- Historia del microscopio
compuesto - Fundamentos matemáticos de
la lupa - Características
ópticas del microscopio - Poder separador y
aumento útil del microscopio - Sistema de
Iluminación - Piezas ópticas de
los microscopios
Breve historia del
microscopio
1608 Z. Jansen construye un microscopio con
dos lentes convergentes.
1611 Kepler sugiere la manera de fabricar un microscopio
compuesto.
1665 Hooke
utiliza un microscopio compuesto para estudiar cortes de
corcho y describe los pequeños poros en forma de caja a
los que él llamó "células".
Publica su libro
Micrographia
1674 Leeuwenhoek
informa su descubrimiento de protozoarios. Observará
bacterias por
primera vez 9 años después.
1828 W. Nicol desarrolla la microscopía con
luz
polarizada.
1849 J. Quekett publica un tratado práctico sobre
el uso del microscopio.
1838 Schleiden
y Schwann
proponen la teoría
de la célula
y declaran que la célula
nucleada es la unidad estructural y funcional en plantas y
animales.
1876 Abbé
analiza los efectos de la difracción en la
formación de la imagen en el
microscopio y muestra
cómo perfeccionar el diseño
del microscopio.
1881 Retzius describe gran número de tejidos animales con un
detalle que no ha sido superado por ningún otro
microscopista de luz. En las
siguientes dos décadas él, Cajal y otros
histólogos desarrollan nuevos métodos de
tinción y ponen los fundamentos de la anatomía
microscópica.
1886 Zeiss fabrica una serie de lentes, diseño
de Abbé que permiten al microscopista resolver estructuras en
los límites
teóricos de la luz visible.
1908 Köhler y Siedentopf desarrollan el microscopio
de fluorescencia.
1930 Lebedeff diseña y construye el primer
microscopio de interferencia.
1932 Zernike inventa el microscopio de contraste de
fases.
1937 Ernst Ruska y Max Knoll, físicos alemanes,
construyen el primer microscopio electrónico.
1952 Nomarski inventa y patenta el sistema de
contraste de interferencia diferencial para el microscopio de
luz.
1981 Aparece el microscopio de efecto túnel
(MET).
La lupa es un lente positiva destinado a la observación visual de un objeto situado en
el plano focal anterior de la lente, las características de esta son el aumento
visual y el campo visual 2l
Caso general del aumento de una lupa.
De la figura de desprende que:
Du = 2 (f’ + X’o) tg W’ + Do
(1)
Donde tg w’ = 1/f ‘
Por consiguiente:
(2)
Por eso cuando la lupa se aparta del ojo, menor es el
campo visual.
Además calculemos el aumento visual de la
lupa
De la figura anterior:
(3)
Además:
(4)
De 3 y 4:
(5)
Que es el aumento visual de la lupa.
Piezas
ópticas de los microscopios:
Constan de los siguientes, objetivos,
oculares, condensadores
y colectores. El objetivo y el
ocular crean el aumento útil del objeto, es decir, forman
el sistema de
observación: el condensador y el colector
constituyen el sistema de iluminación del microscopio.
Características ópticas de los
microscopios
El microscopio, como la lupa, se emplea para observar
objetos cercanos pero, a distinción de la lupa, este tiene
mayor poder
separador.
El sistema óptico del microscopio transforma el
haz de luz homocéntrico divergente que entra al sistema en
un haz de rayos paralelos que emergen de el.
Figura 2) sistema óptico del
microscopio.
El sistema óptico tiene 2 etapas de aumento, la
primera el objetivo 1 y
la segunda el ocular 2 .El objetivo 1 asegura la obtención
de la imagen real
l’ del objeto l en el plano focal anterior del ocular 2
mediante el cual esta imagen se mira como una lupa (en el
plano focal anterior del ocular se puede colocar una escala que se ve
por el ocular para valorar las dimensiones de lo que se
observa)
Las características del microscopio
son:
1.- Aumento visual Γ
2.- Campo visual 2l
3.- abertura numérica A
Aumento Visual:
El objetivo tiene un aumento lateral β mientras que
el ocular, como la lupa, un aumento visual
Γ’. Por esto el aumento
visual es igual a:
(6)
Donde β es la razσn de la
longitud de la imagen y la longitud del objeto.
Si el microscopio se considera como una lupa su
distancia focal esta dada por:
(7)
En este caso de 7 nos queda:
(8)
Campo visual:
Figura 3) Diafragma de pupila y de campo para un
microscopio.
El campo visual del microscopio depende del
diámetro del circulo en el plano del objeto, cuya imagen
coincide con el diafragma de campo visual 3 (figura
3) situado en el plano focal anterior del ocular
2.
Así pues:
(9)
Además de 6 y 9 se obtiene que el
campo visual del microscopio sea:
(10)
Abertura numérica, características del
diafragma de abertura y la pupila de entrada y de salida
(ocular):
Se le llama abertura numérica al producto del
índice de refracción del medio donde se encuentra
el objeto, por el seno del ángulo de abertura, es
decir:
A = n1 sen Um (11)
La abertura numérica determina la luminosidad y
el poder
separador del microscopio.
El diafragma de abertura de los objetivos de
los microscopios es la montura de una de las últimas
lentes o el diafragma situado junto al foco posterior
(comúnmente en el plano focal posterior del objetivo, en
la figura 3 es la cifra 4). Por lo tanto, la
pupila de salida del objetivo será, o la imagen de
la montura de la lente, obtenida como resultado de la
acción de las siguientes lentes del objetivo, o la montura
de la ultima lente, o, por fin, el propio diafragma que es de
abertura.
La pupila de entrada 5 de diámetro D, de
todo el sistema del microscopio, que es la imagen del diafragma
de abertura 4 durante la marcha inversa de los rayos por el
objetivo, en virtud de la formula de Newton (xx
’ = ff ’) se encuentra a una distancia del foco
anterior F1 igual a:
(12)
Donde X1p es la distancia desde el foco
posterior F’1 del objetivo hasta el diafragma de
abertura.
En los microscopios de gran aumento, el diafragma de
abertura se dispone en el plano focal posterior del objetivo,
(X’1p = 0), entonces la pupila de
entrada del microscopio se encuentra en el infinito
X1p = ∞.
Determinemos la posición y el diámetro
de la pupila de salida 6
Según la formula de Newton, el
segmento que determina la posición de la pupila de salida,
respecto al foco posterior del ocular, es (figura 3):
(13)
Donde X 2p es la posición imagen a la
lente.
El diámetro D’ de la pupila de salida del
microscopio se determina, partiendo de que la condición
de los senos se cumple en el sistema del microscopio, es
decir:
(14)
Donde:
l = tamaño del objeto.
n1 = índice de refracción donde
se halla el objeto.
Um = Ángulo de abertura del espacio
objeto.
l’ = tamaño de la imagen
intermedia
n1‘ = Índice de
refracción donde se encuentra la imagen (este caso el del
aire,
n1‘ = 1)
U’m = Ángulo de abertura del espacio
objeto.
Valiéndonos de la condición de los senos y
considerando que U’m es pequeño,
entonces:
(15)
Donde β = 
y 
= 1.
De la figura se desprende que el diámetro
D’ de la pupila se determina mediante la
formula:
D’ = 2f’2tan U’m
(16)
De 11 y 6, tenemos que:
(17)
De aquí se concluye que el diámetro de
la pupila de salida es directamente proporcional a la abertura
numérica A e inversamente proporcional al aumento visual
del microscopio.
Por esto cuando la pupila de salida de aproxima al
diámetro del ojo, mayor será la "calidad" del
objeto a observado y cuando los diámetros son iguales se
le denomina aumento visual normal (dada una abertura y
aumento visual)
Poder separador, objetivos de
inmersión y aumento útil.
Poder separador
De la teoría
de la difracción sobre la formación de imágenes
mediante un microscopio se tiene que la distancia mínima
entre dos puntos visibles por separado es:
(18)
Donde λ es la longitud de onda de la luz
monocromαtica en la que se observa el objeto y A es la
abertura del microscopio.
Por eso cuanto mayor sea la abertura numérica A y
menor la longitud de onda λ, mejor será el poder
separador del microscopio.
Por lo tanto es natural la tendencia de utilizar
objetivos con mayor abertura numérica obtenida tanto por
el aumento del ángulo de abertura de entrada, como el
índice de refracción del medio en el que se coloca
el objeto.
Objetivos de inmersión:
El medio óptico líquido que rellena el
espacio entre el objeto y el objetivo se le denomina
líquido de inmersión. El índice de
refracción de este es próximo al del vidrio (se
utiliza agua,
glicerina, aceites cedral y de enebro, monobromonaftalina, etc.)
En la figura se muestra el
papel del
líquido:
En el sistema "seco" el flujo luminoso se limita por el
ángulo sólido U y en el lado sumergido por el
ángulo Um, donde Um>U. De esta forma con la misma
intensidad de iluminación e igual abertura del
condensador, la imagen se vera mucho mejor con el objetivo de
inmersión que en "seco".
Además esto asegura al microscopio un mayor poder
separador.
La magnitud de Um, que determina la abertura
numérica, depende de la construcción del objetivo y en los secos
esta limitada por la reflexión interna total.
Además longitud de onda en la que se observa el objeto
disminuye por que el poder separador se aumenta (en este caso
manteniendo constante a A).
Aumento útil del microscopio:
Se define como el aumento visual del microscopio que
puede ser utilizado totalmente por el ojo del observador Por
ejemplo, un ojo con un poder separador de 2-4 in, debe satisfacer
la desigualdad:
500 Å < Γut< 100 Å
(19)
Donde, si se sale de los rangos la visión
será formada por aberraciones.
—Estructura
geométrica:
La fuente de luz 1, con l ayuda de una lente (o sistema)
2, llamada colector, se representa en el plano del
diafragma iris de abertura 5 del condensador 6. Este
diagrama se
instala en el plano focal anterior del condensador 6 y
puede variar su abertura numérica. El diagrama iris
3 dispuesto junto al colector 2 es el diafragma de campo.
La variación del diámetro del diafragma de campo
permite obtener su imagen igual al campo visual lineal del
microscopio. La abertura numérica del condensador 6
supera, generalmente la de la abertura del objetivo
microscópico. El objeto 7 se proyecta por el objetivo 8 en
el plano del diafragma de campo 10, que coincide con el plano
focal anterior del ocular 11. La pupila del ojo del observador se
hace coincidir con la pupila de salida del microscopio 12. Para
el ojo normal los haces de rayos después del ocular son
paralelos. El haz de rayos de una fuente de luz con iluminancia
irregular (la espiral de una lámpara incandescente)
asegura con el sistema de iluminación uniforme del campo
visual a merced de que los diafragmas de campo 3 y 10 son
conjugados, así como también los son los diafragmas
de abertura 5 y 9 del condensador y del microscopio .
Si por razones relacionadas con el tamaño y al
haber posibilidades de despreciar la acción térmica
de la luz, es posible instalar ésta en el plano del
diafragma de abertura 5 del condensador 6, entonces el sistema de
iluminación se simplifica.
B.N Begunov, N.P Zakarnov, Teoría de
sistemas ópticos, Págs. 172-229, 264-391.
Editorial MIR-Moscú. México-URSS 1976
Hecht, Eugene, Óptica
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M.N Mirkovich, W.N Makarenko, sistemas
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