e-mikroskopy.pl

Parametry obiektywów mikroskopowych

05.01.2013 11:15

obiektywy do mikroskopow

W krótkim artykule poniżej postaram się opisać optykę i jej parametry w sposób zrozumiały dla odbiorców, poszukujących konkretnych informacji, jednocześnie oszczędzając suchych definicji funkcjonujących w sieci, skupiając się na interpretacji wzajemnych zależności i ich wpływie na własności użytkowe.


Korekcja

Na rynku oferowane są układy korekcji do nieskończoności, bądź korekcji na długość tubusa np. 160mm, 180mm. Obecnie standardem jest optyka korygowana do nieskończoności. Przykładem może być tutaj optyka UIS-2®, czy też CCIS®. Umożliwia ona swobodną modułową rozbudowę mikroskopu, tak na etapie jego konfiguracji przedsprzedażnej jak i w dowolnym późniejszym okresie, co stanowi zaletę, głównie w aplikacjach badawczych i laboratoriach rozwojowych. Spotyka się jednak na rynku rozwiązania na bazie optyki korygowanej na skończoną długość tubusa. Ten rodzaj nie musi być jakościowo gorszy w tej samej klasie optyki w stosunku do korygowanej do nieskończoności i dla świadomych użytkowników, którzy zamierzają stosować dany przyrząd jedynie w konkretnym zastosowaniu, może być tańszym i całkiem dobrym rozwiązaniem.

 

Klasa optyki

Wyróżniamy następujące klasy: achromatyczna, planachromatyczna, semi-apochromatyczna, apochromatyczna oraz dla polaryzacji optyka z zastosowaniem szkła odprężonego.

  • Obiektywy achromatyczne
    Mają najprostszą budowę i z założenia są również najtańsze. Generują w obrazie aberacje wynikające z przebiegu promieni światła przez soczewki i praw fizyki rządzących tymi przebiegami. Oferują za to często dużą ich jasność. Spotyka się także nadal zasadność ich stosowania w niektórych specjalistycznych aplikacjach, a w codziennych zastosowaniach edukacyjnych są zupełnie wystarczające. 

  • Obiektywy planachromatyczne 
    Ta klasa obiektywów dominuje obcenie na rynku. W planachromatach zastosowano dodatkowe soczewki, w dużej mierze korygujące wady najprostszej optyki achromatycznej. Należy zaznaczyć przy tym, że zespół soczewek obiektywów planachromatycznych z dobrej klasy szkła optycznego nie absorbuje znacząco więcej światła w stosunku do prostych obiektywów achromatycznych.

  • Obiektywy semi-apochromatyczne
    W budowie obiektywów semi-apochromatycznych stosuje się najczęściej bardzo dobrej jakości soczewki wykonane ze szkła fluorytowego, aczkolwiek jakość ta okupiona jest ich wysoką ceną. Tego rodzaju optykę stosuje się dla wymagających pełnej planarności obrazów z jednoczesną koniecznością zapewnienia ich dużej jasności np. przy małej ilości światła w epi-fluorescencyjnych technikach obserwacji.

  • Obiektywy apochromatyczne
    Są najdroższe, oferują już obraz całkowicie pozbawiony wad optycznych (wad związanych z fizyką dystrybucji światła), ale i nie koniecznie nadają się do wszystkich aplikacji. Przykładem może być tutaj często ograniczenie stosowania tej klasy obiektywów we fluorescencji, a zastosowanie w pożądanym przez użytkownika najwyższej rozdzielczości obrazie w mikroskopie

 

Parametry obektywów

  • Powiększenie oznaczane jako M ( magnification ). Parametr ten nie wymaga komentarza i konieczności cytowania definicji. Warto zaznaczyć jednak, że typoszereg wartości powiększenia stosowany w biologii i medycynie to: 1x, 2x, 4x, 10x, 20x, 40x, 60x, 100x, a w naukach technicznych to: 1,25x, 2,5x, 5x, 10x, 20x, 50x, 100x. Spotyka się również takie wartości jak np. 63x, 80x, ale i inne.

  • Apertura numeryczna określa rozdzielczość, w tym przypadku optyczną i oznaczana jest jako N.A. (numerical aperture). Apertura, czyli inaczej maksymalny podwójny kąt odchylenia wiązki promieni światła od normalnej przy zachowaniu ostrości obrazu. Apertura numeryczna w dużej mierze zależna jest od powiększenia, ale i klasy obiektywu i  czym większa jej wartość, tym lepszej jakości obraz pod względem rozdzielczości otrzymamy. Apertura numeryczna w dużej mierze wpływa na inny parametr w optyce - W.D. i jest od niego częściowo współzależna.

  • Odległość robocza oznaczana jako W.D. (working distance) to odległość mierzona od czoła soczewki obiektywu do preparatu w punkcie ostrości obrazu. Wielkość tego parametru jest niezmiernie istotna dla jakości obrazu w niektórych technikach obserwacji. W pewnym zakresie parametr ten jest nie zależny od apertury i może być pożądana jego większa wartość. Przykładem takiego zastosowania z możliwie największą odległością roboczą jest potrzeba manipulacji w próbce mikro-narzędziami, bądź jego zwiększenie przy wysokiej temperaturze badania ze względu na bezpieczeństwo samego szkła optycznego. Małe odległości robocze są korzystne np. w technice obserwacji pola ciemnego, co wynika z fizyki dystrybucji światła w tej technice, a także najkrócej ujmując spadku jego ilości, zależnej odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości pomiędzy preparatem i soczewką

 

Ponadto spotykane oznaczenia i parametry to:

  • P (polaryzation)
    oznacza szkło odprężone, a obiektywy takie stosuje się w specjalistycznych mikroskopach polaryzacyjnych przy zachowaniu tej cechy dla całego toru optycznego. 
  • BD
    obiektywy do pracy w polu jasnym i ciemnym (oznaczenie dla obserwacji w świetle odbitym).

 

Oprócz tego, obiektywy (optyka) posiadają kilka dodatkowych parametrów:

  • Długość optyczna
    czyli odległość od czoła obiektywu do preparatu mierzona w chwili uzyskania ostrego obrazu - standardem jest długość 45mm, choć spotykamy rozwiązania operujące długością 60mm, 80mm i inne.  

  • Parfokalność
    czyli zachowanie ostrości obrazu przy zmianie powiększenia - zmianie powiększenia przy pomocy kolejnych obiektywów w typoszeregu powiększeń. 

  • Parcentryczność
    czyli zdolność ustawienia się obiektywu w centrum osi optycznej i realizacji obrazu bez jego przesunięć dla kolejnych powiększeń.

 


Dwa ostatnie parametry zależne są w dużej mierze od precyzji wykonania uchwytu rewolwerowego, w którym zamontowane są obiektywy, ale także i przede wszystkim od jakości wykonania samych obiektywów

 

Niezależnie od opisanych i znormalizowanych parametrów, optyka różnych producentów różni się pewnymi subiektywnymi i niemierzalnymi doznaniami. Niech wymienię z doświadczenia tylko dwa z nich: obserwowany kontrast związany z „rysowaniem” samych obiektów w stosunku do tła, czy głębia obserwowanego obrazu. Często jakość obrazu zależy w dużej mierze od samego systemu oświetlenia, niemniej doświadczeni i wymagający użytkownicy mikroskopów szybko oceniają jakość samej optyki i są w stanie wybrać najlepiej dopasowaną do swoich upodobań i potrzeb. Zachęcam w tym miejscu do testów i bezpośrednich porównań oraz w ograniczonym stopniu poleganiu wyłącznie na sugestii sprzedawców, a co najwyżej tych doświadczonych i sprawdzonych wielokrotnymi wcześniejszymi kontaktami i takich których możemy obdarzyć pełnym zaufaniem.

 

Wierzę, że przybliżyłem Państwu złożone aspekty doboru właściwych obiektywów do wymagań danej aplikacji. Niemniej jednak jeśli wzbudziłem tym krótkim artykułem Państwa ciekawość, bądź pojawiły się pytania, zapraszam do dyskusji

Opublikowane w: ▒ Poradnik mikroskopowy
Autor:

Krzysztof Józwa

Wybrani producenci