Микроскоп — оптический прибор, позволяющий получать изображения объектов, не видимых вооруженным глазом. Применяется для наблюдения микроорганизмов, клеток, кристаллов, структур сплавов с точностью до 0,20 мкм. Это разрешение микроскопа — наименьшее расстояние до объекта или его элементов, при котором они различимы. Человеческий глаз, имеющий расстояние наилучшего видения 250 мм, имеет минимальное разрешение 0,08—0,2 мм, поэтому применение микроскопа очень эффективно в различных областях науки и производства. Первый прототип микроскопа изобрел в 1590 г. в Голландии 3. Янсен, используя известное оптикам свойство системы двух линз увеличивать изображение объектов. В 1609 г. Галилей изобрел зрительную трубу и применил ее как микроскоп.
Применение микроскопов позволило сделать важные научные открытия ученым Р. Гуку и А. Левенгуку в изучении клеточного строения организмов в 1665, 1673 гг. В России первые микроскопы появились в начале XVIII в., их применял в 1762, 1770 гг. JI. Эйлер. В XIX и XX вв. продолжалось исследование и совершенствование конструкции микроскопов. Э. Аббе в 1872 г. разработал теорию образования изображений, Дж. Сиркс в 1893 г. открыл интерференционную микроскопию. Первый ультрамикроскоп изобрели ученые Р. Зигмонди, Г. Зидентопф в 1903 г.
Известные российские ученые в микроскопии — А. А. Лебедев, В. П. Линник, Д. С. Рождественский — сделали свои открытия и исследования в середине XX в.
Современные микроскопы разделяются на типы по назначению, методам наблюдения и устройству. Но принципиальная конструкция любого микроскопа включает трубку с окулярами, механизмы фокусировки, крепящиеся на штативе и корпусе микроскопа. Наблюдаемый объект находится на предметном столике, над столиком находится устройство крепления объективов, под столиком — конденсор. Объективы и тип конденсора зависят от условий и метода наблюдения. Конденсоры бывают светлопольными, фазово-контрастными, темнопольными, зеркально-линзовыми. Светлопольные конденсоры имеют отличающиеся друг от друга многолинзовые системы, темнопольные также имеют сложные системы линз. Фазово-контрастные конденсоры имеют кольцевые диафрагмы.
Объективы микроскопов имеют различные спектральные характеристики для различных областей спектра: видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной. Длина тубуса зависит от конструкции микроскопа и может быть 160, 190 мм. Различные объективы предназначены для разных методов наблюдения: фазово-контрастных, интерференционных, обычных. Каждый объектив рассчитан на определенные условия работы и может быть использован только в этих заданных условиях. Объектив микроскопа определяет выбор типа окуляра. Окуляры бывают компенсационные, фотоокуляры, проекционные окуляры Гюйгенса, кварцевые. Принцип действия любого микроскопа состоит в получении увеличенного изображения наблюдаемого объекта, которое рассматривают в окуляр. Назначение любого микроскопа — дать не столько большое увеличение, но позволить рассмотреть элементы структуры объекта. Увеличения, при которых глаз видит все элементы структуры объекта, считаются полезными. Как правило, они составляют 500—1000 Е. Но в микрофотографии используют и увеличения выше 1000 Е.
Методы наблюдения и освещения различаются в зависимости от условий работы и назначения.
Методом светлого поля в проходящем свете наблюдают прозрачные структуры с растворенными в них абсорбирующими элементами — ткани растений, минералы.
Методом светлого поля в отраженном свете наблюдают непрозрачные объекты или структуры — минералы, руду.
Методом темного поля в проходящем свете наблюдают прозрачные, но неабсорбирующие структуры — обыкновенно в биологии.
Методом темного поля в отраженном свете наблюдают непрозрачные объекты или структуры — металлы.
Методом ультрамикроскопии рассматривают объекты или структуры с такими мелкими частицами, которые невозможно обнаружить в самый сильный микроскоп. Такие ультрамикросконические методы используются в научно-исследовательских целях в области химии.
Методом поляризованного света изучают объекты или структуры с анизотропными элементами — растительные ткани, минералы, сплавы.
Методом фазового контраста наблюдают прозрачные объекты, которые оказалось невозможно рассмотреть методом светлого поля, так как в нем небольшие элементы структуры слабоконтрастны — тонкие шлифы минералов.
Методом интерференционного контраста наблюдают прозрачные и бесцветные объекты. Он позволяет рассчитать общую массу и количество сухого вещества в микрообъекте.
Методом наблюдения в люминесцентном свете исследуют различные объекты в научно-исследовательских и производственных целях в микробиологии, микрохимии, дефектоскопии, изучении почвы. При этом методе наблюдаемые объекты освещают сине-фиолетовым светом, что вызывает свечение объектов, дающее информацию об их составе и свойствах. Этот метод — один из самых распространенных.
Методом наблюдения в ультрафиолетовых лучах исследуют структуры, прозрачные в видимом свете, но хорошо различимые в ультрафиолетовом (например, клетки). Такой метод широко применяется в микробиологии.
Методом наблюдения в инфракрасных лучах изучают объекты, непрозрачные в видимом свете, но видимые с помощью электронно-оптического преобразователя (например, кристаллы, минералы).
Методом микрофотографирования изучают изображения на светочувствительном слое.
Современные микроскопы оборудованы специальными устройствами микрофотографии, которые осуществляют преобразование оптической системы микроскопа и дают возможность проектировать изображение объекта на фотопленку. Этот метод микрофотог рафии эффективен в научных исследованиях, особенно невидимых объектов или объектов со слабым свечением.
Микроскопы различаются по типам в зависимости от конструкции, оснащения, области применения, методов наблюдения. Биологические микроскопы используются в исследовательских целях в микробиологии, физике, химии.
Различные конструкции этих микроскопов имеют разные дополнительные принадлежности — сменные осветители для наблюдений по методу проходящего и отраженного света, сменные конденсоры для наблюдений по методу светлого и темного поля, устройства для контрастных наблюдений, светофильтры для люминесцентного и поляризационного метода наблюдений, окулярные микрометры, сменные объективы и комплекты окуляров для наблюдения и микрофотографии, бинокулярные тубусы.
Инвертированные микроскопы используются в микробиологии для изучения культуры тканей, в химии, для изучения химических реакций при плавлении материалов, снабжены устройствами для микрофотографии и микросъемки этих процессов. Их характерное отличие — расгголожеггие объектива под объектом, а конденсора — сверху объекта.
Металлографические микроскопы используют для изучения шлифов металлов, сплавов, минералов, располагая объект снизу. Наблюдения проводят по методу светлого поля, темного поля и в поляризованном свете.
Люминесцентные микроскопы имеют сменные светофильтры.
Ультрафиолетовые и инфракрасные микроскопы используются для получения видимого изображения, преобразованного из невидимого специальными электронно-оптическими преобразователями. Объектив и конденсор этих микроскопов — это зеркально-линзовые системы. Линзы сделаны из материалов, прозрачных для инфракрасных и ультрафиолетовых лучей (кварца, лития). Эти микроскопы имеют микрофотокамеры для невидимого изображения.
Поляризационные микроскопы используются для изучения кристаллов, в кристаллооптике. Способ их действия основан на изменении поляризации света при прохождении или отражении от наблюдаемого объекта, что позволяет получить необходимые характеристики о нем. Окуляры таких микроскопов имеют микрометрическую шкалу.
Интерференционные микроскопы используются для изучения прозрачных объектов в микробиологии, они имеют специальный конденсор и объектив.
Стереомикроскопы дают возможность получить объемное изображение наблюдаемого объекта благодаря своей конструкции, состоящей из двух микроскопов, позволяющей наблюдать исследуемый объект двумя глазами и получать прямое изображение.
Сравнительные микроскопы имеют в своей конструкции два микроскопа с общей системой окуляров, что позволяет наблюдать сразу два объекта, сравнивая их по различным характеристикам, определяя сортность и качество обработки поверхности объекта.
Телевизионные микроскопы применяются в микробиологии, металлообработке. Их действие основано на преобразовании изображения наблюдаемого объекта в электрические сигналы с последующим увеличенным воспроизводством его на экране, что дает возможность для дистанционного исследования и наблюдения объектов.
Измерительные микроскопы используются для измерения размеров объектов. Они разделяются на два типа по способу измерения. Один способ основан на измерении расстояний не больше линейных размеров поля зрения и состоит в измерении изображения объекта в фокальной плоскости окуляра с последующим вычислением расстояния.
Второй способ основан на измерении перемещения между столиком с наблюдаемым объектом и корпусом микроскопа при помощи микрометрической шкалы. Измерительные микроскопы используют в машиностроении для измерения деталей. Шкаловые микроскопы-микрометры используются в астрономии, геодезии и других областях, где требуются особо точные измерения.
Измерительное приспособление шкаловых микроскопов — шкала с делениями, микроскопов-микрометров — спиральный микрометр, с точностью до 0,0001 мм.
Также микроскопы применяются как составная часть совместно с другими приборами в исследовательских установках. Дальнейшее совершенствование конструкций микроскопов направлено на увеличение областей их применения и улучшение их характеристик.