Лекции 2014-го года (1125726), страница 3
Текст из файла (страница 3)
– увеличениеобъектива.Апланатическая системаВажным элементом в практической оптике являются такназываемые апланатические системы, в которых законыгеометрической оптики удаётся совместить с выполнением условиясинусов для элемента поверхности в окрестности одной точки наоси системы (телескоп) или для пары сопряжённых поверхностей(микроскоп).Апланатические системы изображают без аберраций широкимпучком лучей окрестность такой точки. Примером апланатическойсистемы является сфера с коэффициентом преломления n ирадиусом R. Точки, лежащие на сферах радиусов n*R и R/n,изображаются друг в друга без аберраций. Точки поверхности срадиусом n*R мнимые, т.е.
в них пересекаются не лучи, а ихпродолжения.Апланатические свойства сферы используются приконструировании объективов микроскопов (фронтальная линзаобъективов с большим увеличением представляет собойполусферу), где существенна большая апертура пучков, аположение предмета может быть фиксировано.Апланатический объектив АмичиПрепарат располагается в передней апланатической точке (А1) полусферическойфронтальной линзы на расстоянии d=R/n от ее плоской поверхности.
Между препаратом илинзой находится иммерсионная жидкость. Первая поверхность преломления (Р1) – задняяповерхность сферической линзы.Вторая и третья поверхности преломления – на менисковой линзе.В результате кажущееся положение предмета (А2 – А3) удаляется, и мы уменьшаем уголнаблюдения предмета, что позволяет приблизиться к выполнению условия синусов.Апланатический объективбольшого увеличенияПрепарат располагается в передней апланатической точке (P) полусферической фронтальнойлинзы на расстоянии d=R/n от ее плоской поверхности.R – радиус линзы, n – показатель преломления стекла.Расходящийся пучок света от фронтальной линзы дополнительно собирается менисковойлинзой.P’ – кажущееся положение объекта для сферической линзы; P” – кажущееся положениеобъекта для пары сферической и менисковой линз.Тестовые решетки АббеРешетка располагается вдали от объектива.
При выполненииусловия синусов, глаз видит ее изображение черездиафрагму в виде прямоугольной сетки.Микроскопические объективыКомпенсация хроматических аберраций дляапохроматического объектива требует значительногоколичества промежуточных линз.Поэтому часто применяются системы так называемыхполуапохроматов – объективов, в которыхиспользуется флюоритовое стекло.Флюоритовые объективы имеют большеесветопропускание и увеличенный, по сравнению сапохроматами, рабочий отрезок.Ахроматический объективПростейший ахромат (малое увеличение) – две ахроматическихпары линз (х8, х10).Для получения большого увеличения (свыше х16), этой системынедостаточно.Для исправления аберраций при создании объектива большогоувеличения рассчитывается более сложная система, состоящаяиз полусферической фронтальной линзы и несколькихменисковых линз, последовательно исправляющих ееаберрации.В задней части объектива для достижения большогоувеличения (то есть малого фокусного расстояния всейсистемы) и устранения хроматических аберрацийдополнительно располагается одна или две ахроматическихпары линз.Функция передачи контрастав оптической системеСтепень контрастности изображения (отношение контрастапредмета в контрасту его изображения) быстро убывает с ростомпространственной частотыОбъективы большогоувеличения (разрез)АхроматсухойАпохроматсухойИммерсионныйахроматТипы объективовМаркировка объективаТипы объективов длямикроскопаАхромат (510-580 нм)Апохромат (450-660 нм)-- ApoФлюоритовый объектив -- FlПланахромат-- PlanПланапохромат-- PlanApoСупер планапохромат – компенсациядля 5 точек спектра (от 405 до 700 нм)Планфлюорит-- PlanFluorУФ (кварцевый, 280 нм)-- UVЛекция 4Характеристики объективаТипы объективовФункция передачи контрастаГлубина поля зрения и понятие резкогоизображенияТрехмерное изображение точкиМаркировка объективаФормирование изображенияоптической системойОптические системы не могут давать идеального поточечного изображенияпространства, так как обладают аберрациями.
Исключение могут составлятьточечные объекты на главной оптической оси и случаи, когда оба условия(условие синусов и условие тангенсов) выполняются хотя бы в некоторыхточках одновременно.Наиболее важным является случай параксиальной оптики, когда углы,составляемые лучами с осью, малы и оба условия выполняютсяодновременно из-за практического совпадения тангенсов и синусов. К этомуслучаю относятся большинство оптических приборов, но не микроскоп!Вторым важным случаем являются так называемые апланатические системы,в которых законы геометрической оптики удаётся совместить свыполнением условия синусов для элемента поверхности в окрестностиодной точки на оси системы или для пары сопряжённых поверхностей.Апланатические системы изображают без аберраций широким пучком лучейокрестность такой точки.
Известным примером апланатической системыявляется сфера с коэффициентом преломления больше единицы.Апланатические свойства сферы используются при конструированииобъективов микроскопов, где существенна большая апертура пучков, аположение предмета вдоль главной оптической оси может бытьфиксировано.Условие синусов АббеДля получения свободного от аберраций изображения для всехлучей, выходящих из передней апланатической точки на главнойоптической оси и направляющихся после преломления вобъективе к задней апланатической точке, отношение междусинусами углов сопряженных лучей должно быть постоянно:(n * sin u) : (n’ * sin u’) = vгде n, n’ – показатели преломления; v = const. – увеличениеобъектива.Устранение аберраций вмикроскопеСтрогая центировка всех линз в оптической системе –все объективы собираются и тестируются вручную.Продольная юстировка оптической системы – условиеапланатизма выполняется одновременно для всейсистемы линз.Ограничение оптических пучков – диафрагмы.Комбинации линз с различной дисперсией – ахроматыВведение асферических линз и специальных сортовстекла (бездисперсионных)Типы объективов длямикроскопаАхромат (510-580 нм)Апохромат (450-660 нм)-- ApoФлюоритовый объектив -- FlПланахромат-- PlanПланапохромат-- PlanApoСупер планапохромат – компенсациядля 5 точек спектра (от 405 до 700 нм)Планфлюорит-- PlanFluorУФ (кварцевый, 280 нм)-- UVОстаточные аберрацииобъективов для микроскопаАхромат – хроматическая аберрация для синего и красногосвета; сферичность поля зрения.Апохромат – хроматическая разность увеличений; сферичностьполя зрения, остаточная хроматическая аберрация для синефиолетового и дальнего красного света.Флюоритовый объектив – небольшая хроматическая аберрациядля синего и красного света; сферичность поля зрения.Планапохромат – остаточные аберрации в апланатическойточке практически отсутствуют, но объектив очень«чувствителен» к толщине покровного стекла и показателюпреломления иммерсионного масла.УФ (кварцевый) – значительные аберрации в видимой областиспектра.Корректировка объектива натолщину покровного стеклаКорректировка достигается перемещением центральной группы линз,что позволяет изменить положение передней апланатической точки.Дополнительныехарактеристики объективовВысота (современные стандарты – 33 или 45 мм)Поле зрения ( нормальное – до 18 мм; широкопольные – до22,5 мм и сверхширокопольные – до 26,5 мм).Рабочий отрезок – расстояние от наружной оправы допередней апланатической точки (у иммерсионных объективовможет быть меньше 0,2 мм).Наличие ирисовой диафрагмой для уменьшения апертуры.Наличие оправы для коррекции на толщину покровного стекла(0,11-0,22 мм или 0,8-1,6 мм) – обязательно для водноиммерсионных объективов.Наличие коррекционной оправы на различные виды иммерсии(вода-глицерин-иммерсионное масло).Светопропускание – многие планапохроматы практически непропускают свет с длиной волны меньше 360 нм.Группы объективов длямикроскопаОсобо малого увеличения х0,5-х2Малого увеличения -- х2,5-х10Среднего увеличения -- х16-х32Большого увеличения (сухие) -- ≥x40Иммерсионные – х40-х100Специальные -- >х100.Недостатки сухих объективовОсновой недостаток – преломление света,исходящего из препарата на границах раздела фаз(стекло-воздух).Значительная часть света, падающего на объективпод большим углом, не участвует в построенииизображения.Объективы с большой апертурой (>0,65) очень«чувствительны» к толщине покровного стекла.Маленький рабочий отрезок создает опасностьзагрязнения фронтальной линзы.Преломление светаНа границе раздела фаз часть энергии светового пучка отражается.Максимальная апертура сухого объектива ограничивается угломполного внутреннего отражения.ПрименениеиммерсииИммерсия позволяетуменьшить эффект отражениясвета на границе раздела фаз.Гомогенная иммерсияпозволяет свести этот эффектк нулю.За счет иммерсии растетэффективная апертураобъектива и разрешающаяспособность микроскопавозрастает в полтора раза.Иммерсия также увеличиваетсветособирающую силуобъектива.средавоздухХод лучей виммерсионном объективеТипы иммерсииВодная – n=1,333 (NA≤1,25)Глицериновая – n=1,470 (NA≤1,25)Гомогенная масляная – n=1,515±0,003 (NA≤1,49).Образцы масляной иммерсии могут существенноотличаться по своей вязкости.Современные объективы разных изготовителейрассчитаны на немного различные показателипреломления масляной иммерсии.Специальная иммерсия – n>1,6 (NA=1,45~1,65)Сравнение масляной иводной иммерсийИскажения, вносимые масляной иммерсией, становятся значительнымипри толщине водного слоя (наблюдаемого объекта) 10 мкм и более.Объектив для водной иммерсии очень чувствителен к толщинепокровного стекла и к его расположению.Диск Эри и проблема разрешенияВлияние апертуры объектива наизображение малых объектовВлияние ФРТ на изображениев микроскопеРазмытие изображения может создавать псевдоструктуры(изображение объектов В и С не различаются, хотя самиобъекты различны).Разрешающая способностьобъектива микроскопаКритерий Рэлея : R = 0,61 λ/sinαКритерий Аббе : R = 0,5 λ/sin αКритерий Спарроу : R = 0,47 λ/sin αгде R – минимальное разрешаемое расстояние, α –максимальный угол, под которым отклоняющийся отоси свет попадает в линзу.Различия критериев – в степени контраста изображения,которая считается достаточной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
