Добро пожаловать на наш астрономический форум!
Надеемся, что здесь вы сможете получить толковые ответы на свои вопросы по любительской астрономии основанные на опыте и знаниях, а не на догадках, мифах и чтении Интернета по диагонали.
Если вы решили присоединиться к нам - придерживайтесь и Вы в своих ответах этих правил

Зоны особого внимания: ЧАВО (FAQ), Обзоры оборудования и Окуляры

Вопрос по оптике (микроскоп)

Обсуждения всех аспектов любительских астрономических наблюдений: статей из ЧАВО и обзоров, инструментов и аксессуаров, астрономических объектов и событий, погоды и явлений...

Модератор: Ernest

Ответить
mihalitch25
Сообщения: 34
Зарегистрирован: 09 фев 2013, 10:39

Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение mihalitch25 » 01 сен 2016, 05:29

А есть ли программы, наподобие Аберратора, которые бы показали как выглядят мелкие пятнышки разного размера при заданной апертуре объектива микроскопа? Ну вот длина световой волны к примеру 500 нм, если брать разные мелкие точки диаметром 500- 400-300-200-100 нм - не сразу же они становятся невидимыми, с уменьшением размера сначала, видимо расплываться начинают.. а потом.. что?
Хочется понять,вот точка к примеру 100 нм будет совсем-совсем невидима или будет все-таки в виде сильно мутного пятна?
Понимаю, что разрешение равно половине длины волны(400нм/2=200 нм для фиолета), но порог различения, то явно меньше, каков он?

Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 17944
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Контактная информация:

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение Ernest » 01 сен 2016, 08:03

Светящаяся точка бесконечно малого размера (хоть бы и математическая точка) на черном фоне будет видна в окуляре микроскопа как дифракционная картинка впервые описанная Эйри (центральное пятно в окружении колечек, Аберратор для этого не нужен - картинка легко находится в интернете или даже тут на сайте в ЧАВО) с кажущимся размером центрального пятна диаметром d = 1.2*λ/NA, где NA - так называемая численная апертура объектива микроскопа, а λ - длина волны середины рабочего спектрального диапазона. Так, при использовании микрообъектива с численной апертурой 0.4 в стандартном визуальном диапазоне λ=0.55 мкм мелкие светящиеся точки будут видны как картинки Эйри с диаметром центрального пятна 1.2*0.55/0.4 = 1.65 мкм. Видимость этих пятен на подсвеченном фоне будет зависеть от соотношения их яркости к яркости фона. На идеально черном фоне они будут видны в любом случае (ну пока чувствительности зрения будет достаточно, чтобы уловить свет от них). То есть при равном оригинальном контрасте по отношению к фону более крупные пятна (с размерами меньшими чем 1.2*λ/NA) будут видны контрастнее, а более мелкие - менее контрастно, при том, что видимые размеры у них будут примерно одинаковы.

mihalitch25
Сообщения: 34
Зарегистрирован: 09 фев 2013, 10:39

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение mihalitch25 » 01 сен 2016, 10:53

Дак по светящимся точкам все понятно, их в темном поле да еще с лазерным освещением можно увидеть до размера порядка десятков нм (коллоидные растворы), а больше хочется представить видимость в светлом поле темных точек с конечными размерами, но меньшими предела разрешения 200 нм. Те-же некоторые вирусы имеют вполне себе размер 100 нм (грипп), везде пишут, что увидеть их невозможно, а я не пойму почему - ведь можно даже разрешить 2 точки с расстоянием 200 нм, а тут всего вдвое меньше и что - уже совсем не видно?? (я не говорю, чтобы увидеть их форму, но хотя бы засечь наличие?)

Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 17944
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Контактная информация:

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение Ernest » 01 сен 2016, 16:32

Я выделил в исходном ответе ответ на ваш вопрос. Там нет ничего о том светлое-ли мы смотрим на темном или темное на светлом. Контраст получаемой картинки зависит от оригинальный контраста и размера интересующих вас деталей (не важно темных или светлых).

Черная дырка малого размера (существенно меньше, чем 1.2*λ/A) в светлом экране даст негативное изображение картинки Эйри - тем менее заметное, чем меньше размер дырки (при этом размер изображения будет неизменным, меняться будет только насыщенность тени).
mihalitch25 писал(а):...пишут, что увидеть их невозможно, а я не пойму почему - ведь можно даже разрешить 2 точки с расстоянием 200 нм
Увидеть или детектировать (появление сероватой тени) и разрешить (заметить промежуток между двумя изображениями) - две очень разные вещи. При контрастной чувствительности приемника (например, глаза) в 5% на равномерном светлом фоне возможно обнаружение абсолютно черного пятна с диаметром примерно в 4 раза меньшем, чем 1.2*λ/A при том что предел разрешения светящихся точек будет 0.6*λ/A. Точнее надо считать свертку. Понятно, что при меньшем контрасте оригинального изображения возможность обнаружения пропорционально уменьшается.

skyworker
Сообщения: 293
Зарегистрирован: 01 дек 2010, 17:20

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение skyworker » 01 сен 2016, 18:36

если снять на видео в синем свете, да потом сложить как снимают планеты, может и получится :idea:

Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 17944
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Контактная информация:

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение Ernest » 01 сен 2016, 18:48

"и получится..." что?

mihalitch25
Сообщения: 34
Зарегистрирован: 09 фев 2013, 10:39

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение mihalitch25 » 01 сен 2016, 19:40

вирус гриппа видимо, да только снимай не снимай - атмосферы то нет :D , за счет чего будет лучше, чем глазами?

skyworker
Сообщения: 293
Зарегистрирован: 01 дек 2010, 17:20

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение skyworker » 01 сен 2016, 19:53

mihalitch25 писал(а):вирус гриппа видимо, да только снимай не снимай - атмосферы то нет :D , за счет чего будет лучше, чем глазами?
контраст выше, а препарат должен быть фиксированный, а не живой

mihalitch25
Сообщения: 34
Зарегистрирован: 09 фев 2013, 10:39

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение mihalitch25 » 01 сен 2016, 19:58

Ладно, теперь понятно, что максимум на что можно рассчитывать - это зафиксировать на пределе тени от объектов >100 нм.

mihalitch25
Сообщения: 34
Зарегистрирован: 09 фев 2013, 10:39

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение mihalitch25 » 20 дек 2016, 21:56

Действительно, смотрел кровь при большом увеличении - в плазме видно на пределе множество пятнышек, начиная с некоторой величины по размеру эти пятнышки уже не отличаются, а только по контрастности..

Еще назрел вопрос - а что насчет обнаружения не точек? а протяженных тонких объектов (линий), в телескоп тонкая линия видна, если у нее толщина 2"/d, а в микроскоп это работает?
Или все линии тоньше 100 нм уже не видны никак (вирус табачной мозаики 15*300 нм)?

Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 17944
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Контактная информация:

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение Ernest » 21 дек 2016, 08:30

mihalitch25 писал(а):...в телескоп тонкая линия видна, если у нее толщина 2"/d
Странное число. Интересно, откуда оно взялось?

Светящаяся тонкая линия на черном фоне будет видна и во много раз более тонкая, хотя толщина ее изображения будет представляться равной примерно 240"/D (если принять во внимание только дифракцию). Черная линия абсолютного (100%) контраста на светлом фоне некогерентной природы также будет представляться темной полосой шириной около 240"/D с контрастом по отношению к окружающему примерно равным 100%*l*D/240" (опять же с учетом только дифракции), где l - угловая ширина линии в угловых секундах много меньшая чем 240"/D. При контрастной чувствительности глаза 5% ширина темной линии, которую еще можно обнаружить составит порядка 12"/D. Если положить контрастную чувствительность зрения в 1%, то предельная ширина темной линии абсолютного контраста составит 2.4"/D. А, если вспомнить, что на понижение контраста изображения играют еще и много других факторов, кроме дифракции, как-то: светорассеивание, аберрации, не абсолютный контраст самого объекта и т.п. то, думаю, очень не реалистично предполагать, что обнаружимость тонких темных линий на светлом фоне может достичь указанного вами предела.
а в микроскоп это работает?
Точно так-же. Только угловые пределы надо перевести в линейные.
Предел разрешения микроскопа составляет d = 1.2*λ/2NA (см. второе сообщение в ветке). Если интересует обнаружимость тонкой темной линии, то соотношение предела разрешения и толщины предельно обнаружимой темной линии тоже, что и у телескопа примерно равно 10 при предположении 5% контрастной чувствительности глаза (см. рассуждение выше).

Но это все предполагает бесконечную длину линии или, во всяком случае, много большую, чем предел разрешения. Хороший тест объект - темный волос. Длина-же вируса сама меньше предела разрешения, так что шансов увидеть его (иначе чем неясное малоконтрастное пятно) по-моему никаких.

На всякий случай напомню о существовании так называемых ближнепольных микроскопов, которые на порядок улучшают разрешение в оптическом диапазоне.

mihalitch25
Сообщения: 34
Зарегистрирован: 09 фев 2013, 10:39

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение mihalitch25 » 17 ноя 2017, 19:41

В продолжение вопроса о видимости мелких точек. Заинтересовал вопрос о видимости цвета мелких объектов (в обычный световой микроскоп). Предположим, имеем кусочек какого то материала зеленого цвета. Будем от него отщипывать все более мелкие кусочки. Каким мы будем видеть цвет этих мелких кусочков по мере уменьшения их размера менее длины волны зеленого цвета?
Понятно, что по мере уменьшения волна начинает все-более огибать объект, он становится все более размытым, а что с произойдет с видимостью его цвета? Будет просто уменьшаться насыщенность цвета (от интенсивно зеленого к светло-зеленому, серо-зеленому, серому с зеленцой... просто серому..) ?
На практике пока не удавалось наблюдать интенсивно окрашенные столь мелкие объекты..

Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 17944
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Контактная информация:

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение Ernest » 17 ноя 2017, 20:13

Цвет мелкого предмета? Хорошая тема...
Про "огибание" - интересные, но немного наивные рассуждения.

Но в общем-то все довольно просто. При размере изображения окрашенного предмета сравнимом с пятном Эйри цвет изображения начинает смешиваться с цветом фона (из-за дифракционных явлений свет от предмета наплывает на свет от фона окрашенного иначе). Чем меньше размер предмета, тем сильнее примесь цвета окружающего фона и тем больше цвет самого мелкого предмета уходит на формирование все менее интенсивно окрашенного ореола. При этом размер самого предмета может быть на много и много порядков больше длины волны. Важен - только размер изображения в отношении к размеру круга Эйри, ну и цвет/яркость фона.

Точная математика выводится из анализа ЧКХ - цветовой контраст следует той-же кривой, что и обычный, обнуляясь у предела разрешения.

Аватара пользователя
KOSMOSOVED
Сообщения: 830
Зарегистрирован: 26 окт 2012, 20:00

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение KOSMOSOVED » 23 май 2018, 11:03

Доброго дня, всем участникам форума!

В ближайшее время возможно удастся сменить свой микроскоп и возник только один вопрос при его выборе. Возможно кто-то смог бы помочь с его решением. А суть вопроса вот в чем: насколько сильное светорассеяние вносит оборачивающая половина пентапризмы, установленная в тубусе с изломом оптической оси? И обоснованно ли использование микроскопа с прямым тубусом в угоду качества изображения, невзирая на некоторый дискомфорт при пользовании им. Как я прочитал в книге, в призме происходит два отражения лучей.

За ранее благодарен за ценные советы, надеюсь они будут полезны не только мне, но и другим читателям данной темы.
Последний раз редактировалось KOSMOSOVED 23 май 2018, 11:24, всего редактировалось 1 раз.

Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 17944
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Контактная информация:

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение Ernest » 23 май 2018, 11:19

Всякий оптический элемент вносит в оптическом тракте какое-то светорассеивание, но светорассеивание на полупенте применяемая в микроскопах для наклона визирной линии минимально и не стоит внимания.

Аватара пользователя
KOSMOSOVED
Сообщения: 830
Зарегистрирован: 26 окт 2012, 20:00

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение KOSMOSOVED » 23 май 2018, 11:22

Спасибо Вам,за мнение!

mbart
Сообщения: 812
Зарегистрирован: 03 янв 2019, 17:58

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение mbart » 29 июн 2021, 22:40

Помогите, пожалуйста, разобраться. Имеется вспомогательный микроскоп МИР-4, вот такой конструкции - https://scopica.ru/proj/mikroskop-vspom ... yiy-mir-4/

Длина тубуса переменная, диапазон около 80-140мм. Объектив - двояковыпуклая линза, фокусное расстояние порядка 40 мм. Фокусное расстояние окуляра не знаю пара плоско выпуклых линз, плоскостями наружу). Какого увеличения можно добиться от этого микроскопа? Какой предел его разрешающей способности?
Также есть возможность вместо штатного окуляра поставить окуляр с маркировкой 20х, вот такой - http://micromed-spb.ru/products/okulyar ... d-23-2-mm/ с ним увеличение несколько больше, чем у штатного.

mbart
Сообщения: 812
Зарегистрирован: 03 янв 2019, 17:58

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение mbart » 01 июл 2021, 13:49

Так и не удалось мне найти понятных формул для произвольной длины тубуса и фокусных расстояний. Можно ли посчитать косвенно?
Скажем, при максимально выдвинутом тубусе в окуляр я вижу 5 мм линейки. Линейное поле окуляра заявлено как 11 мм, соответсвенно увеличение объектива 11/5 = 2.2х. Увеличение окуляра заявлено 20х, соответственно увеличение микроскопа 20 * 2.2 = 44х.

Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 17944
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Контактная информация:

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение Ernest » 01 июл 2021, 13:58

Хм... см. ЧАВО "Увеличение микроскопа" формула (13)

Но вы и так правильно все посчитали.

mbart
Сообщения: 812
Зарегистрирован: 03 янв 2019, 17:58

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение mbart » 01 июл 2021, 15:15

Спасибо, действительно, простая формула. Гугление выдавало какие-то менее понятные варианты.

ёжик
Сообщения: 1177
Зарегистрирован: 30 май 2021, 12:14

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение ёжик » 02 июл 2021, 15:48

mihalitch25 писал(а):
01 сен 2016, 10:53
Дак по светящимся точкам все понятно, их в темном поле да еще с лазерным освещением
Вот лазерное освещение крайне не рекомендуется. Лазерное освещение снижает разрешение сразу 2 раза(если на просвет). Ещё и спеклы.
Про два раза не я придумал. Аббе.

ёжик
Сообщения: 1177
Зарегистрирован: 30 май 2021, 12:14

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение ёжик » 02 июл 2021, 15:53

Чем хуже когерентность системы , тем разрешение лучше и ближе к Рэлею. Если светящиеся точки когерентны то относительно Рэлея будет в 2 раза хуже.

Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 17944
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Контактная информация:

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение Ernest » 04 июл 2021, 11:01

Предел разрешения при использовании когерентного осветителя ухудшается, а вот контраст растет.

ёжик
Сообщения: 1177
Зарегистрирован: 30 май 2021, 12:14

Re: Вопрос по оптике (микроскоп)

Сообщение ёжик » 04 июл 2021, 15:06

Особенно в развитом спекл шуме, где контраст 0.

Ответить