Микроскоп и его применение для визуального оптического контроля
Цель работы - изучение устройства, оптической схемы микроскопа и его применение для контроля геометрических параметров прозрачного объекта.
 |
Микроскоп - один из наиболее распространенных приборов визуального оптического контроля геометрических и оптических параметров объектов малых размеров. Он широко применяется в различных отраслях науки и техники (физика, химия, биология, медицина, металлургия, производство микросхем и т.д.).
Раcсмотрим устройство типичного микроскопа на примере микроскопа УБМ-4 (рис. 2.1). Он состоит из двух систем - наблюдательной, в которую входит объектив 1 и окуляр 2, вмонтированные в тубус микроскопа 3, и осветительной, состоящей из зеркала 4, конденсора 5 с ирисовой апертурной диафрагмой 6 и съёмного светофильтра 7.
На металлическом устойчивом основании микроскопа 8 укреплена коробка с механизмом микрометрической фокусировки 9. По одну сторону её привинчена конструкция 10, обеспечивающая перемещение конденсора, а по другую - тубусодержатель 11, имеющий форму дуги.
Механизмы грубой и микрометрической фокусировки приводятся в движение вращением рукояток 12 и 13 соответственно, причём их повороты против часовой стрелки поднимают тубус, а по часовой - опускают относительно предметного столика 14. Последний крепится к коробке механизма микрометрической фокусировки с помощью специального кронштейна.
На оси левой рукоятки механизма микрометрической фокусировки имеется барабан со шкалой 15, отсчёт по которой разрешает измерять перемещение тубуса (оно порядка 2,2 мм) с точностью до 2 мкм.
Быстрая смена и центрирование объективов производится с помощью револьвера 16. Принципиальная оптическая схема микроскопа показана на
рис. 2.2 [4].
Как видно из рис. 2.2а, объектив строит увеличенное действительное изображение объекта АВ в передней фокальной плоскости окуляра F2. Это изображение рассматривается глазом через окуляр 2, как через лупу, причем в зависимости от положения промежуточного изображения относительно фокуса F2, изображение А'В' проецируется или на бесконечность (А'В' совпадает с F2), или на расстояние наилучшего зрения наблюдателя (А'В' находится за фокусом F2).
Величина D (рис. 2.2б) называется оптическим интервалом микроскопа или оптической длиной тубуса микроскопа.
Заднее f ' и переднее f фокусные расстояния микроскопа как двухкомпонентной системы определяются формулами:
, 
, (2.1)
где индексами 1 и 2 обозначены соответствующие фокусные расстояния объектива 1 и окуляра 2.
Положения фокусов F и F' микроскопа задаются соотношениями
, (2.2)
а положения главных плоскостей системы - следующими формулами:
. (2.3)
Обычно при работе с микроскопом изображение А'В' лежит в передней фокальной плоскости окуляра F2, т.е. на расстоянии D от заднего фокуса объектива F2', тогда линейное увеличение объектива bоб равно
. (2.4)
Так как линейное увеличение окуляра bок всегда равно
, (2.5)
где L = 0,25 м - расстояние наилучшего зрения, то общее увеличение микроскопа равно
. (2.6)
Значение b также можно выразить через входную числовую апертуру объектива (микроскопа) 
, где п - показатель преломления среды, в которую помещен исследуемый объект, s - апертурный угол объектива (рис. 2.2), и диаметр оптического зрачка глаза Dгл 
5,7 мм (для редуцированного глаза), а именно
. (2.7)
Знак минус в формулах (2.6) и (2.7) означает, что микроскоп дает обратное изображение.
Объективы микроскопов всегда изготавливаются с предельно большими апертурами, которые к тому же можно еще увеличить с помощью иммерсии, т.е. заполнением пространства между объектом и линзой маслом с показателем преломления близким к показателю преломления линзы объектива.
Отметим, что разделение наблюдательной системы микроскопа на две самостоятельные части дает возможность устанавливать в плоскости промежуточного изображения (А'В') шкалы и микрометры, а также позволяет изменять увеличение микроскопа путем смены объективов и окуляров.