Nagyítás a mikroszkópban

Nagyítás a mikroszkópban

Optiakai nagyítást két úton lehet elérni: a tárgyakat vagy a gyújtótávolságon belül, vagy a gyújtótávolságon kívül lehet helyezni. Egy mikroszkópban mind a kettö módzsert használják.

 

Nagyítás a lencse gyújtótávolságán belül

Ezt a módszert a rajt-oldalon már elmagyaráztam. Ha a tárgyat a gyújtótávolságon belül helyezik el, akkor a lencse úgy dolgozik mint egy nagyító, amit olvasásnál használnak.

Nagyítás ovális lencse
Nagyítás egy ovális lencsével: a lencse úgy töri a fényt, hogy az emberi szemnek nagyobbnak tünik a figyelt tárgy

A lencse a fényt úgy töri meg, hogy az emberi szemnek úgy nézzen ki, mintha egy sokkal nagyobb tárgyat látna. Ennél a nagyítási módszernél egy virtuális képet termel a lencse. Azért virtuális, mert a képet nem lehet példáúl egy vászonra vetíteni, mint ahogy a moziban szokták.

virtuális kép nagyítóval
virtuális kép: a lencse a fényt úgy töri, hogy a szemnek nagyobbnak néz ki a tárgy. Virtuális képeket nem lehet példáúl ernyöre felfogni

 

Nagyítás a lencse gyújtótávolságán kívül

Ha a tárgyat a lencsének a gyújtótávolságán kívül helyezik el, akkor a sugarak máshogy mozognak. A lenti kép a fény irányát különbözö szinekben mutatja. Ennek nincs jelentösége, csak a megértést segíti.

nagyítás mikroszkóp valódi kép
Nagyítás egy gyüjtölencsével: ha a tárgy az égötávolságon kívül van helyezve, akkor egy nagyított-valódi képet lehet készíteni

A ZÖLD sugarak az optikai tengelyhez párhuzamosan mozognak. Ezeket úgy töri meg a lencse, hogy a utána képoldali gyújtópontot vágják. A KÉK sugarak úgy esnek be, hogy nem jön létre törés. Ök úgyanabban a szögben hagyák el a lencsét. A NARANCS szinü sugarak a tárgyoldali gyújtóponton keresztül menne, és úgy esnek a lencsére, hogy a másik oldalon párhumazosan mozognak az optikai tengelyhez.

Ezeknek a sugaraknak a képoldalon van egy közös pontjuk, ahol összefutnak. Ez az a pont, ahol egy éles kép keletkezik, ami viszont meg van fordítva (fejen áll). Ha valaki abba a pontba oda tart egy vásznat, vagy egy papírt, az látja a tárgynak a projekcióját. Ezért hívják ezt e képet „valódi-forditott-képnek“.

Marad az a kérdés, hogy a „valódi-forditott-kép“ nagyobb e vagy kissebb mint az eredeti tárgy. Erre van egy törvény:

Ha a tárgy a gyújtótávolsagon kívül van helyezve, de nem messzebre mint a gyújtótávolságnak a kétszeresére, akkor a kép nagyobb, mint az eredeti tárgy.

Ha a tárgy a gyújtótávolságon kívül van helyezve, de messzebre mint annak a kétszerese, akkor a valódi kép kissebb lessz, mint az eredeti tárgy.

valódi fordított kép
valódi-fordított kép: egy ház, amit lencsével egy papírlapra lett felfogva. A kép kissebb mint a tárgy, mert a tárgy a gyújtotávolságnak a duplájánál messzebbre van. Valódi képeket nem lehet szemmel látni, hanem csak felfogni papírra vagy vászonra és ott lathatóvá tenni

Nagyitás egy mikroszkópban

Egy mikroszkópban mind kettö fajta nagyítási modszert alkalmazzák. Az elsö lencse – az objektív – úgy van beépítve, hogy a tárgy a gyújtótávolságán kívül fekszik. Ezért az elsö lépésben egy „valódi-nagyított-felfordított“ kép készül. Ezt a képet sokszor egy tükörrel megfordítják a mikroszkópon belül, hogy a használó ne fejenállva lássa.

Nagyítás egy mikroszkópban: elöször egy valódi kép készül – arrol készül még egy nagyítás egy virtuális kép formájában
Nagyítás egy mikroszkópban: elöször egy valódi kép készül – arrol készül még egy nagyítás egy virtuális kép formájában

Az okulár úgy van helyezve, hogy ez a valódi-nagyított kép a gyújtótávolságán belül kelettkezzen. Ilyenkor úgy hat az objektiv mint egy nagyitó, amit olvasásra használnak és a nagyított képet még egyszer felnagyítja, csak most virtuálisan. A virtuális nagyítas azért lényeges a második lépésben, mert csak azt lehet látni a szemmel.

 

A mikroszkóp nagyitását kiszámolni

Honnan lehet tudni, hogy egy mikroszkóp mekkora nagyítást fog készíteni?
Ezt nem nehéz kiszámolni, egy egyszerü szorzással. Mondjuk azt, hogy ezek a számok vannak írva a mikroszkóp részeire:

Okulár: 10X
Objektív: 4x / 10 X / 40X

mikroszkóp okulár
mikroszkóp okulár
objektív revolver
objektív revolver

Ezek a számok minden lencse egyes nagyítási képességét mutatják. Ha ezek együtt müködnekt, akkor össze kell szorozni a hatásukat. A mi esetünkben azt jelenti, hogy a mikroszkóp 40-szeres, 100-szoros és 400-szoros nagyítást tud készíteni a tárgyrol.

Elöfordul, hogy a tubus-ra is van írva egy szám, mint például 1,6X. Ezt a számot is csak bele kell szorozni. Ebben az esetben a mikroszkóp 64-szeres, 160-szoros és 640-szeres nagyítást készít. Ez az eset álltalában akkor van, ha a tubusba még bele van építve egy úgynevezett “barlow-lencse”.

barlow lencse
barlow lencse

Az optikai nagyítás határai

Az optikai nagyítást nem lehet a végtelenségig bövíteni. Körülbelül 1500X-nél eléri a végét. Pontosabban a használt fény hullámhosszának a felénél van a felbontás határa – fedezte fel Ernst Abbe. Ez azt jelenti, hogy nem lehet egyszerüen egyre több lencsét egymás mögé kapcsolni és így óriási felbontásokat elérni.

Ennek az az oka van, hogy a fénysugaraknak is van egy bizonyos “vastagságuk”. Ha a tárgy viszont véknyabb mint egy fénysugár, akkor nem lehetséges értelmes képet csinálni vele. Ezt mutatja a kép.

nagyítás / felbontás határa a mikroszkópban
nagyítás / felbontás határa a mikroszkópban

A fénysugarakat úgy kell elképzelni az elsö lépésben, mint kis csöveket. A képben piros szinük van, de ennek nincs jelentösége. A fény átvilágít egy tárgyat, aminek egy csillag formája van. A tárgynak a színét „átveszik” és ezért látjuk a kék csillagot. Igazábol nem a sugarak szinezödnek be, hanem a tárgy csak azt a fényt engedi át, aminek egy bizonyos hullámhossza van. Az emberi szem ezt kéknek érzékeli… Erröl majd más helyen többet. Mindenesetre a fény az elsö képben még arángylag vékony a tárgyhoz viszonyítva, ezért lehet még csillagként látni.

A második képben, egy magasabb nagyitásnál, megint egy csillag formáju tárgy van megvilágítva, csak ez most sokkal kissebb, mint az elöbbi. Ez azt jelenti, hogy a fénysugarak átméröjéhez viszonyítva is sokkal kissebb. Így már csak egyetlen egy sugár megy át a tárgyon és ez nem elég arra, hogy a formáját értelmesen ábrázolja. Vírusok például ebbe a kategóriába esnek. Ök sokkal kissebbek mint baktériumok, ezért nem láthatók a fény-mikroszkóp alatt. Öket csat elektronmikroszkóp alatt lehet látni.

A második lépésben a fénynek a formájához még egy kis adalékos információ. A fény sugarai igazábol nem úgy néznek ki mint csövek, ahogy a fenti kép elsö két részében van mutatva. A fény pontosabban egy elektromágneses sugárzás, ami hullámokban mozog. Ezeknek a hullámoknak egy bizonyos átméröje van és annak a nagysága határozza meg az optikai nagyitást.

Föntebb már említettem: Ernst Abbe felfedezte, hogy a fény hullámhossza felénél van a felbontás határa. Felbontás az azt jelenti, hogy milyen messzire lehet két pont egymástol, hogy még egymástol különállónak lehessen öket felismerni. Mennél kissebb a hullámhossz, annál közelebb lehet egymáshoz a két pont.

Ez azt is jelenti, ha a mikroszkópban kissebb hullámhosszu fényt használnak, akkor azzal magasabb nagyítást lehet elérni.

Ezért volt egy olyan idöszak, amikor UV-mikroszkópokkal probáltak a kutatók dolgozni. De ezeknek a készülékeknek annyi hátrányai voltak, hogy a költség és a haszon nem állt értelmes arányban. Hamarosan le lettek váltva elektronmikroszkópoktol.