Zpět
objektiv, okulár, clony, osvětlovací systém; uspořádání jednotlivých částí přehledně znázorňuje schéma průchodu světelných paprsků při pozorování pomocí světelného mikroskopu
zásadní rozdíl mezi objektivem a okulárem: objektiv vytváří tzv. skutečný zvětšený obraz, kdežto okulár jej pouze zvětšuje na tzv. neskutečný zvětšený obraz
Zpět
rozlišujeme podle toho, které vady čoček korigují:
| typ objektivu: | korekce na: | ||
| chromatickou vadu | sférickou vadu | astigmatismus | |
| achromát | 2 barvy | 1 barva | ne |
| apochromát | 3 barvy | 2 barvy | ne |
| planachromát | zhoršení | dokonale | ne |
| planapochromát | ano | ano | ano |
Zpět
Celkové zvětšení, kterého dosahujeme při zobrazení mikrostruktury pomocí světelného mikroskopu, je dáno součinem zvětšení objektivu a okuláru a pro jeho výpočet platí vztah
kde:
Zcelk je celkové zvětšení optické soustavy,
Zob je zvětšení objektivu a
Zok je zvětšení okuláru
Zvětšení mikroskopu lze rovněž vyjádřit v závislosti na ohniskových vzdálenostech objektivu a okuláru, kdy platí vztah
/fob)-(250/fok),kde:
fob a fok jsou ohniskové vzdálenosti okuláru a objektivu,
je optická délka tubusu mikroskopu, hodnota 250 [mm] je normální konvenční zraková vzdálenost lidského oka
Lidské oko
Numerická apertura objektivu je charakteristická hodnota daná konstrukcí objektivu, a je uvedena, stejně jako zvětšení, přímo na plášti objektivu. Numerickou aperturu značíme A, lze ji vyjádřit vztahem
,, - poloviční otvorový úhel objektivu
n - index lomu prostředí mezi čelní čočkou objektivu a povrchem metalografického vzorku
Charakteristická hodnota numerické apertury daná konstrukcí objektivu
Uvedená hodnota numerické apertury na plášťi objektivu
Suchý a imersní objektiv
Objektivy, které pracují na vzduchu, se nazývají suché, index lomu prostředí pro vzduch je n = 1. Index lomu lze zvýšit nanesením speciálního, tzv. imerzního, oleje s n = 1,52 mezi vzorek a objektiv - objektiv umožňující nanesení tohoto oleje pak nazýváme imerzním objektivem.
Imerzní objektiv
Podle nejnovějších poznatků lze použít i média s ještě vyšším indexem lomu, a to např. bromnaftalen n= 1,658 nebo metyleniodid n=1,740.
Rozlišitelná vzdálenost je definována jako nejmenší vzdálenost dvou bodů na pozorovaném objektu, které jsou od sebe ještě zřetelně rozlišitelné, a lze ji vyčíslit ze vztahu
/A,kde:
- vlnová délka použitého světla (0,35 až 0,7 mm pro viditelné spektrum). Rozlišitelná vzdálenost je v nepřímé úměře mírou rozlišovací schopnosti (zřejmě nejdůležitější ukazatel kvality) mikroskopu. Právě z důvodu snahy po dosažení co nejnižší rozlišitelné vzdálenosti, která je, se používá imerzní objektiv.
Pro posouzení možností daného objektivu v kombinaci s použitým osvětlením (které je možno korigovat pomocí barevných filtrů) se stanovuje mezní rozlišitelná vzdálenost:
- Pro suchý objektiv (max. Zob = 50x, A = 0,9) a bílé světlo ( = 0,5
m): dmin = 0,6 m - Pro imersní objektiv (max. Zob = 100x, A = 1,35) a bílé světlo ( = 0,5 m): dmin = 0,4 m; při použití modrého světla ( = 0,35 m): dmin = 0,3 m
/2A.Toto uspořádání se tudíž využívá pro pozorování menších detailů, avšak díky nižší výtěžnosti je dosahována menší intenzita výsledného obrazu, při fotodokumentaci je tedy nutno prodloužit expoziční dobu.
Pozn. 2: Vzhledem k tomu, že výše uvedené hodnoty představují limitní možnosti zobrazení světelné mikroskopie jako metody, pro zvýšení rozlišovací schopnosti se dále používá zobrazení elektronovými mikroskopy, které pracují se svazkem urychlených elektronů o podstatně kratších vlnových délkách. Z uvedeného vyplývá, že čím je kratší vlnová délka, tím se zvyšuje rozlišovací schopnost.
Zpět
Ernas Abbe (1873) vysvětlil a experimentálně doložil fyzikální podstatu vzniku obrazu v optickém mikroskopu. Základní myšlenka jeho teorie spočívá v představě, že každý bod osvětleného objektu se stává zdrojem sekundárních sférických vln (Huygensův princip). Záření prošlé vorkem vstupuje v podobě sekundárních vln do objektivu a dostává se do zadní ohniskové roviny objektivu. Změny amplitudy a fáze světelných vln procházejících vzorkem Abbe popsal transmisní funkcí F (x,y), jejíž proměnné x a y značí souřadnice v předmětové rovině, která je kolmá na optickou osu mikroskopu.
Abbe odvodil vztah pro stanovení užitečného zvětšení, které je definováno jako zvětšení, které může lidské oko zřetelně rozlišit. Pro užitečné zvětšení platí vztah:
kde:
dl je vzdálenost rozlišitelná lidským okem. Rozlišovací schopnost lidského oka při pozorování ze vzdálenosti 250 mm je 300
m. U nejkvalitnějších imerzních objektivů lze dosáhnout numerické apertury cca 1.3 až 1.4. Pro nejkratší vlnové délky viditelného záření ( ~ 400 nm) se pak rozlišovací schopnost těchto objektivů blíží hodnotě 0,17 m.Pak po dosazení do předcházejícího vztahu dostáváme pro maximální užitečné zvětšení hodnotu Zuž max = 1500x. Z číselných kombinací numerických apertur a zvětšení objektivu bylo pro volbu normálního rozsahu zvětšení, tj. celkového užitečného zvětšení (optimální kombinace zvětšení objektivu a okuláru) odvozeno tzv. Abbeho pravidlo:
Dalším zvětšováním se ve struktuře neobjeví nové detaily, pouze se zvětší stávající, takové zvětšení nazýváme prázdné zvětšení - platí pro ně:
K prázdnému zvětšení dochází, pokud se při práci použije k danému objektivu okulár s příliš velkým zvětšením, to pak vede k překročení Zcelk už. a dochází k nežádoucímu a zbytečnému zvětšení.
Oproti tomu jakékoliv menší zvětšení než Zcelk už je nedostatečné, a pohybuje-li se v intervalu hodnot
pak ho nazýváme minimální zvětšení. K minimálnímu zvětšení dochází, když k danému objektivu s velkým zvětšením použijeme okulár s malým zvětšením. I tento postup je nežádoucí, protože nám unikají detaily rozlišené objektivem.
Zpět
Už bylo řečeno, že celkové užitečné zvětšení je definováno jako poměr rozlišení lidského oka dl k rozlišení objektivu dmin, kde průměrné rozlišení lidského oka je 0,3 mm. Protože dl je konstanta a dmin je přímo úměrné vlnové délce
a nepřímo úměrné numerické apertuře A, lze konstatovat, že čím bude mít použité světlo menší vlnovou délku , tím se zmenší dmin (za předpokladu konstantní numerické apertury A).
Z výše uvedeného lze vyvodit závěr, že se zkracováním vlnové délky použitého osvětlení roste celkové užitečné zvětšení mikroskopu. V praxi se proto využívá fialového filtru, který posouvá vlnovou délku použitého bílého světla z 0,5 m na 0,35 m. Zelený filtr ( ~ 0,7 m) se pak využívá pouze pro vyšší komfort obsluhy mikroskopu.
Zpět
je další charakteristikou ovlivňující metalografické pozorování. Je to vzdálenost mezi mezními rovinami, ve které je pozorovaný povrch ostře viditelný. Z geometrie uspořádání vyplývá, že hloubka ostrosti H závisí na rozlišitelné vzdálenosti dmin a na vstupním úhlu 2
použitého objektivu a je dána vztahem:
Hlobka ostrosti objektivu na straně vzorku
Pozn.: Pro zajištění ostrého obrazu platí (za předpokladu umístění stření úrovně roviny pozorovaného výbrusu do ideální roviny ostrosti) podmínka
kde:
h je výška reliéfu výbrusu v celé ploše zorného pole.