Irodalmi kutatómunka
Az optikai mikroszkóp
DL16.
Konzulens: Dr. Dévényi László
Dankaházi Lóránt
BME-VIK Elsõ évf. 5. Tk.
Budapest, 1998.
A mikroszkóp története
A mikroszkóp története az ókorra és az európai középkorra nyúlik vissza, pontosan a nagyításra használt üveglencsékre. Lucius Annaeus Seneca 63-ban ír arról, hogy a betûk tisztábbnak és nagyobbnak tûnnek vízzel töltött üveggömbön keresztül. Plinius feljegyzéseibõl tudjuk, hogy Nero császár smaragdot használ gladiátorküzdelmek megtekintésekor. Már 1206-ban Roger Bacon ferencesbarát, aki a salétrommal való foglalkozása lévén vált híressé, használ kifejezetten olvasásra nagyítólencséket.
Az elsõ mikroszkóp még várat magára, az optika fejlõdésének alapja az olaszországi üvegcsiszoló-ipar. 1590-ben két holland szemüvegkészítõ, Hans Janssen és fia, Zacharias, feltalálja a bikonvex (gyûjtõ) és bikonkáv (szóró) lencsébõl álló összetett mikroszkópot. A két lencse kombinációjának elvérõl és hasznosságáról már 1530-ban Girolamo Fracastoro itáliai orvos említést tesz. Az elsõ mikroszkópokat egyszerû papírcsövekbe szereltek és még nem sokat tudtak, csak ráesõ fényben tudtak mûködni. Az elsõ rendszeres mikroszkópi vizsgálatokat Joris Georg Hoefnagel flamand rajzoló készít 1592-ben. A feltalált eszközrõl elõször Robert Hook angol tudós ad pontos leírást a XVII. század végén.
Az elsõ mikroszkópok minõségi javulásához az üveggyártás fejlesztése járul hozzá. 1612-ben Antonio Neri firenzei üvegkészítõ De arte vitraria címû könyvében mint a "minden üvegek legszebbjét és legnemesebbét" mutatja be az ólomkristály üveget. Ez lesz az alapja George Ravenscroft optikai ólomüvegének 1674-ben.
Az olasz Faber 1625-ben használja elõször könyvében a mikroszkóp szót. Jelentése a latin mikro = kicsiny és szkopein = nézni szavakból áll össze.1668-ban tartalmi változás javítja a mikroszkóp képének minõségét. Az olasz Divini két lencsébõl állítja össze az objektívet és az okulárt.
Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723), Delft városka adószedõje, híres holland szemlencsecsiszoló mester és természettudós, lencséivel már 270-szeres nagyítást tud elérni 1670-ben. Eddig ismeretlen, parányi élõlények világát fedezi fel kézben tartott mûszereivel. Mussschenbroek ugyanakkor lencséit állványra szereli és fényszûkítõvel ellátott revolverkorongot alkalmaz, így nagyobb eredményeket ér el.
1685-ben Cherubin d'Orleans sztereómikroszkópot épít, de találmányát csak 1850-ben kezdik el hasznosítani. Tortoni bevezeti az alulról történõ átvilágítást az összetett mikroszkópban. Eddig csak felülrõl megvilágított tárgyakat néztek vele. A VII. század végén és VIII. század elején megindul Nürnbergben az összetett mikroszkópok iparszerû gyártása és terjesztése. Ezek anyaga fa, papír és szaru. Az elsõ fémbõl készült mikroszkóp 1744-ben épül Cuff által.
1739-ben Martin Angliában feltalálja az okulárba épített csavar-mikrométert, ezzel a preparátumon már 2,5 ezredmillimétert lehet lemérni. Euler, a világhírû matematikus, 1762-ben az akromatikus objektív adatait számítja ki, de az a fejletlen technika miatt nem készül el. A megvalósító Van Deyl 1770-ben, felbontása két ezredmilliméter.
A további minõségjavulás Wollaston angol fizikusnak és Chevalier francia optikusnak köszönhetõ. Wollaston elõállítja az elsõ ragasztott lencsét - "egyszerûen" két lencsét összeragaszt. Chevalier olyan mikroszkópot készít, amelynek objektíve több egymásba csavarható akromatikus lencsébõl áll. Így 40-1200-ig terjedõ nagyítást képes elérni.
1872-ben Erns Abbe, német kutató, a jenai egyetem professzora, kidolgozza a mikroszkóp elméletét. A mikroszkópobjektívet is tökéletesíti, és célszerûbb tárgymegvilágítást dolgoz ki. Munkáit Carl Zeiss udvari mûszerésznek ajánlja föl. Megtervezi a refraktométert, ami a törésmutató és diszperzió gyors, valamint megbízható meghatározására való. 1878-ban bevezeti olajimmerziós lencséit, ami nagy ellenzésre talál.
1888-ban a Zeiss gyárban elkészül a 108-szoros nagyítású, 1,6 numerikus aperturájú objektív.
1903-ban a magyar származású Zsigmondy és a német Siedentopf elõször alkalmaz sötét látóterû ultramikroszkópot (elvét lásd a képen). Ezzel sikerült a bacilusoknál kisebb méretû vírusokat is láthatóvá tenni. 1910-ben megjelenik az ultraibolya fénnyel dolgozó és 1911-ben a lumineszcencia mikroszkóp. 1935-ben a Zeiss gyár bevont felületû lencsék használatába kezd, hogy a fényvisszaverõdési veszteségeket csökkentse. 1941-ben megjelenik a fáziskontraszt mikroszkóp.
Nagy ugrás 1988-ban, az amerikai Cornell Egyetem kutatói olyan optikai mikroszkópot készítenek, amelynek felbontása 12-szer jobb a látható fény legkisebb hullámhosszánál. Az eszközzel két olyan pontot is meg lehet különböztetni, ami 30 nm távol vannak egymástól. A felbontóképesség fény hullámhosszának törtrészévé válását úgy érték el, hogy a fényforrást közelebb tették a tárgyhoz, mint az alkalmazott fény hullámhossza.
Természettudósok és feltalálók
Abbe, Erns
német fizikus és szociálreformer
szül.: 1840. Január 23., Eisenach
meghalt: 1905. Január 14., Jéna
Abbe 1867-ben lépett be, mint tudományos vezetõ a jénai egyetemi mechanikus Carl Zeiss optikai mûhelyébe; 1875-ben résztulajdonosa, 1889-ben egyedüli birtokosa lett a cégnek, amelynek hírnevet szerzett. 1870-tõl a jénai egyetem fizikaprofesszora volt, és 1878-tól vezette az ottani csillagvizsgálót is. Elõször dolgozta ki a mikroszkópok optikai leképezésének zárt elméletét, és ezen az alapon Zeiss-szel együtt 1873-ban új, nagyteljesítményû mikroszkópot szerkesztett. A mikroszkópia fejlõdése szempontjából nagyon fontosak voltak azok az optikai mérõeszközök, amelyeket Abbe talált fel: a fokométer (a fókusztávolság mérésére), a komparátor (mikroszkopikus finom mérõmûszer hosszúságmérésre), a refraktométer (a fénytörés és -szórás mérésére folyadékokban és szilárd testekben). Jelentõs optikai eredménynek tekinthetõ az apokromát (nagy fényerejû, színi hibától mentes) objektív és a prizmás távcsõ feltalálása is.
Zeiss, Carl
német mechanikus és vállalkozó
szül.: 1816. Szeptember 11., Weimar
maghalt: 1888. December 3., Jena
Zeiss, a harminc esztendõs egyetemi mechanikus Jenában finommechanikai mûhelyt rendezett be, ahol kereken húsz éven át mikroszkópokat és lencséket gyártott az egyetem természettudományi kara részére. 1867-ben társtulajdonosnak és tudományos munkatársnak nyerte meg Erns Abbét, akinek segítségével vállalatát nemzetközi rangra emelte. Ebbõl fejlõdött ki késõbb az optikai eszközök világméretû konszerne. Otto Schott vegyész és üvegkészítõ részvételével Zeiss 1882-ben mint leányvállalatot létrehozta a Jenai Üvegmûveket (ma Schott Üvegmûvek), ami a technikai és tudományos üvegek nemzetközileg is legjelentõsebb gyára lett. Zeiss halála után a vállalat egy alapítványra szállt át.
Az optikai mikroszkóp
A mikroszkópok célja kicsiny tárgyak részleteinek megfigyelése szemmel. Szemünk nem tud szétválasztani két szomszédos pontszerû tárgyrészletet. ha látószögük kisebb mint 1-2 szögperc. A látószöget növelhetjük, ha a tárgyat szemünkhöz közelítjük. Ennek azonban határa van mert a "közelpont"-nál kisebb távolságra levõ tárgyat már nem látjuk élesen. Ilyenkor vagy egyszerû nagyítóra, lupéra van szükség, vagy ha ez nem ad elegendõen nagy képet, akkor mikroszkópot kell használnunk.
Fõrészei:
állvány a tárgyasztallal és a tubussal;
megvilágító berendezés;
objektív (tárgylencserendszer);
okulár (képnagyító, szemlencse).
A tárgyasztalra, vagy befogószerkezetbe helyezett tárgyat a megvilágító berendezés erõsen megvilágítja. A képet két lencserendszer alkotja : a tárgy felé fordul a tárgylencse (objektív), a szem felé a szemlencse (okulár). A kettõ egy tubus két végén foglal helyet. Mindkettõ több lencsébõl álló összetett lencserendszer. Azért van szükség több lencsébõl álló rendszerekre, mert így lehet elérni, hogy a kép minõsége jó legyen, az optikai képalkotás természetébõl következõ aberrációkat, képhibákat, kellõ mértékben lecsökkentsük.A tárgyat az objektív elõtt a gyújtóponton kívül, de hozzá közel helyezzük el. A tárgyról az objektív fordított állású, valódi és erõsen nagyított képet ad. Ez a kép az okulár elsõ gyújtópontja mögött keletkezik és róla az okulár nagyított látszólagos képet alkot. Szemünkkel ezt a képet nézzük. A szemlélt kép nagyítása az objektív és az okulár nagyításának szorzata.
A képalkotás Abbe-féle elmélete
Ez az elmélet figyelembe veszi a fény hullámtermészetét. Az Abbe-féle képalkotási elmélet rövid vázolása érdekében képzeljünk a mikroszkóp tárgyasztalára egy optikai rácsot, ami egyenletes párhuzamos sötét-világos egyenes vonalakból áll. Ezt világítsa meg egy monokromatikus síkhullám. azaz egy távoli kicsiny monokromatikus fényforrás fénye. A fényelhajlás (diffrakció) következtében ebbõl a síkhullámból az optikai rácson különbözõ irányokban új, elhajlított síkhullámok keletkeznek. Az elhajított hullámok irányait a rács sûrûsége, intenzitásukat pedig a rács struktúrája határozza meg. Az m-ed rendû elhajlított hullám sm eltérése az el nem hajlított hullám irányától:
A tárgy egyes pontjaiból továbbhaladó el nem hajlított fénysugarak egymás között párhuzamosak lévén, az objektív második gyújtópontjában futnak össze és itt elõállítják a távoli fényforrás képét.
Az elsõrendben elhajlított sugarak is párhuzamosak egymás között. Ezek azonban már nem a gyújtópontban, hanem a gyújtósík egy más, Cl pontjában futnak össze. Ez lesz a fényforrás elsõrendben elhajlított képe.
A másod-, harmad-, ... rendben elhajlított sugarak hasonló módon létrehozzák az objektív második gyújtósíkjában a fényforrás C2, C3 ..., továbbá a direkt hullám másik oldalán a C-l,C-2, C-3... elhajlási képeit. Ezeket az elhajlási képeket látjuk, ha a mikroszkóp okulárját kivesszük és belenézünk a tubusba. Csak elméletben jön létre végtelen sok elhajlási kép. Az objektív és a tubus nem végtelen nagy átmérõjû, véges méretük miatt a valóságban csak néhány elhajlási létre. Éppen emiatt van jelentõsége annak, hogy a hullámok útját a mikroszkópon keresztül ennyire részletesen elemezzük.
A fényhullámok nem állnak meg az objektív gyújtósíkjában, hanem továbbhaladnak. Mivel ezek a hullámok koherensek, tehát ahogy továbbhaladnak, egymással interferálnak. A fényinterferencia törvényei szerint Abbe kiszámította, hogy a tárgynak megfelelõ képsíkban mit mutat ez az interferencia. Számítása azt eredményezte, hogy akkor és csak akkor, ha a C0,C1, C-1 ... pontokból továbbhaladó fényhullámok mind részt vesznek az interferenciában, a kép fényeloszlása pontosan megegyezik a tárgy fényeloszlásával. Az interferáló fényhullámok a képnek azon a helyén erõsítik egymást, ahol a tárgy világos és ott gyengítik egymást, ahol a tárgy sötét.
Gyakorlatban a kép fényeloszlása annál jobban megközelíti a tárgy fényeloszlását, minél több elhajlási kép fénye vesz részt az interferenciában. Ha az objektív nyílása olyan kicsi, hogy csak a C0, vagyis a direkt, el nem hajlított fény jut be az objektívbe, akkor nincs amivel az interferáljon, tehát a kép minden pontja egyforma fényû lesz. Ekkor nem láthatók a képen részletek, nincs feloldás.
A feloldás létrejöttéhez legalább az elsõrendben elhajlított sugaraknak be kell jutniuk az objektívbe. Az elsõrendben elhajlított sugarak irányára érvényes ez az összefüggés:
Ha tehát az a irányba elhajlított fénysugarak még bejutnak az objektívbe, akkor a d vonalsûrûségû (rácsállandójú) rács vonalai a képen láthatók lesznek: van feloldás. A sin a neve: az objektív numerikus apertúrája. Ez a képlet megmutatja, hogy adott numerikus aperturájú objektívvel és meghatározott l. hullámhosszú fénnyel milyen sûrûségû rács vonalait lehet a mikroszkópban feloldani.
A képlet még finomítható, ha figyelembe vesszük, hogy
az objektív kör alakú nyílású;
a megvilágító fény ferdén is jöhet;
immerziós objektív esetében a tárgy és az objektív frontlencséje között nem levegõ, hanem n törésmutatójú folyadékcsepp van.
Ezzel
Az optikai rendszer mindig meglevõ aberrációi a feloldást csökkentik, ezért a fenti képlet az optimumot jelenti.
Az említett meggondolások arra az esetre vonatkoznak, amikor a tárgy egy optikailag nagyon egyszerû rács és ezt egyetlen fényforráspont monokromatikus fénye világítja meg. Szabálytalan alakú részleteket tartalmazó tárgy és kiterjedt, összetett fényû fényforrás a számításokat nagyon bonyolítja, de az eredmények értelemszerûen erre a gyakorlati esetre is érvényesek.
A fentiekben az okulár csak a képet nagyítja meg, ahhoz már újabb információt a tárgyról nem tud hozzáadni. Tehát az okuláron keresztül csak azt a képtartalmat láthatjuk, ami az objektív által adott képben benne van.
A mikroszkópi tárgy megvilágítása
A mikroszkópi tárgyat erõsen meg kell világítani, mert a tárgyon 1 mm2-re jutó fény pl. 100 -szoros nagyítás esetén a képen 10 000 mm2-re, 1000-szeres nagyítás esetén 1 000 000 mm2-re oszlik el. Az erõs fény azonban még nem elegendõ. A mikroszkóp teljesítõképességét csak úgy lehet kihasználni, ha a megvilágító rendszer szervesen kapcsolódik a képalkotó rendszerhez.
A megvilágító rendszernek optikai szempontból az alábbi követelményeket kell kielégítenie:
a fényforrás minden pontjából jusson fény a tárgy minden pontjára;
a tárgy egyes pontjait megvilágító fénykúpok nyílásszöge legyen azonos és szabályozható;
a tárgyból annyi legyen megvilágítva, amennyi a képmezõben látható.
Ezt a három követelményt kielégíti a Köhler-féle elrendezés.
A Köhler-féle elrendezés
Egy nagy fénysûrûségû S fényforrás képét a KL kollektorlencse egy AR íriszrekesz, az apertúrarekesz síkjában alkotja. Ez a rekesz a KD kondenzorlencse elsõ gyújtósíkjában helyezkedik el, tehát a kondenzor az S fényforrás bármely pontjából kiinduló fénysugarakat párhuzamosan küldi a T tárgyra. A tárgy odakerül, ahol a KD kondenzor a KL kollektornak, ill. a közvetlenül elõtte elhelyezett LR látómezõrekesznek képét alkotja.
Ezzel az elrendezéssel az S fényforrás minden pontjából jut fény a T tárgy minden pontjára és a tárgy minden pontjára ugyanakkora fénykúp jut. Ennek a fénykúpnak a nyílásszögét az AR rekesszel lehet szabályozni. Viszont az LR rekesz állításával a tárgy kivilágított része szabályozható. Ezzel az elrendezéssel mindhárom említett követelmény teljesíthetõ.
Mind az apertúrarekesznek, mind a látómezõrekesznek megvan a maga szerepe. Egyik sem arra való, hogy a kép megvilágítását csökkentsük, vagy növeljük. Erre a célra neutrális, vagy színes szûrõüveget kell használni.Az apertúrarekesz összehúzásával növekedik a kép kontrasztossága, de bizonyos határon túl romlik a kép élessége és feloldása. Bevált gyakorlati szabály, hogy a kondenzor apertúrája kb. 3/ 4-ed része legyen az objektív numerikus apertúrájának, de a legkedvezõbb kondenzorapertúrát mindig próba útján állítjuk be.
Átlátszatlan tárgyak mikroszkopikus vizsgálatára valók az epimikroszkopok. Ezek nem átvilágítással, hanem rávilágítással mûködnek.
A rávilágítást szolgálják az opák-, vagy vertikál-illuminátorok is. Ezek a közönséges mikroszkópra felszerelhetõk.
Az illuminátor a tubus és az objektív közé kerül. A leggyakoribb két alaptípus :
a Nachet-rendszerû vertikál-illuminátor (lásd a képen) Az oldalról jövõ fénysugarakat a tubus egyik oldalán elhelyezett prizma az objektíven keresztül a tárgyra irányítja és így világítja meg. Hátránya, hogy a prizma a tubus egy részét a leképezõsugarak elõl eltakarja. A sugarak a prizma oldalsó fekvése miatt nem egészen centrikusan érik a tárgyat, ezért azimuteffektusok léphetnek fel, de egyúttal jobbakká válnak a kontrasztok. Elõnye nagy fényereje. Kis nagyításoknál és vetítésre használják.
a Beck-rendszerû vertikál-illuminátor (lásd a képen) Ennél az oldalról bejövõ fényt a tubus egész keresztmetszetében 45 alatt elhelyezett féligáteresztõ tükör irányítja az objektíven keresztül a tárgyra. A tárgyról visszavert sugarak a tükrön keresztül jutnak az okulárhoz. Kevésbé fényerõs, mint a Nachet-típus és kevésbé kontrasztos képet kapunk, de mivel a tubus és ezzel az objektív egész apertúrája kihasználható, nagy nagyításnál alkalmasabb mint a Nachet. Azimuthibák nincsenek.
Univerzális kondenzorok
A legáltalánosabban használt, legegyszerûbb kondenzor a két lencsébõl álló Abbe-féle kondenzor. Numerikus apertúrája immerziót alkalmazva 1,2.
Mivel az apertúrarekesz összehúzása a fény egy részének kizárását jelenti, olyan megvilágító rendszert készítettek, amellyel a fény csökkenése nélkül változtatható a megvilágító fénykúpok nyílásszöge. Ez a pankratikus kondenzor. Lényege az, hogy a tulajdonképpeni kondenzor elé egy változtatható gyújtótávolságú lencserendszert (gumilencsének is szokták hívni) építettek.
Az univerzális kondenzorok különféle kontrasztnövelõ megvilágítások egyszerû alkalmazását teszik lehetõvé.
Monokromatikus és láthatatlan sugarú megvilágítások
Az apertúrarekesz közelében rendszerint van a mikroszkópon egy szûrõtartó keret. Ebbe monokromatikusnak nevezett szûrõt lehet elhelyezni. A szûrõ, hacsak nem neutrális - amely a fény csökkentését célozza - közelítõleg egyszínû fényt állít elõ. Az ilyen szûrõ célja kettõs lehet. Egyrészt kiküszöböli az optikai rendszer, fõképpen az objektív maradék színi (kromatikus) aberrációit. Ezáltal a kép élesebbé és a feloldóképesség jobbá válik. Másrészt olyan színû szûrõt lehet választani, amelynek megfelelõ színtartományban a tárgy egyes részleteinek nagy a fényelnyelése. Ilyen szûrõvel kontrasztosabb a kép.
A feloldóképesség Abbe-féle képletében a használt fény l hullámhossza a számlálóban szerepel. Minél kisebb a l, annál kisebb az a d távolság, amilyen közel lehet egymáshoz két tárgyrészlet anélkül, hogy képük egybeolvadna. Tehát minél rövidebb hullámhosszúságú fényt használunk, annál jobb a feloldás. Ez indokolja a 400 nm-nél rövidebb hullámhosszúságú ultraibolya sugárzás felhasználását. Másik ok, hogy egyes tárgyak ebben a tartományban mutatnak erõs abszorpciót, gyakran így juthatunk kellõen kontrasztos képhez. Az ultraibolya sugárzást rendszerint higanygõzlámpával állítjuk elõ szûrõ segítségével. Mivel az üveg eléggé erõsen elnyeli az ultraibolya sugárzást, néha szükség van kvarcoptikára.
Az ultraibolya sugarakat a szem nem látja, tehát az ultraibolya képet csak fotografálni lehet. Az élesreállítást fluoreszkáló lemezen lehet elvégezni. Mindenféle ultraibolya sugárzásnál gondolni kell arra, hogy szemünk ugyan nem látja ezeket, de a nagymennyiségû UV sugárzás árt a szemünknek. Szemüveg, vagy ún. zárószûrõ használatával az UV sugárzás ártalmait el lehet kerülni.
Kontrasztnövelõ eljárások
A korszerû mikroszkópobjektívek által adott kép mind élesség, mind feloldás szempontjából nagyon jó. Az élességet biztosítja az optikai aberrációk messzemenõ lecsökkentése, a jó feloldást az objektívek nagy numerikus apertúrája.
A legjobb objektívvel sem kapunk azonban használható képet, ha a vizsgált tárgy részletei mind egyformán világosak és maga a tárgy nem kontrasztos. A kép fényeloszlása megegyezik a tárgy fényeloszlásával, tehát ha a tárgy részletei nem mutatnak sötétség-világosság dolgában különbséget, akkor a képen sem látunk különbséget.
Amplitúdó- és fázistárgyak
Jól látható, kontrasztos képet akkor kapunk a mikroszkópban. ha a tárgy egyes részletei jól áteresztik a megvilágító fényt, viszont más részletei sokat elnyelnek belõle. Az ilyen tárgyakat amplitúdótárgyaknak hívjuk, mert a különbözõ tárgyrészletek a megvilágító fény amplitúdóját különbözõképpen csökkentik. Ezekkel szemben gyakoriak az olyan tárgyak a mikroszkópiában, amelyeknek részletei fényabszorpció dolgában nem mutatnak különbséget, mindenütt egyformán átlátszók, mint pl. a vízben úszó egysejtû élõlények. Az ilyen tárgyakról a közönséges mikroszkóp nem ad használható, kontrasztos képet, a kép minden részlete egyformán világos lesz. Ezek a fázisárgyak, mert részleteik a vastagság, vagy a törésmutató változása miatt az átvilágító fény fázisát változtatják meg különbözõképpen.
A ferde megvilágítás
A fáziskontraszt eljárás az elméletileg legfejlettebb módszer fázistárgyak láthatóvá tételére, mert a kis fáziskülönbségeket arányosan alakítja át amplitúdókülönbségekké. Az Abbe-féle elmélet elemzésével azonban más lehetõségek is adódnak erre és tudatosan alkalmazva a maguk helyén jó eredményt adnak.
Ilyen módszer, ha arról gondoskodunk, hogy az elhajlított fényforrásképek közül a képalkotásban csak az egyik oldali elhajlási képek fénye vegyen részt. Kvalitatívan nyilvánvaló, hogy a kép más lesz, mint ha az összes fény részt vesz a képalkotásban, de az eredményt csak számítás mutatja meg.
Gyakorlatilag úgy valósítható meg ez az egyoldalú ferde megvilágításnak nevezett módszer, hogy az apertúrarekeszt az optikai tengelytõl félretoljuk úgy, hogy a direkt fény az objektívet ferdén érje. Ezzel a módszerrel a fázistárgyról kapott kép ferdén megvilágított reliefhez hasonlít függetlenül attól, hogy a fáziskülönbségeket törésmutató, vagy valóságos vastagságkülönbség okozza. Éppen ezért a látott kép értelmezésében óvatosságra van szükség.
Mérõmikroszkópok
Mérõokulárok
Az objektívbõl és okulárból álló összetett mikroszkópot gyakran nem azért alkalmazzuk a mérési eljárásokban, mintha egyszerû lupe nagyítása nem volna elegendõ, hanem mert az objektív valódi képet ad a tárgyról s ezt a képet fedésbe hozhatjuk egy összehasonlítási alapul szolgáló szállemezzel. A szállemezre a célnak megfelelõen különbözõ vonalakat, skálákat rajzolhatunk. Az objektívbõl jövõ sugarak a valódi képet Huygens-okulár esetén a kollektív után adják. Ramsden-, vagy Kellner-okulár esetén a kollektív elõtt. Ide kell helyezni a szállemezt.
A Ramsden- és a Kellner-féle okulárok az objektív képalkotását nem befolyásolják, a Huygens-féle okulár kollektívlencséje befolyásolja. Mivel legtöbbször alapvetõ a torzításmentesség, célszerûbb az elõbbiek alkalmazása. Ezeknél ugyanis, ha torzít is valamennyire az okulár, egyformán torzítja a szállemezt és az elsõdleges képet. A Huygens-okulárnál viszont a szállemezrõl csupán a szemlencse adja a képet, míg a tárgy valódi képét már a kollektív is torzíthatja.
A mérési célokra szolgáló okulárok között legegyszerûbb az, amelyik vagy egyszerû szálkeresztet, vagy más jelekkel ellátott szállemezt tartalmaz. Egyszerû szálkeresztet használunk pl. a precíziós fúrásokhoz szükséges centrírozó mikroszkópnál. A mûszer kúpos nyelét a fúró helyére toljuk, majd alája helyezzük a kifúrandó munkadarabot úgy, hogy a szálkereszt középpontjába kerüljön az a pont, ahová a lyukat akarjuk fúrni. Ezután a furat pontosan a kívánt helyre kerül.
Profilvizsgálatoknál használatos a revolverokulár. Menetmagasságok, profilszögek ellenõrzésére való. A szükséges ábrák egy kör alakú szállemezen helyezkednek el. Ennek megfelelõ részlete egyszerû forgatással vihetõ az okulár látómezejébe. Gyakran a revolverokulárral ellátott mikroszkópot úgy készítik, hogy pl. menetköszörûre állandóan felszerelt legyen, a munkamenet folyamatos ellenõrzése céljából. Ezt a mûszert vízhatlanná kell építeni, hogy a köszörülésnél a kenésre használt folyadék ne juthasson bele. Természetesen telecentrikus objektív és megfelelõ megvilágító berendezés szükséges.
A szögmérõ okulár látómezejében a hajszálkereszt centrikusan, finoman elforgatható. A szálkereszt egy körosztásos lemez közepén van. A körosztás helyzetét egy kis leolvasómikroszkópban láthatjuk. Leolvasómikroszkópok sokféle okulárral készülnek; pontos leolvasásokra alkalmas a mikrométeres okulár (lásd a képen).
Az Abbe-féle komparátor-elv
Minden mérés összehasonlítás, mégpedig a mérendõ mennyiség és az azonos dimenziójú mértékegység összehasonlítása. Ez az összehasonlítás csak akkor teljesen kifogástalan, ha a mérendõ tárgyat és a mértékegységnormált tökéletes fedésbe hozhatjuk. A mérendõ és az összehasonlító darabot vagy mechanikusan egymásra fektetjük, vagy optikailag egymásra leképezzük. A leképzés cserével is történhet, tehát idõben egymás után is eshet. Ez a helyzet komparátorokkal való mérésnél.
A mérésnél hibát okozhat a mozgatott mûszerrészek vezetésében levõ bizonytalanság, billegés. Ezért mondta ki Abbe a komparátor-elvet. Eszerint hosszúságmérés csak akkor lehet vezetési hibáktól független, ha a mérendõ távolság és az összehasonlító távolság távolsága 0; ehhez a két távolságnak egy síkban kell feküdnie vagy teljesen egymáson, vagy tökéletesen egymás meghosszabbításában. A mikrométercsavarnál pl. teljesül ez az elv, tolómércénél nem.
Szigorúan teljesül az elv az Abbe-féle hosszúságmérõknél. A vezetési hibák kiküszöbölésére mérendõ vastagság és a mérõoszlop leolvasóskálája szigorúan egy egyenesben fekszik. Ez a mûszer egyébként típuspéldája azoknak a mûszereknek, ahol a mérõszerkezet mechanikus érintkezésbe jut a mérendõ tárggyal és csak a mérés, a leolvasás történik optikai úton.
Más típusú mûszereknél a mérendõ tárgyat optika úton hozzuk érintkezésbe a mérõmûszerrel. Ezek között vannak olyanok, amelyeknél a mérés mechanikusan, másoknál optikai úton történik.
Bibliográfia
Dr. Bárány Sándor (szerk.): Finommechanikai kézikönyv Mûszaki Kiadó, Budapest, 1974.
Dr. Budó Ágoston, Dr. Mátrai Tibor: Kísérleti fizika III. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1977.
Dr. Gombocz Endre: Természettudományi lexikon, Merényi Könyvkiadó, Budapest, 1934.
Kicsi Sándor (fõszerk.): Természettudományi kislexikon Akadémiai Kiadó, Budapest, 1971.
Öveges József: A mikroszkóp és használata Gondolat, Budapest, 1960.
Paturi, Felix R. (fõszerk.): A technika krónikája Officina Nova, Budapest, 1991.