Исправление полевых аберраций

Планобъективами называют такие объективы, в которых исправлены кривизна поверхности изображения, астигматизм и кома, что обеспечивает резкое изображение по всему полю наблюдения.

В сочетании с исправлением в спектральном диапазоне различают план-ахроматамы и планапохроматамы.

Планобъективы увеличивают поле исследования за счет резкого видения объекта по всему полю. Обычно применяются при фотографировании, причем наиболее эффективно применение планапохроматов. Такие объективы содержат в оптической схеме до 13 линз.

При исправлении полевых аберраций не на все поле, а на 4/5 поля объективы относятся к полупланобъективам. Они гораздо дешевле планобъективов (количество линз в оптической схеме полупланобъектива доходит до 10, но обычно их 6), и в настоящее время рабочие модели современных зарубежных микроскопов комплектуются полупланобъективам типа «ACHROSTIGMAT», а отечественные - типа «СТИГМАХРОМАТ», это так называемые «улучшенные ахроматы».

Контактные объективы

В контактных объективах исправлен астигматизм. При работе объективы приводятся в соприкосновение с исследуемым объектом. В результате контакта поверхность объектива принимает форму первой поверхности фронтальной линзы, что обеспечивает плоскостность изображения. Освещение объекта осуществляется через объектив.

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 расстояние и числовая 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 апертурного пучка – 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·sin, 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.

С уществует 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, соотв етствующим 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