Классификация объективов сложнее классификации микроскопов. Объективы разделяются по принципу расчетного качества изображения, параметрическим и конструктивно-технологическим признакам, а также по методам исследования и контрастирования.
По классу изображения изображения объективы могут быть:
Ахроматические объективы.
Ахроматические объективы рассчитаны для применения в спектральном диапазоне 486–656 нм. Исправление любой аберрации (ахроматизация) выполнено для двух длин волн. В этих объективах устранены сферическая аберрация, хроматическая аберрация положения, кома, астигматизм и частично — сферохроматическая аберрация. Изображение объекта имеет несколько синевато-красноватый оттенок. При изменении фокуса образца меняется и цветопередача, что затрудняет интерпретацию результата.Ведущий производитель микроскопов Olympus выпускает такие объективы с маркировкой ACHN.
Планахроматические объективы
В планобъективах исправлена кривизна изображения по полю, что обеспечивает резкое изображение объекта по всему полю наблюдения. Кроме того, объективы имеют и ахроматическую коррекцию, что позволяет их использовать для рутинной работы. Планахроматические объективы обычно применяются при фотографировании и съемки видео в медицине и биологии.
Ведущий производитель микроскопов Olympus выпускает такие объективы с маркировкой PLN, PLCN (объективы для клинических микроскопов), PLCN CY (объективы для цитологии).
Объективы UIS2 имеют планахроматическую коррекцию, что дает абсолютную уверенность в качестве изображения.
Качество изображения на ахроматическом и планахроматическом объективах
Ахроматический объектив
Изображение четкое лишь в центре поля зрения и размывается по краям
Планахроматический объектив (Olympus CX31)
Четкость изображения по всему полю зрения, высокая детализация структур
Полуапохроматические объективы.
Ведущий производитель микроскопов Olympus выпускает такие объективы с маркировкой UPLFLN.
Пример изображения с объектива полуапохромат (планфлуорит)
Апохроматические объективы.
Так как в этих объективах устранены все возможные аберрации изображения, такие объективы стоят дороже планахроматических объективов.
Ведущий производитель микроскопов Olympus выпускает такие объективы с маркировкой PLAPO, UPLSAPO, PLANAPO.
Пример изображения с объектива апохромат (UPLSAPO)
Рутинные и рабочие микроскопы лабораторного класса, применяемые в медицине комплектуются экономичными объективами- планахроматами. Их цветопередача и коррекция полностью подходят для работы как с нативными так и с окрашенными препаратами.
По параметрическим признакам объективы делятся следующим образом:
Парфокальная высота, парфокальность — расстояние от опорной плоскости объектива (плоскости соприкосновения ввинченного объектива с револьверным устройством) до плоскости препарата при сфокусированном микроскопе, является постоянной величиной и обеспечивает парфокальность комплекта аналогичных по высоте объективов разного увеличения, установленных в револьверном устройстве. Иными словами, если с помощью объектива 10х получить резкое изображение объекта, то при переходе к последующим увеличениям (20х,40х,60х,100х) изображение объекта остается резким в пределах глубины резкости объектива.
По конструктивно-технологическим признакам существует следующее разделение:
По обеспечению методов исследования и контрастирования объективы можно разделить следующим образом:
Иммерсия (от лат. immersio — погружение) — жидкость, заполняющая пространство между объектом наблюдения и специальным иммерсионным объективом (конденсором и предметным стеклом). В основном применяются три типа иммерсионных жидкостей: масляная иммерсия (МИ/Oil), водная иммерсия (ВИ/W) и глицериновая иммерсия (ГИ/Glyc), причем последняя в основном применяется в ультрафиолетовой микроскопии. Иммерсия применяется в тех случаях, когда требуется повысить разрешающую способность микроскопа или её применения требует технологический процесс микроскопирования.
При этом происходит:
повышение видимости за счет увеличения разности показателя преломления среды и объекта; увеличение глубины просматриваемого слоя, который зависит от показателя преломления среды.
Кроме того, иммерсионная жидкость может уменьшать количество рассеянного света за счет исчезновения бликов от объекта. При этом устраняются неизбежные потери света при его попадании в объектив.
Иммерсионные объективы. Качество изображения, параметры и оптическая конструкция иммерсионных объективов рассчитываются и выбираются с учетом толщины слоя иммерсии, которая рассматривается как дополнительная линза с соответствующим показателем преломления. Иммерсионная жидкость, расположенная между объектом и фронтальным компонентом объектива, увеличивает угол, под которым рассматривается объект (апертурный угол). Числовая апертура безыммерсионного (сухого) объектива не превышает 1,0 (разрешающая способность порядка 0,3 мкм для основной длины волны); иммерсионного — доходит до 1,40 в зависимости от показателя преломления иммерсии и технологических возможностей изготовления фронтальной линзы (разрешающая способность такого объектива порядка 0,12 мкм). Иммерсионные объективы больших увеличений имеют короткое фокусное расстояние — 1,5–2,5 мм при свободном рабочем расстоянии 0,1–0,3 мм (расстояние от плоскости препарата до оправы фронтальной линзы объектива).
Маркировка объективов.
Данные о каждом объективе маркируются на его корпусе с указанием следующих параметров:
В связи с тем, что каждый производитель микроскопов имеет свою собственную линейку объективов с заданными техническими характеристиками, объективы могут отличаться по цветопередаче, апертуре, парфокальному расстоянию, резьбой крепления в револьверном механизме.
Возможность использования объективов от разных производителей на микроскопе отсутствует.
Очень важно использовать объективы того же производителя, что и микроскопа, в противном случае качество изображения не гарантировано!
Как новичку выбрать объектив: обо всём по полочкам
В этой статье я решил рассказать, что за зверь такой — объектив. Зачем вообще нужно с ним заморачиваться и почему у схожих по параметрам объективов сильно различаются цены?
Сразу оговорюсь: статья больше для новичков и любопытствующих, так как профессионал в этой сфере уже знает, как всё устроено и что ему в целом нужно от объектива.
Это вообще ключевой фактор — понимание того, что тебе нужно от техники. Это касается многих вещей, в том числе камеры с объективом, так как, в первую очередь, это инструмент для творчества. Остальную «магию» творит фотограф и то, как он использует инструмент.
Объективы. Для чего они?
В этой статье я говорю именно об объективах, не затрагивая тему камер. Объектив — это оптическая схема, часть оптического прибора. Объективы есть в множестве устройств, например, микроскопах и биноклях. В английском они называются camera lens, но проводить аналогию с русским словом «линза» не совсем корректно. Объектив, по сути, и состоит из комбинации различных линз, в зависимости от компоновки которых формируется итоговое изображение. Самый простой эффект линзы, который вы наверняка видели — капля воды.
Итак, вы пока не знаете, что хотите снимать, а разнообразие объективов вводит в замешательство. Если помните, раньше всех завлекали суперзумом, мол, вы сможете снимать и в помещении, и орла на вершине горы запечатлеть. Маркетологи знали, что в первую очередь покупатель хочет снимать в различных условиях, и это — самый очевидный подход к выбору объектива. Я упростил классификацию и поделил объективы на классы по фокусному расстоянию, а также выделил их основные сферы использования.
6-24 мм. Сверхширокоугольные и фишай: нужны для пейзажей, архитектуры и интерьеров
Название говорит само за себя: широкий угол охвата позволяет взять в кадр много объектов. Показать пространство и объём. Главный нюанс — искажение объектов (дисторсия) по краям кадра и «заваленность» объектов, если не снимать с условной середины их высоты. Простой пример — интерьер вагона метро в Нью-Йорке. Один кадр снят с человеческого роста, второй — с уровня пола на тот же объектив. Видно, насколько по-разному воспринимается пространство.
Фишай, он же «рыбий глаз», позволяет захватывать ещё больше пространства, сильно искажая его в кадре. Но это больше его «фишка» и художественный аспект.
24-40 мм. Широкоугольные объективы: нужны для архитектуры, интерьеров и больших групп людей
Угол охвата меньше, но на такие объективы по-прежнему можно снимать те же сценарии, что и на сверхширокоугольные. Тут уже и искажения не такие сильные, и объектов в кадре меньше. Часто используются для съёмок больших групповых портретов, чтобы сохранить баланс между искажением пропорций по краям кадра и охватом пространства.
40-70 мм. «Нормальные» объективы: нужны для повседневной съёмки и портретов
Название «нормальный» объектив обусловлено фокусным расстоянием, примерно равным диагонали кадра. Эти объективы дают привычную картинку, близкую к тому, что видит человеческий глаз. Искажения пространства минимальны, нет оптического приближения. Обычно именно этот диапазон охватывают «китовые» (комплектные) объективы беззеркальных и зеркальных камер.
70-100 мм. Длиннофокусные объективы: нужны для портретов
Эта категория объективов — одна из самых популярных в портретной съёмке. Во-первых, есть определённая дистанция от модели, во-вторых, нет искажения пропорций лица. Важную роль здесь играет рисунок объектива в целом и боке, но об этом позже.
100+ мм. Телеобъективы: нужны для спорта, дикой природы, птиц и так далее
В первую очередь, телеобъективы нужны для съёмки объектов, к которым вы не можете подойти близко, будь то футболист на поле, гоночная машина на трассе или лев в Африке. Диапазон фокусных расстояний велик и сильно зависит от того, что именно вам нужно запечатлеть. Кстати, телеобъективы ещё и самые тяжёлые, зачастую для них используется отдельный упор (монопод).
Какие бывают конструкции объективов
С предназначением разобрались. Но нельзя не упомянуть и конструктив — фикс-объективы и зум-объективы.
Фикс-объектив имеет одно фокусное расстояние. Диапазон расстояний велик, его мы уже разобрали. Самые популярные: 16, 20, 24, 35, 50 и 85 мм. Фикс-объектив зачастую имеет более чёткую картинку за счёт фиксированной группы линз. Более того, они более светосильны, к этому термину мы тоже ещё вернёмся.
Зум-объективы более универсальны, поэтому они незаменимы в репортаже, когда нет возможности постоянно переставлять объективы на камере. Зачастую у репортажника есть набор зум-объективов, покрывающий весь основной диапазон фокусных расстояний от 24 мм до 200 мм или больше. И вновь возвращаемся к тому, что всё зависит от задач снимающего.
Об остальных характеристиках
Я начал с фокусного расстояния, так как это самое заметное отличие для покупателя. Специально не привожу определение термина, там много физики и формул. Главное уяснить: чем меньше значение фокусного расстояния, тем больше угол охвата и наоборот.
Но на объективах есть и другие параметры, которые тоже нельзя игнорировать.
Что такое диафрагма и на что она влияет
Часто обозначается латинской буквой f. Диафрагма отвечает за два ключевых момента: количество пропускаемого света и глубину резкости. Полагаю, вы наслышаны про эффект глубины резкости в смартфонах, там он обеспечивается наличием второй камеры или программным образом.
В объективе камеры этот эффект достигается за счёт физического явления (комбинации линз и диафрагмы). Чем меньше число диафрагмы, к примеру f/1.4, тем сильнее будет эффект. Ну и стоимость сильно разнится. Так, объективы с одинаковым фокусным расстоянием, но разной диафрагмой могут различаться в цене в два или три раза. И на снимке вы увидите разницу.
У зум-объективов обычно не такая открытая диафрагма, это обусловлено другими сценариями использования и конструктивом объектива. Ещё именно у этих объективов есть параметр непостоянной диафрагмы. То есть, диафрагма будет меняться в зависимости от выбранного фокусного расстояния.
Что такое глубина резкости и на что она влияет
Она также зависит от значений диафрагмы. Как вы можете её увидеть? Представьте людей, стоящих рядом, но на небольшом расстоянии друг от друга. Один ближе к вам, и на нём вы фокусируетесь, остальные — дальше. Если у вас светосильный объектив с открытой диафрагмой, на снимке в фокусе будет только впереди стоящий человек. Это даст глубину пространства. Но если вам нужно, чтобы в фокусе были все участники кадра, то диафрагму нужно прикрыть. Нюансов здесь множество, но не забывайте: объектив — инструмент, и его возможности нужно использовать для своих целей.
Последнее, что важно упомянуть, — это светосила. Постараюсь объяснить максимально просто. Свет играет ключевую роль в формировании снимка, и все параметры, что вы выставляете, так или иначе управляют количеством света, попадающим на матрицу фотоаппарата. Выдержка и чувствительность зависят от параметров, выставленных в камере. А вот диафрагма, как я уже упоминал, зависит от объектива. И чем она физически больше, тем больше света вы можете поймать в кадр. То есть, при одинаковых параметрах ISO и выдержки, но разных параметрах диафрагмы, кадр будет по-разному экспонирован — проще говоря, будет светлее или темнее.
Что такое стабилизация и на что она влияет
Так как я сейчас не рассматриваю сценарий съёмки со штатива, стоит отдельно упомянуть такую приятную и действительно полезную вещь, как оптическая стабилизация. Как понятно из названия, она позволит компенсировать шевеление рук. Но не думайте, что она позволит вам снимать на бегу! Если вы не биатлонист, то у вас точно присутствует небольшая дрожь в руках, и кадры, особенно снятые вечером, могут получиться несколько смазанными. Я сейчас говорю о съёмке в стоячем положении.
Ещё стабилизация поможет использовать более длинные выдержки, опять же, благодаря компенсации шевеления камеры. Конечно, объективы со стабилизацией стоят подороже, но это выгодное вложение.
Как в итоге выбрать объектив
Резонный вопрос возникнет у вас: «и что мне со всем этим делать?». Перед тем, как идти в магазин, сядьте и прикиньте сами (или с семьёй, если это семейная покупка), какие основные сценарии вы обычно используете. Немного аналитической работы, и у вас уже будет базовый список сценариев и какое-никакое понимание.
К примеру, вы путешествуете семьёй и просто снимаете всё вокруг. Тогда вам подойдёт популярный и уже классический объектив 18-55 мм. Вы уже можете «прочесть» его параметры и понять, что он позволит снимать в помещении, подойдёт для съёмки группы людей (как раз семьи, например) и даст возможность запечатлевать окружение примерно таким, каким вы его видите своими глазами. Вариаций по диафрагме тут немного: зачастую f/3,5-5,6, то есть, особо интересную картинку ждать не стоит, но зато и стоимость невысокая. Ещё из плюсов, помимо доступности, малый вес.
Если бюджет позволяет и вы не против носить объектив потяжелее, почти у всех производителей есть объектив 24-70 мм с постоянной диафрагмой f/2,8. Он светлее и с картинкой поинтереснее. Расплачиваться придётся более высокой ценой и весом, и в таком сценарии вам точно пригодится стабилизация в объективе.
Любите в путешествии снимать пейзажи? Купите фиксированный объектив в диапазоне 16-20 мм. Он будет резким — вы же помните что «фиксы» имеют большую диафрагму? Это позволит вам снимать и в тёмное время суток. К тому же, он лёгкий.
Хотите запечатлевать птичек или львов в сафари? Пригодится «телевик». Он может быть и с фиксированным фокусным расстоянием (200, 300 мм или более) или зумом. Разброс цен здесь велик, зависит вновь от диафрагмы и наличия стабилизатора. Кстати, в телеобъективе стабилизатор наиболее актуален. Угол обзора очень маленький, и вы видите очень удалённую точку, в таких условиях шевелёнка рук будет особенно заметна.
Ну а если вы хотите портретов с красивым рисунком и размытым фоном, то тут вам в нишу фиксированных объективов, от 35 мм до 135 мм. Разброс цен будет сильно зависеть от диафрагмы, иногда в четыре, пять раз! Стабилизации в этой сфере нет, в основном из-за сложности самой конструкции светлых объективов и необходимости давать очень резкую картинку.
Резюмируем
Теперь вы понимаете, что указано на объективе и на что это влияет. Конечно, вы можете купить объектив 18-300 мм, и он покроет абсолютно весь диапазон, который вам пригодится. Но вы не получите очень чёткий и интересный снимок. Многие объективы вы можете попробовать взять в прокат в вашем городе, это отличный способ «пристреляться» и проанализировать дома результат, снятый на вашу камеру. А если очень понравится, можно будет пойти и купить аналогичный объектив.
Надеюсь, что моя статья подтолкнёт вас к дальнейшему и более глубокому изучению затронутой темы! Пробуйте и выбирайте с умом, ведь только вы сможете дать себе ответ на вопрос, какой объектив вам нужен.
Объективы для микроскопов, сканирующие объективы и тубусы
Разновидности объективов
Сухие и иммерсионные (погружные) объективы
Иммерсионные объективы получили свое название из-за среды, в которую погружают прибор. Иммерсионная среда располагается между передней частью объектива и покровным стеклом микроскопа. «Сухими» объективы стали называть из-за наличия воздушного зазора между объективом и образцом.
Планахроматические и апохроматические объективы
«Плоскими» объективы стали из-за плоского изображения, создаваемого в поле зрения объектива. Характеристика «ахроматические» появилась вследствие коррекции хроматической аберрации в конструкции объектива. Такие объективы исправляют хроматические аберрации для пары длин волн и сферическую аберрацию для одной длины волны. При работе с этими объективами лучше всего использовать зеленый свет.
Апохроматические объективы корректируют хроматические аберрации на трех-пяти длинах волн, а также сферические аберрации на двух и более длинах волн. С помощью апохроматов получают хорошие изображения в цветной микрофотографии, однако еще более качественные результаты демонстрируют планапохроматические или планфлуоритовые объективы, о которых будет сказано далее.
Планфлуоритовые объективы
Суперапохроматические объективы
Суперапохроматические объективы создают осевую коррекцию цвета во всем видимом диапазоне. Они предназначены для обеспечения осевой цветопередачи с ограничением пятна дифракции в широком поле зрения без виньетирования по всему полю. Высокий показатель числовой апертуры и конструкция апохроматического объектива делает его идеально подходящим для получения широкоугольных изображений в освещенной среде.
Основные конструкционные особенности
Рисунок 1.Примечание: даны общие схемы масляно-иммерсионного объектива (слева) и «сухого» объектива (справа). Объективы различных производителей и предназначений могут отличаться и по форм-фактору, и по внутреннему устройству. Mounting Thread – крепежная резьба. Magnification/Numerical Aperture/Immersion. Medium – Увеличение/ Числовая апертура/ Иммерсионная среда. Infinity Correction/Cover Glass Thickness/Field number – Коррекция на бесконечности / Толщина покровного стекла / Номер поля. Color Code – цветовой код. Immersion Objective Identifier – сведения о погружном объективе. Flat Field/Aberration Correction – Плоское поле / Коррекция аберраций. Coverslip Correction/Working distance – Коррекция аберраций от покровного стекла / рабочее расстояние. Correction Ring – корректирующее кольцо
Основные термины
Увеличение
Увеличение объектива определяется отношением фокусного расстояния линзы объектива к фокусному расстоянию линзы окуляра:
Числовая апертура (NA)
Числовая апертура – безразмерная величина, рассчитывается из приемного угла объектива, общая формула выглядит так:
NA =ni×sinθa
Парфокальная длина
Рабочее расстояние
Рабочее расстояние – это расстояние между передним элементом объектива и ближайшей поверхностью покровного стекла (образца), в зависимости от конструкции объектива. Сведения о толщине покровного стекла выгравированы на объективе.
Рисунок 2.Влияние толщины покровного стекла (мм) на качество изображения при излучении 632,8 нм
Номер поля
Номер поля соответствует размеру поля зрения (в миллиметрах), умноженному на увеличение объектива.
FN = Field of View Diameter × Magnification
Коррекция аберраций покровного стекла и корректирующая муфта (Кольцо)
Обычно покровное стекло имеет толщину 0,17 мм, но из-за различия в производственном процессе фактическая толщина может варьироваться. Корректирующее кольцо, присутствующее на некоторых объективах, используются для компенсации аберраций на покровных стеклах различной толщины путем регулирования относительного положения внутренних оптических элементов. Обратите внимание, что объектив может быть разработан для эксплуатации только со стандартным покровным стеклом толщиной 0,17 мм, в этом случае объективы не имеют коррекционного кольца.
На диаграмме показана зависимость сферической аберрации от толщины используемого покровного стекла для излучения 632,8 нм. Для покровного стекла толщиной 0,17 мм сферическая аберрация покровного стекла не превышает дифракционно-ограниченную аберрацию для объективов с числовой апертурой до 0,40.
Расчет увеличения и площади предметной области
Увеличение
Увеличение системы складывается из увеличительной способности каждого оптического элемента – объектива, камеры, окуляров. Подсчет общего увеличения, сделанный с опорой на указанные на приборах значения, оказывается точным только в том случае, если оптические элементы изготовлены одним и тем же производителем. В ином случае увеличение системы тоже можно вычислить, но перед этим необходимо вычислить эффективное увеличение объектива так, как описано ниже.
Чтобы лучше понять приведенные ниже примеры и общие принципы расчета (которые в дальнейшем вы можете применить к собственному микроскопу), воспользуйтесь калькулятором увеличения и расчета поля зрения.
Калькулятор представляет собой электронную таблицу Excel с макросами. Чтобы воспользоваться калькулятором, макросы должны быть включены. Чтобы включить макросы, нажмите кнопку «Включить содержимое» на желтой панели сообщений при открытии файла.
Пример 1: Увеличение камеры
При визуализации образца конечное изображение увеличивается из-за совместного использования объектива и камеры. Например, объектив 20X Nikon и камера Nikon 0,75X увеличит изображение на камере в 15 раз:
Пример 2: Тринокулярное увеличение При визуализации образца через тринокуляры изображение увеличивается объективом и окулярами в тринокулярах. При использовании объектива 20X Nikon и тринокуляров Nikon с окулярами 10X, изображение на окулярах имеет 200-кратное увеличение: 20X × 10X = 200X. Обратите внимание, что изображение на окулярах не проходит через тубус камеры.
Совместное использование приборов от разных производителей
Как было сказано ранее, увеличение не является фундаментальным значением: это производное значение, рассчитанное с учетом конкретного фокусного расстояния объектива. Каждый производитель микроскопа применяет собственное фокусное расстояние для собственного оборудования. Следовательно, при объединении оптических элементов от разных производителей необходимо вычислить эффективное увеличение для объектива, а затем использовать это значение для расчета общего увеличения системы.
Эффективное увеличение объекта задается уравнением 1:
Обратите внимание, что производители Leica, Mitutoyo, Nikon и Thorlabs используют одинаковое фокусное расстояние тубуса объектива; если сочетать оборудование от этих производителей, конверсия не требуется. После того, как эффективное увеличение объектива вычислено, увеличение системы можно рассчитать традиционным способом, описанным выше.
Пример 3: Тринокулярное увеличение (Разные производители) При визуализации через тринокуляры изображение увеличивается при прохождении сквозь объектив и окуляры. В этом примере взят 20-кратный объектив Olympus и тринокуляры с 10-кратными окулярами от Nikon.
Используя уравнение 1 и табличные значения, найдем эффективное увеличение системы из объектива Olympus и микроскопа Nikon:
Эффективное увеличение объектива Olympus составляет 22,2X, тринокуляр имеет окуляры с увеличением 10X, поэтому изображение на окулярах будет иметь 22,2X × 10X = 222X, 222-кратное увеличение.
Рисунок 3.Площадь предметной плоскости при различном увеличении камеры
Площадь образца при визуализации через камеру
При визуализации поверхности через камеру, размеры площади образца определяются размерами сенсора камеры и увеличением системы:
В отличие от увеличения системы (пример 1), размеры сенсора в большинстве случаев известны и указаны производителем. Если есть необходимость, увеличение объектива можно рассчитать по формуле из примера 3.
При возрастании увеличения растет и разрешение, однако уменьшается поле зрения. Зависимость поля зрения от увеличения проиллюстрирована на приведенной схеме.
Пример 4: Площадь предметной области
В качестве примера взят сенсор научной камеры Thorlabs 1501М-USB 8.98 мм × 6.71 мм. Если совместить эту камеру с объективом Nikon и тринокулярами (пример 1), размеры конечного изображения составят (мкм х мкм):
Примеры сканируемых поверхностей
Приведенные ниже изображения мышиной почки получены с помощью одного и того же объектива, изображения сняты с одной и той же камеры. Различия изображений появились из-за подключения разных тубусов камеры (с разной увеличительной способностью). По ходу уменьшения увеличительной способности камеры прослеживается увеличение поля зрения, что приводит к менее детальной визуализации поверхности образца.
Рисунок 4.Тубус 1Х
Рисунок 5.Тубус 0,75Х
Рисунок 6.Тубус 0,5Х
Сканирующие объективы широко используются в лазерных системах визуализации – в конфокальной лазерной микроскопии, оптической когерентной томографии и в многофотонных системах обработки изображений. В этих приложениях лазерный луч, падающий на заднюю апертуру (входной зрачок) объектива, сканируется через диапазон углов. Это переводит положение пятна, образованного в плоскости изображения, через поле зрения объектива. В случае нетелецентрических линз такой подход к сканированию фокального пятна через плоскость изображения приведет к сильным аберрациям, которые значительно ухудшают качество полученного изображения. Телецентрические сканирующие линзы предназначены для создания пятна постоянного размера в плоскости изображения в каждом положении сканирования, что позволяет сформировать высококачественное изображение образца.
Итак, системы лазерной сканирующей микроскопии объединяют сканирующую линзу с объективом для создания оптической системы с коррекцией по бесконечности. Тем не менее, большинство систем оптической когерентной томографии предназначены для включения сканирующей линзы без объектива. Линзы CLS-SL, SL50-CLS2, SL50-2P2 и SL50-3P были оптимизированы для использования в системах конфокального лазерного сканирования и многофотонной микроскопии, а семейство LSM отлично подходит для использования в системах обработки изображений ОКТ. Ниже представлен краткий обзор сканирующих систем без объектива и с его наличием.
Сканирующие объективы в приложениях лазерной сканирующей микроскопии
На схеме показано предпочтительное расстояние между сканирующим объективом и тубусом в приложениях лазерной сканирующей микроскопии. Сканирующее зеркало, расположенное на схеме левее плоскости сканирования, направляет лазерный луч через сканирующую линзу. Угол, при котором лазерный луч падает на сканирующую линзу, определяет положение фокального пятна в промежуточной плоскости изображения, которая расположена между сканирующей линзой и трубчатой линзой ITL200. Тубус объектива расположен таким образом, чтобы свет собирался и коллимировался (фокус находится на бесконечности). Коллимированный свет фокусируется в плоскости образца. Рассеянное излучение, поступающее от образца, собирается объективом и попадает на детектор.
Рисунок 8.Совместное использование CLS-SL и ITL200 и применение объектива в ЛСМ. Scan Plane – плоскость сканирования. Principal Planes of Scan Lens – общее положение сканирующих линз. Intermediate Image Plane – промежуточная область визуализации. Objective Pupil Plane – плоскость входного зрачка. Scan Distance – расстояние сканирования. Objective Distance – фокусное расстояние объектива
Отличительной и довольно важной особенностью этой оптической системы является коллимированный свет, который создается в результате совмещения сканирующей линзы с объективом. Положение объектива по отношению к плоскости образца можно менять без влияния на качество визуализации, благодаря чему конструкция становится более гибкой.
Если не использовать объектив, сканирующая линза должна будет выполнять обе функции, и тогда промежуточная плоскость изображения стала бы плоскостью образца в том числе, из-за чего исчезла бы возможность свободно перемещать плоскость образца.
Рисунок 9.Перемещение плоскости образца в лазерных сканирующих микроскопах
Сканирующие объективы в ОКТ
Объективы лазерной сканирующей микроскопии нашли широкое применение в оптической когерентной томографии (ОКТ). Чтобы получать качественные картины, в ОКТ важно сохранять согласование между длиной волны, парфокальным расстоянием, сканирующим расстоянием, входным зрачком и сканирующим углом. Вообще, чем больше диаметр входного пучка, тем меньше размер сфокусированного пятна. Однако, несмотря на виньетирование и/или увеличение аберраций, диапазон углов сканирования уменьшается с увеличением диаметра луча. Лучи, диаметр которых меньше диаметра входного зрачка, создают большие пятна фокусировки; а пятна от луча большего диаметра как бы урезаются.
Для систем обработки изображений с одним гальваническим зеркалом в центре входного зрачка сканирующей линзы совпадает с точкой поворота зеркала. Когда используется одно зеркало, расстояние сканирования измеряется от монтажной поверхности объектива до точки поворота зеркала. Это показано на иллюстрации ниже.
Рисунок 10.Система обработки изображений с одним гальваническим зеркалом. 2D Galvo Mirror – гальваническое зеркало. Entrance Pupil – входной зрачок. Scanning Distance – расстояние сканирования. Parfocal Distance – парфокальное расстояние
Рисунок 11.Система обработки изображений с двумя гальваническими зеркалами
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ
