69. Объективы и окуляры микроскопа

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 [20].

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

Оптическая схема окуляра Гюйгенса состоит из двух плоско-выпуклых линз, обращенных выпуклыми поверхностями к микрообъективу (рис. 162.) Особенностью этого окуляра является то, что его передняя фокальная плоскость находится между линзами. Действительное изображение предметной точки, создаваемое объективом, получается в переднем фокусе окуляра и является мнимой предметной точкой для коллективной линзы 1. Линза 1

создает действительное изображение в переднем фокусе глазной линзы 2, которая изображает точку в бесконечности. В передней фокальной плоскости глазной линзы находится полевая диафрагма окуляра.

Окуляр Гюйгенса имеет видимое увеличение при угловом поле

Ортоскопические окуляры применяются совместно с объективами-ахроматами средних апертур при значительных ( 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.