Анализ и оптимизация параметров осветительного устройства микроскопа

• Автор: Виноградова, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 120 с. : ил.

I1,'
Глава 1. Краткий исторический очерк развития оптики микроскопов
® Глава 2. Оптотехника микроскопа
2.1. Оптическая схема микроскопа
2.1.1. Лупа, простой микроскоп
2.1.2. Сложный микроскоп
2.2. Разрешающая способность оптической системы микроскопа и полезное увеличение образованного ею изображения
«£, Глава 3. Анализ влияния освещения предмета в микроскопе на его
изображение
3.1. Квазимонохроматический свет
3.2. Корреляционные функции световых пучков лучей
3.3. Интерференция и дифракция квазимонохроматического света
• 3.4. Образование изображения в частично когерентном свете
3.5. Влияние освещения предмета на разрешающую способность
оптики микроскопа
Глава 4. Светотехника микроскопа
4.1. Световой поток, формируемый оптической системой осветительного устройства микроскопа
4.2. Эффективность использования светового потока в оптической системе микроскопа
Глава 5. Система переменного увеличения в схеме осветительного
устройства микроскопа
5.1. Базовые схемы оптических систем переменного увеличения
5.2. Положение оптически сопряженных точек
# в оптических системах переменного увеличения
5.3. Оптическая система переменного увеличения в схеме
^ осветительного устройства микроскопа
Заключение
Литература
Приложение
Приложение
Приложение
л Приложение

Современный микроскоп является важным средством в развитии науки и техники. На протяжении длительного времени микроскоп применялся как визуальный прибор для рассматривания мелких деталей исследуемого объекта и его фотографирования. Применение в биологии физико-химических методов исследования вызвало потребность в получении количественной информации об изучаемом объекте и отдельных элементах его структуры; необходимость решения задачи определения оптических параметров минералов и руд, развитие фотоэмульсионного метода в ядерной физике привели к превращению микроскопа из наблюдательного прибора в измерительный.
В связи с развитием естественных наук и техники по мере необходимости создавались поляризационные, металлографические и другие новые типы микроскопов различного назначения. Применение ультрафиолетового и инфракрасного излучения в микроскопии значительно расширило область применения микроскопов. С появлением новых методов исследования в микроскопии (фазового контраста, интерференционного контраста, люминесцентного экспресс-анализа и т.д.) совершенствуются и сами микроскопы, превращаясь из наблюдательных и измерительных приборов в аналитические, оснащенные средствами электроники, автоматики и вычислительной техники.
Расчет оптических систем микроскопов и, в частности, микрообъективов-планапохроматов с повышенными оптическими характеристиками, является сложным и трудоемким делом [30].
Большой вклад в развитие оптики микроскопов внесли такие отечественные ученые, как А.П. Грамматин, А.Н. Захарьевский, В.А. Зверев, М.М. Русинов, В.Н. Чуриловский и др. [17, 21,31, 35].
Основным элементом в оптической системе микроскопа является объектив, который принято называть микрообъективом. Вопросы теории и практики проектирования линзовых объективов для микроскопов получили развитие в трудах Л.Н. Андреева, Т.А. Ивановой, Д.Н. Фролова, а зеркальных
микрообъективов - в трудах В.А. Панова [1, 26, 30]. Всякий последующий этап развития оптики микроскопа принципиально сводится к проектированию и постановке на производство новых комплектов микрообъективов, параметры которых не должны уступать параметрам лучших образцов микрообъективов зарубежных фирм при улучшенном качестве изображения. И в этом плане достигнуты весьма высокие результаты. Так, например, при планапохроматической коррекции аберраций в объективе ШП-ОПА-50БЭ-0 число Штреля в изображении осевой точки достигает 0,95, при этом число Штреля в изображении внеосевых точек не ниже 0,80 по всему полю.
При разработке оптической схемы осветительного устройства микроскопа решается, как правило, задача заполнения светом полевой и апертурной диафрагм при условии их полного открытия. Вполне очевидно, что осветительная система микроскопа наполняется в этом случае избыточным световым потоком, поступление которого в наблюдательную оптическую систему микроскопа ограничивается соответствующим изменением отверстий в полевой и апертурной диафрагмах. Известно, что устранить влияние рассеянного света в оптической системе на контраст образованного ею изображения практически не удается даже в отсутствии избыточного светового потока, а поэтому в технической документации на оптический прибор допустимая величина рассеянного света, как правило, указывается.
Таким образом, актуальность исследования параметров осветительных систем микроскопа, уточнения требований к ним и поиска путей устранения необходимости в избыточном световом потоке вполне очевидна. Важно при этом установить требуемый характер заполнения светом апертурной диафрагмы конденсора осветительного устройства из условия максимального разрешения тонкой структуры объекта с помощью микроскопа как визуального прибора, а также установить оптимальные значения параметров наблюдательной оптической системы микроскопа.
3.4. Образование изображения в частично когерентном свете
Прежде чем анализировать образование изображения в частично когерентном свете, определим степень когерентности в изображении протяженного некогерентного источника света, полученного с помощью центрированной оптической системы. Свет от каждой точки источника вследствие дифракции (а в общем случае - и аберраций) не собирается в одну точку, а распределяется в пределах пятна рассеяния, при этом пятна от соседних точек перекрываются, а поэтому в интенсивности в достаточно близких друг к другу точках в плоскости изображения вносится как когерентный, так и некогерентный вклад.
Предположим, что 5 - однородный квазимонохроматический
некогерентный источник излучения в виде круга радиуса р, излучающий свет со средней (в вакууме) длиной волны Л0 и расположенный в пространстве предметов в однородной среде с показателем преломления п. Обозначим расстояние между плоскостью предмета и плоскостью входного зрачка через Л Соответствующие величины в пространстве изображений обозначим теми же символами, но со штрихом, как показано на рис. 3.5.
Рис. 3.5 К вычислению степени когерентности в изображении некогерентного источника света Обозначим через с1 расстояние между двумя точками Рх и Р2 входного
(осевая) точка источника. В этом случае комплексная степень когерентности р(Р, Рг) в соответствии с выражением (3.64) равна:
Плоскость входного зрачка
Плоскость выходного зрачка
зрачка. Предположим, что — «1, — «1 и ОРх- ОР2 « Ло, где О - центральная