Записки.инфо премахна абонаментите! Всички материали, както и мобилната версия са свободно достъпни!

Лещи и оптически уреди

ОПТИЧЕСКИ ЛЕЩИ

Лещата е в основата на много оптически уреди. Тя служи за оформяне на оптически изображения, като отклонява по особен начин светлинните лъчи, преминаващи през нея. Увеличителната леща, наричана лупа, е е дна от най-често срещаните. Това е диск от прозрачна материя, при който една от двете страни е по-дебела в средата, отколкото в краищата.

Леща се нарича прозрачно тяло, ограничено от две криви повърхнини, което има коефициент на пречупване различен от на околната среда. Всяка центрирана оптична система (леща), се характеризира с главна оптична ос, главни равнини, точки и фокуси. Успоредните на главната оптична ос лъчи, минаващи в близост до нея, след пречупването си от лещата се пресичат в точка на оптичната ос, наречена фокус F. Пресечната точка на главната равнина с оптичната ос се нарича главна точка H. Разстоянието от главната точка H до фокуса F се нарича фокусно разстояние на лещата f. Фокусното разстояние на лещите зависи от коефициента на пречупване на n на веществото им и от радиусите на кривината, R1 на предната част и R2 на задната част : .
Величината D=1/f се нарича оптична или пречупваща сила на лещата. Единицата за оптична сила е диоптър (dpt).
За определяне на фокусното разстояние на тънки събирателни лещи се използват няколко основни метода:
А) Измерват се разстоянията а от лещата до предмета и b от лещата до образа и се прилага основната формула за събирателни лещи:
Б) Измерва се големината на предмета l, големината на образа l1 и разстоянието а или b. тъй като l/l1 = a/b:
За определяне на фокусното разстояние на тънки разсейвателни лещи се използват няколко основни метода:
А) До разсейвателната леща с фокусно разстояние f1 се долепя събирателна леща с известно фокусно разстояние f2. Системата е събирателна ако f2 е по-малко от f1.
Б) Между разсейвателната леща и екрана се поставя събирателна леща с по-малко фокусно разстояние, така че върху екрана да се получи ясен образ. Измерва се разстоянието a от предмета до разсейвателната леща и d между двете лещи. Отстранява се разсейвателната леща и предмета се мести към събирателната до получаване на ясен образ. Измерва се разстоянието а1 от предмета до събирателната леща: b=a1 – d,
За определяне на фокусното разстояние на дебели събирателни лещи се използва метода на Гаус-Бесел: предметът А и екрана Е върху който се получава образът Б, се поставят на предварително фиксирано разстояние l = 4f. В този случай съществуват две положения L1 и L2 на лещата, при които върху екрана се получава ясен образ на екрана. Разстоянието между тези две положения е означено с d: =& gt.

ВИДОВЕ ЛЕЩИ

За получавне на по-малки или по-големи образи се използват събирателни лещи, а също и за прожектиране на светлина във фаровете, далекогледите, микроскопите, телескопите.
Лещите на очилата служат за поправяне на недостатъците на зрението, дължащи се на лоша извивка на ретината. Те могат да коригират и образа, деформиран от недостатък на роговицата.
Хората с далекогледство имат недостатък на кристалното тяло, който се появява обикновено след 50 години. Тогава те се нуждаят от събирателни лещи.
Късогледите пък имат нужда от разсейващи лещи, за да се оформи образът точно върху ретината, а не пред нея.



ОПТИЧЕСКИТЕ ВЛАКНА

Светлината се разпространява по права линия. Все пак ако се използва определен вид материал, светлинните лъчи могат да се движат и по извита траектория. Кабел с оптически влакна представлява сноп от много влакна, като всяко от тях пренася малка част от образа. Последният е изграден от светлина с определена дължина на вълната, която преминава през влакното, като се отразява от стените му, докато достигне другия край. Това цяло от миниатюрни частици позволява образът да се възстанови на изхода, да се увеличи и да се наблюдава.


ПРИМЕР: Ендоскопът е инструмент от оптически влакна, при който част от влакната пренасят необходимата светлина, докато другите предават вярно изображението до окото на наблюдателя. Този апарат се използва главно в медицината за изследване на човешки органи като сърцето, стомаха, бронхите или червата.


ОГЛЕДАЛА ЗА „УВЕЛИЧЕНИЕ” И ЗА „СЪБИРАНЕ”

Освен плоските огледала, с които си служим обикновено и които отразяват образи с действителните пропорции на отразените предмети, съществуват и извити огледала, които дават деформирани отражения, т.е. увеличени, намалени, обърнати обратно. Те могат да бъдат вдлъбнати или изпъкнали. Като застанем наблизо, между вдлъбнатото огледало и точка f, наречена фокус, ние виждаме увеличен образ на лицето ни. Ако застанем далеч, виждаме умалено и обърнато отражение – сякаш е събрано в малко пространство. Изпъкналите огледала имат свойството да събират наблюдавания обект върху малка повърхност.

РЕФЛЕКТОРНИЯТ ТЕЛЕСКОП

Като вариант на далекогледа, рефлекторният телескоп е създаден, а след това усъвършенстван през 17-18в. Именно през тази епоха живеят и работят астрономи като Галилей, Кеплер и Нютон. Рефлекторният телескоп, както показва името му, използва не само свойствата на лещите, а и отразяващата способност на вдлъбнати огледала. Съществуват основно три типа рефлекторни телескопи, които използват различни разположения и комбинации от огледала.


УВЕЛИЧАВАНЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЕТО, СЪБИРАНЕ НА СВЕТЛИНАТА

Телескопите имат две функции: да помагат при наблюдение на миниатюрни обекти и да събират светлината. Човешкото око може да възприеме твърде малко светлина, недостатъчна за гледане надалеч. Обективът на телескопа е подобен на зеница, но размерите му са много по-големи. Следователно той възприема повече светлина, която кондензира в сноп светлинни лъчи. Благодарение на този способ, ние разполагаме с по-голямо количество светлина от тази, излъчена от светлинния източник.


ОБЕКТИВИ И ОКУЛЯРИ

Много оптически инструменти притежават съвкупност от лещи, наречена обектив. Обективът приема изображенията на предметите и ги отправя, обикновено уголемени, към вътрешността на инструмента.
Окулярът е друга съвкупност от лещи, която често се среща в оптическите уреди.
В обективите лещите често са комбинация от слепени прости лещи, тъй-като е трудно да се изработят големи лещи без дефекти. Ето защо се съчетават много лещи с малки противоположни дефекти (например, ако се съберат леща А, която увеличава образите и леща В, която ги намалява), за да се получат лещи с много по-малко дефекти, отколкото би имала една голяма леща(разполагаме с леща С, равностойна на леща Д)

УВЕЛИЧИТЕЛ НА ИЗОБРАЖЕНИЯ

Това е телеобектив, който е много полезен при недостиг на светлина.
Светлината , проникваща в обектива, преминава през екран от оптични влакна и се преобразува във фотокатода с поток от електрони, които с увеличена скорост пресъздават изображението на флуоросцентен екран. На много близка техника се основава и електронният микроскоп.




ТЕЛЕСКОП


Основни характеристики на телескопа
Редно е да започнем с описание на оптичните характеристики на телескопите. Най-важните се броят на пръстите на едната ръка на некадърен стругар и увеличението НЕ е сред тях.
Апертура и светлосъбираемост
Апертурата е основната характеристика на телескопите. Представлява диаметъра на обектива или огледалото на телескопа. Тя обикновено се измерва в инчове (в този случай се бележи с ") или сантиметри. По-големи обективи или огледала естествено събират повече светлина и съответно предлагат по-ярки и остри изображения. Светлосъбираемостта е производна на апертурата и представлява площта на обектива или огледалото. Тъй като те почти винаги са кръгли, можем да с намерим по формулата за лице на окръжност (S =& #960;r 2). Както вероятно вече сте забелязали двойно по-големи обектив или огледало имат четири пъти по-голяма светлосъбираемост. Следователно дори с малко увеличение на апертурата можем да получим доста по-добри резултати. Минималната апертура за любителски телескоп е поне 80мм. По-малките просто нямат нужната светлосъбираемост.
Разделителна способност
Тя е тясно свързана с апертурата. Представлява възможността на телескопа да покаже разделени два близки обекта (като компонентите на двойна звезда). Измерва се в дъгови секунди и се пресмята по проста формула: 4.56/апертурата в инчове или 116/апертурата в милиметри. Тази формула дължим на Уилям Доус - астроном живял през 19 век. Когато производителите посочват разделителната способност, те просто посочват резултата от формулата, а не реалната разделителна способност на конкретния инструмент (която може силно да се повлияе от некачествена изработка и липса на центровка/юстировка).
Фокусно разстояние
Това е дължината на пътя, който изминава светлината от обектива или огледалото до точката на фокус. Обикновено се измерва в милиметри. Увеличението, което дава даден телескоп е свързано с фокусното му разстояние. Можем да изчислим увеличението като разделим фокусното разстояние на телескопа на фокусното разстояние на ползвания окуляр. От фокусното разстояние зависи максималното зрително поле на телескопа - уреди с късо фокусно разстояние имат по-голямо максимално зрително поле и затова често са наричани обзорни телескопи.
Светлосила (относителен отвор)
Представлява отношението на фокусното разстояние и апертурата. Например 100мм телескоп с фокусно разстояние 800мм има относителен отвор 8. Този резултат се записва като f/8. За фотография е добре телескопът да има по-малък (или още наричан по-бърз) относителен отвор (f/4-f/6), защото експонационното време намалява. При визуални наблюдения яркостта на образа зависи само и единствено от апертурата на инструмента.
Централна обструкция
По-голямата част от телескопите, които ползват огледало като основен оптичен елемент имат и вторично такова, което изнася светлинния сноп на място където може да се постави окуляр. То блокира част от светлината, която постъпва в телескопа, но загубата не е значителна. Вторичното огледало все пак повлиява негативно на контраята. Централната обструкция следва да се измерва като част от апертурата. 8" телескоп с 2.75" вторично огледало има централна обструкция 34%. Някои компании дават обструкцията не като процент от апертурата, а като процент от площта на главното огледало за да направят числата по-малки (12% в нашия конкретен пример). Като цяло обструкция от порядъка на 20% (по диаметър) поражда пренебрежими дефекти.

Устройство на телескопа
Астрономическият телескоп е сбор от оптични и механични елементи, всеки със определено предназначение. Най-общо всеки телескоп може да се раздели на две главни части - тръба (тубус), в която е поместена оптиката и монтировка (статив), чрез която става възможно практическото използване на телескопа.
Тръба на телескопа
Тръбата служи за осигуряване и запазване на правилното и точното разположение на оптичните елементи на телескопа. В общоприетите представи на хората тя е цилиндрична, но съществуват форми с друго сечение. Например, много от любителските телескопи тип са с квадратни, изработени от дървени плоскости. Съществуват телескопи, в чиито оптични схеми са включени допълнителни огледала, които неколкократно отразяват светлинния лъч в пространството между обектива и окуляра. Оптичната ос прилича на буквата, а формата на тяхната тръба е доста странна, ако въобще можем да говорим за такава. По-големите телескопи пък въобще нямат тръби в истинския смисъл на думата. Поради това, че тръбите на такива големи телескопи биха станали много тежки и трудни за изработване, те са заместени от специална метална конструкция. Такива са тръбите на най-големите телескопи в света.
По принцип в тръбата на телескопа е монтирана цялата оптична система, състояща се от обектив, окуляр, допълнителни огледала, призми и др.
Обектив на телескопа
Обективът е най-важната част от оптическата система на телескопа. Той формира образа на наблюдавания обект. Много често за охарактеризиране на телескопа се използват именно стойностите на диаметъра и фокусното му разстояние. Например като говорим за телескоп система Нютон 200mm f/5 (или 200 mm, 1:5) се има предвид, че този телескоп има диаметър 200 mm и относителен отвор 1/5 от фокусното разстояние (т.е. фокусно разстояние 1000 mm). В зависимост от вида му телескопите се делят на два главни типа - рефрактори и рефлектори.
Рефракторът е типът, с който най-често хората свързват думата телескоп. При тях обективът представлява леща, монтирана в горния (предния) край на тръбата. Обективите на съвременните любителски рефрактори се изработват от няколко отделни лещи, които са слепени помежду си или между тях има тънък слой въздух. Към тръбата се прикрепят чрез метален пръстен, в който са поместени лещите, и който се завива към тръбата. Самите лещи са от висококачествени оптични стъкла, с различна степен на пречупване на светлината, което спомага за намаляване на оптическите дефекти, наречени аберации. Друг способ за подобряване на качеството на образа е полагането върху оптическите повърхности на обективите (и окулярите) на антирефлексно покритие, или т.нар просветляване (МС - multi coating). По този начин в значителна степен се намалява отразяването на светлината от стъклените повърхности. Ще познаете дали една леща е просветлена или не по характерното оцветяване на стъклото в различни цветове - червеникаво, виолетово, синьо и др.
Ако обективът на телескопа е огледало, той се нарича рефлектор. Особеност на всички рефлектори е, че обективът (огледалото) се намира в долната страна на тръбата, & #34;на дъното& #34; й. Огледалото представлява дебел стъклен диск (например едно 200 mm огледало е дебело около 30 mm), вдлъбнат от горната страна и покрит с отразяващ алуминиев слой. Обикновено при любителските телескопи вдлъбнатостта на огледалото има формата на сфера или параболоид. Поради това, че по принцип огледалните обективи са по-големи и по-тежки от лещовите монтирането им към тръбата на телескопа е по по-сложен начин. Причината е, че стъклените огледала трябва да се монтират така, че да не провисват от собствената си тежест и да не променят формата на огледалната повърхност. Освен това, това монтиране на огледалото към тръбата трябва да позволява регулирането на положението му спрямо оптичната ос на телескопа (т.нар. юстиране). Ето защо огледалата на рефлекторите се монтират на специална платформа, като се подпират към нея на три места. Ако огледалата са по-големи, за да са по-леки те се правят по-тънки, като в този случай подпирането на огледалото към платформата е на шест, девет и т.н. места. Тази платформа се монтира към тръбата, а чрез специални юстировъчни винтове огледалото се насочва в необходимата посока.
Вторични огледала
В оптичните схеми на всички рефлектори има и допълнителни (вторични) огледала, които насочват светлинния лъч към удобно за монтиране на окуляр място. Обикновено те са в горната част на тръбата и отклоняват лъча настрани (система Нютон) или я връщат към дъното на тръбата (система Касегрен и др.), където е и окуляра. Те са монтирани на специален държател, които има юстировъчни винтове, по подобие на тези на главното огледало. Държателят е закрепен към тръбата чрез разтяжки или е монтиран в средата на стъклената пластина (при Шмидт - телескопите и менисковите телескопи).
По принцип всички рефрактори, както и катадиоптричните телескопи, са снабдени с т.нар. зенитни призми или огледала. За разлика от вторичните огледала при рефлекторите, те не участват задължително в оптичната схема на телескопа, а се използват по желание и за улеснение при наблюдения в областта на зенита. Монтират се между окулярното устройство и окуляра и отразяват светлинния лъч на 45° или 90° спрямо оптичната ос на телескопа. Когато се използват с астрономически рефрактор (в който образът е обърнат) те изправят посоките горе-долу, но образът е огледален по отношение на посоките ляво-дясно. Ако в това устройство има специална призма на Амичи астрономическите рефрактори могат да се използват и за наземни наблюдения без никакви промени на ориентацията.




Окуляр

Окулярът е другия основен оптичен елемент на телескопите. Той служи за разглеждане на образа на обекта, създаден от обектива. За разлика от обектива окулярът не зависи от оптичната схема на телескопа. Един и същи окуляр може да се използва с всички видове телескопи.
Най-простият окуляр може да представлява единична леща. Поради това, че такъв окуляр би показал образа на наблюдавания обект много лошо, с геометрични и цветови деформации, обикновено окулярите се изработват от поне две лещи с определено фокусно разстояние и разположени по специален начин една спрямо друга. Всъщност, съществуват множество окуляри с различни оптични схеми, в някой от които може да има дори десетина лещи. За по-добро изображение всички повърхности на лещите в окуляра се просветляват. Любопитно е, че големите западни фирми произвеждат и окуляри по-скъпи от един цял любителски телескоп.
Основната характеристика на окуляра е неговото фокусно разстояние. Най-общо, фокусното разстояние е разстоянието от челната леща до фокалната равнина, но при различните системи окуляри то се дефинира различно. Любителските телескопи са снабдени с окуляри с фокусно разстояние от 4-5 mm до 50-60 mm. Друга характеристика е зрителното поле на окуляра, което е в пряка връзка със зрителното поле на телескопа като цяло.
За да се вижда зрителното поле достатъчно остро всички окуляри имат т.нар. диафрагма. Тя представлява пръстен, монтиран във фокалната равнина на окуляра и служи и за ограничаване на крайните лъчи. По този начин се постига значително подобрение на качеството на образа, но понякога това е за сметка на големината на зрителното поле. Независимо от оптичната схема, формата и размерите им, долната част на всички окуляри е цилиндрична. Тази част се слага в отвора на окулярния възел. Някои модели окуляри са снабдени с гумени накрайници, които служат за ограничаване на страничната светлина, която пречи за нормалното наблюдение.
Окулярен възел
За закрепването на окуляра към тръбата на телескопа всички телескопи имат т.нар. окулярен възел (окулярно, фокусировъчно устройство). Чрез окулярният възел става възможно и фокусирането на системата - добиването на остър образ на наблюдавания обект. Окулярните възли се състоят от две основни части - едната е неподвижна и закрепена към тръбата на телескопа, а другата е подвижна спрямо първата, в нея се слага окуляра и чрез нея се фокусира. В зависимост от начина на фокусиране има два вида окулярни възли. Първият вид представлява две тръбички завити една в друга чрез резба; външната тръба е закрепена към телескопа, а вътрешната, която носи окуляра, е подвижна (чрез навиване и развиване) и служи за фокусиране (подобно на обективите на фотоапаратите) . Вторият вид е по-сложен - при него фокусирането се извършва чрез ръкохватка, към която има зъбно колело и зъбна рейка, монтирана на подвижната част на окулярния възел.
Фотоадаптер
Към окулярните устройства на по-сериозните любителски телескопи е възможно и присъединяването на фотоапарат и CCD-камера. По този начин телескопът става достъпен за фотографиране на небесните обекти в главния му фокус или с окулярно увеличение.
Устройството, което прави възможно това се нарича фотоадаптер. Има различни видове адаптери, но най-общо, това е преходник между окулярното устройство и тялото на фотоапарата. От едната страна на фотоадаптера се закрепва фотоапарата и така цялата конфигурация фотоапарат - фотоадаптер се присъединява към фокусировъчното устройство, на мястото на окуляра. В този случай, по принцип, фотоапарата е без своя фотообектив, а окулярът на телескопа е изваден от мястото му. Адаптерът позволява грубо фокусиране, а окончателното става чрез фокусировъчното устройство на телескопа. Чрез поставянето в тях на проекционен окуляр, някой фотоадаптери могат лесно да се превърнат в окулярно увеличение.
Търсач и гид-телескоп
Обикновено телескопите имат голямо увеличение и малко зрително поле и откриването на търсения небесен обект е затруднено. Най-елементарният начин за насочване на телескопа е чрез обикновено прицелване на око към обекта. Но за по-лесното насочване и откриване му всички телескопи са снабдени с т.нар. търсач. По същество той представлява малък телескоп, с диаметър 30 - 100mm и увеличение 5 - 20 пъти. Оптичната ос на търсача е строго успоредна на оптичната ос на телескопа и това, което се вижда в неговия център се вижда и в зрителното поле на телескопа. За улеснение окулярите на търсачите са снабдени с кръст, спрямо който може да се центрира търсеният обект. В много случаи този кръст е осветен. В последните години много западни фирми пускат търсачи, които нямат тази класическа оптична схема на рефрактор. В някои от тях се използват дори малки лазерни прожектори, които правят видим лъч към наблюдавания обект.
По-големите любителски телескопи, които се използват и за фотографиране трябва задължително да са снабдени с т.нар. гид (гид - телескоп). Тъй като при фотографирането е необходима голяма точност на движението на телескопа се налага постоянното му сверяване спрямо някоя, т.нар. водеща звезда. Поради малкото им увеличение нормалните търсачи не биха удовлетворили това изискване. Затова се използва гид- телескоп. Той представлява достатъчно мощен телескоп, обикновено рефрактор, който в много случаи е съизмерим по характеристики с основния телескоп, през който се фотографира. Например, добре е гид- телескопът да има увеличение 100 - 200 пъти; колкото по-голямо е то, толкова воденето на основния телескоп ще е по-точно и снимката ще стане по-сполучлива.




БИНОКЪЛ
Бинокълът е оптичен увеличителен прибор, който чрез система от лещи прави възможно едновременното наблюдение на отдалечени обекти с двете очи, т.е. предвиден е за бинокулярно зрение.
За разлика от телескопа, който е с един окуляр, чрез двете си еднакви или осево-симетрични зрителни тръби бинокълът дава възможност за триизмерно изображение: двата изгледа, представени от двете различни гледни точки на всяко око, се сливат в една обща гледна точка, даваща усещане за дълбочина и способност да се оценяват разстоянията до обектите.
Повечето видове са съобразени по размер да могат устойчиво да се използват с две ръце, но има и много модели, за които са нужни стативи и други приспособления да осигурят абсолютната неподвижност на уреда.


МИКРОСКОП

Микроскопът, създаден през 1590 г. от холандеца Захарис Янсен, а според други още от Галелей, е изминал дълъг път на техническа еволюция от първите си образи до съвременните му съвършени потомци.
В зависимост природата на лъчението, което образува увеличението на образ на обекта в микроскопа, се различават два вида микроскопи-оптични и електронни. При оптичните се използват светлинен поток от видимата, ултравиолетовата или инфрачервената област на спектъра, а при електронните-поток от електрони.
Микроскопът е оптически апарат който дава увеличен образ на недостъпни на големина за човешкото око близки обекти, с което увеличава разделната му способност. За човешкото око разделителната способност е от порядъка на 0.1 мм. С фотонният микроскоп тя достига 0.2 мм., т.е. 500 пъти повече, а с електронният микроскоп 0.2 мм., или 500 000 пъти повече. Микроскопът се състой от две оптични системи, всяка от която е съставена от по няколко лещи. Оптичната система, която се намира от към окото, се нарича окуляр, а тази която се намира от към наблюдавания предмет-обект. Когато предметите се наблюдават с микроскоп, те се виждат под много по голям ъгъл, от колкото ако се наблюдават с просто око или през лупа.


ОПТИЧЕСКИЯТ МИКРОСКОП

Докато телескопът „приближава” до наблюдателя изображението на отдалечени обекти, оптическият микроскоп, който действа по аналогичен начин, уголемява изображението на близки предмети. Способността за приближаване на микроскопите е различна: най-слабите дават изображения, увеличени 10 до 300 пъти (пише се „х 300”), докато лабораторните микроскопи увеличават хиляди пъти.

ЕЛЕКТРОННИЯТ МИКРОСКОП

Първият електронен микроскоп се появява през 1931г. Електронът е частица, но според квантовата теория той притежава не само характеристика на тяло, но и подобно но светлината, вълнова характеристика. Електронът притежава електрически товар: може да бъде отклонен и да се фокусират сноповете с магнитни и електростатични лещи. Тези лещи имат предимство пред оптичиските: със завъртането на един бутон може да се промени фокусното им разстояние. Електронният микроскоп действа във вакуум (въздухът би отклонил електроните), а обектът за наблюдение трябва да бъде много тънък (под 1/10 от микрометъра). Електроните се отделят от нагрята тунгстенова жичка. Те се ускоряват, след това преминават през магнитен кондензатор, който ги фокусира върху обекта за наблюдение. Лещи уголемяват изображението, което се предава на флуоресциращ екран или се копира върху фотографска лента.
С електронният микроскоп може да се постигне уголемяване до стотици хиляди пъти размерите на наблюдавания обект.
Електронният микроскоп е създаден от немските изследователи Ернст Руска и Макс Кнол около 1935 г. В него вместо сноп от светлината се използва поток от електрони. На електронното лечение, както и на фотонното са присъщи вълнови свойства с много малка дължина. “Електронната вълна” има дължина 0,004-0,005 nm. Съответно с това разделителната способност на електронният микроскоп нараства 500 000 пъти и е равна на 0,002 nm.
Конструкцията на електронният микроскоп по принцип е еднаква с тази на оптическия микроскоп. Източник на електрони е накалена жица, която в електрическото поле отделя поток от електрони, който се фокусират като се пропуска през магнитното поле. В качеството на източник на електрони в електронен микроскоп се използва волф рамов катод (жица с диаметър 0,1-0,2 мм.) с & #61550;-образна форма или остър връх, отделящ електрони при нагряване до температура 2500 0С.
За формиране на сноп от ускорени електрони се използва система от кадот, анод и междинен електрод-диафрагма. Върху управляващия електрод (диафрагма) се подава отрицателно напрежение по отношение на катода, което съставлява няколко процента от ускоряващото напрежение, подавано към анода и катода. В електронния микроскоп се поддържа постоянно вакуум, тъй като във въздуха електроните не могат да се разпространяват.
Между катода и анода се подава високо напрежение, което ускорява движението на електроните и обезпечава необходимата скорост, а напрежението на управляващия електрод определя параметрите на електронният сноп. На електроните, отделящи се в резултат на термоемисията от катода, действа електрическо поле, ускоряващо ги между анода и катода и подтискащо ги между катода и управляващия електрод. Ако подтискащото поле е твърде силно, то електроните не могат да го преодолеят и източника на електрони се оказва всъщност затворен, т.е. не излъчва електрони. Ако полето е твърде слабо или равно на нула, то всички електрони се ускоряват и преминават през отвърстието в анода. В този случай се получава силно разсейващ се сноп електрони, който се движат надолу в колоната на микроскопа.
В електронният микроскоп източникът на електрони се намира отгоре и входът на електронният сноп е обратен на хода на лъчите във светлинният микроскоп. Оптимален се явява такъв режим на работа на източника, когато ускоряващото напрежени отбира не всички еминирани електрони и около катода се образува електронен облак, от който електроните постъпват в снопа.
Лещите в елетронният микроскоп представляват електромагнити, полето на който може да изменя пътя на електроните. Ролята на кондензора изпълняват също електромагнити. Използва се двоен кондензор, състоящ се от силна (късофокусна) леща, даваща силно намалено изображение на най-малкото сечение на електронния сноп, и слаба (дългофокусна леща), пренасяща това изображение в плоскостта на обекта, който може да бъде отдалечен от кондензора на значително разстояние. Обективът представлява силна леща с малко фокусно разстояние – 2-3 mm. За магнитните лещи и 7 mm. за електростатичните. Обектът се поставя близко до предната фокусна плоскост на обектива, а увеличеното няколкостотин пъти изображение възниква на значително разстояние от обектива. За получаване на най-добра разделителна способност на микроскопа лещата на обектива трябва да работи при достатъчно малка стойност на апертудата.
Под действие на електронният лъч върху повърхността на обекта е възможно да се абсурбират въглеводороди, образуващи трайни химически съединения. Това води до влошаване контраста на изображението, намалява разрешаващата способност, увеличава размера на частиците. Във връзка с това към микроскопа има защитна система за постоянно охлаждане,която работи с течен азот. Използваните устройства за защита имат различна конструкция.
Междинната леща е слабо магнитна леща, оптична сила на която е правопропорционално на квадрата на тока на възбуждане I на лещата и обратнопропорционалната на ускоряващото напрежение U. Проекционната леща (окуляр) както и обективната, е силна леща. Първичното изображение, получено от обектива се увеличава с помощта на междинната и проекционната (окуляра) леща. Така изображението на обекта се формира чрез тристепенна система. Сумарното увеличение на обекта зависи от междинната леща, която определя фокусното разстояние fi.
За визуалното наблюдение на крайното изображение на обекта има камера за наблюдение. Тя е връзка между окуляра и фотокамерата. Вместо към светещия екран изоражението на обекта се насочва към фотоплака и се заснема, след което се получават снимки. В последните години наблюдението се осъществява чрез компютър.
Обектът се проектира върху екран, който е покрит с луминисцентен слой, светещ при подаването на електроните върху него. За да стане видимо електронното изображение на обекта, в електронния микроскоп се прилага луминистенцията. Като луминистентното вещество се използва цинков сулфат. Под въздействието на елетроните екранът излъчва видима светлина. На екрана се виждат следите от попаденията на електроните. Всяка светеща точка на електрона съответства на тази точка препарат, която е пропуснала електроните, а не ги е погълнала или отклонила от първоначалния им вход. Тъмните участъци на екрана съответстват на часта от препарата, която не е пропуснала електрони, погълнала ги е или ги е разсеяла. Поглъщането и разсейването зависи от плътността на препарата, по-точно от дебелината му. Колкото препарата е по-дебел, толкова той е по-непроницаем за електроните. Следователно различията в осветеността на екрана дават представа за различията в плътността на препарата. Ако препаратът е много плътен на екрана нищо не се наблюдава.
Увеличението на микроскопа се изразява с произведението от увеличението на обектива и увеличението на окуляра. Увеличението на обективите и окулярите е написано върху фасунгите им.
Съществуват различни видове микроскопи според тяхната функция която изпълняват.
Оптически /фотонен/ микроскоп – състой се от механична част – статив, колона с носещо рамо, тубус, револвер за смяна на обективите, предметна масичка, държател на кондензора, система за грубо и фино регулиране на разстоянието между обекта и обектива, и оптична част – светлинен източник, кондензор, обективи и окуляри.
Разделителна способност
Тя е най-малкото разстояние, на което два обекта или две точки могат да се набюдават като отделни. Човешкото око може да разграничи в заобиколяващия ни свят две точки или две линии като две, ако те се намират на разстояние най-малко 0.1 мм. или 100 & #61549;м. Ако разстоянието стане по-малко, двете точки се сливат и се виждат като една. При тези условия разделителната способност на човешкото око се определя на 0.1 мм.Минималното разстояние, на което детайлите в наблюдавания обект се възприемат разделно, се нарича минимално разрешаващо разстояние и се бележи с & #61540;. Колкото е по-малка стойността на & #61540; на микроскопа, толкова той е по-точен и толкова повече подробности се различават в наблюдаваните структури, т.е. толкова по-голяма е разделителната (разрешаващата) способност на микроскопа.
Светлинен микроскоп
Светлинният микроскоп като оптическа система увеличава няколко кратно най-малкото разстояние, на което обектите могат да бъдат разграничени. Това увеличение е приблизително 500 пъти. Така разделителната способност на светлинният микроскоп или разстоянието, на което два обекта се наблюдават като две отделни, е равно на 0,0002 мм.Основният фактор ограничаващ разрешаващата способност на обикновенният микроскоп е дължината на вълната, която е към 0,4-0,7-0,8 & #61549;м. Теоретически разделителната способност на микроскопа съставлява около половината дължината на светлинната вълна. И тъй като дължината във видимата област на спектъра е в пределите 0,4-0,7 & #61549;м (4000-7000 Е) , най-доброто разделяне, което може да бъде достигнато с помоща на светлинният микроскоп, е равно приблизително на 0,2 & #61549;м или 2000 Е. Каквито и да приспособления и сложни допълнителни устройства да се прибавят към светлинния микроскоп. Неговата разрешаваща способност не може да премине границата от 0,2 & #61549;м. По нататъчното увеличение на разрешаващата способност е възможно поради природата на самата светлина, а именно, че дължината на светлиннната вълна се колебае в диапазона на десетки части от микрона и никакви технически усъвършенствания не могат да придвижат тази граница. Освен това със светлинният микроскоп и при достигната максимална разделителна способност не могат да се разглеждат детайли в структурните компоненти на клетката. Тази неопределима бариера е премината с откриването на електронният микроскоп. С него се снемат практически всички ограничения за изучаване на клетката до ниво молекули. Възможностите на електронния микроскоп се увеличават много кратно и разделителната му способност нараства до 0,002 nm.
Тъмнополев микроскоп
Тъмнополевият ефект се състои в насочването към обекта на сноп лъчи под такъв ъгъл, че те да не попадат във входния отвор на обектива. Ако по пътя си лъчите срещнат обект с повърхности между среди с различен коефициент на пречупване на светлината, част от тях се разсейват и попадат в обектива. Така контурите на клетката или определени структури в нея стават контрастно видими като светещи детайли на черен фон. Всеки обикновен микроскоп може да бъде превърнат в тъмнополев, чрез замяна на обикновения му кондензор с тъмнополев. Тъмнополевата микроскопия се използва за контрастирането на трудно видими неоцветени обекти, например; спирохети. Тя е особено ценна, когато се изследва подвижността на бактерии и др.

Фазово–контрастен микроскоп
Обектите който се наблюдават, могат да бъдат амплитудни или фазови. При амплитудните обекти се поглъщат или се отразяват равномерно всички или част от лъчите на смесената бяла светлина. При фазовите обекти който се различават по коефициент на пречупване на светлината, лъчите изминават различен оптичен път, в следствие на което изостават или избързват по фаза на електромагнитните си колебания едни спрямо други. Фазовите разлики са недоловими от човешкото око. Фазово – контрастният микроскоп превръща фазовите разлики в амплитудни постижения, и за което холандският физик Ф. Цернике получава Нобелова награда. Това превръщане се осъществява, като обектът се осветява с венецовиден сноп лъчи, създаван от фазова диафрагма. Тези лъчи, ако не дифрактират в обекта, се събират като венец в задната фокална равнина на обектива, където се подлагат на допълнително внесена фазова разлика от Л/4 в така наречената фазова пластинка. Преминалите през обекта и разсеяни от него лъчи преминават през целия отвор на обектива. Интерференцията на тези два вида лъчи води до амплитудни разлики в следствие на допълнително внесената фазова разлика. Фазово контрастната микроскопия се прилага широко за наблюдаване на живи, неоцветени клетъчни обекти.
Интерферентен микроскоп
При контраст внесената допълнителна фазова разлика е постоянна. При интерферентния микроскоп фазовата разлика, внесена от обекта, може да бъде определена на базата на сравнение със сноп лъчи, не преминали през него. Съществуват различни конструкции интерферентни микроскопи. Огромна заслуга на пионер в тази област има физикът А. Лебедев, създал през 1930 г. интерферентен микроскоп, прилаган и днес. Тъй като фазовите разлики зависят от коефициента на пречупване на светлината, а този коефициент зависи от концентрацията на разтворените в обекта вещества, от фазовата разлика може да се изчисли обемът, сухата маса, белтъчното съдържание и изпъкналостта на обекта. Чрез две последователни измервания е възможно да се определи масата на разтворими вещества или броя на рецепторите, свързващи веществата с позната молекулна маса в отделни клетки. Тези възможности превъзхождат пределите на всички методи за определяне на обем и маса.
Поляризационен микроскоп
Използва се, когато е необходимо да се определят наличието и специфичните оптични качества на вещества, който имат свойството да пречупват двойно светлината. Характерни за устройството му са; поляризаторът, разположен под кондензора и анализаторът, разположен над обектива. При кръстосани анализатор и поляризатор зрителното поле е тъмно, поради несъответствието между равнините на поляризация. На зрителното поле личат само тези двойно пречупващи светлината обекти, чиято равнина на поляризация съвпада с равнината на анализатора.
В биологичните обекти оптично активни са тези вещества, който имат кристална или линейно периодична структура, например някой мембрани, колагенните влакна, течни кристали на мастни киселини и др.

Добави коментар

Трябва да сте регистриран потребител, за да коментирате материалите.

Коментари

Няма добавени коментари.