Princip zobrazení optickým mikroskopem

Mikroskop je optický přístroj umožňující rozeznat struktury, které nejsou viditelné pouhým okem. Jeho součástí je optická soustava, osvětlovací soustava a mechanické zařízení. Mikroskop zvětšuje zorný úhel. Zorný úhel je úhel, který svírají okrajové paprsky předmětu zobrazeného na sítnici. Pokud se zvětší zorný úhel, zvýší se schopnost odlišit od sebe dva body. Dva body jsou od sebe rozlišitelné pokud paprsky těchto bodů, které dopadají na buňky sítnice, jsou od sebe vzdáleny alespoň o velikost jedné buňky sítnice.

Princip zobrazování

Pozorovaný předmět y se umisťuje před ohniskovou rovinu objektivu. Objektiv vytvoří skutečný, zvětšený a převrácený obraz y′, který se nachází za ohniskovou rovinou objektivu. Tento obraz slouží jako předmět pro okulár.

Okulár funguje jako lupa, která zobrazuje obraz y′ pod zvětšeným zorným úhlem τ′. Aby oko nemuselo akomodovat, je mikroskop nastaven tak, že obraz y′ leží v ohniskové rovině okuláru. Okulár pak promítá výsledný obraz do nekonečna, což zajišťuje optimální pozorovací podmínky.

Tento systém zajišťuje kombinaci zvětšení objektivem i okulárem, což umožňuje detailní pozorování struktur.

Optická soustava

Vlastní zobrazení předmětu zprostředkovává objektiv a okulár se společnou optickou osou. Osvětlovací soustava se liší v závislosti na druhu mikroskopu.

Objektiv

Je spojná soustava čoček umístěná blíže pozorovanému předmětu. Objektiv má malou ohniskovou vzdálenost (1,5–20 mm). Předmět umístěný těsně před ohnisko objektivu (F1) je zobrazen objektivem do vzdálenosti, která je větší než dvojnásobná ohnisková vzdálenost objektivu. Tento obraz předmětu je převrácený, skutečný a zvětšený. Obraz může být zvětšen až 150×.

Okulár

Nachází se blíže oku. Je to spojná soustava čoček, která je nastavena tak, aby sloužila jako lupa. Obraz vytvořený objektivem je promítán mezi okulár a jeho ohnisko (F2). Soustava čoček tento obraz zvětšuje (až 20×). Ohnisková vzdálenost je 10–50 mm. Nezvětšuje již rozlišovací schopnost mikroskopu. Konečný obraz předmětu je zvětšený, neskutečný a převrácený.

Optický interval

Ohnisko objektivu (F1) a okuláru (F2) spolu nesplývají, ale jsou od sebe vzdáleny. Tato vzdálenost se nazývá optický interval (Δ). Bývá kolem 15–20 cm.

Zvětšení mikroskopu

Celkové zvětšení mikroskopu je dáno násobkem příčného zvětšení objektivu a úhlového zvětšení okuláru (lupy). Hodnota 250 je konvenční zraková vzdálenost vyjádřená v mm. Příčné zvětšení vyplývá z podobnosti trojúhelníků. Úhlové zvětšení definuje zvětšení zorného úhlu zprostředkované okulárem.

$\Gamma =Z_{objektivu}\cdot {\beta }_{okularu}={\frac {\Delta }{f_{objektivu}}}\cdot {\frac {250}{f_{okularu}}}$

Srovnání s dalekohledem

Optické mikroskopy a dalekohledy jsou přístroje využívající čočky nebo zrcadla k vytváření zvětšených obrazů, ale slouží odlišným účelům. Mikroskopy jsou určeny k pozorování velmi malých objektů, například buněk nebo mikroorganismů. Skládají se z objektivu s krátkou ohniskovou vzdáleností a okuláru. Objektiv vytvoří zvětšený obraz, který okulár dále zvětší. Osvětlení zajišťuje intenzivní zdroj světla, často doplněný kondenzorem. Mikroskopy umožňují zvětšení 40× až 1000× a dokáží rozlišit detaily až do velikosti 200 nanometrů, což omezuje difrakce světla.

Dalekohledy slouží k pozorování vzdálených objektů, jako jsou hvězdy nebo krajiny. Obsahují objektiv s dlouhou ohniskovou vzdáleností a okulár. Objektiv vytvoří zmenšený obraz, který okulár zvětší. Dalekohledy využívají přirozené světlo z pozorovaných objektů a nevyžadují další osvětlení. Zvětšení se pohybuje od několikanásobného po stovky násobků, přičemž rozlišení závisí na velikosti objektivu.

Z fyzikálního pohledu je u mikroskopů klíčová numerická apertura (NA), která určuje schopnost rozlišit jemné detaily. Větší NA zlepšuje rozlišení, ale zmenšuje hloubku ostrosti, což znamená, že zaostřena je jen tenká vrstva vzorku. U dalekohledů je důležitý průměr objektivu, který ovlivňuje jas a ostrost obrazu. Dalekohledy mají větší hloubku ostrosti, takže dokážou zaostřit na širší rozsah vzdáleností.

Tato srovnání jsou důležitá pro správné využití obou přístrojů v lékařské biofyzice, například při analýze biologických vzorků nebo při optických metodách výzkumu.

Odkazy

Použitá literatura

• BENEŠ, Jiří, et al. Základy lékařské biofyziky. 1. vydání. Praha : Karolinum, 2005. 196 s. ISBN 80-246-1009-4.

• NAVRÁTIL, Leoš a Jozef ROSINA, et al. Medicínská biofyzika. 1. vydání. Praha : Grada, 2005. 524 s. ISBN 80-247-1152-4.

• SVOBODA, Emanuel a Karel BARTUŠKA, et al. Přehled středoškolské fyziky. 4. vydání. Praha : Prometheus, 2006. ISBN 80-7196-307-0.