ФАЗОВО-КОНТРАСТНОЕ УСТРОЙСТВО КФ-5

Устройство для наблюдения методом фазового контраста КФ-5 предназначается для исследования малоконтрастных объектов, невидимых в микроскопе при обычных условиях наблюдения. В отличие от устройства КФ-4 в объективе устройства КФ-5 и в его конденсорной диафрагме имеются два кольца.

Устройство КФ-5 устанавливается на микроскоп вместо обычного конденсора.

Устройство изготавливается для работы в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом в лабораторных помещениях при температуре воздуха от +10 до +35° С.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

  • Фазовый конденсор:
    • числовая апертура 1,2
    • фокусное расстояние, мм 11,0
  • Увеличение и числовая апертура фазовых объективов
    • 20×0,40
    • 40×0,65
    • 70×1,23 (в.и.)
    • 90×1,25 (м.и.)
  • Габаритные размеры, мм 110x98x60
  • Масса, кг 0,45

СОСТАВ УСТРОЙСТВА

В состав устройства для наблюдения методом фазового контраста входят устройство с фазовым конденсором, фазовые объективы и вспомогательный микроскоп.

Полный комплект устройства указан в его паспорте.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И РАБОТА УСТРОЙСТВА

Препарат для микроскопирования рассматривается как решетка с регулярной структурой, например, как попеременно идущие темные и светлые линии, расположенные на одинаковом расстоянии одна от другой. В результате дифракции свет, проходя через такую решетку, идет не только по своему первоначальному направлению, но и отклоняется в других направлениях под определенными углами к первоначальному.

кф-5 рис. 1рис. 1

Пучки лучей, идущие от дифракционного спектра, собираются в плоскости изображения О”, где вследствие их интерференции образуется изображение объекта О, возникающее только в том случае, когда объектив пропускает хотя бы один первый дифракционный максимум, кроме нулевого максимума.

Дифракционный спектр можно увидеть, если вынуть окуляр и смотреть в тубус микроскопа, тогда в случае отсутствия препарата будет видно изображение, показанное на рис. 2, а при наличии препарата в виде решетки изображение, показанное на рис. 3.

кф-5 рис. 2

рис. 2

кф-5 рис. 3

рис. 3

Распределение интенсивности света в дифракционном спектре зависит от соотношения ширины светлых и темных линий, а также от их оптической плотности.

В микроскопии различают два вида объектов.

  1. Объекты с различным светопоглощением на разных участках изменяют интенсивность прошедшего через них света, т.е. величину амплитуды колебания света, и поэтому называются «амплитудными». К таким объектам относятся все окрашенные препараты, которые изображаются с большей или меньшей контрастностью.
  2. Объекты с одинаковым светопоглощением на различных участках, но с различной оптической толщиной, не изменяя интенсивность прошедшего через них света, изменяют фазу его колебания. Изменение фазы колебания не может быть замечено глазом или заснято на фотопластинку, поэтому такие объекты невидимы, их принято называть фазовыми. Фаза колебания света, прошедшего через объект, изменяется пропорционально оптической толщине препарата. К фазовым препаратам относятся все неокрашенные неконтрастные препараты.

Фазовый препарат (решетку) можно рассматривать как дифракционную решетку, которая состоит из чередующихся полос и щелей с одинаковым светопропусканием, но с различной оптической толщиной.

Фазовая решетка, изображенная на рис. 4, вызывает изменение фазы колебания света, проходящего через щели, по отношению к фазе света, проходящего через выступы. При прохождении света через фазовую решетку, как и при прохождении через дифракционную решетку, наблюдается дифракция света; в фокальной плоскости объектива образуется дифракционный спектр, который отличается от дифракционного спектра амплитудной решетки интенсивностью центрального максимума (он будет ярче) и разностью фаз нулевого и боковых максимумов.

кф-5 рис. 4рис. 4

По дифракционной теории в плоскости изображения О′′ (см. рис. 1) образуется изображение, подобное объекту; если был взят неконтрастный (невидимый) объект, то он будет изображаться в виде равномерно белого поля.

С помощью метода фазового контраста возможно получение контрастного изображения в плоскости изображения О′′, в котором распределение интенсивности света будет соответствовать распределению фаз в объекте, и невидимые объекты станут видимыми. Необходимо только, чтобы дифракционный спектр, даваемый фазовой решеткой, был подобен дифракционному спектру амплитудной решетки. Для этого нужно в фокальной плоскости объектива поместить пластинку, которая, перекрыв центральный максимум, уменьшит его интенсивность и изменит на 90° разность фаз между нулевым и боковыми максимумами.

Принцип действия устройства показан на рис. 5. Здесь О12 – объект, представляющий собой комбинацию щели О и выступов О1 и О2. Амплитуда колебания света изображена в виде вектора, величина которого определяет интенсивность света, а направление – фазу колебания. На объект падает пучок света с амплитудами А, А1 и А2 на щель и на два соседних выступа соответственно.

кф-5 рис. 5

рис. 5

Если взят фазовый препарат, то интенсивность света, прошедшего через него, не изменяется, а следовательно, не изменяется и величина векторов А, А1 и А2. Вектор А, пройдя через щель, не изменяет ни своей величины, ни фазы; векторы А1 и А2, оставаясь неизменными по величине, изменяют свое направление, как показано на рисунке над выступом решетки. Направления векторов изменяются тем меньше, чем меньше разность хода, возникающая вследствие различной толщины объекта.

Векторы А1 и А2 над выступом решетки можно разложить на две составляющие по правилу параллелограмма, выбрав направление и величину одного из них такими же, как и у вектора над щелью. Тогда вторая составляющая, незначительная по величине, будет составлять с первой угол, близкий к 90° и увеличивающийся по мере увеличения разности хода. На рисунке эти составляющие показаны векторами а1 и а2.

Векторы А1, А2 и А, обозначенные в плоскости АР векторами А′1, А′2 и А′ , будут участвовать в образовании нулевого максимума, а векторы а1 и а2, обозначенные в той же плоскости векторами а′1 и а′2 – в образовании боковых максимумов +1 и -2.

В плоскости АР помещена фазовая пластинка FP, которая перекрывает нулевой максимум, уменьшая его интенсивность и изменяя фазу колебания на 90°.

Состояние света, образующего нулевой максимум, после прохождения через фазовую пластинку изображается векторами А′′1, А′′ и А′′2  которые повернуты на 90° по отношению к векторам А′1, А′ и А′2 и в два раза меньше их по величине.

Согласно дифракционной теории в плоскости О′2О′О′1 образуется изображение объекта. В точку О’ приходит свет, прошедший через нулевой максимум от щели с амплитудой А′′ в точки О′2, и О′1 – свет от выступа, прошедший через нулевой максимум, и свет, прошедший через боковые максимумы с амплитудами соответственно А′′2 и а′2, А′′1 и а′1. Эти векторы необходимо сложить по правилу параллелограмма, в результате чего получатся векторы А′′′2 и А′′′1. Сравнивая их по величине с вектором А′′′, убедимся, что они меньше этого вектора, значит, в различных участках плоскости О′2О′О′ интенсивность света различна: в точке О’ освещенность больше, чем в точках О′2  и О′1 , соответствующих более толстой части препарата.

В зависимости от того, опережает ли свет, прошедший через фазовое кольцо, по своей фазе свет, прошедший мимо кольца, или отстает от него, получается либо позитивный фазовый эффект, либо негативный. В первом случае изображение частиц объекта с большей оптической толщиной будет темнее изображения частиц объекта с меньшей оптической толщиной, а во втором случае – наоборот.

Таким образом, в поле зрении микроскопа будет видно изображение структуры решетки, в котором распределение интенсивности соответствует изменению фаз колебания света. Как было сказано, для получения контрастного изображения необходимо изменить разность хода нулевого максимума, не изменяя разности хода боковых максимумов.

При использовании диафрагмы и фазовой пластинки в виде круга это невозможно, так как нулевой и боковые максимумы перекрывают друг друга (см. рис. 3). Поэтому используется диафрагма и фазовая пластинка в виде кольца; тогда перекрытие получается минимальным и практического значения не имеет.

На рис. 6 показано изображение, наблюдаемое в тубус микроскопа при использовании кольцевой диафрагмы конденсора и фазовой пластинки в виде кольца и при отсутствии препарата, а на рис. 7 при тех же условиях и при наличии препарата.

кф-5 рис. 6

рис. 6

кф-5 рис. 7

рис. 7

Общий вид устройства КФ-5 показан на рис. 8.

фазово-контрастный набор КФ-5рис. 8

Основными частями устройства КФ-5 являются фазовые объективы 1 (см. рис. 8, 10), фазовый конденсор 2 (см. рис. 8, 11), вспомогательный микроскоп 3 (см. рис. 8, 12) и зеленый светофильтр 11 (см. рис. 8).

Фазовые объективы

Объективы 1 (см. рис. 8, 10), входящие в комплект устройства КФ-5, рассчитаны на длину тубуса 160 мм и толщину покровного стекла 0,17 мм. Технические данные объективов указаны в таблице.

кф-5 тфбл. 1

Объективы для наблюдения методом фазового контраста отличаются от обычных ахроматических объективов тем, что в плоскости выходного зрачка объектива имеются два концентричных фазовых кольца: одно – широкое, другое, нанесенное внутри широкого кольца, – узкое. С помощью колец изменяется фаза нулевого максимума на 90° и уменьшается его интенсивность. Фазовые кольца (рис. 9) нанесены на внутренней поверхности одной из склеенных линз (или на пластинке), расположенной около выходного зрачка объектива.

кф-5 рис. 9

рис. 9

На колпачке таких объективов, помимо обычной гравировки, награвировано «Ф-2». Пользоваться этими объективами при обычных исследованиях не рекомендуется, так как они дают пониженное качество изображения вследствие наличия фазовых колец.

объективы кф-5

рис. 10

Фазовый конденсор

Фазовый конденсор 2 (см. рис. 2, 11) для наблюдения методом фазового контраста по оптической схеме аналогичен обычному конденсору. Исключение составляют диафрагмы с двумя кольцами, помещенные в фокальной плоскости фазового конденсора. Диафрагмы вставляются в револьверный диск 4 (см. рис. 11) и применяются в соответствии с выбранным объективом.

фазовый конденсор кф-5

рис. 11

Конденсор можно применять и для наблюдений обычным способом. Для этого в диске револьвера, кроме кольцевых диафрагм 10 (см. рис. 11), имеется свободное отверстие для пропускания всего пучка света, а под револьверным диском – ирисовая диафрагма. Фазовый конденсор вставляется в конденсородержатель микроскопа и зажимается винтом обычным способом.

Смена кольцевых диафрагм производится поворотом револьверного диска за накатанную часть до фиксации; при этом в окне кожуха конденсора должна появиться цифра, соответствующая увеличению применяемого объектива, или «0», соответствующий свободному отверстию. Два винта 5 (см. рис. 11) служат для центрировки кольцевой диафрагмы относительно фазового кольца объектива.

Кольцо 6 (см. рис. 11) предназначено для открывания ирисовой диафрагмы, а винты 7 (см. рис. 11) – для ее центрировки относительно фазовых колец объектива.

Откидная оправа 8 (см. рис. 11) служит для установки светофильтра.

Вспомогательный микроскоп

Вспомогательный микроскоп 3 (см. рис. 8, 12)  применяется при центрировке изображения кольцевой диафрагмы конденсора относительно фазовых колец объектива. Вспомогательный микроскоп МИР-4 вставляется в тубус микроскопа на место окуляра и по выполнении центрировки снова заменяется окуляром. Вспомогательный микроскоп состоит из патрубка с объективом 13 (см. рис. 12) и патрубка с окуляром 12 (см. рис.12). Патрубок с окуляром вставляется в патрубок с объективом и может перемешаться в нем; стопорение в любом положении осуществляется винтом 9 (см. рис. 12) .

мир-4 из комплекта кф-5

рис. 12

МАРКИРОВАНИЕ

На каждом устройстве нанесены товарный знак предприятия-изготовителя, шифр и порядковый номер, две первые цифры которого обозначают две последние цифры года выпуска устройства.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

  • Вставьте в револьвер микроскопа фазовоконтрастные объективы 1 (см. рис. 8, 10), а в тубус микроскопа – выбранный окуляр. При применении объективов 70×1,23 и 90×1,25 для полного использования апертуры конденсора нанесите на плоскую поверхность его фронтальной линзы каплю иммерсионного масла или воды.
  • Установите вместо обычного конденсора фазовый конденсор 2 (см. рис. 8, 11); при этом револьверный диск 4 (см. рис. 11) должен быть повернут так, чтобы в окне кожуха была видна цифра «0». Фазовый конденсор может постоянно оставаться на микроскопе, так как он годен и для наблюдений в проходящем свете.
  • Поместите препарат на столик микроскопа и сфокусируйте на него микроскоп.
  • Установите осветитель по правилам нормального освещения; при этом нить лампы осветителя должна изображаться в плоскости ирисовой диафрагмы конденсора, а полевая диафрагма – в плоскости препарата. Полевая диафрагма должна быть отцентрирована по отношению к полю зрения объектива и открыта в соответствии с полем зрения окуляра.
  • Откройте с помощью диска 6 (см. рис. 11) полностью ирисовую диафрагму конденсора.
  • Вставьте вместо окуляра вспомогательный микроскоп 3 (см. рис. 8, 12) и, перемещая его окуляр, сфокусируйте микроскоп на фазовые кольца объектива (см. рис. 9).
  • Вращением револьверного диска конденсора включите нужную кольцевую диафрагму; при этом в окне кожуха конденсора должна появиться цифра, соответствующая выбранному объективу. Теперь во вспомогательном микроскопе будет видно помимо фазовых колец изображение светлых колец диафрагмы конденсора (см. рис. 13).кф-5 рис. 10

рис. 12

  • Совместите с помощью центрировочных винтов 5 (см. рис. 11) изображения светлых колец диафрагмы с фазовыми кольцами (см. рис. 14) и отцентрируйте с помощью винтов 7 (см. рис. 11) ирисовую диафрагму конденсора относительно фазовых и светлых колец. кф-5 рис. 11

рис. 14

  • Снимите вспомогательный микроскоп и замените его выбранным окуляром.
  • Добейтесь подвижкой конденсора по высоте наибольшей контрастности изображения объекта.
  • Наблюдайте объект сначала с двумя фазовыми кольцами, а затем, закрыв ирисовую диафрагму конденсора, перекройте широкое кольцо и ведите наблюдение только с внутренним узким кольцом. Такой метод наблюдения даст более достоверное представление о структуре исследуемого объекта.

Для большей эффективности наблюдений методом фазового контраста рекомендуется пользоваться зеленым светофильтром 11 (см. рис. 8).

Помните, что после каждой смены объектива или препарата следует заново проверять центрировку кольцевых диафрагм по отношению к фазовым кольцам, так как только в этом случае можно быть уверенным в надлежащей контрастности изображения объекта, неточное совмещение колец ведет к снижению контрастности.

Для перехода к наблюдению обычным способом в светлом поле достаточно переключить револьвер конденсора на цифру «О». При этом следует помнить, что при работе в светлом поле фазовые объективы дают некоторое ухудшение качества изображения.

ПРАВИЛА ОБРАЩЕНИЯ С УСТРОЙСТВОМ

При получении фазового устройства КФ-5 следует обратить внимание на сохранность упаковки и пломбы.

Устройство выпускается тщательно проверенным, и для обеспечения безотказной работы надо содержать его в чистоте и предохранять от повреждений. Особое внимание следует обращать на чистоту оптических деталей, прежде всего объективов. Пыль с оптических поверхностей и жировые налеты удалять мягкой тряпочкой или ватой, смоченной чистым бензином или эфиром. Разбирать объективы для чистки самим нельзя; следует отправить их для этого в оптическую мастерскую.

ВЕРОЯТНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ИХ УСТРАНЕНИЕ

Неисправность Вероятная причина Способ устранения
Поле зрения неравномерно освещено, появляются темные пятна Неправильно установлен конденсор — полевая диафрагма изображается не в плоскости объекта Перемещая фазовый конденсор по высоте, добиться резкого изображения полевой диафрагмы в поле зрения объектива
После включения кольцевой диафрагмы поле зрения микроскопа становится темным Закрыта ирисовая диафрагма конденсора Полностью открыть диафрагму
Недостаточная контрастность изображения Плохая центрировка кольцевых диафрагм по отношению к фазовым кольцам объектива; включена не та диафрагма Произвести заново центрировку и проверить соответствие диафрагмы установленному объективу

ХРАНЕНИЕ

В нерабочее время фзово-контрастное устройство КФ-5 и его принадлежности рекомендуется снимать с микроскопа и укладывать в футляр.

ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ

При транспортировании устройство КФ-5 и его принадлежности должны быть уложены в футляр так, чтобы при встряхивании ящика они не перемещались. Допускается перевозка устройства всеми видами транспорта.

КАТАЛОГ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ЗАКАЗА

  • Светофильтр (зеленый) – 24.91.301
устройство для наблюдения методом фазового контраста кф-5 фото
устройство для наблюдения методом фазового контраста кф-5 объективы фото