Статьи

Объектив микроскопа — микрообъектив представляет собой сложную оптическую систему, образующую увеличенное изображение объекта, и является основной и наиболее ответственной частью микроскопа. Микрообъектив создает действительное перевернутое изображение, которое рассматривается через окуляр.

Объективы различаются по оптическим характеристикам и конструкции:

По степени исправления хроматической аберрации: — ахроматы, апохроматы и др.
С исправленной кривизной изображения: — планахроматы, планапохроматы.
По длине тубуса микроскопа — 160 мм для проходящего света, 190 мм для отраженного света, бесконечность — для проходящего и отраженного света;
По свойствам иммерсии: сухие системы (без иммерсии) и иммерсионные системы.
Объективы апохроматы отличаются от ахроматов степенью исправления хроматической аберрации. Благодаря более совершенному устранению дефектов изображения, связанных с хроматической аберрацией, качество изображения, получаемого при наблюдении цветных объектов (окрашенные срезы, микроорганизмы и т.

п.), особенно при больших увеличениях, значительно выше при использовании апохроматов. Апохроматы, а также ахроматы большого увеличения применяются совместно с компенсационными окулярами. На оправе апохроматов обычно выгравировано АПО (APO). У ахроматов и апохроматов, особенно большого увеличения, остается неисправленной кривизна поля изображения.

---

1. Линзовые микрообъективы
2. Ахроматы
3. Ахростигматы и планахроматы
4. Ахрофлюары и планахрофлюары
5. Планапохроматы

6. Специального применения

---

При визуальном наблюдении окуляр служит для рассматривания увеличенного изображения предмета, даваемого объективом. В этом случае он выполняет роль лупы. Для нормального человеческого глаза изображение, образованное объективом, совмещается с передне фокальной плоскостью окуляра и тогда лучи выходят из окуляра параллельным пучком, давая изображение предмета на бесконечности. Соответствующей перефокусировкой всего микроскопа можно получить изображение за окуляром  на расстоянии наилучшего зрения. Окуляры широко применяются в качестве прокционных систем при микрофотографии, передаче действительного изображения на экран или какой-либо другой приемник изучения.

---

 Линзовые микрообъективы очень широко применяются для комплектации световых микроскопов различных областей назначения. Микрообъектив формирует конгруэнтное изображение исследуемого объекта . Оптические конструкции современных линзовых микрообъективов претерпели значительные изменения по отношению к классическим, предложенным еще Аббе в прошлом веке. В основном эти изменения обусловлены стремлением к повышению информативности объективов, улучшению их разрешающей способности и полезного увеличения.

Проектирование микрообъективов. Инженерами постоянно ведутся работы по оптимизации схемных решений микрообъективов на основе комплексного подхода с использованием модульного принципа построения оптических схем и механических конструкций из базовых элементов с заранее известными свойствами. Ведутся проекты различных по сложности оптических схем микрообъективов с унифицированными для оптики любого класса характеристиками.

 Простейшие объетивы к микроскопам — это 

ахроматы. Низкая стоимость этих объективов делает их привлекательными как для производителей, так и для большинства потребителей.Оптические системы обеспечивают высокий контраст и чёткость в пределах примерно 1/3 линейного поля, что в большинстве случаев микроскопических исследований бывает достаточно. При расчёте оптических схем таких объективов основное внимание уделяется простоте и высокой технологичности изготовления оптических деталей.

Оптические схемы таких объективов являются логическим продолжением схем, использованных при расчёте простейших микрообъективов, дополненных компонентами с заранее известными свойствами. В этом случае, как правило, после основной схемы добавляется длиннофокусный отрицательный мениск, обращённый вогнутостью к пространству изображений.

Оптические системы обеспечивают высокий контраст и чёткость в пределах 2/3 линейного поля (для ахростигматов) и полного для план объективов. деталей.

В частных микроскопических приложениях требуются более светосильные, чем обычные, микрообъективы. При таких исследованиях на микроскопе иногда отступают от рекомендуемого для визуальной микроскопии критерия полезного увеличения; особую ценность представляют объективы малого увеличения, имеющие максимально возможную расчётную числовую апертуру. Иногда для удобства в работе требуется наличие в объективе материальной ирисовой апертурной диафрагмы. 

В традиционном понимании коррекция аберраций проводится, исходя из условия визуального наблюдения, однако в планапохроматах исправление выполняется одинаково тщательно для всего рабочего спектрального диапазона. С точки зрения построения оптических схем и механических конструкций планапохроматы являются наиболее сложными, имеют большое количество компонентов. Следуя цели достижения наивысшего качества изображения инженеры — оптотехники пытаются исправить все известные аберрации, используя максимальное число коррекционных параметров.

Для некоторых видов микроскопических исследований требуются объективы, у которых расстояние между исследуемым объектом и фронтальной линзой объектива в 1.5-2 раза больше его фокусного расстояния. Такие объективы называют объективами с увеличенными рабочими расстояниями. Для микроскопических задач, связанных с фокусировкой лазерного излучения в спектральной области вне видимого диапазона, требуются микрообъективы, которые не только хорошо корригированы в отношении сферической аберрации, но и не имеют склеенных компонентов. Для некоторых видов петрографических исследований методом поляризации требуется полный комплект иммерсионных микрообъективов, в том числе, малых увеличений. Для исследования специфических объектов методом тёмного поля в отражённом свете требуются микрообъективы, позволяющие производить фокусировку осветительных пучков на объекте, минуя основную оптическую схему. Для этого используют так называемые темнопольные микрообъективы. 

Что такое объектив микроскопа, основные характеристики

 

Объектив микроскопа. Увеличение, разрешение изображения, метки и резьбы на объективе

Объектив микроскопа является ключевым компонентом для достижения высокой производительности микроскопа. Это часть, которая расположена рядом с наблюдаемым объектом, обычно на довольно небольшом расстоянии в несколько миллиметров. 

---

Полезные статьи:

Объективы для фотоаппарата, виды, параметры

Телескопы, виды, принцип работы

Все статьи

 

Обычно объектив микроскопа создает промежуточное изображение, которое затем дополнительно увеличивается с помощью окуляра (окулярной линзы). Особенно в случаях с большим увеличением, большая часть увеличения обеспечивается объективом.

Большинство объективов основаны на преломляющей оптике, содержащей несколько линз. Например, простой с низким содержанием может содержать менисковую линзу и ахромат. С высоким разрешением обычно содержит более сложную комбинацию различных типов линз полусферического, менискового, ахроматического дублета и триплета.

Существуют также отражающие объективы, содержащие изогнутые зеркала и без линз. Они естественно ахроматичны и могут быть выгодны для работы в областях с экстремальными длинами волн. Кроме того, они могут демонстрировать меньшие потери оптической мощности.

Увеличение объектива микроскопа

Микроскопы часто содержат несколько объективов на поворотном носике, например, сканирующий объектив с увеличением всего в 4 раза, промежуточный (маленький объектив) с 10-кратным увеличением и большой объектив с высоким разрешением с 40-кратным или 100-кратным увеличением. Например, окуляр может увеличивать изображение в 5 или 10 раз.

Обратите внимание, что само по себе большое увеличение бесполезно, если оно только увеличивает изображения без повышения уровня детализации. Также часто используются кольца с цветовой кодировкой, указывающие различные значения увеличения, например, черный для 1 ×, желтый для 4 ×, зеленый для 10 × и т. д.

Полезное и пустое увеличение

В принципе, можно добиться произвольного усиления изображения, например, с помощью каскадных увеличительных оптических приборов. Однако увеличение полезно только до некоторой степени. Например, рассмотрим использование микроскопа:

• Увеличение микроскопа считается полезным (или годным к употреблению) до тех пор, пока оно позволяет видеть больше деталей объектов. В ситуации, когда достигнутое разрешение все еще ограничено разрешением наблюдающего глаза, большее увеличение все еще было бы полезно.
• Однако после этого увеличение становится “пустым”: хотя полученные изображения становятся больше, они не разрешают больше деталей, потому что разрешение ограничено, например, дифракцией или несовершенством оптического прибора.

Та же ситуация возникает при просмотре цифровых изображений на экране. Как только изображение отображается в размере, при котором каждый пиксель изображения соответствует хотя бы одному пикселю экрана, отображается вся доступная информация об изображении.

 Дальнейшее увеличение увеличения может быть полезно только в том случае, если у наблюдателя возникают трудности с разрешением пикселей экрана.

Фокусное расстояние

Фокусное расстояние объектива микроскопа обычно составляет от 2 мм до 40 мм. Однако этот параметр часто считается менее важным, поскольку увеличения и числовой апертуры достаточно для количественной оценки основных характеристик микроскопа.

Числовая апертура

Чем больше увеличение, тем выше также требуемая числовая апертура. Это фактор, который в конечном итоге ограничивает достижимое разрешение изображения. Существуют разные способы расчета разрешения изображения и немного разные обстоятельства, но они приводят к аналогичным значениям разрешения, которые примерно равны λ / (2 NA), где λ — оптическая длина волны (примерно от 400 до 700 нм), а NA — числовая апертура. Например, NA, равный 1, обеспечивает разрешение изображения примерно 250 нм для зеленого света. Для небольшого увеличения может быть вполне достаточно NA 0,1.

Наибольшие числовые апертуры достигаются при использовании сухих объективов, работающих с воздухом между объективом и объектом, составляют приблизительно 0,95. Значительно более высокие значения, например, 1,5 или даже выше, могут быть достигнуты с иммерсионными объективами, где зазор между объектом и объективом заполнен жидкостью – водой или некоторым количеством иммерсионного масла с более высоким показателем преломления, часто несколько выше 1.5. Оптимизированные иммерсионные масла обладают не только высоким показателем преломления, но также подходящей вязкостью и низкой склонностью к образованию пятен на поверхностях. Их можно оставлять на объективе в течение длительного времени, не повреждая его.

Обратите внимание, что погружение в масло может работать неправильно, например, при наблюдении за биологическим образцом в водном растворе, и масло находится только между защитным стеклом и объективом. Возможно, для таких случаев придется использовать специальные объективы для погружения в воду. Для оптимального освещения также может потребоваться погружение в масло с этой стороны.

 

 

Коррекция изображения объективов микроскопа

Для объективов с высокой числовой апертурой, высокое качество изображения может быть достигнуто только при значительных усилиях по исправлению различных видов оптических аберраций, таких как сферическая, астигматизм, кома, кривизна поля, искажение изображения и хроматические аберрации. Например, плоскоапохроматические объективы, имеющие особо сложную конструкцию, обеспечивают оптимальную коррекцию плоского поля в сочетании с хорошими ахроматическими свойствами.

Хроматические аберрации в основном являются результатом зависимости фокусного расстояния от длины волны. Они приводят к искажению цветного изображения. Для обычной микроскопии они могут быть весьма актуальны, в отличие от других типов оптической микроскопии, например, некоторых типов лазерной микроскопии. Наилучшее подавление хроматических аберраций достигается при использовании апохроматических объективов.

При больших увеличениях влияние покровного стекла с точки зрения хроматических и сферических аберраций может быть весьма важным. Поэтому объективы для использования в таких областях, как биология, где часто требуются покровные накладки, разработаны с интегрированной коррекцией покровных накладок. Коррекция часто выполняется для стандартной толщины скольжения 170 мкм. Отклонение всего в 10 мкм уже может быть довольно проблематичным для объектива с высоким NA, например, 0,95. Некоторые объективы позволяют регулировать скорректированную толщину покровного слоя.

Обратите внимание, что некоторые конструкции микроскопов рассчитаны на коррекцию некоторых остаточных аберраций объектива с помощью окулярной линзы.

К сожалению, идеальных решений не существует; поэтому приходится идти на определенные компромиссы, которые приводят к различным оптимизированным решениям для разных применений. Например, оптимальные свойства плоского поля наиболее важны для измерительных микроскопов; тогда можно допускать несколько большие хроматические аберрации.

Объективы микроскопа с конечной и бесконечной коррекцией

Для старых микроскопов обычно требуются объективы с конечной коррекцией. Здесь предполагается, что объект расположен немного ниже передней фокальной плоскости объектива, а промежуточное изображение получается на конечном расстоянии, например, 160 мм от объектива. Такой объектив предназначен для минимальных искажений изображения в данной конфигурации.

Объективы с конечной коррекцией всегда рассчитаны на определенную длину трубки, например, в соответствии со стандартом DIN или JIS (которые отличаются длиной трубки на 10 мм). Использование объектива неправильного стандарта может значительно ухудшить качество получаемого изображения.

Современные микроскопы в основном требуют объективов с поправкой на бесконечность, когда промежуточное изображение только объектива находится на бесконечном расстоянии. Здесь требуется дополнительная линза в микроскопе для формирования промежуточного изображения на диафрагме окуляра.

 

Основные характеристики объективов микроскопа

Диапазон длин волн

Оптические микроскопы обычно работают на основе изображения с помощью видимого света, то есть в области длин волн от 400 нм до 700 нм. Поэтому большинство объективов микроскопа оптимизированы для этого диапазона длин волн, с наибольшим акцентом на область от 480 нм до 640 нм. Однако существуют объективы с расширенным диапазоном, например, от 400 до 950 нм, и другие, которые работают дальше в инфракрасном диапазоне. Например, это требуется для лазерных микроскопов, где требуется передача инфракрасных лазерных лучей.

Обратите внимание, что важно не только иметь хорошую пропускаемость во всем диапазоне длин волн, но и ахроматические характеристики. В обычных световых микроскопах это необходимо, чтобы избежать искажений цветного изображения. В конфокальных многофотонных флуоресцентных микроскопах важно иметь те же положения фокуса для инфракрасного лазерного излучения, что и для флуоресцентного света.

Метки на объективах микроскопа

Ключевые параметры часто легко найти на этикетках с лазерной гравировкой на внешней стороне объектива. Некоторые примеры:

• Метка “50 × / 0,8” указывает на 50-кратное увеличение и числовую апертуру 0,8, вероятно, для сухого объектива.
• “100 × / 1,30 oil” означает 100-кратное увеличение и числовую апертуру 1,30, достигаемую с помощью иммерсионного масла.
• “∞ / 0.17” указывает на объектив с поправкой на бесконечность и компенсацией сферических аберраций при толщине покровного стекла 0.17 мм, в то время как “160/0. 17” указывает на объектив с конечной поправкой для микроскопов с длиной трубки 160 мм и такой же толщиной покровного стекла.
• “WD 0,21” указывает на рабочее расстояние 0,21 мм.
• “DIC” обозначает конструкцию для получения изображений с дифференциальным индексом контрастности.
• “plan fluor” обозначает объектив, апохроматический в плане, т. е. с коррекцией плоского поля и свойствами апохромата.
• “DIN” указывает, что объектив изготовлен в соответствии со стандартом DIN (Deutsche Industrie Norm) для микроскопов в отношении длины трубки, в то время как “JIS” указывает на японский стандарт с несколько более длинной трубкой.

 

 

Резьбы на объективах микроскопа

В большинстве случаев объектив микроскопа крепится к окуляру микроскопа с помощью резьбы. К сожалению, разные производители используют разные размеры резьбы для разных типов приболров. В некоторых случаях для установки объектива на микроскоп с другой резьбой можно использовать специальные адаптеры.

Для освещения в темном поле предварительно больше, обеспечивая дополнительное пространство для света подсветки; поэтому они обычно используются с более крупными нитями.

Другие свойства объективов микроскопа

Рабочее расстояние

Другим практически важным фактором является рабочее расстояние между объективом и объектом. Для объективов с высоким NA обычно требуются небольшие рабочие расстояния, но их также можно в некоторой степени оптимизировать в качестве цели проектирования (возможно, несколько снижая NA или коррекцию).  

Для объективов с погружением в масло относительно небольшое рабочее расстояние действительно хорошо, поскольку в противном случае потребовалось бы больше иммерсионной жидкости, и ее было бы сложнее удерживать на месте.

Некоторые микроскопы допускают подачу светового излучения через объектив на образец. Затем важно, чтобы в объективе не было значительного рассеяния света.

Конструкция объективов микроскопа

Хотя объектив микроскопа иногда называют объективной линзой, обычно он содержит несколько линз. Чем выше числовая апертура и чем выше требуемое качество изображения, тем более сложные конструкции необходимы. В объективах микроскопа высокого класса также могут использоваться асферические линзы.

Разработка высококачественного объектива микроскопа является довольно сложной задачей, для которой требуются значительные знания в области оптики и мощное программное обеспечение для проектирования оптики. Такие конструкции предполагают сложные компромиссы, которые должны быть надлежащим образом обработаны в соответствии с важностью различных аспектов для конкретного применения.

Фокусировка луча и соединение волокон с объективами микроскопа

Объективы микроскопа иногда используются для приложений вне микроскопии. Например, они могут использоваться для точной фокусировки лазерных лучей с размерами пятна в несколько микрометров или даже ниже 1 мкм. Если входной луч является коллимированным лучом, лучше всего подойдет объектив с поправкой на бесконечность. 

Объектив должен иметь числовую апертуру, которая хорошо соответствует расходимости луча, связанной с требуемым размером пятна. Радиус входного луча также должен быть выбран соответствующим образом, т.е, рассчитанный исходя из требуемого размера пятна и фокусного расстояния. Сложность может заключаться в определении фокусного расстояния, поскольку объективный объектив часто указывает только увеличение, а преобразование в фокусное расстояние зависит от конструкции микроскопа.

Другое приложение запускает свет в одномодовое волокно или коллимирует свет из такого волокна. Опять же, объектив должен иметь соответствующую числовую апертуру порядка, чем у волокна.  Для таких применений хроматические аберрации часто не являются проблемой, поэтому не требуется использовать хроматическую коррекцию объектива. Кроме того, широкое поле зрения не требуется. 

С другой стороны, объектив микроскопа для видимого света может не обладать идеальными свойствами, например, для пропускания ближнего инфракрасного света в волокно, и его мощность ограничена (но обычно не указывается). Поэтому объектив микроскопа может быть не идеальным решением для такого применения. Однако, возможно, придется использовать его, например, если нет других объективов для достижения требуемого малого размера пятна.

Каковы функции объективов микроскопа?

Первый раз взглянуть в микроскоп — памятный момент для многих начинающих ученых. По мере того, как дети растут, их раннее любопытство может перерасти в более серьезный интерес к науке. Учителя и родители могут стимулировать интерес детей к областям STEAM, позволяя им исследовать вселенную микроскопической жизни, которая окружает всех нас.

Первый шаг — вовлечение детей в понимание методов научных исследований. Они должны понимать инструменты, которые помогают ученым делать открытия, инженерам создавать микромашины, технологам разбираться в крошечных чипах, а художникам интерпретировать мир, который они видят и слышат, посредством художественного выражения.

Когда ребенок впервые пользуется микроскопом, он может задавать много вопросов, а это отличное качество для ученого! Один из неизбежных вопросов: «Как это делает ?» Вот способы объяснить функции объективов микроскопа.

Начните со света

Когда падает свет, почти все, на что он падает, отражает по крайней мере часть его обратно. Дети могут понять, что наши глаза собирают этот свет. Свет проходит через прозрачный внешний слой глаза, называемый роговицей, к хрусталику. Роговица и хрусталик работают вместе, чтобы сфокусировать свет на задней части глаза, где сетчатка преобразует свет в электрические сигналы, которые проходят по зрительному нерву в мозг. Затем мозг интерпретирует сигналы как изображение.

Мышцы глаза регулируют форму хрусталика для правильной фокусировки в зависимости от того, на что мы смотрим и как далеко он находится.

Точно так же линза объектива в микроскопе улавливает и преломляет свет, отраженный от объекта, даже крошечного объекта, подвешенного в капле воды. Преломление света через линзу объектива создает сфокусированное и увеличенное изображение объекта, на который вы смотрите.

В чем разница между линзой окуляра и линзой объектива?

Большинство микроскопов, используемых в школах и лабораториях, имеют не менее двух, а обычно и больше линз. Объективы — это линзы, которые непосредственно наблюдают за объектом, который исследует пользователь микроскопа. В стационарных микроскопах линза объектива затем фокусирует отраженный свет от объекта вверх по трубке к линзе окуляра, через которую смотрит пользователь.

Окулярная линза обеспечивает дополнительное увеличение и регулируется. Пользователи могут поворачивать ручку или перемещать бинокулярные линзы (на микроскопах с двумя окулярами), имитируя регулировку естественной линзы в наших глазах, чтобы видеть объекты на разных расстояниях. Таким образом, пользователи с разным уровнем зрения могут манипулировать окуляром, чтобы сфокусировать изображение, обеспечиваемое объективом.

Увеличение

В дополнение к простому улавливанию отраженного света для визуализации изображения объектив микроскопа увеличивает изображение. Многие стационарные микроскопы имеют несколько объективов, которые пользователь может вращать, чтобы рассмотреть объект с разной степенью увеличения.

Теперь портативные легкие микроскопы оснащены объективами, которые работают вместе с камерами на мобильных телефонах, обеспечивая увеличение. Использование телефонов с портативными микроскопами добавляет возможность делать увеличенные изображения и отправлять их в базы данных для анализа или сохранять их в облаке или локально на телефоне для дальнейшего изучения.

Компания Foldscope предлагает наборы микроскопов для учащихся, которые помогают учащимся понять, как работают микроскопы и объективы микроскопов, а также позволяют легко брать их с собой для исследования. Закажите комплекты микроскопов для своих студентов уже сегодня!

Знакомство с микроскопами и объективами

Видео выше представляет собой краткое введение в объективы микроскопа. Объективы используются в системах микроскопии для ряда научных исследований, промышленных и общелабораторных приложений.

Приведенное выше видео является кратким введением в процесс выбора подходящего объектива микроскопа для вашего проекта. Существует множество типов объективов для микроскопов, и правильный выбор поможет получить высококачественные изображения по разумной цене.

Общие сведения о микроскопах

Микроскоп — это специальный оптический прибор, предназначенный для увеличения изображения объекта. В зависимости от типа микроскопа он может проецировать изображение либо на человеческий глаз, либо на записывающее или видеоустройство. В качестве примера рассмотрим фотографии клеток, которые можно найти в учебнике по естественным наукам. Все эти фотографии были сделаны с помощью специального микроскопа, и их можно назвать микрофотографиями.

В то время как самый простой из микроскопов представляет собой просто увеличительное стекло с одной линзой, сложные микроскопы, используемые сегодня, представляют собой очень сложные устройства с тщательно разработанным набором линз, фильтров, поляризаторов, светоделителей, датчиков и, возможно, даже источников освещения. Точная комбинация используемых оптических компонентов будет зависеть от применения микроскопа; длина волны света, с которой он предназначен для использования, а также разрешение и увеличение, необходимые для конечного изображения.

Компоненты базового составного микроскопа

Простая лупа (увеличительное стекло) работает, когда исследуемый объект находится в пределах фокусного расстояния линзы лупы, что позволяет получить увеличенное виртуальное изображение. Этот тип лупы очень ограничен как в разрешении, так и в увеличении. С другой стороны, в составном микроскопе используется система релейных линз вместо одиночной линзы, и, поскольку каждый компонент линзы может вносить свой вклад в увеличение, в результате возможности значительно увеличиваются.

Два основных компонента линзы — линза объектива и линза окуляра или окуляр — работают вместе, чтобы проецировать изображение образца на датчик. Это может быть человеческий глаз или цифровой датчик, в зависимости от настройки микроскопа.

Поскольку объектив находится ближе всего к исследуемому образцу, он передает реальное изображение на линзу окуляра. При этом он обеспечивает базовое увеличение от 4-кратного (для сканирующего объектива, обычно используемого для обзора образца) до 100-кратного (для объективов с масляной иммерсией).

Окулярная линза, расположенная в верхней части стандартного микроскопа рядом с датчиком (принимающим глазом), получает реальное изображение от окулярной линзы, увеличивает полученное изображение и передает мнимое изображение на датчик. В то время как большинство окуляров увеличивают в 10 раз, некоторые не обеспечивают увеличение, а другие увеличивают до 30 раз. Силу увеличения микроскопа можно рассчитать, умножив силу увеличения окуляра или окулярной линзы на силу увеличения линзы объектива. Например, объектив с 10-кратным увеличением, используемый в сочетании со стандартным окуляром (10-кратное увеличение), будет проецировать изображение образца, увеличенное в 100 раз.

Общие сведения об освещении микроскопа

Поскольку непрямая подсветка обычно более эффективна, чем прямая, большинство микроскопов не имеют внутреннего источника света. Вместо этого они полагаются на дневной свет или фоновое освещение, такое как лампочка. При освещении светлым полем, также известном как освещение Келера, две выпуклые линзы насыщают образец внешним светом, поступающим сзади. Эти две линзы, собирающая и конденсорная линзы, работают вместе, чтобы обеспечить яркий, равномерный и постоянный свет по всей системе: как в плоскости изображения, так и в плоскости объекта. Эта система освещения используется во многих составных микроскопах, в том числе в студенческих микроскопах и во многих исследовательских лабораториях.

Общие сведения об объективах

Объективы микроскопа или объективы во многих отношениях являются сердцем микроскопа и обычно устанавливаются на вращающейся револьверной головке или револьверной головке для облегчения выбора. Многие микроскопы будут оснащены сканирующим объективом (4x), объективом с малым увеличением (10x), объективом с высоким увеличением (40x) и, возможно, даже иммерсионным объективом.

Каждый объектив микроскопа сам по себе представляет собой сложный набор линз, и помимо того, что он способствует увеличению, именно линза объектива определяет разрешающую способность микроскопа. Объектив также может обеспечивать коррекцию оптических аберраций. Например, отражающий объектив включает в себя два зеркала в сборке. Эти зеркала могут фокусировать лазерный свет, а также обеспечивать хроматическую коррекцию.

Окулярная линза или окуляр

Окулярная линза или окуляр также представляет собой оптический узел, а не одну линзу, но обычно она более проста, чем объектив. Часто он состоит из двух линз: линзы поля и линзы глаза. Конструкция окулярной линзы определяет поле зрения микроскопа, а также способствует общему увеличению системы.

 

Узнайте больше об объективах, посетив наш блог «Погружение в оптику».

Дополнительная информация об объективах и линзах микроскопа

Объектив микроскопа является важным компонентом системы микроскопии или визуализации для ряда научных исследований, биологических, промышленных и общелабораторных приложений. Объектив определяет основные характеристики оптического микроскопа или систем обработки изображений и предназначен для различных требований производительности и приложений. Он расположен ближе всего к объекту и является важным компонентом при отображении объекта человеческим глазом или датчиком изображения.

Объективы можно классифицировать по конструкции объектива, области применения, методу микроскопии, характеристикам (коррекция оптических аберраций) и увеличению. Многие производители объективов для микроскопов предлагают широкий спектр конструкций объективов, которые обеспечивают различную степень коррекции оптических аберраций для удовлетворения различных потребностей. Зеркала или отражающие элементы используются в объективах для приложений, требующих хроматической аберрации во всем спектральном диапазоне. В большинстве традиционных систем микроскопии используются преломляющие объективы, такие как ахроматические объективы (более дешевые объективы) для лабораторных микроскопов и план-апохроматы (дорогие объективы) для биологических и научно-исследовательских микроскопов.

Характеристики линз объектива

Важные характеристики указаны на корпусе объектива, чтобы студенты или исследователи могли легко определить свойства объектива и определить оптические характеристики и условия работы для надлежащего использования. На рис. 1 представлена ​​схема объектива. Подробное обсуждение спецификаций возражения представлено ниже.

• Увеличение

Увеличение — один из важных параметров. Увеличение обычно обозначается X рядом с числовым значением. Объективы доступны в диапазоне увеличений от 2X до 200X.

• Числовая апертура (NA)

NA — критическое значение, указывающее угол приема света. Обычно он выражается как

NA = n × sinθ

, где θ — максимальный угол приема 1/2 луча объектива, а n — показатель преломления иммерсионной среды. На рис. 2 показан угол луча θ объектива с коррекцией на бесконечность.

Рис.2. Объектив Угол луча Ɵ

 

Значение числовой апертуры определяет светосилу и разрешающую способность объектива.

• Поле зрения

Поле зрения — это область объекта, которая может быть отображена системой микроскопии. Размер поля зрения определяется увеличением объектива или фокусным расстоянием тубусной линзы для объектива с бесконечной коррекцией. В системе камеры поле зрения объектива связано с размером сенсора.

• Коррекция оптических аберраций

Коррекция оптических аберраций определяет оптические характеристики объектива и играет центральную роль в качестве изображения и точности измерений в системах визуализации или микроскопии. В зависимости от степени коррекции аберраций объективы обычно подразделяют на пять основных типов: ахроматы, план-ахроматы, план-флюораты (план-полуапохроматы), план-апохроматы и суперапохроматы.

• Рабочее расстояние

Рабочее расстояние — это свободное расстояние между линзой объектива и целью.

• Толщина защитного стекла

Многие объективы предназначены для использования с покровным стеклом. Использование неправильной толщины покровного стекла может значительно снизить оптические характеристики системы микроскопии.

• Парфокальное расстояние

Парфокальное расстояние — это расстояние между плоскостью крепления объектива и образцом/объектом. Это еще одна спецификация, которая часто может варьироваться в зависимости от производителя.

• Монтажная резьба

Для удержания объектива в правильном положении почти на всех объективах имеется крепежная резьба. Обычно используемые монтажные резьбы включают RMS, M25 x 0,75, M26X 0,706, M32 x 0,75.

• Иммерсионная среда

Большинство объективов предназначены для визуализации образцов с воздухом в качестве среды между объективом и покровным стеклом. Однако для достижения более высоких рабочих числовых апертур некоторые объективы предназначены для изображения образца через другую среду, такую ​​как специальное масло с показателем преломления 1,51.

Решения для линз объективов

Объективы представляют собой сложные многоэлементные линзы. Для любого конкретного применения необходимо тщательное рассмотрение оптических параметров и спецификаций. Во многих случаях изготовленные по индивидуальному заказу узлы объективов обеспечивают наилучшее решение для удовлетворения всех требований специализированного приложения. Пользовательские параметры могут включать просветляющие покрытия, хроматический сдвиг фокуса, рабочее расстояние, качество изображения (MTF и размер пятна), крепление объектива, толщину стеклянного окна и поле зрения, среди прочего.

В Shanghai Optics мы разрабатываем и производим нестандартные объективы и системы визуализации для удовлетворения потребностей наших клиентов во многих отраслях, включая медицину, биомедицину, машинную версию, научные исследования, метрологию и т. д. Принимая во внимание бюджет клиента и требования к точности , наша опытная команда инженеров гарантирует, что каждая конструкция может быть изготовлена ​​по разумной цене, а оптические характеристики будут соблюдены на основе анализа допусков изготовления, сборки и выравнивания.