Классификация объективов для микроскопии

Классификация объективов  сложнее классификации микроскопов. Объективы разделяются по принципу расчетного качества изображения, параметрическим и конструктивно-технологическим признакам, а также по методам исследования и контрастирования.

Рекомендации по выбору объективов для Ваших задач описаны в статье.

По классу изображения изображения объективы могут быть:

•     ахроматическими;
•     планахроматическими;
•    полуапохроматическими ;
•    апохроматическими.

Ахроматические объективы.

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

 

 

 

 

 

Планахроматические объективы

 

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

Ведущий производитель микроскопов Olympus выпускает такие объективы с маркировкой PLN, PLCN (объективы для клинических микроскопов), PLCN CY (объективы для цитологии).

Объективы UIS2 имеют планахроматическую коррекцию, что дает абсолютную уверенность в качестве изображения.

 

 

 

Качество изображения на ахроматическом и планахроматическом объективах

Ахроматический объектив Изображение четкое лишь в центре поля зрения и размывается по краям	Планахроматический объектив (Olympus CX31) Четкость изображения по всему полю зрения, высокая детализация структур

 

Полуапохроматические объективы.

 

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

 

Ведущий производитель микроскопов Olympus выпускает такие объективы с маркировкой UPLFLN.

Пример изображения с объектива полуапохромат (планфлуорит)

Апохроматические объективы.

 

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

Так как в этих объективах устранены все возможные аберрации изображения, такие объективы стоят дороже планахроматических объективов.

 

Ведущий производитель микроскопов Olympus выпускает такие объективы с маркировкой PLAPO, UPLSAPO, PLANAPO.

Пример изображения с объектива апохромат (UPLSAPO)

Рутинные и рабочие микроскопы лабораторного класса, применяемые в медицине комплектуются  экономичными объективами- планахроматами. Их цветопередача и коррекция полностью подходят для работы как с нативными так и с окрашенными препаратами.

По параметрическим признакам объективы делятся следующим образом:

•     объективы с конечной длиной тубуса (например, 160 мм) и объективы, скорректированные на длину тубуса «бесконечность» (например, Olympus UIS2);
•     объективы малых (до 10х); средних (до 50х) и больших (более 50х) увеличений, а также объективы со сверхбольшим увеличением (свыше 100х);
•     объективы малых (до 0,25), средних (до 0,65) и больших (более 0,65) числовых апертур, а также объективы с увеличенными (по сравнению с обычными) числовыми апертурами (например, объективы апохроматической коррекции, а также специальные объективы для люминесцентных (флуоресцентных) микроскопов);
•     объективы с увеличенными (по сравнению с обычными) рабочими расстояниями, а также с большими и сверхбольшими рабочими расстояниями (объективы для работы в инвертированных микроскопах). Рабочее расстояние — это свободное расстояние между объектом (плоскостью покровного стекла) и нижним краем оправы (линзы, если она выступает) фронтального компонента объектива;
•     объективы, обеспечивающие наблюдение в пределах нормального линейного поля (20 мм); широкопольные (22 мм)  сверхширокопольные объективы ( от 23 до 26.5 мм);
•     объективы стандартные (45 мм) и нестандартные по высоте.

Парфокальная высота, парфокальность — расстояние от опорной плоскости объектива (плоскости соприкосновения ввинченного объектива с револьверным устройством) до плоскости препарата при сфокусированном микроскопе, является постоянной величиной и обеспечивает парфокальность комплекта аналогичных по высоте объективов разного увеличения, установленных в револьверном устройстве. Иными словами, если с помощью объектива 10х получить резкое изображение объекта, то при переходе к последующим увеличениям (20х,40х,60х,100х) изображение объекта остается резким в пределах глубины резкости объектива.

По конструктивно-технологическим признакам существует следующее разделение:

•     объективы, имеющие пружинящую оправу (начиная с числовой апертуры 0,50), и без нее;
•     объективы, имеющие ирисовую диафрагму внутри для изменения числовой апертуры (например, в объективах с увеличенной числовой апертурой, в объективах проходящего света для реализации метода темного поля, в поляризационных объективах отраженного света);
•     объективы с корректирующей (управляющей) оправой, которая обеспечивает движение оптических элементов внутри объектива (например, для корректировки качества изображения объектива при работе с различной толщиной покровного стекла или с различными иммерсионными жидкостями; а также для изменения увеличения при плавной — панкратической — смене увеличения) и без нее.

По обеспечению методов исследования и контрастирования объективы можно разделить следующим образом:

•     объективы, работающие с покровным и без покровного стекла;
•     объективы проходящего и отраженного света (безрефлексные); люминесцентные объективы (с минимумом автофлуоресценции (автолюминесценции); поляризационные объективы (без натяжения стекла в оптических элементах, т. е. не вносящие собственную деполяризацию); фазово-контрастные объективы (имеющие фазовый элемент — полупрозрачное кольцо внутри объектива); объективы ДИК (DIC), работающие по методу дифференциально-интерференционного контраста (поляризационные с призменным элементом); эпиобъективы (объективы отраженного света, предназначенные для обеспечения методов светлого и темного поля, имеют в конструкции специально рассчитанные осветительные эпи-зеркала);
•     иммерсионные и безыммерсионные объективы.

 

Иммерсия (от лат. immersio — погружение) — жидкость, заполняющая пространство между объектом наблюдения и специальным иммерсионным объективом (конденсором и предметным стеклом). В основном применяются три типа иммерсионных жидкостей: масляная иммерсия (МИ/Oil), водная иммерсия (ВИ/W) и глицериновая иммерсия (ГИ/Glyc), причем последняя в основном применяется в ультрафиолетовой микроскопии.
Иммерсия применяется в тех случаях, когда требуется повысить разрешающую способность микроскопа или её применения требует технологический процесс микроскопирования.

 

При этом происходит:

    повышение видимости за счет увеличения разности показателя преломления среды и объекта;
    увеличение глубины просматриваемого слоя, который зависит от показателя преломления среды.

Кроме того, иммерсионная жидкость может уменьшать количество рассеянного света за счет исчезновения бликов от объекта. При этом устраняются неизбежные потери света при его попадании в объектив.

 

Иммерсионные объективы. Качество изображения, параметры и оптическая конструкция иммерсионных объективов рассчитываются и выбираются с учетом толщины слоя иммерсии, которая рассматривается как дополнительная линза с соответствующим показателем преломления. Иммерсионная жидкость, расположенная между объектом и фронтальным компонентом объектива, увеличивает угол, под которым рассматривается объект (апертурный угол). Числовая апертура безыммерсионного (сухого) объектива не превышает 1,0 (разрешающая способность порядка 0,3 мкм для основной длины волны); иммерсионного — доходит до 1,40 в зависимости от показателя преломления иммерсии и технологических возможностей изготовления фронтальной линзы (разрешающая способность такого объектива порядка 0,12 мкм).
Иммерсионные объективы больших увеличений имеют короткое фокусное расстояние — 1,5–2,5 мм при свободном рабочем расстоянии 0,1–0,3 мм (расстояние от плоскости препарата до оправы фронтальной линзы объектива).

Маркировка объективов.

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

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

 

В связи с тем, что каждый производитель микроскопов имеет свою собственную линейку объективов  с заданными техническими характеристиками, объективы могут отличаться по цветопередаче, апертуре, парфокальному расстоянию, резьбой крепления в револьверном механизме.

Возможность использования объективов от разных производителей на микроскопе отсутствует.

 

 

   Очень важно использовать объективы того же производителя, что и микроскопа, в противном случае качество изображения не гарантировано!

 

 

Если Вам необходима консультация по объективам для Вашего микроскопа -обращайтесь  в Школу микроскопии!