Разрешающая способность микроскопа.

Оптический микроскоп дает увеличение 1500-2000. Чтобы понять причины такого положения, выясним понятия "предел разрешения", "разрешающая способность".

Предел разрешения - это такое наименьшее расстояние между двумя точками предмета, когда эти точки различимы, т.е. воспринимаются в микроскопе как две точки.

Разрешающей способностью обычно называют способность микроскопа давать раздельные изображения мелких деталей рассматриваемого предмета.

Разрешающая способность микроскопа обусловлена волновыми свойствами света, поэтому выражение для предела разрешения получается, учитывая дифракционные явления. Объектив всякого оптического прибора обязательно имеет входное отверстие. Дифракция света на входном отверстии объектива неизбежно ведет к тому, что изображения отдельных точек наблюдаемого предмета оказывается уже не точками, а светлыми дисками, окаймленными темными и светлыми кольцами. Если рассматриваемые точки (детали) предмета находятся близко друг от друга, то их дифракционные изображения (в фокальной плоскости объектива) могут более или менее взаимно перекрываться.

Две близкие точки предмета можно еще видеть раздельно, если светлые диски их дифракционных изображений взаимно перекрываются более чем на радиус. Если же диски перекрываются более чем на радиус, то раздельное видение точек становится невозможным - прибор уже не разделяет, или, как говорят, не разрешает, таких точек.

Рис.8. Угол, образованный крайними лучами светового пучка, попадающего в объектив.

Расчеты показывают, что для микроскопа предел разрешения выражается формулой,

, (1)

где λ - длина волны света; n - показатель преломления среды, находящейся между предметом и объективом, u - апертурный угол, т.е. угол, образованный крайними лучами светового пучка, попадающего в объектив. Произведение nsin(u/2)=А называется числовой апертурой, тогда:

, (2)

Как видно из формулы (2) для уменьшения предела разрешения можно уменьшать длину волны и увеличивать апертурный угол. Для этого используют свет с меньшей длиной волны (ультрафиолетовый) и увеличивают как показатель преломления среды между предметом и объективом, так и апертурный угол.

Числовая апертура может быть увеличена с помощью специальной жидкой среды - иммерсии - в пространстве между объективом и покровным стеклом микроскопа. В качестве иммерсии используют воду (n=1,33), кедровое масло (n=1,515), монобром нафталин (n=1,66) и др. В современных микроскопах угол достигает наибольшего значения, равного 700. С этим углом получают максимальные числовые апертуры и минимальные пределы разрешения.

Оценим полезное увеличение микроскопа, используя формулу (2). Если предмет имеет размер, равный пределу разрешения z, а размер его изображения z1 и если это изображение расположено на расстоянии наилучшего зрения от глаза, то увеличение микроскопа

Подставляя в эту формулу z из (2) получаем

.

Дата добавления: 2015-10-29