Розподільна здатність металографічного мікроскопу

Якість мікроскопу визначається не лише його збільшенням, але й розподільною здатністю, яка характеризується мінімальною відстанню між двома точками досліджуваного зразка, що видні окремо. Чим менша ця відстань, тим більша розподільна здатність. Точки, що розташовані на менших відстанях, мікроскопом не розділяються, тобто їх видно як одну точку.

Розподільна здатність мікроскопу залежить від розподільної здатності об’єктиву, бо якщо дві найближчі точки не розділяються в об’єктиві, то й в окулярі їх буде видно як одну.

Границя розподільної здатності оптичної системи визначається явищем дифракції. Зображення точки яка випромінює монохроматичне світло, що створюється навіть самим ідеальним об’єктивом, не сприймається оком як точка, оскільки внаслідок дифракції світла фактично є круглою світлою плямою (диском) кінцевого діаметру d, яка оточена декількома поперемінно темними та світлими кільцями (так званий диск Ері).

Розподільна здатність мікроскопу, як й будь-якої іншої оптичної системи, підкоряється критерію Релея, згідно якого дві точки будуть видні окремо, якщо головний максимум в дифракційному зображенні однієї з них співпадає з першим мінімумом в зображенні другої й навпаки (див. рис. 1.18).

Рисунок 1.18 – Визначення розподільної здатності металографічного мікроскопу за критерієм Релея.

Для виводу формули розподільної здатності мікроскопу розглянемо дві точки 1 та 2, які ледь можливо розгледіти окремо (див. рис. 1.19)..

Рисунок 1.19 – Схема ходу світлових променів для визначення розподільної здатності мікроскопу.

Відстань δ_м між ними можна прийняти за лінійну міру розподільної здатності, яку за правилами геометричної оптики можна розрахувати за формулою:

δ_м = 0,61 λ/A, (1.1)

де λ – довжина хвилі світла (при застосуванні немонохроматичного світла – зазвичай найменша довжина хвилі, що характеризує це світло, або довжина хвилі, інтенсивність випромінювання на якій максимальна. Деякі значення довжини світлових хвиль наведено в табл.1.4), А – числова апертура об’єктиву, яка розраховується за формулою:

А = п ·sin u’, (1.2)

де п – показник заломлення середовища, що розділяє світлову точку та об’єктив, u’ – половина кута розхилу пучку світла, що розходиться з точки та потрапляє в об’єктив

Таблиця 1.4 – Значення довжини хвилі для основних кольорів спектру

Чим більше А, тим більш дрібні деталі об’єкту можна розгледіти під мікроскопом. Зазвичай апертура позначається на боковій поверхні об’єктива. Якщо об’єкт знаходиться на повітрі (п=1), то А не перевищує 1 (фактично не більше 0,9). Занурюючи об’єкт в сильно переломляючу рідину (п > 1), що нанесена на зовнішню лінзу об’єктиву (імерсійна рідина), можна збільшити числову апертуру об’єктиву до значень 1,4 ÷ 1,6. В якості імерсійної рідини зазвичай використовують кедрову олію або спеціальну синтетичну олію.

Таким чином, застосовуючи світлові фільтри та/або імерсійну рідину, можна змінювати розподільну здатність мікроскопу майже на порядок величини.

Отже, розподільну здатність мікроскопу δ_м, розраховують за формулою (1.1). При використанні білого світла довжина хвилі становить λ = 0,589 мкм, а при використанні світлофільтра довжину хвилі беруть як середину інтервалу, зазначеного в табл. 1.4. Всі результати записують до табл. 1.5.

Таблиця 1.5 – Розподільна здатність мікроскопу