5. Защита лабораторной работы.

Для защиты работы каждый студент должен представить отчет и ответить на вопросы преподавателя.

Отчет должен быть оформлен в соответствии с требованиями (см. приложение) на компьютере. При подготовке к защите студентам для самопроверки предлагаетсяя ответить на контрольные вопросы, приведенные ниже.

Контрольные вопросы

1. Из каких основных систем линз состоит микроскоп (вспомните раздел оптики курса физики)?

2. В чем конструктивное отличие стереомикроскопа и микроскопа «ММУ-3»?

3. От чего зависит увеличение микроскопа?

4. Сравните основные параметры используемых в работе микроскопов.

5. В каких случаях используются стереомикроскопы?

6. Что такое стереопара?

7. Как можно пометить изображения в стереопаре для правого и левого глаза?

8. Как обеспечить направление каждого изображения в стереопаре в соответствующий глаз?

ПРИЛОЖЕНИЕ

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова

КАФЕДРА Н-2

ДИСЦИПЛИНА - ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Отчет по лабораторной работе №

(название работы)

Выполнил: студент гр. Ф.И.О

Принял: преподаватель каф. Н2

« » 200 г.

ОТЧЕТ (форма)

1. Цель работы

2. Объекты исследований (основные характеристики, назначение)

3. Применяемое оборудование (принцип работы, основные характеристики)

4. Упрощенная схема микроскопа.

5. Результаты наблюдений, измерений .

6. Выводы.

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА Н-2

ДИСЦИПЛИНА - ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ МАЛЫХ ОБЪЕКТОВ, ВЛИЯНИЕ ВОЛНОВОЙ ПРИРОДЫ СВЕТА НА ПАРАМЕТРЫ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ, МИКРОСКОП ОТРАЖЕННОГО СВЕТА – «ВЕРТИВАЛ»

Ст. преподаватель ЮЛИШ В.И.

сАНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2011 Г.

1. Цель работы.

1.1. Изучение физических явлений, лежащих в основе работы оптических микроскопов.

1.2. Ознакомление с принципом действия и возможностями применения оптических микроскопов в исследовательской и измерительной практике.

3. Изучение влияния волновой природы света на параметры оптических приборов.

2. Оборудование и образцы для исследований.

• Микроскоп оптический отраженного света «Вертиваль»

• Объект-микрометр.

• Фрагмент пленочной микросхемы

• Кремниевая пластина со структурами БИС

3. Теоретическая часть.

3.1.Микроскоп предназначен для исследования малых объектов с боʹльшим увеличением, чем лупа, и, соответственно, с большей разрешающей способностью. Микроскоп представляет собой комбинацию двух оптических систем – объектива и окуляра. Каждая система состоит из одной или нескольких линз.

Принципиальная схема получения изображения в оптическом микроскопе представлена на рис.1. Для простоты построения изображения на рисунке система линз объектива заменена одной собирающей линзой L(1), а система линз окуляра - линзой L(2). Предмет АВ помещается перед объективом немного дальше его фокуса. Объектив создает увеличенное действительное изображение А'В' предмета вблизи переднего фокуса окуляра, которое рассматривается глазом через окуляр.

Изображение А'В' находится немного ближе переднего фокуса окуляра F₂. В этом случае окуляр создает увеличенное мнимое изображение А"В", которое проектируется на расстояние наилучшего зрения. Дополнительно получение мнимого изображения окуляром иллюстрируется рис.2. На рис.2. l – изображение объекта после объективной линзы; -f , f´ - фокусные расстояния линзы; х – расстояние от фокуса до объекта, l´ - мнимое изображение объекта.

Рис..1. Схема получения изображения в оптическом микроскопе. Рис.2. схема получения мнимого изображения объекта окулярной линзой.

Рис. 3. Оптическая схема микроскопа «Вертивал» 1-осветитель; 2- конденсор; 3,6-зеркало;4,7,14 – линза; 5 – апертурная диафрагма; 10 – полевая диафрагма; 12 – кольцевая диафрагма; 11 – предметный столик; 9 – объектив; 8 – полупрозрачное зеркало; 13- кольцевое зеркало; 15 – призма; 17 – бинокулярная насадка; 16 – окуляр.

Оптический микроскоп характеризуется следующими основными параметрами: увеличение, разрешение, глубина фокуса (резкости). Увеличение определяется увеличительной способностью всех линз, включаемых в ход оптических лучей. Можно предположить, что, подбирая соответствующим образом значения увеличения объектива и окуляра, можно получить микроскоп со сколь угодно большим увеличением. Однако на практике не используют микроскопы с увеличением свыше 1500 – 2000 крат, так как возможность различения мелких деталей объекта в микроскопе ограничена. Это ограничение обуславливается влиянием дифракции света, происходящей в структуре рассматриваемого объекта. Благодаря волновой природе света изображение каждой точки объекта в плоскости изображений имеет вид концентрических темных и светлых колец, вследствие чего близко расположенные точки объекта на изображении сливаются. В связи с этим вводят понятия предела разрешения и разрешающей способности микроскопа.

Пределом разрешения микроскопа называется наименьшее расстояние между двумя точками объекта, когда эти точки различимы, т.е. воспринимаются в микроскопе не сливающимися друг с другом δ=0,51·λ/A, величина А = n·sin u называется числовой апертурой микроскопа; λ - длина волны света, освещающего предмет; n - показатель преломления среды между объективом и предметом; u - апертурный угол объектива, равный половине угла между крайними лучами конического светового пучка, входящего в объектив микроскопа. Повысить разрешающую способность микроскопа можно, заполнив пространство между предметом и объективом иммерсионной жидкостью с большим показателем преломления.

Разрешающей способностью микроскопа называется способность микроскопа давать раздельное изображение мелких деталей предмета. Разрешающая способность - это величина, обратная пределу разрешения ξ = 1/δ.

Как видно из формулы разрешающая способность микроскопа зависит от его технических параметров, но физический предел этого параметра определяется длиной волны падающего света.

Глубиной резкости называется расстояние от самогй ближней плоскости до самой дальней плоскости объекта, которые изображаются приемлемо сфокусированными.

Если точки предмета находятся на различных расстояниях перед объективом (в разных плоскостях), то формируемые им резкие изображения этих точек будут находиться также на различных расстояниях позади объектива. Это должно означать, что резкие изображения могут быть образованы только точками, лежащими в одной плоскости. Остальные точки в этой плоскости будут отображаться кружками, которые называются кружками рассеяния. Величина кружка зависит от расстояния данной точки от плоскости отображения. Вследствие ограниченной разрешающей способности глаза точки, отображаемые малыми кружками, будут восприниматься как точки и соответствующая плоскость объекта будет рассматриваться как сфокусированная. Глубина резкости тем больше, чем короче фокусное расстояние объектива, чем меньше диаметр действующего отверстия. На рис.4.показана зависимость глубины резкости от перечисленных факторов. При прочих равных условиях, то есть при F постоянном и также постоянном расстоянии от объектива до объекта, для увеличения глубины резкости уменьшают диаметр действующего отверстия. С этой целью между линзами объектива устанавливается диафрагма, позволяющая изменить диаметр входного отверстия.

Рис.4.Зависимость резкости изображения от расстояния между предметами и объективом. A, B, C — точки разноудаленных предметов. A1, B1, C1 — точки пересечения лучей, прошедших через линзу. При наводке на резкость на среднюю точку B изображение точек A и С в фокальной плоскости получится в виде нерезких кружков, называемых кружками рассеяния.

Поле зрения оптической системы, часть пространства (плоскости), изображаемая этой системой. Величина поля зрения определяется входящими в систему деталями (такими, как оправы линз, призм и зеркал, диафрагмы и пр.), которые ограничивают пучок лучей света. Полевая диафрагма, диафрагма поля зрения — непрозрачная преграда, ограничивающая линейное поле оптической системы в пространстве предметов или в пространстве изображений. Имеет форму круга. Располагается в непосредственной близости от одного из фокусов оптической системы.

В зависимости от прозрачности объекта микроскопические исследования могут проводиться в проходящем или отраженном свете.

Два способа освещения объекта позволяют реализовать два режима работы микроскопа – светлопольный и темнопольный. В светлопольном изображении структура объекта видна вследствие различной отражательной способности его элементов. Если малые частицы объекта имеют неправильную форму, рассеивающую падающий на них свет, то такие элементы плохо видны в отраженном свете. В этом случае применяют метод темного поля, при котором из поля зрения устраняются прямые лучи, прошедшие через объект (или отраженные от него) и в объектив попадают лишь дифрагированные (рассеянные объектом).