Об'єктив є найбільш відповідальним вузлом мікроскопа. так як від його числової апертури і корекції аберацій залежать роздільна здатність і якість зображення мікроскопа в цілому. За оптичної конструкції об'єктиви діляться на лінзові, дзеркально-лінзові і дзеркальні. Великого поширення в мікроскопостроеніі отримали лінзові мікрооб'єктиви. Це викликано, перш за все, великими технологічними можливостями при їх виготовленні, і особливо в великосерійному виробництві. При виготовленні лінзових об'єктивів допуски задаються значно ширше, ніж для дзеркальних або дзеркально-лінзових об'єктивів. Крім того, у лінзових об'єктивів відсутнє центральне екранування, властиве дзеркальним системам і знижує контраст в зображенні. Лінзові об'єктиви надійні і зручні в експлуатації; можливість їх установки на револьвері дозволяє досить швидко проводити зміну збільшень.
Класифікація лінзових об'єктивів
Об'єктиви мікроскопів можна класифікувати за різними ознаками, наприклад, за спектральної області, для якої вони розраховані і застосовуються, розрахункової оптичної довжині тубуса, за способом освітлення спостережуваного об'єкта, можливості використання покривного скла, иммерсионной рідини і т.п.
Найбільшу перевагу заслуговує класифікація об'ектівовпо ступеня їх корекції, яка розрізняє такі типи об'єктивів: монохромати, ахромати і апохромати.
Монохромати - це об'єктиви, у яких аберації виправлені для однієї довжини хвилі або вузької спектральної області. В першу чергу, у них виправляються сферична аберація, кома і астигматизм.
Об'єктиви, у яких ахроматизації виконана для однієї основної і двох додаткових довжин хвиль, називаються ахроматамі. У таких об'єктивів виправленню підлягають: сферична аберація, кома, астигматизм, хроматична аберація положення, частково хроматична аберація збільшення і сферохроматічеськая аберація.
У апохроматичних об'єктивів спектральна область розширена і ахроматизації виконується для трьох додаткових довжин хвиль. У об'єктивів з апохроматичній корекцією крім хроматизму положення, сферичної аберації, коми та астигматизму досить добре справляються також вторинний спектр і сферохроматічеськая аберація завдяки введенню в оптичну схему лінз з кристалів і стекол з особливим ходом приватних відносних дисперсій. Крім того, частково виправляється хроматична аберація збільшення.
Для кількісної оцінки якості зображення обчислюються хвильові аберації, які поки в мікроскопії є основним критерієм оцінки та порівняння об'єктивів. У ахроматов для точки на осі хвильова аберація основного кольору, як правило, не перевищує 0.25l (тобто виконується критерій Релея), а для всієї спектральної області, на яку розраховані ахромати, не більше 0.5l. У апохроматичних об'єктивів сферична аберація для основного кольору зазвичай не перевищує (0.1 - 0.15) λ. Для спектральним-них ліній C і F хвильові аберації не більше 0.25λ, для лінії G 'вони лежать в межах від 0.25 до 0.5λ.
Також випускаються об'єктиви з плоскою поверхнею зображення -планоб'ектіви. Ці об'єктиви мають збільшене поле зору в порівнянні зі звичайними ахроматамі і апохромат. Планоб'ектіви за ступенем корекції діляться на планмонохромати, планахромати і планапохроматов. Вимоги до корекції аберацій для точки на осі планоб'ектівов такі ж, як і для відповідних монохроматов, ахроматов і апохроматов. Але, на відміну від останніх, у планоб'ектівов істотно краще виправлені кривизна зображення і астигматизм, а хвильові аберації в межах всього поля зору для внеосевой точок предмета не перевищують (0.5 -1.0) λ.
окуляри мікроскопів
Окуляри (від лат. Оculus, що означає "око") представляють собою лупи, за допомогою яких спостерігається проміжне зображення, створюване об'єктивом і тубусной лінзою. Крім того, він проектує вихідне вічко об'єктива на відстані, зручному для роботи. Окуляр працює в вузьких пучках променів, тому його сферична і сферохроматічеськая аберації малі в порівнянні з залишковими аберацією об'єктива і не впливають на якість зображення, що дається об'єктивом мікроскопа. У деяких окулярах виправляються хроматична різниця збільшення і дисторсия. Застосування того чи іншого окуляра визначається типом об'єктива і характером виправлення аберацій. Величина поля зору мікроскопа визначається розміром діафрагми поля зору окуляра.
Окуляри не є простими лінзами, а являють собою скоригований оптичні системи, що складаються з декількох лінз. Зазвичай окуляр дає додаткове збільшення Г = 10x. Проміжне зображення знаходиться на відстані читання, що становить 25 см. Загальне збільшення мікроскопа розраховується за такою формулою:
Vмікроскопа = Vоб'ектіва x Гокуляра.
На практиці прийнято, щоб один з окулярів міг фокусуватися, що дозволяє зрівнювати невелику різницю в установці на різкість для обох очей.
Залежно від своїх параметрів окуляри поділяються на окремі класи. Відмінності між ними виявляються при великих полях зору і, особливо, на краю зображення.
Окуляри сконструйовані таким чином, що проміжне зображення мікроскопа знаходиться на відстані від них. Тому зручно розміщувати в площині проміжного зображення різні шкали, сітки або інші порівняльні елементи, можна виробляти необхідні вимірювання.
Уніфікація характеристик об'єктивів і окулярів
До недавнього часу використовувалися об'єктиви з різними уніфікованими параметрами технічних характеристик [1]. Залежно від збільшення і числової апертури, а також типу корекції зустрічалися об'єктиви з різною висотою (відстань від об'єктива до опорної площини об'єктива). Ця величина коливалася в досить широких межах - від 12 до 70 мм, що призводило до незручності роботи на револьверному пристрої.
Хроматична різниця збільшення у старих ахроматических об'єктивів різних типів була постійною, а змінювалася від нуля (для "слабких" об'єктивів) до 2% (для об'єктивів з великим масштабом збільшення). Це створювало додаткові незручності при роботі. Так, наприклад, було потрібно використання в мікроскопах подвійного комплекту окулярів: Гюйгенса - для роботи з об'єктивами малих збільшень і компенсаційних - для роботи з "середніми" і "сильними" об'єктивами. До того ж, старі компенсаційні окуляри володіли серйозним недоліком - непостійністю хроматизму збільшення по полю зору, що призводило до наявності помітною забарвлення в площині проміжного зображення мікроскопа. Проведена в останні роки уніфікація характеристик об'єктивів і окулярів дала наступні результати.
- Об'єктиви для нових моделей мікроскопа розраховуються на дві довжини тубуса: 160 мм і нескінченність
- Висота всіх розроблених нових об'єктивів встановлена рівною 45 мм
- Хроматизм збільшення для об'єктивів всіх типів з різними оптичними характеристиками не повинен перевищувати 1%
- Значення лінійних збільшень і фокусних відстаней об'єктивів і окулярів змінюються по геометричній прогресії зі знаменником 1.6
- Опорна площина у всіх окулярів знаходиться вище переднього фокуса на 10 мм
- Перевагою оптики з уніфікованими оптичними характеристиками є можливість комплектувати мікроскопи змішаними типами об'єктивів
Для оцінки роздільної здатності об'єктивів мікроскопів користуються препаратами мікроскопічних елементів рослинних і тваринних утворень. До найбільш поширених препаратів належать вапняні панцири мікроскопічних водоростей - діатомей. Ширина і відстань між лінійними елементами цих панцирів для кожної певного виду діатомеї мають певні значення з найбільшими відхиленнями від середніх величин. Загальноприйнято користуватися невеликим набором препаратів різних певних діатомей в кількості не більше десяти. Вони підібрані таким чином, що серед них можна знайти структурні елементи з відстанями від 0.25 до 1.80 мкм [1].
Одночасно з роздільною здатністю досліджуваного об'єктива досвідчений дослідник виявляє дефекти об'єктива і оцінює його якість. Оцінка якості зображення має не менш важливе значення, ніж визначення роздільної здатності об'єктива.
При випробуванні об'єктивів, їх збирання та контролі користуються досить простими прийомами спостереження "світяться точок", отриманих у вигляді малих отворів різних розмірів в тонкому шарі срібла, обложеному на скляній пластинці. Спостерігаючи зображення цих отворів в світлі, можна досить чітко виявити всі недоліки об'єктива: недостатню центрування, натяг в склі і т.д. [2].
Критерієм роздільної здатності мікроскопа є межа, до якого два маленьких предмета сприймаються ще як роздільні об'єкти. Відстань dо, при якому має місце такий граничний випадок, може бути теоретично розраховане.
Необхідно знати, що будь-яка точка предмета - нехай це буде дуже маленький отвір в металевій фользі 1 (рисунок 1) - не відображається об'єктивом і тубусной лінзою 2 як світлий диск з різкими краями, а як розмите пляма, оточене дифракційними кільцями 3. Ця картина носить назва "диска Ері". Дифракційні кільця виникають в результаті обмеженою апертури об'єктива, тобто об'єктив грає роль "отвори". Чим більше апертура об'єктива, тим менше буде відстань dо
Числовий коефіцієнт "1.22" отримано розрахунковим шляхом для випадку, представленого на малюнку 2. Криві інтенсивності двох дифракційних фігур накладаються один на одного: якщо дві точки знаходяться на великій відстані один від одного, то вони легко спостерігаються як роздільні об'єкти. Якщо послідовно вибирати все більш коротку відстань, то настане граничний випадок, коли головний максимум об'єкта 2 (---) співпаде з першим мінімумом об'єкта 1 (-). У разі накладення профілів виникають два максимуму яскравості, розділених мінімумом, інтенсивність в якому приблизно на 20% менше інтенсивності в обох максимумах. Цього якраз ще досить для людського ока, щоб бачити дві роздільні точки (критерій Релея).
Поряд з методом дослідження "по дифракційної точці", широко користуються "платівкою Аббе", за допомогою якої виробляються випробування об'єктивів по ефективності виправлення сферичної і хроматичної аберацій, а також визначається товщина покривного скла, відповідна найкращому виправлення об'єктива. "Платівка Аббе" - це клиноподібна вузька смужка, товщина якої уздовж довгої сторони змінюється від 0.09 до 0.24 мм. Нижня поверхня клина покрита непрозорим шаром срібла, на якому різцем подряпано групи ліній або просвітів, паралельних довгій стороні пластинки; пластинка наклеєна на звичайне предметне скло. Рвані при великому збільшенні краю срібних смужок є дуже зручним, цілком контрастним предметом спостереження.
Розглядаючи смужку в різних умовах прямого і косого освітлення, в центрі і на краю поля, при виведенні мікроскопа з положення, відповідного найкращому зображенню, в обидві сторони від нього, досвідчений спостерігач може оцінити повною мірою якість виправлення об'єктива.