Характеристики объективов для микроскопии

Маркировка объективов.

Все основные сведения об объективе и, следовательно, данные для работы с микроскопом можно найти на корпусе объективов. Они просты и понятны, если объектив имеет принятую в соответствии с ISO систему надписей. Важно уметь ее «читать».

Данные о каждом объективе маркируются на его корпусе с указанием следующих параметров:

• маркировка типа оптической коррекции: планахромат (PLN, PLAN), апохромат (АРО), планапохромат (Plan-Аро), Ахромат - ACH, полуапохромат- UPLFLN 
• увеличение («х»-крат, раз): 10х, 40х, 100х; также дублируется по международной системе маркировки : жёлтое кольцо -10х , зелёное кольцо - 20х, синее кольцо- 40х.
• числовая апертура: 0,20; 0,65, пример: 40/0,65 или 40х/0,65;
• коррекция на наличие покровного стекла - 0.17 или - (нет коррекции);
• коррекция на бесконечную дину тубуса - ∞;
• дополнительная буквенная маркировка, если объектив используется при различных методах исследования и контрастирования: фазовый — Ph (PH2 — цифра соответствует маркировке на специальном конденсоре или вставке), поляризационный — P (Pol), 
• цветовая маркировка шрифта : красный- поляризационный объектив, зелёный- фазово-контрастный объектив.

Надпись в общей сложности делится на три части:

1. расчетное качество изображения — тип оптической коррекции, исправление кривизны по полю;
2. основные технические параметры объектива — увеличение и числовая апертура, отношение к иммерсии, отношение к методам исследования и контрастирования;
3. условия работы объектива — длина тубуса объектива, коррекция объектива при работе с соответствующим покровным стеклом.

• по методам исследования и контрастирования — надпись;
• по увеличениям — полоса;
• по иммерсионным средам — полоса.

Цветная маркировка всей надписи на корпусе означает:

• черный цвет — базовый светлопольный вариант;

• красный цвет — поляризационные объективы.

• зеленый цвет — фазовые и Varel-объективы;

черное 1х-1,25х;
серое 1,6х-2х;
коричневое 2,5х-3,2х;
красное 4х-5х;
оранжевое 6,3х-8х;
желтое 10х-12,5х;
светло-зеленое 16х-20х;
темно-зеленое 25х - 32х;
голубое 40х - 50х;
синее 63х-80х;
белое 100х-125х-160х.

без цвета — сухая система;
черное — масляная иммерсия;
белое — водная иммерсия;
оранжевое — глицериновая иммерсия;
красное — другой тип иммерсии.

Увеличение. Числовая апертура. Рабочее расстояние. Рабочая область спектра. Линейное поле спектра.

Увеличение. В зависимости от степени увеличения объективы делятся на четыре группы:

• объективы малого увеличения (Объективы увеличения от 1х до 5х в обиходе называют: объективы лупного увеличения, поисковые объективы, обзорные объективы) — от 1х до 20х;
• объективы среднего увеличения — от 20х до 50х;
• объективы большого увеличения — от 50х до 100х; 
• объективы сверхбольшого увеличения — свыше 100х. 

1. объективы малых числовых апертур — до 0,2;
2. объективы средних числовых апертур — от 0,2 до 0,65;
   
3. объективы высоких числовых апертур — от 0,65;
   
4. объективы повышенных числовых апертур  — с числовыми апертурами выше традиционных для соответствующего увеличения (например, 10х/0,40; 40х/0,75; 100х/1,30МИ).

1. обычные — с линейным полем в плоскости предмета до 20 мм;
2. широкопольные — с линейным полем выше 20 мм.

Коррекция на толщину покровного стекла. Отношение к иммерсии.

Коррекция на толщину покровного стекла. 

По этому параметру объективы делятся на три группы:

• без покровного стекла (d = 0);
• с корректировкой на стандартную толщину покровного стекла (d = 0,17 мм);
  
• с корректировкой на определенную толщину покровного стекла (Это специализированные объективы для инвертированных микроскопов.) (например, 0-2,0; 1,5-2,5).
  

Отношение к иммерсии. По этому параметру объективы делятся на:

Кривизна изображения.

Кривизна изображения. Представьте себе шар диаметром несколько миль. Посмотрите на него с точки зрения настройки окуляров/ объективов. Если после того, как верх шара вошёл в фокус, мы продолжаем приближаться к его поверхности, то всё большая и большая его часть оказывается в фокусе. Этого выглядит так, будто поле зрения расширяется из центра. Когда примерно 2/3 поля зрения оказывается в фокусе, центр начинает размываться, поскольку фокус переходит к периферии. Вот этот эффект и называется кривизной изображения.

По указанному признаку современные объективы делятся всего на две группы: 

• 1. На объективы с кривизной (с улучшенным качеством изображения по полю)
• 2. Объективы с плоским полем.

На корпусе объектива маркируется только вторая группа при этом, объектив ахроматической коррекции маркируется — ПЛАН, PL, A-Plan, Achroplan, апохроматической коррекции — План-АПО, Plan-APO; а полуапохроматической — Plan-Neofluar.

Основные параметры микрообъективов устанавливаются  стандартами фирм-производителей (UIS2, ICS, ICO, ISO, DIN, JIN, EC, ГОСТ).  DIN (Deutsche Industrial Normen). Этот исторически первый стандарт определяет длину тубуса, равную 160 мм, высоту объектива 45 мм, стандартные диаметры окуляров, резьбу объективов, кодировку объективов в виде цветной полоски вокруг объектива (красной для увеличения 4х, жёлтой — 10х, белой — 100х и т. д.). Стандарт JIN отличается длиной тубуса 170 мм. UIS2- Данный стандарт оптики определяет длину тубуса, скорректированную на бесконечность, при этом изображение, даваемое объективом, возникает в бесконечности, а окуляр приводит это изображение в определённую плоскость. 

Тубус — это расстояние от верхней линзы окуляра до плоскости зрачка микрообъектива (примерно совпадающей с последней линзой объектива).  По длине тубуса объективы делятся на три группы:

- конечная длина тубуса стандартная  — 160 мм;
- стандартная длина тубуса — «бесконечность» (∞) 
- нестандартная длина тубуса (Обычно это микроскопы-игрушки.) — не определена ГОСТом или ISO. Длина тубуса маркируется на корпусе объектива.

Объективы на тубус 160 мм (или 170 мм) включают в себя стандартные ахроматические объективы, при использовании которых в фокусе оказывается около 2/3 поля зрения; полупланобъективы — 80 % поля зрения в фокусе, а так же планобъективы — 100 % поля зрения в фокусе.

Объективы-ахроматы не могут быть использованы для получения микрофотографий, так как будут давать низкую детализацию и искажение изображений. 

Цветокоррекция и цветопередача.

Аберрация - оптический дефект, обусловленный линзой. Невозможность линзы сфокусировать лучи в одной точке.  Хроматческая аберрация - присутствует в системе линз, когда лучи составляющих цветов белого света фокусируются не одновременно, что приводит к нежелательным цветным интерференционным полосам на изображении. Сферическая аберрация - когда лучи одного цвета, проходящие близко к краю линзы, не фокусируются в той же точке, что и лучи, проходящие ближе к центру линзы. Изображение получается нерезким и не может быть сфокусировано с помощью грубого или мягкого винта. Представим ситуацию:  Вы-бактериолог и перед Вами мазок, окрашенный по Грамму. Вы нашли нужное поле зрения и начинаете подстраивать фокус, при этом бактерии, окрашенные синим стают красными и наоборот. Разумеется, это ухудшает точность исследования и дальнейшую постановку диагноза.

По классу изображения изображения (по исправлению хроматической аберрации положения) объективы могут быть:

•  ахроматическими;
•  планахроматическими;
•  полуапохроматическими (флюоритовые) ;
•  апохроматическими.

Ахроматические объективы (ACH, ACHN) рассчитаны для применения в спектральном диапазоне 486–656 нм. Исправление любой аберрации (ахроматизация) выполнено для двух длин волн. В этих объективах устранены сферическая аберрация, хроматическая аберрация положения, кома, астигматизм и частично — сферохроматическая аберрация. Изображение объекта имеет несколько синевато-красноватый оттенок. При изменении фокуса образца меняется и цветопередача, что затрудняет интерпретацию результата.

В планобъективах (PLAN, PLN, PLCN) исправлена кривизна изображения по полю, что обеспечивает резкое изображение объекта по всему полю наблюдения. Кроме того, объективы имеют и ахроматическую коррекцию, что позволяет их использовать для рутинной работы. Планахроматические объективы обычно применяются при фотографировании и съемки видео в медицине и биологии.

Полуапохроматы (UPLFLN) - современные объективы, обладающие промежуточным между планахроматами и апохроматами качеством изображения. Полуапохроматы имеют расширенную спектральную область, и ахроматизация выполняется для трех длин волн. Они выполняются из специальных стёкол, содержащих флуорит.  Расширенная спектральная область позволяет им применяться для флуоресцентной микроскопии в УФ- диапазоне, что необходимо для работы по методу FISH а также в научных исследованиях, где необходим дифференциально-интерференционный контраст DIC.

Апохроматические объективы (APO, PLAPO, PLANAPO) имеют расширенную спектральную область, и ахроматизация выполняется для трех длин волн. При этом, кроме хроматизма положения, сферической аберрации, комы и астигматизма, достаточно хорошо исправляются также вторичный спектр и сферохроматическая аберрация, благодаря введению в схему линз из кристаллов и специальных стекол (флуорит). По сравнению с ахроматами, эти объективы обычно имеют повышенные числовые апертуры, дают четкое изображение и точно передают цвет объекта. Апохроматические объективы применяются в исследовательских микроскопах а также конфокальных системах, где нужно максимальное разрешение по осям X, Y, Z. t, λ. Так как в этих объективах устранены все возможные аберрации изображения, такие объективы стоят дороже планахроматических объективов.

Использованные источники информации

Егорова, Ольга Владимировна. С микроскопом на "ты". Шаг в XXI век : световые микроскопы для биологии и медицины / О. В. Егорова. - Москва : РепроЦЕНТР М, 2006. - 406 с. : ил., цв. ил., портр., табл.; 21 см.; ISBN 5-949-939-060-1

Mikromir

Микросистемы