Объективы и все что нужно знать

Наиболее важным компонентом формирования изображения в оптическом микроскопе является объектив, сложный многолинзовый узел, который фокусирует световые волны, исходящие от образца, и формирует промежуточное изображение, которое впоследствии увеличивается с помощью окуляров. Объективы отвечают за формирование первичного изображения и играют центральную роль в установлении качества изображений, которые способен выдавать микроскоп. Кроме того, увеличение конкретного образца и разрешение, при котором мелкие детали образца также сильно зависят от объективов микроскопа. Объектив - самый сложный в проектировании и сборке компонент оптического микроскопа. Это первый элемент, с которым сталкивается свет, когда он проходит от образца к плоскости изображения. Объективы получили название из-за того, что они по близости ближайший компонент к объекту,

Основные производители микроскопов предлагают широкий спектр конструкций объективов, обладающих превосходными оптическими характеристиками в широком спектре условий освещения и обеспечивающих различную степень коррекции первичных оптических аберраций. Объектив, показанный на рисунке 1, представляет собой мультииммерсионный медиапланапохромат с 20-кратным увеличением, который содержит 9 оптических элементов, склеенных вместе в две группы дублетов линз, группу триплетов подвижных линз и две отдельные внутренние одноэлементные линзы. Объектив также имеет полусферическую переднюю линзу и менисковую вторую линзу, которые работают синхронно, помогая улавливать световые лучи при высокой числовой апертуре с минимальной сферической аберрацией. Многие объективы с большим увеличением оснащены подпружиненным выдвижным носовым конусом, который защищает элементы передней линзы и образец от повреждений при столкновении. Внутренние элементы объектива тщательно ориентированы и плотно упакованы в трубчатый латунный корпус, закрытый декоративной оправой объектива. Конкретные параметры объектива, такие как числовая апертура, увеличение, длина оптической трубы, степень коррекции аберраций и другие важные характеристики, отпечатаны или выгравированы на внешней части объектива. Объектив, показанный на рис. 1, предназначен для работы с водой, глицерином или специальным маслом на углеводородной основе в качестве среды визуализации. Внутренние элементы объектива тщательно ориентированы и плотно упакованы в трубчатый латунный корпус, закрытый декоративной оправой объектива. Конкретные параметры объектива, такие как числовая апертура, увеличение, длина оптической трубы, степень коррекции аберраций и другие важные характеристики, отпечатаны или выгравированы на внешней части объектива. Объектив, показанный на рис. 1, предназначен для работы с водой, глицерином или специальным маслом на углеводородной основе в качестве среды визуализации. Внутренние элементы объектива тщательно ориентированы и плотно упакованы в трубчатый латунный корпус, закрытый декоративной оправой объектива. Конкретные параметры объектива, такие как числовая апертура, увеличение, длина оптической трубы, степень коррекции аберраций и другие важные характеристики, отпечатаны или выгравированы на внешней части ствола. Объектив, показанный на рис. 1, предназначен для работы с водой, глицерином или специальным маслом на углеводородной основе в качестве среды визуализации.

За последние 100 лет методы строительства и материалы, используемые для изготовления объективов, значительно улучшились. Современные объективы, состоящие из множества внутренних стеклянных линз, достигли высокого уровня качества и производительности с учетом степени коррекции аберраций и плоскостности поля. Объективы в настоящее время разрабатываются с помощью системы Computer-Aided-Design ( CAD), в которых используются усовершенствованные рецептуры редкоэлементных стекол однородного состава и качества, характеризующиеся весьма специфическими показателями преломления. Эти передовые методы позволили производителям производить объективы с очень низкой дисперсией и корректировать большинство распространенных оптических артефактов, таких как кома, астигматизм, геометрические искажения, кривизна поля, сферические и хроматические аберрации. Мало того, что объективы микроскопа теперь исправлены для большего количества аберраций в более широких полях, но и блики изображения были значительно уменьшены благодаря современным технологиям покрытия, со значительным увеличением светопропускания, что дает изображения, которые являются удивительно яркими и четкими.

Абсолютного каждый любитель микроскопии должен знать параметры объективы, чтобы подобрать их к своему микроскопу, зачастую можно купить объектив, который не будет показывать картинку по тем или иным причинам и может привести к разочарованию покупки, поэтому каждому нужно знать, что за цифры и обозначения написаны на самом объективе

Разрешение

Есть три важных конструктивных характеристики объектива, которые определяют предел разрешающей способности микроскопа: длина волны света, используемого для освещения образца, угловая апертура светового конуса, захваченного объективом, и показатель преломления в пространстве между объектами (переднюю линзу объектива и образец). Разрешение оптического микроскопа с дифракционным ограничением можно описать как минимальное видимое расстояние между двумя близко расположенными точками образца:

Разрешение = λ / 2n (sin (θ)) (1)

где Разрешение - это минимальное расстояние между двумя точечными объектами, которые четко разрешены, λ - длина волны освещения, n - показатель преломления среды изображения, а θ равна половине угловой апертуры объектива. Учитывая это, очевидно, что разрешение прямо пропорционально длине волны освещения. Человеческий глаз реагирует на диапазон длин волн от 400 до 700 нанометров, который представляет спектр видимого света, который используется для большинства наблюдений под микроскопом. Разрешение также зависит от показателя преломления среды, формирования изображения и угловой апертуры объектива. Объективы предназначены для изображения образцов либо через воздух, либо через среду с более высоким показателем преломления между передней линзой и образцом. Поле зрения часто сильно ограничено, и передняя линза объектива расположена близко к образцу, с которым она должна находиться в оптическом контакте (увеличение разрешения примерно в 1 раз).

Наконец, последний, но, возможно, самый важный фактор в определении разрешения объектива - это угловая апертура, которая имеет практический верхний предел около 72 градусов (при значении синуса 0,95). Называется числовой апертурой ( NA) и является важным показателем разрешения для любой конкретной задачи. Помимо увеличения, числовая апертура обычно является наиболее важным критерием при выборе объектива микроскопа. Значения варьируются от 0,025 для объективов с очень малым увеличением (от 1x до 4x) до 1,6 для высокопроизводительных объективов, в которых используются специальные иммерсионные масла. По мере увеличения числовой апертуры для серии объективов с одинаковым увеличением происходит большая светосила и разрешение. В лучших условиях только что разрешенные детали должны быть увеличены в достаточной степени, чтобы их можно было удобно рассматривать, но не до такой степени, что пустое увеличение мешает наблюдению мелких деталей образца. Микроскоп должен тщательно выбирать числовую апертуру объектива в соответствии с увеличением, полученным на окончательном изображении. Увеличение выше этого значения не даст дополнительной полезной информации (или более высокого разрешения деталей изображения) и приведет к ухудшению качества изображения. Превышение предела полезного увеличения приводит к ухудшению изображения. Пустое увеличение , при котором увеличение просто приводит к увеличению изображения без соответствующего увеличения разрешения.

Подобно тому, как яркость освещения в микроскопе направляется квадратом рабочей числовой апертуры конденсора, яркость изображения, создаваемого объективом, определяется квадратом его числовой апертуры. Кроме того, увеличение объектива также играет роль в определении яркости изображения, которая обратно пропорциональна квадрату бокового увеличения. Квадрат числовой апертуры / отношения увеличения выражает светосилу объектива при использовании с проходящим освещением. Объективы с высокой числовой апертурой собирают больше света и дают более яркое, более скорректированное изображение с высоким разрешением, поскольку они также часто лучше корректируются для аберрации.

Когда объектив собран, сферическая аберрация корректируется путем выбора наилучшего набора прокладок, которые подходят между полусферической и менисковой линзами (нижние крепления линз). Объектив парфокализуется за счет перемещения всей группы линз вверх или вниз внутри гильзы с помощью стопорных гаек, так что фокус не будет потерян, когда объективы, размещенные на множественной револьверной головке, меняются местами. Регулировка комы осуществляется тремя центрирующими винтами, которые оптимизируют положение групп внутренних линз по отношению к оптической оси объектива.

Увеличение
- объективы малого увеличения – от 1× до 20×;
- объективы среднего увеличения – от 20× до 50×;
- объективы большого увеличения – от 50× до 100×;
- объективы сверхбольшого увеличения – свыше 100×

Факторы объективной коррекции

Чаще всего в лабораторных микроскопах используются ахроматические объективы. Такие объективы корректируются на осевые хроматические аберрации в синей и красной длинах волн, которые составляют около 486 и 656 нанометров соответственно. И то, и другое сведено в одну общую точку. В ахроматических объективах также вносится поправка на сферическую аберрацию зеленого цвета (546 нанометров; см. Таблицу 1). Ограниченная коррекция ахроматических объективов может привести к изображениям с пурпурным ореолом, если фокус выбран в зеленой области спектра. Отсутствие поправки на плоскостность поля (или кривизну поля) представляет собой дополнительную проблему. Планахроматы обеспечивают коррекцию плоского поля для ахроматных объективов (рисунок 2).

Объективы флоурисцирующие изготавливаются из передовых составов стекла, содержащих такие материалы, как плавиковый шпат или новые синтетические заменители, которые позволяют значительно улучшить коррекцию оптической аберрации. Подобно ахроматам, флоурисцирующие объективы также корректируются хроматически на красный и синий свет, однако флюориты также корректируются сферически на два или три цвета вместо одного цвета, как и ахроматы. По сравнению с ахроматами, флоурисцирующие объективы имеют более высокую числовую апертуру, что позволяет получать более яркие изображения. Флоурисцирующие объективы также имеют лучшую разрешающую способность, чем ахроматы, и обеспечивают более высокую степень контраста, что делает их более подходящими для цветной микрофотографии в белом свете.

Объектив третьего типа, апохроматический, имеет самый высокий уровень коррекции (рис. 2). Апохроматические объективы с меньшим увеличением (5x, 10x и 20x) имеют большее рабочее расстояние, чем апохроматные объективы с более высоким увеличением (40x и 100x). Апохроматы почти устраняют хроматическую аберрацию, обычно хроматически корректируются по трем цветам (красный, зеленый и синий) и корректируются сферически по двум или трем длинам волн (см. Таблицу 1). Апохроматические объективы - лучший выбор для цветной микрофотографии в белом свете. Из-за высокого уровня коррекции апохроматные объективы обычно имеют при заданном увеличении более высокие числовые апертуры, чем ахроматы или флюориты. Многие из новых высокоэффективных флоурисцирующих и апохроматных объективов имеют поправку на четыре (темно-синий, синий, зеленый,)

Все три типа объективов имеют выраженную кривизну поля, поэтому они проецируют изогнутые изображения, а не плоские. Такой артефакт усиливается при увеличении. Чтобы преодолеть это неотъемлемое условие, разработчики оптики создали объективы с коррекцией плоского поля, которые позволяют получать изображения с общим фокусом во всем поле обзора. Объективы с коррекцией плоского поля и низким уровнем искажений называются планахроматами, планфлюоритами и планапохроматами, в зависимости от степени остаточной аберрации. Эта коррекция, хотя и дорогая, чрезвычайно важна для цифровой визуализации и обычной микрофотографии.

В течение многих лет искривление поля не исправлялось как наиболее серьезная оптическая аберрация, возникающая во флюоритовых (полуапохроматических) и апохроматных объективах, которую допускали как неизбежный артефакт. Введение коррекции плоского поля (плана) в объективы улучшило их использование для микрофотографии и видеомикроскопии, и сегодня эти коррекции являются стандартными как для общего использования, так и для высокопроизводительных объективов. На рисунке 3 показано, как поправка на кривизну поля (для простого ахромата) добавляет к объективу значительное количество линзовых элементов. Значительное увеличение количества линз для коррекции плана также происходит с флюоритовыми и апохроматными объективами, что часто приводит к чрезвычайно плотной посадке линз (см. Рисунок 1) во внутренней втулке объектива.

Старые объективы обычно имеют меньшую числовую апертуру и подвержены хроматической разнице увеличения - аберрации, которая требует коррекции с помощью специально разработанных компенсирующих окуляров и планкомпенсирующих окуляров. Этот тип коррекции был распространен во время популярности микроскопов с фиксированной длиной трубки, но в современных объективах и микроскопах с коррекцией на бесконечность нет необходимости. В последнее время коррекция хроматической разницы в увеличении либо встроена в сами объективы современных микроскопов (Olympus и Nikon), либо корректируется в тубусе (Leica и Zeiss). Промежуточное изображение в системе с коррекцией на бесконечность появляется за линзой трубки на оптическом пути на эталонном фокусном расстоянии. Фокусное расстояние линзы трубки варьируется от 160 до 250 миллиметров, в зависимости от конструктивных ограничений, установленных производителем. Разделив эталонное фокусное расстояние на фокусное расстояние линзы объектива, можно вычислить увеличение объектива с коррекцией на бесконечность.

Толщина покровного стекла

Во многих биологических и петрографических приложениях при установке образца стеклянное покровное стекло используется как для защиты целостности образца, так и для обеспечения прозрачного окна для наблюдения. Покровное стекло сближает световые конусы, исходящие из каждой точки образца. Но он также вносит хроматические и сферические аберрации, которые необходимо скорректировать объективом. Показатель преломления, дисперсия и толщина покровного стекла определяют степень схождения световых лучей. Дополнительную озабоченность вызывает водный растворитель или избыток монтажной среды, который находится между образцом и покровным стеклом во влажных или толстых препаратах, которые вносят свой вклад в вариации показателя преломления и толщины покровного стекла.

Среда формирования изображения между передней линзой объектива и покровным стеклом образца является еще одним важным элементом в отношении коррекции сферической аберрации и комы в конструкции линзовых элементов для объективов. Объективы с меньшим увеличением предназначены для использования только с воздухом в качестве среды формирования изображения между передней линзой объектива и покровным стеклом. Максимальная теоретическая числовая апертура, которую можно получить с воздухом, составляет 1,0, однако на практике практически невозможно изготовить сухой объектив с числовой апертурой выше 0,95. Влияние изменения толщины покровного стекла незначительно для сухих объективов, имеющих числовую апертуру менее 0,4, но такое отклонение становится значительным при числовой апертуре, превышающей 0,65, где колебания величиной всего 0,01 мм могут вызвать сферическую аберрацию.

Возможна корректировка вариаций толщины покровного стекла. Несколько высокоэффективных апохроматных сухих объективов оснащены корректирующими манжетами, которые позволяют регулировать вращающееся кольцо, в результате чего две группы линзовых элементов объектива перемещаются ближе друг к другу или дальше друг от друга (см. Рисунок 4). Различные специализированные фазовоконтрастные объективы, разработанные для наблюдения культур тканей с помощью инвертированного микроскопа, имеют еще более широкий диапазон компенсации - от 0 до 2 миллиметров. Таким образом, образцы можно просматривать через дно большинства сосудов для культивирования, которые в этом диапазоне размеров часто имеют резкие колебания толщины.

Число 1½ покровное стекло стандартное, толщиной 0,17 миллиметра. К сожалению, не все 1½ покровные стекла изготавливаются в соответствии с этим стандартом (они варьируются от 0,16 до 0,19 миллиметра), и у многих образцов есть среда между ними и покровным стеклом. Регулируя длину механической трубки микроскопа или используя специальные корректирующие кольца, можно обеспечить компенсацию толщины покровного стекла. Числовую апертуру объектива можно радикально увеличить, если использовать объектив с иммерсионной средой, такой как масло, глицерин или вода. Типичные иммерсионные масла имеют показатель преломления 1,51 и профиль дисперсии, аналогичный профилю покровного стекла. Иммерсионная среда с показателем преломления, аналогичным показателю преломления покровного стекла, практически исключает ухудшение изображения из-за изменений толщины покровного стекла, в результате чего лучи с большим углом наклона больше не преломляются и легче захватываются объективом. Световые лучи, проходящие через образец, попадают в однородную среду между покровным стеклом и иммерсионным маслом и преломляются не при входе в линзу, а только при выходе из ее верхней поверхности. Следовательно, если образец помещается в апланатической точке первой линзы объектива, изображение этой части системы линз полностью избавляется от сферической аберрации. Световые лучи, проходящие через образец, попадают в однородную среду между покровным стеклом и иммерсионным маслом и преломляются не при входе в линзу, а только при выходе из ее верхней поверхности. Следовательно, если образец помещается в апланатической точке первой линзы объектива, изображение этой части системы линз полностью избавляется от сферической аберрации. Лучи света, проходящие через образец, сталкиваются с однородной средой между покровным стеклом и иммерсионным маслом и преломляются не при входе в линзу, а только при выходе из ее верхней поверхности. Следовательно, если образец помещается в апланатической точке первой линзы объектива, изображение этой части системы линз полностью избавляется от сферической аберрации.

Обычная конструкция практичного масляного иммерсионного объектива включает в себя полусферическую переднюю линзу, за которой следуют линза с положительным мениском и группа двойных линз. Апланатические рефракции возникают на первых двух элементах линзы в типичном апохроматическом масляном иммерсионном объективе. Линзы объектива с масляной иммерсией также могут корректировать хроматические дефекты, вносимые первыми двумя элементами линзы, при этом вызывая минимальную сферическую аберрацию. Использование масляного иммерсионного объектива без масла между покровным стеклом и первой линзой приведет к дефектным изображениям из-за рефракции, которые не могут быть исправлены последующими компонентами линзы внутри объектива.

Производители микроскопов производят объективы с ограниченными допусками по показателю преломления и дисперсии. Это означает, что они требуют согласования значений в жидкости, помещенной между покровным стеклом и передней линзой объектива. Рекомендуется использовать только масло, предназначенное объективным производителем, и не смешивать иммерсионные масла между производителями. Кроме того, объективы, использующие воду и / или глицерин в качестве среды визуализации, также доступны для приложений с живыми клетками в культуре или срезами ткани, погруженными в физиологический раствор.

Объективные характеристики

Если вы посмотрите на объектив, то обнаружите, что на нем написано большое количество деталей. На каждом объективе указано увеличение; длина тубуса, на которую был рассчитан объектив для получения наилучших изображений; и толщина покровного стекла, защищающего образец, которую дизайнер принял за постоянное значение с поправкой на сферическую аберрацию. На объективе будет нанесена гравировка OIL , OEL, МИ или HI, если объектив предназначен для работы с иммерсионным маслом. В противном случае объектив используется без иммерсией. На объективах также всегда выгравировано числовое значение апертуры, если на объективе не указана более высокая коррекция, то, скорее всего, это ахроматический объектив (более высококорректированные объективы имеют такие надписи, как апо, план, FL, флюор и т.д.).

В течение нескольких лет большинство производителей соблюдали международный стандарт парфокального расстояния при разработке объективов для биологических приложений. В результате большинство объективов имели парфокальное расстояние 45,0 мм и считались взаимозаменяемыми. Поскольку изготовление тубусов с коррекцией на бесконечность стало обычным явлением, был создан новый набор критериев проектирования для коррекции аберраций в объективе и тубусе. Наряду с потребностью в большей гибкости для удовлетворения требований увеличения рабочих расстояний с более высокими числовыми апертурами и размерами поля взаимозаменяемость объективов от разных производителей теперь более ограничена.

В ситуациях, когда образец предназначен для визуализации без покровного стекла, рабочее расстояние измеряется на фактической поверхности образца. Рабочее расстояние обычно уменьшается в серии согласованных объективов по мере увеличения увеличения и числовой апертуры. Объективы, предназначенные для просмотра образцов с воздухом в качестве среды изображения, должны иметь сравнительно большое рабочее расстояние при условии, что удовлетворяются требования к числовой апертуре. В качестве альтернативы иммерсионные объективы должны иметь меньшее рабочее расстояние, чтобы иммерсионная жидкость оставалась на месте между передней линзой и образцом. Многие объективы, разработанные с одинаковыми рабочими расстояниями, имеют подпружиненный стопор втягивания, который позволяет снять переднюю линзу в сборе, вставив ее в корпус объектива и повернув, чтобы зафиксировать ее на месте. Поворот стопора втягивания в противоположном направлении освобождает узел объектива для использования. В некоторых приложениях (см. ниже) без большого свободного рабочего расстояния не обойтись, и для такого использования разрабатываются специальные объективы, несмотря на сложность достижения больших числовых апертур и необходимой степени оптической коррекции.

Просветляющие покрытия

Одним из наиболее значительных улучшений в дизайне объективов за последние годы является совершенствование технологии просветляющего покрытия, которое помогает уменьшить ненужные отражения, возникающие при прохождении света через систему линз. Каждая поверхность раздела «воздух-стекло» без покрытия способна отражать от четырех до пяти процентов падающего светового луча перпендикулярно поверхности, что приводит к коэффициенту пропускания 95–96 процентов при нормальном падении. Если нанести просветляющее покрытие толщиной в четверть длины волны с соответствующим показателем преломления, оно может увеличить это значение на три-четыре процента. Многослойные покрытия, которые обеспечивают коэффициент пропускания, превышающий 99,9% в видимом спектральном диапазоне, заменили однослойные покрытия линз, которые когда-то использовались для уменьшения бликов и улучшения пропускания.

Значительное улучшение контрастности и передачи в видимом диапазоне длин волн является результатом того, что большинство производителей микроскопов в настоящее время производят свои собственные запатентованные составы, наряду с одновременным деструктивным вмешательством в гармонически связанных частотах, лежащих за пределами полосы пропускания. Микроскопист должен знать, что эти специализированные покрытия могут быть легко повреждены при неправильном обращении. Хорошее правило, которое следует использовать для различения покрытий, заключается в том, что многослойные просветляющие покрытия имеют слегка зеленоватый оттенок, в отличие от пурпурного оттенка однослойных покрытий. Кроме того, поверхностный слой просветляющих покрытий, используемых на внутренних линзах, часто намного мягче, чем у соответствующих покрытий. Особую осторожность следует соблюдать при очистке оптических поверхностей, покрытых тонкими пленками,

Расстояние от центра линзы до точки, в которой параллельные лучи фокусируются на оптической оси, определяется как фокусное расстояние системы линз. Воображаемая плоскость, перпендикулярная главному фокусу, называется фокальной плоскостью линзовой системы. Есть две основные фокусные точки, одна спереди и одна сзади, для света, попадающего с каждой стороны каждой линзы. Обычно фокальная плоскость объектива, расположенная ближе к переднему элементу линзы, называется передней фокальной плоскостью, а фокальная плоскость, расположенная позади объектива, называется задней фокальной плоскостью. Конкретное положение задней фокальной плоскости зависит от конструкции объектива, но обычно находится где-то внутри тубуса объективов с большим увеличением. Объективы с меньшим увеличением часто имеют заднюю фокальную плоскость, расположенную снаружи.

Задняя апертура или выходной зрачок объектива ограничивает световые лучи, когда они проходят через объектив. Диаметр этой апертуры варьируется от 12 миллиметров, для объективов с малым увеличением до примерно 5 миллиметров, для апохроматических объективов с самым высоким увеличением. Тщательное рассмотрение размера апертуры абсолютно необходимо для приложений эпи-освещения, которые полагаются на то, что объектив действует как система формирования изображения и как конденсор, где выходной зрачок также становится входным зрачком. Изображение источника света должно полностью заполнять заднюю апертуру объектива, чтобы обеспечить равномерное освещение всего поля зрения. Если изображение источника света меньше апертуры, в поле зрения будет наблюдаться виньетирование из-за неравномерного освещения. И наоборот, если изображение источника света больше задней апертуры,

Большинство производимых сегодня объективов для микроскопов имеют чрезвычайно низкую степень аберраций и других дефектов, при условии, что соответствующий объектив выбран и правильно используется. Тем не менее, микроскопист должен осознавать тот факт, что объективы не идеальны со всех точек зрения, а предназначены для удовлетворения определенного набора требований в зависимости от предполагаемого использования, ограничений по физическим размерам и диапазонам цен. Следовательно, объективы изготавливаются со степенью коррекции, которая различается по хроматической и сферической аберрации, размеру и плоскостности поля, длине волны пропускания, свободе от флуоресценции, двойного лучепреломления и дополнительных факторов, влияющих на фоновый шум. Кроме того, они предназначены для использования при определенных ограниченных условиях.

Еще раз

Объективы микроскопа, безусловно, являются наиболее сложными узлами в оптической системе. В отличие от конденсора и окуляров, которые содержат от двух до восьми линз, высококорректированные объективы с числовой апертурой выше 1,0 могут иметь до 15 и более элементов и групп линз (см. рис. ). Объективы изготавливаются с различной степенью оптической коррекции как монохроматических (сферические, астигматизм, кома, дисторсия), так и полихроматических аберраций, а также размером и плоскостностью поля, полосой пропускания по длине волны, двойным лучепреломлением, отсутствием флуоресценции и множеством других факторов, влияющих на фоновому шуму. Двумя основными критериями при изготовлении объективов являются устранение хроматических ошибок и плоскостность промежуточного изображения, которые при идеальной коррекции обеспечивают резкость изображения от края до края, даже при большом поле зрения. В зависимости от степени исправления цели обычно классифицируются как ахроматы , флюориты и апохроматы с обозначением плана , добавленным к линзам с малой кривизной поля. Кроме того, объективы можно разделить на модели проходящего и отраженного света. Варианты проходящего света, популярные в биологических приложениях, обычно предназначены для использования с покровными стеклами (в большинстве случаев толщиной 170 микрометров). Объективы отраженного света (часто называемые эпи ) имеют стеклянные поверхности со специальным покрытием (антиотражающее покрытие), чтобы избежать отражений в оптике при исследовании образцов без покровного стекла. Фактически, эти объективы специально разработаны для использования с образцами без покровного стекла.

Объективы современных микроскопов принадлежат к широкому семейству оптики, известной как оптика с коррекцией на бесконечность, которые создают параллельный пучок волновых фронтов (выходящих из задней фокальной плоскости), которые затем фокусируются на плоскости промежуточного изображения с помощью тубусной линзы. Поскольку световые лучи в этой бесконечной оптике проецируются параллельно между объективом и тубусной линзой, фильтры, призмы, светоделители, отражатели и другие плоскопараллельные компоненты могут быть вставлены в оптическую систему без необходимости в дополнительных оптических компонентах. Кроме того, объективы с коррекцией на бесконечность специально подобраны с точки зрения оптических факторов для тубусной линзы, для получения окончательного, полностью скорректированного промежуточного изображения. Классические микроскопы с конечными оптическими системами требуют, чтобы линзы окуляров выполняли часть работы по компенсации аберраций.

Большинство высокоэффективных объективов оснащены пружинными креплениями (см. рис.) для защиты образца, а многие иммерсионные объективы имеют наконечники, которые можно защелкнуть в верхнем положении их пружинного крепления, чтобы облегчить нанесение иммерсионных жидкостей. Стекло, выбранное для изготовления объектива, должно иметь подходящий показатель преломления и дисперсию, однородность, отсутствие деформации, высокую химическую стойкость, низкое тепловое расширение, устойчивость к климатическим изменениям и высокое светопропускание в ближней ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра. С точки зрения того, как классифицируются различные поправочные коэффициенты для объективов, ахроматы имеют хорошую коррекцию цвета на двух длинах волн, имеют относительно плоские поля в центре изображения, но требуют перефокусировки для наблюдения деталей в периферийных областях ДИК. Объективы Plan и Epi-plan представляют собой улучшенные версии ахроматов с превосходной плоскостностью поля зрения до диаметра 24 мм и более. Кроме того, ахроматические объективы отраженного света демонстрируют превосходный контраст и различные рабочие расстояния. Технические характеристики, необходимые для идентификации объективов (см. рис. 4), обычно указаны на декоративной оправе, защищающей внутренние элементы объектива.

Объективы с более высокой коррекцией из флюорита и план-флюорита имеют лучшую цветокоррекцию (не менее трех длин волн) и имеют плоские поля (варианты в плане) в поля зрения диаметром до 26 миллиметров. Благодаря использованию более совершенных специализированных стекол, флюориты способны с высокой эффективностью пропускать ультрафиолетовые длины волн. Флюоритовые объективы доступны для всех режимов усиления контраста, а специальные высококачественные версии доступны для поляризованного света и ДИК. Апохроматические объективы обладают лучшими характеристиками и поэтому изготавливаются с максимальной числовой апертурой с цветовой коррекцией как минимум для четырех длин волн. Версии в плане снижают эффективность передачи, но создают впечатляющие изображения с высокой степенью плоскостности поля по всему полю зрения.

Ахроматы являются наиболее широко используемыми объективами и обычно используются как в учебных, так и в исследовательских лабораторных микроскопах. Они являются удовлетворительными объективами для рутинного лабораторного использования, но поскольку они не скорректированы для всех цветов, бесцветная деталь образца, вероятно, покажет в белом свете бледно-зеленый цвет в лучшем фокусе (вторичный осевой цвет). Апохроматические объективы обычно содержат две дуплетные линзы и тройную линзу для расширенной коррекции как хроматических, так и сферических аберраций. С апохроматными и флюоритовыми объективами можно практически исключить дифракционное размытие распределения интенсивности. Объектив ахромата по-прежнему имеет значительную интенсивность в первой полосе в то время, как апохромат приближается к теоретическому пределу разрешения, когда продольная хроматическая аберрация больше, чем волнооптическая глубина резкости. Поскольку для апохроматических объективов требуются линзы с аномальными дисперсионными характеристиками, их характеристики могут быть не идеальными для некоторых конкретных применений, таких как возбуждение флуоресценции в ближнем ультрафиолете, ДИК и других форм микроскопии с использованием поляризованного света. По этой причине флюоритовый объектив может быть более подходящим. Благодаря современным технологиям покрытия в недавно разработанных апохроматах можно получить чрезвычайно четкие изображения с высокой контрастностью даже в тех случаях, когда апохромат изначально был ограничен.

Рабочее расстояние

- объективы с обычным рабочим расстоянием;

- объективы с большим рабочим расстоянием (LD);

- объективы со сверхбольшим рабочим расстоянием (LLD)

Линейное поле

- обычные - с линейным полем до 20 мм;

- широкопольные - с линейным полем выше 20 мм

Рабочая область спектра

- объективы для видимой области спектра – пропускание от 400 до 700 нм;

- объективы для ультрафиолетовой области спектра – пропускание от 250 до 400 нм;

- объективы для инфракрасной области спектра – пропускание от 700 до 900 нм

Числовая апертура

- объективы малых числовых апертур – до 0,2;

- объективы средних числовых апертур – от 0,2 до 0,65;

- объективы высоких числовых апертур – от 0,65;

- объективы повышенных числовых апертур – выше традиционных для соответствующего увеличения

Длина тубуса

это расстояние объектива до окуляры в зависимости от хода лучей света
—160 стандартная
— ∞ коррекция увеличивает четкость наблюдаемого объекта

Высота объектива

- нестандартная высота;

- стандартная высота

Иммерсия к объективу

-объективы с сухой иммерсии
-объективы с иммерсии (масло, вода, глицерин)
-мультииммерсия

Особенности

-Пружинящая оправа

обычно начинается с 40-100, для избежание с случайным столкновением с образцом

Коррекционные кольца

- группа без коррекционных оправ;

- группа с коррекционной оправой

Коррекционное кольцо позволяет перейти на другую толщину покровного стекла или на другую иммерсию. На корпусе объектива может быть указание Korr.

Ирисовая диафрагма
такой объектив может работать как конденсор, при этом выставив нужную контрастность объекта (применимо в микрофотографии)

Для конкретного метода

-фазовый (PH)
-DIC
-flour
-pol

Источники

https://microcosmos555.blogspot.com/p/blog-page_62.html

http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/basics/objectives.html

1. Егорова О.В. С микроскопом на «ты». Шаг в XXI век. Световые микроскопы для биологии и медицины. – М.: Издательство «Репроцентр М», 2006. – с. 36 - 49

2. Егорова О.В. Техническая микроскопия. Издание 2-е, переработанное Москва: Техносфера, 2007. – с. 52 - 64