Линза объектива: Объектив накладной KEVATO PL3250 — купить по выгодной цене в интернет-магазине OZON

Что такое фокусное расстояние?
Этот параметр измеряет расстояние от светочувствительного сенсора до линз и соответственно влияет на размер объектива. Измеряется в миллиметрах и может быть фиксированным (для монофокальных исполнений) или изменяемым (для вариофокальных). Фокусное расстояние влияет на угол обзора камеры, зависимость обратно пропорциональная: чем меньше численное значение, тем большую территорию охватит устройство слежения. Прежде чем определиться, какой объектив для камеры видеонаблюдения выбрать, необходимо продумать, где устройство будет установлено. Оптика с маленьким фокусным расстоянием подойдет для охвата обширных территорий с небольшими требованиями к детализации, а большое значение параметра понадобится на узком участке с необходимой высокой четкостью изображения.

Как подобрать объектив для камеры видеонаблюдения по углу обзора

• узкоугольные (3–30°). Используют для контроля небольшого сектора: коридоров, лестниц, территории под окнами;
• среднеугольные (30–70°). Применяют в системах видеонаблюдения на детских или спортивных площадках, парковках, небольших офисных или складских помещениях;
• широкоугольные (до 95°). Ставят на наблюдение за большими залами, входными конструкциями, дворами частных домов;
• панорамные (360°). Используются при наблюдении за помещением или уличной территорией целиком. Не оставляют «мертвых» зон.

Как выбрать объектив

В первую очередь, нужно четко определить задачи видеонаблюдения и место установки камеры. Это позволит правильно подобрать фокусное расстояние, тип и угол обзора. Следует помнить, на что влияет размер объектива камеры видеонаблюдения, как правильно определять необходимый угол обзора в конкретной ситуации, и зачем нужны разные типы оптики.

Оптимальные варианты объективов, которые применимы в большинстве ситуаций, — фиксированные и вариофокальные. Панорамные и трансфокаторные выполняют более узкоспециализированные функции и стоят заметно дороже. Каталог объективов для видеонаблюдения Вы можете посмотреть по ссылке.

Линза объектива телескопа – Статьи на сайте Четыре глаза

новая технология однолинзовых объективов обещает улучшить камеры смартфонов

Камера в первом iPhone 2007 года имела разрешение всего 2 Мп. Сегодня в смартфонах можно обнаружить целый массив камер на передней и задних сторонах, некоторые из которых могут похвастать разрешением вплоть до 108 Мп. Вдобавок за десяток лет сильно продвинулось ПО в области вычислительной фотографии, но вот объективы в целом остались прежними. Но это обязательно изменится.

Olly Curtis | Getty Images

Новая компания под названием Metalenz ставит целью принципиально улучшить камеры смартфонов, заменив современные группы линз в объективах на одну плоскую линзу, состоящую из наноструктур. По словам компании, камера с такой линзой точно так же фокусирует изображение, но собирает при этом больше света для получения более качественных фотографий. Вдобавок, технология позволяет сделать модули камер куда компактнее.

Сегодня каждая камера смартфона имеет несколько линз (элементов объектива), установленных друг после друга. В iPhone 12 Pro, например, основной модуль тыльной камеры использует объектив из семи линз. За счёт системы линз производители добиваются компактности конструкции и одновременно резкого сфокусированного изображения на матрице.

Массив модулей камер, оснащённых линзами Metalenz (Julian Knight)

«Оптика, обычно используемая в современных смартфонах, состоит из четырёх-семи линз, — отметил Оливер Шиндельбек (Oliver Schindelbeck), менеджер по новациям известного своими качественными линзами производителя оптики Zeiss. — Если у вас только одна линза, просто по физическим законам в изображении будут аберрации или дисторсии из-за дисперсии и дифракции».

Больше линз позволяет производителям компенсировать такие проблемы как хроматические аберрации (расслоение цветов на краях изображения) или дисторсии объектива (когда прямые линии на фотографии выглядят изогнутыми). Однако для размещения линз поверх друг друга требуется больше пространства внутри модуля камеры. Это — одна из многих причин, по которым «выступ» камеры на смартфонах с годами становится всё больше и больше.

«Чем больше элементов объектива необходимо уместить в камеру, тем больше места потребуется», — отметил господин Шиндельбек. Другой причиной является использование всё более крупных датчиков изображения и зум-объективов. «Оптика в смартфонах стала более сложной, было добавлено больше линз, включая асферические элементы, чтобы добиться необходимого уменьшения пространства, но за последние 10 лет в этой области не было революции», — подчеркнул Оливер Шиндельбек.

Здесь на помощь и приходит Metalenz. Вместо пластиковых или стеклянных элементов линз, наложенных друг на друга над датчиком изображения, в конструкции Metalenz используется одна линза, построенная на стеклянной пластине габаритами от 1×1 до 3×3 мм. Пластина состоит из наноструктур размером в одну тысячную ширины человеческого волоса — они изгибают световые лучи таким образом, что устраняются многие недостатки классических однолинзовых систем.

Модули камер, оснащённых линзами Metalenz вблизи (Julian Knight)

Основа технологии была разработана в результате десятков лет исследований — раньше соучредитель и исполнительный директор Metalenz Роберт Девлин (Robert Devlin) работал над докторской степенью в Гарвардском университете вместе с известным физиком и соучредителем Metalenz Федерико Капассо (Federico Capasso). Сама же компания была создана в 2017 году.

Свет проходит через наноструктуры, которые на микроскопическом уровне выглядят как миллионы кругов разного диаметра. Господин Девлин отметил, что управлять световым потоком, добиваясь нужного результата и преломляя заданным образом лучи, можно просто меняя размер таких кругов. Результирующее изображение будет столь же чётким, как и у системы с множеством линз: наноструктуры возьмут на себя работу по уменьшению или устранению многих аберраций, ухудшающих качество изображения, характерных для традиционных камер. Причём дизайн не только экономит место, что уже было бы прорывом: разработчики утверждают, что новый подход позволяет улавливать и направлять на датчик изображения больше света, получая более яркие и чёткие изображения даже при недостаточном освещении.

Многие перспективные технологии остаются надолго на бумаге. Но в случае с Metalenz, похоже, можно ожидать иного. Компания уже заключила партнёрские отношения с двумя лидерами в области производства полупроводников (которые в настоящее время могут производить миллион модулей Metalenz в день). Оптика выпускается на тех же заводах, где и собираются потребительские устройства, что упрощает цепочки поставок.

Серийное производство планируется начать к концу года. Вначале эта система найдёт применение в 3D-сенсоре в некоем смартфоне (ни партнёры, ни производитель смартфона пока не называются). Metalenz утверждает, что её технология может найти применение и за пределами смартфонов: в медицинских приборах, в камерах дополненной и виртуальной реальности, в камерах автомобилей и так далее.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Присоедините объектив

1. Центр загрузки
2. Интерактивное руководство по D3500
3. Перед началом работы
4. Присоедините объектив

Следите, чтобы при снятом объективе или снятой защитной крышке фотокамеры внутрь фотокамеры не попала пыль. Обычно для наглядности в данном руководстве используется объектив AF-P DX NIKKOR 18–55 мм f/3,5–5,6G VR.

Снимите защитную крышку фотокамеры

Снимите заднюю защитную крышку объектива

Метка крепления (фотокамера)

Совместите метки крепления

Метка крепления (объектив)

Поверните объектив до щелчка, как показано на рисунке.

Не забудьте снять крышку объектива перед съемкой.

Прежде чем приступить к использованию фотокамеры, снимите блокировку и выдвиньте объектив. Удерживая нажатой кнопку выдвижения/втягивания на корпусе объектива (q), поверните кольцо зуммирования, как показано на рисунке (w).

Кнопка выдвижения/втягивания на корпусе объектива

Съемка будет невозможна при втянутом объективе; если отображается сообщение об ошибке в результате включения фотокамеры при втянутом объективе, поворачивайте кольцо зуммирования до тех пор, пока сообщение не исчезнет.

Перед снятием или заменой объектива убедитесь, что фотокамера выключена. Чтобы снять объектив, удерживайте нажатой кнопку отсоединения объектива (q), поворачивая объектив по часовой стрелке (w). После снятия объектива поставьте на место крышку объектива и защитную крышку фотокамеры.

Функцию подавления вибраций можно включить, выбрав Вкл. для Оптический VR в меню режима съемки (0 Оптический VR), если объектив поддерживает этот параметр, или переведя переключатель подавления вибраций объектива в положение ON (ВКЛ.), если объектив оборудован переключателем подавления вибраций. Индикатор подавления вибраций появляется на информационном экране, когда функция подавления вибраций включена.

Чтобы втянуть объектив, когда фотокамера не используется, удерживайте кнопку выдвижения/втягивания на корпусе объектива (q) нажатой и поверните кольцо зуммирования в положение «L» (блокировка), как показано на рисунке (w). Втяните объектив перед тем, как снять его с фотокамеры, и будьте осторожны, чтобы не нажать кнопку выдвижения/втягивания на корпусе объектива во время установки или снятия объектива.

Sony Global — Цифровая продукция

Фокусное расстояние — это расстояние от центра объектива до матрицы (фокальной плоскости). Это расстояние может быть разным в зависимости от объектива.
Фокусное расстояние — это важный параметр, определяющий выбор доступных для съемки сцен (угла обзора). На следующих фотографиях видно, что чем меньше фокусное расстояние, тем больший диапазон попадает в кадр. Соответственно, чем больше фокусное расстояние, тем крупнее кажутся удаленные объекты.

(*) Соотношение между фокусным расстоянием и углом обзора зависит от модели камеры. В этом руководстве в качестве примера используются камеры формата APS-C, если не указано иное.

• 200 мм

• 330 мм

Объективы с фокусным расстоянием около 35 мм называются нормальноугольными,так как их угол обзора близок к полю зрения человека. Объективы с фокусным расстоянием меньше 35 мм называются широкоугольными, а если фокусное расстояние больше 35 мм, то такой объектив называют телеобъективом. Впрочем, эти термины не основаны на жестких стандартах. В зависимости от объектов съемки используйте разные типы объективов.

Снято через широкоугольный объектив
Фокусное расстояние: 11 ммСнято через телеобъектив
Фокусное расстояние (250 мм)

Чтобы узнать фокусное расстояние объектива, найдите обозначение фокусного расстояния на самом объективе. Например, фокусное расстояние объектива SAL55200-2 составляет от 55 мм до 200 мм (см. рисунок).
На корпусе объектива со стороны байонета рядом с корпусом камеры указано значение фокусного расстояния, выставленное в данный момент. На этом рисунке значение фокусного расстояния составляет 55 мм.

На этом рисунке обозначение «55-200» с левой стороны указывает на диапазон фокусных расстояний для этого объектива. Белая линия с правой стороны указывает на значение фокусного расстояния, выставленное в данный момент.

Зум-объективы и объективы с фиксированным фокусным расстоянием

Объективы бывают двух типов: зум- объективы с переменным фокусным расстоянием и объективы с фиксированным фокусным расстоянием. Некоторые универсальные зум-объективы обладают свойствами как широкоугольного, так и телеобъектива. Такие объективы очень удобны как для повседневной съемки, так и для путешествия, так как не занимают много места.

Фокусное расстояние: 20 ммФокусное расстояние: 250 мм

Если вы используете объектив с фиксированным фокусным расстоянием, у которого нет функции зума, вам придется двигаться относительно объекта съемки, чтобы определить композицию снимка. Однако, объективы с фиксированным фокусным расстоянием отличаются быстродействием и оснащены более широкой диафрагмой, а также обладают преимуществом при съемке размытого фона и более длительной выдержкой, уменьшающей смазывание кадра в условиях низкого освещения. К тому же, качество фотографии, снятой на такой объектив будет значительно выше, чем при использовании зум-объектива, благодаря превосходной передаче изображения.

Эта фотография была снята на объектив с фиксированным фокусным расстоянием. Выставляя параметры диафрагмы на небольшое значение f-числа, вы получите бОльшую степень размытия заднего плана.
Макрообъективы, использующиеся при съемке крупных планов при приближении к объекту, тоже являются объективами с фиксированным фокусным расстоянием. Хотя множество современных зум-объективов оснащены функцией макросъемки и обладают достаточно малой дистанцией фокусировки, результат проигрывает специальным макрообъективам.

Объектив: SAL50F18 / Фокусное расстояние: 50 мм / F-число: 2.0

Эта фотография подсолнуха была снята на макрообъектив. Используя макрообъектив, вы сможете снять объект на очень близком расстоянии.

Объектив: SAL100M28 / Фокусное расстояние: 100 мм / F-число: 3.5

Что такое объектив? | Узнать о микроскопе

Линза объектива является наиболее важным оптическим элементом, который определяет основные характеристики / функции оптического микроскопа. Обеспечивает оптимальные оптические характеристики / функции для различных нужд и применений (т. Е. Наиболее важные характеристики / функции для оптического микроскопа. ) доступен широкий выбор объективов в зависимости от цели.

Линзы объектива грубо классифицируются в основном по назначению, методу микроскопии, увеличению и характеристикам (коррекция аберраций).Классификация в соответствии с концепцией коррекции аберраций среди этих элементов является характерным способом классификации объективов микроскопов.

1. Классификация по целям

Оптические микроскопы можно разделить на две категории; «биологическое использование» и «промышленное использование». Используя этот метод классификации, линзы объектива классифицируются на объективы «биологического использования» и объективы «промышленного использования». Обычный образец для биологического использования фиксируется на предметном стекле, закрывая его сверху покровным стеклом.Поскольку для наблюдения через это покровное стекло используется линза объектива биологического назначения, оптическая конструкция выполняется с учетом толщины покровного стекла (обычно 0,17 мм). Между тем, при промышленном использовании образец, такой как образец металлографии, полупроводниковая пластина и электронный компонент, обычно наблюдается без какого-либо покрытия. Линза объектива промышленного использования имеет оптическую конструкцию, оптимальную для наблюдения без какого-либо покровного стекла между концом линзы и образцом.

2. Классификация по методу микроскопии.

Для оптических микроскопов были разработаны различные методы микроскопии в соответствии с их назначением. Для каждого метода микроскопии были разработаны специальные линзы объектива, которые классифицируются в соответствии с этим методом. Например, «отраженный объектив темного поля (световой путь с круговой зоной применяется к периферии внутренней линзы)», «Дифференциальный интерференционный контраст (ДИК)» (комбинация оптических свойств с призмой ДИК (Номарского) оптимизирована за счет уменьшение искажений линзы) »,« флуоресцентный объектив (улучшается пропускание в ближней ультрафиолетовой области) »,« поляризационный объектив (значительно уменьшаются искажения линз) »и« фазовый объектив (встроена фазовая пластина). .

3. Классификация по увеличению

Оптический микроскоп используется с несколькими объективами, прикрепленными к части, называемой револьверной головкой. Обычно к этой вращающейся револьверной головке прикрепляют несколько комбинированных объективов с разным увеличением, чтобы плавно изменять увеличение с малого на большее, только вращая револьверную головку. Следовательно, обычная комбинация состоит из объективов с малым увеличением (5x, 10x), промежуточным увеличением (20x, 50x) и большим увеличением (100x).Для получения высокой разрешающей способности, особенно при большом увеличении среди этих объективов, доступен иммерсионный объектив для наблюдения со специальной жидкостью с высоким показателем преломления, такой как иммерсионное масло или вода, заряженная между концом линзы и образцом. Объективы со сверхмалым увеличением (1,25x, 2,5x) и сверхбольшим увеличением (150x) также доступны для специального использования.

4. Классификация объективов по коррекции аберраций.

Классификация в соответствии с коррекцией хроматической аберрации (уровень)

Коррекция осевой хроматической аберрации делится на три уровня: ахромат, семиапохромат (флюорит) и апохромат в соответствии со степенью коррекции.Объективный модельный ряд делится от популярного класса до высокого класса с постепенной разницей в цене. Линза объектива, для которой была сделана коррекция осевой хроматической аберрации для двух цветов C-лучей (красный: 656,3 нм) и F-лучей (синий: 486,1 нм), называется ахроматическим или ахроматическим объективом. В случае ахромата луч, за исключением двух вышеупомянутых цветов (обычно фиолетовый g-луч: 435,8 нм), попадает в фокус в плоскости, удаленной от фокальной плоскости. Этот g-луч называется вторичным спектром. Линза объектива, для которой хроматическая аберрация вплоть до этого вторичного спектра была удовлетворительно исправлена, известна как апохроматический или апохроматический объектив.Другими словами, апохромат — это объектив, для которого была исправлена ​​осевая хроматическая аберрация трех цветов (C, F и g-лучи). На следующем рисунке показана разница в коррекции хроматической аберрации между Achromat и Apochromat с использованием аберрации волнового фронта. Этот рисунок доказывает, что апохромат корректирует хроматическую аберрацию в более широком диапазоне длин волн, чем ахромат.

Сравнение коррекции хроматической аберрации (между ахроматом и апохроматом)

Между тем известен объектив, для которого степень коррекции хроматической аберрации вторичного спектра (g-лучей) установлена ​​на среднее значение между ахроматом и апохроматом. как полуапохромат (или флулорит).

В оптических конструкциях объективов микроскопов, как правило, чем больше числовая апертура и чем выше увеличение, тем труднее исправить осевую хроматическую аберрацию вторичного спектра. В дополнение к хроматической аберрации оси, различные аберрации и состояние синуса должны быть в достаточной степени исправлены, и поэтому коррекция вторичного спектра является гораздо более сложной задачей. В результате апохроматический объектив с большим увеличением требует большего количества линз для коррекции аберраций.Некоторые объективы состоят из более чем 15 линз. Для удовлетворительной коррекции вторичного спектра эффективно использовать «стекло с аномальной дисперсией» с меньшей хроматической дисперсией вплоть до вторичного спектра для мощной выпуклой линзы среди составляющих линз. Типичным материалом этого стекла с аномальной дисперсией является флюорит (CaF2), который был принят для апохроматических объективов с давних пор, несмотря на несовершенство обрабатываемости. Недавно было разработано оптическое стекло со свойством, очень близким к аномальной дисперсии флюорита, которое используется в качестве основного материала вместо флюорита.

Классификация в соответствии с поправкой на аберрацию кривизны поля

Фотосъемка или съемка изображения с помощью видеокамеры стали обычным явлением в микроскопии, и поэтому все чаще требуется четкое, резкое изображение по всему полю зрения. Следовательно, линзы объектива Plan с удовлетворительной коррекцией аберрации кривизны поля используются в качестве основного направления. Чтобы скорректировать аберрацию кривизны поля, оптическая конструкция выполнена таким образом, что сумма Петцваля становится равной нулю. Однако эта коррекция аберрации более трудна, особенно для объективов с большим увеличением.(Эту коррекцию трудно совместить с другими коррекциями аберраций). Линза объектива, в которой выполняется такая коррекция, обычно имеет мощные вогнутые оптические компоненты в передней группе линз и мощные вогнутые компоненты в задней группе.

Связанная ссылка

> Начало страницы продукта

> Начало страницы цифрового микроскопа

> Начало страницы лазерного конфокального микроскопа

> Линейка объективов UIS2

Каковы различные увеличения объективов? / Новости и события ACCU-SCOPE

Эта запись была опубликована 16 марта 2020 г. компанией Accu-Scope.

Большинство составных микроскопов поставляются со сменными линзами, известными как линзы объектива . Объективы бывают разной кратности увеличения, наиболее распространенными из которых являются 4x, 10x, 40x и 100x, также известные как сканирование, малое увеличение, высокое увеличение, и (обычно) масляные иммерсионные объективы соответственно. Давайте подробнее рассмотрим каждый из вариантов увеличения линз объектива и когда вы будете их использовать.

Сканирующая линза объектива обеспечивает наименьшее увеличение из всех линз объектива.4-кратное увеличение — это обычное увеличение для сканирующих объективов, а в сочетании с увеличением линзы окуляра 10-кратное увеличение линза 4-кратного сканирующего объектива дает общее увеличение в 40 раз. Название «сканирующая» линза объектива происходит от того факта, что она обеспечивает наблюдателям достаточное увеличение для хорошего обзора слайда, по сути, «сканирования» слайда. Некоторые задачи с еще меньшей мощностью обсуждаются ниже в разделе «Специальные задачи».

Линза объектива с низким увеличением имеет большее увеличение, чем линза сканирующего объектива, и это одна из самых полезных линз, когда дело доходит до наблюдения и анализа образцов стеклянных предметных стекол.Общее увеличение линзы объектива с низким увеличением в сочетании с линзой окуляра 10x составляет 100-кратное увеличение, что дает вам возможность видеть слайд ближе, чем линза сканирующего объектива, не приближаясь слишком близко для общих целей просмотра.

Мощная линза объектива (также называемая линзой с высокой сухостью) идеальна для наблюдения мелких деталей в образце. Общее увеличение мощного объектива в сочетании с 10-кратным окуляром равно 400-кратному увеличению, что дает вам очень подробное изображение образца на вашем слайде.

Маслоиммерсионный объектив обеспечивает самое мощное увеличение с колоссальным увеличением в 1000 раз в сочетании с 10-кратным окуляром. Но показатели преломления воздуха и вашего предметного стекла немного отличаются, поэтому необходимо использовать специальное иммерсионное масло, чтобы сократить разрыв. Без добавления капли иммерсионного масла линза объектива с масляной иммерсией не будет работать правильно, образец будет выглядеть размытым, и вы не сможете достичь идеального увеличения или разрешения.Некоторые производители также выпускают масляные иммерсионные линзы с меньшим увеличением и обеспечивают более высокое разрешение, чем их «высокосухие» аналоги.

Есть несколько других увеличений объектива, доступных с полезностью для конкретных приложений. Объектив с 2-кратным увеличением, широко используемый в патологии, имеет лишь 1/2 увеличения сканирующей линзы с 4-кратным увеличением, что обеспечивает лучший обзор образца на слайде.Масляный иммерсионный объектив с 50-кратным увеличением, который часто используется вместо 40-кратного объектива, используется как золотой стандарт для наблюдения за мазками крови. Объектив с 60-кратным увеличением, часто выпускаемый как в сухой, так и в масляной иммерсии, обеспечивает на 50% большее увеличение, чем объектив с 40-кратным увеличением. 60-кратное сухое изображение иногда выбирают вместо 100-кратного масляного иммерсионного объектива для большего увеличения без необходимости использования иммерсионного масла. Наконец, 100-кратный сухой объектив не требует иммерсионного масла для обеспечения высокого увеличения (все еще 1000-кратный в сочетании с 10-кратными окулярами).Однако числовая апертура (показатель разрешающей способности объектива) у 100-кратного сухого объектива намного ниже, чем у 100-кратного масляного иммерсионного объектива, и, как следствие, способность линзы разрешать мелкие детали в образце снижается. намного ниже тоже.

Важно всегда использовать правильную иммерсионную среду (например, воздух, воду, масло и т. Д.), Которая соответствует характеристикам линзы вашего объектива.

• Изображение, созданное неправильным иммерсионным носителем, будет размытым.Как правило, объективы предназначены для «просмотра» иммерсионной среды с определенным показателем преломления (тема для другой статьи). Например, воздух имеет показатель преломления, близкий к 1,0, тогда как стандартное иммерсионное масло имеет показатель преломления ~ 1,51.
• Вы можете повредить объектив, если используете неподходящее иммерсионное масло.

Если вы заинтересованы в покупке различных типов линз для вашего микроскопа в классе, лаборатории, исследовательском центре или для любых других целей, ACCU-SCOPE может предоставить вам товары, которые вы ищете.Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о наших линзах объектива и других принадлежностях для микроскопов.

Анатомия линзы объектива

Линза объектива — одна из наиболее важных частей микроскопа, поскольку она определяет его основные характеристики и функции. Тем не менее, эти прецизионные элементы оптического оборудования часто недостаточно изучены.

Здесь мы разбиваем анатомию линзы объектива на простые для понимания термины и обсуждаем общие части, из которых состоит объектив.

4 основных компонента линзы объектива микроскопа

Хотя конструкции объективов различаются в зависимости от таких факторов, как их предназначение, метод микроскопии, коррекция аберрации и производитель, все объективы микроскопов имеют некоторые схожие характеристики. Вот четыре основных компонента, которые необходимо знать:

1. Ствол: Физический внешний корпус тела объектива. Он изготовлен из латуни с типичным парфокальным расстоянием 45 мм.
2. Резьба винтов: Резьба используется для крепления объектива к револьверной головке микроскопа. Обычно их размер соответствует стандартам Королевского микроскопического общества (RMS) для совместимости с различными системами микроскопов.
3. Линзы: Объектив микроскопа может содержать одну линзу, которая обычно сделана из стекла, или сложную внутреннюю систему линз, состоящую из множества линз. Эта система может включать несколько типов линз, в том числе:
   • Мениск и полусферические линзы: Менисковая линза содержит две сферические изогнутые поверхности, выпуклые с одной стороны и вогнутые с другой.В сочетании с полусферической линзой они работают вместе, чтобы улавливать световые лучи и улучшать числовую апертуру.
   • Тройные и двойные линзы: Проще говоря, тройка линз — это составная линза, состоящая из трех отдельных линз. Дублет линз — это две простые линзы, соединенные вместе.
   • Одинарная линза: Отдельная линза.
   • Прокладки для линз: Это прокладки, которые устанавливаются между линзами.
   • Внутренний корпус линзы: Как следует из названия, в этой конструкции размещается внутренняя система линз.
   • Задняя апертура объектива: Отверстие или отверстие, через которое свет попадает в объектив.
4. Вписанные спецификации: На поверхность тубуса объектива нанесены такие характеристики, как числовая апертура (NA) и увеличение. Среда для погружения и увеличение также имеют цветовую маркировку на внешнем корпусе. Этот ярлык поможет вам быстро определить возможности цели и определить, подходит ли она для вашего приложения.Чтобы узнать больше о характеристиках общих целей, прочтите этот ресурс далее.

Помимо этих основных компонентов, некоторые объективы включают подпружиненный выдвижной узел для защиты передних линз и образца от повреждений при столкновении.

Имейте в виду, что объективы с большей оптической коррекцией аберраций и плоскостности обычно содержат много линз. Например, сложные планапохроматические объективы имеют около 15 линз, тогда как обычные ахроматические объективы содержат значительно меньше линз.

Возможности современных и продвинутых конструкций объективов

Когда дело касается линз, знания — это сила. Многие объективные разработки требуют от вас компромисса в одной области производительности при улучшении другой. Однако достижения в объективной технологии позволяют нашим новейшим оптическим конструкциям преодолеть это общее ограничение.

Например, объективы Olympus X Line оснащены множеством ультратонких выпуклых и вогнутых линз, обеспечивающих исключительную плоскостность, коррекцию аберраций и числовую апертуру в одной системе линз.Результат? Яркие качественные изображения по всему полю зрения.

Чтобы определить правильную цель для вашего приложения, воспользуйтесь нашей поисковой системой или задайте любые вопросы.

Связанный контент

Видео: технические характеристики высокопроизводительных объективов X Line

Видео: высокопроизводительные объективы X Line Информация о продукте

Objective Finder

Оптические системы микроскопов ｜ Биологические флуоресцентные микроскопы KEYENCE

Основы микроскопов

Оптические системы для микроскопов

В оптических микроскопах для визуализации используется комбинация линз объектива и окуляра (окуляров).Увеличение при наблюдении является произведением увеличения каждой из линз. Обычно это значение составляет от 10х до 1000х, а некоторые модели даже достигают 2000х кратного увеличения.

Линза объектива

Линза объектива состоит из нескольких линз для увеличения объекта и проецирования большего изображения. В зависимости от разницы фокусного расстояния доступны линзы с разным увеличением, например 4x, 10x, 40x и 50x. Помимо увеличения, индексы, показывающие характеристики объектива, включают числовую апертуру и рабочее расстояние.
Свет, проходящий через линзу, вызывает цветовую аберрацию (растекание цвета), которая имеет другой показатель преломления в зависимости от длины волны. Для предотвращения этого были разработаны следующие линзы:

— Ахроматическая линза

Линзы, предназначенные для обеспечения одинаковых показателей преломления двух длин волн (цветов) света. Этот тип линз получил широкое распространение, отчасти из-за доступной цены.

— Полуапохроматическая линза (флюоритовая линза)

Линзы, предназначенные для обеспечения одинаковых показателей преломления трех длин волн (цветов) света.Этот тип линз используется для наблюдения флуоресценции, поскольку обеспечивается коэффициент пропускания для ультрафиолетового света с длиной волны около 340 нм.

— Апохроматическая линза

Линзы, предназначенные для обеспечения таких же показателей преломления трех длин волн (цветов) света, как у полуапохроматических линз. Этот тип линз имеет большую числовую апертуру и лучшее разрешение и поэтому часто используется для исследований, требующих детального наблюдения. Эта высокая производительность означает, что цена также выше.

— План линзы

Линза, в которой исправлена ​​аберрация кривизны поля, так что фокусируется не только центр линзы, но и периферия. Если у перечисленных выше линз исправлены аберрации кривизны поля, они соответственно называются планахроматическими линзами, планфлюоритовыми линзами и планапохроматическими линзами. В большинстве случаев на линзах нанесена маркировка «ПЛАН».

— Иммерсионная линза

Увеличивает числовую апертуру за счет заполнения жидкостью между линзой объектива и образцом для достижения высокого разрешения.Иммерсионная линза, в которой используется масло, называется иммерсионной линзой, а линза, в которой используется вода, называется иммерсионной линзой. Первый обозначается сбоку «HI» или «OIL», а второй — «W» или «WATER».

Линза окуляра (окуляр)

Линза, устанавливаемая на стороне наблюдателя. Изображение, увеличенное линзой объектива, дополнительно увеличивается линзой окуляра для наблюдения. Окулярная линза состоит из одной-трех линз, а также снабжена механизмом, называемым ограничителем поля, который удаляет ненужный отраженный свет и аберрации.
Доступны разные типы в зависимости от обеспечиваемого увеличения, например 7x и 15x. Помимо увеличения, характеристики объектива представлены числом поля, которое показывает диапазон поля зрения.
В отличие от линз объектива, чем больше увеличение линзы окуляра, тем короче ее длина.
Следующие линзы доступны в зависимости от конструкции полевого упора или области применения:

— Линза Гюйгенса

Состоит из двух плосковыпуклых линз.Этот тип линз используется для небольшого увеличения и отличается упором поля, расположенным в тубусе линзы.

— Линза Рамсдена

Этот тип линз отличается упором поля, расположенным вне тубуса объектива.

— Линза периплана

Исправляет хроматическую аберрацию увеличения и другие свойства, чтобы обеспечить четкое наблюдение даже на периферии поля зрения.

— Линза компенсации

Окулярная линза, компенсирующая аберрацию, вызванную линзой объектива.

— Широкопольный объектив

Обеспечивает широкий угол обзора и в основном используется для наблюдения за живыми организмами и минералами.

— Суперполевой объектив

Поддерживает еще более широкое поле зрения и в основном используется со стереоскопическими микроскопами.

Линза конденсора

Линза для установки под сценой. Этот объектив может регулировать количество света для равномерного освещения объектов. Это полезно для наблюдения при большом увеличении.Существуют различные типы конденсаторных линз, от обычных «конденсаторов Аббе» до «ахроматических конденсаторов», которые корректируют цветовые аберрации.

— Конденсатор Аббе

Простая конденсорная линза, которая часто используется в микроскопах, установленных в учебных заведениях.

— Ахроматический конденсатор

Конденсорная линза, корректирующая цветовую аберрацию. Ахроматические апланатические конденсаторные линзы доступны как усовершенствованный тип линз, позволяющий корректировать кривизну поля.

— Универсальный конденсатор

Поддерживает широкий диапазон наблюдений, таких как темное поле, фазовый контраст, дифференциальный интерференционный контраст и наблюдение в поляризованном свете.

Об увеличении

Общее увеличение при наблюдении представляет собой произведение увеличений объектива и окулярных линз. Например, линза объектива 20x и линза окуляра 10x дают общее увеличение 200x.
Увеличение 1x относится к состоянию, когда объект рассматривается глазом с расстояния 250 мм.250 мм считается расстоянием, которое лучше всего видно человеческому глазу. Это называется расстоянием отчетливого видения. Увеличение окулярной линзы получается делением расстояния отчетливого зрения на фокусное расстояние линзы.

Интернет-кампус ZEISS Microscopy | 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 впоследствии увеличивается с помощью окуляров.Объективы отвечают за формирование первичного изображения и играют центральную роль в установлении качества изображений, которые способен производить микроскоп. Кроме того, увеличение конкретного образца и разрешение, при котором мелкие детали образца также сильно зависят от объективов микроскопа. Объектив — самый сложный для проектирования и сборки компонент оптического микроскопа. Это первый элемент, с которым сталкивается свет при прохождении от образца к плоскости изображения.Объективы получили свое название из-за того, что по близости они являются ближайшим компонентом к изображаемому объекту или образцу.

Основные производители микроскопов предлагают широкий выбор объективов с превосходными оптическими характеристиками в широком спектре условий освещения и различной степени коррекции первичных оптических аберраций. Объектив, показанный на рисунке 1, представляет собой мультииммерсионный план-апохромат с 20-кратным увеличением, который содержит 9 оптических элементов, скрепленных вместе в две группы дублетов линз, группу тройных подвижных линз и две отдельные внутренние одноэлементные линзы.Объектив также имеет полусферическую переднюю линзу и мениск-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 наконечником, который защищает передние линзы и образец от повреждений при столкновении. Внутренние элементы линзы тщательно ориентированы и плотно упакованы в трубчатый латунный корпус, который заключен в декоративную оправу объектива.Конкретные параметры объектива, такие как числовая апертура, увеличение, длина оптической трубки, степень коррекции аберрации и другие важные характеристики отпечатаны или выгравированы на внешней части ствола. Объектив, показанный на рисунке 1, предназначен для работы с использованием воды, глицерина или специального масла на углеводородной основе в качестве среды визуализации.

За последние 100 лет строительные технологии и материалы, используемые для изготовления объективов, значительно улучшились.Состоящие из множества внутренних стеклянных линз, современные объективы достигли высокого уровня качества и производительности, учитывая степень коррекции аберраций и плоскостность поля. В настоящее время объективы разрабатываются с помощью систем автоматизированного проектирования ( CAD ), в которых используются усовершенствованные составы стекла с редкими элементами однородного состава и качества, характеризующиеся высокоспецифическими показателями преломления. Эти передовые методы позволили производителям изготавливать объективы с очень низкой дисперсией и корректировкой большинства распространенных оптических артефактов, таких как кома, астигматизм, геометрические искажения, кривизна поля, сферическая и хроматическая аберрация. Разрешение определяется целью

Существует три важных конструктивных характеристики объектива, которые определяют предел разрешающей способности микроскопа: длина волны света, используемого для освещения образца, угловая апертура светового конуса, захваченного объективом, и показатель преломления в пространстве объекта. между передней линзой объектива и образцом. Разрешение оптического микроскопа с дифракционным ограничением 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, которые четко разрешены, λ — длина волны освещения, n — показатель преломления среды изображения, а θ равно половине объектива угловая апертура.Учитывая это, очевидно, что разрешение прямо пропорционально длине волны освещения. Человеческий глаз реагирует на диапазон длин волн от 400 до 700 нанометров, который представляет 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 либо через воздух, либо через среду с более высоким показателем преломления между передней линзой и образцом.Поле зрения часто сильно ограничено, и передняя линза объектива размещается близко к образцу, с которым она должна находиться в оптическом контакте. Увеличение разрешения примерно в 1,5 раза достигается при замене иммерсионного масла вместо воздуха в качестве среды визуализации.

Наконец, последним, но, возможно, наиболее важным фактором при определении разрешения объектива является угловая апертура, которая имеет практический верхний предел около 72 градусов (при значении синуса 0.95). В сочетании с показателем преломления произведение:

п (грех (θ)) (2)

известна как числовая апертура ( NA ) и является важным показателем разрешения для любого конкретного объектива. Помимо увеличения, числовая апертура, как правило, является наиболее важным критерием при выборе объектива микроскопа. Значения варьируются от 0,025 для объективов с очень малым увеличением (от 1x до 4x) до 1,6 для высокопроизводительных объективов, в которых используются специальные иммерсионные масла.По мере увеличения числовой апертуры для серии объективов с одинаковым увеличением происходит большая светосила и разрешение. В лучших условиях только что разрешенные детали должны быть увеличены в достаточной степени, чтобы их можно было удобно рассматривать, но не до такой степени, что пустое увеличение мешает наблюдению мелких деталей образца. Микроскоп должен тщательно выбирать числовую апертуру объектива в соответствии с увеличением, полученным на окончательном изображении.Увеличение выше этого значения не даст дополнительной полезной информации (или более высокого разрешения деталей изображения) и приведет к ухудшению качества изображения. Превышение предела полезного увеличения приводит к тому, что изображение страдает от пустого увеличения , где увеличение увеличения просто приведет к увеличению изображения без соответствующего увеличения разрешения.

Подобно тому, как яркость освещения в микроскопе направляется 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 числовой апертуры / отношения увеличения выражает светосилу объектива при использовании в проходящем свете. Объективы с высокой числовой апертурой собирают больше света и дают более яркое, более скорректированное изображение с высоким разрешением, потому что они также часто лучше корректируются для аберрации.В случаях, когда уровень освещенности является ограничивающим фактором (яркость изображения быстро уменьшается с увеличением увеличения), выберите объектив с наибольшей числовой апертурой и наименьшим коэффициентом увеличения, способный обеспечить достаточное разрешение.

Когда объектив собран, сферическая аберрация корректируется путем выбора наилучшего набора прокладок, которые подходят между полусферической и менисковой линзами (нижние крепления объектива). Объектив парфокализуется за счет перемещения всей группы линз вверх или вниз внутри гильзы с помощью стопорных гаек, так что фокус не будет потерян, когда объективы, размещенные на множестве револьверных головок, меняются местами.Факторы объективной коррекции

Чаще всего в лабораторных микроскопах используются ахроматические объективы. Такие объективы корректируются на осевые хроматические аберрации в синем и красном длинах волн, которые составляют около 486 и 656 нанометров соответственно. И то, и другое сведено в единую точку фокусировки. Ахроматические объективы также исправлены на сферическую аберрацию зеленого цвета (546 нанометров; 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 дополнительную проблему. Планахроматы обеспечивают коррекцию плоского поля для ахроматных объективов (рис. 2). Еще более высокий уровень коррекции и стоимости обнаруживается в объективах, называемых флюоритами или полуапохроматами (проиллюстрированных центральным объективом на рисунке 2), названных в честь минерала флюорита, который первоначально использовался в их конструкции.

изготавливаются из усовершенствованных составов стекла, содержащих такие материалы, как плавиковый шпат или новые синтетические заменители, которые позволяют значительно улучшить коррекцию оптических аберраций.Подобно ахроматам, флюоритовые объективы также корректируются хроматически на красный и синий свет, однако флюориты также корректируются сферически на два или три цвета вместо одного цвета, как и ахроматы. По сравнению с ахроматами флюоритовые объективы имеют более высокую числовую апертуру, что позволяет получать более яркие изображения. Флюоритовые объективы 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 апохроматные объективы с более высоким увеличением (40x и 100x). Апохроматы почти устраняют хроматическую аберрацию, обычно хроматически корректируются по трем цветам (красный, зеленый и синий) и корректируются сферически по двум или трем длинам волн (см. Таблицу 1). Апохроматические объективы — лучший выбор для цветной микрофотографии в белом свете.Из-за высокого уровня коррекции апохроматные объективы обычно имеют при заданном увеличении более высокую числовую апертуру, чем ахроматы или флюориты. Многие из новых высокоэффективных флюоритовых и апохроматных объективов имеют хроматическую коррекцию для четырех (темно-синий, синий, зеленый и красный) или более цветов и четырех цветов сферически.

Объектив микроскопа для коррекции оптической аберрации

Таблица 1

Объективы всех трех типов имеют ярко выраженную кривизну поля, поэтому они проецируют изогнутые изображения, а не плоские.Такой артефакт становится более серьезным при большем увеличении. Чтобы преодолеть это неотъемлемое условие, разработчики оптики создали объективы с коррекцией плоского поля, которые позволяют получать изображения с общим фокусом во всем поле обзора. Объективы с коррекцией плоского поля и низким уровнем искажений называются планахроматами, планфлюоритами или планапохроматами, в зависимости от степени остаточной аберрации. Эта коррекция, хотя и дорогая, чрезвычайно важна для цифровых изображений и обычной микрофотографии.

В течение многих лет искривление поля не исправлялось как наиболее серьезная оптическая аберрация, возникающая во флюоритовых (полуапохроматических) и апохроматных объективах, которую допускали как неизбежный артефакт. Внедрение коррекции плоского поля (плана) в объективы улучшило их использование для микрофотографии и видеомикроскопии, и сегодня эти коррекции являются стандартными как для общего использования, так и для высокопроизводительных объективов. На рисунке 3 показано, как поправка на кривизну поля (для простого ахромата) добавляет к объективу значительное количество линзовых элементов.Значительное увеличение количества линз для коррекции плана также происходит с флюоритовыми и апохроматными объективами, что часто приводит к чрезвычайно плотной посадке линз (см. Рисунок 1) во внутренней втулке объектива.

Старые объективы обычно имеют меньшую числовую апертуру и подвержены хроматической разнице увеличения — аберрации, требующей коррекции с помощью специально разработанных компенсирующих окуляров или окуляров. Этот тип коррекции был распространен во время популярности микроскопов с фиксированной длиной трубки, но в современных объективах и микроскопах с коррекцией на бесконечность он не является необходимым. В последнее время коррекция хроматической разницы в увеличении либо встроена в сами объективы современных микроскопов (Olympus и Nikon), либо корректируется в линзе тубуса (Leica и Zeiss). Промежуточное изображение в системе с коррекцией на бесконечность появляется за линзой трубки на оптическом пути на эталонном фокусном расстоянии. Фокусное расстояние линзы трубки 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.Характеристики покровного стекла

Во многих биологических и петрографических приложениях при установке образца стеклянное покровное стекло используется как для защиты целостности образца, так и для обеспечения прозрачного окна для наблюдения. Покровное стекло сближает световые конусы, исходящие из каждой точки образца. Но он также вносит хроматические и сферические аберрации, которые необходимо скорректировать объективом. Показатель преломления, дисперсия и толщина покровного стекла определяют степень схождения световых лучей.Дополнительную озабоченность вызывает водный растворитель или избыток монтажной среды, который находится между образцом и покровным стеклом во влажных или толстых препаратах, которые вносят свой вклад в вариации показателя преломления и толщины 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 проектировании элементов линз для объективов. Объективы с меньшим увеличением предназначены для использования только с воздухом в качестве среды формирования изображения между передней линзой объектива и покровным стеклом.Максимальная теоретическая числовая апертура, получаемая с воздухом, составляет 1,0, однако на практике практически невозможно создать сухой объектив с числовой апертурой выше 0,95. Влияние изменения толщины покровного стекла незначительно для сухих объективов с числовой апертурой менее 0,4, но такое отклонение становится значительным при числовой апертуре, превышающей 0,65, где колебания величиной всего 0,01 миллиметра могут привести к сферической аберрации.

Возможна корректировка вариаций толщины покровного стекла.Несколько высокопроизводительных апохроматных сухих объективов оснащены корректирующими манжетами, которые позволяют регулировать вращающееся кольцо, которое заставляет две группы линзовых элементов в объективе перемещаться ближе друг к другу или дальше друг от друга (см. Рисунок 4). Различные специализированные фазоконтрастные объективы, разработанные для наблюдения культур тканей с помощью инвертированного микроскопа, имеют еще более широкий диапазон компенсации — от 0 до 2 миллиметров. Таким образом, образцы можно просматривать через дно большинства сосудов для культивирования, которые в этом диапазоне размеров часто имеют резкие колебания толщины.

Покровное стекло номер 1½ является стандартным, его толщина составляет 0,17 миллиметра. К сожалению, не все 1½ покровные стекла изготавливаются в соответствии с этим стандартом (они варьируются от 0,16 до 0,19 миллиметра), и у многих образцов есть среда между ними и покровным стеклом. Регулируя длину механической трубки 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 покровного стекла. Иммерсионная среда с показателем преломления, аналогичным показателю преломления покровного стекла, практически исключает ухудшение изображения из-за изменений толщины покровного стекла, в результате чего лучи с большим углом наклона больше не преломляются и легче захватываются объективом. Лучи света, проходящие через образец, попадают в однородную среду 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 избавляется от сферической аберрации.

Обычная конструкция практичного масляного иммерсионного объектива включает в себя полусферическую переднюю линзу, за которой следуют линза с положительным мениском и группа дуплетных линз. Апланатические рефракции возникают на первых двух элементах линзы в типичном апохроматическом масляном иммерсионном объективе. Линзы объектива с масляной иммерсией также могут корректировать хроматические дефекты, вносимые первыми двумя элементами линзы, вызывая при этом минимальную сферическую аберрацию.Использование масляного иммерсионного объектива без масла между покровным стеклом и первой линзой приведет к дефектным изображениям из-за рефракции, которые не могут быть исправлены последующими компонентами линзы внутри объектива.

Производители микроскопов производят объективы с ограниченными допусками по показателю преломления и дисперсии. Это означает, что они требуют согласования значений в жидкости, помещенной между покровным стеклом и передней линзой объектива. Рекомендуется использовать только масло, предназначенное объективным производителем, и не смешивать иммерсионные масла между производителями.Объективные характеристики

Если вы посмотрите на ствол объектива, вы обнаружите, что на нем написано большое количество деталей. На каждом объекте начертано увеличение; длина трубки, на которую рассчитан объектив, чтобы получать наилучшие изображения; и толщину покровного стекла, защищающего образец, которая, как предполагал разработчик, имеет постоянное значение, с поправкой на сферическую аберрацию. На объектив будет нанесена гравировка OIL или OEL или HI , если объектив предназначен для работы с иммерсионным маслом. В противном случае объектив предназначен для использования всухую. На объективах также всегда выгравировано их числовое значение апертуры. Если объектив не показывает более высокую коррекцию, это, скорее всего, ахроматический объектив (объективы с более высокой степенью коррекции имеют такие надписи, как апохромат или апо, план, FL, флюор и т. Д.).

В течение нескольких лет большинство производителей соответствовали международному стандарту парфокального расстояния при разработке линз для биологических применений. В результате большинство объективов имело парфокальное расстояние 45.0 миллиметров и считались взаимозаменяемыми. Поскольку производство трубок с коррекцией на бесконечность стало обычным явлением, был создан новый набор критериев проектирования для коррекции аберраций в объективе и линзах трубки. Наряду с требованием большей гибкости для удовлетворения требований увеличения рабочих расстояний за счет более высоких числовых апертур и размеров поля взаимозаменяемость между линзами объектива от разных производителей теперь более ограничена.

В ситуациях, когда образец предназначен для визуализации без покровного стекла, рабочее расстояние измеряется на реальной 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 формирования изображения, должны иметь сравнительно большие рабочие расстояния при условии выполнения требований к числовой апертуре. В качестве альтернативы иммерсионные объективы должны иметь меньшие рабочие расстояния, чтобы иммерсионная жидкость оставалась между передней линзой и образцом на месте. Многие объективы, разработанные с одинаковыми рабочими расстояниями, имеют подпружиненный стопор отвода, который позволяет снимать переднюю линзу в сборе, вставляя ее в корпус объектива и поворачивая для фиксации на месте.Антибликовые покрытия

Одним из наиболее значительных улучшений в конструкции объектива за последние годы является усовершенствование технологии антиотражающего покрытия, которое помогает уменьшить ненужные отражения, возникающие при прохождении света через систему линз. Каждая граница раздела воздух-стекло без покрытия способна отражать от четырех до пяти процентов падающего светового луча по нормали к поверхности, что дает значение пропускания 95-96 процентов при нормальном падении. Если нанести просветляющее покрытие толщиной четверть длины волны с соответствующим показателем преломления, оно может увеличить это значение на три-четыре процента.Многослойные покрытия, которые обеспечивают значения пропускания, превышающие 99,9% в видимом спектральном диапазоне, заменили однослойные покрытия линз, которые когда-то использовались для уменьшения бликов и улучшения пропускания.

Резкое улучшение контрастности и пропускания видимых длин волн является результатом того, что большинство производителей микроскопов в настоящее время выпускают свои собственные патентованные составы, наряду с одновременной деструктивной интерференцией на гармонически связанных частотах, лежащих за пределами полосы пропускания.Микроскоп должен знать, что эти специализированные покрытия могут быть легко повреждены из-за неправильного обращения. Хорошее правило, которое следует использовать для различения покрытий: 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 соответствующие покрытия. Следует соблюдать особую осторожность при очистке оптических поверхностей, покрытых тонкими пленками, особенно если микроскоп был разобран и внутренние элементы объектива подлежат проверке.

Расстояние от центра линзы до точки, где параллельные лучи фокусируются на оптической оси, определяется как фокусное расстояние системы линз. Воображаемая плоскость, перпендикулярная главной фокусной точке, называется фокальной плоскостью линзовой системы. Есть две основные точки фокусировки, одна спереди и одна сзади, для света, попадающего с каждой стороны каждой линзы. Обычно фокальная плоскость объектива, расположенная ближе к передней линзе, называется передней фокальной плоскостью, а фокальная плоскость, расположенная за объективом, называется задней фокальной плоскостью. Конкретное положение задней фокальной плоскости зависит от конструкции объектива, но обычно она находится где-то внутри оправы объектива для объективов с большим увеличением. Объективы с меньшим увеличением часто имеют заднюю фокальную плоскость, которая расположена снаружи, в области резьбы или внутри револьвера микроскопа.

Задняя апертура или выходной зрачок объектива ограничивают световые лучи, проходящие через объектив. Диаметр этой апертуры варьируется от 12 миллиметров для объективов с малым увеличением до примерно 5 миллиметров для апохроматических объективов максимальной мощности.Тщательный учет размера апертуры абсолютно необходим для применений эпи-освещения, которые полагаются на то, что объектив действует как система формирования изображения и как конденсатор, где выходной зрачок также становится входным зрачком. Изображение источника света должно полностью заполнять заднюю апертуру объектива, чтобы обеспечить равномерное освещение по всему полю обзора. Если изображение источника света меньше диафрагмы, в поле обзора будет наблюдаться виньетирование из-за неравномерного освещения. И наоборот, если изображение источника света больше задней апертуры, весь свет не попадет в объектив, и интенсивность освещения уменьшится.

Большинство производимых сегодня объективов микроскопов предлагают чрезвычайно низкие степени аберраций и других недостатков, при условии, что соответствующий объектив выбран и используется должным образом. Тем не менее, микроскопист должен осознавать тот факт, что объективы не созданы идеально с каждой точки зрения, а предназначены для удовлетворения определенного набора требований в зависимости от предполагаемого использования, ограничений по физическим размерам и диапазона цен. Следовательно, объективы изготавливаются со степенями коррекции, которые различаются для хроматической и сферической аберрации, размера поля и плоскостности, длины волны пропускания, отсутствия флуоресценции, двойного лучепреломления и дополнительных факторов, влияющих на фоновый шум. Кроме того, они предназначены для использования в определенных ограниченных условиях, например, с определенной длиной трубки и линзами трубки, типом и толщиной иммерсионной среды и покровных стекол, диапазонами длин волн, размерами поля, типами окуляров и специальными конденсаторами.

Знакомство с объективами микроскопов | Nikon’s MicroscopyU

, возможно, являются наиболее важными компонентами оптического микроскопа, поскольку они отвечают за формирование первичного изображения и играют центральную роль в определении качества изображений, которые микроскоп может создавать.Объективы также играют важную роль в определении увеличения конкретного образца и разрешения, при котором мелкие детали образца можно наблюдать в микроскоп.

Объектив — это наиболее сложный в проектировании и сборке компонент оптического микроскопа, и он является первым элементом, с которым сталкивается свет при переходе от образца к плоскости изображения.Объективы получили свое название от того факта, что по близости они являются ближайшим компонентом к изображаемому объекту (образец).

Основные производители микроскопов предлагают широкий выбор объективов с превосходными оптическими характеристиками в широком спектре условий освещения и различной степени коррекции первичных оптических аберраций. Объектив, проиллюстрированный на рис. 1 , представляет собой иммерсионный апохромат с 60-кратным увеличением, который содержит 15 оптических элементов, скрепленных вместе в три группы дублетов линз, группу триплетов линз и три отдельных внутренних одноэлементных линзы.Объектив также имеет полусферическую переднюю линзу и мениск-вторую линзу, которые работают синхронно, помогая улавливать световые лучи при высокой числовой апертуре с минимальной сферической аберрацией. Как и в случае с большинством масляных иммерсионных объективов, апохромат, показанный на рис. 1 , оснащен подпружиненным выдвижным узлом носовой части, который защищает передние линзы и образец от повреждений при столкновении. Внутренние элементы линзы тщательно ориентированы и плотно упакованы в трубчатый латунный корпус, который заключен в оправу объектива.Конкретные параметры объектива, такие как числовая апертура, увеличение, длина оптической трубки, степень коррекции аберрации и другие важные характеристики отпечатаны или выгравированы на внешней части ствола. Хотя объектив, показанный на рис. 1 , предназначен для работы с использованием масла в качестве среды формирования изображения между передней линзой объектива и образцом, другие объективы имеют передние линзовые элементы, которые позволяют использовать их либо в воздухе, либо в воде, глицерине или воде. другие специализированные масла на углеводородной основе.

Современные объективы, состоящие из множества стеклянных элементов, достигли высокого уровня качества и производительности, причем степень коррекции аберраций и плоскостности поля определяет полезность и стоимость объектива. Строительные технологии и материалы, используемые для изготовления объективов, значительно улучшились за последние 100 лет. Сегодня объективы проектируются с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР) с использованием передовых составов стекла с редкими элементами однородного состава и качества с высокоспецифичными показателями преломления.Улучшенные характеристики, демонстрируемые с помощью этих передовых технологий, позволили производителям изготавливать объективы с очень низкой дисперсией и коррекцией большинства распространенных оптических артефактов, таких как кома, астигматизм, геометрические искажения, кривизна поля, сферическая и хроматическая аберрация. Теперь не только объективы микроскопов исправлены на большее количество аберраций в более широких полях, но и значительно уменьшены блики на изображении за счет значительного увеличения светопропускания, в результате чего изображения становятся удивительно яркими, резкими и четкими.

Самыми дешевыми (и наиболее распространенными) объективами, используемыми в большинстве лабораторных микроскопов, являются ахроматические объективы. Эти объективы исправлены на осевую хроматическую аберрацию на двух длинах волн (синяя и красная; около 486 и 656 нанометров соответственно), которые сведены в одну общую точку фокусировки. Кроме того, ахроматические объективы исправлены на сферическую аберрацию зеленого цвета (546 нанометров; см. Таблица 1 ). Ограниченная коррекция ахроматических объективов может привести к существенным артефактам, когда образцы исследуются и отображаются с помощью цветной микроскопии и микрофотографии.Если фокус выбран в зеленой области спектра, изображения будут иметь красновато-пурпурный ореол (часто называемый остаточным цветом , ). Ахроматические объективы дают наилучшие результаты при прохождении света через зеленый фильтр (часто интерференционный фильтр) и использовании черно-белой пленки, когда эти объективы используются для микрофотографии. Отсутствие поправки на плоскостность поля еще больше затрудняет ахроматные объективы. В последние несколько лет большинство производителей начали предоставлять коррекции плоского поля для ахроматных объективов и дали этим скорректированным объективам название планахроматов .

Рисунок 2 — Коэффициенты оптической коррекции общего объектива

Следующий более высокий уровень коррекции и стоимости обнаружен в объективах, называемых флюоритов или полуапохроматов (проиллюстрировано центральным объективом на рис. 2) , названных в честь минерала флюорита, который первоначально использовался в их конструкции. На рисунке 2 изображены три основных класса объективов: ахроматы с наименьшей коррекцией, как обсуждалось выше; флюориты (или полуапохроматы) с дополнительными сферическими исправлениями; а также апохроматы, которые представляют собой объективы с наиболее высокой степенью коррекции. Объектив, расположенный в крайнем левом углу на рис. , рис. 2 представляет собой ахромат с 10-кратным увеличением, который содержит два внутренних дублета линз и переднюю линзу. На рисунке 2 в центре показан объектив из флюорита 10x, имеющий несколько групп линз, включая два дублета и триплет, в дополнение к полусферической передней линзе и вторичной менисковой линзе. Справа на Рис. 2 — апохроматный объектив с 10-кратным увеличением, который также содержит несколько групп линз и отдельные элементы.Хотя линзы схожи по конструкции с флюоритовыми объективами, они имеют разную толщину и кривизну, а их конфигурация является уникальной для апохроматных объективов.

Таблица 1 — Объективная коррекция оптической аберрации

Тип объектива	Сферическая Аберрация	Хроматический Аберрация	Поле Кривизна
Ахромат	1 цвет	2 цвета	№
Планахромат	1 цвет	2 цвета	Есть
Флюорит	2-3 цвета	2-3 цвета	№
Флюорит плоский	3-4 цвета	2-4 цвета	Есть
Plan Apochromat	3-4 цвета	4-5 цветов	Есть

Объективы из флюорита производятся из современных составов стекла, содержащих такие материалы, как плавиковый шпат или новые синтетические заменители.Эти новые составы позволяют значительно улучшить коррекцию оптической аберрации. Подобно ахроматам, флюоритовые объективы также хроматически корректируются на красный и синий свет. Кроме того, флюориты также корректируются сферически на два или три цвета вместо одного цвета, как и ахроматы. Превосходная коррекция флюоритовых объективов по сравнению с ахроматами позволяет использовать эти объективы с более высокой числовой апертурой, что приводит к более ярким изображениям. Флюоритовые объективы также имеют лучшую разрешающую способность, чем ахроматы, и обеспечивают более высокую степень контраста, что делает их лучше, чем ахроматы, для цветной микрофотографии в белом свете.

Самый высокий уровень коррекции (и затрат) наблюдается у апохроматических объективов , показанных на рис. 2 и 3 . Апохроматы представляют собой линзы микроскопов с наиболее высокой степенью коррекции, доступные в настоящее время, а их высокая цена отражает сложный дизайн и тщательную сборку, необходимые при их производстве. В , рис. 3 , мы сравниваем элементы линз в серии апохроматических объективов с увеличением от 10x до 100x.Апохроматные объективы с меньшим увеличением (10x и 20x) имеют большее рабочее расстояние, а общая длина объектива меньше, чем у апохроматных объективов с более высоким увеличением (40x и 100x). Апохроматы корректируются хроматически по трем цветам (красный, зеленый и синий), почти устраняя хроматические аберрации, и корректируются сферически по двум или трем длинам волн (см. , таблица 1, ). Апохроматические объективы — лучший выбор для цветной микрофотографии в белом свете. Из-за высокого уровня коррекции апохроматные объективы обычно имеют при заданном увеличении более высокую числовую апертуру, чем ахроматы или флюориты.Многие из новых высокоэффективных флюоритовых и апохроматных объективов имеют хроматическую коррекцию для четырех (темно-синий, синий, зеленый и красный) или более цветов и четырех цветов сферически.

Рисунок 3 — Апохроматные объективы

Объективы всех трех типов страдают ярко выраженной кривизной поля и проецируют изображения скорее изогнутыми, чем плоскими, артефакт, серьезность которого усиливается с увеличением увеличения. Чтобы преодолеть это неотъемлемое условие, возникающее из-за искривленных поверхностей линз, разработчики оптики создали объективы с коррекцией плоского поля, которые позволяют получать изображения, находящиеся в общем фокусе во всем поле обзора. Объективы с коррекцией плоского поля и низким уровнем искажений называются планахроматами , планапохроматами или планапохроматами , в зависимости от степени их остаточной аберрации. Такая коррекция, хотя и дорогостоящая, весьма полезна при цифровой визуализации и обычной микрофотографии.

Интерактивное учебное пособие —

Кривизна поля

Обычная аберрация, вызванная сферической поверхностью элементов объектива.

Некорректированная кривизна поля — это наиболее серьезная оптическая аберрация, которая возникает во флюоритовых (полуапохроматических) и апохроматных объективах, и многие годы ее воспринимали как неизбежный артефакт.Во время повседневного использования поле обзора необходимо постоянно перефокусировать между центром и краями, чтобы уловить все детали образца. Внедрение коррекции плоского поля (плана) в объективы улучшило их использование для микрофотографии и видеомикроскопии, и сегодня эти коррекции являются стандартными как для общего использования, так и для высокопроизводительных объективов. Поправка на кривизну поля добавляет к объективу значительное количество линзовых элементов, как показано на рис. 4 с простым ахроматом.Нескорректированный ахромат слева на рис. 4 Рис. 4 содержит два дублета линз в дополнение к простому переднему элементу с тонкой линзой. Напротив, скорректированный планахромат справа на рис. 4 содержит три дублета линз, группу триплетов центральной линзы и менисковую линзу, расположенную за полусферической передней линзой. В этом случае коррекция плана привела к добавлению шести линз, объединенных в более сложные группы линз, что значительно увеличивает оптическую сложность объектива.Значительное увеличение количества линз для коррекции плана также происходит с флюоритовыми и апохроматными объективами, что часто приводит к чрезвычайно плотной посадке линз (см. , рис. 1, ) во внутренней втулке объектива. В общем, плановые объективы с поправкой на кривизну поля приносят в жертву значительное свободное рабочее расстояние, а многие версии с большим увеличением имеют вогнутую переднюю линзу, которую очень сложно чистить и обслуживать.

Рисунок 4 — Объективная поправка на кривизну поля

Старые объективы обычно имеют меньшую числовую апертуру и подвержены аберрации, называемой хроматической разностью увеличения, которая требует коррекции с помощью специально разработанных компенсирующих окуляров или окуляров.Этот тип коррекции был распространен во времена правления микроскопов с фиксированной длиной трубки, но в современных объективах и микроскопах с коррекцией на бесконечность в нем нет необходимости. В последние годы в современных объективах микроскопов коррекция хроматической разницы в увеличении либо встроена в сами объективы ( Olympus и Nikon ), либо корректируется в тубусной линзе ( Leica и Zeiss ).

промежуточного изображения в бесконечности скорректированной системы появляется при фокусном расстоянии эталонной (ранее, оптическая длина трубки) позади трубки линзы в оптическом пути.Эта длина варьируется от 160 до 250 миллиметров, в зависимости от конструктивных ограничений, налагаемых производителем. Увеличение объектива с коррекцией на бесконечность рассчитывается путем деления эталонного фокусного расстояния на фокусное расстояние линзы объектива.

В большинстве биологических и петрографических приложений при установке образца используется покровное стекло, как для защиты целостности образца, так и для обеспечения прозрачного окна для наблюдения. Покровное стекло сближает световые конусы, исходящие из каждой точки образца, но также вносит хроматические и сферические аберрации (и, как следствие, потерю контраста), которые должны быть скорректированы объективом. Степень схождения световых лучей определяется показателем преломления, дисперсией и толщиной покровного стекла. Хотя показатель преломления в партии покровных стекол должен быть относительно постоянным, их толщина может варьироваться от 0,13 до 0,22 миллиметра. Другой проблемой является водный растворитель или избыток монтажной среды, который находится между образцом и покровным стеклом во влажных или толстых препаратах. Например, в физиологическом растворе, показатель преломления которого значительно отличается от показателя преломления покровного стекла, объектив должен фокусироваться через слой воды толщиной всего несколько микрон, что приводит к значительным аберрациям и отклонению функции рассеяния точки, которая больше не является симметричной. выше и ниже фокальной плоскости.Эти факторы добавляют к эффективным изменениям показателя преломления и толщины покровного стекла, и микроскописту очень трудно их контролировать.

Среда изображения между передней линзой объектива и покровным стеклом образца также очень важна с точки зрения коррекции сферической аберрации и комы при проектировании элементов линз для объективов. Объективы с меньшим увеличением имеют относительно низкую числовую апертуру и предназначены для использования dry только с воздухом в качестве среды формирования изображения между передней линзой объектива и покровным стеклом.Максимальная теоретическая числовая апертура, получаемая с воздухом, составляет 1,0, однако на практике практически невозможно создать сухой объектив с числовой апертурой выше 0,95. Влияние изменения толщины покровного стекла незначительно для сухих объективов с числовой апертурой менее 0,4, но такое отклонение становится значительным при числовой апертуре, превышающей 0,65, где колебания величиной всего 0,01 мм могут вызвать сферическую аберрацию. Это создает проблемы с мощными апохроматами, которые должны использовать очень короткие рабочие расстояния в воздухе и содержать чувствительные поправки на сферическую аберрацию, которые, как правило, затрудняют получение резких изображений.

Интерактивное учебное пособие —

Кольца для коррекции покровного стекла

Изучите, как внутренние элементы линзы в сухом объективе с высокой числовой апертурой могут быть отрегулированы для корректировки колебаний толщины покровного стекла.

Чтобы исправить это, многие высокоэффективные апохроматные сухие объективы оснащены корректирующими кольцами, которые позволяют корректировать сферическую аберрацию путем корректировки изменений толщины покровного стекла (см. , рис. 5, ).Оптическая коррекция сферической аберрации производится вращением манжеты, в результате чего две группы линз в объективе перемещаются либо ближе друг к другу, либо дальше друг от друга. Объектив слева в Рис. 5 имеет корректирующую манжету, отрегулированную для толщины покровного стекла 0,20 мм путем очень близкого сближения регулируемых элементов объектива. В отличие от этого, объектив справа на рис. 5 имеет регулируемые элементы объектива, разделенные довольно большим расстоянием, чтобы компенсировать очень тонкие покровные стекла (0.13 мм). Большинство объективов с корректирующим кольцом, разработанных для прямой микроскопии в проходящем свете, имеют диапазон регулировки толщины покровного стекла от 0,10 до 0,23 миллиметра. Многие из специализированных фазово-контрастных объективов, разработанных для наблюдения за образцами культур тканей с помощью инвертированного микроскопа, имеют еще более широкий диапазон компенсации от 0 до 2 миллиметров. Это позволяет рассматривать образцы через дно большинства сосудов для культивирования, толщина которых часто сильно колеблется в этом диапазоне размеров.Непокрытые образцы, такие как мазки крови, также можно наблюдать с помощью корректирующих воротниковых объективов, когда регулировка установлена ​​на 0, чтобы учесть отсутствие покровного стекла.

Сухие объективы с высокой числовой апертурой без корректирующей манжеты часто дают изображения хуже, чем у объективов с меньшей числовой апертурой, где толщина покровного стекла менее важна. По этой причине часто целесообразно выбирать объектив с меньшим увеличением (и числовой апертурой), чтобы получить превосходный контраст без сопутствующих артефактов, вызываемых колебаниями покровного стекла.Например, объектив с 40-кратным увеличением и числовой апертурой 0,65 может давать более качественные изображения с более резким контрастом и четкостью, чем объектив с числовой апертурой 60x-0,85, даже несмотря на то, что разрешающая способность объектива с большим увеличением теоретически больше.

Рисунок 5 — Корректирующее кольцо для сферической аберрации

Стандартная толщина покровных стекол составляет 0,17 миллиметра, что обозначается числом 1½ покровное стекло.К сожалению, не все покровные стекла размером 1½ изготавливаются с таким жестким допуском (они варьируются от 0,16 до 0,19 миллиметра), и у многих образцов есть среда между ними и покровным стеклом. Компенсация толщины покровного стекла может быть достигнута путем регулировки длины механической трубки микроскопа или (как обсуждалось ранее) путем использования специальных корректирующих колец , которые изменяют расстояние между критическими элементами внутри тубуса объектива. Корректирующий воротник используется для корректировки этих незначительных различий для обеспечения оптимальных объективных характеристик.Правильное использование линз объектива с корректирующими манжетами требует от микроскописта достаточного опыта и бдительности, чтобы переустановить ошейник с использованием соответствующих критериев изображения. В большинстве случаев фокус может сместиться, и изображение может сместиться во время настройки корректирующей манжеты. Используйте шаги, перечисленные ниже, чтобы внести небольшие пошаговые настройки в корректирующую манжету объектива, наблюдая за изменениями на изображении образца.

• Установите корректирующую втулку так, чтобы метка индикатора на тубусе объектива совпадала с отметкой 0. На корпусе воротника выгравирована шкала размером 17 миллиметров.
• Поместите образец на предметный столик и сфокусируйте микроскоп на небольшом элементе образца.
• Слегка поверните кольцо коррекции и повторно сфокусируйте объектив, чтобы определить, улучшилось или ухудшилось изображение. В связи с тем, что при приготовлении большинства образцов возникают слишком толстые сэндвичи из покровного стекла / среды, начните эксперимент с вращением, попробовав сначала большие значения компенсации (0,18–0,23).
• Повторите предыдущий шаг, чтобы определить, улучшается или ухудшается изображение, когда приспособление для коррекции поворачивается в одном направлении.
• Если изображение ухудшилось, выполните те же действия и поверните кольцо коррекции в противоположном направлении (в сторону меньших значений), чтобы найти положение, обеспечивающее оптимальное разрешение и контраст.

Числовая апертура объектива может быть значительно увеличена за счет использования объектива с иммерсионной средой, такой как масло, глицерин или вода. При использовании иммерсионной среды с показателем преломления, аналогичным показателю преломления покровного стекла, ухудшение изображения из-за изменений толщины покровного стекла практически устраняется, благодаря чему лучи с большим углом наклона больше не преломляются и легче захватываются объективом.Типичные иммерсионные масла имеют показатель преломления 1,51 и дисперсию, аналогичную дисперсии покровных стекол. Световые лучи, проходящие через образец, попадают в однородную среду между покровным стеклом и иммерсионным маслом и преломляются не при входе в линзу, а только при выходе из ее верхней поверхности. Отсюда следует, что если образец поместить в апланатической точке первой линзы объектива, изображение с помощью этой части системы линз полностью избавится от сферической аберрации.

Рисунок 6 — Объектив масляно-иммерсионного микроскопа

Общая конструкция практичного масляного иммерсионного объектива включает в себя полусферическую переднюю линзу, за которой следуют линза с положительным мениском и группа дуплетных линз. На рис. 6 представлены апланатические рефракции, которые возникают на первых двух элементах линзы в типичном апохроматическом масляном иммерсионном объективе. Образец зажат между предметным стеклом микроскопа и покровным стеклом в точке P , апланатической точке полусферической линзы. Световые лучи, преломленные задней частью полусферической линзы, по-видимому, исходят из точки P (1) , которая также является центром кривизны первой поверхности менисковой линзы.Преломленные световые лучи попадают в мениск-линзу по радиусу ее первой поверхности и не испытывают преломления на этой поверхности. На задней поверхности мениска линзы световые лучи преломляются апланатически, поэтому кажется, что они расходятся от точки P (2) . Преломление световых лучей на поверхностях последующих групп линз в объективе завершает схождение световых лучей, исходящих из точки P , формируя таким образом промежуточное изображение.

Правильно сконструированные линзы объектива с масляной иммерсией также исправляют хроматические дефекты, вносимые первыми двумя элементами линзы, при этом вносят минимальную сферическую аберрацию.Тот факт, что световой конус частично сужается перед входом в первый элемент линзы, помогает контролировать сферическую аберрацию. Следует отметить, что использование иммерсионного объектива без масла для нанесения между покровным стеклом и первым элементом линзы приводит к дефектным изображениям. Это происходит из-за рефракции, возникающей на поверхности передней линзы, которая приводит к сферической аберрации, которую нельзя исправить последующими компонентами линзы внутри объектива.

Преимущества масляных иммерсионных объективов серьезно ухудшаются, если используется неправильная иммерсионная жидкость.Производители микроскопов производят объективы с жесткими допусками по показателю преломления и дисперсии, что требует согласования значений в жидкости, помещенной между покровным стеклом и передней линзой объектива. Рекомендуется использовать только масло, предназначенное объективным производителем, и не смешивать иммерсионные масла между производителями, чтобы избежать неприятных артефактов, таких как кристаллизация или разделение фаз.

Объективы, в которых в качестве среды визуализации используется вода и / или глицерин, также доступны для применений с живыми клетками в культуре или срезами ткани, погруженными в физиологический раствор.Водно-иммерсионные линзы Plan apochromat оснащены корректирующими манжетами и числовой апертурой до 1,2, что немного меньше, чем их масляные иммерсионные аналоги. Эти объективы позволяют микроскопистам фокусироваться через водную среду размером до 200 микрон и при этом сохранять отличную оптическую коррекцию. Обратной стороной является то, что иммерсионные линзы с высокой числовой апертурой часто стоят многие тысячи долларов, и изображение все равно может ухудшиться, когда объектив сфокусирован глубоко через преломляющую ткань или части клеток.Для получения дополнительных сведений об иммерсионных объективах в воде, глицерине и масле посетите праймер Molecular Expressions Microscopy Primer .

Объективы и окуляры

00: 00: 11.16 Привет, поэтому в предыдущих лекциях мы в целом рассмотрели
00: 00: 16.06 принципы работы линз и формирование изображения,
00: 00: 20.11 и способы использования линз в микроскопии или микроскопе
00: 00: 23.27 инструментов. Я собираюсь более подробно остановиться на
00:00:26.19 сегодня о том, что действительно особенного в объективе
00: 00: 32.29. Я собираюсь рассказать о некоторых типах объективов
00: 00: 35.18 и некоторых важных свойствах.
00: 00: 38.28 В основном я собираюсь пройти через аберрации, оптические аберрации
00: 00: 42.00. И в целом я расскажу об оптических аберрациях,
00: 00: 45.23, но на самом деле я больше сконцентрируюсь на оптических аберрациях
00: 00: 50.11, которые могут стать серьезными проблемами при использовании исследования
00: 00:55. 15 микроскоп. Я собираюсь специально поговорить об аберрациях, которые
00: 00: 59.13 вы можете вызвать, и которые не могут быть исправлены в объективах дизайнера
00: 01: 04.01. Так что давайте просто погрузимся в это. Я собираюсь рассказать
00: 01: 06.04 в целом о классах объективов. И у меня здесь три линзы
00: 01: 09.19, и то, что вы можете сразу заметить,
00: 01: 12.00 — это очень существенная разница в количестве линз
00: 01: 17.17. Итак, когда мы говорили о линзах ранее в лекциях,
00:01:21.03 мы говорили об идеальном простом объективе. И многое из этого позволяет нам
00: 01: 26.02 понять принципы работы. Линза объектива на самом деле
00: 01: 32.07 — самая сложная оптика в системе. И они на самом деле очень сложные группы линз
00: 01: 37.24 внутри объектива, имея где-нибудь
00: 01: 41.16 из 4 или 5 линз в простом ахромате, вплоть до
00: 01: 45.05 на дальней стороне. . До 17 линз с очень высокой степенью коррекции
00:01:50.Апохроматная линза 15-го плана. Таким образом,
00: 01: 55.19 придется пойти на множество компромиссов. В основном то, что вы делаете с объективом, вы, конечно,
00: 01: 58.27 увеличиваете свое изображение в целом, но на самом деле вы делаете
00: 02: 04.17, корректируя аберрации. Вы концентрируетесь на конкретных передачах
00: 02: 08.12, которые часто зависят от типа исследования, которое вы проводите.
00: 02: 11.29 Кроме разрешающей способности, разрешающая способность — одна из
00:02:16.28 действительно ключевые части линзы объектива микроскопа.
00: 02: 21.01 Итак, эти три класса, которые я вам здесь показал. Начнем с ахроматных линз
00: 02: 24.16. Это самые дешевые линзы
00: 02: 28.17 и наименее скорректированные линзы. А здесь, на верхней части
00: 02: 31.19, вы можете увидеть характеристики ахроматного объектива. Обычно исправлено
00: 02: 35.29 для красного и синего в диапазоне 656 и 486 нм.
00: 02: 42. 12 И они исправляют сферическую аберрацию для одной длины волны
00:02:46.12 в зеленом. Флюоритовые линзы более исправлены, и
00: 02: 50.03 они исправлены с 2-4 цветов, как для осевой хроматической аберрации
00: 02: 56.02, так и для сферической аберрации, о которой мы поговорим позже.
00: 02: 59.24 А самые высококорректирующие линзы — это апохроматы.
00: 03: 03.20 Которые корректируются для 4-5 цветов, обычно от фиолетового
00: 03: 06.20 до красного. И эти линзы обычно более дорогие
00: 03: 13.18.Но не обязательно самое лучшее для работы, которую вы
00: 03: 16.29 пытаетесь выполнить. Чем больше стекла вы поместите в объектив, тем выше будет корректировка
00: 03: 21.04, тем больше будет потеряна передача. Чем больше света
00: 03: 25.17 поглощается стеклом. Так что это всегда компромисс между исправлениями
00: 03: 30.02 и передачей и так далее. И числовая температура.
00: 03: 34.16 Все эти типы линз доступны в так называемых версиях
00: 03: 37.12 Plan с коррекцией плоского поля.Так что, когда вы посмотрите
00: 03: 42.14 в окуляр, вы увидите красивое плоское скорректированное поле обзора
00: 03: 45.09. В случае большинства камер и конфокальных изображений вы не используете
00: 03: 49.27 эту внешнюю часть поля зрения. Итак, опять же, это зависит от того, какие
00: 03: 52.21 вам нужны в лаборатории. Итак, одно свойство объектива, о котором я хочу поговорить
00: 03: 57.18, — это на самом деле самая дорогая часть объектива,
00: 04: 02.00, а также определение нескольких вещей.Во-первых, это разрешающая способность объектива
00: 04: 09.11, и это числовая температура.
00: 04: 11.28 Самая высокая разрешающая способность — это самая высокая числовая температура,
00: 04: 16.14, но это также и самая высокая светосила. Таким образом, объектив с очень высокой числовой апертурой
00: 04: 20.08 также будет очень ярким,
00: 04: 23.13 по сравнению с объективом с низкой числовой апертурой. И вы,
00: 04: 26.20, можете увидеть здесь формулу числовой апертуры, NA
00:04:30.15 равно n, показателю преломления иммерсионной среды, умноженному на
00: 04: 34,12 Sin тета. И Грех теты — это широта конуса освещения
00: 04: 38.08, которое вы видите там, и в основном это способность линзы собирать свет
00: 04: 42.00. Это также конус освещения
00: 04: 46.12, в котором свет может выходить из линзы, что становится важным
00: 04: 49.21 для таких приложений, как флуоресценция полного внутреннего отражения.
00: 04: 52.06 Хорошо, числовая апертура, я просто хотел показать вам здесь
00:04:58.09 своего рода компромисс между рабочим расстоянием и числовой апертурой
00: 05: 02.09. И в основном, вы можете видеть эти два конуса освещения
00: 05: 06.11 для объектива с очень большой числовой апертурой, такого как этот объектив 100X
00: 05: 10.01 здесь. Вы можете видеть, что у него очень короткое рабочее расстояние.
00: 05: 15.10 Он должен быть очень близок к образцу, тогда как объектив 4X
00: 05: 18.13, который имеет относительно низкую числовую апертуру, вы видите
00: 05: 22.00, что у него очень большая рабочая расстояние.Итак, снова есть еще один компромисс
00: 05: 26.12, о котором вам нужно подумать в линзах. Как правило,
00: 05: 30.10 существует компромисс между числовой апертурой и рабочим расстоянием
00: 05: 33.26. Итак, вы заметили, что символ «n» для индекса преломления
00: 05: 42.21 был закодирован, и это очень особенная часть уравнения
00: 05: 48.17, и я хотел обсудить это более подробно. И это действительно касается иммерсионного носителя
00: 05: 52.16. Итак, в объективе вы можете видеть на
00:05:57.17 там далеко слева, воздушный объектив. И вы видите, что свет проходит через стекло
00: 06: 04.01 и преломляется или изгибается, когда выходит из стекла с высоким показателем преломления
00: 06: 07.24, уходящего в воздух. И если у вас
00: 06: 12. 11 не очень большая линза, вы потеряете свет
00: 06: 17.05, который выходит из собираемой области линзы объектива.
00: 06: 20.15 Итак, когда мы используем иммерсионную среду с более высоким показателем преломления,
00: 06: 27.22, мы можем уменьшить преломление коллекционного
00:06:32.18 области линзы и получить больше света в линзу. Итак, на примере
00: 06: 36.19 справа вы видите масляную иммерсионную линзу, где у вас
00: 06: 41.17 нет рефракции или очень мало преломления между стеклом и маслом
00: 06: 45.10 , позволяя самому объективу собирать максимальное количество света
00: 06: 50,22 и максимальное разрешение. Итак, в формуле
00: 06: 55.15 для числовой апертуры, когда вы думаете о разрешении,
00: 07: 00.09 вам определенно следует подумать о иммерсионных средах, а вы
00:07:05.03 следует знать о двух вещах. Во-первых, чем выше числовая апертура
00: 07: 09.29, тем выше разрешение, а для получения очень высоких числовых значений апертуры
00: 07: 14.26 необходимо использовать иммерсионный объектив.
00: 07: 18.00 А также, что числовая апертура объектива, если вы немного измените уравнение
00: 07: 23.11, вы увидите, что числовая апертура
00: 07: 26.08 никогда не может превышать преломляющую индекс погружения
00: 07: 30.17 медиа. Как показано здесь внизу, вы можете увидеть типичный
00:07:34.18 иммерсионная линза имеет коэффициент преломления масла 1,515, максимальное значение
00: 07: 39.23 NA линзы, которые доступны для иммерсии в масле, составляет около 1,49.
00: 07: 44.03 Это примерно самая высокая разрешающая способность линзы, которую вы можете получить
00: 07: 47.23, и у нее самый высокий показатель преломления, который
00: 07: 54.06 они используют для стандартной микроскопии. В случае иммерсионной линзы
00: 07: 57.25 вода с показателем преломления 1,33 может иметь максимальную числовую апертуру
00: 08: 02.04 до 1,27. Чаще всего около
00:08:06. 19 1.2, доступны линзы с числовой апертурой 1.25 и 1.27.
00: 08: 11.11 Теперь мы перейдем к оптическим аберрациям.
00: 08: 16.11 Первое, о чем я собираюсь поговорить, это аберрация вне оси
00: 08: 20.19, на нее в основном влияет свет, она не идет прямо
00: 08: 23.25 по оптическому пути, но свет выходит за пределы оси.
00: 08: 28.05 И это называется кривизной поля, теперь кривизна поля в основном
00: 08: 32.13 происходит из-за изогнутых поверхностей линз и того, как вы бы это увидели
00:08:37.09 в микроскопе означает, что вы не можете сфокусировать все поле
00: 08: 40.28 одновременно. Возможно, в одной точке фокусировки вы будете иметь в фокусе центр
00: 08: 44.11, в другой точке фокусировки вы будете иметь в фокусе периферию
00: 08: 46.21. Но вы не можете сфокусировать их одновременно.
00: 08: 49.20 По сути, это заставит образец иметь кривизну поверхности линзы
00: 08: 53.09, и мы исправляем это, добавляя дополнительные группы линз
00: 08: 57.07 в линзу объектива. .Невозможно полностью исправить кривизну поля
00: 09: 02.25 на самых внешних краях. Вот почему микроскопы
00: 09: 06.03 обычно имеют большее поле, чем они могут фактически видеть через окуляры
00: 09: 10.13 или через любое из устройств формирования изображения.
00: 09: 14.13 По сути, вы обрезаете или обрезаете внешнее искривленное поле, где линзы
00: 09: 19.28 получают очень крутые кривизны по краям.
00: 09: 22.28 Следующая аберрация вне оси, о которой я собираюсь поговорить, — это
00:09:26.08 астигматизм, а астигматизм — это точечный источник света
00: 09: 32.04, который выглядит как линия и / или эллипс. И когда вы проходите
00: 09: 37.08 через фокус, он меняет свою направленность, он попадает в фокус
00: 09: 40.26, а затем меняет направление в другую сторону. А это
00: 09: 44.16 астигматизм. Это также связано с производством линз, это
00: 09: 52.01 в основном из-за асимметрии в производстве линз.
00: 09: 56.05 Это то, что вообще не является проблемой для линз, за ​​исключением
00:10:01.02 они упали или были повреждены. Большинство высококачественных линз
00: 10: 04.25 не имеют заметного астигматизма. То же самое и для комы
00: 10: 09.13. Кома — это неравномерный фокус света, когда он проходит через
00: 10: 15,04 периферию относительно оси линзы. Это похоже на сферическую аберрацию
00: 10: 19.14, о которой я расскажу позже, но на самом деле это больше
00: 10: 22.05 свойства для внеосевого освещения. И свет
00: 10: 26.13 проходит через центр, как вы можете видеть справа,
00:10:28.22 идет в одну зону далеко на периферии, а затем свет
00: 10: 33.21 через периферийные области переходит в разные зоны.
00: 10: 38.22 Это выглядит в микроскопе как полоса или почти как комета,
00: 10: 44.02 световая точка, имеющая хвост, который проходит к краю линзы
00: 10: 47.14. Так часто из-за несовпадения оптической системы
00: 10: 52.13, поэтому, если линза в хорошей форме, то, что вы собираетесь делать, если вы видите кому на изображении,
00: 10: 55.09 вы собираетесь на
00:10:58.18 хотите убедиться, что ваш микроскоп полностью выровнен или методично выровнен так, чтобы все было на оси.
00: 11: 08.24 Хорошо, теперь мы перейдем к аберрациям по оси.
00: 11: 15.07 В первую очередь я расскажу о сферической аберрации.
00: 11: 19.20 Сферическая аберрация — одна из самых серьезных аберраций, с которыми
00: 11: 25.15 приходится иметь дело под микроскопом. И это тот, который мы исправляем
00: 11: 29.11, как мы говорили ранее, но мы должны исправлять меньше
00:11:33.10 ограниченных наборов условий, которые нереалистичны для визуализации.
00: 11: 37.09 Я расскажу подробнее и объясню это, но этот
00: 11: 41.10 обычно вызывается использованием микроскопа
00: 11: 45.28 в необходимых вам условиях. ответить на интересующие вас вопросы
00: 11: 52. 01 в лаборатории. Итак, это неравномерная фокусировка монохроматического света
00: 11: 56.24 из-за кривизны линз. Следующая тема
00: 12: 01.21, о которой я расскажу более подробно, — это осевая хроматическая аберрация.Итак, я
00: 12: 04.22 собираюсь подробно вернуться к обоим из них. Осевая хроматическая аберрация
00: 12: 08.08 — это осевая аберрация, и это на самом деле связано с дисперсией света
00: 12: 13.19. Итак, свет, когда он проходит через среду, каждая среда
00: 12: 17.29 имеет свое собственное свойство дисперсии, а именно то, что каждая длина волны света
00: 12: 22.11, когда она попадает в эту среду, имеет специфическое преломление
00 : 12: 26.19 индекс. Таким образом, одни лучи искривляются сильнее, чем другие. В случае
00:12:31.05 простой идеальный объектив, синий свет изгибается больше, и вы можете видеть, что синий свет фокусируется на линзе ближе, чем красный свет,
00: 12: 39.06 фокусируется дальше. И это серьезная проблема, но это то, что
00: 12: 44.16 мы можем исправить в пределах разумного с помощью микроскопа.
00: 12: 49.08 Однако, как я упоминал ранее, я собираюсь поговорить об аберрациях
00: 12: 51.06, которые могут быть вызваны. Таким образом, даже если у вас очень хорошо скорректированный объектив
00: 12: 55.03, можно пойти дальше и вызвать хроматический
00:12:59.01 аберрация из-за использования объектива в ненадлежащих условиях.
00: 13: 03.01 Я думаю, что важно понимать одну вещь
00: 13: 07.14 для всех обсуждений аберраций — это функция рассеяния точки.
00: 13: 11.27 Потому что он будет повторяться несколько раз на протяжении всего курса.
00: 13: 15.27 И, по сути, функция рассеяния точки представляет собой свертку
00: 13: 20.15 точечного источника света, когда он проходит через оптическую систему
00: 13: 25.23. Итак, если у вас есть точечный источник света, скажите этот пример на
00:13:30.07 крайний правый, и вы фокусируетесь вверх и вниз, и вы строите объем 3D
00: 13: 33. 18, и вы смотрите на эту проекцию X-Z здесь. Вы можете видеть, что
00: 13: 38.08 в проекции X-Z выглядит как маленькие песочные часы. На самом деле это
00: 13: 42.11 в лучшем случае. Если оптическая система работает идеально,
00: 13: 46.18 и все выровнено, и у вас есть линзы отличного качества,
00: 13: 48.28 точка света выглядит как маленькие песочные часы. В идеале на пределе разрешения этой оптической системы
00: 13: 53.00.Он определяет свертку
00: 13: 57.14 оптической системы, а также является действительно хорошим способом продолжить
00: 14: 02.17 и оценить любые аберрации в системе микроскопа.
00: 14: 06.05 Как вы можете видеть, обычно отображается как трехмерная X-Z проекция.
00: 14: 09.24 Итак, если углубиться в детали, осевая хроматическая аберрация, как я уже упоминал
00: 14: 15.11 ранее, возникает из-за рассеивания света при его прохождении через материал
00: 14: 20.20. Здесь вы можете увидеть пример хроматического
00:14:25.14, а внизу у нас есть группа линз, называемая ахроматическим дублетом
00: 14: 29.11, а в случае ахроматического дублета
00: 14: 32.03 они имеют два разных типа стекла. это
00: 14: 35.23, зажатые вместе, обычно вогнутая и выпуклая линзы
00: 14: 39.20, которые зажаты вместе, и оба этих типа стекла имеют разные дисперсионные свойства
00: 14: 43.28. И они рассчитаны на поправку на разные
00:14:48.24 типа — разные длины волн света, на которые они фокусируются
00: 14: 53.18 в одном и том же месте. Итак, простой ахроматический дублет, такой как вы видите здесь
00: 14: 56.25, теперь корректирует, так что красный, зеленый и синий свет фокусируются
00: 15: 00.11 в одном месте. Но! Если у вас есть этот объектив и он очень хорошо скорректирован,
00: 15: 08.24 вы легко можете вызвать или спровоцировать хроматическую аберрацию.
00: 15: 13.23 Итак, здесь вы видите фигуру, смотрящую на трехцветную бусинку с субразрешением
00: 15: 18. 04.И вы можете видеть, что слева,
00: 15: 22.23, есть иммерсионное масло от Nikon, которое соответствует объективу Nikon
00: 15: 26.18, с которым это было снято. В центре — еще одно иммерсионное масло
00: 15: 30.10 от API, теперь GE Healthcare.
00: 15: 36.04 И третье — иммерсионное масло от Cargille, компании
00: 15: 40.23, которая производит иммерсионные среды для оптических изображений. Фактически, они
00: 15: 45.03 фактически производят все три из этих масел. И что вы видите
00:15:48.12 здесь видно, что в проекции X-Y нет ни смещения, ни аберрации.
00: 15: 56.03 Но если вы посмотрите в осевом направлении, в проекции X-Z, теперь вы можете увидеть
00: 16: 00.27 в масле Nikon, у вас нет сдвига. Но в центре вы видите
00: 16: 04.09 масла API, у вас есть сдвиг -400 в синем сигнале и +200 нм
00: 16: 09.28 сдвиг в красном сигнале. В случае масла Cargille
00: 16: 15.02 #ERROR! Перекрывается. Ну, причина, по которой все они разные, это
00:16:22.11 все иммерсионные масла с показателем преломления 1,515, но они
00: 16: 28,04 различаются по своей дисперсии. Таким образом, каждый производитель линз
00: 16: 32.08 подбирает масло для дисперсии стекла, которое они
00: 16: 36.12 используют для производства линз. Итак, если вы собираетесь пойти на
00: 16: 39.15 и использовать некоммерческое масло, которое не поступает от производителя
00: 16: 44.03, и есть причины, по которым вы захотите это сделать,
00: 16: 46.05, например, чтобы получить масла, соответствующие вашему показателю преломления
00:16:48.29 или специальные масла с особыми флуоресцентными свойствами, вы можете узнать у производителя
00: 16: 54.22, каково их дисперсионное число.
00: 16: 59.09 Оно называется числом Аббе, и это число дисперсии стекла
00: 17: 02.05, которое они использовали для изготовления этой линзы. Если затем вы позвоните в компанию
00: 17: 06.15, такую ​​как Cargille, и попросите их сформулировать или прислать вам масло, которое соответствует
00: 17: 11. 23, это свойство дисперсии, вы устраните эту индуцированную хроматичность
00:17:15.16 аберраций. Итак, теперь более подробно рассмотрим сферическую аберрацию.
00: 17: 20.07 Итак, в случае сферической аберрации мы видели несколько примеров
00: 17: 26.18 ранее и говорили о том, что называется идеальной тонкой линзой.
00: 17: 30.14 И это линза, через которую проходит свет, и вы можете видеть здесь
00: 17: 33.14 кульминационный луч света, проходящий через эту линзу
00: 17: 36.20 и фокусирующийся в точке, называемой координационный центр. На 1f или
00: 17: 40,17 фокусное расстояние от этого объектива.Это красивая аккуратная диаграмма
00: 17: 44.22, которая позволяет вам в общих чертах понять, как работает объектив.
00: 17: 48.19 Проблема в том, что на самом деле не существует идеальной тонкой линзы
00: 17: 53.09. Как и многие вещи, которые мы узнаем, когда мы молоды,
00: 17: 57.09, они сильно упрощены, так что мы можем понять концепции
00: 18: 00.14. На самом деле линзы состоят из сфер
00: 18: 04.26 из стекла или других оптических материалов. Обычно в случае
00:18:08.12 микроскопов, это стекло. Итак, то, что вы здесь видите, на самом деле является лучшими объективами
00: 18: 12.05 из 100-кратного апо-объектива. И это маленькие полированные шарики из стекла
00: 18: 16.05, и вы можете увидеть здесь полировальную машину
00: 18: 19.17, там наверху есть подушечка, которая опускается и полирует
00: 18: 22.26 сверху просачивается алмазная суспензия.
00: 18: 26.11 Когда я впервые увидел этот процесс
00: 18: 29.10, я действительно заметил, почему линзы до сих пор так дороги.
00: 18: 32.28 Объектив с очень высокой коррекцией и высокой числовой апертурой
00: 18: 36.05 может стоить столько же, сколько и микроскоп, на который вы его надеваете.
00: 18: 39.11 Причина этого в том, что линзы сегодня по-прежнему производятся в основном вручную. Таким образом, эти маленькие верхние линзы фактически полируются в течение нескольких недель
00: 18: 48. 28, и вы можете видеть линзы в центре пластины, по сравнению с
00: 18: 52.08 линзы на внешнем крае пластины будут вращаться на
00: 18: 54.16 с другой скоростью, чем у полировщика.Итак, кто-то открывает
00: 18: 57.21 это каждые 30 минут и перемещает эти шары в эту позицию,
00: 19: 01.10 и наоборот. По сути, я просто хотел показать, что линзы
00: 19: 06.01 сделаны из стеклянных шариков, а идеальных тонких линз
00: 19: 09.15 не существует. Это еще один объектив. Это вторая линза с опущенным вниз
00: 19: 13,16 в объекте с увеличением в плане с 60-кратным увеличением. И вы можете видеть
00: 19: 18.12, что они по-другому полируются, они сидят на палочке
00:19:22.11 с смолой, удерживающей их, и они полируют вокруг и вокруг.
00: 19: 24.26 Но все же сферические или изогнутые поверхности добавляют объем.
00: 19: 31.09 Итак, теперь, когда у вас есть ситуация, когда у вас есть
00: 19: 35.16 сферическая поверхность и кривая, у вас есть свет, который на самом деле преломляется
00: 19: 41.02 или изгибается от этой кривизны. Итак, как вызвать сферическую аберрацию
00: 19: 45.17? Чаще всего линзы корректируются на
00: 19: 49.01, но чаще всего это делается в условиях изображения,
00:19:52.13, например, неправильная толщина покровного стекла или несоответствие показателя преломления
00: 19: 57.00 иммерсионной среды. И это не так просто
00: 20: 00.25, как кажется. Дело не в хроматических аберрациях
00: 20: 05.05, дело просто в покупке подходящего масла. И я объясню это в каком-нибудь
00: 20: 08.09 более подробно. Итак, теперь у вас есть эта красивая простая фигура, и у
00: 20: 13.13 больше нет этой красивой аккуратной точки фокусировки, но у вас есть свет
00: 20: 16.14, который изгибается или преломляется при попадании на поверхность воздушного стекла
00:20:19.23 здесь, на линзе, а затем он проходит через линзу и снова изгибается или преломляется
00: 20: 23. 03, и вы получаете несколько лучей, которые фокусируются на
00: 20: 26.22 близко к линзе, а некоторые лучи фокусируются вдали. И вы получите
00: 20: 30.27 этой узкой талии посередине, которая называется кругом
00: 20: 34.13 наименьшего замешательства. И это на самом деле узкая талия функции распространения точки
00: 20: 38.25, которую вы визуализируете. И, по сути, свет, который
00: 20: 44.09 проходит через ось, называемый параксиальным фокусом, будет фокусироваться
00:20:48.23 подальше от объектива. Свет, который исходит от периферии
00: 20: 52.16 здесь, будет фокусироваться ближе к линзе.
00: 20: 58.11 Итак, у вас больше нет этой красивой маленькой точки, и вы получаете
00: 21: 02.10 этот мазок в направлении Z ваших фокусных планов.
00: 21: 05.13 Итак, как распознать сферическую аберрацию? И это тоже
00: 21: 09.23, вы бы поправили корректирующую манжету или поправили бы корректирующую манжету.
00: 21: 12.29 Вы хотите сфокусироваться вверх и вниз на микроскопе,
00:21:16.05, так что это показывает вам фокусировку через точечный источник света,
00: 21: 19.22, и что происходит, когда вы фокусируетесь вверх и вниз, если у вас нет сферической аберрации
00: 21: 23.12, вы получаете идеальную симметрию
00: 21: 27.06 выше и ниже этой точки фокуса.
00: 21: 30.10 Однако в случае сферической аберрации у вас будет
00: 21: 34.24 ужасная асимметрия, возможно, световые кольца с одной стороны и
00: 21: 38.25 с другой стороны. . А в принципе, потом настроить
00:21:45.17 корректирующий воротник, вы перемещаете этот воротник до тех пор, пока не увидите
00: 21: 48.22, наилучшую симметрию наименьшего разрешимого предмета в образце
00: 21: 54.00. В идеале бусины — отличный образец для просмотра пятен субдифракции
00: 21: 58.18, но это не всегда роскошь, которая у вас есть.
00: 22: 01.12 Итак, попробуйте найти в своем образце что-то похожее на
00: 22: 04. 27 на пределе разрешения, сфокусируйтесь вверх и вниз, отрегулируйте воротник и
00: 22: 08.05 остановитесь, когда получите лучшая симметрия с фокусировкой вверх и вниз.
00: 22: 11.27 Как я уже упоминал ранее, современные объективы очень сложны.
00: 22: 17.00. И я собираюсь объяснить вам в основном, почему мы
00: 22: 20.18 не можем исправить сферическую аберрацию при производстве линз.
00: 22: 24.08 Итак, вот разрез объектива plan apo 60X. И вы можете видеть, что этот объектив
00: 22: 30.01 имеет внутри 17 линз, это очень сложная оптическая система
00: 22: 34.07. И вы видите некоторые из этих ахроматических дублетов,
00:22:37.14, например, здесь, и ахроматический дублет, у вас фактически есть
00: 22: 42.24 для вычисления двух разных типов дисперсии с длинами волн
00: 22: 46.03 для корректировки диапазона длин волн. Но затем, когда мы добавляем еще один ахроматический дублет
00: 22: 50.21, чтобы продолжить и исправить большую полосу
00: 22: 54,03 длин волн, это изменит все вычисления, которые я сделал для первых
00: 22: 57.27 ахроматический дублет. Итак, я думаю, что хочу сказать, когда у вас
00:23:01.12 здесь очень сложная оптическая система с 17 линзами,
00: 23: 05.12 математика становится чрезвычайно, чрезвычайно сложной. И у вас
00: 23: 10.12 должны быть известные параметры, чтобы вообще можно было решить эту математику
00: 23: 13.21. Почему они такие сложные? Ну, они должны исправить
00: 23: 17.07 на хроматическую аберрацию, кривизну поля, сферическую аберрацию,
00: 23: 19.29 кому, астигматизм. Итак, чтобы исправить это, единственная переменная
00: 23: 25.11, которую мы действительно должны знать, — это длина оптического пути.
00: 23: 29.00 Итак, при проектировании сложной линзы, зная длину оптического пути
00: 23: 33.08 при определенном наборе условий, мы можем перейти к
00: 23: 36.12 и вычислить, как решить все эти аберрации. .
00: 23: 39. 01 Длина оптического пути, определенная здесь, представляет собой просто физическую длину
00: 23: 42,19 каждого материала в этой оптической системе, умноженную на
00: 23: 47,03 его показателя преломления, суммированного через всю линзу. ,
00: 23: 52.09 через иммерсионную среду, через покровное стекло,
00:23:55.09 до точки на образце, которую вы визуализируете.
00: 23: 58.16 Итак, когда мы находимся внутри линзы, это просто и приятно, потому что мы
00: 24: 05.25 с очень высокой точностью знаем толщину каждого элемента
00: 24: 09.29. Мы также знаем его показатель преломления вплоть до
00: 24: 14.12 до нескольких десятичных знаков. Однако иммерсионный носитель действительно является переменной
00: 24: 17.22. Если вы возьмете бутылку с иммерсионным маслом, у нее будет коэффициент преломления
00: 24: 20,26, равный 1,515, но если вы присмотритесь, вы увидите, что этот показатель преломления
00:24:25.Индекс 07 предназначен только для одной длины волны света и только при 23 ° C,
00: 24: 30.20, если это стандартное иммерсионное масло. Таким образом, иммерсионная среда
00: 24: 35.01 снижает свой показатель преломления при нагревании.
00: 24: 38.24 Так что это фактически переменная. Покровное стекло также является переменным.
00: 24: 42.13 Обычно мы используем покровное стекло толщиной 170 микрон.
00: 24: 46.16 Но если вы пойдете и действительно измерите стекло в коробке для покровных стекол,
00: 24: 50.28, вы увидите, что существует диапазон плюс или минус 10% толщины
00:24:55.06 этого покровного стекла. Самая большая переменная — это действительно особь.
00: 24: 58.24 Здесь мало что можно сделать, чтобы контролировать это, образец может иметь
00: 25: 03.06 очень, очень оптически плотные области с показателем преломления, приближающимся к
00: 25: 08.00 1,4, например, чистый белок. Или показатель преломления приближается к
00: 25: 14,23, что у воды, на 1,33, в среднем, вероятно, около 1,38.
00: 25: 19.03 Итак, в случае визуализации живых клеток, у вас есть много разных рефракций
00:25:22.28 индексов, и они все время меняются.
00: 25: 26.23 Итак, когда мы фактически проектируем объектив, мы должны сделать
00: 25: 32.10 определенные допущения, чтобы иметь возможность решить эту математику.
00: 25: 36.05 Таким образом, параметры, которые они используют для создания линз:
00: 25: 39.17, что вы собираетесь использовать только одну длину волны зеленого света,
00: 25: 42.06 вы собираетесь работать при 23 ° C покровное стекло имеет толщину точно
00: 25: 45.24 170 микрон, и вы будете отображать только точечные источники
00:25:50.01 на поверхности покровного стекла и никогда не фокусируйтесь на образце
00: 25: 53.29. И если мы сможем сделать эти предположения, мы сможем вычислить
00: 25: 57.19 формулу для создания этих сложных линз. Однако в действительности
00: 26: 02.06 большинство людей не могут работать в таких условиях. Итак, мы должны
00: 26: 06.17 понять аберрацию, чтобы максимально ее минимизировать.
00: 26: 08.26 Итак, насколько серьезна эта проблема? Что ж, если вы посмотрите, то в левом верхнем углу есть функция
00: 26: 13.22.
00: 26: 17.14 И это прямо на поверхности покровного стекла. Когда мы вводим в ячейку всего лишь
00: 26: 20.20 2 микрона, средняя панель наверху,
00: 26: 23.21, вы теперь выглядите как небольшая луковичная ракета. 10um in,
00: 26: 28.21 в нижнем крайнем левом углу, это похоже на длинный вытянутый ракетный корабль.
00: 26: 33.15 Итак, представьте, что вы визуализируете изображение, и каждая точка в вашем образце
00: 26: 36.11 выглядит как этот раскиданный ракетный корабль с полосами
00: 26: 40.05, спускающимися с него хвостами.По сути, это уменьшит сигнал на
00: 26: 43.26 там, где на самом деле находится ваш образец, и даст вам
00: 26: 47.01 диффузный фон. Вот почему сферическая аберрация, многие люди
00: 26: 50. 10 слышат слово «сферическая» и думают, что это кривизна.
00: 26: 52.19 Но на самом деле сферическая аберрация, когда вы смотрите в микроскоп
00: 26: 55.13, выглядит как мягкость или нечеткость изображения.
00: 26: 59.02 И это одна из тех вещей, на которые вы смотрите в микроскоп,
00:27:01.19, и вы продолжаете фокусироваться, и вы пытаетесь сфокусировать
00: 27: 05.08 на образце, но он никогда не становится резким или четким.
00: 27: 08.23 Это вообще сферическая аберрация, с микроскопом
00: 27: 12.07 все в порядке, у вас просто есть проблема, с которой вам нужно разобраться.
00: 27: 15.15 Итак, как исправить сферическую аберрацию? У нас будет еще один совет
00: 27: 22.14, в котором мы подробно расскажем об этом. Но в целом,
00: 27: 26.27 вы стараетесь максимально соответствовать этим критериям проектирования или используете
00:27:31.05 объективы с корректирующими манжетами.
00: 27: 34.05 Но как работает корректирующий воротник? Обычно мы делаем
00: 27: 38.27, мы будем смотреть на след луча линзы и искать область в линзе,
00: 27: 43.15, которую вы можете видеть полностью впереди здесь, где вы иметь самый крутой угол
00: 27: 47.02 между двумя группами линз. Итак, мы возьмем все эти линзы
00: 27: 50.15 сюда и поместим их в латунную трубку, мы сделаем на этой трубке канавку
00: 27: 54.15, вставим в нее шпильку и соединим ее
00: 27:57.28 на воротник, затем мы закрепим другие линзы спереди
00: 28: 02.04 под этим углом в другой латунной трубке. И когда мы поворачиваем этот воротник,
00: 28: 05.13, он перемещает все эти линзы взад и вперед, а затем этот угол
00: 28: 10.00, здесь, этот крутой угол, затем будет идти вот так
00 : 28: 13.24 когда эти линзы двигаются вперед и назад. Итак, что происходит
00: 28: 17.08: аксиальные лучи, которые фокусируются дальше, теперь сфокусированы на
00: 28: 23.15 с периферийными лучами, потому что мы перемещаем эти
00:28:27. 08 периферийных лучей гораздо важнее, чем мы перемещаем осевые лучи
00: 28: 30.19. Именно так работает корректирующий воротник.
00: 28: 33.24 Итак, вот лишь несколько изображений, демонстрирующих сферическую аберрацию.
00: 28: 38.23 Вот трехцветное изображение клетки с флуоресцентной меткой. Вы можете увидеть актин
00: 28: 44.16, помеченный зеленым, митохондрии — красным, а ДНК
00: 28: 50.14 — синим. И вы можете разрешить все эти структуры
00:28:54.28, и вы даже можете увидеть какую-то структуру в ядре. Но
00: 28: 57.25 выглядит туманным, мягким. Если мы продолжим и исправим сферическую аберрацию
00: 29: 00.29, то теперь вы увидите, что контраст просто выскакивает на
00: 29: 04.08. И это действительно может иметь большое значение для вашего изображения,
00: 29: 07.27 оно действительно может иметь значение, видеть то, что вам интересно,
00: 29: 10.18 или нет. Вот еще один образец, и это тот, с которым мы работали с
00: 29: 15.10 в лаборатории для образца теста разрешения.А это диатомовая водоросль.
00: 29: 19.12 И поверхностные спикулы на этой диатомовой водоросли — хороший образец для тестирования
00: 29: 23.22, потому что они находятся на границе разрешения оптического микроскопа
00: 29: 26.22. Итак, вы можете видеть на этом изображении
00: 29: 30.17 со сферической аберрацией, оно выглядит мягким или туманным,
00: 29: 33.05, но вы продолжаете и переключаетесь на коррекцию сферической аберрации
00: 29: 36.28 и тогда вы действительно сможете получить контраст.
00: 29: 40.27 Итак, это все, что у меня есть по оптике и аберрациям, большое вам спасибо!

.