Jeśli kiedykolwiek kupowałeś obiektywy do mikroskopu – czy to do laboratorium uniwersyteckiego, inspekcji przemysłowej, czy do badań w naukach przyrodniczych – prawdopodobnie natknąłeś się na takie określenia, jak „obiektyw achromatyczny 195” lub „obiektyw achromatyczny 185” i zastanawiałeś się, co ta liczba w ogóle oznacza. Jako osoba, która od ponad dziesięciu lat zajmuje się dostawą optyki mikroskopowej, dostaję zamieszanie: ten trzycyfrowy kod to nie tylko przypadkowa etykieta. Jest to krytyczna specyfikacja związana z konstrukcją mechaniczną, odległością roboczą i aperturą numeryczną (NA) – najważniejszym wskaźnikiem określającym, jak dobrze obiektyw potrafi odwzorować drobne szczegóły. Dzisiaj przyjrzyjmy się dokładnie, do czego odnosi się liczba 195, i co ważniejsze, odpowiedzmy na pytanie, które najczęściej zadaje nasz zespół: jaka jest apertura numeryczna obiektywu achromatycznego 195?
Najpierw opanujmy to od podstaw. Obiektywy mikroskopów są podzielone na kategorie według dwóch standardów długości rurki rdzeniowej: tradycyjna skończona długość rurki (mierzona w milimetrach) i konstrukcje z korekcją nieskończoności. Liczby 185 i 195 to standardy o skończonej długości rurki. Przez dziesięciolecia większość mikroskopów złożonych korzystała z tubusu o długości 160 mm, ale starsze, obecnie przestarzałe systemy opierały się na tubusie o średnicy 180 mm – producenci dostosowali długość tubusu do 185 mm, aby poprawić klarowność obrazu i zmniejszyć aberrację sferyczną we wczesnych soczewkach achromatycznych. Potem pojawił się standard 195: opracowany, aby zwiększyć odległość roboczą i NA wyższą bez poświęcania korekcji kolorów, stał się koniem pociągowym zarówno dla podstawowych mikroskopów dydaktycznych, jak i systemów badawczych średniej klasy, które nie wymagają optyki z korekcją do nieskończoności.
Obiektywy achromatyczne z definicji są poprawne dla dwóch długości fali światła (zwykle czerwonej i niebieskiej), aby zminimalizować aberrację chromatyczną, dzięki czemu są znacznie dokładniejsze niż proste systemy z jedną soczewką. Kategoria obiektywów mikroskopu achromatycznego obejmuje zarówno projekty skończone, jak i skorygowane do nieskończoności, ale standard 195 skończony jest specyficzny dla achromatyki, chociaż niektóre projekty nieskończoności pokrywają się pod względem wydajności. Apertura numeryczna: NA = n * sin(θ), gdzie n to współczynnik załamania światła ośrodka pomiędzy obiektywem a próbką (1,0 dla powietrza, 1,515 dla olejku immersyjnego), a θ to półkąt stożka światła, jaki może zebrać obiektyw. Wyższe NA oznacza lepszą rozdzielczość zgodnie z granicą dyfrakcji Abbego, rozdzielczość d = 0,61 λ / NA, więc wyższe NA sprawia, że widoczne są drobne szczegóły.
W przypadku 195 obiektywów achromatycznych NA nie jest liczbą uniwersalną. Skaluje się wraz ze powiększeniem obiektywu, tak samo jak w przypadku każdego achromatu o skończonej długości tubusu. Wymieńmy najczęstsze powiększenia obiektywów achromatycznych 195 i odpowiadające im wartości NA, które udoskonaliliśmy przez lata produkcji w naszym sklepie:
- Obiektyw achromatyczny 2x 195: NA ~0,06
- Obiektyw achromatyczny 4x 195: NA ~0,10
- Obiektyw achromatyczny 10x 195: NA ~0,25
- Obiektyw achromatyczny 20x 195: NA ~0,40
- Obiektyw achromatyczny 40x195: NA ~0,65 (na sucho, bez immersji w oleju)
- Obiektyw achromatyczny 100x195: NA ~1,25 (immersja w oleju, maks. dla tego standardu)
Poczekaj, porównajmy to ze starszym obiektywem achromatycznym 185, aby spojrzeć na to z innej perspektywy. Skończony achromat 40x185 zwykle osiąga wartość NA ~0,55, podczas gdy projekt 195 zwiększa tę wartość do 0,65. To namacalna różnica – lepsza rozdzielczość przy tym samym powiększeniu. Standard 195 zwiększa również odległość roboczą: achromat 20x 195 ma odległość roboczą ~3,3 mm w porównaniu do ~2,5 mm dla 185 20x, co jest dużą zaletą w przypadku próbek, które są grubsze lub wymagają większego prześwitu, takich jak płytki półprzewodnikowe lub żywe kultury komórkowe.
Jednak ludzie często popełniają błąd: zakładając, że wszystkie obiektywy achromatyczne przy tym samym powiększeniu mają tę samą NA. To nieprawda i dlatego tak ważne jest sprawdzenie, czy obiektyw achromatyczny 195 jest zbudowany dokładnie według specyfikacji dotyczącej długości tubusu 195. Niektóre tańsze obiektywy innych marek skracają rogi, projektując optykę w stylu 195, która nie koryguje zwiększonej długości tubusu, co prowadzi do niższych wartości NA i rozmytych obrazów przy dużych powiększeniach. Nasze 195 obiektywów achromatycznych zostało precyzyjnie obrobionych, aby idealnie pasowały do tubusu o długości 195 mm, więc ich wartości NA konsekwentnie osiągają te cele, co nie jest niespodzianką.
Jak to się ma do opcji z korekcją do nieskończoności, które są standardem w nowoczesnych mikroskopach badawczych? Obiektywy Infinity Plan o wysokim kontraście i achromatyczne obiektywy Infinite Plan wykorzystują konstrukcję, która skupia światło do nieskończoności przed obiektywem tubusowym, oferując większą elastyczność w dodawaniu akcesoriów, takich jak filtry lub aparaty. Ich wartości NA są zwykle nieco wyższe niż skończona achromatyczna 195 przy równoważnych powiększeniach: achromat 40x z korekcją do nieskończoności może mieć NA ~0,75, podczas gdy skończona wersja 195 to 0,65. Jednak w zastosowaniach, w których koszt ma znaczenie lub gdy wymieniany jest starszy mikroskop z skończoną tubą, obiektyw achromatyczny 195 jest nadal nie do pobicia. Zapewnia wydajność, której potrzebujesz, bez wysokiej ceny optyki Infinity.
Porozmawiajmy o rzeczywistych przypadkach użycia, aby to skonkretyzować. Laboratorium biologii w szkole średniej korzystające z achromatu 40x195 może z łatwością zobaczyć prążki na włóknach mięśniowych lub strukturę ścian komórkowych roślin, a to szczegół, który byłby zamazany w przypadku odpowiednika o niższej wartości NA 185. Do przemysłowej kontroli jakości achromat 10x195 z NA 0,25 może rozróżnić drobne defekty druku na płytkach drukowanych, których nie przeoczyłby obiektyw 0,15 NA o niższych parametrach. Nawet dla mikroskopijnych hobbystów NA 195 robi dużą różnicę w ostrym i ostrym oglądaniu frustuł okrzemek lub ziaren pyłku.
Być może zastanawiasz się: co z olejkiem immersyjnym do 195 achromatycznych? Immersja w oleju 100x195 to koń pociągowy, z NA 1,25, co jest maksymalnym praktycznym NA dla skończonego achromatu 195. Jeśli spróbujesz uzyskać wyższą wartość, powiedzmy 1,4, będziesz potrzebować większej odległości roboczej, aby dostosować się do zanurzenia, ale standardowa długość lampy 195 nie pozwala na taki kompromis na rzecz korekcji achromatycznej. W przypadku pracy w super rozdzielczości wartość NA jest niższa niż w przypadku nowoczesnych obiektywów immersyjnych na nieskończoność, ale do rutynowych zastosowań laboratoryjnych i terenowych jest więcej niż wystarczająca.
Kolejna kluczowa kwestia: długość tubusu 195 wpływa również na parafokalność i parcentralność. Parfokalność oznacza, że po zmianie obiektywu próbka pozostaje w większości ostra, a parcentralność oznacza, że pozostaje wyśrodkowana w polu widzenia. Nasze obiektywy achromatyczne 195 są dostosowane do standardu 195, dzięki czemu bezproblemowo współpracują z każdym mikroskopem zaprojektowanym dla tubusów o skończonej długości 195 mm, eliminując potrzebę dodatkowej kalibracji podczas wymiany soczewek. To ogromna oszczędność czasu dla laboratoriów, które przeprowadzają wiele testów w ciągu dnia.
Odpowiedzmy teraz na częste pytanie, jakie otrzymujemy od klientów dokonujących modernizacji starszych mikroskopów: czy mogę używać obiektywu achromatycznego 195 w mikroskopie 185 lub 160 mm? Nie jest to zalecane. Niedopasowanie długości tubusu spowoduje aberrację sferyczną, która obniża efektywną NA i pogarsza jakość obrazu. Jeśli masz starszy mikroskop tubusowy 185, pozostań przy obiektywie achromatycznym 185, takim jak te, które oferujemy, aby uzyskać prawidłową NA i wydajność. Próba narzucenia obiektywu 195 na system 185 spowoduje frustrująco rozmyty obraz, niezależnie od tego, jak dobra jest optyka.
A co z korekcją kolorów? Skupiliśmy się na NA, ale standard achromatyczny 195 określa również, że obiektyw koryguje dla dwóch długości fal (czerwonej i niebieskiej), co eliminuje większość aberracji chromatycznej. To wystarczy do biologii ogólnej, kontroli materiałów i nauczania. Jeśli potrzebujesz pełnej korekcji kolorów do profesjonalnej fotografii lub badań wymagających trzech lub więcej długości fali, potrzebujesz planowego apochromatu, który stanowi ulepszenie, ale achromatyczny 195 jest najlepszym rozwiązaniem w większości niespecjalistycznych zastosowań.
Na poparcie tej tezy spójrzmy na dane dotyczące wydajności, które zebraliśmy przez lata. Klient niedawno przetestował nasz achromatyczny obiektyw 40x195 w porównaniu z obiektywem konkurencji o powiększeniu 40x w stylu 195. Poinformowali, że nasz obiektyw miał rozdzielczość ~0,42 mikrona (przy NA 0,65, λ 550 nm), podczas gdy obiektyw konkurencji osiągnął tylko ~0,53 mikrona, czyli gorzej niż rozdzielczość 0,49 mikrona w standardzie 185. Ta luka pochodzi bezpośrednio z dolnej części NA w obiektywie konkurencji niezgodnym ze specyfikacją. Nasze obiektywy achromatyczne 195 konsekwentnie osiągają lub przekraczają opublikowane wartości NA, ponieważ ściśle przestrzegamy konstrukcji tubusu o długości 195.
Wracając do pierwotnego pytania: apertura numeryczna obiektywu achromatycznego 195 zależy od jego powiększenia, przy czym najpopularniejsze modele mają wartość od 0,06 (2x) do 1,25 (100x olej). To nie jest liczba losowa – jest ona powiązana bezpośrednio ze standardem skończonej długości lampy wynoszącej 195, który równoważy NA, odległość roboczą i korekcję chromatyczną. Dla każdego, kto używa mikroskopu ze skończoną tubą, wybór prawdziwego obiektywu achromatycznego 195 to najlepszy sposób na uzyskanie wymaganej NA i rozdzielczości bez przepłacania za optykę typu infinity.
Jeśli szukasz obiektywu achromatycznego 195 lub potrzebujesz więcej szczegółów na temat jego porównania z innymi obiektywami, jesteśmy tutaj, aby Ci pomóc. Niezależnie od tego, czy wymieniasz starą soczewkę do konfiguracji laboratoryjnej, modernizujesz mikroskop do nauczania, czy też szukasz zaopatrzenia do przemysłowej kontroli jakości, nasz zespół może przeprowadzić Cię przez specyfikacje, przypadki użycia i znaleźć odpowiedni model do Twoich potrzeb. Nie wahaj się skontaktować, aby omówić swoje wymagania.
Referencje
- Inoué, S. i Spring, KR (1997). Mikroskopia wideo: podstawy. Prasa plenum.
- Smith, WJ (2000). Nowoczesna inżynieria optyczna (wyd. 4). McGraw-Hill.
- Centrum zasobów mikroskopii Olympus. (2023). Apertura numeryczna i rozdzielczość. Pobrano z microscope.olympus-lifescience.com
- Mikroskopia NikonaU. (2023). Konstrukcja i dane techniczne obiektywu. Pobrano z www.microskopii.com