Microscopios

CAPÍTULO 10

Microscopios

Desde finales del siglo XVI, los microscopios ópticos han sido usados como instrumento para observar imágenes amplificadas de objetos pequeños. Sin embargo, en años recientes se han visto avances enormes en la funcionalidad y desempeño del microscopio, mientras que el principio básico usado para agrandar imágenes combinando un ocular y un objetivo ha permanecido virtualmente sin cambio. Con el objetivo de cumplir diversas necesidades de laboratorios de investigación e industria, muchos sistemas ópticos únicos han sido incorporados recientemente en los microscopios.

El diseño auxiliado por computadora (CAD) ha ayudado a lograr muchas de las mejoras. Con la reciente tendencia de manufactura en miniatura y micro manufactura (por ejemplo, empaquetamiento denso de dispositivos semiconductores, maquinado microscópico de componentes tales como cabezas de video), demandas industriales para estándares exactos de inspección microscópica y submicroscópica se han incrementado rápidamente. También las aplicaciones se han expandido del rango visible al rango infrarrojo y ultravioleta.

DEFINICIONES Y TÉRMINOS COMUNES EN MICROSCOPÍA

Amplificación (amplificación lateral). Es la promoción entre el tamaño del objeto y el tamaño de la imagen formada en un sistema óptico. El término amplificación generalmente se refiere a la amplificación lateral, en la que la proporción se determina en la dirección perpendicular al eje óptico. Les otros tipos de amplificación son la amplificación longitudinal y la amplificación angular.

Apertura numérica (NA). Es un valor importante para determinar el poder de resolución, profundidad focal, brillantez de imagen, etcétera. La NA está dada por la siguiente expresión:

NA = q sen 0

Campo numérico. Es el diámetro del campo de visión de un objetivo, expresado en milímetros.

Diafragma de apertura. Es un dispositivo mecánico circular, cuyo diámetro puede ser variado continuamente, el cual controla la sección transversal de un haz de luz pasando a través de él, para controlar la intensidad de luz, reducir la aberración o incrementar la profundidad del foco.

Dioptría. Representa la unidad de potencia de las lentes. En términos generales, la potencia de una lente viene expresada por el valor inverso de la distancia focal expresada en metros; así, una dioptría corresponde a 1 m de distancia focal; 2 dioptrías, a una distancia de 0.5 m, etcétera. En las lentes divergentes la potencia es negativa, y en las convergentes, positiva.

Distancia de trabajo. Es la distancia entre la parte frontal de un objetivo de microscopio y el plano, en la cual se obtiene la mejor imagen posible del objeto deseado.

Enfocar. Mover una lente hacia o desde una pantalla, o película, para obtener la imagen más claramente definida de un objeto deseado.

Iluminación de Kohler. Representa un método de iluminación para el microscopio óptico usado con filamentos espirales; una imagen del filamento lo suficientemente grande para llenar la abertura iris, es enfocada sobre el condensador que está enfocado de modo que su diafragma iris sobre la lámpara está en foco con el objeto, y el iris de la lámpara está abierto sólo lo suficiente para llenar el campo de visión; el iris del microscopio está abierto sólo lo suficiente para iluminar la abertura posterior del objetivo; ningún vidrio esmerilado es usado.

Imagen erguida. Imagen en la cual las direcciones son las mismas que en el objeto, en contraste con una imagen invertida.

Limitador de campo. Una abertura que limita el campo de visión de un instrumento óptico.

Longitud focal (distancia focal). La distancia desde el punto focal de una lente o espejo curvado al punto principal; para una lente delgada es aproximadamente la distancia desde el punto focal a la lente.

Poder de resolución (R). El poder de resolución es la distancia mínima a la cual dos puntos, o líneas adyacentes, pueden ser distinguidos uno de otro.

El poder de resolución está dado por la siguiente expresión: cuanto mayor sea la apertura numérica (NA) y menor la longitud de onda (X), mayor será el poder de resolución.

Profundidad focal.  El rango de distancias fuera del mejor punto de enfoque de una lente fonográfica, dentro de las cuales una imagen clara será aún obtenida.  El rango de distancias en la dirección del eje óptico en objeto especial, dentro del cual un microscopio o proyector de perfiles puede formar una imagen clara.

Punto focal. Es el punto en el cual los rayos que son inicialmente paralelos al eje de una lente, espejo u otro sistema óptico son convergentes, o desde el cual ellos parecen divergir.

Sistema telecéntrico. Es un sistema telescópico cuyo limitador de

campo está localizado en uno de los focos de las lentes objetivo, de modo

que el rayo principal pasa a través del punto focal. Este sistema no produce

variación en la amplificación de la formación de la imagen, aun si el objeto

bajo observación está fuera de foco.

PRINCIPIOS OPTICOS

La lente delgada

Un objeto extendido 00' se localiza a una distancia u de una lente convergente (o positiva) de distancia focal f. Para localizar su imagen, se trazan tres rayos que pueden partir de cualquier punto del objeto; en este ejemplo parten de 0'. Uno de los rayos, paralelo al eje de la lente, después de ser desviado (refractado) pasa a través del punto focal P; otro pasa por el punto focal F y después de la refracción, emerge paralelo al eje; un tercero pasa por el centro óptico de la lente L y no experimenta desviación. Estos rayos se recombinan (enfocan) en el punto /'. La imagen //', formada punto a punto, es real e invertida respecto al objeto y se encuentra a una distancia v de la lente.

EL microscopio simple

La forma más sencilla de obtener una imagen amplificada consiste en utilizar una lente positiva o microscopio simple.

El objeto 00' se sitúa entre la lente y su foco frontal F, y la imagen II' es virtual, amplificada y erguida. Gracias a la acción amplificadora de la lente, el objeto puede acercarse a menos de 250 mm del ojo, y la imagen proyectada sobre la retina subtiende un ángulo, mayor que el trazado por el objeto, cuando no se le mira a través de la lente. Por esta razón, la amplificación efectiva o angular se define como el cociente que resulta de dividir el ángulo ff, subtendido por la imagen, entre el ángulo 6 subtendido por el objeto, colocada a la distancia de la visión (distancia más corta a la cual el ojo humano aún puede enfocar cómodamente un objeto cercano, convencionalmente, 250 mm):

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