Выбор объективов для микроскопа – Часть 1

Объектив является самой важной частью любого микроскопа (и, пожалуй, самой сложной за счёт наличия множества элементов, отъюстированных с высокой точностью), поскольку выполняет приоритетную задачу — формирование изображения. При покупке микроскопа осуществляется выбор между различными классами объективов, подходящих под конкретные задачи. Для каких-то целей достаточно базовых наиболее бюджетных объективов за несколько десятков тысяч рублей, а в каких-то случаях исследования настолько сложны, что применение самых качественных или специальных объективов становится неотъемлемой частью экспериментов (при этом их стоимость может доходить до миллиона рублей). В любом случае выбор и ценовой разброс огромны, поэтому, чтобы не потеряться среди всего многообразия, необходима консультация грамотного специалиста.

На выбор объектива влияет множество факторов: область исследований, размер изучаемого объекта, разрешение изображения, наличие/отсутствие иммерсионной среды, необходимое рабочее расстояние, установленный тубус микроскопа, коррекция изображения, методы контрастирования, наличие или отсутствие покровного стекла, тип освещения и т.д.
Поэтому важно согласовать этот момент со своими задачами во избежание получения недостаточно качественного изображения, либо отсутствия необходимого функционала объектива.

Все объективы делятся на две большие категории: традиционные линзовые и зеркальные. Первые работают за счёт преломления проходящего света линзами и имеют просветляющее покрытие, сокращающее нежелательные отражения от поверхностей, что позволяет повысить светопропускание. Внутри этой категории существует деление на объективы проходящего света (в основном, это биологические и минералогические по назначению — для прозрачных объектов) и отражённого света (материаловедческие). Первые можно использовать на микроскопе отражённого света, но крайне нежелательно из-за низкого качества изображения (что связано с непредусмотренными отражениями и бликами внутри объектива); а вторые хорошо себя проявляют как в отражённом, так и в проходящем свете. Линзовые объективы очень популярны и эффективны в видимом диапазоне, однако в силу законов оптики страдают от аберраций (искажений изображения).

Данная проблема решается зеркальными объективами, состоящими из первичного и вторичного зеркала — в такой системе свет проходит через образец, попадает на первое зеркало внутри объектива, отражается на второе и далее — в окуляры. Это позволяет сделать оптическую часть более компактной. Кроме того, такие объективы позволяют различить более мелкие детали, поскольку изображение зависит только от покрытия зеркал. Также, зеркальные объективы способны воспроизводить изображение за пределами видимого диапазона – в УФ и ИК, в которых линзовые объективы значительно теряют качество изображения в силу сниженного пропускания света.

Далее все объективы подразделяются на два типа: «конечные» (под фиксированную длину тубуса) и «бесконечные», скорректированные на бесконечность. Длина тубуса — это расстояние между отверстием револьверной головки, где крепится объектив, и положением окулярной трубки. Подавляющее большинство современных микроскопов скорректировано на бесконечность, в то время как изначально они проектировались с фиксированной длиной тубуса (как правило, стандарт 160 мм). Бесконечные системы дороже, однако на них можно устанавливать дополнительные модули между тубусом и объективом — анализаторы, ДИК слайдеры, флуоресцентные осветители.

Также индикатором высококлассных объективов является их парфокальность (случай, когда при смене объектива объект остаётся в фокусе — у большинства производителей парфокальное расстояние составляет 45 мм). То есть, например, при переходе от объектива с увеличением 5x к объективу 60x рассматриваемый объект останется резким. Это особенно важно на автоматизированных системах. Большая часть характеристик объектива представлена на нём самом в виде маркировки: увеличение, числовая апертура, рабочее расстояние, длина тубуса, коррекция на покровное стекло (см. рис. 1). Остальные параметры можно либо высчитать, либо узнать из спецификаций от производителя.

Если Вы хотите самостоятельно подойти к выбору объективов, то следующий список вопросов поможет Вам понять, что нужно конкретно под Ваши задачи.

Продолжение — Выбор объективов для микроскопа — Часть 2.

Даниил Гожальский, технический специалист, MSc in Nanotechnology