Объективы микроскопа: виды, характеристики и применение в микроскопии

alexxlabРазное
Что такое объектив микроскопа. Какие бывают типы объективов. Как выбрать подходящий объектив для микроскопа. На что обратить внимание при выборе объектива.

Содержание

Объектив микроскопа: ключевой компонент для формирования изображения

Объектив является важнейшей частью оптической системы микроскопа, отвечающей за формирование первичного изображения исследуемого образца. Именно от характеристик объектива во многом зависит качество получаемого изображения, его увеличение и разрешающая способность микроскопа.

Основные функции объектива микроскопа:

  • Сбор света от образца и формирование его увеличенного изображения
  • Определение разрешающей способности микроскопа
  • Коррекция оптических аберраций
  • Обеспечение необходимого рабочего расстояния до образца

Современный объектив микроскопа представляет собой сложную систему из многих линз, тщательно рассчитанную для минимизации оптических искажений. Количество линз в объективе может достигать 10-15 штук.


Основные характеристики объективов микроскопа

При выборе объектива для микроскопа необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

Увеличение

Увеличение объектива — это во сколько раз увеличивается изображение образца. Типичные значения: 4x, 10x, 40x, 100x. Чем больше увеличение, тем мельчайшие детали образца можно рассмотреть.

Числовая апертура

Числовая апертура (NA) характеризует разрешающую способность и светосилу объектива. Чем выше числовая апертура, тем выше разрешение. Значения NA обычно варьируются от 0.1 до 1.4.

Рабочее расстояние

Рабочее расстояние — это расстояние между фронтальной линзой объектива и поверхностью препарата при фокусировке. Для работы с толстыми образцами нужны объективы с большим рабочим расстоянием.

Коррекция аберраций

Степень коррекции оптических искажений определяет качество получаемого изображения. Наиболее совершенные объективы имеют апохроматическую коррекцию.

Типы объективов микроскопа по коррекции оптических аберраций

В зависимости от степени коррекции оптических искажений выделяют следующие основные типы объективов микроскопа:


Ахроматы

Простейший и самый доступный тип объективов. Корректируют хроматическую аберрацию для двух длин волн (красной и синей). Подходят для рутинных наблюдений.

Полуапохроматы (флюориты)

Улучшенные ахроматы с коррекцией для 2-3 длин волн. Обеспечивают более высокое качество изображения.

Апохроматы

Наиболее совершенные объективы с коррекцией для 4-5 длин волн. Дают изображение наилучшего качества, но имеют высокую стоимость.

План-объективы

Объективы с исправленной кривизной поля изображения. Могут быть ахроматическими, полуапохроматическими или апохроматическими.

Иммерсионные объективы микроскопа

Иммерсионные объективы используют специальную иммерсионную жидкость между фронтальной линзой и препаратом. Это позволяет существенно повысить числовую апертуру и разрешающую способность объектива.

Основные типы иммерсионных объективов:

  • Водная иммерсия — использует воду в качестве иммерсионной среды
  • Масляная иммерсия — применяет специальное иммерсионное масло
  • Глицериновая иммерсия — использует глицерин

Иммерсионные объективы позволяют достичь максимальной разрешающей способности в световой микроскопии — до 200 нм.


Выбор объектива микроскопа для конкретных задач

При выборе объектива необходимо учитывать специфику исследуемых образцов и решаемых задач:

Для рутинных наблюдений

Подойдут недорогие ахроматические объективы с увеличением 10x-40x и числовой апертурой 0.25-0.65.

Для исследования живых клеток

Рекомендуются длиннофокусные объективы с большим рабочим расстоянием и коррекцией для толстого слоя среды.

Для флуоресцентной микроскопии

Необходимы светосильные объективы с высокой числовой апертурой и хорошей коррекцией хроматических аберраций.

Для получения изображений высокого разрешения

Оптимальны апохроматические объективы с масляной иммерсией и числовой апертурой более 1.3.

Уход за объективами микроскопа

Для обеспечения долговечности и сохранения высоких оптических характеристик объективов необходимо соблюдать следующие правила:

  • Бережно обращаться с объективами, избегая ударов и падений
  • Хранить объективы в сухом месте, защищенном от пыли
  • Своевременно очищать линзы от загрязнений специальными салфетками
  • Не допускать попадания иммерсионного масла на «сухие» объективы
  • Периодически проводить профессиональное обслуживание оптики

При правильном уходе качественные объективы способны прослужить многие годы, сохраняя свои оптические характеристики.



Объективы для микроскопа | МИВАТЭК

Предлагаем рассмотреть объективы для микроскопов от японской компании Nikon. Помимо того, что данные оптические объективы установлены на всех измерительных системах Nikon, их используют ведущие мировые производители аналитического оборудования. Среди ведущих производителей измерительных систем значатся американская компания Filmetrics, разрабатывающая рефлектометры и испанский производитель профилометров Sensofar. Все объективы Nikon проходят тщательный контроль на всех стадиях производства.

Объективы ахроматы Nikon

Японская компания Nikon предлагает широкую линейку ахроматических объективов для микроскопов. В компании Nikon работают специалисты с высочайшими навыками в области обработки оптических элементов. В объективах данной серии скорректирована сферическая аберрация, а показатели плоскостности изображения в 22-миллиметровом поле зрения значительно усовершенствованы. Данные объективы ахроматы могут использоваться в светлом поле, поляризации и при дифференциально интерференционном контрасте. Подробнее по ссылке. 

Объективы апохроматы Nikon

Объективы апохроматы от компании Nikon представлены тремя моделями: confocal (CFI Apo), Evanescent (CFI Apo), SR (CFI SR Apo). Стоит особо отметить серию CFI Apochromat TIRF, которые обладают беспрецедентной числовой апертурой 1,49 (с использованием стандартного покровного стекла и иммерсионного масла) и обеспечивает высокое разрешение. Коррекционные кольца позволяют оптимизировать функции рассеяния точки для различных рабочих температур, обеспечивая высокое качество полученных конфокальных изображений. Подробнее по ссылке.

Объективы планахроматы Nikon

Японская компания Nikon предлагает широкую линейку планахроматических объективов для микроскопов. У объективов планахроматов исправлена кривизна поля, хроматическая аберрация и хроматическая разность увеличения. Данные объективы от японской компании Nikon будут полезны для малых увеличений, дающие резкие изображения по всему полю зрения. Среди данных объективом можно выделить четыре серии: Brightfield (CFI Plan), Phase contrast (CFI Plan), No cover glass (CFI Plan), Super long WD (CFI L Plan EPI). Подробнее по ссылке.

Объективы планапохроматы Nikon

Объективы апохроматы от компании Nikon представлены тремя моделями: Brightfield (CFI Plan Apo), SR (CFI SR Plan Apo) Phase contrast (CFI Plan Apo). Данные объективы планапохроматы японской компании Nikon идут с полной хроматической коррекцией, плоским полем и исправленной хроматической разностью увеличений. На сегодняшний день это наиболее совершенный и дорогой объектив для микроскопов и оптических измерительных систем. Доступны различные увеличения: от 2 до 100 крат. Подробнее по ссылке.  

Чтобы получить коммерческое предложение и купить объективы для микроскопа, отправьте заявку на наш электронный адрес [email protected] или напишите нам через форму обратной связи в разделе Контакты.

Линзы объектива микроскопа | Olympus

Главная/ Продукты/ Линзы объектива

Линза объектива – самый сложный и самый важный компонент микроскопа. Многоэлементная конструкция объектива создает реальное изображение, которое рассматривается через окуляр. Объективы для микроскопов Olympus имеют превосходные оптические характеристики в диапазоне от видимого спектра до ближнего ИК. Типы объективов микроскопа, которые мы предлагаем, различаются по конструкции в зависимости от требований к контролю. MXPLFLN-BD разработан для наблюдений по методу темного поля и выявления царапин на полированных поверхностях, тогда как SLMPLN идеально подходит для контроля электронных компонентов. У нас есть целый ассортимент объективов, специально разработанных для различных задач контроля в самых разных отраслях промышленности. Усовершенствованные объективы Olympus подойдут для любого рода микроскопических исследований.

Линзы объектива микроскопа Olympus

This product may not be available in your area.

Посмотреть продукт

Our MPLAPON Plan Apochromat objective lens Series provides the highest level of chromatic correction and resolution capability available from Olympus. High level wavefront aberration correction is guaranteed.

Посмотреть продукт

Our MPLAPON-Oil Plan Apochromat oil immersion objective provides the highest level of chromatic correction and resolution capability available from Olympus. Outstanding Numerical Aperture, 1.45, ensures unparalleled resolution.

Посмотреть продукт

Объективы MXPLFLN расширяют возможности серии MPFLFLN для визуализации с эпи-освещением, предлагая одновременно улучшенную числовую апертуру и рабочее расстояние.

Посмотреть продукт

Объективы MXPLFLN-BD расширяют возможности серии MPLFLN для визуализации с эпи-освещением, предлагая одновременно улучшенную числовую апертуру и рабочее расстояние.

Посмотреть продукт

Our MPLN Plan Achromat lens series is dedicated to brightfield observation and provides excellent contrast and optimum flatness throughout the field of view.

Посмотреть продукт

Our MPLN Plan Achromat lens series is designed for both brightfield and darkfield observation and provides excellent contrast and optimum flatness throughout the field of view.

Посмотреть продукт

The MPLFLN objective lens has well balanced performance with a semi apochromat color correction, a fair working distance and a high numerical aperture and is suitable for the widest range of applications.

Посмотреть продукт

The MPLFLN-BD lens has semi apochromat color correction and is suitable for the widest range of applications. Especially designed for darkfield observation and the examination of scratches or etchings on polished surfaces.

Посмотреть продукт

Olympus’ MPLFLN-BDP lens is a one of our semi apochromat MPLFLN-BD objectives, this universal series provides the highest optimal performance in polarized light and differential contrast observation.

Посмотреть продукт

Our LMPLFLN lens is part of our Plan semi-apochromat series, providing longer working distances for added specimen safety and observation with increased contrast.

Посмотреть продукт

Our LMPLFLN-BD brightfield / darkfield lens is part of our Plan semi-apochromat series, providing longer working distances for added specimen safety and observation with increased contrast.

Посмотреть продукт

The SLMPLN Plan Achromat objective lens offers the ultimate in performance with exceptionally long working distance and image clarity that you expect from the Olympus UIS 2 optical system. Ideal for electronic assembly inspection or other similar applications.

Посмотреть продукт

Olympus’ LCPLFLN-LCD lenses are optimal for observing specimens through glass substrates such as LCD panels. The adoption of optical correction rings allows aberration correction according to glass thickness.

Посмотреть продукт

Our LMPLN-IR and LCPLN-IR long working distance Plan Achromat lenses, are specifically designed for optimal transmission in the near infrared (700-1300 nm wavelengths).

Посмотреть продукт

This objective lens is designed for the Mirau style of white light interferometers and maintains a high level of temperature tolerance. The optimized NA of 0.8 provides improved light gathering, with a working distance of 0.7 mm.

Посмотреть продукт

Линзы объектива микроскопа — Часто задаваемые вопросы

В чем разница между окулярами и линзами объектива?

Окуляр расположен в верхней части тубуса, и именно там вы располагаете глаз во время осмотра. Использование комбинации объектив/окуляр позволяет значительно повысить увеличение. Окуляр увеличивает изображение, уже захваченное объективом, расположенным в нижней части микроскопа. Если окуляр фокусируется исключительно на увеличении, объектив выполняет другие функции, такие как управление разрешением и мощностью микроскопа.

Сколько и какие объективы находятся в микроскопе?

Большинство микроскопов обычно имеют три или четыре объектива, дающие увеличение в 4, 10, 40 и 100 раз.

Какова функция объектива в микроскопе?

Объективы отвечают за формирование первичного изображения и играют центральную роль в установлении качества изображений, которые способен выдавать микроскоп. Объективы могут сильно различаться по дизайну и качеству.

Как чистить линзу объектива микроскопа?

Для чистки линз объектива микроскопа, выполните следующее: снимите объектив и поместите его на плоскую поверхность передней линзой вверх. Сложите протирочную ткань треугольником. Смоченный в специальном очистителе заостренный конец салфетки приложите к линзе, поворачивая ее по кругу. Скрутите ткань в свободный (не плотный) пучок (кисть). Никогда не протирайте линзы круговыми движениями; вместо этого проведите кистью по линзе, а затем другим концом ткани аккуратно удалите остатки жидкости. Старайтесь избегать использования абразивных материалов и никогда не протирайте линзы сухой тканью. Это может привести к появлению царапин.

Sorry, this page is not available in your country

Let us know what you’re looking for by filling out the form below.

Онлайн-кампус микроскопии ZEISS | Основы микроскопии

Введение

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 затем увеличивается окулярами. Объективы отвечают за формирование первичного изображения и играют центральную роль в установлении качества изображений, которое микроскоп способен воспроизвести. Кроме того, увеличение конкретного образца и разрешение, при котором мелкие детали образца также сильно зависят от объективов микроскопа. Самый сложный в проектировании и сборке компонент оптического микроскопа. Объектив — это первый элемент, с которым сталкивается свет при переходе от образца к плоскости изображения. Объективы получили название из-за того, что они по близости являются ближайшим компонентом к объекту или образцу, отображаемому.

Крупные производители микроскопов предлагают широкий спектр конструкций объективов, обладающих превосходными оптическими характеристиками в широком диапазоне 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 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. В настоящее время объективы разрабатываются с помощью систем автоматизированного проектирования ( CAD ), в которых используются передовые рецептуры редкоэлементных стекол однородного состава и качества, характеризующихся 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, четкими и четкими. 9Разрешение определяется объективом

Существуют три важные конструктивные характеристики объектива, которые определяют предельное разрешение микроскопа: длина волны света, используемого для освещения образца, угловая апертура светового конуса, улавливаемого объективом, и показатель преломления в предметном пространстве между передней линзой объектива и образцом. Разрешение оптического микроскопа с ограничением дифракции можно описать как минимальное видимое расстояние между двумя близко расположенными точками образца:

Разрешение = λ/2n(sin(θ))(1)

, где Разрешение — минимальное расстояние между двумя точечными объектами с четким разрешением, λ — длина волны освещения, n — показатель преломления среды формирования изображения, а θ равно половине угловая апертура объектива. Имея это в виду, очевидно, что разрешение прямо пропорционально длине волны освещения. Человеческий глаз реагирует на диапазон длин волн от 400 до 700 нанометров, который представляет собой 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 через воздух или среду с более высоким показателем преломления между передней линзой и образцом. Поле зрения часто сильно ограничено, и передняя линза объектива располагается близко к образцу, с которым она должна находиться в оптическом контакте. Прирост разрешения примерно в 1,5 раза достигается при замене воздуха в качестве среды визуализации иммерсионным маслом.

Наконец, последний, но, пожалуй, самый важный фактор, определяющий разрешающую способность объектива, — это угловая апертура, которая имеет практический верхний предел около 72 градусов (при синусоидальном значении 0,95). В сочетании с показателем преломления продукт:

п (грех (θ)) (2)

известен как числовая апертура ( NA ) и обеспечивает важный показатель разрешения для любого конкретного объектива. Помимо увеличения, числовая апертура, как правило, является наиболее важным критерием проектирования при выборе объектива микроскопа. Значения варьируются от 0,025 для объективов с очень малым увеличением (от 1x до 4x) до 1,6 для объективов с высокими характеристиками, в которых используются специальные иммерсионные масла. По мере увеличения значений числовой апертуры для ряда объективов с одинаковым увеличением происходит большая светосила и увеличение разрешения. В лучшем случае только что разрешенная деталь должна быть достаточно увеличена, чтобы ее можно было удобно рассмотреть, но не до такой степени, чтобы пустое увеличение мешало наблюдению мелких деталей образца. Микроскоп должен тщательно выбирать числовую апертуру объектива, чтобы она соответствовала увеличению, полученному на конечном изображении. Увеличение выше этого значения не даст никакой дополнительной полезной информации (или более точного разрешения деталей изображения) и приведет к ухудшению качества изображения. Превышение предела полезного увеличения приводит к тому, что изображение страдает от пустое увеличение , где увеличение увеличения просто приведет к увеличению изображения без соответствующего увеличения разрешения.

Подобно тому, как яркость освещения в микроскопе определяется 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 отношения числовой апертуры/увеличения выражает светосилу объектива при использовании с проходящим освещением. Объективы с высокой числовой апертурой собирают больше света и создают более яркое, более скорректированное изображение с высоким разрешением, поскольку они также часто лучше исправляют аберрации. В тех случаях, когда уровень освещенности является ограничивающим фактором (яркость изображения быстро уменьшается по мере увеличения увеличения), выбирайте объектив с наибольшей числовой апертурой и наименьшим коэффициентом увеличения, обеспечивающим достаточное разрешение.

Когда объектив собран, сферическая аберрация исправляется путем выбора наилучшего набора прокладок, которые подходят между полусферической и менисковой линзами (нижние крепления объектива). Объектив парфокализуется путем перемещения всей группы линз вверх или вниз внутри гильзы с помощью стопорных гаек, чтобы не потерять фокусировку при смене объективов, размещенных на револьверной головке. Регулировка комы осуществляется тремя центрирующими винтами, оптимизирующими положение групп внутренних линз относительно оптической оси объектива. 9Поправочные коэффициенты объектива

Наиболее распространенными объективами, используемыми в лабораторных микроскопах, являются ахроматические объективы. Такие объективы исправлены на осевую хроматическую аберрацию в синей и красной длинах волн, которые составляют около 486 и 656 нанометров соответственно. Оба сведены в единый общий фокус. Ахроматические объективы также скорректированы на сферическую аберрацию в зеленом цвете (546 нм; см. Таблицу 1). Ограниченная коррекция ахроматических объективов может привести к получению изображений с пурпурным ореолом, если фокус выбран в зеленой области спектра. Отсутствие поправки на плоскостность поля (или кривизну поля) представляет собой еще одну проблему. Планахроматы обеспечивают коррекцию плоского поля для ахроматических объективов (рис. 2). Еще более высокий уровень коррекции и стоимости обеспечивают объективы, называемые флюоритами или полуапохроматами (показаны центральным объективом на рис. 2), названные в честь минерала флюорита, который первоначально использовался в их конструкции.

Флюоритовые объективы изготавливаются из передовых стеклянных составов, содержащих такие материалы, как плавиковый шпат или более новые синтетические заменители, которые позволяют значительно улучшить коррекцию оптических аберраций. Подобно ахроматам, флюоритовые объективы также хроматически скорректированы для красного и синего света, однако флюориты также сферически скорректированы для двух или трех цветов вместо одного цвета, как и ахроматы. По сравнению с ахроматами флюоритовые объективы изготавливаются с большей числовой апертурой, что обеспечивает более яркое изображение. Объективы из флюорита 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, обладает наивысшим уровнем коррекции (рис. 2). Апохроматические объективы с меньшим увеличением (5x, 10x и 20x) имеют большее рабочее расстояние, чем апохроматические объективы с большим увеличением (40x и 100x). Апохроматы почти устраняют хроматическую аберрацию, обычно корректируются хроматически для трех цветов (красный, зеленый и синий) и сферически корректируются для двух или трех длин волн (см. Таблицу 1). Апохроматические объективы — лучший выбор для цветной микрофотографии в белом свете. Из-за высокого уровня коррекции апохроматические объективы обычно имеют для данного увеличения более высокую числовую апертуру, чем ахроматы или флюориты. Многие из новых высокопроизводительных объективов из флюорита и апохромата корректируются на четыре (темно-синий, синий, зеленый и красный) или более цветов хроматически и четыре цвета сферически.

Объектив для коррекции оптической аберрации микроскопа

Объектив
Спецификация 		Сферический
Аберрация 		Хроматический
Аберрация 		Поле
Кривизна
Ахромат 1 Цвет 2 цвета №
Планахромат 1 Цвет 2 цвета Да
Флюорит 2-3 цвета 2-3 цвета №
План Флюорит 3-4 цвета 2-4 цвета Да
Планапохромат 3-4 цвета 4-5 цветов Да
gif»>
Таблица 1

Объективы всех трех типов имеют ярко выраженную кривизну поля зрения, поэтому они проецируют изогнутые изображения, а не плоские. Такой артефакт усиливается при большем увеличении. Чтобы преодолеть это неотъемлемое условие, разработчики оптики создали объективы с коррекцией плоского поля, которые дают изображения, находящиеся в одном фокусе по всему полю зрения. Объективы с коррекцией плоского поля и низким искажением называются планахроматами, планфлюоритами или планапохроматами, в зависимости от степени их остаточной аберрации. Эта коррекция, хотя и дорогая, чрезвычайно ценна в цифровых изображениях и обычной микрофотографии.

В течение многих лет кривизна поля оставалась неисправленной как наиболее серьезная оптическая аберрация, встречавшаяся во флюоритовых (полуапохроматных) и апохроматных объективах, которую допускали как неизбежный артефакт. Внедрение плоскопольной (плановой) коррекции объективов улучшило их использование в микрофотографии и видеомикроскопии, и сегодня эти коррекции являются стандартными как для обычных, так и для высокопроизводительных объективов. На рис. 3 показано, как коррекция кривизны поля (для простого ахромата) добавляет к объективу значительное количество линз. Значительное увеличение числа элементов линзы для плановой коррекции также происходит с объективами из флюорита и апохромата, что часто приводит к чрезвычайно плотной посадке элементов линзы (см. рис. 1) во внутренней оправе объектива.

Старые объективы обычно имеют меньшую числовую апертуру и подвержены хроматической разнице увеличения, аберрации, которая требует исправления с помощью специально разработанных компенсирующих окуляров или окуляров. Этот тип коррекции был распространен во время популярности микроскопов с фиксированной длиной тубуса, но в современных объективах и микроскопах с коррекцией на бесконечность он не нужен. В последнее время коррекция хроматической разницы увеличения 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 тубусной линзой на оптическом пути на эталонном фокусном расстоянии. Фокусное расстояние тубусной линзы варьируется от 160 до 250 миллиметров в зависимости от конструктивных ограничений, налагаемых производителем. Разделив эталонное фокусное расстояние на фокусное расстояние линзы объектива, можно рассчитать увеличение объектива с коррекцией на бесконечность. 9Технические характеристики покровного стекла

Во многих биологических и петрографических исследованиях при заливке образца покровное стекло используется как для защиты целостности образца, так и для обеспечения прозрачного окна для наблюдения. Покровное стекло объединяет световые конусы, исходящие из каждой точки образца. Но это также вносит хроматическую и сферическую аберрации, которые должны быть исправлены объективом. Показатель преломления, дисперсия и толщина покровного стекла определяют степень сходимости световых лучей. Дополнительную проблему представляет собой водный растворитель или избыток заливочной среды, который находится между образцом и покровным стеклом во влажных или толстых препаратах, которые увеличивают различия в показателе преломления и толщине 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 при разработке элементов линз для объективов. Объективы с меньшим увеличением предназначены для использования только с воздухом в качестве среды визуализации 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 0,9.5. Влияние изменения толщины покровного стекла незначительно для сухих объективов с числовой апертурой менее 0,4, но такое отклонение становится значительным при числовой апертуре более 0,65, где колебания всего 0,01 миллиметра могут вызвать сферическую аберрацию.

Можно скорректировать различия в толщине покровного стекла. Несколько высокопроизводительных сухих объективов апохромата снабжены корректирующими кольцами, которые позволяют выполнять регулировку с помощью вращающегося кольца, в результате чего две группы линз в объективе смещаются ближе или дальше друг от друга (см. рис. 4). Различные специализированные фазово-контрастные объективы, предназначенные для наблюдения за культурами тканей с помощью инвертированного микроскопа, имеют еще более широкий диапазон компенсации от 0 до 2 миллиметров. Таким образом, образцы можно рассматривать через дно большинства сосудов для культивирования, которые в этом диапазоне размеров часто имеют резкие колебания толщины.

A номер 1½ стандартное покровное стекло толщиной 0,17 мм. К сожалению, не все покровные стекла размером 1½ изготавливаются в соответствии с этим стандартом (они варьируются от 0,16 до 0,19 мм), и многие образцы имеют среду между ними и покровным стеклом. Регулируя механическую длину тубуса микроскопа или используя специальные корректирующие кольца, можно обеспечить компенсацию толщины покровного стекла. Числовая апертура объектива может быть радикально увеличена, если объектив используется с иммерсионной средой, такой как масло, глицерин или вода. Типичные иммерсионные масла имеют показатель преломления 1,51 и профиль дисперсии, аналогичный профилю покровных стекол. Иммерсионная среда с показателем преломления, подобным показателю покровного стекла, практически устранит деградацию изображения из-за изменений толщины покровного стекла, благодаря чему лучи с большим углом наклона больше не преломляются и легче захватываются объективом. Световые лучи, проходя 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 лишено сферической аберрации.

Обычная конструкция практического масляного иммерсионного объектива включает полусферическую переднюю линзу, за которой следует линза с положительным мениском и группа дуплетных линз. Апланатическое преломление происходит на первых двух линзах типичного апохроматического масляного иммерсионного объектива. Объективы с масляной иммерсией также могут корректировать хроматические дефекты, вносимые первыми двумя линзами, при этом вызывая минимальную сферическую аберрацию. Использование масляного иммерсионного объектива без масла между покровным стеклом и первым элементом линзы приведет к дефектным изображениям из-за преломления, которое не может быть исправлено последующими компонентами линз внутри объектива.

Производители микроскопов выпускают объективы с ограниченными допусками по показателю преломления и дисперсии. Это означает, что они требуют сопоставления значений в жидкости, помещенной между покровным стеклом и передней линзой объектива. Рекомендуется использовать только масло, предназначенное производителем объектива, и не смешивать иммерсионные масла разных производителей. Кроме того, объективы, использующие воду и/или глицерин в качестве среды визуализации, также доступны для применения с живыми клетками в культуре или срезами ткани, погруженными в физиологический раствор. 9Характеристики объектива

Если вы посмотрите на ствол объектива, 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 выгравирована OIL или OEL или HI , если объектив предназначен для работы с иммерсионным маслом. В противном случае цель предназначена для использования всухую. 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 апохромат или 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. 9Просветляющие покрытия

Одним из наиболее значительных улучшений в конструкции 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, обеспечивающие коэффициент пропускания более 99,9 процента в видимом спектральном диапазоне заменили однослойные покрытия линз, которые когда-то использовались для уменьшения бликов и улучшения передачи.

Значительное улучшение контрастности и передачи в видимом диапазоне длин волн является результатом того, что большинство производителей микроскопов в настоящее время производят свои собственные 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, особенно если микроскоп был разобран и осмотру подлежат внутренние элементы объектива.

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 объектива для объективов с большим увеличением. Объективы с меньшим увеличением часто имеют заднюю фокальную плоскость, расположенную снаружи, в области резьбы или внутри револьверной насадки микроскопа.

Задняя апертура или выходной зрачок объектива ограничивает световые лучи, проходящие 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, чем задняя апертура, весь свет не попадет в объектив, и интенсивность освещения уменьшится.

Большинство производимых сегодня объективов для микроскопов имеют чрезвычайно низкую степень аберрации 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 в определенных ограниченных условиях, например, с определенной длиной тубуса и линз тубуса, типом и толщиной иммерсионной среды и покровных стекол, диапазоном длин волн, размером поля зрения, типом окуляра и специальным конденсором.

Авторы, внесенные авторы

Rudi Rottenfusser — консультант по микроскопии Zeiss, 46 Landfall, Falmouth, Massachusetts, 02540.

E. Wilson и Michaels W. Davidson — Hightressatory и Michael W. Davidson — . Ист Пол Дирак Доктор, Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310.

Назад к основам микроскопии

Понимание целей микроскопа: инструменты World Precision | Хирургические инструменты, исследовательские инструменты, лабораторное оборудование

Переключить навигацию

Поиск