Сравнение возможностей оптических и электронных микроскопов.

       Таблица 2. Оптический и электронный микроскопы в сравнении.

 

Параметры	Оптический микроскоп	Электронный микроскоп
Тип излучения	Видимый свет	Поток электронов
Длина волны	400 – 700 нм	0,003 нм при рабочем напряжении 200 кВ
Предел разрешения	200 нм	0.5 нм
Максимальное полезное увеличение	1500	250 000 (при напряжении 200 кВ)
Линзы	стеклянные	магнитные

 

Отмечая большие возможности электронной микроскопии, отметим и трудности работы на ЭМ. Приобретение и эксплуатация ЭМ обходятся очень дорого. ЭМ это довольно внушительное сооружение высотой около 2,5 м и массой в несколько тонн. ЭМ очень чувствителен к малейшим вибрациям. Для него требуются источники тока с высокой стабильностью характеристик.

Оптическая система глаза.

 

       Зрение начинается с глаза. Оптическая система глаза обеспечивает получение на сетчатке глаза уменьшенного действительного обратного (перевернутого) изображения. Зрительные образы – продукт деятельности мозга.

      Схема строения глаза приведена на рис. 19.

      Склера - прочная белковая защитная оболочка глаза, имеющая сложное строение и многообразные функции. С внутренней стороны склера выстлана сосудистой оболочкой

     Роговица – передняя часть склеры, прозрачная и более выпуклая. Она действует как собирающая линза, и является первым звеном оптической системы глаза.

 

Рис. 19. Глаз.

    

     Оптическая сила глаза - алгебраическая сумма следующих четырёх слагаемых:

 Роговица: оптическая сила +(42 – 43) дптр.

 Передняя камера: +(2 – 4) дптр.

 Хрусталик: оптическая сила может меняться в пределах +(19-33) дптр

 Стекловидное тело; оптическая сила отрицательная: –(5-6) дптр.

 В итоге, суммарная оптическая сила глаза составляет +(49 - 73) дптр.        

        Роговица - основной преломляющий элемент этой системы – имеет

не сферическую, а более сложную форму преломляющих поверхностей, что является хорошей защитой от сферической аберрации.

       Передняя камера расположена между роговицей и радужной оболочкой (радужкой). Жидкость передней камеры близка по составу к свойствам плазмы крови, а по оптическим свойствам – к роговице. Играет важную роль в снабжении тканей глаза необходимыми веществами и в иммунной системе глаза.

      Радужка – передняя часть сосудистой оболочки. В центре радужки находится зрачок – отверстие, диаметр которого регулируется парой мышц в диапазоне 1 – 8 мм. Тем самым, площадь зрачка может изменяться в 64 раза. Этим обеспечивается регулирование световых потоков, направленных на сетчатку. При слабом освещении зрачок полностью открыт. При ярком свете диаметр зрачка минимален; этим достигается не только защита сетчатки от повреждения, но также выделение для хрусталика параксиальных лучей, что повышает качество изображения на сетчатке, и к тому же устраняет сферическую аберрацию.

Радужка имеет слоистую структуру. Она непрозрачна, и это является защитой сетчатки от внешнего рассеянного света: пропускает свет только через зрачок. Один из слоев роговицы содержит пигментные клетки, определяющие цвет глаз. Пигментация радужки меняется с возрастом. Но она может меняться в связи с изменением состояния здоровья самого глаза или других органов, даже весьма неблизко расположенных (например, при заболеваниях печени).

      Хрусталик – элемент оптической системы глаза, способный менять свою оптическую силу в диапазоне от 19 до 33 дптр. При сокращении или расслаблении цириальных мышц хрусталика меняется радиус кривизны его поверхностей и, соответственно, его фокусное расстояние: происходит аккомодация глаза - его приспособление к фокусировке изображения на сетчатке при рассматривании как удалённых, так и близких предметов. Кстати, возникающее при такой настройке напряжение этих мышц даёт информацию о расстоянии до рассматриваемого предмета, даже если мы рассматриваем его одним глазом.

     Но наша ориентация в пространстве более точна и совершенна благодаря бинокулярному зрению: изображения в каждом из глаз, сводимые мозгом воедино, дают не только трехмерное пространственное видение, но и улучшенную ориентацию в пространстве. Источником информации является и натяжение мышц, управляющих поворотами глазных яблок (например, их сведением «в кучку»).

Хрусталик интересен ещё и тем, что он имеет слоистую структуру, слои прозрачны, но неоднородны по составу; их показатель преломления меняется от n=1,40 в центре до n=1,38 по краям, и это предотвращает хроматическую аберрацию.

Стекловидное тело – студнеобразное прозрачное вещество, занимающее 2/3 объема глазного яблока. Заполняет пространство между хрусталиком и сетчаткой. С механической точки зрения, стекловидное тело обеспечивает правильную форму и несжимаемость глаза.

Сетчатка предназначена для преобразования оптического изображения, создаваемого на её поверхности, в потоки электрических нервных импульсов, поступающих в мозг. Эти преобразования осуществляются клетками - фоторецепторами двух типов, получивших, в связи с особенностями своей формы, название колбочек и палочек.

        Палочки - рецепторы сумеречного зрения. Имеют высочайшую чувствительность: способны реагировать на единичные световые кванты.

        Колбочки - фоторецепторы дневного зрения. Их чувствительность гораздо хуже, чем у палочек, что в условиях дневной освещенности вполне оправданно. Но зато колбочки обеспечивают цветовое зрение. Кроме того, колбочки гораздо лучше воспринимают движение.

        Каждый глаз человека содержит примерно 125×10⁶ палочек и 5×10⁶ колбочек, итого 130×10⁶ фоторецепторов. Аналогия: структурной единицей матрицы дисплеев является пиксель. Так что каждый глаз имеет 130 мегапикселей. Впечатляет?

Колбочки и палочки распределены по сетчатке очень неравномерно.

Жёлтое пятно сетчатки - область наилучшего зрения и наибольшей способности различать оттенки цвета. Она расположена в центре сетчатки; на ней с очень большой плотностью размещены только колбочки. Диаметр желтого пятна приблизительно 2мм. Здесь мы фокусируем изображение предмета, если хотим разглядеть этот предмет особо тщательно.

На периферии светочувствительной части сетчатки размещены только палочки. Чем ближе к области жёлтого пятна, тем больше встречается колбочек.

«Слепое пятно» - область сетчатки, от которой отходит зрительный нерв - вообще не имеет фоторецепторов, и поэтому не восприимчива к свету. Но слепые пятна в двух глазах расположены асимметрично, и к тому же мозг корректирует поступающую от сетчатки информацию, так что из-за слепого пятна проблем со зрением не возникает.