Окуляры. Окуляр в световом микроскопе увеличивает первичное (промежуточное) изображение, сформированное объективом. Окуляр может также рассматриваться как элемент внешней стороны макро (оборачивающей) системы линз, создаваемой окуляром плюс преломляющие элементы глаза наблюдателя, видео- или фотографической камеры.

Промежуточная плоскость изображения (которая лежит между линзами в окулярах многих типов или предшествует линзовым элементам в окулярах типа Рамсдена), или его сопряженная плоскость используется для размещения полевых ограничителей, ирисовых диафрагм, сеток, микрометрических шкал, компаратора светоделителя и т.п., которые нужны для появления этих элементов в той же фокальной плоскости, что и препарат.

Диск Рамсдена, выходной зрачок объектива, изображаемый окуляром, обычно располагается на коротком расстоянии над окуляром. Так как диск Рамсдена должен лежать в плоскости зрачка наблюдателя, предусматриваются специальные окуляры с большим выносом зрачка для удобства наблюдателя, носящего очки (особенно при астигматизме). Окуляры с большим выносом зрачка также используются для включения устройств для отклонения луча (такие как сканирующие зеркала в лазерных сканирующих конфокальных микроскопах) или устройств с преобразованием апертуры (например, апертура окклюдеров для стерео наблюдений через один объектив бинокулярного микроскопа).

Увеличение окуляров определяется как 25 см, деленное на фокусное расстояние окуляра. На окуляре указываются увеличение и размер поля (например, 1 Ох/20, означает 10 -увеличение или 25 см - фокусное расстояние с полем зрения 20 мм), вместе с именем изготовителя и специальными атрибутами, как например, без хроматической аберрации (СР), широкое поле (\У, \УР, Е\УР), план (Р, РЬ), компенсационный (СОМР, С, К), с большим выносом зрачка (Н, изображены очки), с перекрестием и заглушкой ориентации для кристаллографии (pol), проекция (pro), фотографирование (photo), видео (TV) и т.п. Также, специальные окуляры обеспечивают большую плоскость поля зрения (обозначены как "широкопольный", "экстра широкопольный", "план", "периплан", "гиперплан" и т.п., некоторые с размерами поля, колеблющимися до 28 мм).

По аналогии с объективами микроскопа, некоторые конструкции приняты стандартными и некоторые стандартные обозначения используются для указания исполнения или функции окуляров. Два физических параметра окуляров, тем не менее, стали более или менее стандартизованными. Внешний диаметр окуляра стал равен или 23.2мм или 30.0 мм, и справочное расстояние, или высота окуляра (то есть, расположение промежуточной плоскости изображения от опорной плоскости окуляра) сейчас в основном это расстояние 10 мм.

В прошлом, окуляры с широкими диапазонами возрастающего увеличения были предназначены регулировать общее увеличение изображения микроскопа, но эта практика теперь заменена использованием нескольких, более откорректированных окуляров в соединении с устройством, изменяющим увеличение в тубусе корпуса микроскопа, или окуляром плавного изменения увеличения проекции масштаба.

Факторы, влияющие на выбор фокусного расстояния окуляра и его увеличения, включающие оптимизацию общего увеличения микроскопа и способности разрешения изображения, подбирают характеристиками МПФ (модуляционной передаточной функции) детектора и регулировкой доступного охвата поля. В флуоресцентной микроскопии по видео, Б1С (дифференциально-интерференционный контраст), поляризации, темному полю и т.п., общее увеличение часто должно расти за предельным классическим "пустым увеличением", чтобы наблюдать моментальные объекты, диаметры которых расположены ниже предела разрешающей способности микроскопа. Тем не менее, в зависимости от характеристик МПФ, чувствительности и всех доступных пикселей в датчике, могут возникнуть конфликты между потребностью в большом увеличении, яркости изображения, и охвате поля. Чтобы оптимизировать общее увеличение изображения, может быть нужно убрать подгонку увеличения окуляра, и дополнительно выбрать объектив с соответствующим увеличением и соотношением числовой апертуры к увеличению. Окуляры изменения масштаба изображения особенно пригодны для тонкой регулировки увеличения, чтобы оптимизировать отношение сигнал/шум и время интеграции изображения в видео микроскопии. Для изображений с очень низким уровнем света, например, в фотонном изображении, увеличение окуляра менее, чем 1, возможно нужно для того, чтобы достаточно высоко поднять коэффициент сигнал/шум, при этом пожертвовав пространственным разрешением.

Дополнительно к урегулированию увеличения изображения и размещению выходного зрачка микроскопа в удобной позиции, окуляр компенсирует аберрации, которые не скорректированы должным образом в объективе и тубусной линзе. Окуляры Гюйгенса в комбинации с маломощными ахроматическими объективами и компенсационные окуляры в сочетании с высокоапертурными ахроматическими и апохроматическими объективами, корректируют поперечную хроматическую аберрацию. Некоторые высокоапертурные ахроматические объективы умышленно проектируются так, чтобы обеспечить остаточные аберрации (включая кривизну поля), которые подобны тем аберрациям в апохроматам, потому что некоторые компенсационные окуляры применяются, чтобы компенсировать аберрации в объективах обоих типов.

Определенные классы современных объективов достаточно хорошо корректируются, чтобы требовать минимальной компенсационной коррекции окуляров. Например, объективы Nikon CF и современные объективы Zeiss Jena разработаны таким образом, чтобы обеспечивать соответствующее хорошо корригированное промежуточное изображение, потому что окуляры сами по себе также свободны от поперечного и продольного хроматизма и некоторых сферических аберраций. Пренебрегая степенью коррекции в окулярах, современные микроскопы обеспечивают изображение с цветовой коррекцией, полем зрения и плоскостностью поля значительно лучше более ранних моделей.

Следует признать, что описание современных принципов построения микроскопов является Ноу-хау и не является предметом широкого обсуждения. Только специалисты могут судить о тех или иных конструктивных особенностях микроскопов конкурирующих между собой фирм-производителей данного виде техники. Основная задача инженеров при поиске новых подходов в реализации основного концептуального принципа- это прогнозируемость результата и удобство прибора при использовании его потребителем.

В этой связи необходимо отметить наличие в данной статье устаревших технических данных по микроскопам различных фирм, а также очевидную неконкретность в описании некоторых конструктивных решений. Авторы статьи пошли по пути простого описания схемных решений современных микроскопов различных производителей, без попытки анализа и комментариев их оптимальности.

Поверхностный подход к изложению материала, связанного с теоретическими и практическими изысканиями в построении схемных решений, например, микрообъективов, обусловливает наличие неправильного трактования и просто ошибок.

Некоторые материалы иллюстрируют подход 10 летней давности.

Вместе с тем, нами не обнаружено других источников, где в популярной и доступной форме изложено главное: как строится оптическая система современного микроскопа широкого назначения

Оптика микроскопа (оптическая часть)

Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа -- создание увеличенного изображения объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров составляющих элементов и цвету. Кроме этого, оптика должна обеспечивать такое качество изображения, которое отвечает целям исследования и требованиям методик проводимого анализа.

Основными оптическими элементами микроскопа являются оптические элементы, образующие осветительную (в том числе, конденсор), наблюдательную (окуляры ) и воспроизводящую (в том числе объективы) системы микроскопа.

Объективы микроскопа

Представляют собой оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения в плоскости изображения с соответствующим увеличением, разрешением элементов, точностью воспроизведения по форме и цвету объекта исследования. Они имеют сложную оптико-механическую конструкцию, которая включает несколько одиночных линз и компонентов, склеенных из 2-х или 3-х линз. Количество линз обусловлено кругом решаемых объективом задач. Чем выше качество изображения, даваемое объективом, тем сложнее его оптическая схема. Общее число линз в сложном объективе может доходить до 14 (например, это может относиться к планапохроматическому объективу с увеличением 100х и числовой апертурой 1,40).

Объектив состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная линза (или система линз) обращена к препарату и является основной при построении изображения соответствующего качества, определяет рабочее расстояние и числовую апертуру объектива. Последующая часть в сочетании с фронтальной обеспечивает требуемое увеличение, фокусное расстояние и качество изображения, а также определяет высоту объектива и длину тубуса микроскопа.

Классификация объективов

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

По принципу расчетного качества изображения объективы могут быть:

ахроматическими;

апохроматическими;

объективами плоского поля (план).

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.

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. По сравнению с ахроматами, эти объективы обычно имеют повышенные числовые апертуры, дают четкое изображение и точно передают цвет объекта.

Полуапохроматы или микрофлюары .

Современные объективы, обладающие промежуточным качеством изображения.

Планобъективы . В планобъективах исправлена кривизна изображения по полю, что обеспечивает резкое изображение объекта по всему полю наблюдения. Планобъективы обычно применяются при фотографировании, причем наиболее эффективно применение планапохроматов.

Потребность в подобного типа объективах возрастает, однако они достаточно дороги из-за оптической схемы, реализующей плоское поле изображения, и применяемых оптических сред. Поэтому рутинные и рабочие микроскопы комплектуются так называемыми экономичными объективами. К ним относятся объективы с улучшенным качеством изображения по полю: ахростигматы (фирма LEICA), СР-ахроматы и ахропланы (фирма CARL ZEISS), стигмахроматы (фирма ЛОМО).

По параметрическим признакам объективы делятся следующим образом:

объективы с конечной длиной тубуса (например, 160 мм) и объективы, скорректированные на длину тубуса «бесконечность» (например, с дополнительной тубусной системой, имеющей фокусное расстояние 160 мм);

объективы малых (до 10х); средних (до 50х) и больших (более 50х) увеличений, а также объективы со сверхбольшим увеличением (свыше 100 х);

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 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 (до 18 мм); широкопольные объективы (до 22,5 мм); сверхширокопольные объективы (более 22,5 мм);

объективы стандартные (45 мм, 33 мм) и нестандартные по высоте. Высота -- расстояние от опорной плоскости объектива (плоскости соприкосновения ввинченного объектива с револьверным устройством) до плоскости предмета 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 одного увеличения получить резкое изображение объекта, то при переходе к последующим увеличениям 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 собственной люминесценции); поляризационные объективы (без натяжения стекла в оптических элементах, т. е. не вносящие собственную деполяризацию); фазовые 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 ее применения требует технологический процесс микроскопирования. При этом происходит: 1. повышение видимости за счет увеличения разности показателя преломления среды и объекта;

2. 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).

Окуляры

Оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения на сетчатке глаза наблюдателя. В общем виде окуляры состоят из двух групп линз: глазной -- ближайшей к глазу наблюдателя -- и полевой -- ближайшей к плоскости, в которой объектив строит изображение рассматриваемого объекта.

Окуляры классифицируются по тем же группам признаков, что и объективы: 1. окуляры компенсационного (К -- компенсируют хроматическую разность увеличения объективов свыше 0,8%) и безкомпенсационного действия; 2. окуляры обычные и плоского поля; 3. окуляры широкоугольные (с окулярным числом -- произведение увеличения окуляра на его линейное поле -- более 180); сверхширокоугольные (с окулярным числом более 225); 4. окуляры с вынесенным зрачком для работы в очках и без; 5. окуляры для наблюдения, проекционные, фотоокуляры, гамалы; 6. окуляры с внутренней наводкой (с помощью подвижного элемента внутри окуляра происходит настройка на резкое изображение сетки или плоскость изображения микроскопа; а также плавное, панкратическое изменение увеличения окуляра) и без нее.

Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа — создание увеличенного изображения объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров составляющих элементов и цвету. Кроме этого, оптика должна обеспечивать такое качество изображения, которое отвечает целям исследования и требованиям методик проводимого анализа.

Основными оптическими элементами микроскопа являются оптические элементы, образующие осветительную (в том числе, конденсор), наблюдательную (окуляры) и воспроизводящую (в том числе объективы) системы микроскопа.

Объективы микроскопа

Объективы микроскопа представляют собой оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения в плоскости изображения с соответствующим увеличением, разрешением элементов, точностью воспроизведения по форме и цвету объекта исследования.
Они имеют сложную оптико-механическую конструкцию, которая включает несколько одиночных линз и компонентов, склеенных из 2-х или 3-х линз.
Количество линз обусловлено кругом решаемых объективом задач. Чем выше качество изображения, даваемое объективом, тем сложнее его оптическая схема. Общее число линз в сложном объективе может доходить до 14 (например, это может относиться к планапохроматическому объективу с увеличением 100х и числовой апертурой 1,40).

Объектив состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная линза (или система линз) обращена к препарату и является основной при построении изображения соответствующего качества, определяет рабочее расстояние и числовую апертуру объектива. Последующая часть в сочетании с фронтальной обеспечивает требуемое увеличение, фокусное расстояние и качество изображения, а также определяет высоту объектива и длину тубуса микроскопа.

Числовая апертура и увеличение объективов

Чем больше NA (апертура) объектива, тем более мелкие детали он может разрешать. Если посмотреть на паспортные данные объективов, то можно видеть, что увеличение и апертура не связаны строго между собой. Так, например, существуют объективы 40/0,65; 40/1,3 и 100/1,3. Первые два дают изображения, сходные по размерам, однако второй позволяет различить более мелкие детали. Два последних объектива, масляно-иммерсионные, имеют одинаковое разрешение, но объектив 40 позволяет наблюдать большую площадь препарата (при меньшем увеличении) по сравнению с объективом 100.
Объективы следует выбирать, исходя, главным образом, из их апертуры, а следовательно, из разрешающей способности, а не из увеличения. В настоящее время многие микроскопы снабжены системами переменного увеличения, которые позволяют изменять конечное увеличение приблизительно вдвое. Кроме того, при печати можно давать дополнительное фотоувеличение. Из трех упомянутых выше объективов при прочих равных характеристиках рекомендуется для получения качественных фотомикрографий объектив 40/1,3.

Исправление аберраций

Объективы для микроскопов подразделяются на несколько типов в зависимости от степени исправления хроматической и сферической аберраций. Эти типы можно в свою очередь подразделить в соответствии с тем, насколько объективы свободны от кривизны поля зрения, каковы их увеличение и числовая апертура, являются ли они сухими или иммерсионными.

Простейшие объективы — это ахроматы, которые сводят синие и красные лучи в один фокус, несколько отличающийся от фокуса для зеленого света. Даваемое ими изображение может иметь слабо заметные цветные кольца, окрашенные в зависимости от фокусировки в зеленый или пурпурный цвет. Ахроматы исправлены в отношении сферической аберрации только для зеленых лучей. Они сравнительно дешевы и пригодны для визуальных наблюдений. Для фотомикрографии их следует использовать по возможности вместе с
монохроматическим зеленым светофильтром или интерференционным
зеленым фильтром. Тогда они дают сравнительно хорошие результаты.

Флюоритовые объективы (названные так потому, что в них стоят линзы из минерала флюорита), или полуапохроматы, лучше исправлены в отношении хроматической аберрации, чем ахроматы. Благодаря этому они выпускаются с относительно большей (при данном увеличении) апертурой и дают более качественное и контрастное изображение. Простота конструкции и большая светосила делают флюоритовые объективы удобными для флуоресцентной микроскопии. Они также могут быть с успехом использованы для фотомикрографии.

Апохроматы представляют собой наиболее скорректированные объективы, у которых практически
полностью исправлена хроматическая аберрация, а сферическая аберрация исправлена не для одного, а для двух цветов. Эти объективы дают высококачественное изображение и более всего подходят для качественной фотомикрографии, особенно в цвете. Такие объективы сложны в изготовлении, поэтому в микроскопах многих фирм добиваются коррекции вторичной хроматической аберрации с помощью специальных «компенсационных» окуляров. По этой причине полностью исправленная система состоит из объектива и соответствующего окуляра. Для объективов, изготовленных различными фирмами, а иногда и для разных объективов, выпускаемых одной фирмой, нужны различные окуляры. В некоторых случаях полная коррекция аберраций проведена в самом объективе. Обычно практикуемая в лабораториях беспорядочная замена оптических элементов, очевидно, не может дать хороших результатов. Если нет уверенности в целесообразности той или иной замены, то следует обратиться к инструкциям изготовителя.

Сухие объективы и толщина покровного стекла

Если использовать объектив не так, как рекомендуется, то качество изображения ухудшится из-за неполной коррекции сферической аберрации. Для большинства сухих объективов (то есть рассчитанных на воздушную прослойку между препаратом и фронтальной линзой) требуется покровное стекло толщиной 0,17 мм, и последнее число выгравировано на их оправе. Некоторые объективы, маркированные Эпи (Epi), 0, или просто «—», рассчитаны на работу с непокрытым препаратом, другие, наоборот, могут быть использованы при работе с культуральными флаконами и рассчитаны на толщину их стенок до 2 мм.
Небольшие отклонения в толщине покровного стекла, как правило, несущественны для объективов с апертурой менее 0,65, но имеют значение для сухих объективов с большой апертурой (0,75—0,95). Эти объективы часто имеют коррекционную оправу, которая позволяет добиваться максимальной коррекции сферической аберрации за счет изменения расстояния между линзами объектива. Даже при использовании покровного стекла нужной толщины может потребоваться коррекция на дополнительную толщину, создаваемую заливочной средой.

Иммерсионные объективы
Иммерсия (от лат. immersio — погружение) — жидкость, заполняющая пространство между объектом наблюдения и специальным иммерсионным объективом (конденсором и предметным стеклом).
Иммерсионные объективы необходимо использовать в тех случаях, когда нужна апертура 1,0 и более. Иммерсионная жидкость, расположенная между объектом и фронтальным компонентом объектива, увеличивает угол, под которым рассматривается объект (апертурный угол).
Большинство иммерсионных объективов рассчитаны на работу со специально изготовленным маслом. Кроме того, имеются объективы для работы с водной и с глицериновой иммерсией, а также объективы, настраиваемые для работы с любой иммерсионной средой. Поскольку оптические свойства заливочной среды, покровного стекла и иммерсионного масла близки, то большая или меньшая толщина одного слоя по сравнению с другим не приводит к искажениям. Поэтому при фотомикрографии значительно лучше использовать иммерсионный объектив 40/1,0. а не сухой 40/0,95.
Другими словами, особенности использования иммерсионных объективов таковы:
1. повышение видимости за счет увеличения разности показателя преломления среды и объекта;
2. 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.
Поскольку иммерсионные масла несколько различаются, то при их применении следует руководствоваться рекомендациями фирмы-изготовителя оптики. Особенно важно избегать смешения различных масел. Если на объективе остались следы масла, то при использовании другого масла качество изображения может ухудшиться, поэтому объективы необходимо чистить.

Глубина резкости

Многие объективы дают изображение, в котором центральная часть и периферия не могут быть сфокусированы одновременно. Чтобы решить данную проблему, фирмы-изготовители выпускают специальные объективы с минимальной
кривизной поля зрения, которые отмечены приставкой «План» (Plan), например Планахромат и Планапохромат, где исправлена кривизна изображения по полю, что обеспечивает резкое изображение объекта по всему полю наблюдения.

По параметрическим признакам объективы делятся следующим образом:

Объективы с конечной длиной тубуса (например, 160 мм) и объективы, скорректированные на длину тубуса «бесконечность» (например, с дополнительной тубусной системой, имеющей фокусное расстояние 160 мм);
. объективы малых (до 10х); средних (до 50х) и больших (более 50х) увеличений, а также объективы со сверхбольшим увеличением (свыше 100 х);
. 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 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 (до 18 мм); широкопольные объективы (до 22,5 мм); сверхширокопольные объективы (более 22,5 мм);
. объективы стандартные (45 мм, 33 мм) и нестандартные по высоте. Высота — расстояние от опорной плоскости объектива (плоскости соприкосновения ввинченного объектива с револьверным устройством) до плоскости предмета 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 одного увеличения получить резкое изображение объекта, то при переходе к последующим увеличениям 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 собственной люминесценции); поляризационные объективы (без натяжения стекла в оптических элементах, т. е. не вносящие собственную деполяризацию); фазовые 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.

Маркировка объективов .

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

Увеличение («х»-крат, раз): 8х, 40х, 90х;
. числовая апертура: 0,20; 0,65,
. пример: 40/0,65 или 40х/0,65;
. дополнительная буквенная маркировка, если объектив используется при различных методах исследования и контрастирования: фазовый — Ф (Рп2 — цифра соответствует маркировке на специальном конденсоре или вкладыше), поляризационный — П (Pol), люминесцентный — Л (L), фазово-люминесцентный — ФЛ (PhL), ЭПИ (Epi, HD) — эпиобъектив для работы в отраженном свете по методу темного поля, дифференциально-интерференционный контраст — ДИК (DIC), пример: 40х/0,65 Ф или Ph2 40x/0,65;
. маркировка типа оптической коррекции: апохромат — АПО (АРО), планахромат — ПЛАН (PL, Plan), планапохромат — ПЛАН-АПО (Plan-Аро), улучшенный ахромат, полуплан — СХ — стигмахромат (Achrostigmat, CP-achromat, Achroplan), микрофлюар (полуплан-полуапохромат) — СФ или М-ФЛЮАР (MICROFLUAR, NEOFLUAR, NPL, FLUOTAR).

Окуляры микроскопа

Оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения на сетчатке глаза наблюдателя. В общем виде окуляры состоят из двух групп линз: глазной — ближайшей к глазу наблюдателя — и полевой — ближайшей к плоскости, в которой объектив строит изображение рассматриваемого объекта.
Окуляры классифицируются по тем же группам признаков, что и объективы:
1. окуляры компенсационного (К — компенсируют хроматическую разность увеличения объективов свыше 0,8%) и безкомпенсационного действия;
2. окуляры обычные и плоского поля;
3. окуляры широкоугольные (с окулярным числом — произведение увеличения окуляра на его линейное поле — более 180); сверхширокоугольные (с окулярным числом более 225);
4. окуляры с вынесенным зрачком для работы в очках и без;
5. окуляры для наблюдения, проекционные, фотоокуляры, гамалы;
6. окуляры с внутренней наводкой (с помощью подвижного элемента внутри окуляра происходит настройка на резкое изображение сетки или плоскость изображения микроскопа; а также плавное, панкратическое изменение увеличения окуляра) и без нее.

Маркировка окуляров .
На окулярах маркируют следующие характеристики:

Линейное увеличение окуляра: 10х, 15х
. линейное поле зрения (в мм): 18, 20, 22
. пример: 10х/18
. работа в очках (дополнительный символ в виде очков);
. фокусировочный (передвижной) элемент внутри окуляра для наводки на резкость изображения сетки окуляра (foc.)
. тип коррекции (Pl) или компенсация хроматической разности увеличения (К)

МИКРОСКОП

В отличие от лупы, микроскоп имеет, как минимум, две ступени увеличения. Функциональные и конструктивно-технологические части микроскопа предназначены для обеспечения работы микроскопа и получения устойчивого, максимально точного, увеличенного изображения объекта. Здесь мы рассмотрим устройство микроскопа и постараемся описать основные части микроскопа.

Функционально устройство микроскопа делится на 3 части:

1. Осветительная часть

Предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы последующие части микроскопа предельно точно выполняли свои функции. Осветительная часть микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом в прямых микроскопах (например, биологические , поляризационные и др.) и перед объектом над объективом в инвертированных .

Осветительная часть конструкции микроскопа включает источник света (лампа и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (коллектор, конденсор, полевая и апертурная регулируемые/ирисовые диафрагмы).

2. Воспроизводящая часть

Предназначена для воспроизведения объекта в плоскости изображения с требуемым для исследования качеством изображения и увеличения (т. е. для построения такого изображения, которое как можно точнее и во всех деталях воспроизводило бы объект с соответствующим оптике микроскопа разрешением, увеличением, контрастом и цветопередачей). Воспроизводящая часть обеспечивает первую ступень увеличения и расположена после объекта до плоскости изображения микроскопа. Воспроизводящая часть включает объектив и промежуточную оптическую систему.

Современные микроскопы последнего поколения базируются на оптических системах объективов, скорректированных на бесконечность. Это требует дополнительно применения так называемых тубусных систем, которые параллельные пучки света, выходящие из объектива, «собирают» в плоскости изображения микроскопа.

3. Визуализирующая часть

Предназначена для получения реального изображения объекта на сетчатке глаза, фотоплёнке или пластинке, на экране телевизионного или компьютерного монитора с дополнительным увеличением (вторая ступень увеличения). Визуализирующая часть расположена между плоскостью изображения объектива и глазами наблюдателя (цифровой камерой ). Визуализирующая часть включает монокулярную, бинокулярную или тринокулярную визуальную насадку с наблюдательной системной (окулярами, которые работают как лупа).

Кроме того, к этой части относятся системы дополнительного увеличени я (системы оптовара/смены увеличения); проекционные насадки, в том числе дискуссионные для двух и более наблюдателей; рисовальные аппараты; системы анализа и документирования изображения с соответствующими адаптерами для цифровых камер.

Схема расположения основных элементов оптического микроскопа

С конструктивно-технологической точки зрения, микроскоп состоит из следующих частей:

механической;

оптической;

осветительной (электрической).

1. Механическая часть микроскопа

Устройство микроскопа включается себя штатив, который является основным конструктивно-механическим блоком микроскопа. Штатив включает в себя следующие основные блоки: основание итубусодержатель .

Основание представляет собой блок, на котором крепится весь микроскоп и является одной из основных частей микроскопа. В простых микроскопах на основание устанавливают осветительные зеркала или накладные осветители. В более сложных моделях осветительная система встроена в основание без или с блоком питания.

Разновидности оснований микроскопа:

основание с осветительным зеркалом;

так называемое «критическое» или упрощенное освещение;

освещение по Келеру.

узел смены объективов, имеющий следующие варианты исполнения - револьверное устройство, резьбовое устройство для ввинчивания объектива, «салазки» для безрезьбового крепления объективов с помощью специальных направляющих;

фокусировочный механизм грубой и точной настройки микроскопа на резкость - механизм фокусировочного перемещения объективов или столиков;

узел крепления сменных предметных столиков;

узел крепления фокусировочного и центрировочного перемещения конденсора;

узел крепления сменных насадок (визуальных, фотографических, телевизионных, различных передающих устройств).

В микроскопах могут использоваться стойки для крепления узлов (например, фокусировочный механизм в стереомикроскопах или крепление осветителя в некоторых моделях инвертированных микроскопов).

Чисто механическим узлом микроскопа является предметный столик , предназначенный для крепления или фиксации в определенном положении объекта наблюдения. Столики бывают неподвижные, координатные и вращающиеся (центрируемые и нецентрируемые).

2. Оптика микроскопа (оптическая часть)

Оптические узлы и принадлежности обеспечивают основную функцию микроскопа - создание увеличенного изображения объекта с достаточной степенью достоверности по форме, соотношению размеров составляющих элементов и цвету. Кроме этого, оптика должна обеспечивать такое качество изображения, которое отвечает целям исследования и требованиям методик проводимого анализа. Основными оптическими элементами микроскопа являются оптические элементы, образующие осветительную (в том числе, конденсор), наблюдательную (окуляры) и воспроизводящую (в том числе объективы) системы микроскопа.

Объективы микроскопа

Представляют собой оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения в плоскости изображения с соответствующим увеличением, разрешением элементов, точностью воспроизведения по форме и цвету объекта исследования. Объективы являются одними из основных частей микроска.Они имеют сложную оптико-механическую конструкцию, которая включает несколько одиночных линз и компонентов, склеенных из 2-х или 3-х линз. Количество линз обусловлено кругом решаемых объективом задач. Чем выше качество изображения, даваемое объективом, тем сложнее его оптическая схема. Общее число линз в сложном объективе может доходить до 14 (например, это может относиться к планапохроматическому объективу с увеличением 100х и числовой апертурой 1,40).

Объектив состоит из фронтальной и последующей частей. Фронтальная линза (или система линз) обращена к препарату и является основной при построении изображения соответствующего качества, определяет рабочее расстояние и числовую апертуру объектива. Последующая часть в сочетании с фронтальной обеспечивает требуемое увеличение, фокусное расстояние и качество изображения, а также определяет высоту объектива и длину тубуса микроскопа.

Классификация объективов

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

По принципу расчетного качества изображения объективы могут быть:

ахроматическими;

апохроматическими;

объективами плоского поля (план).

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.

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. По сравнению с ахроматами, эти объективы обычно имеют повышенные числовые апертуры, дают четкое изображение и точно передают цвет объекта.

Полуапохроматы или микрофлюары .

Современные объективы, обладающие промежуточным качеством изображения.

Планобъективы .

В планобъективах исправлена кривизна изображения по полю, что обеспечивает резкое изображение объекта по всему полю наблюдения. Планобъективы обычно применяются при фотографировании, причем наиболее эффективно применение планапохроматов.

Потребность в подобного типа объективах возрастает, однако они достаточно дороги из-за оптической схемы, реализующей плоское поле изображения, и применяемых оптических сред. Поэтому рутинные и рабочие микроскопы комплектуются так называемыми экономичными объективами. К ним относятся объективы с улучшенным качеством изображения по полю: ахростигматы (LEICA), СР-ахроматы и ахропланы (CARL ZEISS), стигмахроматы (ЛОМО).

По параметрическим признакам объективы делятся следующим образом:

объективы с конечной длиной тубуса (например, 160 мм) и объективы, скорректированные на длину тубуса «бесконечность» (например, с дополнительной тубусной системой, имеющей фокусное расстояние 160 мм);

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 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 (до 18 мм); широкопольные объективы (до 22,5 мм); сверхширокопольные объективы (более 22,5 мм);

объективы стандартные (45 мм, 33 мм) и нестандартные по высоте.

Высота - расстояние от опорной плоскости объектива (плоскости соприкосновения ввинченного объектива с револьверным устройством) до плоскости предмета 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 одного увеличения получить резкое изображение объекта, то при переходе к последующим увеличениям 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 собственной люминесценции); поляризационные объективы (без натяжения стекла в оптических элементах, т. е. не вносящие собственную деполяризацию); фазовые 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:

увеличение («х»-крат, раз): 8х, 40х, 90х;

числовая апертура: 0,20; 0,65, пример: 40/0,65 или 40х/0,65;

дополнительная буквенная маркировка, если объектив используется при различных методах исследования и контрастирования: фазовый - Ф (Рп2 - цифра соответствует маркировке на специальном конденсоре или вкладыше), поляризационный - П (Pol), люминесцентный - Л (L), фазово-люминесцентный - ФЛ (PhL), ЭПИ (Epi, HD) - эпиобъектив для работы в отраженном свете по методу темного поля, дифференциально-интерференционный контраст - ДИК (DIC), пример: 40х/0,65 Ф или Ph2 40x/0,65;

маркировка типа оптической коррекции: апохромат - АПО (АРО), планахромат - ПЛАН (PL, Plan), планапохромат - ПЛАН-АПО (Plan-Аро), улучшенный ахромат, полуплан - СХ - стигмахромат (Achrostigmat, CP-achromat, Achroplan), микрофлюар (полуплан-полуапохромат) - СФ или М-ФЛЮАР (MICROFLUAR, NEOFLUAR, NPL, FLUOTAR).

Окуляры

Оптические системы, предназначенные для построения микроскопического изображения на сетчатке глаза наблюдателя. В общем виде окуляры состоят из двух групп линз: глазной - ближайшей к глазу наблюдателя - и полевой - ближайшей к плоскости, в которой объектив строит изображение рассматриваемого объекта.

Окуляры классифицируются по тем же группам признаков, что и объективы:

окуляры компенсационного (К - компенсируют хроматическую разность увеличения объективов свыше 0,8%) и безкомпенсационного действия;

окуляры обычные и плоского поля;

окуляры широкоугольные (с окулярным числом - произведение увеличения окуляра на его линейное поле - более 180); сверхширокоугольные (с окулярным числом более 225);

окуляры с вынесенным зрачком для работы в очках и без;

окуляры для наблюдения, проекционные, фотоокуляры, гамалы;

окуляры с внутренней наводкой (с помощью подвижного элемента внутри окуляра происходит настройка на резкое изображение сетки или плоскость изображения микроскопа; а также плавное, панкратическое изменение увеличения окуляра) и без нее.

Осветительная система

Осветительная система является важной частью конструкции микроскопа и представляет собой систему линз, диафрагм и зеркал (последние применяются при необходимости), обеспечивающую равномерное освещение объекта и полное заполнение апертуры объектива. Осветительная система микроскопа проходящего света состоит из двух частей - коллектора и конденсора.

Коллектор. При встроенной осветительной системе проходящего света коллекторная часть расположена вблизи источника света в основании микроскопа и предназначена для увеличения размера светящегося тела. Для обеспечения настройки коллектор может быть выполнен подвижным и перемещаться вдоль оптической оси. Вблизи коллектора располагается полевая диафрагма микроскопа.

Конденсор. Оптическая система конденсора предназначена для увеличения количества света, поступающего в микроскоп. Конденсор располагается между объектом (предметным столиком) и осветителем (источником света). Чаще всего в учебных и простых микроскопах конденсор может быть выполнен несъемным и неподвижным. В остальных случаях конденсор является съемной частью и при настройке освещения имеет фокусировочное перемещение вдоль оптической оси и центрировочное перемещение, перпендикулярное оптической оси. При конденсоре всегда находится осветительная апертурная ирисовая диафрагма.

Конденсор является одним из основных элементов, обеспечивающих работу микроскопа по различным методам освещения и контрастирования:

косое освещение (диафрагмирование от края к центру и смещение осветительной апертурной диафрагмы относительно оптической оси микроскопа);

темное поле (максимальное диафрагмирование от центра к краю осветительной апертуры);

фазовый контраст (кольцевое освещение объекта, при этом изображение светового кольца вписывается в фазовое кольцо объектива).

Классификация конденсоров близка по группам признаков к объективам:

конденсоры по качеству изображения и типу оптической коррекции делятся на неахроматические, ахроматические, апланатические и ахроматические-апланатические;

конденсоры малой числовой апертуры (до 0,30), средней числовой апертуры (до 0,75), большой числовой апертуры (свыше 0,75);

конденсоры с обычным, большим и сверхбольшим рабочим расстоянием;

обычные и специальные конденсоры для различных методов исследования и контрастирования;

конструкция конденсора - единая, с откидным элементом (фронтальным компонентом или линзой большого поля), со свинчивающимся фронтальным элементом.

Конденсор Аббе - не исправленный по качеству изображения конденсор, состоящий из 2-х неахроматических линз: одной - двояковыпуклой, другой - плосковыпуклой, обращенной к объекту наблюдения (плоская сторона этой линзы направлена вверх). Апертура конденсора, А= 1,20. Имеет ирисовую диафрагму.

Апланатический конденсор - конденсор, состоящий из трех линз, расположенных следующим образом: верхняя линза - плосковыпуклая (плоская сторона направлена к объективу), далее следуют вогнуто-выпуклая и двояковыпуклая линзы. Исправлен в отношении сферической аберрации и комы. Апертура конденсора, А = 1.40. Имеет ирисовую диафрагму.

Ахроматический конденсор - конденсор, полностью исправленный в отношении хроматической и сферической аберрации.

Конденсор темного поля - конденсор, предназначенный для получения эффекта темного поля. Может быть специальным или переделан из обычного светлопольного конденсора путем установки в плоскости ирисовой диафрагмы конденсора непрозрачного диска определенного размера.

Маркировка конденсора. На фронтальной части конденсора наносится маркировка числовой апертуры (осветительной).

3. Электрическая часть микроскопа

В современных микроскопах, вместо зеркал, используются различные источники освещения, питаемые от электрической сети. Это могут быть как обычные лампы накаливания, так и галогенные, и ксеноновые, и ртутные лампы. Также все большую популярность набирают светодиодные осветители. Они обладают значительными преимуществами перед обычными лампами, как например долговечность, меньшее энергопотребление и др. Для питания источника освещения используются различные блоки питания, блоки розжига и другие устройства, преобразующие ток из электрической сети в подходящий для питания того или иного источника освещения. Также это могут быть и аккумуляторные батареи, что позволяет использовать микроскопы в полевых условиях при отсутствии точки подключения.

Материал с сайта http://altami.ru

Большое разнообразие научно-технических задач, решаемых с помощью микроскопии, вызывает необходимость применения микроскопов с широким диапазоном их характеристик. Это достигается за счет использования различных сочетаний объективов и окуляров.

Существующие конструкции различных микрообъективов можно классифицировать по следующим признакам:

состоянию коррекции остаточных аберраций (ахроматы, апохроматы, планахроматы и т. д.);

свойствам иммерсии (безыммерсионные и иммерсионные);

особенностям оптических схем (линзовые, зеркальные, зеркально-линзовые);

длине тубуса микроскопа.

Механической длиной тубуса, представляющего собой трубу, называется расстояние от нижнего среза 2 тубуса, куда ввинчивается микрообъектив, до верхнего среза 1, куда вставляется окуляр (рис. 159). В большинстве микроскопов, применяемых для наблюдения в проходящем свете, механическая длина тубуса составляет а для наблюдения в отраженном свете -

В микрообъективах с механической длиной тубуса расстояние от предметной плоскости 4 до нижнего среза тубуса в микроскопах старых моделей и в микроскопах современных моделей. Расстояние от плоскости изображения 2 после микрообъектива, совпадающей с передней фокальной плоскостью окуляра, до верхнего среза Следовательно, расстояние от плоскости предмета до плоскости изображения после микрообъектива составляет в микроскопах старых моделей и в микроскопах современных моделей. При постоянной длине тубуса микроскопа обеспечивается замена объективов и окуляров микроскопа, входящих в данный комплект, так, чтобы для любого объектива комплекта создаваемое им изображение совпадало с передней фокальной плоскостью любого окуляра комплекта.

Основными характеристиками объективов микроскопа являются линейное увеличение и числовая апертура, значения которых гравируются на оправе микрообъектива. Объективы современных микроскопов имеют увеличение и числовую апертуру

Конструкция оптической схемы микрообъектива тем сложнее, чем выше его апертура и увеличение и чем совершеннее коррекция остаточных аберраций. Объективы-ахроматы с увеличением и апертурой до 0,2 состоят из двух двухлинзовых склеенных компонентов. При повышении апертуры до 0,3 необходимо добавлять фронтальную плосковыпуклую линзу. Иммерсионный объектив-ахромат с увеличением и апертурой 1,25

Рис. 159. Тубус микроскопа

Рис. 160. Объектив микроскопа

(обозначается 90x1,25) состоит из четырех компонентов: фронтальной плосковыпуклой линзы, положительного мениска и двух двухлинзовых склеенных компонентов. В объективах-апохроматах для лучшего исправления хроматических аберраций применяются кристаллы (флюорит и квасцы). Отличительной особенностью объективов с исправленной кривизной изображения (планахро-маты и планапохроматы) является использование отрицательного компонента или менисковой линзы значительной толщины.

В качестве примера на рис. 160 приведены оптическая схема и конструктивные параметры ахроматического микрообъектива (10x0,30).

Как следует из формулы (324), для повышения разрешающей способности микроскопа необходимо уменьшать длину волны излучения, в котором проводится исследование объектов. Однако оптические стекла обладают сильным поглощением в ультрафиолетовой области спектра и практически не пригодны для создания объективов в диапазоне длин волн Такую задачу можно решить с помощью кварцевой оптики. При этом предусматривается использование объектива для определенной длины волны. Рассматриваемые объективы-монохроматы не требуют ахроматизации, а высокая степень коррекции сферической аберрации достигается применением апланатических менисков и линз, рассчитанных на минимум сферической аберрации. Объективы-монохроматы имеют увеличение до и апертуру до 1,30 при глицериновой иммерсии, что позволяет при фотографировании на длине волны различать детали размером до

За последние годы намного возросло значение зеркальных и зеркально-линзовых микрообъективов, используемых для

Рис. 161. Зеркально-линзовый объектив Максутова.

Рис. 162. Окуляр Гюйгенса

инфракрасной техники, высокотемпературной металлографии, в ультрафиолетовой микроскопии и в целом ряде других отраслей науки и техники. Одним из достоинств этих объективов является возможность их использования в широком спектральном интервале (от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра) без перефокусировки микроскопа. Зеркально-линзовые объективы могут иметь увеличение до и апертуру до 1,1 (глицериновая иммерсия).

На рис. 161 приведена схема одного из вариантов микрообъектива Максутова с увеличением и апертурой 0,85. В этом объективе предмет располагается в центре кривизны поверхности 1. Параметры поверхностей 2 и 3, близких к концентрическим, рассчитаны так, что после отражения от этих поверхностей лучи проходят поверхность 4, не испытывая преломления. Такой объектив практически ахроматичен и используется без перефокусировки для наблюдения и фотографирования в интервале длин волн

Помимо рассмотренных выше объективов имеются объективы для интерференционных и поляризационных микроскопов, эпиобъективы для работы в отраженном свете и целый ряд других. Подробные сведения о микрообъективах различных видов приведены в .

В микроскопах применяются окуляры типа окуляров Гюйгенса и Кельнера, компенсационные, симметричные и ортоскопические, а также отрицательные окуляры (гомалы). Видимое увеличение окуляров составляет угловое поле что соответствует линейному полю окулярных увеличениях и угловых полях до 50°. В этих окулярах хорошо исправлены хроматизм увеличения, астигматизм и дисторсия.

Компенсационные окуляры используются в сочетании с объективами-апохроматами, планообъективами и объективами-апохроматами больших увеличений. Эти окуляры компенсируют хроматизм увеличения применяемых с ними объективов. По своей оптической схеме компенсационные окуляры являются усложненными окулярами Гюйгенса или аналогичны ортоскопическим.

Гомалами называются отрицательные оптические системы, применяемые в микроскопах вместо окуляров для проецирования увеличенного изображения на фотографический слой. Аберрационный расчет гомалов выполняется так, чтобы скомпенсировать кривизну поверхности изображения и хроматизм увеличения микрообъектива.

Енвд