Исправление вторичного спектра (хроматическая разность увеличения - ХРУ)

Объективы без хроматической разности увеличения появились в 80-е годы.

До 60-х годов нашего столетия объективы одного комплекта имели величину хроматической разности увеличения от 0% до 2%, что требовало применения как простых окуляров Гюйгенса (ХРУ соответствует 0%), так и компенсационных окуляров (ХРУ 1-2 %). Для получения хорошего качества изображения требовалось включение в комплект микроскопа сдвоенного комплекта окуляров.

Бурное развитие микроэлектроники в 80-е годы потребовало создания комплектов объективов и простых окуляров без ХРУ для микроскопов отраженного света, а затем и для микроскопов проходящего света. Такие комплекты были созданы практически всеми фирмами и получили название «объективы, свободные от хроматической разности увеличения».

В настоящее время осуществляется постепенный переход к объективам свободным от хроматизма увеличения в микроскопах нового поколения.

Рабочее расстояниеичисловая апертура– еще два важных параметра, характеризующий объектив.

Рабочим расстоянием называется расстояние от верхней поверхности покровного стекла до оправы первой линзы объектива в положении, когда в микроскоп четко видно изображение объекта (т.е. глубина резкости).

Апертура– действующее отверстие, определяемое размерами линз или диафрагмами. У объектива таковым является размер фронтальной (первой) линзы. Именно размер фронтальной линзы объектива определяет величину апертурногопучка – светового конуса, попавшего в объектив после прохождения через объект, а максимальный плоский угол этого пучка, стягиваемый линзой в центр поля объекта или изображения двумя противоположенными крайними лучами носит название угловой апертуры. Безразмерная величина, соответствующая условию A=n_e·sina,где n_e – показатель преломления среды между объективом и объектом, а α – ½ полного угла, попадающего в объектив света, и есть числовая апертура (Numerical aperture - NA).

Если пространство между линзой и объектом заполнено воздухом (n_{воздуха}=1), т.е. система сухая (без иммерсии), то NA не превышает 0,95. Если между объективом и препаратом находится иммерсионное масло, за счет чего система, через которую проходит свет, становится гомогенной, то может быть использован значительно более широкий пучок света. В современных объективах максимальная числовая апертура составляет 1,25-1,3.

Существует связь между апертурой и рабочим расстоянием. Чем больше числовая апертура объектива, тем меньше рабочее расстояние. На рис. 35 показана зависимость рабочего расстояния и апертуры объектива. А – объектив с малой числовой апертурой, В – с большой. От величины числовой апертуры объектива и длины волны света, которым освещается препарат, зависит разрешающая способность микроскопа. Чем больше числовая апертура, тем больше разрешение микроскопа, на рис. 36 продемонстрированы микрофотографии одного и того же участка тест-объекта.

Апертура 1,3	Апертура 1,0	Апертура 0,77
Апертура 0,6	Апертура 0,45	Апертура 0,35

Рис. 36. Разрешающая способность объективов разной числовой апертуры

Показатель числовой апертуры выносится на маркировку объектива.

Помимо степени исправления аберраций выделяют также несколько типов объективов и по свойствам иммерсии [immersio - погружение]:

сухие системы (без иммерсии) - между препаратом и фронтальной линзой объектива находится воздух;

и иммерсионные системы -между препаратом и фронтальной линзой объектива находится иммерсионная жидкость (см. рис. 37).

Иммерсионные жидкости необходимы для увеличения числовой апертуры и соответственно повышения разрешающей способности иммерсионных объективов, специально рассчитанных для работы с этими жидкостями и, соот ветствующим образом, маркированными. Иммерсионные жидкости, помещенные между объективом и препаратом, имеют более высокий показатель преломления, чем воздух. Поэтому, отклоненные мельчайшими деталями объекта лучи света, не рассеиваются, выходя из препарата, а попадают в объектив, что приводит к повышению разрешающей способности. Показатель преломления иммерсии, которая применяется в микроскопе, близок к показателю преломления стекла фронтального компонента объектива:

кедровое масло — 1,515

100 % глицерин — 1,4739

вода дистиллированная —1,3329.

Различают объективы водной иммерсии (маркированные белым кольцом), масляной иммерсии (черное кольцо), глицериновой иммерсии (желтое кольцо). В световой микроскопии биологических препаратов применяются объективы водной и масляной иммерсии. Специальные кварцевые объективы глицериновой иммерсии пропускают коротковолновое ультрафиолетовое излучение и предназначены для ультрафиолетовой (не путать с люминесцентной) микроскопии (то есть для изучения биологических объектов, избирательно поглощающих ультрафиолетовые лучи).

Помимо вышеперечисленных, имеется ряд специализированных объективов используемых для конкретных методов исследования. Это:

эпиобъективы— объективы отраженного света с дополнительной осветительной системой темного поля в виде светового кольца, расположенной вокруг основного корпуса светлопольного объектива.

объективы для поляризационных микроскопов, которыеобладают минимумом напряжения в оптических деталях. При изготовлении к этим объективам предъявляются повышенные требования: отсутствие расчетного астигматизма, высшие категории стекла по бессвильности, отсутствие натяжения в линзах, в склеенных компонентах, в компонентах в оправе, в собранном объективе, отсутствие в оптической схеме кристаллов, обладающих двулучепреломлением.

люминесцентные объективы –объективы, не вносящие в изображение собственное свечение в исследуемой области люминесценции, т. е. обладающие минимумом собственной люминесценции. При изготовлении предъявляются следующие требования:

- отсутствие в оптической схеме объектива материалов, обладающих собственной люминесценцией, при этом оптические среды должны обладать максимумом пропускания в широкой области спектра (от 300 нм до 800 нм);

- при изготовлении сохраняются те же требования по отношению к клею, просветляющим покрытиям, что и у поляризационных объективов;

- иммерсионная жидкость не должна вносить дополнительное свечение.

Для микроскопов отраженного света рассчитываются и производятся специальные безрефлексные (противобликовые) объективы –объективы отраженного света светлого и темного поля, а также поляризационные отраженного света. При изготовлении предъявляются требования: расчет объективов на рефлексы; применение покрытий, рифлений, чернений и прочих антирефлексных методов.

Различают объективы по спектральным характеристикам - для видимой областиспектра и для УФи ИК микроскопии (линзовые или зеркально-линзовые Линзы изготовляются из материалов, прозрачных для УФ (кварц, флюорит) или ИК (кремний, германий, флюорит, фтористый литий) излучения.).

По длине тубуса, на которую рассчитаны объективы (в зависимости от конструкции микроскопа), различают объективы:

• для тубуса 160 мм (рутинные и лабораторные биологические микроскопы производства 60-90 гг ХХ в.),
• для тубуса 190 мм (объективы разработки 60-70 гг, встречаются в старых поляризационных микроскопах)
• для тубуса 250 мм (применяются в микроскопах K.Zeiss (Йена) типа ЙЕНАМЕД, ЙЕНАВАЛ и т.д. выпущенных в 80 гг ХХ века).
• и для «длины тубуса бесконечность» (последние создают изображение «на бесконечности» и применяются совместно с дополнительной — т. н. тубусной — линзой, переводящей изображение в фокальную плоскость окуляра).