Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Линзы объектива
Объективы микроскопов, как правило, тщательно стандартизируются по увеличению NA. В табл. 2-1 приведены некоторые параметры типичных объективов, а на рис. 2-6 изображены схемы устройства двух типичных объективов: 40х «сухой» и ЮОХ с масляной иммерсией. Заметим, что в общем случае, чем больше увеличение, тем больше NA, поэтому увеличение не является «свободным». (Свободное увеличение соответствует тому, что увеличение всегда возрастает по мере роста числа линз, однако если при этом разрешение не увеличивается, то в результате ничего не происходит.) Обычно NA увеличивается с уменьшением фокусного расстояния, поскольку увеличение растет с уменьшением диаметра линз. Для линз с большим NA (например, 1,30)
РИС. 2-5.
Схема оптики микроскопа.
F и F' — фокусные точки объектива. 2—383
ТАБЛИЦА 2-1 Свойства линз объективов
Увеличение NA Фокусное Рабочее расстояние, Диаметр
расстояние, мм мма поля, мм
10 0,25 16 5,50 2,00
20 0,54 8 1,40 1,00
40 0,65 4 0,60 0,50
40 0,95 4 0,25 0,20
95б 1,32 2 0,10 0,05
а Расстояние от передней поверхности линзы до образца. ® Линзы с масляной иммерсией.
А Б
РИС. 2-6.
Типичные объективы, содержащие несколько линз для коррекции различных видов аберрации.
А — 100Х иммерсионного типа; Б— 40Х. 1 — триплет; 2 — дублет; 3 — иммерсионное масло; 4 — образец; 5 — предметное стекло.
это связано с помещением образца внутри линзы. Здесь на помощь приходит так называемый объектив с масляной иммерсией. Использование масла с показателем преломления таким же, как у покровного стекла и передней линзы объектива, позволяет исключить влияние всех поверхностей между объектом и объективом (рис. 2-6). Передняя линза объектива с масляной иммерсией обычно имеет почти сферическую форму, поэтому при наличии слоя масла объект оказывается как бы внутри сферической линзы. В результате дифракция всего света происходит в прямом направлении.
Многие линзы с масляной иммерсией имеют остаточную хроматическую аберрацию, поэтому они дают для голубого изображения увеличение в 2 раза больше, чем для красного. Это служит предметом ряда критических работ и может быть устранено с использованием компенсирующего окуляра с цветовой коррекцией (см. следующий раздел) в сочетании с объективом, который вносит частичную коррекцию и называется апохроматом*. Однако наилучшим решением всех проблем, возникающих в связи с цветовыми неоднородностями, служит использование монохроматического освещения.
Небольшую аберрацию, называющуюся искривлением поля {длинные прямые линии становятся искривленными), обычно не корректируют, так как на практике чаще всего приходится работать с небольшими участками. Однако искривление поля может быть серьезной помехой при микрофотографировании, поскольку здесь обычно работают с большими поверхностями. В таких случаях используют объективы плоской поверхности, однако они дороги и их стоит применять только в тех случаях, когда приходится часто иметь дело с микрофотографированием.
Окуляры
Основная функция окуляра состоит в передаче изображения от объектива глазу. Существуют разнообразные системы окуляров: Рамсдена (рис. 2-7), Гюйгенса, Кельнера и компенсирующие. Три первых типа взаимозаменяемы и отличаются только способом нанесения сеток, указателей и других точек отсчета. Компенсирующий окуляр разработан для коррекции хроматической аберрации. Окуляры Рамсдена и Гюйгенса состоят из двух линз, закрепленных на противоположных концах тубуса. Окуляры
* Для получения апохроматических объективов некоторые линзы изготовляют из CaF2 (флюорита), поскольку он имеет самый большой п и позволяет получить немного большее значение NA (1,35). Однако такие линзы очень дороги, обладают флуоресценцией (их нельзя использовать для флуоресцентной микроскопии) и рассеивают свет, поэтому для них нужны специальные типы освещения.
о
направление
света
\4—(.
2
3
РИС. 2-7.
Окуляр Рамсдена. Изображение О, получаемое объективом, увеличивается с образованием окончательного изображения в точке О7.
1 — оправа окуляра; 2 — линза поля; 3 — глазная линза.
Кельнера и компенсирующий отличаются тем, что одна из линз представляет собой дублет, полученный при склеивании двух линз. Окуляры дают увеличение в пределах от 5 до 20. Однако необходимо постоянно помнить, что рост увеличения без повышения разрешения не имеет смысла и диапазон увеличения окуляров служит для удобства наблюдения, т. е. 40 X объектив с окуляром 5Х даст большее разрешение, чем 10Х объектив с окуляром 20 X, поскольку 40 X объектив обладает большим NA, а разрешающая способность определяется исключительно объективом.
Для обычной микроскопии освещение объекта должно отвечать двум условиям: во-первых, луч света должен иметь расходимость пучка на выходе из плоскости объекта не менее угла Uy для того чтобы можно было полностью использовать разрешающую способность объектива (как говорят специалисты в области микроскопии, падающий луч должен «заполнить числовую апертуру» объектива); во-вторых, освещение образца должно быть равномерным по всей его площади, причем для удобства необходима возможность контроля интенсивности и отсеивания рассеянных лучей. Для достижения последнего применяют источник света небольшого размера, свет от которого фокусируется на очень маленькой площади с помощью системы линз, смонтированных вместе и называемых конденсором, который действует как объектив, обращая луч света. Аберрации конденсора, как правило, не корректируют так тщательно, как в случае объектива, поскольку разрешающая способность объектива почти не зависит от небольших аберраций конденсора. Существует три вида конденсоров: Аббе и апланатический (применимые для любых практиче-
