Классификация объективов микроскопа

При выборе микроскопа важно обращать внимание на объективы, установленные в его револьверной головке. Объективы микроскопа – один из важнейших элементов оптической системы микроскопа, в итоге определяющие качество изображения (яркость, четкость, цветопередчу и т.п.), а также разрешающую способность микроскопа. В данной статье мы поговорим об объективах биологических микроскопов.

Сразу же скажем несколько слов об объективах детских микроскопов игрушек, линзы которых изготовлены из оптического пластика, и отсеем их из дальнейшего обсуждения. Очевидными недостатками подобных объективов является, во-первых, очень слабая разрешающая способность, т.е. такой объектив не позволит Вам выявить многих микроскопических деталей исследуемого образца, а, во-вторых, наличие ряда оптических искажений, в частности неправильная цветопередача, тусклость и размытость (особенно при высоких увеличениях).

Школьные же микроскопы будут иметь уже стеклянную оптику, т.е. линзы объективов будут изготовлены из оптического стекла. Хотя, конечно же, они все же будут уступать по качеству дорогостоящим объективам для лабораторных микроскопов. Кроме того, следует обратить внимание и на то, что часто объективы школьных микроскопов имеют несъемную конструкцию, т.е. они закреплены в револьверной головке намертво.

Теперь перейдем к подробному изучению параметров объективов лабораторных биологических микроскопов.

Наиболее распространенные в мире стандарты объективов биологических микроскопов

Существует два наиболее распространенных стандарта объективов: DIN и JIS.

• DIN стандарт - Deutsches Institut für Normung (Немецкий институт по стандартизации)
• JIS стандарт - Japan Industrial Standards (Японские промышленные стандарты)

Объективы стандарта DIN рассчитаны для работы с микроскопами с длиной тубуса 160мм и имеют парфокальную высоту 45мм. Объективы стандарта JIS рассчитаны для работы с микроскопами с длиной тубуса 170мм и имеют парфокальную высоту 36мм. Таким образом, объективы стандарта DIN обеспечивают большее рабочее расстояние. Объективы этих двух стандартов взаимозаменяемы, однако же будут иметь разницу в увеличении приблизительно на 10%: объектив JIS, установленный в микроскоп DIN, даст на 10% меньшее увеличение, а объектив DIN, установленный в JIS микроскоп, - на 10% большее увеличение. Резьба у объективов этих стандартов идентична – это RMS (Royal Microscopical Society – пер. Королевское Микроскопическое Общество) резьба 0.7965" (20.23мм) x 36TPI (TPI - число витков резьбы на дюйм). Гораздо реже встречается резьба стандартов M25 (метрическая 25мм резьба объектива) и M32 (метрическая 32мм резьба объектива).

Кроме того, сегодня многие современные микроскопы оснащены объективами, скорректированными на бесконечность – Infinity Corrected. Такие объективы гораздо более дорогостоящие, однако они позволяют устанавливать дополнительные оптические элементы вдоль «параллельного оптического пути», не внося искажений, что будет особенно полезным для флуоресцентных, поляризационных, фазово-контрастных микроскопов и др. Как правило, производители микроскопов используют свои запатентованные разработки и имеют свои уникальные стандарты Infinity Corrected объективов, поэтому мы рекомендуем покупать подобные объективы того же бренда, что и Ваш микроскоп.

*Заметка. Парфокальные объективы – это объективы, не требующие значительной перефокусировки при изменении увеличения.

Конструктивные особенности объективов

Кроме того, объективы различаются на сухие и иммерсионные. Так объективы с числовой апертурой меньшей единицы являются сухими, а объективы с числовой апертурой большей единицы называются масляными и требуют использования иммерсии для работы с ними. Мощные объективы, ка правило, от 40х имеют подпружиненную конструкцию для предотвращения повреждения предметного стекла.

Степень коррекции оптических искажений

Еще одна классификация объективов состоит в их различии по степени исправления оптических искажений. Как правило, Вы можете встретить такие маркировки, нанесенные на корпус объектива

• ACHRO - ахроматические объективы
• APO - апохроматические объективые
• S-Plan, Semi-Plan - полупланахроматические объективы
• PLAN - планахроматические объективы
• Plan APO - планапохроматические объективы

Что же означают данные маркировки?

1. По степени исправления хроматической аберрации различают два типа объективов: ахроматические и апохроматические. Ахроматические объективы встречаются наиболее часто и стоят существенно дешевле апохроматических объективов, так как имеют более простую оптическую схему. Исправляя хроматическую аберрацию для длин волн двух цветов (красный и синий), а также сферическую аберрацию для длины волны одного цвета (зеленого), ахроматические объективы формируют достаточно неплохое качество изображения, хотя хроматизм, проявляющийся в радужной окантовке объектов, остается все еще немного заметен. Что же касается апохроматических объективов, то здесь мы имеем дело с коррекцией хроматизма для длин волн трех цветов (красного, синего и зеленого цветов), а также коррекцию сферической аберрации для длин волн двух-трех цветов. Как правило, апохроматические объективы также имеют большую числовую апертуру (N.A.), и, как следствие, более высокую разрешающую способность. При этом оба типа объективов в значительной мере страдают от кривизны поля и дисторсии, становящиеся еще более заметными с ростом увеличения микроскопа.

Многие производители также предлагают сегодня флюоритовые (Fluo, Fluorite) объективы, в которых подобно ахроматическим объективам хроматизм исправлен для двух длин волн синего и красного цвета, а вот сферическая аберрация – для длин волн двух-трех цветов. Флюоритовые объективы также отличаются более высокой разрешающей способностью и лучшим контрастом в сравнении с ахроматическими объективами.

2. В зависимости от степени исправления кривизны поля на корпусе объектива может быть нанесена дополнительная маркировка полуплан (Semi-Plan) либо план (Plan). Кривизна поля проявляется в неравномерной резкости изображения по полю зрения. Данное искажение заключается в том, что при наблюдении плоского объекта, перпендикулярного оптической оси, мы получим его изображение, лежащее на вогнутой либо выпуклой поверхности. Таким образом, когда мы добьемся необходимой резкости в центре, по краю поля зрения изображение будет не в фокусе, нечетким и размытым. Так, для ахроматических объективов кривизна поля исправлена приблизительно на 65% поля зрения, для полуплан либо семиплан объективов – на 80%, для план объективов – 90%.

Исправление кривизны поля возможно как для ахроматических, так и апохроматических объективов. Так с этой целью в Plan объективах добавлен специальный линзовый элемент, что, закономерно, приводит к существенному удорожанию объектива. Использование план объективов рекомендуется для микрофотографии, в частности отличным выбором будет планапохроматический объектив, в котором будут практически полностью исправлены как хроматизм, так и кривизна поля.

Таким образом, мы получаем следующие возможные варианты объективов:

Просветляющее покрытие линз объективов

Для достижения лучшей яркости и четкости изображения на линзы объективов должно быть нанесено специальное просветляющее покрытие, уменьшающее количество отраженного света, и, как следствие, повышающее коэффициент светопропускной способности оптической системы, что, в свою очередь, приводит к формированию более яркого и контрастного изображения.

Продолжение следует...

Автор статьи: Галина Цехмистро