Система освітлення препарату

У перших мікроскопах дослідники змушені були користуватися природними джерелами світла. Для поліпшення освітленості стали використовувати дзеркало, а потім - і увігнуте дзеркало, за допомогою якого на препарат направляли промені сонця або лампи. У сучасних мікроскопах освітлення регулюють за допомогою конденсора.

Конденсор (від лат. Condense - згущую, ущільнюю), короткофокусна лінза або система лінз, яка використовується в оптичному приладі для освітлення даного або проектованого предмета. Конденсор збирає і направляє на предмет промені від джерела світла, в тому числі і такі, які в його відсутність проходять повз предмета; в результаті такого «згущення» світлового потоку різко зростає освітленість предмета. Конденсори застосовуються в мікроскопах, в спектральних приладах, в проекційних апаратах різних типів (наприклад, діаскопію, епідіаскопа, фотографічних збільшувачах і т. Д.). Конструкція конденсора тим складніше, чим більше його апертура. При числових апертурах до 0,1 застосовують прості лінзи; при апертурах 0,2-0,3- двохлінзові конденсори, вище 0,7-трьохлінзові. Найбільш поширений конденсор з двох однакових плосковипуклих лінз, які звернені один до одного сферичними поверхнями для зменшення сферичній аберації. Іноді поверхні лінз конденсора мають більш складну форму - параболоїдальними, еліпсоїдальної і т. Д. Роздільна здатність мікроскопа підвищується зі збільшенням апертури його конденсора, тому конденсори мікроскопів - зазвичай складні двох або трьохлінзові системи. У мікроскопах і кінопроекційних апаратах широко застосовують також дзеркальні і дзеркально-лінзові конденсори, апертура яких може бути дуже велика - кут 2u розчину збираного пучка променів досягає 240 °. Часто наявність в конденсор декількох лінз викликано не тільки прагненням збільшити його апертуру, але і необхідністю однорідного освітлення предмету при неоднорідній структурі джерела світла [3].

Конденсор темного поля

Конденсори темного поля застосовуються в темнопольной оптичної мікроскопії. Промені світла направляються конденсором таким чином, що вони не потрапляють безпосередньо до вхідного отвору об'єктива. Зображення формується світлом, що розсіюється на оптичних неоднорідностях зразка. У ряді випадків метод дозволяє досліджувати структуру прозорих об'єктів без їх фарбування. Розроблено ряд конструкцій конденсоров темного поля, що мають лінзову або дзеркально-лінзову оптичну схему.

Методи контрастування зображення

Багато об'єктів погано помітні на тлі оточення через своїх оптичних властивостей. Тому мікроскопи оснащуються різноманітними інструментами, які полегшують виділення об'єкта на тлі середовища. Найчастіше це різноманітні методи освітлення об'єкту:

• в світлі («светлопольная мікроскопія»);

• у відбитому або розсіяному об'єктом світлі («темнопольная мікроскопія»);

• видима люмінесценція об'єкта в ультрафіолетовому світлі («люмінесцентна мікроскопія»);

• в поляризованому світлі (візуалізується зміна поляризації світла при взаємодії з об'єктом);

• в кольоровому («хроматическом») світлі;

Фазовий контраст

Метод інтерференційного контрастування об'єкта. Оскільки світло - це електромагнітна хвиля, то у нього є поняття фази. Візуалізуються фазові спотворення світла на об'єкті спостереження. Для цього використовується поєднання спеціальних конденсора і об'єктива.

Допоміжні пристосування

Предметний столик

Предметний столик виконує роль поверхні, на якій розміщують мікроскопічний препарат. У різних конструкціях мікроскопів столик може забезпечити координатне рух препарату в поле зору об'єктива, по вертикалі і горизонталі, або поворот препарату на заданий кут.

Предметні і покривні скла

Перші спостереження в мікроскоп проводилися безпосередньо над будь-яким об'єктом (пташине перо, сніжинки, кристали і т. П.). Для зручності спостереження в світлі, препарат стали розміщувати на скляній пластинці (предметне скло). Пізніше препарат стали закріплювати тонким покривним склом, що дозволило створювати колекції зразків, наприклад, гістологічні колекції. Для дослідження методом висячої краплі використовуються предметні скельця з лункою - камери Ранв'є.

Рахункові камери

Для кількісного обліку клітин, зважених в будь-якої рідини, використовують лічильні камери - предметні скельця особливої ​​конструкції. У медицині для обліку формених елементів крові застосовується камера Горяєва.

Пристрої захисту об'єктива

У процесі пошуку фокуса можлива ситуація коли оптика об'єктива упреться в столик або зразок. У мікроскопах зустрічаються механізми запобігання контакту або зниження тяжкості наслідків. До перших відносяться настроюються обмежувачі вертикального руху столика. До других відносяться підпружинені об'єктиви, в яких лінзовий вузол оточений припливом корпусу і рухливий. При контакті об'єктива з препаратом прилив корпусу запобігає вплив на лінзу а рухливість знижує зусилля удару.

Вимірювальні пристосування

Наявність в оптичному тракті мікроскопа зразкового малюнка (штрихування або інших знаків з відомим проектуються розміром) дозволяє краще оцінити розміри спостережуваних об'єктів.

Моно-, біно- і тринокулярні мікроскопи

Зображення, сформоване об'єктивом, може бути безпосередньо подано в окуляр або розділене на кілька ідентичних зображень. Мікроскопи без поділу називаються монокулярн, в них дивляться одним оком. Зручність спостереження двома очима зумовило широке поширення бінокулярних мікроскопів з двома ідентичними окулярами. Крім того, мікроскоп може оснащуватися фотоапаратурою, яка може монтуватися або замість штатних окулярів або в окремий оптичний порт. Такі мікроскопи іменуються тринокулярна.

Деякі мікроскопи дозволяють висвітлювати об'єкт через об'єктив мікроскопа. У цьому випадку використовується спеціальний об'єктив, що виконує також функції Конденсер світла. В оптичному тракті мікроскопа встановлюється напівпрозоре дзеркало і порт джерела світла. Найчастіше такий механізм освітлення використовується при люмінесцентної мікроскопії в ультрафіолетових променях.

Стереомікроскопи

 

Рис.5. Оптична схема сучасного стерео мікроскопа.

YA - об'єктив

B - повертаються об'єктиви

C - регулятор збільшення

D - внутрішній об'єктив

E - призма

F - обертає, система лінз

G - окулярна сітка

H - окуляр

Стереомікроскопи призначені для тонких робіт під мікроскопом, наприклад в годинниковій справі, мікроелектроніці, мікромоделізме, нейрохірургії і т. П.. Для таких робіт потрібно правильно оцінювати становище спостережуваних об'єктів під мікроскопом в трьох координатах, для чого потрібно стереобачення, велика глибина різкості (глибина зору) і значний простір під об'єктивом для роботи. Стереомікроскопи мають невисоку збільшення (кілька одиниць або десятків), велике робоче відстань об'єктива (відстань від оптики до точки спостереження, зазвичай кілька сантиметрів), в них немає регульованих столиків і вбудованих систем освітлення. Для зручності роботи стереомикроскоп не "перевертає» зображення. Об'єктив стереомикроскопа найчастіше незмінний.

Металографічні мікроскопи

У інвертованому мікроскопі зразок спостерігається знизу.

Специфіка металографічного дослідження полягає в необхідності спостерігати структуру поверхні непрозорих тел. Тому мікроскоп побудований за схемою відбитого світла, де є спеціальний освітлювач, встановлений з боку об'єктива. Система призм і дзеркал направляє світло на об'єкт, далі світло відбивається від непрозорого об'єкта і направляється назад в об'єктив [3].

Сучасні прямі металургійні мікроскопи характеризуються великою відстанню між поверхнею столика і об'єктивами і великим вертикальним ходом столика, що дозволяє працювати з великими зразками. Максимальна відстань може досягати десятки сантиметрів [7]. Але зазвичай в матеріалознавстві використовуються інвертовані мікроскопи, як не мають обмеження на розмір зразка (тільки на вагу) і не потребують паралельності опорної і робочої граней зразка (в цьому випадку вони збігаються).

Поляризаційні мікроскопи

При відображенні світла від об'єктів його поляризація може змінюватися. Щоб візуально виявити такі об'єкти, їх висвітлюють поляризованим світлом, отриманим після спеціального поляризационного фільтра. Відбившись, світло проходить через оптичний тракт поляризационного мікроскопа, в якому встановлений другий поляризаційний фільтр. Таким чином, через цю пару фільтрів пройде тільки той світ, який відповідним чином змінить свою поляризацію при відображенні від спостережуваного препарату. Решта ділянок препарату виявляться затемнені.

Люмінесцентні мікроскопи

Рис.6. Люмінесцентний мікроскоп Альта Люм 1. Чорна коробочка позаду мікроскопа - джерело ультрафіолету.

Деякі речовини мають люмінесцентними властивостями, тобто здатні світитися в видимому діапазоні при опроміненні ультрафіолетом. Люмінесцентні мікроскопи - це мікроскопи, забезпечені ультрафіолетовим освітлювачем для спостереження світіння таких препаратів. Оскільки світіння виникає з боку ультрафіолетового освітлення, то максимально ефективна буде підсвічування ультрафіолетом з боку спостерігача, тобто прямо через об'єктив мікроскопа. Люмінесцентні мікроскопи містять ультрафіолетовий джерело і спеціальну оптичну схему для підсвічування через об'єктив. Крім того, вони забезпечуються спеціальними об'єктивами, пропускають ультрафіолет і не мають власної паразитного люмінесценції в ультрафіолеті. Такі об'єктиви маркуються FLUOR або аналогічно. Люмінесцентні мікроскопи застосовуються для проведення иммунохимических, імунологічних, иммуноморфологических і иммуногенетических досліджень.

Вимірювальні мікроскопи

Вимірювальні мікроскопи служать для точного вимірювання кутових і лінійних розмірів спостережуваних об'єктів. Для оцінки розмірів в оптичному тракті мікроскопа є зразковий малюнок (штрихування або інші знаки) з відомим проектуються розміром. Використовуються в лабораторній практиці, в техніці і машинобудуванні.

Електронний мікроскоп.

Електронний мікроскоп. Модель 1960-х років

 

В електронній мікроскопії для побудови зображення замість світлових променів використовується пучок електронів. Це дозволяє збільшити роздільну здатність електронного мікроскопа в порівнянні зі світловим в сотні разів.

Перший працездатний прототип електронного мікроскопа був побудований в 1932 році Е. Руска і М. Кнолль; в 1986 році за цю розробку Руські, разом з іншими розробниками електронних мікроскопів, була присуджена Нобелівська премія з фізики. Серійне виробництво електронних мікроскопів було розпочато в кінці 30-х років.

Електронний мікроскоп (ЕМ) - прилад, що дозволяє отримувати зображення об'єктів з максимальним збільшенням до 106 разів, завдяки використанню, на відміну від оптичного мікроскопа, замість світлового потоку, пучка електронів з енергіями 200 еВ - 400 кеВ і більше (наприклад, прозорі електронні мікроскопи високого дозволу з прискорює напругою 1 МВ).

Роздільна здатність електронного мікроскопа в 1000-10000 разів перевершує дозвіл традиційного світлового мікроскопа і для кращих сучасних приладів може бути менше одного ангстрема. Для отримання зображення в електронному мікроскопі використовуються спеціальні магнітні лінзи, що керують рухом електронів в колоні приладу за допомогою магнітного поля.

Види приладів