Fénymikroszkóp

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A mikroszkóp az emberi szem által nem (vagy csak nehezen) látható dolgok vizsgálatára szolgáló eszköz.

Az eszköz lényege egy lencserendszer, ami az emberi szem számára felnagyítja, ezáltal vizsgálhatóvá teszi a nagyon kis mérető dolgok (tárgyak, baktériumok, sejtek) képét. A fénymikroszkóp felbontóképességét, illetve elérhető nagyítását a fény hullámhossza korlátozza.

A fénymikroszkóp metszeti rajza.

A mikroszkóp felépítése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A mikroszkóp optikai és mechanikai elemekből tevődik össze.

Mechanikai elemek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Talpazat és a tubustartó

Tubustartó.
A mikroszkóp talpazata.

A mikroszkóp a leggondosabb kivitelű finommechanikai szerkezetek közé tartozó optikai műszer.

A műszer rezgésmentes biztos egyensúlyát, munkaasztalon való szilárd állását a súlyos U alakú talpazat biztosítja.

A korszerű mikroszkópok talprésze üregesen van kiképezve, amelynek belsejében helyezik el a megfigyelt preparátum megvilágításához szükséges fényforrást. A talpazatra van felépítve a dönthető tubustartó amely magába foglalja:

  • a tubust a revolverfoglalattal
  • az X-Y irányba mozgatható tárgyasztalt
  • a preparátumok megvilágításhoz szükséges megvilágító rendszert ( dönthető tükör, szűrőtartó, kondenzor lencserendszer a rekesszel)
  • valamint a mikroszkóp beállításához szükséges megfelelő kezelőgombokat.


A tubus és a revolverfoglalat

Három objektíves revolverfoglalat.
A tubus.

A tubus rendeltetésileg az okulár és az objektív befoglalására szolgál.
Felső - szem felé eső oldalán az okulárok , alsó – tárgy felé eső oldalán az objektívek csatlakoznak a tubushoz.
Az okulárok egyszerűen becsúsztathatóak, az objektívek csavarmenettel illeszkednek a tubushoz. Az objektívek ma már túlnyomó többségben 3 – 6 objektívet befogadó revolverfej közbeiktatásával illesztik a tubushoz.





A tárgyasztal

Négyszög alakú mikroszkóp tárgyasztal.
Kör alakú mikroszkóp tárgyasztal.
Mikroszkóp preparátumokat hordozó tárgylemez és fedőlemez.

A tárgyasztal az objektív alatt elhelyezkedő kör vagy négyszög alakú asztal amely a preparátum elhelyezésére szolgál.
A kondenzorból érkező megvilágító sugarak számára közepén kerek vagy négyszög alakú nyílással van ellátva, amelyen keresztül a megfigyelt preparátum alulról megvilágítható.
Az asztal a megfelelő kezelőgombok segítségével X-Y irányba mozgatható (koordinátaasztal).
A preparátumot tartalmazó tárgylemez rögzítése rugós pántok segítségével történik. A komolyabb mikroszkópok el vannak látva fűthető - hűthető tárgyasztallal, amely különleges vizsgálati eljárásokat tesz lehetővé.


Az élességállítás mechanikai megoldásai

Fogasléces élesség állítás.
Az élesség állítás kezelőgombjai - felső a durvaállítás - alsó a finomállítás.
Finomállító óramű.

A mikroszkóp mechanikai szerkezeti elemeinek egyik legfontosabbika az élességállítás mechanikája, amelynek biztosan, kotyogás - mentesen kell működnie.
A durva élességállítás megvalósítására kizárólag fogasléc – fogaskerék kombinációt alkalmaznak.
Az emelt - süllyesztett mechanikai elemet rendszerint fecskefark illesztés vezeti azzal a céllal, hogy a megfelelő élességet megkapjuk.
A kép élesre állításához szükséges finomállítást valamilyen finomemelkedésű csavarmenet vagy óraműves megoldással oldják meg.
A finommozgatás intervalluma szerkezetileg korlátozott érték, legtöbbször 2 mm, és mozgáshatárai a mikroszkóp állványon, jól látható helyen, osztásvonalakkal meg van jelölve.
A finomállító kezelőgomb egy teljes körfordulásával az emelkedés 0,1 mm.


A mikroszkóp optikai elemei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A mikroszkóp optikai elemei: az objektívek (tárgylencsék), okulárok (szemlencsék) és a megvilágító berendezések (tükrök, kondenzorok).

A mikroszkóp működése és nagyítása

A mikroszkóp optikai rajza.

A mikroszkóp olyan összetett optikai nagyító rendszer , amellyel a vizsgált tárgy (preparátum) kétszeres nagyítási módszerrel vizsgálható.
Szorosan vett értelemben a mikroszkóp két képalkotó gyűjtőrendszerből tevődik ősszé:

1 - a tubusnak a tárgy felé forduló részén elhelyezkedő tárgylencse ismertebb nevén az objektív,

2 - valamint a szem felé forduló részén elhelyezkedő szemlencse az úgynevezett okulár.

A mellékelt ábrán láthatóan az objektív az y tárgyról y’ nagyított reális fordított képet alkot az okulár tárgyoldali gyújtósíkjában. Az okulár ezt a már felnagyított képet újra felnagyítja és az y’’ virtuális képet hozza létre - a szem alkalmazkodási fokától függően a végtelenbe vagy a tisztalátás távolságába vetítve.

A mikroszkóp nagyítása

A fentiekből láthatóan a mikroszkóp két centrált optikai rendszernek, az objektívnek és az okulárnak a kombinációja.
Az így kialakított optikai rendszer össznagyítása a két optikai elem az objektív és az okulár nagyításának szorzatával egyenlő.

Képletesen kifejezve:

(1) Nmik. = βob. x Nok.

A kombinált rendszer gyújtótávolsága :

(2) fr. = 250 / βob x Nok.

Ahonnan :

  • 250 = a tisztalátás távolsága,
  • βob = az objektív önnagyítása,
  • fr. = a rendszer gyújtótávolsága,
  • és Nok. = az okulár lupenagyítása.

A (2) egyenletből láthatóan a mikroszkópot egy nagyon rövid gyújtótávolságú nagyítónak (lupe) lehet tekinteni, amelynek nagyítása:

(3) Nl = 250 / fr.

Egy példával alátámasztva a fentieket:

Legyen az objektív önnagyítása βob = 10x és az okulár lupenagyítása Nok. = 10x , a (1) egyenlet értelmében a mikroszkóp nagyítása :

Nmik. = βob. x Nok. = 10 x 10 = 100 X

A (2) egyenlet értelmében a kombinált rendszer gyújtótávolsága:

fr. = 250 / βob x Nok = 250 / 10 x 10 = 2.5 mm.

A (3) egyenlet értelmében mikroszkóp nagyítása mind lupe(szögnagyítás):

Nl = 250 / f = 250 / 2.5 = 100X.

Láthatóan mind két egyenlettel egyenlő nagyítási értéket kapunk.
Az (1) egyenlet a tárgy – kép lineáris méreteit , a (2) egyenlet a látószögek viszonyait veszi figyelembe.

A korszerű mikroszkópok a kényelmesebb betekintés érdekében 45 (egyeseknél 60 fok) fokban megtört binokuláris tubussal (okulárcső) vannak ellátva.
Ez sokkal kényelmesebb és kevésbé fárasztó megfigyelést tesz lehetővé mint az egy szemmel (monokuláris) való megfigyelés.

Binokuláris okulárcső

Az objektív képalkotó sugarait a binokuláris tubusban prizmarendszer osztja két egyenlő részre (50% - 50%) és vezeti a jobb illetve a bal szem tubuscsonkjához.
A két párhuzamos okulártubus közötti távolság bizonyos határok közt változtatható, így a megfigyelő személy a két okulártubus tengelytávolságát saját szemének pupillatávolságához tudja igazítani.
Két ismertebb binokuláris rendszer, a Siedentopf és a Jentzsch terjedt el a gyakorlatban.

Siedentopf és a Jentzsch-féle binokuláris feltétek optikai rajzai.

Mind két rendszernél a sugárosztó prizmák okozta megnövekedett optikai úthossz miatt, további lencserendszer (tubuslencse) beépítése szükséges ahhoz, hogy az objektív képalkotó sugarai újra az okulár tárgyoldali gyújtósíkjában egyesüljenek.
Az objektívek önnagyítása és optikai hibáinak korrekciója 160 (vagy 170) mm-es optikai úthosszra vannak kiszámítva.
A beépített lencserendszer a fentiek miatt egyben képminőségi korrekciót is végez, ez azért szükséges mert a megnövekedett optikai úthossz miatt az objektív leképezése nem az előírt minőségi értéket adná.
A binokuláris feltét okozta nagyításváltozást a tubusfator fejezi ki, amit minden esetben a feltéten jól látható helyen feltüntetnek, amelynek értéke gyártó cégtől függően 1,5 – 1,7 X.

A nagyítás megjelölése az egyes optikai elemeken.

Binokuláris feltétek között vannak olyan megoldások is amely kiküszöböli a járulékos nagyítást, ebben az esetben a tubusfaktor (tubus-tényező) értéke 1.
Az így kialakított mikroszkópok nagyításának meghatározásához már nem felel meg az (1) egyenlet, a η tubus-tényezőt is figyelembe kell venni.

Az (1) egyenlet az alábbiak szerint alakul tubus faktorral terhelt binokuláris feltét esetén :

(4) N = βob. x Nok x η

Ahonnan :

  • βob = az objektív önnagyítása,
  • Nok. = az okulár lupenagyítása,
  • és a η = a tubus-tényezővel.

A nagyítás meghatározásának könnyítése végett a mikroszkóp objektíveken és az okuláron a nagyítási értéket számszerűen feltüntetik.

Okulárok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Huygens okulárok.
Nagylátószögű Kellner típusú mikroszkóp okulár.
Az okuláron feltüntetett értékek.
Orhoszkopikus mikroszkóp okulár.
Kompenzációs mikroszkóp okulár.

Az okulár feladata az objektív által leképzett köztes kép másodlagos nagyítása.
Minden okuláron fel van tüntetve a saját nagyítását kifejező szám, ezen kívül betűjelek mutatják azt, hogy az okulár milyen objektívhez használható :

  • az A – val jelzett okulárok akromatikus objektívekhez illenek,
  • a C vagy K betű jelöli az apokromátokhoz tartozó kompenzációs okulárokat,
  • az AK jelzésűek olyan kompenzációs okulárok, melyek erősebb akromatikus objektívekhez alkalmazhatók,
  • és a PK betűk azokat a plán – kompenzációs okulárokat jelölik, amelyek plán – akromát vagy plán – apokormát objektívekkel együtt vetítésre valamint mikrofényképezésre alkalmasak.

Egyes gyártó cégek okulárjain kis körbe vagy egyszerűen a nagyítást kifejező szám után egy számot (pld. 15 vagy 15 mm) is feltüntetnek amely az okulár S látómezőszámát fejezi ki.
Ha az S látómezőszámot elosztjuk az éppen alkalmazott objektív önnagyításával, megkapjuk a látómezőben látott tárgyrészlet átmérőjét amely az alábbi egyenlet segítségével kiszámítható:

(5) δ(mm) = S / βob.

Ahonnan :

δ = az okulár látómezejét kitöltő tárgyrészlet átmérője

S = látómezőszám értéke

βob. = az objektív önnagyítása

Például:

A 10 X – es Huygens okulár látómezőszáma S = 14 és legyen az objektív önnagyítása βob. = 100 X.

Az (5) egyenlet értelmében az okulár látómezejét kitöltő tárgyrészlet átmérője :

δ(mm) = S / βob. = 14 / 100 = 0.14 mm átmérőjű tárgyrészlet látható mikroszkóppal.

Abban az esetben amikor a mikroszkóp tubusfaktorral terhelt (járulékos nagyítás) binokuláris feltéttel van ellátva az (5) egyenlet az alábbiak szerint módosul :

(6) δ(mm) = S / (βob. x η)

A fenti példa értékeinél maradva - és legyen a η = 1.4 - el (tubusfaktor), az okulár látómezejét kitöltő tárgyrészlet átmérője :

δ(mm) = S / βob. x η = 14 / (100 x 1.4) = 0.1mm

A mikroszkópokhoz többféle típusú okulárokat alkalmaznak, amelyeket az adott munka elvégzéséhez a célnak megfelelően cserélgetnek.

Ezek közül a főbb típusok családjába az alábbiak tartoznak :

  • Huygens okulár
  • Kellner okulár (javított Ramsden okulár)
  • Orthoszkopikus okulár

Objektívek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

IOR gyártmányú mikroszkóp objektívek. [1]
Az olasz Optika cég által gyártott mikroszkóp objektívek. [2]
IOR gyártmányú mikroszkóp objektívek. [3]
Régebbi mikroszkóp objektívek. [4]

A mikroszkóp objektív rendszerint összetett - típustól függő - korrigált lencserendszer.

Felépítését tekintve két csoportra oszthatóak :

1 - dioptrikus

2 - katadioptrikus

Az első csoportba a lencsékből felépített objektívek, a másodikba a tükörobjektívek sorolhatóak.

A tükörobjektívek két típusa használatos a gyakorlatban :

1 - a Schwarzschild rendszer – csak reflexió,

2 - és a Maksutow rendszer – amelyik reflexió és refrakció útján alkot képet.

A tükörobjektíveket a gyakorlatban főképpen a ultraibolya és az infravörös színképtartományban végzett vizsgálatoknál alkalmazzák.

Schwarzschild mikroszkóp objektívek. [5] [6]
Az objektívet jellemző teljesítmény adatok. Bővebben - [7]

Látható fényben alkalmazott mikroszkóp objektíveket színi korrigáltságuk alapján az alábbiak szerint csoportosíthatóak :

  • akromátok - legáltalánosabban alkalmazott két színre korrigált mikroszkóp objektívek,
  • fluoritrendszerek - fél apokromátoknak is nevezik, színkorrekciójuk jobb mint az akromátok színkorrekciója,
  • apokromátok - kiváló optikai tulajdonságokkal rendelkező három színre korrigált objektívek,
  • plánakromátok - mikrofényképezés számára tervezett, képmezőhajlástól mentesített objektívek,
  • plánapokromátok - kiváló minőségű, mikrofényképezés számára tervezett, képmezőhajlástól mentesített objektívek,
  • monokromátok - az ultraibolya színképtartomány meghatározott hullámhosszúságú sugárzására korrigált objektívek.

A fentiekben említett objektíveket kétféle kivitelben gyártják:

1 – száraz rendszerű objektívek - amelyeknél a preparátum fedőlemeze és az objektív frontlencséje közötti közeg maga a levegő,

2 – immerziós rendszerű objektívek - amelyeknél a preparátum fedőlemeze és az objektív frontlencséje közötti közeg egy ismert törésmutatójú folyadék (pld. Cédrusolaj).
A kitöltő közeg valamilyen folyadékra való cseréjével az objektív numerikus aperturájának növekedése érhető el, amely a mikroszkóp felbontóképességét nagymértékben megnöveli.

Az objektíveket jellemző teljesítmény adatokat az objektívfoglalat külső palástján a gyártó cégek feltüntetik.

A főbb feltüntetett adatok :

  • a csoport megnevezés - pl. APO - apokromatikus objektív,
  • a nagyítás - pl. 100X,
  • a numerikus apertura - pl. 1.30,
  • a fedőüveg vastagság - pl. 0.17,
  • a tubushossz - pl. 160 , az objektív nagyítása 160 mm tubushosszra érvényes.

A számszerű nagyítási érték feltüntetése mellett egy színes gyűrűt is találunk az objektíven, amely szintén a nagyítás beazonosításában segít.

A színkódolásra az alábbi rendszert alkalmazzák:

  • fekete - 1x,
  • barna - 2x,
  • piros - 4x,
  • sárga - 10x,
  • zöld - 20x,
  • türkiz - 25x,
  • világoskék - 40x,
  • sötétkék - 60x,
  • fehér - 100x.

Mindezek mellett, más feliratok is utalnak a speciális mikroszkópi vizsgálatokhoz készített objektíveteken az alkalmazás jellegére.
Így az olajimmerziós objektíveken feltüntetik pl. a HI, IU vagy Oel betűket, a polarizációs vizsgálatokhoz alkalmas objektíveken pl. a P vagy Pol jelzést láthatjuk, a fáziskontraszt objektívek jelzése pl. Ph vagy Cf.

Mérések mikroszkóppal[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Mérőokulár.
Mozgószálas mérőokulár.


A megvilágítás optikai elemei[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Mikroszkóp kondenzor lencse és a fényt szabályozó irisz rekesz.
A megvilágítás optikai elemei kinyitott szűrőtartóval.
A megvilágítás optikai elemei – látható a két irányban mozgatható tükör, a kondenzor lencse a rekesszel és a kondenzor lencse fókuszát szabályozó kezelőgomb.
A mikroszkóp lámpa főbb elemei.
1 – Iriszrekesz,
2 - Szűrőtartó rések ,
3 – Rekesz nyílását szabályzó kar,
4 – Kollektor lencse előre - hátra mozgatását végző kezelőgomb,
5 - Lámpatest a megvilágító égő hűtését biztosító szellőző nyílásokkal,
6 - Megvilágító égő foglalat,
7 - Törpefeszültségű tápkábel (6 – 12 V).
Mikroszkóp külső megvilágítással ellátva.
Mikroszkóp lámpák.

A mikroszkópi készítmény (preparátum) ahhoz, hogy láthatóvá váljék a mikroszkópot megfelelő megvilágítással kell ellátni.

Ennek a követelménynek tesznek eleget az alábbiak:

  1. mikroszkóplámpa
  2. tükör
  3. kondenzor

A mikroszkóplámpa egy súlyos talpra szerelt, általában henger alakú, megfelelő erősségű égővel, íriszrekesszel, kollektor lencsével, színszűrővel ellátott lámpa. Célja az, hogy megfelelő erősségű koncentrált fénnyel lássa el a mikroszkópot. A mikroszkóplámpának az alábbi követelményeknek kell megfelelnie:

  • fényerős legyen
  • a fényforrásról lehetőleg, egyenletes eloszlású, állandó színhőmérsékletű fényt bocsásson ki
  • a fényforrás elé épített lencserendszer (kollektor) előre-hátra mozgatásával a fényforrás képét a kondenzor apperturarekesz síkjába lehessen vetíteni
  • folyamatosan változtatható átmérőjű rekesszel (íriszrekesz) rendelkezzék amellyel a kilépő fénynyaláb a kellő mértékben beszűkíthető
  • a kollektor és a rekesz közé szűrő legyen helyezhető

A tükör arra szolgál, hogy segítségével valamilyen külső fényforrás fényét a kondenzorlencsébe vagy a vizsgálandó preparátumra irányítsuk.
Két, egymásra merőleges tengely körül minden irányban elfordítható, melynek egyik oldala sík, a másik homorú. A sík oldalát akkor alkalmazzák amikor a preparátum megvilágítása a kondenzoron át történik, a homorú oldalt akkor amikor a kondenzor oldalra kihajtva a fény útjából el van távolítva.

A kondenzor szerepe az, hogy a tükrön át közvetített külső fényforrás fényét a vizsgált preparátum síkjába vetítse a lehető legnagyobb fénysűrűséggel. A beépített fényforrású mikroszkópok is a fenti elemeket tartalmazzák kisebb-nagyobb eltéréssel.


Mikroszkóp típusok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egyszerű egyokuláros laboratóriumi mikroszkóp.
Univerzális laboratóriumi mikroszkóp.
Sztereó mikroszkóp.
Fordított (inverz) mikroszkóp.
Egy korszerű sztereó mikroszkóp rajza.
A - tárgylencse
B - Forgó dobra szerelt hollandi távcsövek
C - Nagyítás váltó kezelőgomb
D - E - F - G - H - Binokuláris feltét [8]
Összehasonlító mikroszkóp.
A - B - Két egyforma nagyítású mikroszkóp
C - C' - Összehasonlítandó tárgy
D - Sugárosztó feltét

Az adott célnak megfelelően az idők folyamán különböző mikroszkóp típusokat gyártottak.
Ezek közül elsőnek megemlítendő az iskolai vagy tanulómikroszkóp melynek célja láthatóvá tenni az apró élőlényeket, sejteni és szövettani szerkezeteket, amelyeket a tanterv előír.
Szerkezeti egyszerűsége, közepes nagyítása, könnyen kezelhetővé teszi.
Általában egy két objektívvel - okulárral látják el.
A preparátumot megvilágító rendszer tükörből és egy tárcsa – fényrekeszből áll.
Nagyításuk típustól függően 40 – 400 X- os.
A komolyabb mikroszkópok közé tartoznak az úgynevezett - laboratóriumi mikroszkópok - amely a rutinszerű mikroszkópi munka eszköze.
A legtökéletesebb, sokoldalú mikroszkóp az úgynevezett - univerzális kutatómikroszkóp – amely felszereltsége komplexitásával a legmesszebb menő laboratóriumi igényeket is kielégíti.
Ez utóbbi két mikroszkóp nagyítása 30 – 1500 X - os.

Preparálási munkákhoz, apró állatkák boncolására, érmék, rovarok, ásványok vizsgálatára, a sztereó mikroszkópot alkalmazzák.
Előnye az előbbiekkel szemben az, hogy egyenes állású oldalhelyes térbeli képet ad nagy tárgytávolság mellett amely alatt kényelmesen lehet különböző apró munkákat elvégezni.
A sztereó mikroszkópotok nagyítása típustól függően 10-100 X - os. .
A mikroszkópok családjába tartoznak még a speciális vizsgálatokhoz szerkesztett áteső vagy ráeső fényben vizsgáló mikroszkópok.

Egy párat megemlítve:

  • Metallográfiai mikroszkóp - fémek, és más nem átlátszó minták felületének vizsgálata alkalmazzák,
  • Trichinoszkóp – célműszer, vágóhidak alkalmazzák Trichinával fertőzött sertéshús kimutatására,
  • Összehasonlító mikroszkópok - kriminalisztikai minták vizsgálatára, összehasonlítására alkalmazott mikroszkóp,
  • Kolposzkópok - nőgyógyászati vizsgálatok - operációk fontos eszköze
  • Kapillár mikroszkóp – bőrgyógyászatban alkalmazzák a bőrfelület alatti kapillárisok valamint a bőr felületének vizsgálatára,
  • Fordított (inverz) mikroszkópok – alul elhelyezkedő objektívvel felső megvilágítással ellátott - átlátszó tárgyak, folyadékok vizsgálatára alkalmas mikroszkóp,
  • Sebészeti mikroszkópok - mikrosebészeti műtétek elengedhetetlen tartozéka,
  • Ipari mikroszkópok – kész legyártott munkadarabok minőségi bevizsgálása alkalmazott - szög, furattávolság, furatátmérő, hosszúság stb. – mérésére alkalmas mikroszkóp.

Különleges rendeltetésű mikroszkópok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

McArthur-féle hordozható biológiai mikroszkóp.[9]
Zsebmikroszkóp [10]








Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Dr. Bernolák Kálmán - Dr. Szabó Dezső - Szilas László - A mikroszkóp zsebkönyv (Műszaki Könyvkiadó Bp - 1979).
  • Dr. Bárány Nándor - Optikai műszerek (Műszaki könyvkiadó Bp - 1954)
  • Heinz Pforte - Optikai műszerek (Műszaki könyvkiadó Bp - 1954)
  • S. Landsberg - Optika (Technikai könyvkiadó Bukarest - 1958)
  • Szőcs Tamás - Amatőr optikai műszerek tervezése (Kézirat - 1982)
  • Róbert Endre - Kis könyv a mikroszkópról (Kriterion könyvkiadó Bukarest 1984)
  • Prof. Bíró Gábor - Optikai műszerek (Egyetemi tankönyv - 1970)

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • mikroszkop.lap.hu [11]
  • Nikon Microscopy [12]
  • Hobbi mikroszkóp [13]
  • Antique microscopes (Muzeumok linkjei)[14]
  • Museum optischer Instrumente [15]
  • Antique microscopes [16]
  • Egy pár régi mikroszkóp [17]
  • Microscopy resourse center [18]
  • A fénymikroszkóp bemutatása - a Mozaik Kiadó videogyűjteményéből