МИКРОСКОП*

Микроскоп* — оптический прибор, основанный на преломлении (диоптрический М.) световых лучей и служащий для получения сильно увеличенных действительных или мнимых изображений небольших, не различаемых невооруженным глазом предметов; изображения эти, полученные на расстоянии ясного видения от наблюдающего глаза, последним рассматриваются. В прежнее время устраивались, хотя с малым успехом, и М., основанные на отражении света (катоптрические). М. различаются простые и сложные. 1) Простые М. или лупы состоят из одной или нескольких чечевиц (см. Оптические стекла), расположенных так, что расстояние между отдельными чечевицами всегда меньше суммы их фокусных расстояний, и вся система нигде ни внутри ее, ни извне не дает и не может дать действительного изображения; рассматриваемый предмет помещается между конечной поверхностью системы и ее главным фокусным расстоянием. 2) Сложные микроскопы состоят из двух независимых оптических частей: объектива — собирающей чечевицы, дающей действительное, увеличенное и обращенное изображение предмета, помещенного между простым и двойным фокусным расстоянием ее, и окуляра — простой или сложной лупы, дающей мнимое увеличенное изображение того изображения предмета, которое составлено объективом, расположенное на расстоянии ясного зрения наблюдающего глаза. Простейшая схема хода лучей в сложном М. следующая (фиг. 1): лучи, исходящие от рассматриваемого предмета P2P1, находящегося за главным фокусом (F) объектива Ob, падают на последний, преломляются в нем, выходят сходящимся пучком и дают на некотором расстоянии P1‘P2 — действительное увеличенное обратное изображение предмета. Фиг. 1. Это изображение расположено между главным фокусом окуляра Oc и его ближайшей поверхностью. Глаз, помещенный над окуляром в A, видит Р 1 2" мнимое изображение, большее, чем Р 1 ‘Р 2, обратное относительно предмета Р 1 Р 2. Над объективом располагают обыкновенно диафрагму BB, ограничивающую пучок лучей, проходящий через объектив; через диафрагму пройдут все те лучи, которые при не преломленном (без объектива) распространении лучей прошли бы через некоторую фиктивную воображаемую диафрагму EE. [Эта воображаемая диафрагма EE, представляющая в то же время мнимое изображение BB в чечевице Ob, называется (по Аббе) зрачком объектива, см. Оптические стекла.] Угол E1P1E2 есть угол или, как говорят, отверстие входящего пучка лучей, угол Р 1 ‘В 1 Р 2 — отверстие преломленного пучка. Лучи, вышедшие из Oc расходящимися пучками, в плоскости AA образуют общий пучок наименьшего сечения. В этой плоскости, называемой глазной плоскостью, выгоднее всего поместить глаз наблюдателя [Точнее говоря, в этой плоскости должен лежать не глаз, а мнимое изображение глазного зрачка, даваемое хрусталиком; по Гельмгольцу, этот фиктивный зрачок глаза лежит на расстоянии 0,6 мм от настоящего и на 1/7 больше его), так как тогда в зрачок глаза попадет наибольшее количество света. Изображение Р 1 2" видно вполне резко или, как говорят, установлено тогда, когда расстояние плоскостей Р 1 2" и AA равно расстоянию ясного видения наблюдателя (для нормального глаза = 25 стм). Этой установки можно достигнуть либо уменьшая или увеличивая расстояние между Ob и Oc, либо оставляя это расстояние неизменным, но перемещая всю систему дальше от предмета Р 1 Р 2 или ближе к нему; на практике пользуются обыкновенно вторым приемом. При этом, очевидно, ничтожное перемещение всей системы относительно Р 1 Р 2 вызовет значительное перемещение окончательного изображения Р 1 2". Предмет Р 1 Р 2 может быть 1) либо самосветящимся, 2) либо видимым, благодаря отраженному от него, преломленному в нем или поглощенному им свету, идущему от постороннего источника (небо, лампа и т. д.). Преимущества сложного М. перед простым следующие: 1) при том же общем увеличении фокусные расстояния объектива и окуляра меньше, чем у равносильного простого М.; это в значительной степени облегчает изготовление стекол. 2) Наблюдаемый предмет находится дальше от конечной поверхности стекла объектива, чем от поверхности стекла равной по силе лупы. 3) Увеличение М. можно менять в известных пределах, пользуясь при одном и том же объективе различными окулярами. 4) Сложные М. имеют промежуточное действительное изображение, что дает возможность применять к получению изображений методы фотографии, а к измерению его — методы микрометрии (см. Микрометры). 5) Самое главное преимущество сложного М. перед простым заключается в том, что составлением всей системы из двух независимых частей можно достигнуть значительно более совершенного уничтожения сферической и хроматической аберрации (см. Оптические стекла), следовательно — и значительно большего угла зрения. Наиболее существенная часть микроскопа — его объектив. Первые объективы микроскопа состояли из одной — раньше не ахроматической, затем ахроматической чечевицы. Позже объективы начали составлять из нескольких расположенных друг над другом отдельных чечевиц; это представляло то преимущество, что: несмотря на общее короткое фокусное расстояние объектива, отдельные чечевицы его могли иметь не слишком малый радиус кривизны; соответственной комбинацией стекол легче избавиться в достаточной степени от аберрации; свинчивая с такого сложного объектива отдельные чечевицы, мы получаем ряд новых, более слабых по увеличению объективов. Последнее, однако, с успехом возможно лишь со сложными объективами, в которых каждая чечевица в отдельности избавлена от аберрации; этого достигнуть, однако, чрезвычайно трудно, и посему ныне при сильных увеличениях для каждого увеличения изготовляют отдельный сложный объектив, который никогда не развинчивается и успешно действовать может лишь как целое. Для уничтожения сферической и хроматической аберрации в объективах прибегают к различным средствам; чаще всего (по Амичи) в нижних стеклах объектива нарочно накопляют аберрационные ошибки, придавая чечевицам большую выпуклость, даже полушаровую форму, чтобы затем легче было соответственной комбинацией верхних чечевиц с обратными по знаку аберрационными ошибками совершенно избавиться от аберрации; фиг. 2 представляет сечение такой простейшей объективной системы. Фиг. 2. Объективная система сложного микроскопа. Для достижения возможно полного уничтожения аберрации в последнее время, по предложению профессора Аббе в Йене и по почину мастерской Цейса, начали применять разнообразнейшие сорта оптического стекла, особенно тяжелые борные и фосфатные стекла завода Шотта в Йене, а затем даже некоторые минералы (плавиковый шпат в мастерской Цейса). Таким путем Цейсу в Йене удалось достигнуть чрезвычайно полного уничтожения аберрации, особенно хроматической; такие объективы им названы апохроматическими. [ С них скопированы "семнапохроматы", "панапохроматы" и т. д. других оптиков.] При всех высоких своих достоинствах апохроматы страдают, однако, следующими недостатками: 1) поле резкого одновременного зрения у них весьма незначительно, т. е. когда центр изображения установлен на глаз резко, то края его нерезкие, и наоборот; этот недостаток апохроматов особенно резко выступает в микрофотографии. 2) Стекла, из которых составлены апохроматы, во влажном и теплом воздухе тропических стран со временем тускнеют. При расчете и конструкции объективов приходится еще принимать во внимание одно обстоятельство — а именно влияние покровного стеклышка (см. ниже), под которым располагают обыкновенно наблюдаемые предметы. Это стеклышко преломляет лучи, исходящие из наблюдаемого предмета P так (фиг. 3, где D — покровное стеклышко O — объектив), что они по продолжении не сходятся в одной точке, и эта разница в схождении различных лучей тем больше, чем больше толщина покровного стекла изображения (фиг. 3; два стекла: более толстое D и более тонкое D1). [Это несхождение лучей изображено на фиг. 3 в значительно увеличенном масштабе.] Фиг. 3. Чтобы собрать в одной точке эти лучи, следует, особенно в объективах с весьма коротким фокусом, соответственным образом вычислить кривизны составляющих его стекол. Обыкновенно так и поступают, принимая толщину покровного стекла за 0,15 мм, но иные конструкторы (Рейхерт, Цейс, Росс и др.) приготовляют особые коррекционные объективы, в которых небольшим раздвижением чечевиц объектива можно достигнуть исправления хода лучей для покровных стекол различной толщины. Аббе доказал, что способность М. различать тонкие детали строения наблюдаемого предмета будет тем больше, чем больше угол, составляемый крайними лучами, идущими из предмета и попадающими еще в объектив. Этот угол будет, очевидно, тем больше, чем короче фокусное расстояние и больше отверстие объектива. Если назовем этот угол через α, то величину n∙sin α /2=A, где n — коэффициент преломления той среды, в которой находится предмет и из которой исходят лучи, профессор Аббе назвал апертурой данного объектива (на фиг. 1 угол α равен E1P2E2). Величина A характеризует способность объектива различать тонкости в строении наблюдаемого предмета, поэтому с давних времен стараются по возможности ее увеличить. В воздухе (n =1) теоретический предел A будет 1 (так как sin 180/2 =sin90°=1); на практике удалось достигнуть A равным 0,90. Этим, казалось, достигнут был и предел увеличения апертуры; но еще в 1840 г. Амичи показал, что можно пойти еще дальше, если заставить лучи входить не из воздуха (n =1) в стекло, но из среды, имеющей n >1; действительно, в этом случае A, как и следует из формулы A=n∙sin α /2 будет больше. Первые подобные иммерсионные объективы были водяные, т. е. между поверхностью стекла объектива и покровным стеклышком располагалась капля воды, заполнявшая все пространство между ними; таким образом удалось дойти до апертур 1,15—1,20. Позже стали вместо воды пользоваться жидкостями с большим коэффициентом преломления; важный шаг в этом отношении сделал профессор Аббе, предложивший приготовлять однородные иммерсионные (homogene Immersion) объективы, т. е. такие, в которых покровное стекло, последнее стекло объектива и иммерсионная жидкость имеют один и тот же коэффициент преломления. Чаще всего для этой цели пользуются сгущенным кедровым маслом (nD =1,515); этим путем удалось достигнуть апертур 1,40 [Недавно Цейсом в Йене построен иммерсионный объектив с A =1,60, жидкостью служит монобромнафталин (n =1,66).]. На фиг. 4 изображен в 2 раза увеличенный разрез оправы и стекол апохроматического объектива с однородной иммерсией; фокусное расстояние его равно 2 мм, апертура — 1,40 [Иммерсионные системы почти не нуждаются в исправлении их относительно толщины покровного стекла.]. Фиг. 4. Апохромат Цейса с однородной иммерсией. Окулярами у М. служат почти исключительно окуляры Гюйгенса (Кампани), реже окуляры Рамсдена. Последние применяются главным образом тогда, когда необходимо получить действительное изображение от объектива ниже окуляра, например при измерениях изображения с помощью окулярных микрометров (см. Окуляр, Микрометр). В последнее время некоторые оптики (особенно Цейс) начали готовить окуляры М. отлично от обыкновенных; в этих новых типах как объектив, так и соответствующий ему окуляр в отдельности не исправляются относительно аберраций, но их располагают так, чтобы аберрации их компенсировали друг друга и они вместе давали лишенную аберрационных ошибок систему; такие окуляры называются компенсационными. Существует целый ряд приспособлений, располагаемых внутри окуляров и служащих для специальных наблюдений; таковы гониометрические окуляры, дающие возможность измерять углы кристаллов, видимых в М. (см. Гониометр); микрометрические окуляры (Рамсдена), в фокусе которых расположена тонкая стеклянная пластинка с мелкими делениями (1/100 мм) и служащие для измерения величины микроскопических объектов; поляризационные окуляры, дозволяющие наблюдать в поляризованном свете; спектральные окуляры (см. Спектральный анализ), дающие возможность наблюдать спектры поглощения предметов, исследуемых под М. Иногда желательно видеть (прямые, не обращенные) изображения в поле зрения М.; тогда прибегают к обращающим окулярам, в которых простая комбинация призм поворачивает изображение и делает его из обращенного прямым [О проекционных окулярах см. Фотография (научная).]. В Англии пользуются также часто стереоскопическими окулярами, в которых с помощью призм пучок лучей, идущих от объектива, разделяется на две части и направляется в два отдельных окуляра, приспособленные к бинокулярному рельефному зрению. Иногда раздваивающую пучок призму помещают у самого объектива; такой простейший бинокулярный М. Венгама изображен на фиг. 5. Фиг. 5. В нем призма A два раза отражает часть пучка и посылает эту часть в боковой окуляр E. Особенных преимуществ бинокулярные М. не представляют и сильных увеличений не допускают. Предметы, изучаемые под М., обыкновенно прозрачны и освещаются пропущенным светом. Для этой цели свет отражается на них с помощью плоского зеркала, дающего рассеянный свет, или вынутого, концентрирующего на объекте большое количество света. Таблица МИКРОСКОП Фиг. 6. Микроскоп с объективным револьвером и конденсатором Аббе. Фиг. 7. Конденсатор Аббе. Фиг. 8 и 9. Приборы для рисования и определения увеличения. Фиг. 10. Апертометр Аббе. В последнее время, для более сильной концентрации света, между зеркалом и предметом располагают еще особые конденсаторы (см.); наиболее совершенные из них, конденсаторы Аббе, представляют в сущности не что иное, как перевернутый большой объектив; сечение такого прибора дано на фиг. 7 табл. Для освещения непрозрачных предметов, наблюдаемых в отраженном свете, пользуются особыми чечевицами, концентрирующими на них свет сверху, сбоку (см. также Микроструктура стали). Для сужения пучка света, падающего от зеркала на предмет или конденсатор, пользуются диафрагмами различного диаметра, вставляемыми в трубку конденсатора. В последнее время пользуются главным образом введенными Цейсом райковыми диафрагмами или "ирис" (см. Объектив фотографический). Все части М. собираются на одном штативе. Подобный штатив М. со всеми приспособлениями современного М. изображен на фиг. 6 табл. На крепкой подковообразной ноге со стойкой A закреплена ось O, вокруг которой вращается собственно М.; последний может принимать все положения от горизонтального до вертикального, а закрепляется в своем положении посредством поворота рукоятки i. К верхней стойке P прикреплена трубка R, в которую с одной стороны (сверху) вдвигаются окуляры А 1, а с другой снизу ввинчиваются объективы. Для быстрой замены одного объектива другим устроен объективный револьвер R, в который ввинчиваются два объектива; повернув его вокруг оси Z на 180°, заменяем объектив I объективом II; объективы удерживаются на месте с помощью защелки m. Такие объективные револьверы устраиваются и на три, и даже четыре объектива. Приближение и удаление трубы (тубуса) М. к объекту (установка М.) производится сначала грубо, с помощью шестерни и зубчатки K, а затем уже точно, с помощью микрометрического винта с деленной головкой D, помещающегося внутри трубки P; указатель n позволяет отсчитывать части одного оборота винта. Под объективным револьвером лежит столик М., пластинка с отверстием в центре, служащая для закрепления на ней стеклышка с исследуемым объектом. Столики современных М. снабжены обыкновенно всеми необходимыми приспособлениями для удобного всестороннего перемещения объекта. В изображенном на чертеже столике возможно раньше всего вращательное движение объекта вокруг оси столика; угол поворота отсчитывается по лимбу T. Затем с помощью винтов a и a‘ можно дать объекту поступательное движение в двух перпендикулярных друг к другу направлениях. Предметное стекло на столике удерживается зажимом dc. Под столиком находится конденсатор J с расположенной под ним райковой диафрагмой f. Конденсатор делается в хороших штативах подвижным, для более удобной центрировки его. Детальный чертеж (разрез) конденсаторного устройства дан на фиг. 7 табл.; a — конденсатор, e —головка кремальеры, перемещающей весь конденсатор, d — ручка райковой диафрагмы (ирис). Под конденсатором (фиг. 6) видно зеркало g, с одной стороны плоское, с другой — вогнутое. Описанный тип микроскопного штатива наиболее употребительный; он введен был Обергейзером и усовершенствован Гартнаком. Этот тип часто называют континентальным, в отличие от английского типа, отличающегося весьма длинным тубусом (трубкой) и часто своеобразной системой освещения объекта. Описанный тип в исполнении различных оптиков принимает ту или другую форму, смотря по цели, которой он должен соответствовать, и требованиям, к нему предъявляемым. Так, например, штативы, предназначенные для исследований минералогических, снабжаются еще гониометрическими, поляризационными приспособлениями, особенными призмами для освещения сверху и т. д. Большинство оптических мастерских, изготовляющих М. [Лучшие из них: Цейс в Йене, Рейхерт в Вене, Ленц в Вецларе, Зейберт в Вецларе, Росс в Лондоне, Шевалье в Париже.], строит теперь и продает штативы совершенно независимо от оптической части М., так что при всяком штативе можно получить всякое увеличение, вставив лишь в него соответственные объектив и окуляр; однако применение сильного увеличения при плохом штативе совершенно нецелесообразно, так как при таких условиях невозможно достигнуть точной установки и надлежащего освещения. В последнее время между конструкторами М. проводится мысль принятия однообразного размера штативов и однородной винтовой нарезки (см. Винт), так чтобы объективы и окуляры всякой системы и всякой фирмы подходили ко всякому штативу. Оптические свойства М. характеризуются: 1) его увеличением, 2) его апертурой и, наконец, его разрешающей силой, т. е. способностью различать мелкие детали в изображении объекта. Разрешающая сила обуславливается как (главным образом) апертурой и увеличением, так, наконец, и достоинствами шлифовки стекол и степенью уменьшения в них аберрации. Поэтому разрешающая сила М. и принимается обыкновенно за общую характеристику его оптических достоинств. Общее увеличение М. слагается из увеличения его объектива и увеличения окуляра. Увеличение изображения, даваемого оптическим стеклом, применяемым как лупа, зависит от расстояния наилучшего видения наблюдателя; для единства принимают это расстояние равным 250 мм. Увеличением объектива называют обыкновенно то увеличение, которое он дает, если пользоваться им как лупой, т. е. приблизительно 250/f, где f — выраженное в мм фокусное расстояние объектива. Таким образом, объектив с фокусом в 4 мм имеет приблизительно собственное увеличение = 63. Увеличением окуляров или номером их, по почину Цейса, называют число, которое, будучи умножено на собственное увеличение данного объектива, даст общее увеличение комбинации из данного объектива и данного окуляра. Так, например, окуляр № 16 есть окуляр, который в соединении с объективом собственного увеличения n даст общее увеличение М., равное 16п [Для того чтобы "увеличение" окуляра не менялось в зависимости от применения того или другого объектива, в новейших штативах окуляры располагают так, чтобы фокусы всех окуляров попадали всегда в одну и ту же точку оси тубуса М.]. Как пример приводим таблицу общего увеличения М., составленного из некоторых апохроматических объективов и компенсационных окуляров Цейса.

Фокусное расстояние апохромата, в мм

Увеличение апохромата

Общее увеличение с компенсационным окуляром.

№ 4

№ 8

№ 12

№ 18

16,0

15,5

62

125

187

281

8,0

31,0

125

250

375

562

3,0

83,0

333

667

1000

1500

2,0

125,0

500

1000

1500

2250

1,5

167,0

667

1334

2000

3000

Общее увеличение М. определяется непосредственно с помощью приборов, дозволяющих видеть одновременно и изображение в М., и какую-либо внешнюю соответственно расположенную шкалу, например при помощи камеры-люциды (см.) или другого прибора для рисования микроскопических изображений. Простейший подобный прибор изображен на фиг. 8 табл. В коробочке K (фиг. 8, a), которая посредством кольца O надевается на М., находятся призмы A и B (фиг. 8, б), направляющие луч S, исходящий от какого-либо рядом с М. расположенного предмета, в глаз наблюдателя; параллельно в глаз входят лучи, непосредственно идущие из окуляра М., — лучи S‘. Таким образом глаз наблюдателя видит одновременно как изображение в М., так и внешний предмет. Если на столике М. расположить стеклянную мелко деленную (например, на 1/100 мм) шкалу, а рядом — обыкновенную шкалу, деленную на мм, то деления одной шкалы будут в глазу налегать на деления другой; если мы заметим, например, что каждое деление стеклянной шкалы на внешней шкале равно двум мм, то заключаем, что общее увеличение М. равно 2: 1/100 =200. Другой подобный прибор изображен на фиг. 9 табл. Посредством кольца R и винта C к окулярной трубке T прикреплена призмочка P, отражающая лучи KBP (Sp — обыкновенное зеркало), идущие от внешней шкалы вверх; параллельно проходят другие лучи, выходящие из окуляра M.; a и b — вспомогательные стекла для более резкого одновременного видения двух изображений. Для определения апертуры данного объектива пользуются проще всего апертометром Аббе. Это стеклянный полуцилиндр (фиг. 10 табл.), задняя плоскость которого скошена под углом в 45° к основанию его, так что лучи, попадающие вертикально в отверстие O, выцарапанное в небольшом посеребренном кружке, отражаются от скошенной задней плоскости и выходят горизонтально из A. Прибор кладут на столик М. и смотрят через М., снабженный исследуемым объективом в отверстие O. Глаз видит тогда благодаря полному внутреннему отражению острия перемещающихся указателей BB. Эти указатели раздвигаются до тех пор, пока изображения остриев не дойдут до самых краев поля зрения. Синус угла BOB даст тогда апертуру, но так как она получена в стекле, то, чтобы определить ее для воздуха, следует синус угла BOB умножить еще на коэффициент преломления стекла апертометра. Чтобы избежать вычислений, результаты такого умножения прямо нанесены на прибор: по нижней шкале отсчитывают апертуры, по верхней углы. В случае иммерсионных систем между отверстием O и объективом пускают каплю иммерсионной жидкости. Для определения разрешающей силы микроскопа, т. е. способности его передавать в микроскопическом изображении тонкие детали структуры предмета, пользуются пробными объектами, т. е. предметами искусственными или природными, обладающими весьма тонкой и мелкой отчетливой структурой. Весьма известна пробная пластинка Ноберта, состоящая из 20 групп [Существуют пластинки Ноберта и с 30, и с 19 группами.] все более и более мелких делений, нанесенных алмазом на стеклянную пластинку; в первой группе расстояние между чертами равно 0,001 парижской линии (0,0023 мм), в двадцатой — 0,00005 парижской линии (0,00011 мм). Первая ясно разделяется при увеличении 70, 6-ая или 7-ая — при увеличении около 300. Чаще пользуются для этой цели природными объектами — чешуйками крыл бабочек (Hipparchia Sanira) и в особенности сетчатой структуры известковой оболочки диатомей (см.). В следующей таблице в столбце A даны названия диатомей, в B — необходимая для разрешения (при прямом освещении) апертура, в N — соответствующая группа пластинки Ноберта, в D — приблизительное расстояние черточек в тысячных долях мм:

A

B

N

D

Navicula nobilis

0,15

1

2,0

Pleurosigma balticum

0,45

5

0,7

Pleurosigma attennatum

0,62

6

0,6

Pleurosigma angulatum

0,75

8—9

0,45

Nitzschia sigmoidea

1,05

11

0,36

Navicula rhomboides

1,30

13

0,33

Grammasophora subtilissima

1,40

16

0,26

Amphipleura pellucida

18—19

0,24

Гельмгольц и Аббе показали, что для ясного разделения под М. структурных элементов, отстоящих друг от друга на расстоянии d, нужна апертура не меньше A= λ /2d, где λ — длина волны света, который дает изображение. Эта зависимость может служить для вычисления предела разрешающей силы М. Для света средней длины волны λ =0,55 μ (где μ — одна тысячная мм, один микрон), наибольшее же A, удобно достигаемое без иммерсии, — 1,20; отсюда для предела различаемой структуры следует расстояние между отдельными элементами ее, равное приблизительно около 0,2 μ. На практике по многим причинам едва можно достигнуть при данных условиях d=0,5 μ. Предел этот можно понизить трояким путем: 1) уменьшив λ, т. е. взяв свет короткой длины волны, например λ =0,4 μ (ультрафиолетовый свет). Глаз может не видеть этих лучей, но изображение можно было бы получить фотографическим путем [Очевидно, все эти рассуждения чисто теоретические и выполнение их на практике встретило бы множество затруднений]. Благодаря этому предел d понизится до 0,4 μ. 2) Употреблением иммерсионных систем, которые содействовали бы уменьшению d не только увеличением апертуры, но и уменьшением длины волны, благодаря уменьшению скорости распространения света в иммерсионной жидкости. Взяв иммерсию в монобромнафталине, веществе с весьма большим коэффициентом преломления (n =1,66), достигнем величин d, равных 0,24 μ. 3) Аббе показал, что разрешающая сила М. повышается при косом освещении предмета и может при этом даже удвоиться. Приняв и это в расчет, получаем окончательный предел d=0,12 μ. На практике же разрешение черт с расстоянием d=0,4 μ представляет уже очень большие затруднения. По мнению Чапского (Czapski), одного из лучших знатоков микроскопической техники, ниже этого предела (d=0,12 μ) нельзя и надеяться когда-либо в будущем дойти [Czapski, "Die vorausichtlichen Grenzen der Leistungsf ä higkeit des Mikroskops" ("Zeitschr. f. Mikroskopie", т. VIII, стр. 145).]. Чтобы представить себе, каким увеличениям соответствуют данные пределы, примем, что человеческий глаз различает еще удобно элементы, отстоящие друг от друга на расстояние около 4 дуговых секунд. Тогда увеличение, нормально соответствующее апертуре A, будет N, а теоретически разрешимая структура будет иметь расстояние между элементами равное d.

А

N

d

0,30

317

0,92 μ

0,90

952

0,31 μ

1,20

1270

0,23 μ

1,40

1481

0,19 μ

1,60

1693

0,17 μ

Уже выше было сказано, что показанные пределы d с данными увеличениями на практике не достигаются. С другой стороны, часто стараются переходить и за указанные пределы увеличения, применяя слишком сильные окуляры. Такое злоупотребление сильными увеличениями тотчас отзывается на ясности изображения и не только не дает наблюдающему никаких преимуществ, но скорее вредит наблюдению. Мастера микроскопии работали и работают всегда с наименьшими допустимыми при данном объекте увеличениями. История М. Первые сложные М. построены были нидерландскими очковыми мастерами (Захарий Янсен в Миддельбурге?) около 1590 г.; они состояли из объектива и вогнутого окуляра (см. Оптические стекла). В 1646 г. Фонтана заменил вогнутый окуляр двояковыпуклой лупой и создал таким образом первый сложный М. того же типа, каким пользуются теперь. В 1665 г. Левенгук с целью увеличить поле зрения М. прибавил к окуляру второе собирательное стекло, т. е. устроил вместо простого окуляра-лупы окуляр Гюйгенса, изобретенный последним еще в 1659 г. и примененный к телескопу. Дальнейшего усовершенствования М. старались достигнуть уменьшением фокусного расстояния объективов; для этого соединяли в один объект даже несколько чечевиц (дублеты Дивини, 1668). Недостатки хроматической аберрации заставили обратиться к устройству катадиоптрических М., указанных впервые Ньютоном (1672 г.) и усовершенствованных Смитом, Брюстером и позже Амичи. Открытие принципа ахроматического соединения стекол вернуло конструкторов к идее диоптрического М. Эйлер теоретически рассчитал ахроматический объектив М.; построен и усовершенствован он был Мартином (1759), ван Дейлем (1807), Фраунгофером (1811) и Амичи (1816). Особые заслуги в этом отношении принадлежат французскому оптику Шевалье (1824), который, по расчетам Селлига, начал впервые строить сложные объективы из нескольких соединенных вместе отдельных чечевиц. Дальнейшие усовершенствования внесли Листер (1830) и Амичи. Последний, справедливо называемый одним из отцов современного М., первый указал на принцип иммерсии (водой, в 1870 г.; усовершенствования сделаны Гартнаком в 1855 г.), на способ компенсирования ошибок объектива окуляром и на применение полушаровой конечной линзы в объективе. Коррекционные объективы предложены были А. Россом в Лондоне (1839) и усовершенствованы Венгамом (1857). Так стояло дело до конца 70-х годов, когда началась новая эра в конструкции М., благодаря теоретическим работам профессора Аббе (в Йене) и неустанным стремлениям к усовершенствованию М., делаемым под руководством Аббе в оптической мастерской Цейса в Йене. Работы эти привели к открытию однородной иммерсии (1878), к устройству апохроматов (1886), к конструкции конденсатора Аббе и к множеству мелких усовершенствований; можно сказать, что современный М. и его теория созданы Аббе и Цейсом. Ныне созданные ими типы и конструктивные принципы приняты и копируются всеми первоклассными оптическими мастерскими. Историю М. до середины XIX столетия см. E. Wilde, "Geschichte d. Optik" (Б., 1838), и Harting, "Das Mikroskop" (2-е изд., Брауншвейг, 1866). Подробнее о М. см. Dippel, "Das Mikroskop" (2 изд., Брауншвейг, 1882); H. van Heurck, "Le Microscop" (4 изд., Антверпен 1891); A. Zimmermann, "Das Mikroskop" (более популярное изложение, 1895, Лейпциг; русский перевод издал Риккер, СПб., 1896); общие принципы теории М. см. S. Czapski, "Theorie der optischen Instrumente" (по Аббе, Бреславль, 1893) и в статьях Аббе и других в "Zeitsch r. fü r wissensch. Mikroskopie". Много полезных указаний в иллюстрированном каталоге объективов Цейса в Йене (Carl Zeiss, "Mikroskop", 1895). А. Г.


Смотреть больше слов в «Энциклопедическом словаре»

МИКРОСКОПИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА* →← МИКРОПИЛЕ

Смотреть что такое МИКРОСКОП* в других словарях:

МИКРОСКОП*

— оптический прибор, основанный на преломлении (диоптрический М.) световых лучей и служащий для получения сильно увеличенных действительных или мнимых изображений небольших, не различаемых невооруженным глазом предметов; изображения эти, полученные на расстоянии ясного видения от наблюдающего глаза, последним рассматриваются. В прежнее время устраивались, хотя с малым успехом, и М., основанные на отражении света (катоптрические). М. различаются <span class="italic">простые </span>и <span class="italic">сложные.</span> 1) Простые М. или <span class="italic">лупы</span> состоят из одной или нескольких чечевиц (см. Оптические стекла), расположенных так, что расстояние между отдельными чечевицами всегда меньше суммы их фокусных расстояний, и вся система нигде ни внутри ее, ни извне не дает и не может дать действительного изображения; рассматриваемый предмет помещается между конечной поверхностью системы и ее главным фокусным расстоянием. 2) Сложные микроскопы состоят из двух независимых оптических частей: <span class="italic">объектива</span> — собирающей чечевицы, дающей действительное, увеличенное и обращенное изображение предмета, помещенного между простым и двойным фокусным расстоянием ее, и <span class="italic">окуляра</span> — простой или сложной лупы, дающей мнимое увеличенное изображение того изображения предмета, которое составлено объективом, расположенное на расстоянии ясного зрения наблюдающего глаза. Простейшая схема хода лучей в сложном М. следующая (фиг. 1): лучи, исходящие от рассматриваемого предмета <span class="italic">P</span><span class="sub">2</span><span class="italic">P</span><span class="sub">1</span>, находящегося за главным фокусом (<span class="italic">F</span>) объектива <span class="italic">Ob</span>, падают на последний, преломляются в нем, выходят сходящимся пучком и дают на некотором расстоянии <span class="italic">P</span><span class="sub">1</span><span class="italic">'P</span><span class="sub">2</span><span class="italic">'</span> — действительное увеличенное обратное изображение предмета.<br><p><br></p><p><br></p><p>Фиг.1.<br></p><p>Это изображение расположено между главным фокусом окуляра <span class="italic">Oc</span> и его ближайшей поверхностью. Глаз, помещенный над окуляром в <span class="italic">A</span>, видит <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">"Р</span> <span class="sub">2</span><span class="italic">"</span> мнимое изображение, большее, чем <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">'Р</span> <span class="sub">2</span><span class="italic">'</span>, обратное относительно предмета <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">Р</span> <span class="sub">2</span>.<span class="italic"> </span> Над объективом располагают обыкновенно <span class="italic">диафрагму</span> <span class="italic">BB</span>, ограничивающую пучок лучей, проходящий через объектив; через диафрагму пройдут все те лучи, которые при не преломленном (без объектива) распространении лучей прошли бы через некоторую фиктивную воображаемую диафрагму <span class="italic">EE.</span> [Эта воображаемая диафрагма <span class="italic">EE</span>, представляющая в то же время мнимое изображение <span class="italic">BB</span> в чечевице <span class="italic">Ob</span>, называется (по Аббе) з<span class="italic">рачком</span> объектива, см. Оптические стекла.] Угол <span class="italic">E</span><span class="sub">1</span><span class="italic">P</span><span class="sub">1</span><span class="italic">E</span><span class="sub">2</span> есть угол или, как говорят, <span class="italic">отверстие</span> входящего пучка лучей, угол <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">'В</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">Р</span> <span class="sub">2</span><span class="italic">'</span> — отверстие преломленного пучка. Лучи, вышедшие из <span class="italic">Oc</span> расходящимися пучками, в плоскости <span class="italic">AA </span> образуют общий пучок наименьшего сечения. В этой плоскости, называемой <span class="italic">глазной плоскостью</span>, выгоднее всего поместить глаз наблюдателя [Точнее говоря, в этой плоскости должен лежать не глаз, а мнимое изображение глазного зрачка, даваемое хрусталиком; по Гельмгольцу, этот <span class="italic">фиктивный зрачок</span> глаза лежит на расстоянии 0,6 мм от настоящего и на <span class="sup">1</span>/<span class="sub">7</span> больше его), так как тогда в зрачок глаза попадет наибольшее количество света. Изображение <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">"Р</span> <span class="sub">2</span><span class="italic">"</span> видно вполне резко или, как говорят, <span class="italic">установлено</span> тогда, когда расстояние плоскостей <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">"Р</span> <span class="sub">2</span><span class="italic">"</span> и <span class="italic">AA</span> равно расстоянию ясного видения наблюдателя (для нормального глаза = 25 стм). Этой установки можно достигнуть либо уменьшая или увеличивая расстояние между <span class="italic">Ob</span> и <span class="italic">Oc</span>, либо оставляя это расстояние неизменным, но перемещая всю систему дальше от предмета <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">Р</span> <span class="sub">2</span> или ближе к нему; на практике пользуются обыкновенно вторым приемом. При этом, очевидно, ничтожное перемещение всей системы относительно <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">Р</span> <span class="sub">2</span> вызовет значительное перемещение окончательного изображения <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">"Р</span> <span class="sub">2</span><span class="italic">"</span>. Предмет <span class="italic">Р</span> <span class="sub">1</span> <span class="italic">Р</span> <span class="sub">2</span> может быть 1) либо самосветящимся, 2) либо видимым, благодаря отраженному от него, преломленному в нем или поглощенному им свету, идущему от постороннего источника (небо, лампа и т. д.). Преимущества сложного М. перед простым следующие: 1) при том же общем увеличении фокусные расстояния объектива и окуляра меньше, чем у равносильного простого М.; это в значительной степени облегчает изготовление стекол. 2) Наблюдаемый предмет находится дальше от конечной поверхности стекла объектива, чем от поверхности стекла равной по силе лупы. 3) Увеличение М. можно менять в известных пределах, пользуясь при одном и том же объективе различными окулярами. 4) Сложные М. имеют промежуточное действительное изображение, что дает возможность применять к получению изображений методы фотографии, а к измерению его — методы микрометрии (см. Микрометры). 5) Самое главное преимущество сложного М. перед простым заключается в том, что составлением всей системы из двух независимых частей можно достигнуть значительно более совершенного уничтожения сферической и хроматической аберрации (см. Оптические стекла), следовательно — и значительно большего угла зрения.<br></p><p>Наиболее существенная часть микроскопа — его <span class="italic">объектив.</span> Первые объективы микроскопа состояли из одной — раньше не ахроматической, затем ахроматической чечевицы. Позже объективы начали составлять из нескольких расположенных друг над другом отдельных чечевиц; это представляло то преимущество, что: несмотря на общее короткое фокусное расстояние объектива, отдельные чечевицы его могли иметь не слишком малый радиус кривизны; соответственной комбинацией стекол легче избавиться в достаточной степени от аберрации; свинчивая с такого сложного объектива отдельные чечевицы, мы получаем ряд новых, более слабых по увеличению объективов. Последнее, однако, с успехом возможно лишь со сложными объективами, в которых каждая чечевица в отдельности избавлена от аберрации; этого достигнуть, однако, чрезвычайно трудно, и посему ныне при сильных увеличениях для каждого увеличения изготовляют отдельный сложный объектив, который никогда не развинчивается и успешно действовать может лишь как целое. Для уничтожения сферической и хроматической аберрации в объективах прибегают к различным средствам; чаще всего (по Амичи) в нижних стеклах объектива нарочно накопляют аберрационные ошибки, придавая чечевицам большую выпуклость, даже полушаровую форму, чтобы затем легче было соответственной комбинацией верхних чечевиц с обратными по знаку аберрационными ошибками совершенно избавиться от аберрации; фиг. 2 представляет сечение такой простейшей объективной системы.<br></p><p><br></p><p><br></p><p>Фиг. 2. Объективная система сложного микроскопа.<br></p><p>Для достижения возможно полного уничтожения аберрации в последнее время, по предложению профессора Аббе в Йене и по почину мастерской Цейса, начали применять разнообразнейшие сорта оптического стекла, особенно тяжелые борные и фосфатные стекла завода Шотта в Йене, а затем даже некоторые минералы (плавиковый шпат в мастерской Цейса). Таким путем Цейсу в Йене удалось достигнуть чрезвычайно полного уничтожения аберрации, особенно хроматической; такие объективы им названы <span class="italic">апохроматическими</span>. [ С них скопированы "семнапохроматы", "панапохроматы" и т. д. других оптиков.] При всех высоких своих достоинствах апохроматы страдают, однако, следующими недостатками: 1) поле резкого одновременного зрения у них весьма незначительно, т. е. когда центр изображения установлен на глаз резко, то края его нерезкие, и наоборот; этот недостаток апохроматов особенно резко выступает в микрофотографии. 2) Стекла, из которых составлены апохроматы, во влажном и теплом воздухе тропических стран со временем тускнеют.<br></p><p>При расчете и конструкции объективов приходится еще принимать во внимание одно обстоятельство — а именно влияние <span class="italic">покровного стеклышка</span> (см. ниже), под которым располагают обыкновенно наблюдаемые предметы. Это стеклышко преломляет лучи, исходящие из наблюдаемого предмета <span class="italic">P</span> так (фиг. 3, где <span class="italic">D </span> — покровное стеклышко <span class="italic">O </span> — объектив), что они по продолжении не сходятся в одной точке, и эта разница в схождении различных лучей тем больше, чем больше толщина покровного стекла изображения (фиг. <span class="bold"> </span> 3; два стекла: более толстое <span class="italic">D</span> и более тонкое <span class="italic">D</span><span class="sub">1</span>). [Это несхождение лучей изображено на фиг. 3 в значительно увеличенном масштабе.]<br></p><p><br></p><p><br></p><p>Фиг. 3.<br></p><p>Чтобы собрать в одной точке эти лучи, следует, особенно в объективах с весьма коротким фокусом, соответственным образом вычислить кривизны составляющих его стекол. Обыкновенно так и поступают, принимая толщину покровного стекла за 0,15 мм, но иные конструкторы (Рейхерт, Цейс, Росс и др.) приготовляют особые <span class="italic"> коррекционные</span> объективы, в которых небольшим раздвижением чечевиц объектива можно достигнуть исправления хода лучей для покровных стекол различной толщины. Аббе доказал, что способность М. различать тонкие детали строения наблюдаемого предмета будет тем больше, чем больше угол, составляемый крайними лучами, идущими из предмета и попадающими еще в объектив. Этот угол будет, очевидно, тем больше, чем короче фокусное расстояние и больше отверстие объектива. Если назовем этот угол через α, то величину <span class="italic">n</span>∙sin <span class="sup">α</span> /<span class="sub">2</span>=<span class="italic">A</span>, где <span class="italic">n </span> — коэффициент преломления той среды, в которой находится предмет и из которой исходят лучи, профессор Аббе назвал <span class="italic">апертурой</span> данного объектива (на фиг. 1 угол α равен <span class="italic">E</span><span class="sub">1</span><span class="italic">P</span><span class="sub">2</span><span class="italic">E</span><span class="sub">2</span>). Величина <span class="italic">A</span> характеризует способность объектива различать тонкости в строении наблюдаемого предмета, поэтому с давних времен стараются по возможности ее увеличить. В воздухе (<span class="italic">n</span> =1) теоретический предел <span class="italic">A</span> будет 1 (так как sin <span class="sup">180</span>/<span class="sub">2</span> =sin90°=1); на практике удалось достигнуть <span class="italic">A</span> равным 0,90. Этим, казалось, достигнут был и предел увеличения апертуры; но еще в 1840 г. Амичи показал, что можно пойти еще дальше, если заставить лучи входить не из воздуха (<span class="italic">n</span> =1) в стекло, но из среды, имеющей <span class="italic">n</span> &gt;1; действительно, в этом случае <span class="italic">A</span>, как и следует из формулы <span class="italic">A</span>=<span class="italic">n</span>∙sin <span class="sup">α</span> /<span class="sub">2</span> будет больше. Первые подобные <span class="italic">иммерсионные</span> объективы были водяные, т. е. между поверхностью стекла объектива и покровным стеклышком располагалась капля воды, заполнявшая все пространство между ними; таким образом удалось дойти до апертур 1,15—1,20. Позже стали вместо воды пользоваться жидкостями с большим коэффициентом преломления; важный шаг в этом отношении сделал профессор Аббе, предложивший приготовлять <span class="italic">однородные иммерсионные</span> (homogene Immersion) объективы, т. е. такие, в которых покровное стекло, последнее стекло объектива и иммерсионная жидкость имеют один и тот же коэффициент преломления. Чаще всего для этой цели пользуются сгущенным кедровым маслом (<span class="italic">n<span class="sub">D</span></span> =1,515); этим путем удалось достигнуть апертур 1,40 [Недавно Цейсом в Йене построен иммерсионный объектив <span class="bold"> </span> с <span class="italic">A</span> =1,60, жидкостью служит монобромнафталин (<span class="italic">n</span> =1,66).]. На фиг. 4 изображен в 2 раза увеличенный разрез оправы и стекол апохроматического объектива с однородной иммерсией; фокусное расстояние его равно 2 мм, апертура — 1,40 [Иммерсионные системы почти не нуждаются в исправлении их относительно толщины покровного стекла.].<br></p><p><br></p><p><br></p><p>Фиг. 4. Апохромат Цейса с однородной иммерсией.<br></p><p>Окулярами у М. служат почти исключительно <span class="italic">окуляры Гюйгенса</span> (Кампани), реже <span class="italic">окуляры Рамсдена. </span>Последние применяются главным образом тогда, когда необходимо получить действительное изображение от объектива ниже окуляра, например при измерениях изображения с помощью окулярных микрометров (см. Окуляр, Микрометр). В последнее время некоторые оптики (особенно Цейс) начали готовить окуляры М. отлично от обыкновенных; в этих новых типах как объектив, так и соответствующий ему окуляр в отдельности не исправляются относительно аберраций, но их располагают так, чтобы аберрации их компенсировали друг друга и они вместе давали лишенную аберрационных ошибок систему; такие окуляры называются <span class="italic"> компенсационными.</span> Существует целый ряд приспособлений, располагаемых внутри окуляров и служащих для специальных наблюдений; таковы <span class="italic">гониометрические</span> окуляры, дающие возможность измерять углы кристаллов, видимых в М. (см. Гониометр); <span class="italic">микрометрические</span> окуляры (Рамсдена), в фокусе которых расположена тонкая стеклянная пластинка с мелкими делениями (<span class="sup">1</span>/<span class="sub">100</span> мм) и служащие для измерения величины микроскопических объектов; <span class="italic"> поляризационные</span> окуляры, дозволяющие наблюдать в поляризованном свете; <span class="italic"> спектральные</span> окуляры (см. Спектральный анализ), дающие возможность наблюдать спектры поглощения предметов, исследуемых под М. Иногда желательно видеть (прямые, не обращенные) изображения в поле зрения М.; тогда прибегают к обращающим окулярам, в которых простая комбинация призм поворачивает изображение и делает его из обращенного прямым [О проекционных окулярах <span class="bold"> </span> см. Фотография (научная).]. В Англии пользуются также часто стереоскопическими окулярами, в которых с помощью призм пучок лучей, идущих от объектива, разделяется на две части и направляется в два отдельных окуляра, приспособленные к бинокулярному рельефному зрению. Иногда раздваивающую пучок призму помещают у самого объектива; такой простейший бинокулярный М. Венгама изображен на фиг. 5.<br></p><p><br></p><p><br></p><p>Фиг. 5.<br></p><p>В нем призма <span class="italic">A</span> два раза отражает часть пучка и посылает эту часть в боковой окуляр <span class="italic">E.</span> Особенных преимуществ бинокулярные М. не представляют и сильных увеличений не допускают. Предметы, изучаемые под М., обыкновенно прозрачны и освещаются пропущенным светом. Для этой цели свет отражается на них с помощью плоского зеркала, дающего рассеянный свет, или вынутого, концентрирующего на объекте большое количество света.<br></p><p><br></p><p><br></p><p>Таблица МИКРОСКОП<br></p><p>Фиг. 6. Микроскоп с объективным револьвером и конденсатором Аббе. Фиг. 7. Конденсатор Аббе. Фиг. 8 и 9. Приборы для рисования и определения увеличения. Фиг. 10. Апертометр Аббе.<br></p><p>В последнее время, для более сильной концентрации света, между зеркалом и предметом располагают еще особые <span class="italic">конденсаторы</span> (см.); наиболее совершенные из них, конденсаторы Аббе, представляют в сущности не что иное, как перевернутый большой объектив; сечение такого прибора дано на фиг. 7 табл. Для освещения непрозрачных предметов, наблюдаемых в отраженном свете, пользуются особыми чечевицами, концентрирующими на них свет сверху, сбоку (см. также Микроструктура стали). Для сужения пучка света, падающего от зеркала на предмет или конденсатор, пользуются диафрагмами различного диаметра, вставляемыми в трубку конденсатора. В последнее время пользуются главным образом введенными Цейсом райковыми диафрагмами или "ирис" (см. Объектив фотографический). Все части М. собираются на одном штативе. Подобный штатив М. со всеми приспособлениями современного М. изображен на фиг. 6 табл. На крепкой подковообразной ноге со стойкой <span class="italic">A</span> закреплена ось <span class="italic">O</span>, вокруг которой вращается собственно М.; последний может принимать все положения от горизонтального до вертикального, а закрепляется в своем положении посредством поворота рукоятки <span class="italic">i</span>. К верхней стойке <span class="italic">P</span> прикреплена трубка <span class="italic">R</span>, в которую с одной стороны (сверху) вдвигаются окуляры <span class="italic">А</span> <span class="sub">1</span>, а с другой снизу ввинчиваются объективы. Для быстрой замены одного объектива другим устроен <span class="italic">объективный револьвер R</span>, в который ввинчиваются два объектива; повернув его вокруг оси <span class="italic">Z</span> на 180°, заменяем объектив I объективом II; объективы удерживаются на месте с помощью защелки <span class="italic">m</span>. Такие объективные револьверы устраиваются и на три, и даже четыре объектива. Приближение и удаление трубы (тубуса) М. к объекту (установка М.) производится сначала грубо, с помощью шестерни и зубчатки <span class="italic">K</span>, а затем уже точно, с помощью микрометрического винта с деленной головкой <span class="italic">D</span>, помещающегося внутри трубки <span class="italic">P</span>; указатель <span class="italic">n</span> позволяет отсчитывать части одного оборота винта. Под объективным револьвером лежит <span class="italic"> столик</span> М., пластинка с отверстием в центре, служащая для закрепления на ней стеклышка с исследуемым объектом. Столики современных М. снабжены обыкновенно всеми необходимыми приспособлениями для удобного всестороннего перемещения объекта. В изображенном на чертеже столике возможно раньше всего вращательное движение объекта вокруг оси столика; угол поворота отсчитывается по лимбу <span class="italic">T.</span> Затем с помощью винтов <span class="italic">a</span> и <span class="italic">a'</span> можно дать объекту поступательное движение в двух перпендикулярных друг к другу направлениях. Предметное стекло на столике удерживается зажимом <span class="italic">dc.</span> Под столиком находится конденсатор <span class="italic">J</span> с расположенной под ним райковой диафрагмой <span class="italic">f</span>. Конденсатор делается в хороших штативах подвижным, для более удобной центрировки его. Детальный чертеж (разрез) конденсаторного устройства дан на фиг. 7 табл.; <span class="italic">a — </span> конденсатор, <span class="italic">e</span> —головка кремальеры, перемещающей весь конденсатор, <span class="italic">d </span> — ручка райковой диафрагмы (ирис). Под конденсатором (фиг. 6) видно зеркало <span class="italic">g</span>, с одной стороны плоское, с другой — вогнутое. Описанный тип микроскопного штатива наиболее употребительный; он введен был Обергейзером и усовершенствован Гартнаком. Этот тип часто называют континентальным, в отличие от английского типа, отличающегося весьма длинным тубусом (трубкой) и часто своеобразной системой освещения объекта. Описанный тип в исполнении различных оптиков принимает ту или другую форму, смотря по цели, которой он должен соответствовать, и требованиям, к нему предъявляемым. Так, например, штативы, предназначенные для исследований минералогических, снабжаются еще гониометрическими, поляризационными приспособлениями, особенными призмами для освещения сверху и т. д. Большинство оптических мастерских, изготовляющих М. [Лучшие из них: Цейс в Йене, Рейхерт в Вене, Ленц в Вецларе, Зейберт в Вецларе, Росс в Лондоне, Шевалье в Париже.], строит теперь и продает штативы совершенно независимо от оптической части М., так что при всяком штативе можно получить всякое увеличение, вставив лишь в него соответственные объектив и окуляр; однако применение сильного увеличения при плохом штативе совершенно нецелесообразно, так как при таких условиях невозможно достигнуть точной установки и надлежащего освещения. В последнее время между конструкторами М. проводится мысль принятия однообразного размера штативов и однородной винтовой нарезки (см. Винт), так чтобы объективы и окуляры всякой системы и всякой фирмы подходили ко всякому штативу. Оптические свойства М. характеризуются: 1) его <span class="italic">увеличением</span>, 2) его <span class="italic">апертурой</span> и, наконец, его <span class="italic">разрешающей</span> силой, т. е. способностью различать мелкие детали в изображении объекта. Разрешающая сила обуславливается как (главным образом) апертурой и увеличением, так, наконец, и достоинствами шлифовки стекол и степенью уменьшения в них аберрации. Поэтому разрешающая сила М. и принимается обыкновенно за общую характеристику его оптических достоинств.<br></p><p>Общее <span class="italic">увеличение</span> М. слагается из увеличения его объектива и увеличения окуляра. Увеличение изображения, даваемого оптическим стеклом, применяемым как лупа, зависит от расстояния наилучшего видения наблюдателя; для единства принимают это расстояние равным 250 мм. Увеличением объектива называют обыкновенно то увеличение, которое он дает, если пользоваться им как лупой, т. е. приблизительно <span class="sup">250</span>/<span class="italic"><span class="sub">f</span></span>, где <span class="italic">f</span> — выраженное в мм фокусное расстояние объектива. Таким образом, объектив с фокусом в 4 мм имеет приблизительно собственное увеличение = 63. Увеличением окуляров или <span class="italic">номером</span> их, по почину Цейса, называют число, которое, будучи умножено на собственное увеличение данного объектива, даст общее увеличение комбинации из данного объектива и данного окуляра. Так, например, окуляр № 16 есть окуляр, который в соединении с объективом собственного увеличения <span class="italic">n</span> даст общее увеличение М., равное 16<span class="italic">п</span> [Для того чтобы "увеличение" окуляра не менялось в зависимости от применения того или другого объектива, в новейших штативах окуляры располагают так, чтобы фокусы всех окуляров попадали всегда в одну и ту же точку оси тубуса М.]. Как пример приводим таблицу общего увеличения М., составленного из некоторых апохроматических объективов и компенсационных окуляров Цейса.<br></p><p> <br></p><p>Фокусное расстояние апохромата, в мм <br></p><p>Увеличение апохромата <br></p><p>Общее увеличение <span class="bold"> </span> с компенсационным окуляром. <br></p><p>№ 4 <br></p><p>№ 8 <br></p><p>№ 12 <br></p><p>№ 18 <br></p><p>16,0 <br></p><p>15,5 <br></p><p>62 <br></p><p>125 <br></p><p>187 <br></p><p>281 <br></p><p>8,0 <br></p><p>31,0 <br></p><p>125 <br></p><p>250 <br></p><p>375 <br></p><p>562 <br></p><p>3,0 <br></p><p>83,0 <br></p><p>333 <br></p><p>667 <br></p><p>1000 <br></p><p>1500 <br></p><p>2,0 <br></p><p>125,0 <br></p><p>500 <br></p><p>1000 <br></p><p>1500 <br></p><p>2250 <br></p><p>1,5 <br></p><p>167,0 <br></p><p>667 <br></p><p>1334 <br></p><p>2000 <br></p><p>3000 <br></p><p>Общее увеличение М. определяется непосредственно с помощью приборов, дозволяющих видеть одновременно и изображение в М., и какую-либо внешнюю соответственно расположенную шкалу, например при помощи камеры-люциды (см.) или другого <span class="italic">прибора для рисования</span> микроскопических изображений. Простейший подобный прибор изображен на фиг. 8 табл. В коробочке <span class="italic">K</span> (фиг. 8, <span class="italic">a</span>), которая посредством кольца <span class="italic">O</span> надевается на М., находятся призмы <span class="italic">A</span> и <span class="italic">B</span> (фиг. 8, <span class="italic">б</span>), направляющие луч <span class="italic">S</span>, исходящий от какого-либо рядом с М. расположенного предмета, в глаз наблюдателя; параллельно в глаз входят лучи, непосредственно идущие из окуляра М., — лучи <span class="italic">S'.</span> Таким образом глаз наблюдателя видит одновременно как изображение в М., так и внешний предмет. Если на столике М. расположить стеклянную мелко деленную (например, на <span class="sup">1</span>/<span class="sub">100</span> мм) шкалу, а рядом — обыкновенную шкалу, деленную на мм, то деления одной шкалы будут в глазу налегать на деления другой; если мы заметим, например, что каждое деление стеклянной шкалы на внешней шкале равно двум мм, то заключаем, что общее увеличение М. равно 2: <span class="sup">1</span>/<span class="sub">100</span> =200. Другой подобный прибор изображен на фиг. 9 табл. Посредством кольца <span class="italic">R</span> и винта <span class="italic">C </span> к окулярной трубке <span class="italic">T</span> прикреплена призмочка <span class="italic">P</span>, отражающая лучи <span class="italic">KBP</span> (<span class="italic">Sp </span> — обыкновенное зеркало), идущие от внешней шкалы вверх; параллельно проходят другие лучи, выходящие из окуляра M.; <span class="italic">a</span> и <span class="italic">b</span> — вспомогательные стекла для более резкого одновременного видения двух изображений. Для определения <span class="italic">апертуры</span> данного объектива пользуются проще всего <span class="italic">апертометром</span> Аббе. Это стеклянный полуцилиндр (фиг. 10 табл.), задняя плоскость которого скошена под углом в 45° к основанию его, так что лучи, попадающие вертикально в отверстие <span class="bold"> </span><span class="italic">O</span>, выцарапанное в небольшом посеребренном кружке, отражаются от скошенной задней плоскости и выходят горизонтально из <span class="italic">A.</span> Прибор кладут на столик М. и смотрят через М., снабженный исследуемым объективом в отверстие <span class="italic">O</span>. Глаз видит тогда благодаря полному внутреннему отражению острия перемещающихся указателей <span class="italic">BB.</span> Эти указатели раздвигаются до тех пор, пока изображения остриев не дойдут до самых краев поля зрения. Синус угла <span class="italic">BOB</span> даст тогда апертуру, но так как она получена в стекле, то, чтобы определить ее для воздуха, следует синус угла <span class="italic">BOB</span> умножить еще на коэффициент преломления стекла апертометра. Чтобы избежать вычислений, результаты такого умножения прямо нанесены на прибор: по нижней шкале отсчитывают апертуры, по верхней углы. В случае иммерсионных систем между отверстием <span class="italic">O</span> и объективом пускают каплю иммерсионной жидкости.<br></p><p>Для определения <span class="italic">разрешающей</span> силы микроскопа, т. е. способности его передавать в микроскопическом изображении тонкие детали структуры предмета, пользуются пробными объектами, т. е. предметами искусственными или природными, обладающими весьма тонкой и мелкой отчетливой структурой. Весьма известна пробная пластинка Ноберта, состоящая из 20 групп [Существуют пластинки Ноберта и с 30, и с 19 группами.] все более и более мелких делений, нанесенных алмазом на стеклянную пластинку; в первой группе расстояние между чертами равно 0,001 парижской линии (0,0023 мм), в двадцатой — 0,00005 парижской линии (0,00011 мм). Первая ясно разделяется при увеличении 70, 6-ая или 7-ая — при увеличении около 300. Чаще пользуются для этой цели природными объектами — чешуйками крыл бабочек (Hipparchia Sanira) и в особенности сетчатой структуры известковой оболочки диатомей (см.). В следующей таблице в столбце <span class="italic">A</span> даны названия диатомей, в <span class="italic">B </span> — необходимая для разрешения (при прямом освещении) апертура, в <span class="italic">N — </span> соответствующая группа пластинки Ноберта, в <span class="italic">D</span> — приблизительное расстояние черточек в тысячных долях мм:<br></p><p> <span class="italic"><br><p>A</p></span> <span class="italic"><br><p>B</p></span> <span class="italic"><br><p>N</p></span> <span class="italic"><br><p>D</p></span> Navicula nobilis <br></p><p>0,15 <br></p><p>1 <br></p><p>2,0 Pleurosigma balticum <br></p><p>0,45 <br></p><p>5 <br></p><p>0,7 Pleurosigma attennatum <br></p><p>0,62 <br></p><p>6 <br></p><p>0,6 Pleurosigma angulatum <br></p><p>0,75 <br></p><p>8—9 <br></p><p>0,45 Nitzschia sigmoidea <br></p><p>1,05 <br></p><p>11 <br></p><p>0,36 Navicula rhomboides <br></p><p>1,30 <br></p><p>13 <br></p><p>0,33 Grammasophora subtilissima <br></p><p>1,40 <br></p><p>16 <br></p><p>0,26 Amphipleura pellucida <br></p><p>18—19 <br></p><p>0,24 <br></p><p>Гельмгольц и Аббе показали, что для ясного разделения под М. структурных элементов, отстоящих друг от друга на расстоянии <span class="bold"> </span><span class="italic">d</span>, нужна апертура не меньше <span class="italic">A</span>= <span class="sup">λ</span> /<span class="sub">2<span class="italic">d</span></span>, где λ — длина волны света, который дает изображение. Эта зависимость может служить для вычисления предела разрешающей силы М. Для света средней длины волны λ =0,55 μ (где μ — одна тысячная мм, один микрон), наибольшее же <span class="italic">A</span>, удобно достигаемое без иммерсии, — 1,20; отсюда для предела различаемой структуры следует расстояние между отдельными элементами ее, равное приблизительно около 0,2 μ. На практике по многим причинам едва можно достигнуть при данных условиях <span class="italic">d</span>=0,5 μ. Предел этот можно понизить трояким путем: 1) уменьшив λ, т. е. взяв свет короткой длины волны, например λ =0,4 μ (ультрафиолетовый свет). Глаз может не видеть этих лучей, но изображение можно было бы получить фотографическим путем [Очевидно, все эти рассуждения чисто теоретические и выполнение их на практике встретило бы множество затруднений]. Благодаря этому предел <span class="italic">d</span> понизится до 0,4 μ. 2) Употреблением иммерсионных систем, которые содействовали бы уменьшению <span class="italic">d</span> не только увеличением апертуры, но и уменьшением длины волны, благодаря уменьшению скорости распространения света в иммерсионной жидкости. Взяв иммерсию в монобромнафталине, веществе с весьма большим коэффициентом преломления (<span class="italic">n</span> =1,66), достигнем величин <span class="italic">d</span>, равных 0,24 μ. 3) Аббе показал, что разрешающая сила М. повышается при косом освещении предмета и может при этом даже удвоиться. Приняв и это в расчет, получаем окончательный предел <span class="italic">d</span>=0,12 μ. На практике же разрешение черт с расстоянием <span class="italic">d</span>=0,4 μ представляет уже очень большие затруднения. По мнению Чапского (Czapski), одного из лучших знатоков микроскопической техники, ниже этого предела (<span class="italic">d</span>=0,12 μ) нельзя и надеяться когда-либо в будущем дойти [Czapski, "Die vorausichtlichen Grenzen der Leistungsf ä higkeit des Mikroskops" ("Zeitschr. f. Mikroskopie", т. VIII, стр. 145).]. Чтобы представить себе, каким увеличениям соответствуют данные пределы, примем, что человеческий глаз различает еще удобно элементы, отстоящие друг от друга на расстояние около 4 дуговых секунд. Тогда увеличение, нормально соответствующее апертуре <span class="italic">A</span>, будет <span class="italic">N</span>, а теоретически разрешимая структура будет иметь расстояние между элементами равное <span class="italic">d. </span><br></p><p> <span class="italic"><br><p>А</p></span> <span class="italic"><br><p>N</p></span> <span class="italic"><br><p>d</p></span> <br></p><p>0,30 <br></p><p>317 <br></p><p>0,92 μ <br></p><p>0,90 <br></p><p>952 <br></p><p>0,31 μ <br></p><p>1,20 <br></p><p>1270 <br></p><p>0,23 μ <br></p><p>1,40 <br></p><p>1481 <br></p><p>0,19 μ <br></p><p>1,60 <br></p><p>1693 <br></p><p>0,17<span class="bold"> </span> μ <br></p><p>Уже выше было сказано, что показанные пределы <span class="italic">d</span> с данными увеличениями на практике не достигаются. С другой стороны, часто стараются переходить и за указанные пределы увеличения, применяя слишком сильные окуляры. Такое злоупотребление сильными увеличениями тотчас отзывается на ясности изображения и не только не дает наблюдающему никаких преимуществ, но скорее вредит наблюдению. Мастера микроскопии работали и работают всегда с наименьшими допустимыми при данном объекте увеличениями. <span class="italic"><br><p>История М</p></span>. Первые сложные М. построены были нидерландскими очковыми мастерами (Захарий Янсен в Миддельбурге?) около 1590 г.; они состояли из объектива и вогнутого окуляра (см. Оптические стекла). В 1646 г. Фонтана заменил вогнутый окуляр двояковыпуклой лупой и создал таким образом первый сложный М. того же типа, каким пользуются теперь. В 1665 г. Левенгук с целью увеличить поле зрения М. прибавил к окуляру второе собирательное стекло, т. е. устроил вместо простого окуляра-лупы окуляр Гюйгенса, изобретенный последним еще в 1659 г. и примененный к телескопу. Дальнейшего усовершенствования М. старались достигнуть уменьшением фокусного расстояния объективов; для этого соединяли в один объект даже несколько чечевиц (дублеты Дивини, 1668). Недостатки хроматической аберрации заставили обратиться к устройству катадиоптрических М., указанных впервые Ньютоном (1672 г.) и усовершенствованных Смитом, Брюстером и позже Амичи. Открытие принципа ахроматического соединения стекол вернуло конструкторов к идее диоптрического М. Эйлер теоретически рассчитал ахроматический объектив М.; построен и усовершенствован он был Мартином (1759), ван Дейлем (1807), Фраунгофером (1811) и Амичи (1816). Особые заслуги в этом отношении принадлежат французскому оптику Шевалье (1824), который, по расчетам Селлига, начал впервые строить сложные объективы из нескольких соединенных вместе отдельных чечевиц. Дальнейшие усовершенствования внесли Листер (1830) и Амичи. Последний, справедливо называемый одним из отцов современного М., первый указал на принцип иммерсии (водой, в 1870 г.; усовершенствования сделаны Гартнаком в 1855 г.), на способ компенсирования ошибок объектива окуляром и на применение полушаровой конечной линзы в объективе. Коррекционные объективы предложены были А. Россом в Лондоне (1839) и усовершенствованы Венгамом (1857). Так стояло дело до конца 70-х годов, когда началась новая эра в конструкции М., благодаря теоретическим работам профессора Аббе (в Йене) и неустанным стремлениям к усовершенствованию М., делаемым под руководством Аббе в оптической мастерской Цейса в Йене. Работы эти привели к открытию однородной иммерсии (1878), к устройству апохроматов (1886), к конструкции конденсатора Аббе и к множеству мелких усовершенствований; можно сказать, что современный М. и его теория созданы Аббе и Цейсом. Ныне созданные ими типы и конструктивные принципы приняты и копируются всеми первоклассными оптическими мастерскими.<br></p><p>Историю М. до середины XIX столетия см. E. Wilde, "Geschichte d. Optik" (Б., 1838), и Harting, "Das Mikroskop" (2-е изд., Брауншвейг, 1866). Подробнее о М. см. Dippel, "Das Mikroskop" (2 изд., Брауншвейг, 1882); H. van Heurck, "Le Microscop" (4 изд., Антверпен 1891); A. Zimmermann, "Das Mikroskop" (более популярное изложение, 1895, Лейпциг; русский перевод издал Риккер, СПб., 1896); общие принципы теории М. см. S. Czapski, "Theorie der optischen Instrumente" (по Аббе, Бреславль, 1893) и в статьях Аббе и других в "Zeitsch r. fü r wissensch. Mikroskopie". Много полезных указаний в иллюстрированном каталоге объективов Цейса в Йене (Carl Zeiss, "Mikroskop", 1895). <span class="italic"><br><p>А. Г. </p></span><br></p>... смотреть

T: 385