>

Назначение оптического микроскопа. Оптическая микроскопия

Отличия между цифровыми микроскопами и оптическими

Отличия между цифровыми микроскопами и оптическими

Оптический микроскоп, который также называют световой микроскоп, является устройством использующим видимый свет и систему линз для увеличения изображения образцов. Оптические микроскопы являются самым старейшим видом оптических приборов для получения увеличенных изображений объектов, возможно, первые из них были разработаны в 17 веке. Изображение полученное с помощью оптического микроскопа может быть захвачено обычной светочувствительной фотокамерой для создания микрофотографий. Фотокамера может монтироваться вместо штатных окуляров или в отдельный оптический порт. Такие микроскопы именуются тринокулярными.

Цифровой микроскоп

Цифровой микроскоп - это микроскоп оснащенный цифровой камерой позволяющей исследовать образцы через компьютер. Такие микроскопы могут обладать частичным или полным компьютерным управлением с различным уровнем автоматизации. Цифровая микроскопия позволяет выполнять более глубокий анализ увеличенного изображения, например, измерение расстояний и площадей.

Цифровые USB микроскопы малой мощности, в упрощении представляют собой web камеры, подключаемые к компьютеру через USB порт. В таких микроскопах не используется поток проходящего света, а применяются встроенные светодиоды и падающий от них свет. Лучи света отражаются от образца и попадают в фотообъектив, через USB порт увеличенное изображение отображается на мониторе компьютера. Увеличенное таким образом видео и фотоизображение может быть сохранено на компьютере либо обработано в реальном режиме времени. Цифровые USB микроскопы малой мощности с увеличением 200x широко доступны потребителю из-за своей низкой стоимости, от 1190 рублей (Supereyes B005). Кроме микроскопов малой мощности, существуют и более мощные устройства: с возможностью увеличения 300x (Supereyes B010), 500x (Supereyes B008), 1000x (Supereyes T001 2M).

Цифровой USB микроскоп является универсальным инструментом, который поможет при изучении и исследовании плоских объектов, таких как монеты, печатные платы, документы, кожа, разнообразные растения и многое другое.

Преимущества цифровых микроскопов перед оптическими

Цифровые USB микроскопы обладают рядом преимуществ перед оптическими, такими как размер самого микроскопа, возможность проведения фото и видео записи, обработка изображения в реальном времени, выполнение различных измерении и многое другое.

Лекция №7

Методы визуализации поверхности

Оптическая микроскопия

Человеческий глаз, позволяющий нам видеть и изучать окружающий мир, представляет собой довольно простую оптическую систему, главным элементом которой является хрусталик, фактически представляющий собой линзу из жидкокристаллического вещества. Минимальные объекты, которые можно разглядеть при помощи такой оптической системы, имеют размеры около 0,1 мм, а для разглядывания и изучения более мелких предметов сперва стали применять очки или лупы, а затем и сложные конструкции из оптических линз, называемые оптическими микроскопами.

Микроскоп (от греч. mikros – малый и skopeo – смотрю) – прибор для получения сильно увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), не видимых невооруженным глазом .

Оптическая схема и принцип действия оптического микроскопа . Одна из типичных схем оптического микроскопа приведена на рис. 1. Объект 7, расположенный на предметном столике 10, освещается обычно искусственным светом от осветителя (лампа 1 и линза-коллектор 2) с помощью зеркала 4 и конденсора 6. Для увеличения объекта служит объектив 8 и окуляр 9. Объектив создает действительное перевернутое и увеличенное изображение 7" объекта 7. Окуляр образует вторично увеличенное мнимое изображение 7" обычно на расстоянии наилучшего видения D=250 мм. Если окуляр сдвинуть так, чтобы изображение 7" оказалось перед передним фокусом окуляра F ок, то изображение, даваемое окуляром, становится действительным и его можно получить на экране или фотопленке. Общее увеличение равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра: x=bX ок. Увеличение объектива выражается формулой: b=D/F об, где D – расстояние между задним фокусом объектива F об и передним фокусом окуляра F ок (так называемая оптическая длина тубуса микроскопа); F об – фокусное расстояние объектива. Увеличение окуляра, подобно увеличению лупы, выражается формулой: X ок = 250/F ок, где F ок – фокусное расстояние окуляра. Обычно объективы оптических микроскопов имеют увеличения от 6,3 до 100, а окуляры от 7 до 15. Поэтому общее увеличение такого микроскопа лежит в пределах от 44 до 1500. Полевая диафрагма 3 и апертурная 5 служат для ограничения светового пучка и уменьшения рассеянного света. Важной характеристикой оптического микроскопа является его разрешающая способность, определяемая как величина, обратная тому наименьшему расстоянию, на котором два соседних элемента структуры еще могут быть видимы раздельно . Разрешающая способность оптического микроскопа ограничена, что объясняется дифракцией света. Вследствие дифракции изображение бесконечно малой светящейся точки, даваемое объективом такого микроскопа, имеет вид не точки, а круглого светлого диска (окруженного темными и светлыми кольцами), диаметр которого равен: d = 1,22 /А , где – длина волны света и А –числовая апертура объектива, равная: А = n sin(a/2) (n – показатель преломления среды, находящейся между предметом и объективом, a – угол между крайними лучами конического светового пучка, выходящего из точки предмета и попадающего в объектив). Если две светящиеся точки расположены близко друг от друга, их дифракционные картины накладываются одна на другую, давая в плоскости изображения сложное распределение освещенности. Наименьшая относительная разница освещенностей, которая может быть замечена глазом, равна 4%. Этому соответствует наименьшее расстояние, разрешаемое в оптическом микроскопе, d=0,51 /А . Для несамосветящихся объектов предельное разрешение d пр составляет /(А+А") , где А" – числовая апертура конденсора микроскопа. Таким образом, разрешающая способность (1/d ) прямо пропорциональна апертуре объектива и для ее повышения пространство между предметом и объективом заполняется жидкостью с большим показателем преломления. Апертуры иммерсионных объективов большого увеличения достигают величины А =1,3 (у обычных «сухих» объективов А =0,9). Существование предела разрешающей способности влияет на выбор увеличения оптического микроскопа. Увеличение оптического микроскопа в пределах 500А – 1000А называется полезным, так как при нем глаз различает все элементы структуры объекта, разрешаемые микроскопом. При увеличениях свыше 1000А не выявляются никакие новые подробности структуры объекта; все же иногда такие увеличения применяются, например, в микрофотографии, при микропроекции.

Методы наблюдения при оптической микроскопии . Структуру объекта можно различить, если разные его части по-разному поглощают и отражают свет, либо отличаются одна от другой (или от среды) показателями преломления. Эти свойства обусловливают разницу амплитуд и фаз световых волн, отраженных или прошедших через различные участки объекта, от чего, в свою очередь, зависит контрастность изображения. Поэтому методы наблюдения, применяемые в оптической микроскопии, выбираются в зависимости от характера и свойств изучаемого объекта.

Метод светлого поля в проходящем свете применяется при исследовании прозрачных объектов с включенными в них абсорбирующими (поглощающими свет) частицами и деталями. Таковы, например, тонкие окрашенные срезы животных и растительных тканей, тонкие шлифы минералов и материалов радиоэлектроники. В отсутствии объекта пучок лучей из конденсора 6 (см. рис. 1) проходит через объектив 8 и дает равномерно освещенное поле вблизи фокальной плоскости окуляра 9. Если в объекте 7 имеется абсорбирующий объект, то он отчасти поглощает и отчасти рассеивает падающий на него свет (штриховая линия), что и обусловливает, согласно дифракционной теории, возникновение изображения. Метод может быть полезен и при неабсорбирующих объектах, если они рассеивают освещающий пучок настолько сильно, что значительная часть пучка не попадает в объектив.

Метод светлого поля в отраженном свете (рис. 2) применяется для наблюдения непрозрачных объектов, например, шлифов металлов 4.

Освещение объекта производится от осветителя 1 и полупрозрачного зеркала 2 сверху через объектив 3, который выполняет одновременно и роль конденсора. Изображение создается в плоскости 6 объективом совместно с тубусной линзой 5; структура объекта видна из-за различия в отражающей способности ее элементов; на светлом поле выделяются неоднородности, рассеивающие падающий на них свет.

Метод темного поля в проходящем свете (рис. 3) применяется для получения изображений прозрачных, неабсорбирующих объектов. Свет от осветителя 1 и зеркала 2 проходит специальный конденсор темного поля 3 в виде полого конуса и непосредственно в объектив 5 не попадает. Изображение создается только светом, рассеянным микрочастицами объекта 4. В поле зрения 6 на темном фоне видны светлые изображения частиц, отличающихся от окружающей среды по показателю преломления.

Метод ультрамикроскопии , основанный на этом же принципе (освещение объекта в ультрамикроскопах производится перпендикулярно направлению наблюдения), дает возможность обнаруживать сверхмелкие детали, размеры которых (2 нм) лежат далеко за пределами разрешения оптического микроскопа. Возможность обнаружения таких объектов, например, мельчайших коллоидных частиц, с помощью ультрамикроскопа обусловлена дифракцией света на них. При сильном боковом освещении каждая частица в ультрамикроскопе отмечается наблюдателем как яркая точка (светящееся дифракционное пятно) на темном фоне. Вследствие дифракции на мельчайших частицах рассеивается очень мало света. Поэтому в ультрамикроскопии применяют, как правило, сильные источники света. В зависимости от интенсивности освещения, длины световой волны, разности показателей преломления частицы и среды обнаруживаемые частицы имеют размеры (2–50) нм. По дифракционным пятнам нельзя определить истинные размеры, форму и структуру частиц: ультрамикроскоп не дает изображений оптических исследуемых объектов. Однако, используя ультрамикроскоп, можно установить наличие и численную концентрацию частиц, изучать их движение, а также рассчитать средний размер частиц, если известна их весовая концентрация и плотность. Ультрамикроскоп создали в 1903г. немецкий физик Г. Зидентопф и австрийский химик Р. Зигмонди. В предложенной ими схеме щелевого ультрамикроскопа (рис. 4, а) исследуемая система неподвижна. Кювета 5 с изучаемым объектом освещается источником света 1 (2 – конденсор; 4 – осветительный объектив) через узкую прямоугольную щель 3, изображение которой проецируется в зону наблюдения.

В окуляр наблюдательного микроскопа 6 видны светящиеся точки частиц, находящихся в плоскости изображения щели. Выше и ниже освещенной зоны присутствие частиц не обнаруживается. В поточном ультрамикроскопе (рис. 4, б) изучаемые частицы движутся по трубке навстречу глазу наблюдателя. Пересекая зону освещения, они регистрируются как яркие вспышки визуально или с помощью фотометрического устройства. Регулируя яркость освещения наблюдаемых частиц подвижным фотометрическим клином 7, можно выделять для регистрации частицы, размер которых превышает заданный предел. Ультрамикроскоп применяют при исследованиях дисперсных систем, для контроля чистоты атмосферного воздуха, воды, степени загрязнения оптически прозрачных сред посторонними включениями.

При наблюдении по методу темного поля в отраженном свете (рис. 5) непрозрачные объекты (например, шлифы металлов) освещают сверху специальной кольцевой системой, расположенной вокруг объектива и называемой эпиконденсором .

Лучи света от лампы осветителя темного поля 1, отражающиеся от эпиконденсора 2 и падающие под углом к поверхности подложки 3, рассеиваются инородными частицами. Эти рассеянные от инородных частиц лучи света проходят через линзы объектива микроскопа 4 и 5, отражаются от зеркала призмы микроскопа 6 и, проходя через линзу окуляра микроскопа 7, различаются наблюдателем в виде светящихся точек в темном поле.

Метод наблюдения в поляризованном свете (в проходящем и отраженном) применяется для исследования анизотропных объектов, таких как минералы, руды, зерна в шлифах сплавов, некоторые животные и растительные ткани и клетки. Оптическая анизотропия – это различие оптических свойств среды в зависимости от направления распространения в ней оптического излучения (света) и его поляризации . Поляризация света – физическая характеристика оптического излучения, описывающая поперечную анизотропию световых волн , то есть неэквивалентность различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Поперечность электромагнитных волн лишает волну осевой симметрии относительно направления распространения из-за наличия выделенных направлений (вектора Е – напряженности электрического поля и вектора Н – напряженности магнитного поля) в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Поскольку векторы Е и Н электромагнитной волны перпендикулярны друг другу, для полного описания состояния поляризации светового пучка требуется знание поведения лишь одного из них. Обычно для этой цели выбирается вектор Е. Свет, испускаемый каким-либо отдельно взятым элементарным излучателем (атомом, молекулой), в каждом акте излучения всегда поляризован. Но макроскопические источники света состоят из огромного числа таких частиц-излучателей; пространственные ориентации векторов Е и моменты актов испускания света отдельными частицами в большинстве случаев распределены хаотически. Поэтому в общем излучении направление Е в каждый момент времени непредсказуемо. Подобное излучение называется неполяризованным , или естественным светом. Свет называется полностью поляризованным , если две взаимно перпендикулярные компоненты (проекции) вектора Е светового пучка совершают колебания с постоянной во времени разностью фаз. Обычно состояние поляризации света изображается с помощью эллипса поляризации – проекции траектории конца вектора Е на плоскость, перпендикулярную лучу (рис. 6)

Оптическая анизотропия проявляется в двойном лучепреломлении, изменении поляризации света и во вращении плоскости поляризации, происходящем в оптически активных веществах. Естественная оптическая анизотропия кристаллов обусловлена неодинаковостью по различным направлениям поля сил, связывающих атомы решетки. Естественная оптическая активность веществ, которые проявляют ее в любом агрегатном состоянии, связана с асимметрией строения отдельных молекул таких веществ и обусловленным ею различием во взаимодействии этих молекул с излучением различных поляризаций, а также с особенностями возбужденных состояний электронов и «ионных остовов» в оптически активных кристаллах. Наведенная (искусственная) оптическая анизотропия возникает в средах, от природы оптически изотропных под действием внешних полей, выделяющих в таких средах определенное направление. Это может быть электрическое поле, магнитное поле, поле упругих сил, а также поле сил в потоке жидкости. В методе наблюдения в поляризованном свете с помощью анализаторов и компенсаторов, которые включены в оптическую систему, изучается изменение поляризации света, прошедшего через объект.

Метод фазового контраста служит для получения изображений прозрачных и бесцветных объектов, невидимых при наблюдении по методу светлого поля. К числу таких объектов относятся, например, живые неокрашенные животные ткани. Метод основан на том, что даже при малом различии показателей преломления объекта и среды световая волна, прошедшая сквозь них, претерпевает разные изменения по фазе и приобретает фазовый рельеф . Эти фазовые изменения преобразуются в изменения яркости («амплитудный рельеф») с помощью специальной фазовой пластинки (фазового кольца), расположенной вблизи заднего фокуса объектива. Лучи, прошедшие через объект, полностью проходят через фазовое кольцо, которое изменяет их фазу на /4. В то же время лучи, рассеянные в объекте (отклоненные), не попадают в фазовое кольцо и не получают дополнительного сдвига фазы. С учетом фазового сдвига в объекте разность фаз между лучами отклоненными и неотклоненными оказывается близкой к 0 или /2, и в результате интерференции света в плоскости изображения объекта они заметно усиливают или ослабляют друг друга, давая контрастное изображение структуры объекта, в котором распределение яркостей воспроизводит указанный выше фазовый рельеф.

Метод интерференционного контраста состоит в том, что каждый луч, входящий в микроскоп, раздваивается: один проходит сквозь наблюдаемую частицу, а второй – мимо нее. В окулярной части микроскопа оба луча вновь соединяются и интерферируют между собой. Результат интерференции определяется разностью хода лучей d , которая выражается формулой: d=N =(n 0 -n m )d 0 , где n 0 , n m – показатели преломления соответственно частицы и окружающей среды, d 0 – толщина частицы, N – порядок интерференции. Принципиальная схема одного из способов осуществления интерференционного контраста показана на рис. 4. Конденсор 1 и объектив 4 снабжены двоякопреломляющими пластинками (помечены на рисунке диагональными стрелками), первая из которых расщепляет исходный световой луч на два луча, а вторая воссоединяет их. Один из лучей, проходя через объект 3, запаздывает по фазе (приобретает разность хода по сравнению со вторым лучом); величина этого запаздывания измеряется компенсатором 5. Метод интерференционного контраста в некоторых отношениях сходен с методом фазового контраста – оба они основаны на интерференции лучей, прошедших через микрочастицу и миновавших ее. Отличие интерференционного метода от метода фазового контраста заключается главным образом в возможности с высокой точностью (до /300) измерять разности хода, вносимые микрообъектом, используя компенсаторы. На основании этих измерений можно производить количественные расчеты, например, общей массы и концентрации сухого вещества в клетках биологических объектов.

Метод исследования в свете люминесценции основан на том, что под микроскопом изучается зелено-оранжевое свечение объекта, возникающее при его освещении сине-фиолетовым или УФ светом. Для этой цели перед конденсором и после объектива микроскопа вводят соответствующие светофильтры. Первый из них пропускает от источника-осветителя только излучение, вызывающее люминесценцию объекта, второй (после объектива) пропускает к глазу наблюдателя только свет люминесценции. Метод применяется в микрохимическом анализе, дефектоскопии.

Метод наблюдения в УФ лучах позволяет увеличить предельную разрешающую способность микроскопа, пропорциональную 1/. Этот метод расширяет возможности микроскопических исследований также за счет того, что частицы многих веществ, прозрачные в видимом свете, сильно поглощают УФ излучение определенных длин волн и, следовательно, легко различимы в УФ изображениях. Изображения в УФ микроскопии регистрируют либо фотографированием, либо с помощью электронно-оптического преобразователя или люминесцирующего экрана.

Метод наблюдения в ИК лучах также требует преобразования невидимого для глаза изображения в видимое путем его фотографирования или с помощью электронно-оптического преобразователя. ИК микроскопия позволяет изучать внутреннюю структуру объектов, непрозрачных в видимом свете, например, темных стекол, некоторых кристаллов, минералов.

Основные узлы оптического микроскопа . Кроме указанных выше оптических узлов (например, объектив, окуляр), в оптическом микроскопе имеются также штатив или корпус, предметный столик для крепления исследуемого объекта, механизмы для грубой и точной фокусировки, устройство для крепления объективов и тубус для установки окуляров. Применение того или иного типа конденсора (светлопольные, темнопольные и т. д.) зависит от выбора необходимого метода наблюдения. Объективы в большинстве современных оптических микроскопов съемные. Объективы различаются:

а) по спектральным характеристикам – на объективы для видимой области спектра и для УФ и ИК микроскопии (линзовые и зеркально-линзовые);

б) по длине тубуса, на которую они рассчитаны (в зависимости от конструкции микроскопа);

в) по среде между объективом и объектом – на сухие и иммерсионные;

г) по методу наблюдения – на обычные, фазово-контрастные и др.

Тип применяемого окуляра при данном методе наблюдения определяется выбором объектива оптического микроскопа. Приспособления к оптическим микроскопам позволяют улучшить условия наблюдения и расширить возможности исследований, осуществлять разные виды освещения объектов, определять размеры объектов, фотографировать объекты через микроскоп, и т. п. Типы микроскопов определяются либо областью применения, либо методом наблюдения. Например, биологические микроскопы предназначены для исследований в микробиологии, гистологии, цитологии, ботанике, медицине, а также для наблюдения прозрачных объектов в физике, химии и т. д. Металлографические микроскопы предназначены для исследования микроструктур металлов и сплавов. Снятые с помощью такого микроскопа микрофотографии нетравленого шлифа металла представлены на рис. 5 (а – в светлом поле, б – с фазово-контрастным устройством). Поляризационные микроскопы снабжены дополнительно поляризационными устройствами и предназначены главным образом для исследования шлифов минералов и руд. Стереомикроскопы служат для получения объемных изображений наблюдаемых предметов. Измерительные микроскопы предназначены для различных точных измерений в машиностроении. Кроме этих групп микроскопов имеются специализированные оптические микроскопы , например: микроустановка для киносъемки быстрых и медленных процессов (движение микроорганизмов, процессы деления клеток, роста кристаллов и т. п.); высокотемпературные микроскопы для исследования объектов, нагретых до 2000°С; хирургические микроскопы слабого увеличения , применяемые при операциях. Весьма сложными приборами являются микроспектрофотометрические установки для определения спектров поглощения объектов, телевизионные анализаторы микроизображений и др.

Как уже было сказано, независимо от вида используемых линз и способа их соединения, разрешающая способность оптических микроскопов ограничивается основным правилом оптической техники, сформулированным еще в 1873г. (так называемый дифракционный предел разрешения Рэлея), в соответствии с которым минимальные размеры различаемых деталей рассматриваемого объекта не могут быть меньше, чем половина длины волны света, используемого для освещения. Поскольку самые короткие длины волн диапазона соответствуют примерно 400 нм, разрешающая способность оптических микроскопов принципиально ограничена половиной этой величины, то есть составляет около 200 нм. Единственным выходом из возникшей ситуации стало создание приборов, в которых используются волновые излучения с меньшей длиной волны, то есть излучения не световой природы.

Электронная микроскопия

В квантовой механике электрон может рассматриваться в качестве волны, на которую, в свою очередь, можно воздействовать электрическими или магнитными линзами (в полной аналогии с законами привычной геометрической оптики). На этом основан принцип действия электронных микроскопов, позволяющих значительно расширить возможности исследования вещества на микроскопическом уровне (за счет увеличения разрешающей способности на порядки). В электронном микроскопе вместо света используются сами электроны, представляющие собой в данной ситуации излучение со значительно более короткой длиной волны (примерно в 50 000 раз меньше световой). В таких устройствах вместо стеклянных линз, естественно, применяются электронные линзы (то есть поля соответствующей конфигурации). Электронные пучки не могут распространяться без рассеяния даже в газовых средах, поэтому внутри электронного микроскопа, вдоль всей траектории электронов, должен поддерживаться высокий вакуум (давление до 10 –6 мм.рт.ст. или 10 –4 Па). Электронные микроскопы разделяются на два больших класса по методике применения: просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) и сканирующие (СЭМ) или по-другому растровые (РЭМ). Основное различие между ними заключается в том, что в ПЭМ электронный пучок пропускается через очень тонкие слои исследуемого вещества, с толщиной менее 1 мкм (как бы «просвечивая» эти слои насквозь), а в сканирующих микроскопах электронный пучок последовательно отражается от маленьких участков поверхности (структура поверхности и ее характерные особенности могут быть определены при этом регистрацией отраженных электронов или вторичных электронов, возникающих при взаимодействии пучка с поверхностью).

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) . Конструкция ПЭМ похожа на схему обычного оптического микроскопа (рис. 1), только вместо лучей света используются электроны (то есть соответствующие им волны). Первое устройство такого типа было создано в 1932г. немецкими учеными М. Кноллом и Е. Руска. В таком микроскопе источник света заменен так называемой электронной пушкой (источником электронов). Источником электронов обычно служит нагреваемый катод из вольфрама или гексаборида лантана. Катод электрически изолирован от остальной части прибора, и электроны ускоряются сильным электрическим полем. Металлический катод 2 испускает электроны, которые собираются в пучок с помощью фокусирующего электрода 3 и получают энергию под действием сильного электрического поля в пространстве между катодом и анодом 1. Для создания этого поля к электродам прикладывается высокое напряжение – 100 кВ и более. Выходящий из электронной пушки пучок электронов с помощью линзы-конденсора 4 направляется на рассматриваемый объект, который рассеивает, отражает и поглощает электроны. Они фокусируются линзой-объективом 5, которая создает промежуточное изображение объекта 7. Проекционная линза 6 снова собирает электроны и создает второе, еще более увеличенное изображение объекта на люминесцентном экране, на котором под действием электронов создается светящееся изображение объекта. С помощью помещенной под экраном фотопластины получают фотографию рассматриваемого объекта.

Оптический микроскоп широко применяют в научных и промышленных лабораториях, а также в медицине и биологии. В медицине при помощи оптического микроскопа просвечивающего света изучают пленки и тонкие срезы биологических тканей. Нативные препараты смотрят с помощью различных методов контрастирования. Неживые ткани и клетки фиксируют и окрашивают различными красителями, а по цвету и оттенку судят о патологии. Для получения контрастного изображения используют методы темного поля и фазового контраста, а образец иногда подкрашивают. Для геологических исследований минералы полируют до тех нор, пока толщина образца не уменьшится до 50 мкм. После этого их помешают между тонкими предметными стеклами. Для повышения контраста изображения и получения информации об ориентации микрокристаллов часто используется поляризованный свет.

Металлы непрозрачны, поэтому для их исследования необходимо использовать отраженный свет. Оптический микроскоп отраженного света позволяет изучать лишь поверхность металла, структура и оптические свойства которой ответственны за создание контрастного изображения.

Полимеры можно изучать как в отраженном, так и в проходящем свете. Аморфные стеклообразные полимеры чрезвычайно прозрачны, что затрудняет задачу получения контрастного изображения. В отличие от них, кристаллические полимеры изучать при помощи микроскопа проходящего света очень просто. В поляризованном свете микрокристаллы создают контрастное изображение благодаря своей оптической анизотропии. Наполненные композиты с полимерной матрицей можно исследовать в отраженном свете, хотя большое различие механических свойств низкомодульной матрицы и высокомодульного наполнителя усложняет подготовку образца . Кроме того, легкость подготовки образцов и доступность растровых электронных микроскопов повысила интерес к ним. Недостатком растрового электронного микроскопа в сравнении с оптическим является малая чувствительность к степени анизотропии материала. Например, эластомеры (каучукоподобные полимеры) при больших деформациях приобретают молекулярную ориентацию, становятся оптически анизотропными и их удобно изучать при помощи поляризационного оптического микроскопа.

Хотя керамические и полупроводниковые материалы сходны с минералами. обычно их изучают с помощью микроскопа отражающего света несмотря на то, что в некоторых случаях легче приготовить тонкую пластину для микроскопа просвечивающего света. Слабое отражение и сильное поглощение света снижают контраст изображения керамических материалов в отраженном свете, а их химическая стойкость затрудняет поиск травителя для выявления структуры поверхности. Кроме того, присутствие даже малых количеств примеси или допирующих добавок, повышающих проводимость материала, может привести к выпадению микрофаз на границах зерен и изменить поведение образца.

Формирование оптического изображения.

Изображение объекта в оптическом микроскопе формируется при помощи системы стеклянных линз, имеющих более высокий коэффициент (показатель) преломления, чем воздух. Луч света, распространяющийся пол углом к поверхности, на границе раздела двух фаз преломляется, причем направление его распространения в стекле определяется показателем преломления.

В случае двояковыпуклой линзы сферическая форма её передней и задней поверхностей приводит к тому, что параллельный пучок света, падающий на переднюю поверхность, собирается в точку на расстоянии f, которое является характеристикой линзы и называется фокусным расстоянием. Если линза вогнутая (отрицательный радиус кривизны поверхности), параллельный луч за линзой расходится так, как будто он излучается мнимым точечным источником, находящимся перед линзой. Эту точку называют мнимым фокусом, а фокусное расстояние считают отрицательным.

Конструкция оптического микроскопа.

Упрощенная конструкция оптического микроскопа отраженного света приведена на рис. 1. Микроскоп имеет три основные системы - осветительную систему, штатив микроскопа, включающий предметный столик, и систему построения изображения.

Источник света и конденсор.

Осветительная система должна удовлетворять двум противоречивым требованиям. С одной стороны, изучаемая область должна быть равномерно освещена, чтобы все детали микроструктуры находились в одинаковых условиях. С другой стороны, падающий свет нужно сфокусировать так, чтобы отраженный сигнал имел достаточную интенсивность для рассматривания и фотографирования.

Источник света должен быть достаточно ярким. В небольших микроскопах источником света обычно служит нагреваемая током углеродная нить. В более дорогих микроскопах используются ксеноновые разрядные трубки, являющиеся стабильным и мощным источником белого света.

Помимо источника, важным элементом осветительной системы (рис. 1) является конденсор, увеличивающий яркость освещения объекта. Для этого изображение источника фокусируют близко к задней фокальной плоскости объектива, и образец оказывается освещенным почти параллельным пучком. Апертурная диафрагма осветительной системы ограничивает количество света, поступающего от источника и попадающего на образец. Контраст изображения можно повысить, закрывая апертурную диафрагму конденсора. При этом, однако, резко уменьшается яркость изображения, и могут появиться артефакты, связанные с дифракционными явлениями. Вторая диафрагма, называемая полевой, помещается в плоскости изображения объектива (рис. 1). Она расположена в осветительной ветви микроскопа отражающего света, снижает отражение света и устраняет нежелательный световой фон изображения. Размер диафрагмы объектива должен регулироваться в соответствии с размером рассматриваемой области, зависящим от степени увеличения микроскопа. Апертурная и полевая диафрагмы обычно представляют собой ирисовые диафрагмы, диаметр которых можно изменять в широких пределах.

Рисунок 1. Конструкция оптического микроскопа отраженного света.

Во многих микроскопах отраженного света положение осветительной системы с лампой можно установить так, чтобы он начал работать как микроскоп проходящего света. Это очень удобно для исследования тонких образцов биологических тканей, минералов, частично кристаллических полимеров и тонких полупроводниковых пленок.

Предметный столик.

Основным требованием, предъявляемым к штативу микроскопа и предметному столику, является их механическая устойчивость. Если разрешающая способность равна приблизительно 0,3 мкм. стабильность положения образца в плоскости х-y должна быть не хуже этого предела. Дополнительные условия связаны с установкой образца в фокус объектива путем вертикального перемещения (по оси Oz). Точность z-регулировки должна быть выше глубины резкости объектива для самого большого увеличения, а точнее, параметра числовой апертуры NA объектива. Поэтому стабильность положения образца по координате z не менее важна, чем по координатам х и у.

Юстировку микроскопа обычно проводят по всем трем координатам с помощью микрометрических винтов координатного перемещения. При этом механическая свобода системы должны быть сведена к минимуму. «Свободой» называют разницу в положении микрометрического винта при помещении объекта в одну и ту же точку путем движения из противоположных направлений.

Выбор объектива.

В настоящее время имеется широкий выбор объективов. Он зависит от типа образца и способа наблюдения. Основными характеристиками объектива являются числовая апертура NA и увеличение, которое всегда можно найти на его корпусе. Как правило, линзы объектива ахроматизованы и могут работать в широком диапазоне длин световой волны и для изучения цветных деталей микроструктуры.

Одним из характерных применений оптических микроскопов является гистологическое исследование мягких тканей. В этом случае образец должен быть защищен от окружающей среды, для чего тонкий срез ткани помещают на предметное стекло, а сверху накрывают тонким покровным стеклом. Похожие методы используют и для полимеров, особенно аморфно-кристаллических. Толщину образцов можно варьировать, изменяя давление на покровное стекло при приготовлении препарата. Объективы, предназначенные для изучения таких образцов, сконструированы так, чтобы учесть показатель преломления и толщину (0,17 мм) покровного стекла.

Построение и регистрация изображения.

Увеличение объектива не слишком высоко, и поэтому необходимо дальнейшее увеличение построенного им изображения. Для этого есть три возможности. Первая состоит в использовании окуляра и дополнительных линз, помещаемых между объективом и окуляром. Вторая - в фокусировке изображения на светочувствительную фотопленку и его последующем фотоувеличении. Третий способ - это сканирование изображения и демонстрация его на мониторе. В последние годы достигнут значительный прогресс в развитии высококачественных ПЗС-матриц, называемых в оптике гак же ССД-камерами, позволяющих создавать цифровое изображение. При этом отпала необходимость в дополнительных линзах. В настоящее время этот способ записи изображения продолжает интенсивно развиваться.

Литература:

Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля // Издательство: Техносфера.2006. 384 с.

Микроскоп (от греч. mikros - малый и skopeo - смотрю) - оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, невидимых невооруженным глазом.

Первый из известных микроскопов был создан в 1590 году в Нидерландах потомственными оптиками Захарием и Хансом Янсенами , смонтировавшими две выпуклые линзы внутри одной трубки. Позднее Декарт в своей книге "Диоптрика" (1637) описал более сложный микроскоп, составленный из двух линз - плоско-вогнутой (окуляр) и двояковыпуклой (объектив). Дальнейшее же совершенствование оптики позволило Антони ван Левенгуку в 1674 г. изготовить линзы с увеличением, достаточным для проведения простых научных наблюдений и впервые в 1683 году описать микроорганизмы.

Современный микроскоп (рисунок 1) состоит из трех основных частей: оптической, осветительной и механической.

Основными деталями оптической части микроскопа являются две системы увеличительных линз: обращенный к глазу исследователя окуляр и обращенный к препарату объектив. Окуляры имеют две линзы, верхняя из которых называется главной, а нижняя собирательной. На оправе окуляров обозначают производимое ими увеличение (×5, ×7, ×10, ×15). Количество окуляров у микроскопа может быть различным, в связи с чем различат монокулярные и бинокулярные микроскопы (предназначены для наблюдения за объектом одним или двумя глазами), а также тринокуляры , позволяющие подключать к микроскопу системы документирования (фото- и видеокамеры).

Объективы представляют собой систему линз, заключенных в металлическую оправу, из которых передняя (фронтальная) линза производит увеличение, а лежащие за ней коррекционные линзы устраняют недостатки оптического изображения. На оправе объективов цифрами также указано производимое ими увеличение (×8, ×10, ×40, ×100). Большинство моделей, предназначенных для микробиологических исследований, имеют в комплекте несколько объективов с разными степенями увеличения и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены - турель , часто называемый «револьверной головкой ».


Осветительная часть предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы оптическая часть микроскопа предельно точно выполняла свои функции. Осветительная часть в прямых микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом и включает в себя источник света (лампу и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (конденсор, полевую и апертурную регулируемую диафрагмы). Конденсор состоит из системы линз, которые предназначены для собирания идущих от источника света лучей в одной точке - фокусе , которая должна находиться в плоскости рассматриваемого объекта. В свою очередь диафрагма расположена под конденсором и предназначена для регулирования (увеличения или уменьшения) потока лучей, проходящих от источника света.

Механическая часть микроскопа содержит детали, объединяющие описанные выше оптическую и осветительную части, а также позволяющие размещать и перемещать исследуемый препарат. Соответственно, механическая часть состоит из основания микроскопа и держателя , к верхней части которого прикрепляются тубус - полая трубка, предназначенная для размещения объектива, а также упомянутая выше револьверная головка. Ниже находится предметный столик , на который устанавливаются предметные стекла с исследуемыми образцами. Предметный столик может перемещаться в горизонтальной плоскости с использованием соответствующего устройства, а также вверх и вниз, что обеспечивает настройку резкости изображения с помощью грубого (макрометрического) и точного (микрометрического) винтов.

Увеличение, которое дает микроскоп, определяется произведением увеличения объектива на увеличение окуляра. Кроме светопольной микроскопии широкое применение в специальных методах исследования плучили: темнопольная, фазово-контрастная, люминесцентная (флюоресцентная) и электронная микроскопия.

Первичная (собственная) флюоресценция возникает без специальной обработки препаратов и присуща ряду биологически активных веществ, таких, как ароматические аминокислоты, порфирины, хлорофилл, витамины А, В2, В1 , некоторые антибиотики (тетрациклин) и химиотерапевтические вещества (акрихин, риванол). Вторичная (наведенная) флюоресценция возникает в результате обработки микроскопируемых объектов флюоресцирующими красителями - флюорохромами. Некоторые из этих красителей диффузно распределяются в клетках, другие избирательно связываются с определёнными структурами клеток или даже с определёнными химическими веществами.

Для проведения данного вида микроскопии используются специальные люминесцентные (флюоресцентные) микроскопы , отличающиеся от обычного светового микроскопа наличием мощного источника освещения (ртутно-кварцевая лампа сверхвысокого давления или галогеновая кварцевая лампа накаливания), излучающего преимущественно в длинноволновой ультрафиолетовой или коротковолновой (сине-фиолетовой) области видимого спектра.

Данный источник используется для возбуждения флюоресценции, прежде, чем испускаемый им свет проходит через специальный возбуждающий (сине-фиолетовый) светофильтр и отражается интерференционной светоделительной пластинкой , почти полностью отсекающими более длинноволновое излучение и пропускающими только ту часть спектра, которая возбуждает флюоресценцию. При этом в современных моделях люминесцентных микроскопов возбуждающее излучение попадает на препарат через объектив (!) После же возбуждения флюоресценции возникающий свет вновь попадает в объектив, после чего проходит через расположенный перед окуляром запирающий (желтый) светофильтр , отсекающий коротковолновое возбуждающее излучение и пропускающий свет люминесценции от препарата к глазу наблюдателя.

В силу использования подобной системы светофильтров интенсивность свечения наблюдаемого объекта обычно невелика, в связи с чем люминесцентную микроскопию следует проводить в специальных затемненных помещениях .

Важным требованием при выполнении данного вида микроскопии является также применение нефлюоресцирующих иммерсионных и заключающих сред . В частности, для гашения собственной флюоресценции кедрового или иного иммерсионного масла к нему добавляют небольшие количества нитробензола (от 2 до 10 капель на 1 г). В свою очередь в качестве заключающих сред для препаратов могут быть использованы буферный раствор глицерина, а также нефлюоресцирующие полимеры (полистирол, поливиниловый спирт). В остальном при проведении люминесцентной микроскопии применяют обычные предметные и покровные стёкла, пропускающие излучение в используемой части спектра и не обладающие собственной люминесценцией.

Соответственно, важными преимуществами люминесцентной микроскопии являются:

1) цветное изображение;

2) высокая степень контрастности самосветящихся объектов на черном фоне;

3) возможность исследования клеточных структур, избирательно поглощающих различные флуорохромы, являющиеся при этом специфическими цитохимическими индикаторами;

4) возможность определения функционально-морфологических изменений клеток в динамике их развития;

5) возможность специфического окрашивания микроорганизмов (с использованием иммунофлюоресценции).

Электронная микроскопия

Теоретические основы использования электронов для наблюдения микроскопических объектов были заложены У. Гамильтоном , установившим аналогию между прохождением световых лучей в оптически неоднородных средах и траекториями частиц в силовых полях, а также де Бройлем , выдвинувшим гипотезу о существовании у электрона одновременно корпускулярных и волновых свойств.

При этом, благодаря чрезвычайно малой длине волны электронов, которая уменьшается в прямой зависимости от подаваемого ускоряющего напряжения, теоретически рассчитанный предел разрешения , характеризующий способность прибора отобразить раздельно мелкие, максимально близко расположенные детали объекта, у электронного микроскопа составляет 2-3 Å (Ангстрем , где 1Å=10 -10 м), что в несколько тысяч раз выше, чем у оптического микроскопа. Первое изображение объекта, сформированное пучками электронов, было получено в 1931г. немецкими учеными М. Кноллем и Э. Руска .

В конструкциях современных электронных микроскопов источником электронов служит металл (обычно вольфрам), из которого после его нагревания до 2500 ºС в результате термоэлектронной эмиссии испускаются электроны. С помощью электрических и магнитных полей формирующийся поток электронов можно ускорять и замедлять, а также отклонять в любых направлениях и фокусировать. Таким образом, роль линз в электронном микроскопе играет совокупность соответствующим образом рассчитанных магнитных, электростатических и комбинированных устройств, называемых «электронными линзами» .

Необходимым условием перемещения электронов в виде пучка на большое расстояние является также создание на их пути вакуума , поскольку в этом случае средняя длина свободного пробега электронов между столкновениями с газовыми молекулами будет значительно превышать расстояние, на которое они должны перемещаться. Для этих целей достаточно поддерживать в рабочей камере отрицательное давление приблизительно 10 -4 Па.

По характеру исследования объектов электронные микроскопы разделяют на просвечивающие, отражательные, эмиссионные, растровые, теневые и зеркальные , среди которых первые два являются наиболее часто используемыми.

Оптическая схема просвечивающего (трансмиссионного) электронного микроскопа полностью эквивалентна соответствующей схеме оптического микроскопа, в котором световой луч заменяется электронным лучом, а системы стеклянных линз заменяются системами электронных линз. Соответственно, просвечивающий электронный микроскоп состоит из следующих основных узлов: осветительной системы, камеры объекта, фокусирующей системы и блока регистрации конечного изображения , состоящего из фотокамеры и флуоресцирующего экрана.

Все эти узлы соединены друг с другом, образуя так называемую «колонну микроскопа», внутри которой поддерживается вакуум. Другим важным требованием, предъявляемым к исследуемому объекту, является его толщина менее чем 0,1 мкм. Окончательное же изображение объекта формируется после соответствующей фокусировки прошедшего сквозь него пучка электронов на фотопленке или флюоресцирующем экране , покрытом специальным веществом - люминофором (аналогичен экрану в кинескопах телевизоров) и превращающем электронное изображение в видимое.

При этом образование изображения в просвечивающем электронном микроскопе связано главным образом с различной степенью рассеяния электронов различными участками исследуемого образца и в меньшей мере с различием в поглощении электронов этими участками. Контраст усиливают также, применяя «электронные красители » (четырёхокись осмия, уранил и др.), избирательно связывающиеся с некоторыми участками объекта. Устроенные подобным образом современные просвечивающие электронные микроскопы обеспечивают максимальное полезное увеличение до 400000 раз, что соответствует разрешающей способности в 5,0 Å. Выявляемое с использованием просвечивающей электронной микроскопии тонкое строение бактериальных клеток называют ультраструктурой .

В отражательном (сканирующем) электронном микроскопе изображение создается с помощью электронов, отраженных (рассеянных) поверхностным слоем объекта при его облучении под малым углом (приблизительно несколько градусов) к поверхности. Соответственно, образование изображения обусловлено различием рассеяния электронов в разных точках объекта в зависимости от его поверхностного микрорельефа, а сам результат подобной микроскопии предстает в виде структуры поверхности наблюдаемого объекта. Контрастность может быть усилена напылением на поверхность объекта частиц металла. Достигнутая разрешающая способность микроскопов такого типа составляет порядка 100 Å.

Оптический микроскоп - прибор для получения увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом. (от др.-греч. μικρός «маленький» и σκοπέω «рассматриваю») — оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом. Источник: Википедия .

Области применения микроскопов

Оптические микроскопы различаются по видам и модификациям для разнообразных областей применения.

Методы микроскопии в современном мире используются практически во всех сферах человеческой деятельности: «перечислить области использования»

В последние десятилетия для микроскопических исследований широко применяется специальное оптическое программное обеспечение. С помощью компьютерных программ достигается непрерывное наблюдение за объектами исследований, что особенно важно для изучения биологических объектов.

Благодаря современным алгоритмам, применяемых в оптическом программном обеспечении, значительно сокращаются затраты рабочего времени

Принципы устройства

Главными компонентами микроскопа являются:

Система оптического микроскопа включает в себя ряд компонентов, основным из которых является объектив.

Оптика микроскопа состоит из двух элементов — окуляра и объектива которые закреплены в подвижном тубусе, находящимся на металлическом основании с предметный столиком. Увеличение микроскопа без дополнительных линз между окуляром и объективом равно произведению их увеличений

В наше время в микроскопе почти всегда есть система освещения и микро и макро винтами для настройки резкости.

В зависимости от назначения к исследовательскиму микроскопу могут прилагаться дополнительные системы и устройства, такие как

объективы с увеличеным разрешением 40, апертурой 0,65, коррекцией на толщину покровного стекла 0,17 мм и бесконечную длину тубуса

Объективы оптического микроскопа являются одной из главных частей и представляют собой сложный механизм для увеличения изображения изучаемого предмета. Увеличенное с помощью оптического объектива изображение предмета рассматривается через окуляр, который также в свою очередь может создавать увеличение. Если объектив микроскопа каким-то образом искажает изображение, то это искажение будет усилено окуляром. Объектив микроскопа это сложная оптическая система, увеличевающее изображение объекта. Она является наиболее ответственной и основной частью исследовательского оборудования. Рассмотреть изображение созданное объективом, можно через окуляр.

Объективы исследовательских и других микроскопов кисключая стереоскопические в большей степени взаимозаменяемые и унифицированые. На взаимную заменяемость в первую очередь влияют присоединительные параметры объектива.

Объектами исследований микроскопов могут являться любые органические и не органические предметы, живые и не живые ткани, целые биологические организмы или их отдельные части.

Микроскоп имеет в качестве осветительной оптической системы галогеновую лампу или светодиодную систему. Достоинством светодиода является крайне долгое время работы, по сравнению с обычными галогеновыми лампами (в 100 и более раз превышающее данный показатель); малое энергопотребление (составляющее от 1/3 до 1/10 энергопотребления обычной лампы); спектральная “чистота” и т.д.

Конденсоры

Конденсоры оптического микроскопа являются главным элементом системы и большей частью представляют собой отдельный, чаще - съёмный, агрегат. Конденсоры монтируются непосредственно рядом с предметным столиком и осуществляют освещение объекта. Неотъемлемой деталью конденсора является апертурная ирисовая диафрагма.

Диафрагма предназначена для ограничения количества света только в той части препарата, которая изучается в данный момент времени. Особенно это полезно при работе с большими увеличениями, когда необходимо подсветить только небольшую площадь образца.

Открытая полевая диафрагма увеличивает ширину луча света. Данная настройка применяется при работе с малыми увеличениями (большее поле зрения)

Закрытие диафрагмы приводит к сужению луча света

Предметный столик под микроскоп

Неотъемлемой частью конструкции, которой обладает микроскоп является предметный столик , представляющий собой поверхность на которую устанавливают препарат для исследований. Предметные столики разделяются на подвижные и неподвижные. Неподвижные предметные столики монтируются на самом простом и дешёвом оборудовании используемом для обучения детей в школах.

Даже самые простые предметные столики под микроскоп позволяют перемещение в двух координатных плоскостях, а более сложные обеспечивают перемещение по трём осям и поворот на определённый угол.

Применяемые объективы и их основные характеристики

Как уже говорилось ранее, оптические микроскопы объективы которых являются одной из самых главных частей. Это весьма сложная оптическая конструкция, которая интегрирует в себе фронтальную линзу и комбинацию внутренних линз. В зависимости от уровня поставленных задач в объективе может быть до четырнадцати различных линз.

Основные данные обычно указываются на корпусе оптического объектива.

Микроскоп может иметь следующие объективы:

  • Ахроматы (ахроматические);
  • Планапохроматические
  • Планахроматические
  • Планфлуораты

Ахроматические объективы корректируют аберрацию красного и фиолетового спектров. Также они уменьшают сферическую аберрацию, сферохроматическую аберрацию.

Планахроматические объективы практически полностью уничтожают сферическую аберрацию. В отличие от ахроматических объективов апохроматические -почти не искажают природный цвет объекта.

Основным преимуществом планапохроматических оптических объективов является возможность с их помощью получать резкое и не искажённое изображение по всему полю. Кроме этого некоторые модификации объективов плоского поля корректируют хроматические аберрации.

Степень увеличения изображения изучаемого предмета является одним из основных параметров оптических объективов. По степени увеличения объективы подразделяются на:

  • малого увеличения - до 10х;
  • среднего увеличения - от 10х до 50х;
  • большого увеличения - от 50х до 100х;

Следующей важной характеристикой объективов является их числовая апертура, которая показывает разрешающую способность оптической системы микроскопа и определяется величиной минимального расстояния при котором объектив может различить две соседние точки.

По величине апертуры объективы делятся на

  • объективы с малой апертурой - до 0,25;
  • со средней апертурой - до 0,65;
  • с большой апертурой - больше 0,65.

Микроскопы компании Nikon

Микроскопы торговой марки Nikon занимают высшую ступеньку. Это современные микроскопы, в которых конструкторы интегрировали самые новые и современные инновационные технические решения и возможности мировой науки и техники.

По сфере применения микроскопы компании Nikon подразделяются на следующие группы:

  • биологический микроскоп;
  • стереомикроскопы.

Биомедицинские или биологические микроскопы Nikon используются для современных биологических и медицинских исследований по изучению живых организмов и объектов, а также для автоматизированных и многоцелевых лабораторных анализов.

Среди биомедицинских Nikon выделяются следующие модельные ряды:

  • Микроскоп Nikon Eclipse Е;
  • Микроскоп Nikon Eclipse Ci;
  • Микроскоп Nikon Ni ;
  • Микроскоп Nikon Ti .

Стереомикроскопы Nikon позволяют оператору наблюдать трёхмерный объект исследования с возможностью получения вполне естественного изображения.

Среди стереомикроскопов Никон выделяются следующие серии моделей:

  • Микроскоп Nikon SMZ1270/1270i;
  • Микроскоп Nikon SMZ800N;
  • Микроскоп Nikon SMZ25/SMZ18;
  • Микроскоп Nikon SMZ745/745T;
  • Nikon SMZ 660;
  • Nikon SMZ 445/460.

Документация(фиксирование) изображения.

Интеграция современных микроскопов Nikon с цифровыми камерами позволяет вести непрерывное наблюдение за рассматриваемыми объектами с одновременной фиксацией и записью их изображений. Цифровые камеры, в настоящее время широко применяются для наблюдений за живыми организмами, а также в других отраслях науки и техники.

Компания Nikon выпускает следующие цифровые камеры:





Nikon DS-Fi2 Nikon DS-Qi1 Nikon DS-Vi1 Nikon DS-Fi1c Nikon DS-Ri1

  • цифровую камеру Nikon DS-Fi2 ;
  • цифровую камеру Nikon DS-Qi1 ;
  • цифровую камеру Nikon DS-Vi1 ;
  • цифровую камеру Nikon DS-Fi1c ;
  • цифровую камеру Nikon DS - Ri 1 .

Каталог микроскопов

Прямые микроскопы Eclipse Е
Eclipse Ci
Nikon Ni
Nikon Ti
Стереомикроскопы SMZ25/SMZ18
SMZ745/745T
SMZ800N
SMZ 660
SMZ 445/460

Классификация по принципу построения изображения

В лабораторных микроскопах наблюдатель видит отраженный или проходящий через свет не всегда так, как если бы он смотрел невооруженным глазом. Луч света может быть подвергнут изменению, как по форме, так и по длине волны или другим свойствам. В связи с этим, выделяют несколько видов лабораторных микроскопов по принципу построения изображения:

  • Метод светлого поля. Для обычного человека это наиболее удобная форма восприятия объекта: светлый фон и темное изображение. Используется в микроскопах проходящего света, поэтому наблюдатель получает то же самое изображение, но в увеличенном виде. Изменения могут вызываться только применением светофильтров из цветного стекла, которые надеваются на объектив. Реже используются интерференционные светофильтры, которые пропускают только определенную длину волны.
  • Метод темного поля. В этих микроскопах все наоборот: темный фон и более светлое изображение либо яркий блестящий контур исследуемого объекта. Достигается это разными способами в зависимости от типа микроскопа. В проходящих падающий свет перекрывается до того момента, как он попадет на объект. В приборах отраженного света луч проходит через кольцевую диафрагму с непрозрачным диском, который по своему размеру превышает выходной зрачок объектива.
  • Метод фазового контраста. Эти микроскопы, которые иногда так и называют - фазовые, - позволяют получить изображения с четко выраженными внешними и внутренними границами. Этот метод хорошо подходит для изучения клеток и тканей.
  • Люминесцентные микроскопы. Их принцип действия строится на свойствах некоторых веществ возбуждать собственное излучение под действием ультрафиолетовых или сине-фиолетовых лучей. Соответствующий яркий источник света направляется на объект, а новые лучи от него «отсекаются» сложной системой светофильтров до получения излучения только определенной длины волны.
  • «Иммерсионные» микроскопы. Эти приборы используются для сложных медико-биологических исследований, где нужно получить контрастное изображение объекта на фоне схожего оттенка. Прямой проходящий свет перекрывается в два этапа: часть до объекта, вторая часть - после объекта с ослаблением.
  • Микроскопы интерференционного (или дифференциально-интерференционного) контраста. Позволяют получить на однотонном фоне объемное изображение того же цвета. Для разделения изображения и фона используется окантовка другого цвета.
  • Ультрафиолетовые и инфракрасные микроскопы. В них освещение и формирование изображения происходит на длинах волн, невидимых для человеческого глаза. Соответственно, для удобства наблюдений такие микроскопы подключаются к компьютеру, который конвертирует изображение.

Современные лабораторные микроскопы далеко не всегда строятся по какому-либо одному принципу. Для лаборатории экономически невыгодно приобретать десятки моделей приборов для разных наблюдений, поэтому сейчас микроскопы выпускаются в модульном исполнении для формирования разных способов построения изображений. Кроме того, многие можно подключать к компьютеру для записи и обработки информации.

Классификация по способу освещения

Для получения качественных результатов наблюдения должны выполняться при хорошей освещенности. Естественный свет используют разве что игрушечные или школьные микроскопы, а для лабораторных приборов нужны дополнительные источники освещения. В зависимости от их вида и расположения в системе микроскопа, выделяют следующие варианты конструкции:

  • Микроскопы проходящего света. Стандартный способ построения микроскопа, который использовался еще в самых первых моделях и часто встречается в наши дни. Принцип их работы связан с тем, что свет от внешнего источника проходит сквозь объект, а человек в этом время наблюдает его через бинокулярную насадку. По такому принципу могут строиться микроскопы всех видов, включая стереоскопические. С их помощью можно изучать прозрачные и полупрозрачные объекты.
  • Микроскопы отраженного света. Здесь наблюдатель видит не сам объект исследования напрямую, а смотрит на изображение, которое от него отразилось. Микроскопы плоского поля (инвертированные или прямые), а также стереоскопические, могут изготавливаться по этому принципу. С помощью отраженного света хорошо исследовать непрозрачные предметы с разной степенью отражающей способности, а также полупрозрачные образцы.

В свою очередь, лабораторные микроскопы отраженного света тоже делятся на две основные категории:

  • «Оригинальные» микроскопы отраженного света, в которых свет проходит через оптическую систему микроскопа, отражается от объекта, а затем снова проходит через оптику. В первом случае объектив становится частью осветительной системы, во втором - основным элементом, который увеличивает отраженный от объекта свет и передает его наблюдателю.
  • Во втором варианте конструкции свет падает на объект напрямую, а не через оптическую систему микроскопа. Увеличение происходит за счет прохождения отраженного света через объектив. По такому принципу, как правило, строятся стереоскопические микроскопы.

Существуют и люминесцентные приборы плоского поля, в которых есть осветитель отраженного света. В них рассматриваемое изображение строится не тем лучом света, который прошел через оптику, отразился от объекта и вновь прошел через объектив. Другими словами, используется один и тот же луч света, но вот его длина после отражения от объекта и повторного прохождения через оптику будет другой. Часто бывает так, что в одном микроскопе объединяют разные осветительные системы. Это делается для того, чтобы сделать прибор универсальным для изучения всех видов объектов.