Вибір правильних лінз мікроскопа для точної мікроскопії
Автор: Браян Нг – менеджер з маркетингу
Опубліковано:
Останнє редагування:

Лінзи мікроскопа є критично важливими компонентами, що визначають чіткість, збільшення та загальну продуктивність мікроскопа . Вибір відповідних лінз забезпечує оптимальну роздільну здатність зображення, контрастність та поле зору, що робить їх важливими для наукових, медичних та промислових застосувань. У цій статті розглядаються ключові фактори, які слід враховувати під час вибору лінз мікроскопа для прецизійної мікроскопії, з акцентом на технічні деталі та розрахунки, що стосуються інженерів та покупців.
1. Розуміння лінз мікроскопа

Мікроскопічні лінзи бувають різних типів, кожен з яких призначений для певного застосування.
1.1 Об'єктиви
Об'єктив мікроскопа відповідає за збір та фокусування світла від досліджуваного зразка для отримання зображення. Зазвичай він розташований біля нижньої частини корпусу мікроскопа та складається з низки лінз, які працюють разом для збільшення зображення зразка.
Це найважливіші лінзи в мікроскопі . Об'єктиви забезпечують основне збільшення та роздільну здатність зображення. Вони доступні з різним збільшенням (наприклад, 4x, 10x, 40x, 100x) та числовою апертурою (ЧА), що впливає на якість зображення. Вища ЧА дозволяє лінзі збирати більше світла та розрізняти дрібніші деталі, що є вирішальним для отримання зображень з високою роздільною здатністю в біологічних та матеріалознавчих застосуваннях. Конструкція та якість об'єктива безпосередньо впливають на загальну продуктивність мікроскопа, включаючи корекцію кольору, площинність поля (планоахромати або план-апохромати) та робочу відстань.
| Номер | NA | WD (мм) | FL (мм) | Роздільна здатність (мкм) | ± глибина різкості | Довжина хвилі (нм) | Поле зору φ24 мм | Поле огляду 1" CCD (мм) | Вага (г) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| М-ПланАПО-1Х | 0.025 | 13.0 | 200.00 | 11.00 | 440.00 | 400-700 | 24.00 | 9.60 х 12.80 | 240 |
| М-ПланАПО-2Х | 0.055 | 34.0 | 100.00 | 5.00 | 91.00 | 400-700 | 12.00 | 4.80 х 6.40 | 206 |
| М-ПланАПО-3.5Х | 0.100 | 41.0 | 57.14 | 2.80 | 28.00 | 400-700 | 6.90 | 2.70 х 3.60 | 218 |
| М-ПланАПО-5Х | 0.140 | 35.0 | 40.00 | 2.00 | 14.00 | 400-700 | 4.80 | 1.92 х 2.56 | 212 |
| М-ПланАПО-7.5Х | 0.210 | 34.0 | 26.67 | 1.30 | 6.20 | 400-700 | 3.60 | 1.28 х 1.70 | 247 |
| М-ПланАПО-10Х | 0.280 | 34.0 | 20.00 | 1.00 | 3.50 | 400-700 | 2.40 | 0.96 х 1.28 | 217 |
| М-ПланАПО-15Х | 0.350 | 22.0 | 13.33 | 0.80 | 2.20 | 400-700 | 1.80 | 0.64 х 0.85 | 240 |
| М-ПланАПО-20Х | 0.420 | 20.0 | 10.00 | 0.70 | 1.60 | 400-700 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 271 |
| М-ПланАПО-50Х | 0.550 | 13.0 | 4.00 | 0.50 | 0.90 | 400-700 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 298 |
| M-PlanAPO-HR-5X | 0.210 | 25.0 | 40.00 | 1.30 | 6.20 | 400-700 | 4.80 | 1.92 х 2.56 | 251 |
| M-PlanAPO-HR-10X | 0.420 | 15.0 | 20.00 | 0.70 | 1.60 | 400-700 | 2.40 | 0.96 х 1.28 | 382 |
| M-PlanAPO-HR-20X | 0.600 | 9.5 | 10.00 | 0.50 | 0.76 | 400-700 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 563 |
| M-PlanAPO-HR-100X | 0.900 | 1.4 | 2.00 | 0.30 | 0.34 | 400-700 | 0.24 | 0.10 х 0.13 | 362 |
| M-PlanAPO-SL-20X | 0.290 | 30.0 | 10.00 | 0.90 | 3.30 | 400-700 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 236 |
| M-PlanAPO-SL-50X | 0.420 | 20.0 | 4.00 | 0.70 | 1.60 | 400-700 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 286 |
| M-PlanAPO-SL-100X | 0.550 | 13.0 | 2.00 | 0.50 | 0.90 | 400-700 | 0.24 | 0.10 х 0.13 | 302 |
| M-PlanAPO-NIR-20X | 0.420 | 20.0 | 10.00 | 0.65 | 1.56 | 532 / 1030-1064 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 377 |
| M-PlanAPO-NIR-50X | 0.550 | 13.0 | 4.00 | 0.50 | 0.91 | 532 / 1030-1064 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 394 |
| М-ПланАПО-ХРНІР-20Х | 0.600 | 9.5 | 10.00 | 0.46 | 0.76 | 532 / 1030-1064 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 563 |
| i-PlanAPO-HRNIR-50X | 0.670 | 10.0 | 4.00 | 0.41 | 0.61 | 532 / 1030-1064 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 470 |
| М-ПланАПО-ХРНІР-50Х | 0.750 | 4.0 | 4.00 | 0.37 | 0.49 | 532 / 1030-1064 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 582 |
| LCD-PlanAPO-NIR-20X(t0) | 0.400 | 20.0 | 10.00 | 0.70 | 1.70 | 532 / 1030-1064 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 260 |
| LCD-PlanAPO-NIR-20X(t0.7) | 0.400 | 20.0 | 10.00 | 0.70 | 1.70 | 532 / 1030-1064 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 259 |
| LCD-PlanAPO-NIR-20X(t1.1) | 0.400 | 20.0 | 10.00 | 0.70 | 1.70 | 532 / 1030-1064 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 258 |
| LCD-PlanAPO-NIR-50X(t0) | 0.450 | 15.0 | 4.00 | 0.60 | 1.40 | 532 / 1030-1064 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 300 |
| LCD-PlanAPO-NIR50X(t0.7) | 0.450 | 15.0 | 4.00 | 0.60 | 1.40 | 532 / 1030-1064 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 299 |
| LCD-PlanAPO-NIR50X(t1.1) | 0.450 | 15.0 | 4.00 | 0.60 | 1.40 | 532 / 1030-1064 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 298 |
| M-PlanAPO-NUV-20X | 0.420 | 17.0 | 10.00 | 0.65 | 1.56 | 355, 532 і 365, 405 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 268 |
| М-ПланАПО-ГРНУВ-50Х | 0.650 | 10.0 | 4.00 | 0.42 | 0.65 | 355, 532 і 365, 405 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 405 |
| LCD-PlanAPO-NUV-20X(t0) | 0.400 | 20.0 | 10.00 | 0.70 | 1.70 | 355, 532 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 262 |
| LCD-PlanAPO-NUV-20X(t0.7) | 0.400 | 20.0 | 10.00 | 0.70 | 1.70 | 355, 532 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 261 |
| LCD-PlanAPO-NUV-20X(t1.1) | 0.400 | 20.0 | 10.00 | 0.70 | 1.70 | 355, 532 | 1.20 | 0.48 х 0.64 | 260 |
| LCD-PlanAPO-NUV-50X(t0) | 0.450 | 15.0 | 4.00 | 0.60 | 1.40 | 355, 532 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 295 |
| LCD-PlanAPO-NUV-50X(t0.7) | 0.450 | 15.0 | 4.00 | 0.60 | 1.40 | 355, 532 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 294 |
| LCD-PlanAPO-NUV-50X(t1.1) | 0.450 | 15.0 | 4.00 | 0.60 | 1.40 | 355, 532 | 0.48 | 0.19 х 0.26 | 293 |
Wavelength Opto-Electronic Об'єктивні лінзи
Наші апохроматичні об'єктиви мікроскопа — це нескінченні оптичні системи, доступні з кількома варіантами збільшення, що працюють у спектральному діапазоні від 355 нм до 1064 нм. Вони ідеально підходять для коаксіального зору для моніторингу в режимі реального часу, такого як лазерна обробка, мікровізуалізація, DIC-візуалізація та флуоресцентний контроль у біовізуалізації. Вони також використовуються для лазерного ремонту сенсорної панелі та сонячних елементів.
1.2 Лінзи окулярів (окуляри)
Окуляр, або окулярна лінза, — це лінза, через яку спостерігач бачить кінцеве збільшене зображення. Розташований у верхній частині мікроскопа , окуляр зазвичай забезпечує додаткове збільшення від 5 до 20 разів, яке множиться на об'єктив, щоб отримати загальне збільшення системи (наприклад, окуляр з 10-кратним збільшенням та об'єктив з 40-кратним збільшенням дають загальне збільшення 400 разів).
Сучасні окуляри можуть містити такі функції, як коригування діоптрій, щоб пристосуватись до різниць у зорі між очима та вставками візирної сітки для завдань вимірювання та вирівнювання. Добре відкоригований окуляр може значно підвищити чіткість зображення та комфорт перегляду під час тривалих сеансів спостереження.
| Номер | NA | WD (мм) | FL (мм) | Роздільна здатність (мкм) | ± DOF (мкм) | Номер поля | кут огляду (мм) | Вага (г) | Нитка |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PlanFluor-EPI-5X | 0.15 | 20 | 40 | 1.80 | 12.00 | 25 | 5.00 | 57 | W4/5" x 1/36" |
| PlanFluor-EPI-10X | 0.30 | 11 | 20 | 0.90 | 3.10 | 25 | 2.50 | 65 | W4/5" x 1/36" |
| PlanFluor-EPI-20X | 0.45 | 3 | 10 | 0.60 | 1.40 | 25 | 1.25 | 77 | W4/5" x 1/36" |
| PlanFluor-EPI-50X | 0.80 | 1 | 4 | 0.34 | 0.43 | 25 | 0.50 | 89 | W4/5" x 1/36" |
| PlanFluor-EPI-100X | 0.90 | 1 | 2 | 0.31 | 0.34 | 25 | 0.25 | 90 | W4/5" x 1/36" |
| PlanFluor-EPI-BD-5X | 0.15 | 20 | 40 | 1.80 | 12.00 | 25 | 5.00 | 78 | M26 x 0.706 |
| PlanFluor-EPI-BD-10X | 0.30 | 11 | 20 | 0.90 | 3.10 | 25 | 2.50 | 95 | M26 x 0.706 |
| PlanFluor-EPI-BD-20X | 0.45 | 3 | 10 | 0.60 | 1.40 | 25 | 1.25 | 111 | M26 x 0.706 |
| PlanFluor-EPI-BD-50X | 0.80 | 1 | 4 | 0.34 | 0.43 | 25 | 0.50 | 123 | M26 x 0.706 |
| PlanFluor-EPI-BD-100X | 0.90 | 1 | 2 | 0.31 | 0.34 | 25 | 0.25 | 122 | M26 x 0.706 |
| L-PlanFluor-EPI-20X | 0.40 | 12 | 10 | 0.70 | 1.70 | 25 | 1.25 | 65 | W4/5" x 1/36" |
| L-PlanFluor-EPI-50X | 0.50 | 10.4 | 4 | 0.55 | 1.10 | 25 | 0.50 | 68 | W4/5" x 1/36" |
| L-PlanFluor-EPI-100X | 0.80 | 3.1 | 2 | 0.34 | 0.43 | 25 | 0.25 | 88 | W4/5" x 1/36" |
Wavelength Opto-Electronic Окулярні лінзи
Наші трубчасті лінзи призначені для використання разом з об'єктивом для обробки зображень. Він діє як вторинна лінза, пропускаючи світло через корпус трубки у вигляді паралельних променів від об'єктива. Ці паралельні промені фокусуються трубчастою лінзою для формування проміжного зображення з мінімальною аберацією.
1.3 Збиральні лінзи
Конденсорна лінза розташована під предметним столиком мікроскопа та відіграє життєво важливу роль у фокусуванні та спрямуванні світла на зразок. Її основна функція полягає в концентрації світла від джерела освітлення мікроскопа в конус світла, який повністю та рівномірно освітлює зразок. Це значно покращує контрастність, роздільну здатність та яскравість.
Конденсатори можуть бути фіксованими або регульованими (наприклад, конденсатори Аббе або апланатичні конденсатори) і можуть поставлятися з ірисовою діафрагмою для контролю розміру та інтенсивності світлового конуса. Правильне вирівнювання та регулювання конденсора мають вирішальне значення для передових методів контрастування, таких як освітлення Келера, фазовий контраст або темнопольна мікроскопія, де оптимальне освітлення значно покращує видимість дрібних деталей у прозорих або низькоконтрастних зразках.
2. Збільшення та числова апертура

Під час оцінки оптичних характеристик мікроскопа збільшення є лише частиною рівняння. Хоча воно визначає, наскільки більшим виглядає зразок, саме по собі збільшення не гарантує кращої якості зображення. Іншим, більш важливим фактором є числова апертура (NA) об'єктива.
NA — це безрозмірне число, яке вказує на здатність лінзи збирати світло та розрізняти дрібні деталі зразка. Це безпосередньо впливає на роздільну здатність або здатність розрізняти дві близько розташовані точки як окремі. Чим вище NA, тим дрібніші деталі можна вирішити.
Формула NA:

де:
- n — показник заломлення середовища між лінзою об’єктива та зразком (наприклад, повітря ≈ 1.00, вода ≈ 1.33, імерсійне масло ≈ 1.51)
- θ - півкут максимального конуса світла, що потрапляє в лінзу об'єктива зі зразка
Компроміси вищої NA:
- Підвищена роздільна здатність: лінзи з вищою NA забезпечують чіткіші та деталізовані зображення.
- Зменшена глибина різкості: вертикальна «товщина» зони фокусування стає вужчою, тобто лише тонкий шар зразка є чітким у фокусі в будь-який момент часу. Це робить точне фокусування більш важливим.
- Коротша робоча відстань: лінзи з високою NA зазвичай повинні бути дуже близько до зразка, особливо в системах масляної імерсії.
- Вищі вимоги до освітлення: щоб повноцінно використовувати лінзи з високим NA, часто потрібна яскравіша та рівномірніша система освітлення.
Вибір правильного NA:
Вибираючи об’єктив, враховуйте баланс між роздільною здатністю та зручністю використання. наприклад:
- Масляна лінза зі 100-кратним збільшенням та числовою апертурою 1.25–1.45 ідеально підходить для завдань з найвищою роздільною здатністю, але вимагає імерсійної олії та ретельного фокусування.
- 10-кратний об’єктив із NA 0.25 чудово підходить для загального огляду
- 40-кратний об’єктив із NA 0.65–0.75 забезпечує хорошу деталізацію з керованим фокусуванням
3. Роздільна здатність і оптична якість
Коли справа доходить до мікроскопії, роздільна здатність є, мабуть, найважливішим показником оптичних характеристик. Роздільна здатність означає здатність лінзи розрізняти два близько розташовані об’єкти як окремі сутності. Система високої роздільної здатності дозволяє користувачам спостерігати дрібні структурні деталі, які інакше виглядали б розмитими або злитими.
Теоретична межа роздільної здатності оптичного мікроскопа визначається дифракційною межею Аббе, названою на честь німецького фізика Ернста Аббе. Вона визначається такою формулою:

де:
- ddd — найменший розмір роздільної функції (тобто роздільна здатність)
- λ\lambdaλ – довжина хвилі освітлюючого світла (у нанометрах)
- NA – числова апертура лінзи об’єктива
Це рівняння висвітлює кілька ключових оптичних принципів:
- Коротші довжини хвилі світла (наприклад, синього або фіолетового) забезпечують кращу роздільну здатність.
- Вища числова апертура покращує здатність розрізняти дрібні деталі.
Хоча роздільна здатність є основним показником, оптична якість охоплює більше, ніж просто найдрібніші деталі, які можна розрізнити. Ось інші важливі міркування:
- Корекція хроматичної аберації: у високоякісних об’єктивах використовуються ахроматичні, флюоритові або апохроматичні конструкції лінз, щоб мінімізувати появу кольорової смуги, спричинену дисперсією довжини хвилі.
- Рівність поля (площинність): цілі плану гарантують, що все поле зору залишається у фокусі, а не лише центр.
- Покриття лінз: антиблікове покриття та покриття з високою пропускною здатністю допомагають покращити контрастність і зменшити розсіяне світло, що має вирішальне значення для флуоресценції або зображення в умовах слабкого освітлення.
- Ефективність пропускання: відсоток світла, який успішно проходить крізь об’єктив, особливо важливий у програмах для отримання зображень з тьмяною або флуоресцентною лампою.
- Точність поверхні: лінзи з вищою якістю поверхні (наприклад, оцінки подряпин/копання) зменшують небажане розсіювання та артефакти.
Різні програми вимагають різних рівнів роздільної здатності та оптичних характеристик:
Методи надвисокої роздільної здатності (наприклад, STED, SIM, PALM) виходять за межі Аббе за допомогою обчислювальних методів або спеціалізованої оптики.
Клінічна діагностика може надавати перевагу надійності та економічній ефективності над роздільною здатністю менше 200 нм.
Флуоресцентна мікроскопія та візуалізація живих клітин вимагають оптики з високою числовою аберацією (NA), відмінними покриттями та мінімальними абераціями.
4. Покриття лінз і оптичні характеристики
Оптичні покриття відіграють вирішальну роль у роботі лінз мікроскопа . Хоча саме скло визначає фокальні властивості, саме покриття покращують чіткість, контрастність і світлопропускання, особливо в передових методах візуалізації. Ці покриття являють собою тонкоплівкові шари, що наносяться на поверхню лінз для контролю поведінки світла, коли воно проходить через скло або відбивається від нього.
Мікроскопічні системи, особливо ті, що використовуються для флуоресценції, фазового контрасту або отримання зображень з високою роздільною здатністю, значною мірою залежать від оптики з прецизійним покриттям для отримання точних та висококонтрастних зображень.
4.1 Антиблікові (AR) покриття
Антиблікові покриття є одними з найпоширеніших засобів покращення оптичних поверхонь. Їх основна функція:
- Мінімізуйте відображення поверхні, які можуть спричинити відблиски, ореоли або втрату контрасту
- Збільште пропускання світла в об’єктив, що особливо важливо для отримання зображень із слабким освітленням або флуоресценції
Ці покриття зазвичай складаються з одного або кількох діелектричних шарів, оптимізованих для певного діапазону довжин хвиль (наприклад, видимого спектру). Завдяки зниженню втрат на відбиття з 4–5% на поверхню (скло без покриття) до менше ніж 0.5% на поверхню покриття AR значно покращують яскравість і чіткість зображення.
4.2 Фазові покриття
Фазові покриття — це спеціальні оптичні плівки, які використовуються у фазово-контрастній мікроскопії, техніці, призначеній для посилення контрасту в прозорих або безбарвних зразках (наприклад, живі клітини або тонкі зрізи тканин) без необхідності фарбування.
Ці покриття:
- Змініть фазовий зсув між прямим і дифрагованим світлом
- Покращте видимість внутрішніх структур, які інакше були б невидимі під яскравим світлом
Фазові покриття зазвичай наносяться на фазову пластину в об'єктиві або конденсорі та ретельно підбираються відповідно до довжини хвилі, що використовується для оптимізації продуктивності.
4.3 Діелектричні багатошарові покриття
Діелектричні багатошарові покриття – це високоефективні покриття, розроблені для відбиття або пропускання світла певних довжин хвиль з великою точністю. Вони є критично важливими для таких методів, як флуоресцентна мікроскопія , де необхідно точно керувати довжинами хвиль збудження та випромінювання.
Програми та переваги включають:
- Вибіркове покращення довжини хвилі, покращення співвідношення сигнал/шум шляхом посилення бажаних сигналів флуоресценції, блокуючи фонове світло
- Налаштування для сумісності з різними флуорофорами (наприклад, DAPI, FITC, TRITC, Cy5)
- Підвищена довговічність і термічна стабільність, підходить для потужних джерел світла або лазерів
Ці покриття зазвичай зустрічаються на:
- Фільтри збудження та випромінювання
- Дихроичні дзеркала / світлорозділювачі
- Об’єктивні лінзи використовується для флуоресцентної візуалізації
5. Виправлення оптичних аберацій

У мікроскопії оптичні аберації – це недоліки, які погіршують якість зображення, що створюється лінзовою системою. До них належать спотворення кольору, форми, різкості та фокусування. Щоб отримати реалістичні зображення з високою роздільною здатністю, сучасні об'єктиви мікроскопів розроблені з удосконаленими лінзовими вузлами, які компенсують ці аберації. Для корекції різних форм аберацій використовується кілька спеціалізованих типів лінз, що дозволяє мікроскопістам отримувати зображення з вищою точністю та точністю.
5.1 Ахроматичні лінзи
Ахроматичні об'єктиви є найпоширенішим типом коригованих лінз, що зустрічаються у стандартних лабораторних мікроскопах . Ці лінзи призначені для:
- Коригує хроматичну аберацію для двох основних довжин хвиль; зазвичай червоного та синього світла
- Зменшення кольорової окантовки (спричиненої лінзою, яка згинає різні довжини хвилі світла під різними кутами)
- Покращуйте різкість і контрастність зображення в базових програмах, таких як світлопольна мікроскопія
Незважаючи на те, що ахроматичні лінзи не ідеальні для всього спектру, вони є економічно ефективними та пропонують достатню корекцію для загальних завдань спостереження, де не потрібна надзвичайна точність кольору.
5.2 Апохроматичні лінзи (APO)
Апохроматичні об'єктиви представляють вищий рівень корекції та зазвичай використовуються в дослідженнях та високоякісних додатках візуалізації.
Ключові особливості включають:
- Корекція хроматичної аберації для трьох або більше довжин хвиль (червоного, зеленого та синього)
- Мінімізація сферичної аберації, що забезпечує кращий фокус по всій глибині зображення
- Покращена роздільна здатність і точність кольору, що робить їх ідеальними для флуоресцентних, конфокальних і цифрових зображень, де точне відтворення кольорів і деталізація є вирішальними
Лінзи APO часто дорожчі, але необхідні для отримання точних кольорових зображень і критичних вимірювань, особливо в біомедицині та матеріалознавстві.
5.3 План лінз
Планові об’єктиви (або об’єктиви з плоским полем) призначені для усунення кривизни поля, типу аберації, коли зображення виглядає різким у центрі, але розмитим по краях.
Переваги планових лінз включають:
- Рівномірна різкість по всьому полю зору
- Покращена чіткість від краю до краю, необхідна для зображення великих областей зразків або використання камер для цифрової документації
- Зменшена необхідність перефокусування, особливо корисно під час сканування або зшивання великих зразків
Планові лінзи зазвичай позначаються так:
Plan Apochromat – найвищий рівень, який коригує три кольори та забезпечує рівність зображення
Plan Achromat – поєднання корекції плоского поля з двохвильовою хроматичною корекцією
6. Робоча відстань і глибина різкості

Під час вибору об'єктива мікроскопа слід враховувати два важливі фізичні параметри: робочу відстань (РД) та глибину різкості (ГР). Обидва відіграють вирішальну роль у визначенні того, як мікроскоп взаємодіє зі зразком і яка його частина залишається у фокусі в будь-який момент часу.
6.1 Робоча відстань
WD визначається як відстань між переднім елементом об'єктива та поверхнею зразка, коли він перебуває у фокусі. Це значення стає дедалі важливішим у випадках, коли необхідний фізичний доступ до зразка, наприклад:
- Перевірка напівпровідників
- Маніпуляції з біологічними зразками
- Зображення живих клітин
- Мікрофлюїди
WD обернено пропорційна NA лінзи. Іншими словами, зі збільшенням NA WD зменшується, і навпаки.
приклад:
- Стандартний 10-кратний об’єктив із NA ≈ 0.25 може мати робочу відстань приблизно 5 мм.
- Потужний масляний іммерсійний об’єктив 100x із NA ≈ 1.3 може мати робочу відстань лише 0.13–0.2 мм.
Ця зворотна залежність означає, що об’єктиви з вищим збільшенням і високою NA пропонують кращу роздільну здатність, але вимагають, щоб зразок розташовувався дуже близько до лінзи, залишаючи мало місця для маніпуляцій. З іншого боку, об’єктиви з великою робочою відстанню спеціально розроблені, щоб забезпечити більше місця, часто використовуються в промислових, металургійних або біологічних цілях, де потрібно вставляти зонди, електроди або мікроманіпулятори.
6.2 Глибина різкості (DOF)
DOF відноситься до вертикальної відстані, в межах якої зразок залишається у прийнятному фокусі. Він визначає, яка частина товщини зразка виглядає різкою в одній фокальній площині.
DOF обернено пропорційна квадрату NA і прямо пропорційна довжині хвилі світла, що використовується. Зазвичай використовується формула для оцінки DOF:

де:
- λ = довжина хвилі світла (у нанометрах)
- NA = NA лінзи об’єктива
Приклад: використання зеленого світла (λ= 550 нм) і:
- An мета з NA = 0.25 дає DOF приблизно 4.4 мкм
- Об’єктив із NA = 1.3 дає глибину свободи лише близько 0.16 мкм
Це ілюструє те, що об’єктиви з вищою NA, хоча й пропонують чудову роздільну здатність, мають дуже малу глибину різкості, що робить їх більш чутливими до помилок фокусування. У результаті механізми точного фокусування, такі як точні елементи керування віссю Z або моторизовані предметні столики, стають необхідними для узгодженого зображення.
6.3 Чому WD і DOF важливі
- Для біологічної мікроскопії неглибока DOF є корисною для отримання зображень тонких зрізів або клітинних структур з високою точністю.
- У промисловому застосуванні більші робочі відстані необхідні для розміщення інструментів, нерівних поверхонь або товстих зразків.
- Зображення живих клітин часто потребує збалансування WD і DOF, щоб уникнути пошкодження зразків і водночас отримати чіткі зображення.
Вибір правильного балансу між робочою відстанню та глибиною різкості забезпечує оптимальну продуктивність для ваших конкретних потреб мікроскопії.
7. Імерсійні лінзи для зображення високої роздільної здатності
Олійно-імерсійні лінзи, які найчастіше використовуються зі 100-кратним збільшенням, є важливими для мікроскопії високої роздільної здатності, особливо в біологічних та клінічних умовах, де клітинні або бактеріальні деталі необхідно спостерігати з максимальною чіткістю.
Ці спеціалізовані об'єктиви використовують імерсійну олію, прозоре середовище з показником заломлення, близьким до показника заломлення скла (~1.515), для заповнення простору між об'єктивом та предметним склом. Така конфігурація мінімізує заломлення світла на межі повітря-скло, дозволяючи більшій кількості світла потрапляти в лінзу та значно підвищуючи роздільну здатність.
У стандартних (сухих) об'єктивах проміжок між зразком і лінзою заповнюється повітрям, що має менший показник заломлення (n ≈ 1.0). Коли світло переходить між матеріалами з різними показниками заломлення (повітря та скло), частина його згинається або розсіюється, спричиняючи втрату світла та зниження чіткості зображення.
Ця невідповідність усувається шляхом заміни повітряного проміжку іммерсійним маслом, яке має показник заломлення, ближчий до показника накривного скла та лінзи об’єктива. Результат:
- Чіткіші та детальніші зображення
- Знижена дифракція світла
- Збільшений збір світла
Масляні імерсійні лінзи широко використовуються в:
- Клінічна діагностика (наприклад, фарбування за Грамом, аналіз мазка крові)
- Гістологія і патологія
- Дослідницька мікроскопія (клітинна біологія, мікробіологія, вірусологія)
8. Специфічні міркування щодо програми

Вибираючи лінзи для мікроскопа , важливо узгодити характеристики лінз з вимогами передбачуваного застосування. Кожен тип мікроскопії, будь то для біологічних досліджень, промислового контролю чи матеріалознавства, висуває різні вимоги до оптичних характеристик, робочої відстані, збільшення та механізмів контрасту. Нижче наведено розбивку поширених випадків використання та відповідні міркування щодо лінз:
8.1 Біологічна мікроскопія
У біологічній мікроскопії чіткість, контраст і роздільна здатність є важливими для спостереження за тонкими клітинними структурами, такими як органели, мембрани та мікроорганізми.
Ключові вимоги:
- Висока NA: забезпечує чудову роздільну здатність і збирання світла, критично важливе для візуалізації дрібних біологічних деталей.
- Методи підвищення контрастності: лінзи повинні підтримувати такі методи, як фазовий контраст, диференціальний інтерференційний контраст (DIC)або флуоресцентна мікроскопія для покращення видимості прозорих або низькоконтрастних зразків.
- Сумісність з масляною імерсією: часто використовується при 100-кратному збільшенні для збільшення NA та роздільної здатності для детальних клітинних досліджень.
Загальні застосування: клітинна біологія, гістологія, мікробіологія, патологія, клінічна діагностика.
Промислові застосування, такі як інспекція напівпровідників , дослідження друкованих плат або точне виробництво, вимагають об'єктивів, що забезпечують гнучкість та довговічність.
Ключові вимоги:
- Довгий WD: Дозволяє відстань між об’єктивом і більшими або нерівними зразками, що дозволяє маніпулювати або безконтактне спостереження.
- Широке поле зору: корисно для швидкого сканування великих компонентів.
- Апохроматична корекція плану: мінімізує хроматичні аберації та аберації кривизни поля для точного та узгодженого зображення по всьому полю.
Загальні сфери застосування: контроль якості, аналіз несправностей, виробництво електроніки, неруйнівний контроль.
8.2 Промислова інспекція
Промислові застосування, такі як інспекція напівпровідників , дослідження друкованих плат або точне виробництво, вимагають об'єктивів, що забезпечують гнучкість та довговічність.
Ключові вимоги:
- Довгий WD: Дозволяє відстань між об’єктивом і більшими або нерівними зразками, що дозволяє маніпулювати або безконтактне спостереження.
- Широке поле зору: корисно для сканування великих компонентів.
- Апохроматична корекція плану: мінімізує хроматичні аберації та аберації кривизни поля для точного та узгодженого зображення по всьому полю.
Загальні застосування: контроль якості, аналіз відмов, виробництво електроніки та неруйнівний контроль.
8.3 Металургійний аналіз
Металургійна мікроскопія використовується для дослідження мікроструктури металів і сплавів, часто в умовах відбитого світла.
Ключові вимоги:
- Лінзи високої роздільної здатності: критично важливі для візуалізації меж дрібних зерен, включень та дефектів у металевих зразках.
- Можливості поляризації: об’єктиви повинні підтримувати мікроскопію з поляризованим світлом, яка покращує контрастність анізотропних матеріалів.
- Сумісність із світловідбиваючою оптикою: оскільки зразки часто непрозорі, лінзи мають бути оптимізовані для установок відбитого світла (епіосвітлення).
Загальні застосування: металургія, матеріалознавство, контроль зварних швів та кристалографія.
8.4 Конфокальна мікроскопія
Конфокальна мікроскопія — це потужний метод візуалізації, який забезпечує оптичне розрізання для детальної 3D-реконструкції зразків.
Ключові вимоги:
- Високоточні об'єктиви: Ці лінзи мають забезпечувати чіткий фокус і мінімальні аберації в кількох площинах.
- Висока NA: забезпечує кращу осьову (глибину) роздільну здатність, що має вирішальне значення для отримання тонких оптичних зрізів.
- Флуоресцентна сумісність: лінзи повинні бути розроблені для високого пропускання на певних довжинах хвиль збудження та випромінювання, часто з вдосконаленим антибліковим або діелектричним покриттям.
- Варіанти занурення: для узгодження показників заломлення та мінімізації сферичних аберацій під час візуалізації глибоких тканин зазвичай використовуються об’єктиви із зануренням у воду або масло.
Загальні застосування: нейронаука, біологія розвитку, клітинна візуалізація, аналіз тканин та вдосконалена флуоресцентна мікроскопія.
9. Висновок
Вибір правильних об'єктивів для мікроскопа – це не просто вибір збільшення; це стратегічне рішення, яке безпосередньо впливає на точність зображення, роздільну здатність, контрастність та надійність. Оптимальний вибір об'єктива залежить від глибокого розуміння кількох фундаментальних оптичних принципів, включаючи збільшення, числову аберацію (NA), ширину поля зору (WD), глибину різкості (GFR), межі роздільної здатності та корекцію оптичних аберацій. Кожен із цих факторів відіграє життєво важливу роль у визначенні того, наскільки добре мікроскоп працюватиме в певному застосуванні.
Високоякісні мікроскопічні лінзи часто мають спеціальні оптичні покриття, такі як антивідблиски, діелектричні багатошарові або фазово-контрастні покриття, щоб підвищити чіткість зображення та підтримувати спеціальні методи візуалізації, такі як флуоресцентна або поляризована світлова мікроскопія. Крім того, лінзи з корекцією аберації, такі як ахромати, апохромати та планові об’єктиви, допомагають гарантувати, що кольори залишаються правдивими, зображення залишаються рівними в полі зору, а дрібні деталі не спотворюються.
Розширені розрахунки, пов'язані з числовою апертурою (NA), дифракційною межею Аббе та глибиною свободи (GRI), надають інженерам, дослідникам та покупцям кількісні інструменти, необхідні для порівняння характеристик лінз та прийняття обґрунтованих рішень. Ці міркування стають ще більш важливими в середовищах з високими ставками, будь то виявлення субклітинних структур у біологічній мікроскопії, виявлення дефектів у напівпровідникових пластинах чи аналіз металевих зерен у металургійних застосуваннях.
Окрім технічних специфікацій, у процесі відбору завжди слід враховувати вимоги до конкретного застосування. Наприклад, біологічна мікроскопія може віддавати перевагу високому контрасту та сумісності з масляною імерсією, тоді як промислове обстеження часто вимагає використання об’єктивів із великою робочою відстанню та міцної конструкції. Розуміння цих нюансів гарантує, що ваша оптична установка ефективно та результативно виконує поставлене завдання. Інвестування в правильні мікроскопічні лінзи може значно підвищити як якість, так і ефективність процесу отримання зображень.
10. Купуйте відповідні лінзи для мікроскопа у надійного постачальника

Незалежно від того, чи проводите ви базові дослідження, контроль якості чи розширену діагностику, добре підібрана оптика забезпечить необхідну чіткість і точність. Партнерство з надійною компанією оптичний компонент постачальник, як Wavelength Opto-Electronic, може ще більше оптимізувати цей процес, пропонуючи індивідуальні рекомендації на основі ваших особливостей візуалізації цілі. З праві лінзи на місці, ви розкриєте весь потенціал свого мікроскоп система, трансформуючи те, як ви спостерігаєте, аналізуєте та інтерпретуєте мікроскопічний світ.
