Viková, M. : MIKROSKOPIE I Mikroskopie I M. Viková

Transkript

1 Mikroskopie I M. Viková LCAM DTM FT TU Liberec, martina.vikova@tul.cz

2 MIKROSVĚT nano Poměry velikostí mikro size m micela virus světlo 6 písek molekula protein vlas baktérie lidská buňka

3 Standardní úrovně studia textilních materiálů Mikroskopická úroveň Mesoskopická úroveň Makroskopická úroveň vlákno pojidlo Vlastnosti vláken Vlastnosti přízí Vlastnosti výrobku

4 Příklady konstrukce současných SM I Zeiss Axio Imager Z1m Vzpřímený mikroskop

5 Příklady konstrukce současných SM II Leica DM IRB Invertovaný mikroskop

6

7 Mikroskop 1) Mikroskop má okulár a při pozorování obrazu přikládáme oko těsně k okuláru. Okulár a oko pak představují projektiv, který promítá meziobraz na sítnici. 2) Při ostření mikroskopu měníme vzdálenost mezi preparátem a objektivem tak, abychom viděli ostrý obraz, bez ohledu na to, zda nosíme brýle nebo ne. 3) Při fotografování obrázků z mikroskopu se meziobraz zaostří přímo na film fotoaparátu (fotoaparát bez objektivu!). Podobně se umísťuje i televizní kamera. 4) Objektivy mikroskopů jsou tvořeny složitou soustavou čoček, aby bylo dosaženo perfektní korekce optických vad meziobrazu. 5) Mikroskopy mají složitější okuláry. Jednoduchou čočkou okuláru nemusí projít všechny paprsky, které projdou objektivem Tento problém odstraní tzv. polní čočka, která bývá součástí okulárů.

8 TEORIE ZOBRAZENÍ A KONSTRUKCE SVĚTELN TELNÉHO MIKROSKOPU (SM) I Opticky se jedná o dvoustupňovou soustavu tvořenou objektivem a okulárem doplněnou osvětlovací soustavou. Obraz je skutečný,zvětšený a převrácený f <a<2ftj.předmět se nachází ve vzdálenosti mezi ohniskovou vzdáleností a dvojnásobkem ohniskové vzdálenosti a objektiv vytvoří obraz O1 předmětu P což znamená,že v případě že a <f okuláru, spojná soustava okuláru vytvoří obraz O2, který je zdánlivý,zvětšený a přímý (nepřevrácený). Celkový obraz předmětu vytvořený mikroskopem je proto zdánlivý zvětšený a převrácený.

9 VÝPOČET ZVĚTŠEN ENÍ SVĚTELN TELNÉHO MIKROSKOPU

10 ROZLIŠOVAC OVACÍ MEZ A NUMERICKÁ APERTURA I Zpřesněná teorie: Frauenhoferův ohyb na kruhovém otvoru (vstupní pupila) a Rayleighovo kriterium Bodu předmětu odpovídá ohybový obrazec Rayleighovo kriterium: dva body jsou rozlišené pokud centrální maximum kroužku 1 právě splývá s prvním minimem kroužku 2 Ernst Abbe ( )

11 ROZLIŠOVAC OVACÍ MEZ A NUMERICKÁ APERTURA II Suchý objektiv Imerzní objektiv Vyšší numerická apertura poskytuje ostřejší obraz při stejném zvětšení

12 ROZLIŠOVAC OVACÍ MEZ A NUMERICKÁ APERTURA III Příklad: 40 x 1.3 N.A. objektivu při λ=530 nm λ x NA = 2 x 1.3 = 0.20 μm 40 x 0.65 N.A. objektivu při l=530 nm λ x NA = 2 x.65 = μm

13 HLOUBKA OSTROSTI KONTRAST tloušťka T vrstvy vzorku kolmé k optické ose, kterou vidíme ostře zobrazenou definice: I1, I2 jasy v obraze 1 - pozadí, 2 objekt MOŽNOSTI: 1. I1>>I2 k + 1 (pozitivní kontrast) 2. I1= I2 k = 0 (bez kontrastu) 3. I1<< I2 k = (-1) (negativní kontrast) Z=

14 Chromatická Aberace Bílé světlo Objekt (malá tečka) F Modrá F Červená Obraz ovlivněný chromatickou aberací Disperze světla způsobuje, že ohnisko pro různé barvy neleží na stejném místě tento efekt se nazývá chromatická aberace. Výsledkem je halo efekt barev. Řešení: Použití 2 čoček rozdílného tvaru z různých materiálů ( achromatický doublet )..

15 Sférick rická Aberace Objekt (malá tečka). F Obraz ovlivněný sférickou aberací Sférická (též kulová nebo otvorová) vada vzniká tehdy, pokud na čočku dopadá široký svazek paprsků, přičemž paraxiální paprsky se za čočkou setkávají v jiném bodě než okrajové paprsky širokého svazku. Vzdálenost Δx mezi body, v nichž se setkávají paraxiální a okrajové paprsky, se nazývá sférická aberace. Výsledkem je rozmazaná kruhová ploška místo bodu. Řešení: Určitého zostření obrazu lze dosáhnout odcloněním okrajových paprsků. Omezováním obrazu však klesá světlost obrazu. Tuto vadu lze také částečně kompenzovat kombinací čoček nebo použitím asférických čoček

16 Koma Koma je vada čočky, kdy na čočku dopadá široký svazek paprsků, který není rovnoběžný s optickou osou. Pokud je dopadající svazek paprsků dostatečně široký, nebude se bod zobrazovat jako úsečka, ale bude v různě vzdálených rovinách od optické soustavy vytvářet složité obrazce, které tvarem připomínají komety. Astigmatismus Astigmatická vada (astigmatismus) je vada, kdy při zobrazení roviny kolmé k optické ose dochází k tomu, že body v navzájem kolmých osách se nezobrazí ve stejné vzdálenosti. Astigmatismus také způsobuje rozdílné zobrazení pokud paprsek dopadá na optickou soustavu kolmo nebo pod úhlem. Distorze Ke zkreslení dochází tehdy, je-li zvětšení vnějších částí předmětu odlišné od zvětšení vnitřních částí. Zkreslení lze dobře vidět pomocí tzv. rastru. Pokud jsou vnější části předmětu zvětšeny více, mluvíme o poduškovitém zkreslení, jsou-li naopak zvětšeny méně než vnitřní části, pak se jedná o zkreslení soudkovité. Další Aberace..

17 Objektiv

18 Huygensův v okulár Fs oční čočka polní čočka (kolektor) nitkový kříž oční pupila 1) Předmětové ohnisko této soustavy F s leží uvnitř okuláru v těsné blízkosti kolektoru. Tímto bodem prochází tedy rovina meziobrazu. 2) Nitkový kříž je chráněn před poškozením, protože leží uvnitř okuláru. 3) Tento okulár nelze použít jako lupu. 4) Vzdálenost mezi kolektorem a oční čočkou je polovina součtu jejich ohniskových vzdáleností.

19 Ramsdenův v okulár Fs oční čočka kolektor oční pupila 1) Poloha předmětového ohniska této soustavy F s je před kolektorem. Tímto bodem prochází rovina meziobrazu (nevhodné pro nitkový kříž). 2) Ohnisková vzdálenost kolektoru je rovna 3/4 ohniskové vzdálenosti oční čočky. Oční čočka leží přibližně v obrazovém ohnisku kolektoru. 3) Tento okulár poznáme podle toho, že jej lze použít jako lupu. 4) Velikost pupily oční čočky bývá přibližně stejná, jako má oko.

20 Současn asné okuláry

21 Binokulárn rní mikroskop zrcadlo P objektiv okuláry rozteč je nastavitelná podle vzdálenosti očí dělič paprsků L 1) Binokulární mikroskop není stereo mikroskop. 2) Každé oko pozoruje svým okulárem meziobraz preparátu. Pozorování oběma očima je méně únavné než jedním okem. 3) Současnou ostrost obou dílčích obrazů je třeba postupně doladit jednotlivými okuláry.

22 Stereomikroskop předmět ϕ oči P L 1) Každé oko vytváří v mozku samostatný obraz předmětu. Ty se trochu od sebe liší. 2) Na základě zkušenosti chápeme rozdílnost obrazů prostorově. 3) Význam zkušenosti vynikne, když si uvědomíme, že prostorově vidíme i jen jedním okem (změna zákrytu předmětů v různých hloubkách). P P ϕ dva okuláry předmět L dva objektivy L 1) Stereomikroskop se skládá ze dvou samostatných mikroskopů, jeden pro levé a druhý pro pravé oko. 2) Čím větší je úhel ϕ, tím výraznější je stereovjem.

23 Kondenzory

24 Typy osvětlen tlení souhrn

25 DIA vs. EPI osvětlen tlení - textilie DIA EPI