Autor: Delta Optical

Jeżeli zastanawiacie się na co zwrócić uwagę dobierając dodatkowy obiektyw do posiadanego mikroskopu zapraszamy do zapoznania się z parametrami obiektywów mikroskopowych.

Aby dopasować obiektyw do posiadanego mikroskopu należy zwrócić uwagę na następujące parametry obiektywów:

1 . Powiększenie obiektywu.

Typowe powiększenia obiektywów w mikroskopie biologicznym to: 4x, 10x, 40x i 100x. Opcjonalnie można dokupić obiektywy 20x i obiektyw 60x. Każdej poszczególnej wartości liczbowej powiększenia odpowiada kolor na obwodzie obiektywu:

Powiększenie obiektywu	Kolor oznaczenia
4x	czerwony
10x	żółty
20x	zielony
40x	niebieski
60x	fioletowy
100x	biały

2. Klasa optyki.

Światło jest falą elektromagnetyczną złożoną z fal o różnej długościach. Oko ludzkie jest wstanie rozróżnić 7 podstawowych długości fal, które odbieramy jako barwy. Każdej barwie przypisana jest określona długość fali, ale także każda z długościach fali ma różny współczynnik załamania. Światło przechodząc z ośrodka o mniejszej gęstości ( powietrze) do ośrodka o większej gęstości ( szkło) ulega załamaniu pod innym kątem. Promienie świetlne przechodzące przez soczewkę ze względu na różną wartość współczynnika załamania światła dla poszczególnych długości ulegają rozszczepieniu i zogniskowaniu w innej odległości od soczewki.

Aberracje chromatyczne to wady elementów optycznych( np. soczewki) polegająca na zogniskowaniu światła różnych długościach fali w innym miejscu. Używając przyrządów optycznych na granicach kontrastujących ze sobą barw widoczna jest charakterystyczna kolorowa obwódka, która pogarsza jakość odwzorowania szczegółów w obrazie mikroskopowym.

Inną wadą układów optycznych są aberracje sferyczne, które powstają w wyniku przejścia światła przez element optyczny posiadający różną grubość. Im bardziej punkt przejścia światła zbliża się do brzegu soczewki, tym bardziej promienie ulegają załamaniu. Każda rzeczywista soczewka, której powierzchnie
są sferami, ma pewną grubość, dlatego występują w niej aberracje sferyczne, zależnie od rozmiarów soczewki i materiału, z którego jest wykonana. Jeżeli soczewka jest cienka to pomija się jej grubość. Obecnie dzięki komputerom i nowym maszynom obróbczym uzyskuje się optykę asferyczną czyli pozbawioną aberracji sferycznej. Otrzymujemy coraz lepszą jakość obrazu, ale przez to rośnie cena sprzętu.

Obecnie produkowane obiektywy do mikroskopów są wielosoczewkowe. Po opracowaniu nowych, specjalnych gatunków szkieł, zwanych optycznymi w latach 70-tych XX wieku, stało się możliwe opracowanie obiektywów opartych o różną kombinację soczewek. Taka konstrukcja umożliwiła korekcję wad optyki. Z tego powodu zaczęto dzielić optykę na klasy:

Optyka achromatyczna to taka gdzie skorygowane są aberracje chromatyczne w 60 % pola widzenia dla dwóch długości fali 436 nm (barwa niebieska) i dla długości fali 780 nm ( barwa czerwona). Można to osiągnąć stosując grupy soczewek o wysokim i niskim współczynniku załamania po dwie (w dublety) lub po trzy (tryplety). Te grupy soczewek buduje się ze specyficznie dobranych dwóch typów szkła – flint (wysokodyspersyjne) i kron (niskodyspersyjne). Ich naprzemienne ułożenie redukuje odbicia przeszkadzające nam w obserwacjach załamania promieni świetlnych na granicy powietrze/szkło.

Optyka apochromatyczna to taka, gdzie aberracje  chromatyczne są skorygowane dla trzech długości fali (niebieskiej λ = 436 nm, zielonej λ = 566 nm i czerwonej λ = 780 nm). Są jeszcze superachromaty – obiektywy z korekcją dla czterech długości fali.

Optyka semiplanachromatyczna to taka, gdzie obiektywy oprócz korekcji aberracji chromatycznych dla dwóch długości fali 436 nm ( niebieska) i o długości fali 780 nm ( czerwona) poprzez zastosowanie odpowiedniej konstrukcji obiektywu uzyskuje się znaczną, bo 80 procentową korekcję płaskiego pola.

Optyka planachromatyczna posiada praktycznie całkowitą korekcję aberracji chromatycznych dla dwóch długości fali (niebieska 436 nm i czerwona 780 nm) oraz 95% korekcję płaskiego pola.

Optyka semiapochromatyczna – przez zastosowanie szkła fluorytowego o niskim rozpraszaniu tzn. dyspersji i wysokim współczynniku załamania, możliwa jest korekcja aberracji chromatycznych w części pola widzenia dla 3 długości fali (niebieskiej λ = 436 nm, zielonej λ = 566 nm i czerwonej λ = 780 nm).

Optyka planapochromatyczna – posiada korekcję aberracji chromatycznych dla 3 długości
fali (niebieskiej, zielona ,czerwonej ) i praktycznie całkowitą korekcja płaskiego pola (90-92%). Przy tej klasie optyki aberracje chromatyczne i sferyczne są dla obserwatora praktycznie nie dostrzegalne, ale wiąże się to z wysoką ceną urządzeń optycznych.

Obiektywy są droższe, ponieważ surowce, z których są wytwarzane są rzadziej spotykane w przyrodzie (fluoryty, np. fluorek litu, czy lantanowce, zwane ziemiami rzadkimi), cena 1 kg substancji to kilkaset do kilkunastu tysięcy dolarów. Elementy z nich wykonane wyróżniają się
budową i precyzyjnie trudną techniką produkcji – to wszystko wpływa na cenę urządzenia.

3. Apertura numeryczna.

Aperturą numeryczną nazywa się kąt zawarty między osią optyczną obiektywu a skrajnym promieniem świetlnym, który jeszcze wchodzi do soczewki czołowej obiektywu, mnoży się go przez współczynnik załamania materiału, z którego wykonana jest soczewka.

Rys. 4

A = n sinu,
gdzie: A – apertura numeryczna obiektywu,
n – współczynnik załamania światła pomiędzy preparatem a obiektywem,
u – kąt połówkowy, zawarty pomiędzy osią optyczną obiektywu a skrajnym
promieniem wpadającym do soczewki czołowej obiektywu,
Apertura numeryczna obiektywu wpływa na rozdzielczość optyczną obiektywu, czyli możliwość rozróżnienia dwóch punktów pod mikroskopem. Gdy zdolność rozdzielcza obiektywu rośnie, również zwiększa się wartość liczbowa apertury numerycznej – wynika to ze wzoru.

d = 2A/λ
d – zdolność rozdzielcza, A – apertura numeryczna obiektywu, λ – długość fali.

Niekiedy obiektywy dedykowane do technik obserwacyjnych ( np ciemnego pola) są wyposażone
w pierścień zmiennej apertury. Obecność takiej regulowanej przysłony w środku obiektywu daje możliwość regulacji ilości światła, które wpada do obiektywu.

4. Długość optyczna obiektywu.

Długość optyczna obiektywu składa się z długości fizycznej obiektywu i odległości roboczej.Mikroskopy edukacyjne posiadają obiektywy o prostej budowie i małej długości optycznej wynoszącej 35 mm.

Standardowa długość obiektywu na rynku mikroskopów biologicznych to 45 mm (u nas w ofercie Genetic,
Genetic Pro, Evolution 100).

Pierwszą firmą, która zaczęła produkować dłuższe obiektywy – o długości 60 mm- była firma Nikon. Zwiększona długość optyczna obiektywów pozwala na skonstruowanie obiektywów o bardziej złożonym układzie optycznym ( składającej się z większej ilości soczewek) pozwalającym na uzyskanie optyki planachromatycznej, semiplanapochromatycznej, planapochromatycznej. Obiektywy o długości 60 mm oferujemy w mikroskopach Nexcope.

5. Rodzaj gwintu.

Wszystkie firmy konstruujące mikroskopy optyczne posługują się światowymi standardami konstrukcyjnymi. Historycznie najstarsze był dwa główne systemy mocowania obiektywów:

• RMS (Royal Microscopial Society) calowy opracowany w Wielkiej Brytanii przez Królewskie Stowarzyszenie Mikroskopowe

• DIN (Deutsches Institutfür Normung) metryczny opracowany przez Niemiecki Instytut ds. Norm

Potem doszedł jeszcze

• JIS (Japan Industrial Standard) ustanowiony przez Japoński Standard Przemysłowy.

Obiektywy są wkręcane do odpowiednich gniazd w misie rewolwerowej mikroskopu. , przy wyborze są dla Obecnie w mikroskopach stosuje się następujące standardy obiektywów:

• RMS – o średnicy gwintu 20,32 mm – standard najczęściej stosowany,
• M25 – o średnicy gwintu 25 mm,
• M32 – o średnicy gwintu 32 mm.

Obecnie standardy DIN i JIS odnoszą się do długości tubusu mikroskopu– odpowiednio 160 mm i 170 mm.

Obiektywy o krótszej długości optycznej ( 35 mm) również mają gwint RMS, który po wkręceniu do misy rewolwerowej fizycznie pasują. Jednakże mając krótszą długość optyczną obiektywu – układ ogniskujący nie wyostrzy nam obrazu.

Nie każdy obiektyw będzie pasował do każdego mikroskopu. Świadomość tego faktu jest bardzo ważna w przypadku stosowania zamienników.

6. Korekcja na szkiełko.

Szkiełka mikroskopowe nakrywkowe dostępne w handlu mają różną grubość, najczęściej od 0,1 [mm] do 0,3 [mm]. Niektóre mikroskopy ( mikroskopy odwrócone) mają obiektywy przystosowane do obserwacji preparatów przez dno szalki Petriego, którego grubość wynosi 1 mm. Obiektywy na obudowie mają podane dla jakiej grubości szkła przed preparatem zostały zaprojektowane. Obserwacje za pomocą obiektywu z korekcją na szkiełko muszą być dopasowane do grubości stosowanego szkiełka, inaczej obserwowane preparaty nie będą wyraźnie widoczne.
Jeśli na obiektywie wygrawerowano ,,-” oznacza to, że obiektyw może pracować z dowolnie grubym szkiełkiem nakrywkowym ale także bez szkiełka. Jeśli jest wygrawerowana wartość liczbową np.: 0,17 , to do przykrycia naszego preparatu należy użyć szkiełka o konkretnej grubości – 0,17 mm. Użycie grubszego szkiełka nakrywkowego spowoduje pogorszenie jakości odwzorowania obrazu mikroskopowego.

Niektóre obiektywy pozwalają na dostosowania korekcji grubości szkiełka. Takie obiektywy wyposażone są w ząbkowany pierścień, którym można korygować położenie jednej z soczewek obiektywu, aby optymalnie dostosować obiektyw do rzeczywistej grubości szkiełka nakrywkowego.

7. Immersja

Na obiektywie znajduje się także informacja, czy obiektyw wymaga zastosowania immersji i jakiego rodzaju. Immersja to ciecz stosowana pomiędzy soczewką czołową obiektywu, a szkiełkiem. Jest ona stosowana aby promień światła biegł w środowisku o stałym współczynniku i aby na granicy ośrodków nie rozpraszał się. Stosowanie immersji ma za zadanie poprawienie rozdzielczości optycznej obiektywu poprzez zwiększenie ilości światła. Immersja stosowana jest dla obiektów o dużym powiększeniu ( 60-100x). Najczęściej stosowanymi cieczami immersyjnymi są:

• olejek immersyjny ( oznaczenie na obiektywie OIL)
• woda ( oznaczenie W )
• gliceryna (GLY)

8. Technika obserwacji.

Dodatkowo na obiektywach można spotkać informację do jakich technik obserwacji przeznaczony jest dany obiektyw. Najczęściej stosowane symbole to:

BF – Bright Field – jasne pole

DF – Dark Field – ciemne pole

PH – Phase Contrast – technika kontrastu fazowego

Pol – Strain-Free – technika polaryzacji, obiektyw wolny od naprężeń mechanicznych

EPI – do technik obserwacji z użyciem światła episkopowego, np. fluorescencji

HMC – kontrastu Hoffmana