ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Метод темного поля (ультрамикроскопия). Метод фазового контраста из "Оптика " то г = 1,22 к О, т. е. тем меньше, чем больше диаметр объектива )). [c.347] Если объектив направлен на две удаленные звезды 5 и 8 , разделенные угловым расстоянием ф, то каждая из них даст в фокальной плоскости дифракционные кружки с центрами в точках, соответствующих изображениям и (рис. 15.1а). [c.347] Аналогично, небольшой источник, угловой размер которого равен (или меньше) ф. определяемого последним соотношением, представляется наблюдателю точкой, т. е. дает при наблюдении в трубу картину, практически не зависящую от ( юрмы источника и близкую к картине, вызываемой светящейся точкой. Таким образом, разрешающая сила объектива тем больще, чем больше его диаметр. [c.348] Разрешающая сила глаза также ограничена ди( 5ракционными явлениями и связана с размерами зрачка. При хорошей освещенности диаметр зрачка равняется примерно 2 мм, чему соответствует согласно (96.3) предельный угол разрешения около Г. Это согласуется с той величиной разрешения, которая обусловлена структурой сетчатой оболочки (см. 91). При пониженной освещенности зрачок глаза увеличивается (до 8 мм), однако при этом сильнее сказываются недостатки глаза как оптической системы, так что улучшение условий разрешения, связанное с увеличением диаметра системы, не проявляется. Более того, как уже упоминалось в 91, разрешающая способность глаза при пониженной освещенности падает вследствие (]шзиологических причин. [c.348] Дифракция, возникающая вследствие ограничения пучка лучей, имеет место и в микроскопе и такл е приводит к ограничению его разрешающей силы. Для микроскопа обычно выражают его способность к разрешению деталей не величиной угла, а линейными размерами мельчайшей разрешимой детали или минимальным расстоянием между двумя точками, различимыми с помо цью микроскопа. В том случае, когда две такие точки испускают некогерентные волны (самосветящиеся точки), задача вполне аналогична рассмотренной в предыдущем параграфе. [c.348] Как и в случае трубы (телескопа), нас интересует дифракционная картина в плоскости изображения предмета. Легко видеть, что в этой плоскости всегда применимы формулы фраунгоферовой дифракции, если под углом дифракции понимать угол, под которым видна точка плоскости изображений из центра апертурной диафрагмы (см. 39 и упражнение 119). Кроме того, следует принять во внимание, что плоскость изображения ЕЕ объекта (рис. 15.2) лежит на расстоянии (около 160 мм), гораздо большем диаметра объектива (или апертурной диафрагмы), и поэтому угол и можно считать малым. [c.349] К вычислению разрешающей силы микроскопа. [c.349] Таким образом, разрешающая сила микроскопа тем больше, чем больше значение п sin и. Эта последняя величина получила название числовой апертуры объектива и обычно обозначается через Л. [c.350] Мы нашли выражение для разрешающей силы микроскопа, исходя из предположения, что точки объекта посылают некогерентные волны (объект самосветящийся), так что ди()зракционные картины просто накладываются одна на другую. Однако обычно в микроскоп рассматривают объекты освещенные, а не самосветящиеся. Это значит, что отдельные точки объекта рассеивают падающие на них волны, исходящие из одной и той же точки источника, и, следовательно, свет, идущий из разных точек объекта, оказывается когерентным. К такому случаю, гораздо более распространенному, наш вывод разрешающей силы микроскопа непосредственно неприложим (см. упражнение 120). Аббе указал весьма интересный прием определения разрешающей силы для случая освещенных объектов и нашел, что и в данном случае разрешающая сила также определяется числовой апертурой объектива. Метод рассмотрения Аббе состоит в следующем. [c.350] Помещая в плоскости FF экраны с соответственно расположенными отверстиями, т. е. пропуская только Aq или только четные максимумы и т. д., мы можем без труда наблюдать в плоскости Р Рг описанные искажения изображения или даже равномернее освещение без изображения. Эти опыты, осуществленные Аббе, очень помогают уяснению его способа рассуждения. [c.353] Из изложенного ясно, что для получения правильного изображения надо, чтобы через объектив микроскопа и далее проникали дифракционные пучки всех направлений. Обычно внутри микроскопа не ставится препятствий, так что опасность представляет лишь входной зрачок, которым служит оправа объектива, ограничизаю-ищя его рабочее отверстие ). Чем меньше предмет или его деталь d, тем большие углы дифракции он обусловливает и тем шире должно быть отверстие объектива. Отверстие объектива определяется углом 2и между крайними лучами, идущими от объекта (расположенного у фокуса) к краям объектива. Половина этого угла носит название апертуры. Если апертура меньше pi — угла дифракции, соответствующего спектрам первого порядка, т. е. sin и sin tpi = = Ao/d, то в микроскоп проникнут только лучи от центрального максимума и мы не увидим изображения, соответствующего деталям, определяемым величиной d, т. е. в случае нашей решетки будем иметь равномерное освещение. Таким образом, условр езш и У - XJd есть условие, необходимое для разрешения деталей d. В крайнем случае (sin и = %old) мы жертвуем максимумами высших порядков, т. е. как сказано, несколько ухудшаем качество изображения. Чем больше sin и по сравнению с kjd, тем больше спектров высших порядков участвует в построении изображения, т. е. тем точнее передается наблюдаемый объект. [c.353] Обычно при освещении объекта используются не только пучки, идущие вдоль оси, но и пучки, наклонные к ней. Это обстоятельство улучшает условие разрешения. [c.353] Таким образом, как для освещенных, так и для самосветящихся объектов разрешающая сила микроскопа зависит от числовой апертуры А. [c.354] В объективах современных микроскопов числовая апертура достигает значительных величин. Для сухих систем п = 1 и sin и практически доходит до 0,95, так что возможно разрешение деталей, имеющих размеры около половины длины световой волны. С иммерсионными системами достигается разрешение в полтора раза большее. [c.354] Распространение указанных выводов на самосветящиеся объекты (отсутствие когерентности) особенно важно потому, что и при осве-пщнном объекте далеко не всегда имеет место полная когерентность. Точки освещенного объекта посылают вполне когерентный свет только в том случае, если угловые размеры источника настолько малы, что угол, под которым он виден из места расположения предмета, мал по сравнению с Я/с(, где X — длина световой волны, а — расстояние между освещаемыми точками объекта. Действительно, в этом случае волны, доходящие от разных точек источника до освещаемых точек, имеют различие в фазах, малое по сравнению с 2я (см. упражнение 129), так что интерференция волн, рассеиваемых нашими точками, даст практически один и тот же эффект, от какой бы точки источника ни пришла освещающая волна (когерентность). Наоборот, когда угловые размеры источника велики по сравнению с Х1с1, то свет, приходящий к освещаемым точкам от разных точек источника, будет иметь всевозможные разности фаз от нуля до 2я, и, следовательно, рассеянные нашими точками волны могут давать самые разнообразные интерференционные картины (некогерентность). При промежуточных размерах источника когерентность будет осуществляться в большей или меньшей мере. В реальных условиях освещение объекта в микроскопе производится широкими пучками лучей, и полная когерентность, как правило, не имеет места. [c.355] Сказанное подтверждается расчетами, проведенными в 22, согласно которым размер области когерентности в плоскости освещаемого объекта есть 2/ ог = где 6 — угловые размеры источника. Если 24ог меньше минимально разрешаемого интервала й, то мы имеем дело с некогерентным освещением в противоположном случае 21 = Х % й разрешаемое расстояние находится внутри области когерентности, и освещение следует считать когерентным. Следовательно, и при таком способе рассуждений мы приходим к сделанным выше заключениям. [c.355] Прекрасный пример значения правильного истолкования результатов микроскопического наблюдения приводит Я. Е. Эллен-горн 1. На рис. 15.5 изображены четыре микрозарисовки одного и того же препарата (панцирь диатомовой водоросли) при различных способах освещения. [c.356] Таким образом, очевидно, что структура панциря напоминает сетку, но в зависимости от метода наблюдения может казаться гладкой или снабженной продольными или поперечными полосами. Между тем раньше ботаники полагали, что они имеют дело с различными разновидностями диатомовой водоросли. [c.357] Так как числовую апертуру нельзя значительно повысить, то единственный способ увеличения разрешающей способности микроскопа состоит в переходе к более коротким волнам. [c.357] Вернуться к основной статье