СЛОВАРЬ ПО ВОЛНОВОЙ ОПТИКЕ

Десять законов из теории образования изображения Аббе (1871 год):

1. Каждый объект вызывает в промежуточной плоскости микроскопа характерное изображение источника света. Эта промежуточная плоскость, как правило, совпадает с выходным зрачком объектива микроскопа или с плоскостью ему сопряженной.
2. Существенным действием объекта является его дифракционное действие.
3. Изображение объекта, даваемое прибором, возникает как результат интерференции элементарных волн, выходящих из отдельных точек всего дифракционного изображения источника света.
4. Изображение объекта следует представлять себе как вторичное интерференционное изображение в отличие от первичного, соответствующего дифракционному изображению источника света (или вторичное изображение освещенных объектов в отличие от первичного изображения источника света и самосветящихся объектов).
5. Вид вторичной дифракционной картины, т.е. вид окончательного изображения, полностью определяется характером первичного интерференционного изображения.
6. Если первичное интерференционное изображение во всей своей полноте принимает участие в образовании вторичного изображения, то последнее выглядит полностью подобным объекту.
7. Если при каких-либо условиях выпадает часть первичного изображения, то вторичное изображение, в зависимости от соотношения между действующей и выпавшей частями, становится в большей или меньшей степени несходным с объектом.
8. Если структурные элементы объектов имеют геометрические размеры меньшие определенного предела, то выходной зрачок объектива значительно ограничивает действующую часть первичного дифракционного изображения. Возникающее вследствие этого несходство изображения с объектом может быть столь большим, что изображение не будет воспроизводить деталей структуры. Структура объекта уже не разрешается.
9. Для разрешающей способности, наиболее важной характеристики объектива, определяющим фактором является его апертура.
10. Увеличение микроскопа может служить лишь целям создания условий, при которых глаз в состоянии видеть все детали, разрешенные объективом. Давать микроскопу увеличение больше, чем это необходимо для указанной цели, бессмысленно, т.к. оно не может сделать доступным глазу большее число подробностей труктуры объекта. Самое большее, что может вызвать завышение увеличения - это усиление видимости вторичных максимумов дифракционного изображения, что в свою очередь может вызвать ложное представление о строении объекта.

Пока мы говорили о свете как сгустке энергии, световом потоке, то есть рассматривали процесс образования изображения с точки зрения волновой теории. Итак, глаз реагирует на изменение интенсивности светового потока. Но при образовании изображения не меньшее значение имеют законы геометрической оптики. Каждый луч в потоке проходит свой путь, каждая световая волна, сталкиваясь с препятствием или с подобными волнами меняет свою интенсивность на этом пути.

• на темном контрастном фоне яркое ядро, в котором сконцентрирован максимум энергии
• далее следует темное кольцо (первый минимум энергии) и
• одно светлое кольцо (первый максимум после ядра — энергии в кольце меньше, чем в ядре).

В отличие от других оптических систем нормальный объектив микроскопа имеет именно такую картину, как описана выше. Остальные оптические системы имеют дифракционную картину с большим количеством колец — каждое новое светлое кольцо говорит о том, что волновая аберрация увеличивается на 0,25 длины волны (разрешение и качество системы в целом начинает падать).

По теории образования изображения, объект представляет собой решетку, т.е. систему точечных отверстий, дифракцию на которых мы и воспринимаем как изображение. Для того, чтобы оценить качество изображения, создаваемое оптической системой микроскопа, ее разрешение и точность воспроизведения по цвету, геометрическим размерам и форме, необходимо выделить одно отверстие или систему отверстий в центре поля и по всему полю зрения.

Аберрация [aberratio/aberrare] — отклоняться. Аберрации — это искажения или отступления в изображении объекта от идеального. Современные оптические приборы должны отвечать высоким требованиям в отношении качества изображения, что выражается в резкости по всему полю зрения, отсутствием цветных каемок и искажений по форме.
Аберрация — это нарушение в идеальности построения изображения в единой плоскости, расположенной перпендикулярно оптической оси (невидимой линии, которая проходит через все оптические элементы и является осью вращения их образующих поверхностей). Различаются два вида искажений:

• для одной длины волны — монохроматические
• для трех основных длин волн — хроматические

Аберрация астигматизм характеризуется тем, что лучи от объекта собираются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях изображения, которые разнесены друг от друга на некоторое расстояние. Астигматизм — полевая аберрация (обнаруживается по полю и редко в центре). Дифракционная картина - яркое ядро неправильной формы (квадрат, треугольник, многоугольник, овал), светлое кольцо разорвано в нескольких местах, при перефокусировке дифракционная картина “пляшет” (то увеличивается в размере, то уменьшается). Обычно количество астигматичных точек увеличивается к краю поля зрения.

Аберрация дисторсия вызывает искажение изображения объекта, проявляющееся в нарушении геометрии. Эта аберрация полевая и является расчетной. Дисторсия возникает из-за несоблюдения условий, связанных с постоянством линейного увеличения, которое создает оптическая система в плоскости изображения. Искажения обнаруживаются и усиливаются от центра к краю. Дисторсия может быть:

1. подушкообразной (положительной) с вогнутыми сторонами квадрата; при этом линейное увеличение по мере удаления от оптической оси возрастает;
2. бочкообразной (отрицательной) с выпуклыми сторонами квадрата; при этом линейное увеличение уменьшается по мере удаления от оптической оси.

Аберрация кома характеризует нарушение симметрии (децентрировка) в изображении. Вспомним, что для потока лучей существует так называемое условие синусов. Дифракционная картина - яркое ядро, разорванное первое светлое кольцо (первый максимум), а за ним систему разорванных колец, образующих как бы хвост кометы. Чем больше расцентрирована система, тем больше количество разорванных колец. Хвост комы может быть направлен от центра поля зрения к краю и наоборот.

Аберрация сферическая характеризуется тем, что лучи света, вышедшие из точки объекта, расположенной на оптической оси, после преломления (отражения) всеми элементами оптической системы, не собираются в одну точку. Каждый луч пересекает оптическую ось в различных ее точках. Сферическую аберрацию можно наблюдать, если сфокусировать микроскоп на дифракционный препарат, а затем расфокусировать изображение, удаляясь от места, где должно находиться четкое изображение. В этом случае получится равномерно освещенное световое пятно, которое по мере приближения к четкому изображению уменьшается. При определенном положении внутри пятна появляется светлый диск. При дальнейшем приближении светлое пятно вокруг диска все более и более уменьшается. При этом оно становится светлее и приобретает особенно яркий край. Однако, ни в каком месте при движении пятно не стягивается в точку. Наоборот, начиная с определенного положения, при дальнейшем движении оно снова становится больше. Центральный светлый диск исчезает, остается лишь светлое пятно с ярким краем, который тоже постепенно исчезает. Иными словами, существует не единая плоскость, где формируется изображение объекта, а создается некая область (объем), где трудно найти резкое изображение объекта. Дифракционная картина отличается от идеальной тем, что происходит перераспределение интенсивности света между ядром и светлым кольцом (первым максимумом), делая их практически равными по яркости. Иными словами, ядро становится “набухшим” (увеличивается в размере); темное кольцо (первый минимум) — более тонким (уменьшается в размере); светлое кольцо — более толстым (увеличивается в размере); по полю появляется легкая дымка (“облака”) в темном фоне между дифракционными картинами. Контраст и разрешение в изображении — уменьшаются.