Основные части оптического микроскопа, его устройство и возможности увеличения |

Основные части оптического микроскопа, его устройство и возможности увеличения | Электронная цифровая подпись

Схема расположения основных элементов оптического микроскопа

С конструктивно-технологической точки зрения, микроскоп состоит из следующих частей:

  • механической;
  • оптической;
  • электрической.

Механическая часть микроскопа

Устройство микроскопа включается в себя штатив, который является основным конструктивно-механическим блоком микроскопа. Штатив включает в себя следующие основные блоки: основание и тубусодержатель.

Основание представляет собой блок, на котором крепится весь микроскоп и является одной из основных частей микроскопа. В простых микроскопах на основание устанавливают осветительные зеркала или накладные осветители. В более сложных моделях осветительная система встроена в основание без или с блоком питания.

Разновидности оснований микроскопа:

  1. основание с осветительным зеркалом;
  2. так называемое «критическое» или упрощенное освещение;
  3. освещение по Келеру.

Тубусодержатель представляет собой блок, часть конструкции микроскопа, на котором закрепляются:

  1. узел смены объективов, имеющий следующие варианты исполнения — револьверное устройство, резьбовое устройство для ввинчивания объектива, «салазки» для безрезьбового крепления объективов с помощью специальных направляющих;
  2. фокусировочный механизм грубой и точной настройки микроскопа на резкость — механизм фокусировочного перемещения объективов или столиков;
  3. узел крепления сменных предметных столиков;
  4. узел крепления фокусировочного и центрировочного перемещения конденсора;
  5. узел крепления сменных насадок (визуальных, фотографических, телевизионных, различных передающих устройств).

В микроскопах могут использоваться стойки для крепления узлов (например, фокусировочный механизм в стереомикроскопах или крепление осветителя в некоторых моделях инвертированных микроскопов).

Чисто механическим узлом микроскопа является предметный столик, предназначенный для крепления или фиксации в определенном положении объекта наблюдения. Столики бывают неподвижные, координатные и вращающиеся (центрируемые и нецентрируемые).

Осветительная часть

Предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы последующие части микроскопа предельно точно выполняли свои функции. Осветительная часть микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом в прямых микроскопах (например, биологические, поляризационные и др.) и перед объектом над объективом в инвертированных. Подробнее о видах световых микроскопов.

Осветительная часть конструкции микроскопа включает источник света (лампа и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).

Воспроизводящая часть

Предназначена для воспроизведения объекта в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (т. е. для построения такого изображения, которое как можно точнее и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей).

Современные микроскопы последнего поколения базируются на оптических системах объективов, скорректированных на бесконечность. Это требует дополнительно применения так называемых тубусных систем, которые параллельные пучки света, выходящие из объектива, «собирают» в плоскости изображения микроскопа. 

Оптика микроскопа (оптическая часть)

Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа — создание увеличенного изображения объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров составляющих элементов и цвету. Кроме этого, оптика должна обеспечивать такое качество изображения, которое отвечает целям исследования и требованиям методик проводимого анализа.

Объективы микроскопа

— представляют собой оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения в плоскости изображения с соответствующим увеличением, разрешением элементов, точностью воспроизведения по форме и цвету объекта исследования. Объективы являются одними из основных частей микроскопа.

Они имеют сложную оптико-механическую конструкцию, которая включает несколько одиночных линз и компонентов, склеенных из 2-х или 3-х линз. Количество линз обусловлено кругом решаемых объективом задач. Чем выше качество изображения, которое дает объектив, тем сложнее его оптическая схема.

Объектив состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная линза (или система линз) обращена к препарату и является основной при построении изображения соответствующего качества, определяет рабочее расстояние и числовую апертуру объектива. Последующая часть в сочетании с фронтальной обеспечивает требуемое увеличение, фокусное расстояние и качество изображения, а также определяет высоту объектива и длину тубуса микроскопа.

Классификация объективов

Классификация объективов значительно сложнее классификации микроскопов. Объективы разделяются по принципу расчетного качества изображения, параметрическим и конструктивно-технологическим признакам, а также по методам исследования и контрастирования.

По принципу расчетного качества изображения объективы могут быть:

  • ахроматическими;
  • апохроматическими;
  • объективами плоского поля (план).

Ахроматические объективы.

Ахроматические объективы рассчитаны для применения в спектральном диапазоне 486–656 нм. Исправление любой аберрации (ахроматизация) выполнено для двух длин волн. В этих объективах устранены сферическая аберрация, хроматическая аберрация положения, кома, астигматизм и частично — сферохроматическая аберрация. Изображение объекта имеет несколько синевато-красноватый оттенок.

Апохроматические объективы.

Апохроматические объективы имеют расширенную спектральную область, и ахроматизация выполняется для трех длин волн. При этом, кроме хроматизма положения, сферической аберрации, комы и астигматизма, достаточно хорошо исправляются также вторичный спектр и сферохроматическая аберрация, благодаря введению в схему линз из кристаллов и специальных стекол.

Полуапохроматы или микрофлюары.

Современные объективы, обладающие промежуточным качеством изображения.

Планобъективы.

В планобъективах исправлена кривизна изображения по полю, что обеспечивает резкое изображение объекта по всему полю наблюдения. Планобъективы обычно применяются при фотографировании, причем наиболее эффективно применение планапохроматов.

Потребность в подобного типа объективах возрастает, однако они достаточно дороги из-за оптической схемы, реализующей плоское поле изображения, и применяемых оптических сред. Поэтому рутинные и рабочие микроскопы комплектуются так называемыми экономичными объективами.

По параметрическим признакам объективы делятся следующим образом:

  1. объективы с конечной длиной тубуса (например, 160 мм) и объективы, скорректированные на длину тубуса «бесконечность» (например, с дополнительной тубусной системой, имеющей фокусное расстояние микроскопа 160 мм);
  2. объективы малых (до 10х); средних (до 50х) и больших (более 50х) увеличений, а также объективы со сверхбольшим увеличением (свыше 100х);
  3. объективы малых (до 0,25), средних (до 0,65) и больших (более 0,65) числовых апертур, а также объективы с увеличенными (по сравнению с обычными) числовыми апертурами (например, объективы апохроматической коррекции, а также специальные объективы для люминесцентных микроскопов);
  4. объективы с увеличенными (по сравнению с обычными) рабочими расстояниями, а также с большими и сверхбольшими рабочими расстояниями (объективы для работы в инвертированных микроскопах). Рабочее расстояние — это свободное расстояние между объектом (плоскостью покровного стекла) и нижним краем оправы (линзы, если она выступает) фронтального компонента объектива;
  5. объективы, обеспечивающие наблюдение в пределах нормального линейного поля (до 18 мм); широкопольные объективы (до 22,5 мм); сверхширокопольные объективы (более 22,5 мм);
  6. объективы стандартные (45 мм, 33 мм) и нестандартные по высоте.
Читайте также:  Отсутствует ключевой носитель подключите носитель к компьютеру и нажмите кнопку ок

Высота — расстояние от опорной плоскости объектива (плоскости соприкосновения ввинченного объектива с револьверным устройством) до плоскости предмета при сфокусированном микроскопе, является постоянной величиной и обеспечивает парфокальность комплекта аналогичных по высоте объективов разного увеличения, установленных в револьверном устройстве.

По конструктивно-технологическим признакам существует следующее разделение:

  1. объективы, имеющие пружинящую оправу (начиная с числовой апертуры 0,50), и без нее;
  2. объективы, имеющие ирисовую диафрагму внутри для изменения числовой апертуры (например, в объективах с увеличенной числовой апертурой, в объективах проходящего света для реализации метода темного поля, в поляризационных объективах отраженного света);
  3. объективы с корректирующей (управляющей) оправой, которая обеспечивает движение оптических элементов внутри объектива (например, для корректировки качества изображения объектива при работе с различной толщиной покровного стекла или с различными иммерсионными жидкостями; а также для изменения увеличения при плавной — панкратической — смене увеличения) и без нее.

По обеспечению методов исследования и контрастирования объективы можно разделить следующим образом:

  1. объективы, работающие с покровным и без покровного стекла;
  2. объективы проходящего и отраженного света (безрефлексные); люминесцентные объективы (с минимумом собственной люминесценции); поляризационные объективы (без натяжения стекла в оптических элементах, т. е. не вносящие собственную деполяризацию); фазовые объективы (имеющие фазовый элемент — полупрозрачное кольцо внутри объектива); объективы ДИК (DIC), работающие по методу дифференциально-интерференционного контраста (поляризационные с призменным элементом); эпиобъективы (объективы отраженного света, предназначенные для обеспечения методов светлого и темного поля, имеют в конструкции специально рассчитанные осветительные эпи-зеркала);
  3. иммерсионные и безыммерсионные объективы.

Иммерсия (от лат. immersio — погружение) — жидкость, заполняющая пространство между объектом наблюдения и специальным иммерсионным объективом (конденсором и предметным стеклом). В основном применяются три типа иммерсионных жидкостей: масляная иммерсия (МИ/Oil), водная иммерсия (ВИ/W) и глицериновая иммерсия (ГИ/Glyc), причем последняя в основном применяется в ультрафиолетовой микроскопии.

  1. повышение видимости за счет увеличения разности показателя преломления среды и объекта;
  2. увеличение глубины просматриваемого слоя, который зависит от показателя преломления среды.

Кроме того, иммерсионная жидкость может уменьшать количество рассеянного света за счет исчезновения бликов от объекта. При этом устраняются неизбежные потери света при его попадании в объектив.

Иммерсионные объективы. Качество изображения, параметры и оптическая конструкция иммерсионных объективов рассчитываются и выбираются с учетом толщины слоя иммерсии, которая рассматривается как дополнительная линза с соответствующим показателем преломления.

Иммерсионная жидкость, расположенная между объектом и фронтальным компонентом объектива, увеличивает угол, под которым рассматривается объект (апертурный угол). Числовая апертура безыммерсионного (сухого) объектива не превышает 1,0 (разрешающая способность порядка 0,3 мкм для основной длины волны); иммерсионного — доходит до 1,40 в зависимости от показателя преломления иммерсии и технологических возможностей изготовления фронтальной линзы (разрешающая способность такого объектива порядка 0,12 мкм).

Маркировка объективов.

Данные о каждом объективе маркируются на его корпусе с указанием следующих параметров:

  1. увеличение («х»-крат, раз): 8х, 40х, 90х;
  2. числовая апертура: 0,20; 0,65, пример: 40/0,65 или 40х/0,65;
  3. дополнительная буквенная маркировка, если объектив используется при различных методах исследования и контрастирования: фазовый — Ф (Рп2 — цифра соответствует маркировке на специальном конденсоре или вкладыше), поляризационный — П (Pol), люминесцентный — Л (L), фазово-люминесцентный — ФЛ (PhL), ЭПИ (Epi, HD) — эпиобъектив для работы в отраженном свете по методу темного поля, дифференциально-интерференционный контраст — ДИК (DIC), пример: 40х/0,65 Ф или Ph2 40x/0,65;
  4. маркировка типа оптической коррекции: апохромат — АПО (АРО), планахромат — ПЛАН (PL, Plan), планапохромат — ПЛАН-АПО (Plan-Аро), улучшенный ахромат, полуплан — СХ — стигмахромат (Achrostigmat, CP-achromat, Achroplan), микрофлюар (полуплан-полуапохромат) — СФ или М-ФЛЮАР (MICROFLUAR, NEOFLUAR, NPL, FLUOTAR).

Окуляры

Оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения на сетчатке глаза наблюдателя. В общем виде окуляры состоят из двух групп линз: глазной — ближайшей к глазу наблюдателя — и полевой — ближайшей к плоскости, в которой объектив строит изображение рассматриваемого объекта.

Окуляры классифицируются по тем же группам признаков, что и объективы:

  1. окуляры компенсационного (К — компенсируют хроматическую разность увеличения объективов свыше 0,8%) и безкомпенсационного действия;
  2. окуляры обычные и плоского поля;
  3. окуляры широкоугольные (с окулярным числом — произведение увеличения окуляра на его линейное поле — более 180); сверхширокоугольные (с окулярным числом более 225);
  4. окуляры с вынесенным зрачком для работы в очках и без;
  5. окуляры для наблюдения, проекционные, фотоокуляры, гамалы;
  6. окуляры с внутренней наводкой (с помощью подвижного элемента внутри окуляра происходит настройка на резкое изображение сетки или плоскость изображения микроскопа; а также плавное, панкратическое изменение увеличения окуляра) и без нее.

Осветительная система

Осветительная система является важной частью конструкции микроскопа и представляет собой систему линз, диафрагм и зеркал (последние применяются при необходимости), обеспечивающую равномерное освещение объекта и полное заполнение апертуры объектива.Осветительная система микроскопа проходящего света состоит из двух частей — коллектора и конденсора.

Коллектор.При встроенной осветительной системе проходящего света коллекторная часть расположена вблизи источника света в основании микроскопа и предназначена для увеличения размера светящегося тела. Для обеспечения настройки коллектор может быть выполнен подвижным и перемещаться вдоль оптической оси. Вблизи коллектора располагается полевая диафрагма микроскопа.

Конденсор.Оптическая система конденсора предназначена для увеличения количества света, поступающего в микроскоп. Конденсор располагается между объектом (предметным столиком) и осветителем (источником света).Чаще всего в учебных и простых микроскопах конденсор может быть выполнен несъемным и неподвижным.

В остальных случаях конденсор является съемной частью и при настройке освещения имеет фокусировочное перемещение вдоль оптической оси и центрировочное перемещение, перпендикулярное оптической оси.При конденсоре всегда находится осветительная апертурная ирисовая диафрагма.

Конденсор является одним из основных элементов, обеспечивающих работу микроскопа по различным методам освещения и контрастирования:

  • косое освещение (диафрагмирование от края к центру и смещение осветительной апертурной диафрагмы относительно оптической оси микроскопа);
  • темное поле (максимальное диафрагмирование от центра к краю осветительной апертуры);
  • фазовый контраст (кольцевое освещение объекта, при этом изображение светового кольца вписывается в фазовое кольцо объектива).

Классификация конденсоров близка по группам признаков к объективам:

  1. конденсоры по качеству изображения и типу оптической коррекции делятся на неахроматические, ахроматические, апланатические и ахроматические-апланатические;
  2. конденсоры малой числовой апертуры (до 0,30), средней числовой апертуры (до 0,75), большой числовой апертуры (свыше 0,75);
  3. конденсоры с обычным, большим и сверхбольшим рабочим расстоянием;
  4. обычные и специальные конденсоры для различных методов исследования и контрастирования;
  5. конструкция конденсора — единая, с откидным элементом (фронтальным компонентом или линзой большого поля), со свинчивающимся фронтальным элементом.
Читайте также:  Электронные торговые площадки (ЭТП): Все тендерные площадки для торгов и аукционов на официальном сайте госзакупок RuTend

Конденсор Аббе — не исправленный по качеству изображения конденсор, состоящий из 2-х неахроматических линз: одной — двояковыпуклой, другой — плосковыпуклой, обращенной к объекту наблюдения (плоская сторона этой линзы направлена вверх). Апертура конденсора, А= 1,20. Имеет ирисовую диафрагму.

Апланатический конденсор — конденсор, состоящий из трех линз, расположенных следующим образом: верхняя линза — плосковыпуклая (плоская сторона направлена к объективу), далее следуют вогнуто-выпуклая и двояковыпуклая линзы. Исправлен в отношении сферической аберрации и комы. Апертура конденсора, А = 1.40. Имеет ирисовую диафрагму.

Ахроматический конденсор — конденсор, полностью исправленный в отношении хроматической и сферической аберрации.

Конденсор темного поля — конденсор, предназначенный для получения эффекта темного поля. Может быть специальным или переделан из обычного светлопольного конденсора путем установки в плоскости ирисовой диафрагмы конденсора непрозрачного диска определенного размера.

Маркировка конденсора.На фронтальной части конденсора наносится маркировка числовой апертуры (осветительной).

2d и 3d мозаика

Двумерная и трехмерная мозаика, также известная как сшивание или создание панорам , теперь может выполняться с помощью более совершенных цифровых микроскопов. При двухмерной мозаике изображение автоматически плавно объединяется в мозаику в реальном времени, перемещая сцену XY.

2d измерение

Большинство современных цифровых микроскопов имеют возможность измерять образцы в 2D. Измерения выполняются на экране путем измерения расстояния от пикселя до пикселя. Это позволяет измерять длину, ширину, диагональ и круг, а также многое другое. Некоторые системы даже способны считать частицы.

Визуализирующая часть

Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотоплёнке или пластинке, на экране телевизионного или компьютерного монитора с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения).Визуализирующая часть расположена между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя (цифровой камерой).

Визуализирующая часть включает монокулярную, бинокулярную или тринокулярную визуальную насадку с наблюдательной системной (окулярами, которые работают как лупа).Кроме того, к этой части относятся системы дополнительного увеличения (системы оптовара/смены увеличения); проекционные насадки, в том числе дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты; системы анализа и документирования изображения с соответствующими адаптерами для цифровых камер.

Электрическая часть микроскопа

В современных микроскопах, вместо зеркал, используются различные источники освещения, питаемые от электрической сети. Это могут быть как обычные лампы накаливания, так и галогенные, и ксеноновые, и ртутные лампы. Также все большую популярность набирают светодиодные осветители.

Они обладают значительными преимуществами перед обычными лампами, как например долговечность, меньшее энергопотребление и др. Для питания источника освещения используются различные блоки питания, блоки розжига и другие устройства, преобразующие ток из электрической сети в подходящий для питания того или иного источника освещения.

3d измерение

Трехмерное измерение достигается с помощью цифрового микроскопа путем наложения изображений. Используя шаговый двигатель, система снимает изображения от самой нижней фокальной плоскости в поле зрения до самой высокой фокальной плоскости. Затем он реконструирует эти изображения в трехмерную модель на основе контраста, чтобы получить трехмерное цветное изображение образца.

Usb-микроскопы

Основные части оптического микроскопа, его устройство и возможности увеличения |
Основные части оптического микроскопа, его устройство и возможности увеличения |
Основные части оптического микроскопа, его устройство и возможности увеличения |

Миниатюрный USB-микроскоп

Цифровые микроскопы варьируются от недорогих устройств стоимостью от 20 долларов США, которые подключаются к компьютеру через разъем USB, до устройств стоимостью в десятки тысяч долларов. Эти современные цифровые микроскопические системы обычно автономны и не требуют компьютера.

Некоторые из более дешевых микроскопов, которые подключаются через USB, не имеют подставки или простой стойки с зажимными соединениями . По сути, это очень простые веб-камеры с небольшими объективами и датчиками, которые можно использовать для просмотра объектов, находящихся не очень близко к объективу, механически устроенных для фокусировки на очень близких расстояниях. Как правило, утверждается, что увеличение может регулироваться пользователем от 10х до 200-400х.

Для работы устройств, подключаемых к компьютеру, требуется программное обеспечение. Основная операция включает просмотр изображения с микроскопа и запись «снимков». Более продвинутая функциональность, возможная даже с более простыми устройствами, включает запись движущихся изображений, покадровую фотосъемку, измерение, улучшение изображения, аннотацию и т. Д.

Многие из более простых устройств, которые подключаются к компьютеру, используют стандартные средства операционной системы и не требуют устройства. специфические драйверы. Следствием этого является то, что многие различные пакеты программного обеспечения микроскопа могут использоваться взаимозаменяемо с разными микроскопами, хотя такое программное обеспечение может не поддерживать функции, уникальные для более совершенных устройств.

Базовые операции могут быть возможны с программным обеспечением, входящим в состав операционных систем компьютера – в Windows XP изображения с микроскопов, для которых не требуются специальные драйверы, можно просматривать и записывать в «Сканерах и камерах» на Панели управления.

У более совершенных цифровых микроскопов есть стойки, которые удерживают микроскоп и позволяют его поднимать и опускать, подобно стандартным оптическим микроскопам. Калиброванное движение во всех трех измерениях доступно за счет использования шагового двигателя и автоматизированного столика.

Разрешение, качество изображения и динамический диапазон зависят от цены. Системы с меньшим количеством пикселей имеют более высокую частоту кадров (от 30 до 100 кадров в секунду) и более быструю обработку. Более быструю обработку можно увидеть при использовании таких функций, как HDR ( высокий динамический диапазон ).

Помимо микроскопов общего назначения, выпускаются инструменты, специализированные для конкретных приложений. Эти устройства могут иметь диапазон увеличения до 0-10 000 раз, являются либо комплексными системами (встроенными в компьютер), либо подключаются к настольному компьютеру.

Виды электронных микроскопов

Существует 2 основных вида электронных микроскопов: просвечивающий электронный микроскоп и растровый электронный микроскоп.

Просвечивающий, или трансмиссионный, электронный микроскоп создаёт изображение исследуемого ультратонкого образца (толщиной порядка 0,1 мкм), пропуская через него пучок электронов. Часть электронов при этом рассеивается на образце, а часть проходит через него и затем увеличивается магнитными линзами, выполняющими роль объектива. Изображение регистрируется на экране или фиксируется на фотоплёнке.

Пучок электронов создаётся электронной пушкой. Пушки бывают термоэлектронными и автоэмиссионными.

В термоэлектронной пушке электроны вырываются с поверхности катода (вольфрамовой нити накала или заострённого кристалла гексаборида лантана) при нагревании. Причём чем выше температура, тем больше число вырвавшихся электронов.

В автоэмиссионной пушке электроны испускаются с поверхности катода (вольфрамовой нити) под действием внешнего электрического поля.

Читайте также:  Что такое удостоверяющий центр? | Какие виды ЭЦП выдает УЦ? — Удостоверяющий центр СКБ Контур

В растровом электронном микроскопе пучок электронов попадает на исследуемый объект таким же образом, как и в просвечивающем микроскопе. Но в отличие от него узкий электронный луч не проходит сквозь образец, а сканирует (обегает) каждую его точку, перемещаясь последовательно  по горизонтальным строчкам, точка за точкой, строка за строкой.

В растровом микроскопе, как и в просвечивающем, электронный луч образуется электронной пушкой. В электронной колонне он фокусируется и направляется на объект, расположенный на предметном столике. Столик может вращаться в трёх направлениях.

Попадая на поверхность исследуемого образца, электроны взаимодействуют с ней. Часть электронов отражается от поверхности. А часть, получив энергию от электронного пучка, может оторваться от поверхности. Такие электроны называются вторичными. Информация, которую они несут, используется для анализа поверхности и состава образца.

История

Первый цифровой микроскоп был создан в 1986 году компанией из Токио , Япония , которая сейчас известна как Hirox Co. LTD . В него входили блок управления и объектив, подключенный к компьютеру. Изначально соединение с компьютером было аналоговым через соединение S-video.

Со временем это соединение было изменено на Firewire 800, чтобы обрабатывать большой объем цифровой информации, поступающей с цифровой камеры. Примерно в 2005 году они представили усовершенствованные многофункциональные устройства, для которых не требовался компьютер, но были встроены монитор и компьютер.

Затем, в конце 2021 года, они выпустили систему, в которой компьютер снова был отдельным, но подключенным к компьютеру через USB 3.0, воспользовавшись скоростью и долговечностью USB-соединения. Эта система также была намного более компактной, чем предыдущие модели, за счет уменьшения количества кабелей и физического размера самого устройства.

Основные части оптического микроскопа, его устройство и возможности увеличения |

Цифровой микроскоп позволяет нескольким студентам в Лаосе исследовать части насекомых. Стоимость данной модели составляет около 150 долларов США.

Изобретение USB- порта привело к появлению множества USB-микроскопов различного качества и увеличения. Они продолжают дешеветь, особенно по сравнению с традиционными оптическими микроскопами. Они предлагают изображения с высоким разрешением, которые обычно записываются непосредственно на компьютер, а также используют мощность компьютера для встроенного светодиодного источника света. Разрешение напрямую связано с количеством мегапикселей, доступных на конкретной модели, от 1,3 МП, 2 МП, 5 МП и выше.

Применение электронных микроскопов

Патент на первый просвечивающий электронный микроскоп был получен в 1931 г. немецким физиком Р. Рутенбергом. А первый такой прибор создали в 1932 г. Эрнст Август Руска и М. Кнолль. Он давал 400-кратное увеличение, которое было меньшим, чем у оптических микроскопов.

В конце 30-х годов фирма Siemensсоздала первую промышленную модель просвечивающего микроскопа, который позволял исследовать внутреннюю структуру вещества.

Первый растровый микроскоп начали производить в середине 60-х годов прошлого века, хотя изобрели его ещё в 1952 г. С его помощью можно получить информацию о рельефе поверхности, составе частиц и даже о химическом составе вещества.

Благодаря высокой разрешающей способности, электронные микроскопы нашли широкое применение в микробиологии, медицине, фармакологии, вирусологии. Они дали возможность получать 3-хмерные изображения микроскопических структур (электронная томография), контролировать качество лекарственных препаратов, изучать воздействие токсинов на организмы.

Разрешение

При использовании типичной 2-мегапиксельной ПЗС-матрицы создается изображение размером 1600 × 1200 пикселей. Разрешение изображения зависит от поля зрения объектива, используемого с камерой. Приблизительное разрешение в пикселях можно определить, разделив горизонтальное поле зрения (FOV) на 1600.

Увеличить разрешение можно, создав субпиксельное изображение. Метод сдвига пикселей использует исполнительный механизм для физического перемещения ПЗС-матрицы с целью получения нескольких перекрывающихся изображений. Комбинируя изображения в микроскопе, можно получить субпиксельное разрешение.

Стерео и цифровые микроскопы

Основное различие между стереомикроскопом и цифровым микроскопом – это увеличение . В стереомикроскопе увеличение определяется путем умножения увеличения окуляра на увеличение объектива. Поскольку цифровой микроскоп не имеет окуляра, увеличение с помощью этого метода невозможно.

Вместо этого увеличение для цифрового микроскопа изначально определялось тем, во сколько раз больше образец воспроизводился на 15-дюймовом мониторе. Хотя размеры монитора изменились, физический размер используемого чипа камеры не изменился. В результате значения увеличения и поле зрения остаются такими же, как в исходном разрешении, независимо от размера используемого монитора.

Поскольку в цифровом микроскопе изображение проецируется непосредственно на камеру CCD, можно получить записанные изображения более высокого качества, чем при использовании стереомикроскопа. В стереомикроскопе линзы созданы для оптики глаза. Присоединение ПЗС-камеры к стереомикроскопу приведет к получению изображения с искажениями для окуляра.

Устройство и принцип действия электронного микроскопа

Чтобы увеличить разрешающую способность микроскопа, нужно уменьшить длину волны, освещающей исследуемый объект. Поэтому вместо световых лучей в электронном микроскопе  используются электроны, длина волны которых в тысячи раз меньше длины волны фотонов.

Принцип получения изображения в электронном микроскопе такой же, как и у оптического. Но в  отличие от оптического микроскопа, где световым лучом управляют линзы, находящиеся в объективе и окуляре, в электронном микроскопе это делается с помощью магнитных линз.

Магнитные линзы – это электромагниты, создающие сильные неоднородные электромагнитные поля. Изменяя силу тока, можно управлять магнитными полями и менять траекторию электронов, направляя их поток на исследуемый образец. 

В электронном микроскопе поток электронов падает на образец сверху, а изображение получается внизу.

Корпус электронного микроскопа представляет собой металлическую трубу. В её верхней части расположен источник электронов. Это вольфрамовая нить накала, называемая катодом. На неё подаётся высокое напряжение, и начинается излучение электронов с поверхности катода.

Пучок электронов ускоряется с помощью высокой разности потенциалов между катодом и анодом. Для этой цели используется напряжение от 20 кВ до 1 мВ. Далее ускоренный поток фокусируется и направляется  системой магнитных линз на исследуемый образец.  Пройдя через него, он попадает в систему увеличивающих магнитных линз. Вся эта система называется электронной колонной.

Так как наш глаз не может воспринимать электронные пучки, то изображение создается на люминесцентном экране либо фиксируется на фотопластинке или цифровой камере.

Чтобы электроны не рассеивались в результате столкновений с молекулами воздуха, внутри колонны создаётся вакуум.

Цифровой окуляр для микроскопов

Цифровой окуляр для микроскопов. Программное обеспечение содержит широкий спектр дополнительных принадлежностей, обеспечивающих универсальность, например наблюдение фазового контраста, наблюдение в ярком и темном поле, микрофотография, обработка изображений, определение размера частиц в мкм, патологический отчет и менеджер пациента, микрофотография, запись видео подвижности, рисование и маркировка и т. д.

Оцените статью
ЭЦП Эксперт
Добавить комментарий

Adblock
detector