Астрономия и микроскопия

Стал тоже смотреть. Знаете, конденсоры такая штука, плюс/минус километр. Насколько понял, в Книге (стр.352) приведены не совсем те исходные данные, которые использовали Вы в расчёте. Там расчёт из бесконечности. Судя по всему, речь идёт о конденсоре для Биолама КОН3? Толщина предметного стекла d=2мм (ваше 1.1мм). Я посмотрел свои архивы и нашёл минимум три модификации, разные конструктивные параметры. На рукописном листочке приведены результаты, полученные сейчас при расчёте. Конденсор был спроектирован для работы с водой (в том числе). Масло, мало что меняет. У меня получается, что числовая апертура никак не более 1.0 независимо от вида иммерсии. Изменяющиеся данные от положения П.Д. тоже приведены. Значения свободных рабочих отрезов от 1.08 до 2.13мм. Апертуру объектива ОМ20 он НЕ заполнит ни в какую. Может «включить» рассуждения наших профессоров о том, что апертуру нужно заполнять только на 2/3? Я лично с этим не очень согласен. Ну а какое мнение общественности? Вопрос, кстати, очень интересный, может, кто расскажет, это ведь из области реальной практики работы на микроскопе.

_________________
сайт: http://www.labor-microscopes.ru

Так понятное дело, что залить выходной зрачок объектива с А=1.3 никак не получится с помощью конденсора с максимальной апертурой А=1.2 и достигающей таких значений при использовании масла и нарушения освещения по Келеру. У этого конденсора большое рабочее расстояние, это его огромный плюс, при изучении толстых объектов, на практике иммерсию даже водную, мало кто применяет, 2/3 от 1.25 это 0.833, и этого вполне достаточно для большинства случаев. Что тут можно обсуждать, возьмите ОИ-14, он для этих целей больше подойдет.

Есть у меня и конденсор ОИ-14 от МБИ-11. И с ним такая же история. Измерил радиусы кривизны у обоих конденсоров - первые два получились практически одинаковые, третий (полусфера) - одинаковые с погрешностью +- 0.01 мм.


Правда есть сомнения, что ОИ-14 никто не разбирал.


Проделал подобный расчет для КОН-4. Там слой иммерсии между конденсором и покровным стеклом нужен всего 1.14 мм. И исправление сферички, за счет асферической первой поверхности, гораздо лучше. Но его у меня нет.

Лишний раз доказывает, что все эти "виртуальные объективы и конденсоры", созданные только в виде чертежей, часто абсолютно оторваны от реальности, а на практике, что ОИ-14 показал? неужели не заполнил выходной зрачок 90х1.3 АПО?
Кстати, есть одна тонкость, последняя линза объектива не всегда равна диаметру выходного зрачка зачастую она больше(на практике).

Естественно заполнить не получилось, поскольку у меня он оказался близнецом КОН-3 (как назвал его Дмитр) и нужно около 0.8 мл иммерсионного масла чтобы заполнить пространство между конденсором и предметным стеклом.

Вот расчет в параксиальных лучах при однородной иммерсии (т.е. показатель преломления после r3 равен 1.5163 вплоть до фокуса):

r1=20.7 d1=10 n2=1.5163

r2=67.97 d2=0.3 n3=1

r3=7.888 n4=1.5163

s1=-300 мм - расстояние от полевой диафрагмы до первой поверхности конденсора.

a1=-1/300 h1=1
a2=0.014250936 h2=.85749063
a3=0.028122192 h3=0.849053972
a4=0.055197551

s'=h3/a4=15.382 мм - это расстояние от вершины третьей поверхности до плоскости изображения. При толщине последней линзы 11 мм и толщине предметного стекла 1.1 мм получаем слой однородной иммерсии 3.282 мм. Если иммерсия водная, тогда ее толщина равна 3.282*1.333/1.5163=2,885 мм. Если иммерсии нет, то между конденсором и предметным стеклом воздушный промежуток 2.164.

Проверил. При настроенном по Келеру освещении расстояние измеренное линейкой чуть более 2 мм.

я так понял, что во это на практике проверено:
Проверил. При настроенном по Келеру освещении расстояние измеренное линейкой чуть более 2 мм.
Дело в том, что эти конденсоры КОН-3 и ОИ-14 по Келеру работают только на маленьких апертурах, 0.65 максимум, потом переходят на критическое освещение. В эту сторону проверяли?
И еще, большое рабочее расстояние конденсора не является недостатком, а наоборот преимуществом, более толстые препараты можно смотреть.
Для проверки подлинности, у ОИ-14 диаметр плоской части фронтальной линзы равен 10 мм, а КОН-3 -11мм (реальный диаметр этих линз больше на 2 мм где-то).

Да, все проверено на практике.
Основные источники по теоретической части микроскопов книги "Оптика микроскопов" и "Микроскопы" с участием Панова. Там написано что, апертура КОН-3 1.25, ОИ-14 - 1.4. У последнего выше за счет асферики первой поверхности. При этом на рисунке во второй книге ОИ-14 изображен с почти плоской второй поверхностью и написано что у него фокусное расстояние больше. Все вроде бы сходится, но похоже только в теории.

На самом деле мне просто интересно попытаться заполнить всю апертуру АПО 90/1.30. На практике использую критическое освещение с ОИ-31 (вместо зеркала) и КОН-3. В ОИ-31 стоит зеленый яркий светодиод со спиленной под нуль линзой. Его изображение строится осветителем, конденсором и каплей иммерсии в одной плоскости с объектом. В таком случае выходной зрачок объектива заполнен не более чем на четверть. Просто мой объект нельзя класть на предметное стекло. Он представляет собой вольфрамовую проволоку толщиной 100 мкм с заточенным электрохимически острием на конце. Радиус закругления острия не более 200 нм (нанометров!). Это зонды с сканирующему зондовому микроскопу NanoEducator. Задача отбраковать зонды перед работой, соответственно никаких поверхностей рядом с острием, иначе оно погнется (затупится).

Самое интересное оставил на конец.
Полученные зонды относил на посмотреть на сканирующий электронный микроскоп. И заметил, что те зонды, которые выглядели в световой микроскоп очень "красиво", имели радиус закругления менее 30 нм. Сделал вторую партию из 20 штук, отбирая по наблюдениям в световой только самые-самые. В итоге 10 имели радиус менее 15 нм, еще два около 30 нм, остальные 15-25 нм. Радиус 30 нм - это диаметр 60 нм, что в 10 раз меньше длины волны. Тестирование этих зондов непосредственно на сканирующем зондовом микроскопе дало сопоставимые результаты. Но сканирование занимает около 15 минут и в качестве оперативного не подходит.

Более-менее суть понятна, 1/4 это точно какая-то грубая ошибка настройки, куча мелких, например иммерсионное масло имеет не точно, тот же показатель преломления, что и предметное стекло, тут не причем.
Попробуйте так, возьмите обычный светодиод не матовый(зеленый) диаметром 3 мм полусфера, включите его, потом определите расстояние с которого он дает световой круг около 30 мм.
Это будет расстояние до диафрагмы конденсора. Потом закрепите его в качестве осветителя, по идее зеркало не понадобится, реальное расстояние менее 100 мм и направьте его луч на диафрагму конденсора по центру. Потом настройтесь в фокус объективом 90х. Далее наблюдая в выходной зрачок объектива 90х ( с помощью МИР-1, желательно) регулируя высоту конденсора попытайтесь залить максимально светом выходной зрачок, уж точно менее чем 2/3 получится не должно даже с сухим конденсором, если есть предметное стекло.
Я думаю, что у вас диафрагма(и апертура) конденсора не залита светом и поэтому режется апертура освещения.
Саму диафрагму открыть полностью конечно.
Сначала проверить с предметным стеклом без объектов. ну а потом заменить все иммерсией, по идее, от этого апертура так сильно до 1/4 уменьшится не может.

Ну интересный расклад, начали с того, что масло сваливается с конденсора (что не удивительно при любых рабочих отрезках, оно попросту стекает). Нашли неточности в Книге и в интерпретации данных, описанных там. Пробежались по конденсорам (здесь и в другой ветке форума немного). Давайте формулировать задачи. Я не согласен, что оптические расчёты – это лишь виртуальное творчество. Это первый этап проектирования, ошибка в котором «загубит всё дело и все деньги». Это и наиболее точный вид эксперимента, тем более, учитывая сегодняшние возможности ПК. Хотя, конечно, опыт инженера – это главное. По теории на результирующее разрешение В ОДИНАКОВОЙ степени влияют и объектив и осветитель. Это нужно учитывать и создавать «адекватные» осветительные системы, чего упорно никто не делает. Я не встречал ни разу конденсора, который бы по качеству изображения приближался бы к объективу. Мы до сих пор спорим о том, нужно ли исправлять хроматизм положения и вторичный спектр в конденсоре (и коллекторе тоже). Мы запросто переставляет галогенки и светодиоды игнорируя особенности каждого из источников (не «подрабатываем» оптику).
В нашем случае мы обсуждаем «интересный вопрос» – требование «увидеть» 0.2мкм на световом микроскопе, что теоретически возможно. Но используем ПРОСТЕЙШИЙ конденсор и непонятно какую осветительную систему. Повторю, не получается реализация ЧА в этом конденсоре не только 1.2, но и 1.0 толком, не говоря об аберрациях, которые «огромные». Да, я согласен, критическое освещение предпочтительно для подобных задач (повышается когерентность), но такие очень «тонкие и точные» задачи, требуют тщательного подхода. Как минимум, использовать аналогичный объектив в качестве конденсора. Хотя аберрации в зрачках у объектива тоже значительны.

_________________
сайт: http://www.labor-microscopes.ru

Дмитр, есть такое выражение "Любая техника в руках дикаря - груда металлолома", доступность бесплатного софта для разработки оптики дошла до того, что разработкой оптики может заниматься даже школьник. Но нужны ведь базовые знания, и самое главное правильная постановка задач, и опыт и технологии надо знать.
Девайте как из Вас попробуем сделать программиста на коком-нибудь C++, сможете?
Вы сильно лукавите, что все так просто, и кроме всего проблема в том, что даже имея рабочую оптическую схему, мы не можем ее сделать, получить готовый объектив или конденсор.
Зеркало для телескопа сможем, а вот объектив для микроскопа вряд ли, сильно технологически зависимый процесс.
Cocteau, может использовать предметное стекло с лункой для игл, лунку залить тоже маслом?
или сделать микро посуду какую-то чтоб масло не растеклось. Если дело стоящее, можно приклеить цилиндрический бортик к конденсору наливать масло туда.

Знаете, получается так, что всегда есть необходимость в поиске решений. И люди, которые «всё время в движении» - они счастливы по-своему. Кто-то использует программы для расчёта оптики, кто-то денег, по сути, это не важно. Люди самовыражаются. Я готов спорить, что «делать деньги» это интереснее, чем «сделать объектив или зеркало» м.б. это для меня, столько было и потеряно и заработано в жизни. Программист из меня «ниже нуля», или там, финансист. Но «раскапывать» оптические проблемки. Решать – я получаю удовольствие. Вот пример с фольгой – я очень доволен результатом у Сэм59. Хочется общаться, ошибаться, спорить на «одном и родном» языке. Иностранцы не понимают нас никак, как объяснить им интуицию и смекалку, как выразить нюансы творчества. Их профи –очень заносчивы и высокомерны Потребители ещё хуже. Поверьте, много общался. И…сказать честно, не то, чтобы надоело. Здесь на форуме – гораздо «живее и динамичнее». Кстати, если владельцы сайта задумают наши опусы перевести на англ. язык, м.б. очень хороший результат (и для нас тоже). Так вот, м.б. пообсуждаем проблемы с освещением? 2/3 это правильно?

_________________
сайт: http://www.labor-microscopes.ru

Всегда замечал при работе с ОИ-14 (МБИ-3), что при работе с объективами, апертура которых > 0.6 качество изображения полевой диафрагмы неудовлетворительное, соответственно принцип Келера соблюдается приближенно. Скажите, а что такое "критическое освещение" и как такое освещение влияет на разрешающую способность объектива.

_________________
МБИ-3, МБИ-11, МБС-2, МБИ-4, МИН-8, МББ-1А, КФ-1, КФ-4, МФА-2

Дмитр, я согласен с вами, что расчеты - не виртуальное творчество. Но мне, например, с заданными параметрами линзу не сделать. Поэтому расчеты в моем случае виртуальные. Сейчас на компьютере, а 12 лет назад на калькуляторе.
Правильным освещением своих образцов еще буду заниматься, но задачей здесь может быть только выборка отличных зондов, и отбраковка плохих. Потому что зонды, форму которых может разрешить объектив, для зондового микроскопа уже плохие. АПО и зеленый светодиод выбрал чтобы уменьшить аберрации. В настоящий момент у меня желание понять и научится использовать микроскоп на пределе его возможностей.

По поводу заполнения апертуры. Как и многие я замечал сначала улучшение контраста и, возможно кажущееся, увеличение разрешения, при закрывании апертурной диафрагмы конденсора. При дальнейшем уменьшении апертуры конденсора заметно падает яркость и разрешение. Но ведь в формуле разрешающей способности микроскопа в знаменателе стоит сумма апертур конденсора и объектива. И это верно. А кажущееся увеличение разрешения связано с увеличением контраста (видности объекта). Ведь у глаза не высокий динамический диапазон восприятия яркости и обычно уменьшение яркости менее чем на 5% не фиксируется. У других приемников излучения с этим лучше. Бывают контрастные фото материалы, контраст ПЗС или КМОП матриц позволяет изменять софт. Вот для них и нужно использовать Осветительную систему с максимальным качеством. Этого не делают, из-за чрезмерного удорожания конструкции.
Было бы хорошо если конденсор имел бы обратную схему объектива. Но толщина предметного стекла не даст этого сделать. Значит нужно масштабировать оптическую систему. Увеличить ее раз в 20. Скорее все придется ее немного подправить (кажется мне, что искажения волнового фронта также увеличатся).

Rasalam, критическое освещение, это когда выполняется требование - залить зрачок светом, те получить нужную апертуру освещения, а изображение полевой диафрагмы в счет не берется.
Часто, критическое освещение добиваются использованием матового светофильтра в конденсоре. Основной его недостаток, что оно добавляет паразитные лучи и дополнительно подсвечивает объект, что снижает контраст. В реальности, вариант со светодиодом это не совсем критическое освещение, просто при больших апертурах, изображение полевой диафрагмы настолько искажено всеми возможными аберрациями, что не возможно его настроить правильно, освещение поля не равномерно со всевозможными переливами цвета и тени. Тогда исследователь уходит от настройки по полевой диафрагме, а основное что он может сделать это залить апертуру выходного зрачка светом ( что является главным критерием в критическом освещении).
Дмитр, 2/3 правильно, для оптимального соотношения контраст - разрешающая способность -глубина резкости при наблюдении глазом. При регистрации на фото-видео, для получения предела разрешения, необходимо равенство апертур объектива и конденсора, а контраст повышаем средствами обработки изображения. Если цель, не разрешение, а глубина резкости, то апертуру конденсора уменьшаем иногда до 1/3, правда уже появились и иные методы повышающие глубину резкости статических объектов.
Очень хорошо описываются и демонстрируются основы микроскопии на этом сайте
( правда все на английском)
http://micro.magnet.fsu.edu/primer/anatomy/anatomy.html

tk1273, спасибо.

_________________
МБИ-3, МБИ-11, МБС-2, МБИ-4, МИН-8, МББ-1А, КФ-1, КФ-4, МФА-2