Вступ

Загальновідомо, що мікроскопами називають прилади, які створюють збільшене зображення малих об’єктів так, що їх можна спостерігати у зручному для дослідження та аналізу масштабі. До найпростіших мікроскопів зараховують лупи, які вперше з’явилися у вигляді краплини води, розміщеної у маленькому отворі. Скляні, а згодом і пластикові, лупи широко застосовують і сьогодні. Оптичний мікроскоп, що складається з об’єктива та окуляра, вперше був описаний у XVI столітті і постійно удосконалювався з метою підвищення коефіцієнта збільшення та покращення якості зображення. У досягненні цієї мети особливе значення мали теоретичні дослідження у галузі взаємодії світла та середовища, в якому воно поширюється, у питаннях побудови оптичних елементів та оптичних мікроскопів зокрема. Особливо плідним було ХІХ століття, саме тоді Джозеф Лістер опублікував роботу, в якій описав теоретичний підхід до конструювання мікроскопічних об’єктивів, Джордж Ері показав, що роздільна здатність оптичних приладів обмежується довжиною хвилі випромінювання через явище дифракції, Ернет Аббе ґрунтовно розвинув теорію мікроскопії.
Вдосконалення оптичних приладів тривало і у ХХ столітті. У 30-х роках Фріц Черкіне запропонував метод фазового контрасту, який дає змогу ефективно досліджувати прозорі об’єкти. Август Кехлер та Моріс Вохр для підвищення роздільної здатності використали ультрафіолетове випромінювання. Однак, особливої уваги заслуговує електронна мікроскопія, поява якої основана на хвильовому трактуванні потоку електронів, згідно з яким потік електронів певної енергії можна інтерпретувати як випромінювання з довжиною хвилі, що визначається цією енергією. Підвищення кінетичної енергії електронів еквівалентне зменшенню дов¬жини хвилі і, отже, спричиняє переконливе підвищення роздільної здатності мікроскопа. Роздільна здатність оптичного мікроскопа становить орієнтовно 0,3–0,4 мкм, тоді як електронного мікроскопа сягає 0,2 нм. Перший комерційний електронний мікроскоп з’явився у 1935 році.
Доцільно зазначити, що електронні мікроскопи будують за двома основними принципами. У так званих мікроскопах просвічувального типу потік електронів виконує функцію опромінювача досліджуваного поля об’єкта, а відповідні електронно-оптичні елементи будують електронне зображення цього поля з подальшим його перетворенням у видиме зображення з застосуванням, наприклад, флуоресцентного екрана. У мікроскопах сканувального типу, які ще називають растровими мікроскопами, формується гостросфокусований на об’єкт електронний зонд і, отже, опромінюється тільки невелика частина поля об’єкта – елемент одержуваного видимого зображення. Сканування дає змогу поелементно проаналізувати все поле об’єкта. Для відтворення зображення частину електронного потоку, яка пройшла через об’єкт або ж відбилася від нього, перетворюють в електричний сигнал, який із застосуванням телевізійних методів створює зображення об’єкта на екрані монітора.
Принцип сканування стосується не тільки електронної мікроскопії. Його використовують також, зокрема, у сканувальних тунельних мікроскопах, конфокальних сканувальних мікроскопах, сканувальних оптичних мікроскопах.
Необхідно відзначити особливе значення у розвитку мікроскопії застосування телебачення та комп’ютерних засобів. Телевізійні методи, які почали застосовувати у 50-х роках ХХ століття, дозволяють отримати електричний сигнал, що відповідає зображенню об’єкта. Використання цього сигналу для відтворення зображення на електронному моніторі істотно підвищує зручність спостереження. Монітор можна розташувати у найзручнішому місці і мати розміри екрана від одиниць сантиметрів до кільканадцяти метрів. Екрани великого розміру дають змогу одночасно спостерігати групі людей. Використання спеціальних електронних засобів як доповнення до монітора дозволяє виводити на екран монітора допоміжні графічні елементи, а також вимірювати, наприклад, лінійні розміри об’єкта дослідження. Телебачення перетворило оптичний мікроскоп в оптично-електронний пристрій.
Наявність електричного сигналу, який відповідає зображенню, забезпечує також можливість оцифровування цього сигналу та занесення його в електронну пам’ять. Це є передумовою: 1) ефективного архівування зображення; 2) комп’ютерної обробки зображень цифровими методами з метою підвищення їхньої якості та інформативності. Застосування комп’ютерів у мікроскопії стало особливо ефективним з 80-х років ХХ століття, коли з’явилися, так звані, персональні комп’ютери. З цього часу стало можливим комплектування кожного мікроскопа, в якому формується електронний сигнал зображення, окремими комп’ютерними засобами та відповідним програмним забезпеченням.
Загалом сьогодні відомі такі типи мікроскопів, які використовують для дослідження об’єктів малих розмірів:
акустичні;
атомних сил;
бінокулярні;
відео (камерні):
вимірювальні;
відбивні;
лазерні;
інфрачервоні;
інтерференційні;
металографічні;
мікрохірургічні;
оптичні;
поляризаційні;
просвітлювальні електронні з фотовідповіддю;
порівняльні;
рентгенівські;
сканувальні (растрові) оптичні;
сканувальні конфокальні;
сканувальні електронні;
сканувальні тунельні;
стробоскопічні;
ультрафіолетові;
фазового контрасту;
флуоресцентні.
У цій монографії досліджено винятково сканувальні оптичні мікроскопи, принцип роботи яких ґрунтується на використанні для освітлення досліджуваного об’єкта ДО випромінювання електронно-променевих трубок ЕПТ. До написання цієї монографії спонукали, з одного боку, відсутність видань з висвітлення телевізійно-оптичної сканувальної мікроскопії, з іншого, перспективність побудови та використання для виконання численних завдань телевізійних оптичних мікроскопів сканувального типу, які мають низку переваг порівняно з поширенішими тепер відеомікроскопами (мікроскопами камерного типу).
У монографії використано результати досліджень, що упродовж тривалого часу (з 70-х років минулого століття) виконували, спочатку у галузі застосування ЕПТ високої роздільної здатності, а відтак, безпосередньо у галузі сканувальної телевізійно-оптичної мікроскопії.
Монографія адресована, насамперед, інженерам-розробникам телевізійних мікроскопів, науковцям та аспірантам, сферою інтересів яких є побудова або використання мікроскопів, а також усім, хто цікавиться мікроскопією.
Автор висловлює щиру подяку В.Г. Абакумову, Ю.В. Зоренку, Л.І. Муравському за зауваження, що вони зробили під час рецензування книги та безперечно сприяли покращанню її змісту.
Відгуки просимо надсилати за адресою: Кафедра радіоелектронних пристроїв та системи Національного університету “Львівська політехніка”, вул. С. Бандери, 12, 79013, Львів.