Инструкция к устройству для


наблюдения методом фазового


контраста КФ-1

I. Характеристика метода

Как известно, при микроскопировании чаще всего приходиться иметь дело с препаратами малоконтрастными. Чтобы такие препараты сделать видимыми и достаточно контрастными, необходимо их окрасить; при этом живые препараты большей, частью погибают, либо изменяют свою структуру. Одним из простейших способов повысить контрастность неокрашенных препаратов, является диафрагмирование апертурной диафрагмы конденсора, однако это ведет к уменьшению разрешающей способности объектива и освещенности, да. и степень повышения контрастности при этом незначительна. Наилучшим способом наблюдения неокрашенных неконтрастных препаратов до сих нор являлся метод наблюдения в темном поле, успешно применявшийся в бактериологии и при исследовании коллоидов. Однако этот метод дает обратный контраст, — светлые участки препарата представляются темными и наоборот; кроме того метод даст возможность различать только к-оп^уры препарата, не позволяя судить о внутреннем его строении. Совершенное представление о препарате дает наблюдение с помощью метода фазовых контрастов. Этот метод позволяет наблюдать неокрашенные, неконтрастные объекты;, получая контрастное их изображение, в котором темные н, светлые места соответствуют различной толщине или оптической плотности в препарате. Таким образом, метод фазовых контрастов открывает широкие возможности исследования живых неокрашенных препаратов. Он -несомненно найдет себе применение во всех областях биологии, бактериологии, медицины и т. д.

2. Элементарная теория метода

Согласно теории Аббе изображение в микроскопе возникает вследствие дифракционных явлений света. Препарат для микроскопироваиия рассматривается как решетка с регулярной структурой, например, как попеременно идущие темные и светлые линии, расположенные на одинаковом, расстоянии друг от друга. Проходя чер,ез такую решетку, свет в результате дифракции следует не только своему первоначальному направлению, но отклоняется и' в некоторых других направлениях, под определенным углом к первоначальному. Данный угол тем больше, чем тоньше структура препарата.

Схематически ход лучей представлен на рис. 1. Свет, исходящий из центра апертурнои диафрагмы BP, проходит через конденсор микроскопа К и выходит из него параллельным пучком, падая на объект О, представляющий собою решетку. Затем свет проходит к объектив по своему первоначальному направлению и, кроме того, вследствие дифракции отклоняется, как показано пунктирными, линиями, в направлении + 1 и ^Ь 2. Эти пучки лучей собираются объективом в его фокальной плоскости ЛР, где получается изображение апертурной диафрагмы кондеисора в точке Oj от лучей прошедших объект без преломления и в точках + 1 от преломленных лучей показанных пунктиром. Таким образом в фокальной плоскости объектива мы получаем так называемый дифракционный спектр." Пучки лучей, идущие от дифракционного спектра, собираются в плоскости изображения О', где вследствие их интерференции возникает изображение объекта 0, подобное ему. Как показал Аббе, изображение возникает лишь в том случае, если объектив пропускает хотя бы: один первый дифракционный максимум. Дифракционный спектр можно видеть, если, вынув окуляр, смотреть в тубус микроскопа на поверхность линзы объектива; при этом мы увидим картину, изображенную на рис. 2 —а и б: а —в случае отсутствия препарата, б — в случае наличи решетки.

Интенсивность центрального изображения значительно больше интенсивности боковых максимумов, которые тем слабее, чем дальни1 они расположены от центра. Центральный яркий минимум получается от лучен прошедших, как было сказано, без преломления боковые максимумы от" лучей преломившихся на границе между темными и светлыми штрихами решетки. Распределение интенсивности в дифракционном спектре зависит от соотношения ширины светлых и темных линий, а также от соотношения их оптической плотности. Чем плотнее темные штрихи, тем ярче боковые максимумы и тем контрастнее получается изображение объекта в плоскости О' В микроскопии следует различать два вида объектов: 1. Объекты, у которых светопоглощение на различных участках различно. Такие объекты: меняют интенсивность прошедшего через' них света, т. е. меняют величину амплитуды колебания света, которая определяет интенсивность и поэтому называются „амплитудными" объектами. К таким объектам относятся все окрашенные препараты". Изображаю гея они с большим и ли меньшим контрастом. 2. Объекты, у которых светопоглощение на различных участках не изменяется, а меняется лишь их толщнна или оптическая плотность. Такие объекты не меняют интенсивности прошедшего света, а меняют лишь их фазу колебания. Так как изменение фазы колебания не может быть замечено- глазом или заснято на фотопластинке, то такие объекты невидимы и называются „фазовыми" препаратами. Как известно фаза колебания прошедшего света изменяется пропорционально разности в толщинах или в оптической плотности различных участков препарата. К фазовым препаратам относятся все неокрашенные неконтрастные объекты. Также, как в первом случае, мы представляем дифракционную решетку, мы можем представить . себе" и фазовую решетку, состоящую из равномерных полос и щелей, имеющих одинаковое светопропускание, но различную толщину, как это изображено на рис. 4.

Такая решетка вызовет изменение' фазы в свете, прошедшем через щели, по отношению к свету, прошедшему через выступы. Как и в случае дифракционной решетки, мы будем наблюдать при прохождении света через фазовую решетку дифракцию света и в фокальной плоскости объектива получим дифракционный спектр, который будет отличаться, от дифракционного спектра амплитудной решетки интенсивностью центрального максимума, который будет значительно ярче, и разностью фаз между нулевым и боковыми максимумами. По теории Аббе в плоскости изображения О' (рис. 1) мы получим изображение, подобное объекту, а так как мы имели объект неконтрастный, невидимый, то и в плоскости 0' мы получим равномерно освещенное белое поле. Метод фазовых контрастов заключается в том, чтобы в плоскости изображения О' микроскопа получить контрастное изображение, в котором распределение интенсивности соответствовало бы распределению разности фаз в объекте. В этом случае мы получили бы возможность видеть „невидимые „объекты". Как показали теория и опыт — это вполне возможно. Для этого необходимо только, чтобы дифракционный спектр, даваемый фазовой решеткой, походил на дифракционный спектр амплитудной решетки. То-есть для этого необходимо изменить разность фаз между нулевым и боковыми максимумами на 90° и понизить интенсивность нулевого максимума.

Следовательно, в фокальной плоскости объектива необходимо поместить пластинку которая перекрывала бьт центральный максимум, уменьшала бы его интенсивность и изменяла бы его фазу на 90°. Для пояснения действия метода, обратимся к рис. 4. Здесь объект, представляющий собою комбинацию щели 0 и выступов и 02. Условимся изображать амплитуду колебания ввела в виде вектора, величина которого определяет интенсивность света, а его направление — фазу колебания. На объект падает пучок света с амплитудами А, Аги А2 соответственно на щель и два соседних  выступа. Так как наш препарат v фазовый, то интенсивность света, после о г > прохождения не изменяется, а следовательно не -изменяется и величина векторов А, Ах и А,. •Вектор А, прошедший через щель не изменит ни своей величины, ни фазы; векторы ж и А,, оставаясь неизменными по величине, изменяют свое направление, как показано на рисунке под выступом решетки. Изменение направления будет тем меньше, чем меньше возникнет разность хода, вследствие различной толщины объекта в месте щели и выступа. 4 Векторы Aj и Щ над выступом решетки мы можем разложить на две составляющих по правилу параллелограмма, выбрав направление и величину одного из них такие же, как у вектора под щелью. Тогда вторая, незначительная по величине составляющая будет иметь с первой угол, близкий & 90° и тем более, чем разность хода будет меньше. На рисунке эти составляющие показаны векторами а2 и а2. Векторы А/, А/ и А показанные в плоскости АР векторами А/, Ж' и А' будут участвовать в образовании нулевого максимума, а векторы ах и а2, показанные на той же плоскости векторами а/ и а/—участвовать в образовании боковых максимумов +1 и В плоскости АР помещена фазовая пластинка ЕР, которая покрывает нулевой максимум, уменьшает интенсивность его на 50°/0 и изменяет фазу колебания на 90°. - После прохождения света, идущего от решетки через нулевой максимум, состояние его будет Изображаться векторами А/, А", А2"> повернутыми на 90° по отношению к векторам A', А*, А/ • и по величине в 2 раза меньшими. Согласно теории Аббе в плоскости О/, О', О/ мьг получим изображение объекта. В точку О' приходит свет, прошедший через нулевой максимум от щели с амплитудой А " в точку 02' и О/ свет, прошедший через нулевой максимум от выступа и через боковые максимумы соответственно с амплитудами А"2 и а2'—А/' и а/. Для получения результирующей необходимо эти векторы сложить по правилу параллелограмма. В результате мы получим векторы к.{" и А2'". Сравнивая их по величине с вектором к'" мы увидим, что они меньше его по размерам, стало быть в плоскости 02' О' 0/ мы получим в различных местах различную интенсивность света: между точками 02' и У, освещенность будет больше, чем в точках 02' и (У, соответствующих более толстой части препарата.

Таким образом, в поле зрения микроскопа будет видно изображение структуры решетки, распределение интенсивности в которой соответствует изменению фаз колебания в решетке. Как было сказано, для получения контраста необходимо изменить разность хода только нулевого максимума, не изменяя таковой для боковых максимумов. При диафрагме и фазовой пластинке в форме круга это не представляется возможным, т. к.

нулевой и боковые максимумы перекрывают друг друга, как это показано на рис. 2-6, поэтому диафрагма и фазовая пластинка выбираются в форме кольца, как это показано на рис. 5-а и б; при такой форме перекрытие получается минимальным и практического значения не имеет.  

Основными частями устройства являются:
1. Специальные объективы-ахроматы 10х х 0,30, 20х X 0,40, 40х X 9,65 И 90х X 1/25".
2. Специальный револьверный конденсор с диафрагмами.
3. Специальный вспомогательный микроскоп. Части устройства показаны на рис. 0.

1. Объективы для наблюдения методом фазовых контрастов

Объективы для наблюдения методом фазовых контрастов отличаются от обычных объективов-ахроматов только тем, что в плоскости зрачка выхода объектива помещена фазовая пластинка, назначение которой изменять фазу нулевого максимума на 90° и уменьшать его интенсивность. Обычно, чтобы не вводить -ее в .оптическую ось объектива, фазовая пластинка помещается на внутренней поверхности склейки линз, расположенной вблизи выходного зрачка объектива, между которыми и. заклеивается пластинка. Если мы посмотрим на фазовый объектив сзади, то на поверхности линзы увидим темное кольцо, как это показано на рис. 7. На колпачке таких объективов, помимо обычной гравировки, награвирована еще буква „Ф", показывающая, что эти объективы фазовые. Пользоваться такими объективами при обычных исследованиях не рекомендуется, т. к. в этом случае они дают пониженное качество изображения, вследствие наличия фазовой пластинки.

 
4. Фазово-контрасгный конденсор

Конденсор для наблюдения методом фазовых контрастов но своей оптической схеме ничем не отличается от обычного конденсора за исключением того, что в его фокальной плоскости помещены кольцевые диафрагмы. Так как для каждого объектива' необходимо иметь специальную диафрагму, в конденсоре предусмотрен револьвер для смены диафрагм. Кроме" того, для наблюдений обычным способом под револьверным диском имеется ирисовая диафрагма/ а в диске револьвера специальное отверстие для пропускания света. Таким образом конденсора может быть использован как для наблюдения обычным методом, так и наблюдения методом фазовых контрастов. Вид конденсора представлен на рис, 8 и 8-а. Конденсор вставляется в конденсородержатель микроскопа М-9 или МБИ-1 и зажимается в нем винтом обычным способом.

Главная | Микроскопы | Комплектующие | Оптика | Доставка | Оплата | Контакты