Fizika | Felsőoktatás » A mikroszkóp

04 Hallgatói mérés 4.SZ Hallgatói mérés A MIKROSZKÓP l. 2. 3. 4. 5. A mikroszkóp Az összetett mikroszkóp felépítése és nagyítása A numerikus apertúra A mikroszkóp főbb részei és a megvilágítás A KŐHLER-féle megvilágítás beállítása BME Atomfizika Tanszék 2006. 1 04 Hallgatói mérés 1. A mikroszkóp A mikroszkóp elnevezés görög eredetű, mikrosz=kicsi és szkopein=megfigyelni. Az elnevezés első alkalmazását GFABER-nek (1625) tulajdonítják. A mikroszkóp egy összetett nagyító, mely leképző rendszere két korrigált gyűjtőlencse rendszerből, az objektívből és az okulárból áll, a kis tárgy erős megvilágítását pedig a gyűjtőlencsékből összeállított kondenzor biztosítja. Az objektív a gyújtópontján valamivel kívül eső tárgyról valódi, nagyított és fordított képet ad, amelyet az okulár mint lupe szintén megnagyít, úgyhogy végeredményben a tárgyról erősen nagyított, virtuális és

fordított állású kép keletkezik. 2. Az összetett mikroszkóp felépítése és nagyítása Az összetett mikroszkópban a tárgy leképzése és nagyítása két lépésben történik. Az első lépésben a tárgy közelében lévő rövid fókusztávolságú lencse, az objektív a tárgyról meghatározott véges távolságban reális fordított és nagyított képet, úgynevezett közbenső képet alkot. A második lépésben ezt a közbenső képet vizuális alkalmazásnál egy második lencsén, az okuláron keresztül, mint lupén át tovább nagyítva szemléljük, projekció és fényképezés esetében a második leképző elem a közbenső képet a meghatározott távolságban lévő ernyőre, vagy a fényérzékeny anyagra képezi le. A végső kép vizuális használatnál nagyított virtuális, projekció és fényképezés esetében reális nagyított. A mikroszkóp nagyítása az objektív oldalnagyításának és a lupeként szereplő okulár nagyításának

szorzata. Δ⋅s 4.1 n= f1 ⋅ f2 ahol: s f1 és f2 a tiszta látás távolsága az objektív illetve az okulár gyújtótávolság Δ az objektív képoldali és az okulár tárgyoldali fókuszpontja közötti távolság, az úgynevezett optikai tubushossz. Az (1) összefüggésben a Δ 4.2 f1 az objektív oldalnagyítása az s f2 4.3 a lupeként szereplő okulár nagyítása. BME Atomfizika Tanszék 2006. 2 04 Hallgatói mérés A mikroszkóp mint lencserendszernek az eredő gyújtótávolsága az ismert geometriai optikai összefüggések alapján: f= f1f2 Δ 4.4 Tehát a mikroszkóp egy f fókusztávolságú s 4.5 N= f nagyítású lupénak fogható fel. A cserélhető objektívek 10 ÷ 100 szoros és okulárok 3-2- szörös nagyításának megfelelően a teljes nagyítás 50 és 2500 között változhat, de azt 1500 szorosnál nagyobbra nem érdemes növelni a mikroszkóp véges feloldóképessége miatt. 3. A numerikus apertúra A belépési pupilla, azaz az

objektív legalsó front-, vagy homloklencséjének foglalata szabja meg a tárgy, rendszerint a tárgylemez és a vékony fedőlemez közötti preparátum főtengelypontját leképező sugárnyaláb Q apertúraszögét. A fedőlemez és a homloklencse közötti közeg törésmutatóját n-nel jelölve A n = n ⋅ sin Θ 4.6 a numerikus apertúra. Ezt kívánatos minél nagyobbra növelni, mert a kép megvilágítása A n2 -tel, a mikroszkóp feloldóképessége pedig A n -elarányos. Ha a fedőlemez üveganyaga (n=1,515) és homloklencse között levegő van, az ilyen úgynevezett száraz rendszer esetén Θ a teljes visszaverődés határszögéig ≈ 42 o , A n kereken 1-ig növelhető. Ha azonban a fedőlemez és a homloklemez közé alkalmas folyadékot cseppentünk, akkor az ennek megfelelően szerkesztett immerziós objektívrendszer alkalmazásával nagyobb A n érték is elérhető, pl. monokrom naftalinnal (n = 1,66) akár ( ) 4. A mikroszkóp főbb részei és a

megvilágítás Az összetett mikroszkópot felépítő elemek a geometriai sugármenet és a megvilágítás ismertetéséhez tekintsük az 5.1 ábrát A kondenzor első fókuszsíkjában elhelyezett apertúra rekeszre a kollektor leképezi a fényforrás képet. Mivel a fényforrás képe most a kondenzor fókuszsíkjában fekszik, így e kép a mikroszkópba belépő megvilágító sugárkúpok bázisa; a mikroszkóp belépő-pupillája a végtelenben fekszik. A végtelenből érkező és az objektívba belépő sugarak annak hátsó fókuszsíkjában az objektív kilépő-pupillájában egyesülnek. A sugarak útját tovább követve azok elérik az okulárt, azon áthaladnak és a mikroszkóp kilépő pupillájában metszik egymást. Vizuális vizsgálatnál szemünk pupilláját ide, a mikroszkóp BME Atomfizika Tanszék 2006. 3 04 Hallgatói mérés kilépő pupillájába kell helyeznünk. Az ábrából és az elmondottakból kitűnik, hogy sorjában az izzószál, a

kondenzor apertúra rekesze, az objektív kilépő pupillája és a mikroszkóp kilépő pupillája egymásnak konjugáltjai (képei). 5.1 ábra A mikroszkóp főbb elemei, megvilágító és képalkotó sugarai A képalkotó sugarak útját követve a tárgyból kiinduló sugarak az objektíven áthaladva létrehozzák a közbenső képet, mely az okulár képoldali fókuszsíkjában levő látómező rekeszen fekszik. Ez a rekesz a tárgysíkban levő látómező képe. A tárgysíkban a látómező tehát határolja a leképezendő tárgyat, ez a terület a mikroszkóp belépő nyílásának szerepét tölti be. Az okulár a tárgyoldali fókuszsíkjában fekvő közbenső képről virtuális képet alkot, de ugyanakkor virtuális képet alkot az okulárban elhelyezett látómezőrekeszről is. Ez a kép a mikroszkóp kilépő nyílása. A képalkotó sugarakat követve a kollektor előtt lévő mezőrekesz, a tárgysíkban kivilágított látómező, az okulár látómező rekesze

egymás konjugáltjai. Láthatjuk tehát, hogy a KÖHLER-féle megvilágítást alkalmazva a tárgy és kép helyei, a fényforrás és világító felületének képei soha nem esnek ugyanazon helyre. BME Atomfizika Tanszék 2006. 4 04 Hallgatói mérés Az okulárban elhelyezett és a látómezőt élesen határoló látómezőrekesz nagysága (átmérője) az okulár optikai sajátosságától függ. A több lencséből álló rendszert egy közös foglalatba helyezik el úgy, hogy optikai tengelyeik egybeessenek. A foglalt optikai rendszereket egy erre a célra szolgáló mechanizmus hordozza, melyet mikroszkópállványnak nevezünk (stativ). A fényforrás a kollektorral és a mezőrekesszel alkotja a mikroszkóp lámpát, mely külön egységet alkot, magával a statívval esetleg egy, a kellő távolságot biztosító sínen keresztül van kapcsolatban. Korszerű, nagyobb kényelmet nyújtó nagy teljesítményű mikroszkópoknál maga a lámpa a statívba van beépítve,

ami azzal az előnnyel jár, hogy a mikroszkópnak a munkaasztalon való elmozdításakor nem kell a megvilágítást újból szabályozni. A mikroszkóp állvány a kondenzort, a tárgyat hordozó tárgyasztalt, az objektívet és okulárt befoglaló tubust hordozza. A KÖHLER-féle megvilágítás beállítása A KÖHLER-féle megvilágítás beállításának lépései a következők: a) A lámpát és a mikroszkópot a köztartó sínnel összekapcsoljuk, így hozzuk létre a kettőjük közötti mintegy 25 . 30 cm távolságot Ha ilyen köztartó sín nincsen, akkor is a munkaasztalra helyezett lámpa és mikroszkóp távolsága az említett legyen. b) b). A kollektorral az izzólámpa izzószálát (más fényforrás esetében annak világító felületét) a kondenzor apertúra rekeszére képezzük le, amit a mikroszkóp sík tükrén keresztül jól megfigyelhetünk, ha az apertúra rekeszt teljesen zártuk. Helyes beállítás esetében az izzószál képe éles és teljesen

kitölti a rekesz nyílását. Az apertúra rekeszt ezután ismét kinyitjuk. c) c). A tárgyasztalra ezután preparátumot helyezünk és közepes nagyítású objektívvel és okulárral élesre állítjuk. A látómező kivilágítása a kezdő helyzetben egyenletes lesz. A mezőrekeszt ezután kissé szűkítjük és a kondenzor kis mértékű emelésével, illetve süllyesztésével a tárgysíkba leképezzük. A rekeszkép rendszerint nem fekszik a látómező közepén, ezért a kondenzor alatti tükröt addig billentjük, míg az középre kerül. Ezután a mezőrekeszt addig nyitjuk, amíg annak szélei a látómező szélén eltűnnek. Ha a rekeszkép kontúrjai koncentrikusan egyszerre tűnnek el a látómező szélén, akkor a mezőrekesz képének beállítása központos. d) d). A mikroszkópból ezután az okulárt eltávolítjuk és a tubusba szabad szemmel betekintünk, vagy még célszerűbb, ha az okulár helyére a segédmikroszkópot becsúsztatva azt az objektív

hátsó fókuszsíkjára fókuszáljuk. Itt most az apertúra rekesz képével együtt az izzószál képét is látjuk. Ha BME Atomfizika Tanszék 2006. 5 04 Hallgatói mérés e) az a/-c/ lépéseket jól állítottuk be és a kondenzor optikai tengelye pontosan egybeesik a mikroszkóp optikai tengelyével, akkor az apertúra rekesz képe az objektív hátsó fókuszsíkjában központosan helyezkedik el. Végezetül az apertúra rekeszt addig nyitjuk, amíg annak képe a hátsó fókuszsíkot teljesen kitölti, majd a jobb képkontraszt érdekében a tárgy természetének megfelelően a rekeszt kissé zárjuk. e). Az a/-d/ lépésekkel a KÖHLER-féle megvilágítást áteresztő fényben beállítottuk a lámpa a kollektor és a kondenzor beállított helyzetén többé nem változtatunk. Nagyítás váltáskor azonban a mezőrekeszt és az apertúra rekeszt az objektív apertúrájának megfelelően be kell állítani. Növekvő nagyítású és apertúrájú

objektíveknél a mezőrekesz átmérőjét csökkenteni, az apertúra rekeszt pedig növelni kell. Olyan mikroszkópoknál, melyeknél a lámpa a műszerbe van beépítve, a mikroszkóphoz mellékelt műszerleírásból megtudhatjuk, hogy a talpazaton hol helyezkedik el a mezőrekesz nyitását és zárását működtető állítógomb és hol lehet az apertúra rekesz nyitását változtatni. Az előbbi a/ pont szerinti beállítás most elmarad, mert a megvilágító sugarak útját gyárilag szabályozták, a mikroszkopizáló csupán az izzólámpa kismértékű mozgatásával állítja élesre az előbbi b/ pont alatt leírtakhoz hasonlóan az apertúra rekesz síkjában az izzószál képét. Ezután a c/ pont szerint a mezőrekesz képét a kondenzor állításával leképezzük a tárgy síkjába. Ha ez a rekeszkép nincsen a látómező közepén, akkor a tükröt helyettesítő, a talapzatba beépített sugáreltérítő prizma mozgatásával központosítunk. A prizma, ha

szükséges a talpazaton található állítócsavarokkal dönthető meg. A további szabályozás, illetve beállítás menete azonos az előző d/ pontba leírtakkal. Nagyításváltáskor a mezőrekesz és az apertúra rekesz az e/ pont szerint állítható be. BME Atomfizika Tanszék 2006. 6