ВИДИМОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ ОКУЛЯРА

Увеличение оптического микроскопа

Увеличение микроскопа общее

является произведением увеличений объектива и окуляра. Если между объективом и окуляром есть дополнительная увеличивающая система, то общее увеличение микроскопа равно произведению значений увеличений всех оптических систем, включая промежуточные: объектива, окуляра, бинокулярной насадки, оптовара или проекционных систем.

Реплика однолинзового микроскопа Левенгука

Невозможно точно определить, кто изобрёл микроскоп. Считается, что голландский мастер очков Ханс Янсен и его сын Захарий Янсен изобрели первый микроскоп в 1590 г., но это было заявление самого Захария Янсена в середине 17 века. Дата, конечно, не точна, так как оказалось, что Захарий родился около 1590 году. Возможность скомбинировать две линзы так, чтобы достигалась большее увеличение, впервые предложил в 1538 году знаменитый врач из Вероны Джироламо Фракасторо. Другим претендентом на звание изобретателя микроскопа был Галилео Галилей. Он разработал «occhiolino» («оккиолино»), или составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами в 1609 году. Галилей представил свой микроскоп публике в Академии деи Линчеи, основанной Федерико Чези в 1603 году. Изображение трёх пчёл Франческо Стеллути было частью печати Папы Урбана VII и считается первым опубликованным микроскопическим символом (см. « Stephen Jay Gould, The Lying stones of Marrakech, 2000»). Десятью годами позже Галилея, Корнелиус Дреббель изобретает новый тип микроскопа, с двумя выпуклыми линзами. Кристиан Гюйгенс, другой голландец, изобрёл простую двухлинзовую систему окуляров в конце 1600-х, которая ахроматически регулировалась и, следовательно, стала огромным шагом вперёд в истории развития оптики (Гюйгенс разработал окуляр для телескопа). Окуляры Гюйгенса производятся и по сей день, но им не хватает широты поля обзора, а расположение окуляров при микроскопии неудобно для глаз по сравнению с современными широкообзорными окулярами. В 1665 г. англичанин Роберт Гук сконструировал собственный микроскоп и опробовал его на пробке. В результате этого исследования появилось название «клетка». Антони ван Левенгук (1632—1723) считается первым, кто сумел привлечь к микроскопу внимание биологов, несмотря на то, что простые увеличительные линзы уже производились с 1500-х годов, а увеличительные свойства наполненных водой стеклянных сосудов упоминались ещё древними римлянами (Сенека). Изготовленные вручную, микроскопы Левенгука представляли собой относительно небольшие изделия с одной очень сильной линзой. Они были неудобны в использовании, однако позволяли очень детально рассматривать изображения лишь из-за того, что не перенимали недостатков составного микроскопа (несколько линз такого микроскопа удваивали дефекты изображения). Понадобилось около 150 лет развития оптики, чтобы составной микроскоп смог давать такое же качество изображения, как простые микроскопы Левенгука. Так что, хотя Антони ван Левенгук был великим мастером микроскопа, он не был его изобретателем вопреки широко распространённому мнению.

Оптические схемы окуляров

Простая рассеивающая линза, расположенная перед фокусом объектива строит прямое изображение, но с ограниченным полем зрения. Этот тип линз был использован в первых телескопах, которые появились в Нидерландах в 1608 году, а затем были скопированы с небольшими улучшениями Галилеем в 1609 году, что послужило поводом для того, чтобы называть подобные окуляры галилеевскими. Этот тип окуляров до сих пор используется в очень дешёвых телескопах и биноклях (преимущественно в театральных).

Устройство окуляра Гершеля.

Окуляр Гершеля представляет собой стеклянную сферу со срезанным сегментом, обращённый плоской частью к глазу наблюдателя. Был изобретён Уильямом Гершелем в 1768 году.

Устройство окуляра Гюйгенса

где и являются фокусными расстояниями составляющих окуляр линз.

Из-за того, что в окулярах Гюйгенса не используется клей для удержания линз, любители астрономии иногда используют их для проекционных наблюдений Солнца, то есть для проецирования изображения Солнца на экран. Другие типы окуляров, в которых используется клей, могут быть при таком использовании повреждены интенсивным сфокусированным солнечным светом.

По оптической схеме аналогичен окуляру Гюйгенса, но с мениском в качестве линзы поля. Применяется в качестве особо длиннофокусного окуляра, когда необходимо поле до 55—60°. Аберрации исправлены также, как и в окуляре Гюйгенса.

Устройство окуляра Рамсдена

Окуляр Рамсдена состоит из двух плосковыпуклых линз с одинаковым фокусным расстоянием и сделанных из одинакового стекла, расположенных на расстоянии меньше одного фокусного расстояния друг от друга. Эта схема была создана изготовителем научного и астрономического оборудования Джесси Рамсденом в 1782 году. расстояние между линзами меняется в зависимости от дизайна, но обычно составляет что-то между 7/10 и 7/8 фокусного расстояния линз.

Устройство окуляра Доллонда

Окуляр Доллонда представляет собой собирающий ахроматический дублет. Был создан английским оптиком Джоном Доллондом в 1760 году и практически представляет собой ахроматическую версию окуляра Кеплера.

Предложен немецким оптиком Йозефом Фраунгофером и включает в себя две одинаковые плосковыпуклые линзы, расположенные вплотную друг к другу. Этим он отличается от похожего на него окуляра Рамсдена. В окуляре отлично исправлен астигматизм, зато значительна кривизна поля, ограничивающая полезное поле зрения 30—35°. В силу отсутствия склеенных поверхностей хроматизм увеличения не исправлен. По этой схеме построены некоторые из выпускаемых сегодня пластмассовых луп.

Отсутствие на протяжении длительного времени эффективных способов борьбы с паразитными бликами от непросветленных поверхностей линз заставило оптиков искать иные решения, позволяющие бороться с ними. Одним из таких способов можно считать предложенный оптиком Толлесом «сплошной» окуляр. По своему принципу действия он схож с окуляром Гюйгенса, но выполнен из одного куска стекла. Функцию полевой диафрагмы выполняет кольцевая проточка по ободу окуляра. В аберрационном отношении этот окуляр практически не отличается от гюйгенсовского.

Другой разновидностью «сплошного» окуляра можно считать предложенный американским физиком Чарльзом Гастингсом аналог окуляра Кельнера. Он состоит из двояковыпуклой толстой линзы и приклеенного к ней отрицательного мениска. Качество изображения не отличается от такового у окуляра Кельнера. Сейчас имеет лишь исторический интерес.

Очень похож на него и моноцентрический окуляр, созданный в ГОИ Д. Д. Максутовым в 1936 году для применения в лабораторных приборах. Также может рассматриваться как «сплошной» аналог окуляра Кельнера. Имеет довольно хорошую коррекцию аберраций в пределах поля 25—30°. Как и во всех окулярах с общим центром кривизны всех поверхностей, поле ограничено кривизной поля и астигматизмом. Конструкция удобна в изготовлении и эксплуатации, так как не требует точной центрировки относительно оси телескопа.

Несмотря на свою довольно простую конструкцию и не очень совершенное качество изображения, подобные окуляры могут представлять интерес и для современного любителя. Они наиболее удобны для наблюдений планет, когда требуется рассмотреть мелкие и малоконтрастные детали на их поверхностях. Дело в том, что любое просветляющее покрытие имеет мелкозернистую структуру и всегда слегка рассеивает проходящий через него свет, за счет чего вокруг ярких объектов образуется заметный ореол, на фоне которого и теряются детали изображения. Чем больше просветленных поверхностей в системе, тем в большей степени снижается контраст изображения наблюдаемого объекта. Довольно большим рассеянием обладают современные многослойные просветляющие покрытия. Обычная тщательно отполированная поверхность линзы вносит наименьшее рассеяние, поэтому идеальным окуляром для наблюдений планет (когда не требуется большого поля) остается простая непросветленная линза, свободная от бликов и практически не рассеивающая свет.

Окуляр Гастингса, тип II

«Однолинзовый» окуляр, представляющий собой симметричный склеенный триплет. Более известен как апланарная тройная лупа. В окуляре хорошо исправлены сферическая аберрация, хроматизм и кома. Поле зрения в 30—35° ограничено принципиально неустранимыми в этой системе астигматизмом и кривизной поля. Стеклянные лупы, выполненные по этой схеме, часто встречаются в продаже. Раньше широко использовался в качестве короткофокусного окуляра.

Устройство окуляра Кельнера

Окуляр Плёссла («симметричный»)

Устройство окуляра Плёссла

Этот окуляр дорог в производстве из-за высоких требований к качеству стекла и необходимости точного соответствия собирающей и рассеивающей линз для предотвращения внутренних отражений. Из-за этого качество разных окуляров Плёссла отличается. Существуют заметные различия между дешёвым окуляром Плёссла с простым оптическим просветлением и хорошо сделанным окуляром Плёссла.

Устройство окуляра Аббе (оротоскопического)

Устройство моноцентрического окуляра

Устройство окуляра Эрфле тип 2

Окуляр Эрфле представляет собой пятиэлементную оптическую систему, состоящей из двух ахроматических и одной простой линз. Этот тип окуляра был создан во время Первой мировой войны для военных целей и был описан Генрихом Эрфле в патенте США № 1478704 в августе 1921 года и был предназначен для получения более широких полей зрения, чем на четырёхэлементных системах, и явился дальнейшим развитием окуляров Кельнера и Плёссла, а тип 2 — двухкомпонентного окуляра с вынесенным зрачком Кёнига. Существует две разновидности окуляра Эрфле, примерно равноценных по своим оптическим свойствам — в первой простая линза располагается близ фокуса, сбоку от пары дуплетов, а во второй разновидности между ними. Иногда второй тип окуляров Эрфле называли «суперплёссл».
В центре поля зрения этого окуляра сферическая аберрация и хроматизм положения обычно отлично исправлены. Кома в средней части поля зрения может быть невелика. Светосила объектива с которым может эффективно работать этот окуляр ограничивается только проявлениями полевых аберраций.

Есть две схемы оптимизации окуляров Эрфле, касательно качества коррекции кривизны поля.

Схема исправляющая кривизну на большое поле зрения (порядка 60°), недостаточна коррегирована за другие полевые аберрации. Такие окуляры не очень хороши на больших увеличениях из-за астигматизма и бликов. Тем не менее, с антибликовыми покрытиями на малых увеличениях (фокусное расстояние от 20 мм и выше) они приемлемы, и прекрасны при фокусном расстоянии от 40 мм и больше.

При другой схеме оптимизации коррекции аберраций, получается окуляр, не уступающий Плёслам и ортоскопикам по всем параметрам, и прекрасно подходят для больших увеличений и планетных наблюдений.

Окуляры Эрфле очень популярны, так как имеют большие глазные линзы, хороший вынос зрачка и могут быть очень удобны в использовании.

Своё развитие окуляры Эрфле получили в шестилинзовых схемах модифицированного Эрфле, включающего три дуплета, схеме «Парагон» — два близфокальных синглета и два дуплета, и схеме «Паноптик» — два синглета между двумя дуплетами.

Устройство окуляра Кёнига

Окуляр Кёнига состоит из вогнуто-выпуклого собирающего дублета и плоско-выпуклой собирающей линзы. Сильно выпуклые поверхности дублета и собирающей линзы почти касаются друг друга. Вогнутая часть дублета обращена к источнику света, а почти плоская часть собирающей линзы обращена к глазу наблюдателя. Данный окуляр был разработан в 1915 году немецким оптиком Альбертом Кёнигом (1871—1946) как упрощённая версия окуляра Аббе. Оптическая схема позволяет получать большие увеличения при большом выносе зрачка — наибольшем выносе зрачка до изобретения оптической схемы Наглера в 1979 году. Поле зрения около 55° делает данные окуляры схожими с окулярами Плёссла, но с тем преимуществом, что для их изготовления нужно на одну линзу меньше.

Современные версии окуляра Кёнига используют усовершенствованные стёкла или добавляют больше линз, собранных в различные комбинации дублетов и синглетов. Наиболее распространённой адаптацией является добавление положительной вогнуто-выпуклой линзы перед дублетом, вогнутой стороной к источнику света и выпуклой — к дублету. Современные модификации как правило имеют поля зрения 60—70°.

Этот тип окуляров также известен как окуляр с удалённым зрачком.

Устройство окуляра RKE

RKE окуляр состоит из ахроматической линзы и двояковыпуклой собирающей линзы, расположенных в обратном по отношению к окуляру Кельнера порядке. Он был разработан Дэвидом Рэнком из компании «Edmund Scientific Corporation», которая продавала их в конце 1960-х — начале 1970-х годов. Данная оптическая схема предоставляет более широкое поле зрения, чем классический окуляр Кельнера и похожа на оптическую схему более распространённого окуляра Кёнига.

Является развитием окуляра Кёнига. За счет добавления простой линзы в нём удалось получить более совершенную коррекцию астигматизма и дисторсии.

Устройство окуляра Наглера типа 2

Устройство окуляров Наглера

Количество оптических элементов в окулярах Наглера может показаться сложной, но на самом деле идея довольно проста: каждый окуляр Наглера имеет рассеивающий дублет, который повышает увеличение и сопровождается несколькими собирающими группами. Эти группы, отделённые от рассеивающего дублета, комбинируются для получения большого фокусного расстояния и формирования собирающей линзы. Это позволяет получать выгоду от использования слабо увеличивающих линз. Практически окуляр Наглера является комбинацией линзы Барлоу с длиннофокусным окуляром. Эта оптическая схема широко используется в окулярах с широким полем зрения или большим выносом зрачка.

В современном микроскопе практически всегда есть осветительная система (в частности, конденсор с ирисовой диафрагмой), макро- и микровинты для настройки резкости, система управления положением конденсора.

В зависимости от назначения, в специализированных микроскопах могут быть использованы дополнительные устройства и системы.

Планахроматический объектив с увеличением 40, числовой апертурой 0,65, коррекцией на бесконечную длину тубуса и толщину покровного стекла 0,17 мм

Объектив микроскопа представляет собой сложную оптическую систему, образующую увеличенное изображение объекта, и является основной и наиболее ответственной частью микроскопа. Объектив создаёт изображение, которое рассматривается через окуляр. Поскольку окуляры могут давать существенное увеличение, то и оптические искажения, вносимые объективом, также будут увеличены окуляром. Это накладывает на качество объектива значительно большие требования, чем на окуляр.

Объективы биологических микроскопов и других микроскопов (кроме стереоскопических) в значительной степени унифицированы и взаимозаменяемы. На взаимозаменяемость в первую очередь влияют механические (присоединительные) параметры объектива.

Механические параметры объектива

Присоединительная резьба объективов стандартизована в 1858 году Royal Microscopical Society (RMS, ISO 8038, ГОСТ 3469). Сегодня эта резьба используется практически во всех микроскопах кроме стереомикроскопов или специальных. Диаметр резьбы 4/5″ (~20 мм), шаг 1/36″.

Оптические параметры объектива

Объектив микроскопа характеризуется номинальным увеличением (как правило из ряда 2,5; 3,2; 4; 5; 10; 20; 40; 63; 100; 120). Кроме того:

Кроме того указывается буквенное обозначение коррекции искажений:

Буквенные обозначения особенностей применения объектива:

Широкопольные окуляры с увеличением 10 и выносом зрачка 20 мм

Окуля́р — обращённая к глазу часть микроскопа, предназначаемая для рассматривания с некоторым увеличением оптического изображения, даваемого объективом микроскопа. Типовые увеличения окуляров для микроскопов от 5 до 25 единиц. Так же как и объективы, окуляры различаются по качеству, то есть величине оптических искажений, вносимых окуляром. Однако вклад искажений объектива обычно превалирует в сбалансированном микроскопе благодаря тому, что искажения объектива дополнительно увеличиваются окуляром, а искажения самого окуляра — нет. Поэтому окуляры обычно характеризуются другими параметрами, в первую очередь удобством оператора. Как правило, под этим удобством понимают ширину поля зрения и вынос зрачка.

Вынос зрачка — расстояние от окуляра до глаза. Как правило лежит в диапазоне 5.20 мм. Если оператор носит очки, то пользоваться окуляром с выносом 5 мм фактически невозможно. Наиболее комфортным считается расстояние 10.20 мм: с очками побольше без очков меньше. Излишне большой вынос зрачка также неудобен.

Поле зрения окуляра — угловой размер изображения, видимого через окуляр. Считается, что широкое поле зрения (большой угловой размер изображения) удобнее для работы, чем узкое. Широкопольные окуляры зачастую обозначаются буквой W и визуально отличаются большой площадью линзы.

Система освещения с конденсором

Система освещения препарата

В первых микроскопах исследователи вынуждены были пользоваться естественными источниками света. Для улучшения освещённости стали использовать зеркало, а затем — и вогнутое зеркало, с помощью которого на препарат направляли лучи солнца или лампы.
В современных микроскопах освещение регулируют с помощью конденсора.

Конденсор тёмного поля

Конденсоры тёмного поля применяются в темнопольной оптической микроскопии. Лучи света направляются конденсором таким образом, что они не попадают напрямую во входное отверстие объектива. Изображение формируется светом, рассеивающимся на оптических неоднородностях образца. В ряде случаев метод позволяет исследовать структуру прозрачных объектов без их окрашивания. Разработан ряд конструкций конденсоров тёмного поля, имеющих линзовую или зеркально-линзовую оптическую схему.

Методы контрастирования изображения

Многие объекты плохо различимы на фоне окружения из-за своих оптических свойств. Поэтому микроскопы оснащаются разнообразными инструментами, облегчающими выделение объекта на фоне среды. Чаще всего это разнообразные методы освещения объекта:

Метод интерференционного контрастирования объекта. Поскольку свет — это электромагнитная волна, то у него есть понятие фазы. Визуализируются фазовые искажения света на объекте наблюдения. Для этого используется сочетание специальных конденсора и объектива.

Предметный столик выполняет роль поверхности, на которой размещают микроскопический препарат. В разных конструкциях микроскопов столик может обеспечить координатное движение препарата в поле зрения объектива, по вертикали и горизонтали, или поворот препарата на заданный угол.

Предметные и покровные стёкла

Первые наблюдения в микроскоп производились непосредственно над каким-либо объектом (птичье перо, снежинки, кристаллы и т. п.). Для удобства наблюдения в проходящем свете, препарат стали размещать на стеклянной пластинке (предметное стекло). Позже препарат стали закреплять тонким покровным стеклом, что позволило создавать коллекции образцов, например, гистологические коллекции. Для исследования методом висячей капли используются предметные стёкла с лункой — камеры Ранвье.

Для количественного учёта клеток, взвешенных в какой-либо жидкости, используют счётные камеры — предметные стёкла особой конструкции. В медицине для учёта форменных элементов крови применяется камера Горяева.

Устройства защиты объектива

В процессе поиска фокуса возможна ситуация, когда оптика объектива упрётся в столик или образец. В микроскопах встречаются механизмы предотвращения контакта или снижения тяжести последствий. К первым относятся настраиваемые ограничители вертикального движения столика. Ко вторым относятся подпружиненные объективы, в которых линзовый узел окружён приливом корпуса и подвижен. При контакте объектива с препаратом прилив корпуса предотвращает воздействие на линзу, а подвижность снижает усилие удара.

Наличие в оптическом тракте микроскопа образцового рисунка (штриховки или других знаков с известным проецируемым размером) позволяет лучше оценить размеры наблюдаемых объектов.

Окуляр Кельнера с фокусным расстоянием 25 мм.

Элементы и группы

Элементы — это отдельные элементарные линзы, «синглеты».

Группа — это сложная линза, склеенная из нескольких простых, элементарных линз (элементов). Когда группа склеена из пары элементов (двухлинзовая группа), то она называется дублетом; если из трёх — триплетом.

Первые окуляры имели только одну линзу, которая строила весьма искажённые изображения. Двух- и трёхэлементные линзы были изобретены немного позже и быстро стали стандартом из-за хорошего качества изображения. Сейчас инженеры с помощью компьютеров и специализированного программного обеспечения разработали окуляры с семью или восемью элементами, дающие хорошие, резкие изображения.

Внутренние отражения и блики

Внутренние отражения, также называемые бликами вызываются дисперсией света, проходящего через окуляр и снижают контраст изображения, проецируемого окуляром. Иногда из-за этого возникают т. н. «призрачные изображения». Из-за этого долгое время (до изобретения антибликовых покрытий) предпочитали использовать простые оптические схемы с минимальным количеством контактов между стеклом и воздухом.

Одним из решений этой проблемы на данный момент является использование тонкоплёночных покрытий на поверхности оптических элементов. Эти покрытия имеют толщину в одну-две длины волны и предназначены для уменьшения эффекта внутренних отражений путём изменения преломления света, проходящего через элемент. Некоторые покрытия могут также поглощать свет в процессе т. н. полного внутреннего отражения, если свет падает на покрытие под малым углом.

Латеральные хроматические аберрации вызываются разницей показателя преломления для света с разной длиной волны. Например, голубой свет, проходящий через элемент окуляра, сфокусируется не в той же точке, что и красный. Из-за этого вокруг объектов может возникать цветная кайма или же наблюдаться общая размытость изображения.

Единственное решение этой проблемы — использование множества элементов, выполненных из разных видов стекла. Ахроматы (апохроматы) — группы линз, которые собирают свет с соответственно двумя или тремя и более разными длинами волн в одном фокусе и почти устраняют цветную кайму. Низкодисперсные стёкла также могут использоваться для уменьшения (но не устранения) хроматической аберрации.

Лонгитудная хроматическая аберрация — тот же эффект, возникающий из-за слишком больших фокусных расстояний объективов рефракторов. Микроскопы, фокусные расстояния линз которых в целом гораздо меньше не страдают от этого эффекта.

Окуляры с разным посадочным диаметром. Слева направо: 2 дюйма (50,8 мм), 1,25 дюйма (31,75 мм), и 0,965 дюйма (24,5 мм).

В оптических инструментах применяются, как правило, следующие стандартные посадочные диаметры трубки окуляра: для телескопов — 0.965″, 1.25″, 2″ и 2,4″(в линейной мере 24.51, 31.75 мм, 50.8 мм, 61 мм), для микроскопов — 23.2 мм, 30 мм, 32 мм.

Длина посадочной втулки (юбки, барреля) обычно составляет для 1,25″ окуляров: 15—30 мм, для 2″ окуляров: 30 мм.

Фокусное расстояние окуляра — это расстояние от его главной плоскости до той точки, где лучи света или их продолжения (в случае окуляра Галилея) пересекаются в одной точке. От фокусных расстояний окуляра и объектива или главного зеркала (в случае рефлектора) зависит угловое увеличение. Как правило, фокусное расстояние отдельного окуляра выражается в миллиметрах. При использовании окуляров с конкретным инструментом иногда предпочитают сортировать их по увеличениям, которые будут получаться при их применении.

Для телескопа, угловое увеличение, получаемое при использовании с каким-либо окуляром можно высчитать по формуле:

Увеличение возрастает при уменьшении фокусного расстояния окуляра или возрастании фокусного расстояния объектива или главного зеркала. Например, 25-мм окуляр с телескопом с фокусным расстоянием в 1200 мм даст увеличение в 48 раз, 4-мм же окуляр с тем же телескопом даст увеличение в 300 раз.

Астрономы-любители различают окуляры по их фокусному расстоянию, выраженному в миллиметрах. Обычно они составляют от 3 до 50 мм. Тем не менее, некоторые астрономы предпочитают различать окуляры по увеличению, даваемому ими с тем или иным инструментом. В астрономических отчётах лучше указывать увеличение, так как это даст больше представления о том, что видел наблюдатель. Однако без привязки к телескопу, увеличение становится величиной практически бесполезной для описания каких-либо свойств окуляра.
По фокусному расстоянию телескопические окуляры можно разделить на длиннофокусные, средние и короткофокусные.

Для сложного микроскопа соответствующая формула:

В отличие от телескопических, основной характеристикой микроскопических окуляров является увеличение, а не фокусное расстояние. Увеличение окуляра микроскопа и увеличение объектива определяются по формулам:

откуда увеличение можно выразить, как произведение увеличений объектива и окуляра:

Например, при использовании 10×-окуляра и 40×-объектива микроскоп будет увеличивать в 400 раз.

Это определение углового увеличения проистекает из необходимости менять не только окуляры, но и объективы из-за чего увеличение получается зависящим от двух факторов. Исторически Аббе описывал микроскопические окуляры отдельно в терминах углового увеличения окуляра и начального увеличения объектива. Это оказалось удобно для разработки оптических схем. но было неудобно для практической микроскопии, из-за чего от этой системы отказались.

Общепринятое расстояние наименьшего фокуса составляет 250 мм, и увеличение окуляра рассчитывается исходя из этой величины. Обычно увеличения составляют 8×, 10×, 15× и 20×. Фокусное расстояние окуляров в миллиметрах может быть определено делением 250 мм на увеличение окуляра.

Современные инструменты используют объективы, скорректированные на бесконечность, а не на 160 мм, и поэтому, требуют наличия дополнительной коррекционной линзы в тубусе микроскопа.

Положение фокальной плоскости

Обычно фокальная плоскость окуляра расположена за пределами его линз, перед линзой поля. В этой плоскости можно разместить сетку или микрометрическое перекрестие. В некоторых типах окуляров, например, в окулярах Гюйгенса и Наглера, фокальная плоскость расположена между линз окуляра, и, следовательно, размещение в фокальной плоскости сетки неосуществимо.

Фокальная плоскость располагается на срезе опорной окулярной втулки прибора, и соответственно, опорной втулки окуляра. Если же у окуляра фокальная плоскость смещена, величина этого смещения называется парфокальностью, и измеряется от опорной окулярной втулки прибора в сторону объектива.

Имитация вида в телескоп при использовании разных окуляров. На центральном изображении используется окуляр с таким же фокусным расстоянием, что и слева, но с более широким полем зрения окуляра, что выражается в более крупном изображении, показывающем большую площадь неба. Справа — окуляр с меньшим полем зрения, дающий то же истинное поле зрения, что и на изображении слева, но с большим увеличением.

Окуляр Плёссла с широким полем зрения окуляра

Поле зрения определяет насколько много можно увидеть через окуляр. Поле зрения может меняться в зависимости от увеличения, получаемого с помощью данного телескопа или микроскопа, и также зависит от характеристик самого окуляра.

Термин «поле зрения» может иметь три значения:

Если известно угловое поле зрения окуляра, то истинное поле зрения телескопа с этим окуляром можно рассчитать по следующей формуле:

Фокусное расстояние — то расстояние, на котором линза или зеркало соберут лучи света в одну точку.

Формула имеет погрешность около 4 % или меньше при поле зрения окуляра до 40° и около 10 % для 60°.

Если поле зрения окуляра неизвестно, то истинное поле зрения можно приблизительно рассчитать по формуле:

Вторая формула в целом более точная, но производители обычно не указывают диаметр полевой диафрагмы. Первая формула не будет точна, если поле зрения не плоское или превышает 60°, что вполне обычно для окуляров с ультрашироким полем зрения.

По величине поля зрения окуляры делятся на: широкоугольные, средние и с «эффектом замочной скважины».

Вынос выходного зрачка

Вынос выходного зрачка: 1 — действительное изображение; 2 — диафрагма; 3 — вынос зрачка; 4 — выходной зрачок

Вынос выходного зрачка — расстояние от глазной линзы окуляра до точки на его оптической оси, куда следует поместить глаз, чтобы увидеть все поле зрения.

Как правило, вынос зрачка колеблется между 2 и 20 мм, в зависимости от конструкции окуляра. Длиннофокусные окуляры как правило имеют больший вынос зрачка. а короткофокусные — малый, что, как уже говорилось выше, может быть проблематичным. Рекомендованный минимальный вынос зрачка — около 5—6 мм.

Увеличение телескопической оптической системы

В телескопических системах видимое увеличение равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра, а при наличии оборачивающей системы это отношение следует дополнительно умножить на линейное увеличение оборачивающей системы.

Моно-, бино- и тринокулярные микроскопы

Изображение, сформированное объективом, может быть непосредственно подано в окуляр или разделено на несколько идентичных изображений. Микроскопы без деления называются монокулярными, в них смотрят одним глазом. Удобство наблюдения двумя глазами предопределило широкое распространение бинокулярных микроскопов с двумя идентичными окулярами. Кроме того, микроскоп может оснащаться фотоаппаратурой, которая может монтироваться либо вместо штатных окуляров, либо в отдельный оптический порт. Такие микроскопы именуются тринокулярными.

Некоторые микроскопы позволяют освещать объект через объектив микроскопа. В этом случае используется специальный объектив, выполняющий также функции конденсора света. В оптическом тракте микроскопа устанавливается полупрозрачное зеркало и порт источника света. Чаще всего такой механизм освещения используется при люминесцентной микроскопии в ультрафиолетовых лучах.

Оптическая схема современного стереомикроскопа. A — объектив B — поворачивающиеся объективы C — регулятор увеличения D — внутренний объектив E — призма F — оборачивающая система линз G — окулярная сетка H — окуляр

Стереомикроскопы предназначены для тонких работ под микроскопом, например в часовом деле, микроэлектронике, микромоделизме, нейрохирургии и т. п. Для таких работ нужно правильно оценивать положение наблюдаемых объектов под микроскопом в трёх координатах, для чего требуется стереовидение, большая глубина резкости (глубина зрения) и значительное пространство под объективом для работы. Стереомикроскопы имеют невысокое увеличение (несколько единиц или десятков), большое рабочее расстояние объектива (расстояние от оптики до точки наблюдения, обычно несколько сантиметров), в них нет регулируемых столиков и встроенных систем освещения. Для удобства работы стереомикроскоп не «переворачивает» изображение. Объектив стереомикроскопа чаще всего несменный.

В инвертированном микроскопе образец наблюдается снизу

При отражении света от объектов его поляризация может изменяться. Чтобы визуально выявить такие объекты, их освещают поляризованным светом, полученным после специального поляризационного фильтра. Отразившись, свет проходит через оптический тракт поляризационного микроскопа, в котором установлен второй поляризационный фильтр. Таким образом, через эту пару фильтров пройдет только тот свет, который соответствующим образом изменит свою поляризацию при отражении от наблюдаемого препарата. Остальные участки препарата окажутся затемнены.

Люминесцентные (флуоресцентные) микроскопы

Люминесцентный микроскоп Альтами ЛЮМ 1. Чёрная коробочка позади микроскопа — источник ультрафиолета

Некоторые вещества обладают люминесцентными свойствами, то есть способны излучать свет одной длины волны при облучении другой. Люминесцентные или флуоресцентные микроскопы — это микроскопы, снабжённые осветителем с контролируемой длиной волны для наблюдения свечения таких препаратов. Поскольку свечение возникает со стороны освещения, максимально эффективна подсветка со стороны наблюдателя, то есть прямо через объектив микроскопа, что успешно реализуется в таких микроскопах. Кроме того, микроскопы, предназначенные для работы в ультрафиолетовом диапазоне снабжаются специальными объективами, пропускающими ультрафиолет и не имеющими собственной паразитной люминесценции в ультрафиолете. Такие объективы маркируются FLUOR или аналогично. Флуоресцентные микроскопы часто бывают конфокальными, кроме того, для них реализованы технологии субдифракционного разрешения. Такие микроскопы широко применяются для проведения биологических исследований.

Измерительные микроскопы служат для точного измерения угловых и линейных размеров наблюдаемых объектов. Для оценки размеров в оптическом тракте микроскопа имеется образцовый рисунок (штриховка или другие знаки) с известным проецируемым размером. Используются в лабораторной практике, в технике и машиностроении.

Развитие видеотехники оказало существенное влияние на оптические микроскопы. Помимо упрощения документирования наблюдений электроника позволяет автоматизировать рутинные операции. А при отказе от непосредственного наблюдения глазом отпадает необходимость в классическом окуляре. В простейшем случае при модернизации микроскопа вместо окуляра устанавливается специальная оптическая конструкция для проецирования изображения на матричный фотоприёмник. Изображение фотоприёмника передаётся в ЭВМ и/или на дисплей. Существуют также комбинированные профессиональные микроскопы оснащённые третьим оптическим портом для установки фотоаппаратуры. В некоторых современных устройствах возможность прямого наблюдения глазом может отсутствовать полностью, что позволяет создавать простые и удобные в работе приборы компактного дизайна. Использование многоэлементных фотоприемников позволяет вести наблюдения не только в видимом, но и примыкающем к нему участках спектра.

Устройство оптического микроскопа: A — окуляр; B — объектив; C — объект; D — конденсор; E — предметный столик; F — зеркало.

В наши дни окуляры широко применяются в оптических микроскопах, телескопах, биноклях, подзорных трубах, оптических прицелах, приборах ночного видения. Ранее окуляры применялись в видоискателях некоторой фото-, кино- и видеотехники, однако в современной аппаратуре они вытеснены дисплеями. Также процесс замещения окуляров на дисплеи идет в микроскопии и телескопах.

Видимое увеличение

Увеличе́ние, опти́ческое увеличе́ние — отношение линейных или угловых размеров изображения и предмета.

Лине́йное увеличе́ние, попере́чное увеличе́ние — отношение длины сформированного оптической системой изображения отрезка, перпендикулярного оси оптической системы, к длине самого отрезка. При идентичных направлениях отрезка и его изображения говорят о положительном линейном увеличении, противоположные направления означают оборачивание изображения и отрицательное линейное увеличение.

Масшта́б изображе́ния, масштаб макросъёмки — абсолютная величина поперечного увеличения.

Продо́льное увеличе́ние — отношение длины достаточно малого отрезка, лежащего на оси оптической системы в пространстве изображений к длине сопряжённого с ним отрезка в пространстве предметов.

Углово́е увеличе́ние — отношение тангенса угла наклона луча, вышедшего из оптической системы в пространство изображений, к тангенсу угла наклона сопряжённого ему луча в пространстве предметов.

Ви́димое увеличе́ние — одна из важнейших характеристик оптических наблюдательных приборов (биноклей, зрительных труб, луп, микроскопов и т. д.). Численно равно отношению углового размера наблюдаемого через прибор оптического изображения предмета к угловому размеру этого же предмета, но при наблюдении невооружённым глазом.

Также применяется отдельно к окуляру как части наблюдательной оптической системы.

Также применяется к произвольным оптическим системам.

В телескопческих системах видимое увеличение равно отношению фокусных расстояний объектива и окуляра, а при наличии оборачивающей системы это отношение следует дополнительно умножить на линейное увеличение оборачивающей системы.

Увеличение лупы, окуляра

Основная статья: Лупа

Видимое увеличение лупы равно отношению расстояния наилучшего зрения (250 мм) к её фокусному расстоянию.

.
.

Полезное

Увеличение микроскопа общее является произведением увеличений объектива и окуляра. Если между объективом и окуляром есть дополнительная увеличивающая система, то общее увеличение микроскопа равно произведению значений увеличений всех оптических систем, включая промежуточные: объектива, окуляра, бинокулярной насадки, оптовара или проекционных систем.

Гм = βоб × Гок × q1 × q2 ×

Максимальное полезное увеличение

Для любого микроскопа и телескопа существует максимальное увеличение, за пределом которого изображение выглядит более крупным, но никаких новых деталей не выявляется. Это случается когда мельчайшие детали которые позволяет обнаружить разрешающая сила прибора совпадают по размерам с разрешающей способностью глаза. Дальнейшее увеличение иногда называется пустым увеличением.

Простейший окуляр, например, окуляр Гюйгенса, состоит из двух линз: коллектива (называемого также линзой поля) и глазной линзы; сложные окуляры состоят из четырёх — пяти или более линз. Некоторые окуляры имеют фокусировку для близоруких и дальнозорких. Для микрофотографии пригодны только компенсационные окуляры, фотографические окуляры и так называемые гомалы, или усиливающие системы. Также некоторые окуляры могут иметь встроенный наглазник.