диаметр выходного зрачка микроскопа обычно немного меньше диаметра зрачка глаза (0.5 – 1 мм).
При наблюдении в микроскоп зрачок глаза нужно совмещать с выходным зрачком микроскопа.
6.2.4. Разрешающая способность микроскопа
Одной из важнейших характеристик микроскопа является его разрешающая способность. Согласно дифракционной теории Аббе, линейный предел разрешения микроскопа, то есть минимальное расстояние между точками предмета, которые изображаются как раздельные, зависит от длины волны и числовой апертуры микроскопа:
 . | (6.11) |
Предельно достижимую разрешающую способность оптического микроскопа можно сосчитать, исходя из выражения для апертуры микроскопа (
). Если учесть, что максимально возможное значение синуса угла – единичное (
), то для средней длины волны 
можно вычислить разрешающую способность микроскопа: 
.
Из выражения (6.11) следует, что повысить разрешающую способность микроскопа можно двумя способами: либо увеличивая апертуру объектива, либо уменьшая длину волны света, освещающего препарат.
Иммерсия
Для того чтобы увеличить апертуру объектива, пространство между рассматриваемым предметом и объективом заполняется так называемой иммерсионной жидкостью – прозрачным веществом с показателем преломления больше единицы. В качестве такой жидкости используют воду (
), кедровое масло (
), раствор глицерина и другие вещества. Апертуры иммерсионных объективов большого увеличения достигают величины 
, тогда предельно достижимая разрешающая способность иммерсионного оптического микроскопа составит 
.
Применение ультрафиолетовых лучей
Для увеличения разрешающей способности микроскопа вторым способом применяются ультрафиолетовые лучи, длина волны которых меньше, чем у видимых лучей. При этом должна быть использована специальная оптика, прозрачная для ультрафиолетового света. Поскольку человеческий глаз не воспринимает ультрафиолетовое излучение, необходимо либо прибегнуть к средствам, преобразующим невидимое ультрафиолетовое изображение в видимое, либо фотографировать изображение в ультрафиолетовых лучах. При длине волны 
разрешающая способность микроскопа составит 
.
Кроме повышения разрешающей способности, у метода наблюдения в ультрафиолетовом свете есть и другие преимущества. Обычно живые объекты прозрачны в видимой области спектра, и поэтому перед наблюдением их предварительно окрашивают. Но некоторые объекты (нуклеиновые кислоты, белки) имеют избирательное поглощение в ультрафиолетовой области спектра, благодаря чему они могут быть «видимы» в ультрафиолетовом свете без окрашивания.
6.2.5. Полезное увеличение микроскопа
Глаз наблюдателя сможет воспринимать две точки как раздельные, если угловое расстояние между ними будет не меньше углового предела разрешения глаза. Для того чтобы глаз наблюдателя мог полностью использовать разрешающую способность микроскопа, необходимо иметь соответствующее видимое увеличение.
Полезное увеличение – это видимое увеличение, при котором глаз наблюдателя будет полностью использовать разрешающую способность микроскопа, то есть разрешающая способность микроскопа будет такая же, как и разрешающая способность глаза.
Если две точки в передней фокальной плоскости микроскопа расположены друг от друга на расстоянии 
, то угловое расстояние между изображениями этих точек 
. Из выражений (6.11) и (6.8) можно вывести видимое увеличение микроскопа:
 . | (6.12) |
Поскольку обычно диаметр выходного зрачка микроскопа около 0.5 – 1 мм, угловой предел разрешения глаза 2´ – 4´. Если взять среднюю длину волны в видимой области спектра (0.5 мкм), то для полезного увеличения микроскопа можно вывести зависимость:
 . | (6.13) |
Микроскоп с видимым увеличением меньше 500А не позволяет различать глазом все тонкости структуры предмета, которые изображаются как раздельные данным объективом (
). Использование видимого увеличения больше 1000А нецелесообразно, так как разрешающая способность объектива не позволяет полностью использовать разрешающую способность глаза (
).
Апертура (оптика)
Апертура (лат. apertura — отверстие) в оптике — характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать свет и противостоять дифракционному размытию деталей изображения. В зависимости от типа оптической системы эта характеристика может быть линейным или угловым размером. Как правило, среди деталей оптического прибора специально выделяют так называемую апертурную диафрагму, которая сильнее всего ограничивает диаметры световых пучков, проходящих через оптический инструмент. Часто роль такой апертурной диафрагмы выполняет оправа или края одного из оптических элементов (линзы, зеркала, призмы).
Числовая апертура в волоконных оптических системах — максимальный угол между осью и лучом, для которого выполняются условия полного внутреннего отражения при распространении оптического излучения по волокну. Она характеризует эффективность ввода световых лучей в оптическое волокно и зависит от конструкции волокна.
Входная апертура — характеристика способности оптической системы собирать свет от объекта наблюдения. Если объект удаленный (как у телескопа или обычного фотообъектива) то апертуру измеряют в линейном виде — это просто диаметр светового пучка на входе в оптическую систему, который ограничивается апертурной диафрагмой и достигает изображения. В телескопах этот диаметр обычно равен диаметру первого по ходу света оптического элемента (линзы или зеркала). В фотообъективах (особенно широкоугольных) размер первой линзы, как правило, много больше входной апертуры и ее размер уже следует рассчитывать. Входная апертура объектива равна произведению его фокусного расстояния f’ на относительное отверстие или частному от фокусного расстояния на диафрагменное число. Если объект наблюдения близкий (как у лупы, объектива микроскопа или проектора), то апертуру измеряют в угловом виде — это угол светового пучка исходящего из точек предмета наблюдения и попадающего в оптическую систему.
Выходная апертура — характеристика способности оптической системы собирать свет на изображении. Если изображение удалённое (как у телескопа, лупы или проектора), то апертуру измеряют в линейном виде это диаметр светового пучка на выходе из оптической системы, в зоне так называемого выходного зрачка. У телескопа (бинокля, зрительной трубы) отношение входной и выходной апертур равно его кратности (увеличению). Если изображение близкое (как у фотообъектива), то апертура характеризуется углом сходимости световых пучков.
Апертурный угол — угол между крайним лучом конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы и ее оптической осью.
Угловая апертура — угол между крайними лучами конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы.
Числовая апертура — равна произведению показателя преломления среды между предметом и объективом на синус апертурного угла. Именно эта величина наиболее полно определяет одновременно светосилу, разрешающую способность объектива микроскопа. Для увеличения числовой апертуры объективов в микроскопии пространство между объективом и покровным стеклом заполняют иммерсионной жидкостью.
Апертура (оптика)
Входная апертура — характеристика способности оптической системы собирать свет от объекта наблюдения. Если объект удалённый (как у телескопа или обычного фотообъектива) то апертуру измеряют в линейном виде — это просто диаметр светового пучка на входе в оптическую систему, который ограничивается апертурной диафрагмой и достигает изображения. В телескопах этот диаметр обычно равен диаметру первого по ходу света оптического элемента (линзы или зеркала). В фотообъективах (особенно широкоугольных) размер первой линзы, как правило, много больше входной апертуры и её размер уже следует рассчитывать. Входная апертура объектива равна произведению его фокусного расстояния f’ на относительное отверстие или частному от фокусного расстояния на диафрагменное число. Если объект наблюдения близкий (как у лупы, объектива микроскопа или проектора), то апертуру измеряют в угловом виде — это угол светового пучка, исходящего из точек предмета наблюдения и попадающего в оптическую систему.
Апертурный угол — угол между крайним лучом конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы и её оптической осью.
Угловая апертура — угол между крайними лучами конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы.
* в волоконных оптических системах — синус максимального угла между осью и лучом, для которого выполняются условия полного внутреннего отражения при распространении оптического излучения по волокну. Она характеризует эффективность ввода световых лучей в оптическое волокно и зависит от конструкции волокна.
в световой микроскопии равна произведению показателя преломления среды между предметом и объективом на синус апертурного угла. Именно эта величина наиболее полно определяет одновременно светосилу, разрешающую способность объектива микроскопа. Для увеличения числовой апертуры объективов в микроскопии пространство между объективом и покровным стеклом заполняют иммерсионной жидкостью.Апертура объектива — диаметр D светового пучка на входе в объектив и целиком проходящего через его апертурную диафрагму. Эта величина также определяет дифракционный предел разрешения объектива. Для оценки разрешающей способности в угловых секундах используется формула 140/D, где D — апертура объектива в миллиметрах.
На что влияет апертура объектива микроскопа?
Объектив – это часть оптической системы микроскопа, которая отвечает за формирование увеличенного изображения. При покупке дополнительного объектива чаще всего обращают внимание на его кратность, ведь это напрямую влияет на увеличение самого оптического прибора. Но есть еще одна характеристика, которую не стоит игнорировать при выборе этого аксессуара, – числовая апертура объектива микроскопа.
Чтобы узнать значение этого параметра, достаточно взглянуть на корпус объектива. На нем должна быть надпись примерно такого плана: «100/1,25 oil 160/0,17». Это расшифровывается следующим образом:
В зависимости от модели объектива все эти цифры могут варьироваться, но порядок их остается неизменным. Вначале указывается кратность объектива, а после нее через косую черту – апертура. Причем нужно подчеркнуть, что именно «числовая». Существует еще и «угловая», но в явном виде ее нигде не пишут. Числовая и угловая апертуры связаны друг с другом сложной математической формулой.
Что такое числовая апертура микроскопа (объектива)? Это величина, которая говорит нам о том, какой разрешающей способностью будет обладать микроскоп при использовании выбранного объектива. Чем больше числовая апертура, тем более мелкие детали микроскоп сможет четко отобразить. Например, у нас есть два объектива – 40/0,65 и 40/1,3. Оба аксессуара дают одинаковое увеличение в 40 крат, но более четкую картинку мы сможем наблюдать при использовании объектива с апертурой 1,3. Мы сможем видеть более тонкие нюансы микроструктур и больше различий между близко расположенными элементами образцов. Грубо говоря, объектив 40/0,65 передаст более мутное изображение, чем объектив 40/1,3. Стоит отметить, что на малых увеличениях важность числовой апертуры не столь велика. На нее стоит обращать внимание только при выборе объективов свыше 40 крат.
В нашем интернет-магазине есть раздел, полностью посвященный объективам микроскопов. В нем вы найдете аксессуары для любительских и профессиональных моделей, отличающиеся друг друга увеличением, апертурой и посадочным диаметром. Наши консультанты всегда готовы помочь с выбором любых аксессуаров для ваших оптических приборов. Звоните или пишите!
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.