blízko
Vyberte si svůj web
Globální
Sociální média
Zobrazení: 655 Autor: Hlavní optický inženýr, Band Optics Čas publikování: 2026-08-11 Původ: místo
Objektiv mikroskopu s vysokým výkonem je čočka objektivu používaná k pozorování jemných detailů vzorku poté, co byl vzorek lokalizován a vycentrován při menším zvětšení. Jeho funkcí není jen zvětšit obrázek. Objektiv také určuje, kolik detailů dokáže systém rozlišit, kolik světla dokáže shromáždit, jak blízko musí fungovat ke vzorku a jak dobře jsou korigovány optické aberace.
V mnoha složených mikroskopech jsou 40× a 100× objektivy běžnou volbou s vysokým výkonem. Samotné zvětšení však výkon nedefinuje. Užitečný výběr musí také vzít v úvahu numerickou aperturu (NA), pracovní vzdálenost, imerzní médium, korekci krycího skla, rovinnost pole, rozsah vlnových délek, kompatibilitu trubice-čočka a detektor použitý v konečném systému.
Tato příručka vysvětluje funkci vysoce výkonného objektivu v mikroskopu , porovnává konfigurace 40× a 100×, ukazuje, jak správně používat vysoce výkonný objektiv, a poskytuje technický kontrolní seznam pro výběr standardního nebo vlastního objektivu.
Vysoce výkonný objektiv vytváří zvětšený primární obraz malé oblasti vzorku a shromažďuje prostorové informace potřebné k rozlišení jemných struktur. Celkové vizuální zvětšení mikroskopu je zvětšení objektivu vynásobené zvětšením okuláru. Například objektiv 40× používaný s okulárem 10× produkuje 400× celkové zvětšení.
Celkové zvětšení však není totéž jako rozlišení. Zvětšení obrazu nad rámec detailů zachycených objektivem vytvoří větší obraz bez odhalení nových informací. Konvenční světelná mikroskopie může dosáhnout laterální rozlišení řádově 0,2 µm za příznivých podmínek , takže užitečný výkon s vysokým výkonem závisí silně na NA, vlnové délce, optické korekci, přípravě vzorku a zarovnání. Jak je vysvětleno v The Cell: A Molecular Approach, zvětšení bez dalších vyřešených detailů pouze vytváří větší obraz.
Vysoce výkonný objektiv určuje měřítko obrazu, rozlišení, sběr světla, pracovní vzdálenost a korekci aberace.
40× a 100× jsou běžné volby, ale ani jedno zvětšení nemá jednu univerzální NA nebo pracovní vzdálenost.
Vyšší zvětšení automaticky neodhalí více detailů; Důležitá je také NA, vlnová délka, příprava vzorku a zarovnání systému.
Suché a imerzní objektivy musí být použity s médiem specifikovaným výrobcem.
Pro integraci OEM musí být objektiv sladěn s čočkou trubice, snímačem, rozsahem vlnových délek, rozhraním vzorku a mechanickou obálkou.
Obsah
'Vysoký výkon' je spíše praktický popis než úplná optická specifikace. Obvykle se vztahuje k objektivu používanému po pozorování s nízkou spotřebou ke kontrole menších objektů v užším zorném poli. Mezi běžné konfigurace patří:
40× objektivy: často používané jako vysoce suché objektivy pro kontrolu buněk, tkáňových řezů, mikroorganismů a materiálů.
Objektivy 60×: vybrány, když je potřeba větší měřítko obrazu při zachování různé rovnováhy NA, zorného pole a pracovní vzdálenosti.
Objektivy 100×: běžně používané pro velmi malé biologické struktury a mohou být navrženy pro olej, vodu, silikon nebo jiné imerzní médium, v závislosti na aplikaci.
Tyto popisy jsou typické, nikoli univerzální. Dva objektivy se stejným zvětšením mohou mít různé NA, pracovní vzdálenost, úroveň korekce, požadavky na ponoření, číslo pole, rozsah přenosu a design obrazového prostoru. Vždy si přečtěte úplnou specifikaci a nevybírejte pouze podle zvětšení.
Tubus objektivu běžně identifikuje zvětšení, NA, imerzní médium, pracovní vzdálenost nebo požadavek na krycí sklo a další informace o kompatibilitě. Směrnice pro mikroskopii hostovanou NIH identifikuje zvětšení, NA, pracovní vzdálenost, médium ponoření a tloušťka krycího sklíčka jako klíčové informace.
Označení jako 40×/0,75 označuje 40× zvětšení objektivu a NA 0,75. Dodatečné značení může identifikovat, zda je objektiv korigovaný v půdorysu, určený pro olejovou nebo vodní imerzi, korigovaný pro specifikovanou tloušťku krycího skla nebo určený pro optický systém s korekcí na nekonečno.
Kroužky objektivů jsou užitečné vizuální identifikátory, ale samotná barva by neměla být považována za specifikaci. ISO 8578 definuje značení objektivů a okulárů a doporučuje barevné kódování podle zvětšení a imerzního média . Vzhledem k tomu, že konvence výrobců a starší produkty se mohou lišit, potvrďte vyrytá data na hlavni a datovém listu výrobce.
Numerická apertura popisuje schopnost objektivu přijímat světlo v rozsahu úhlů v médiu. Je definována jako:
NA = n × sin(θ)
kde (n) je index lomu média mezi vzorkem a přední čočkou a ( heta) je poloviční úhel přijímaného světelného kužele. Reprezentativní indexy lomu uvedené v otevřeném textu Springerovy mikroskopie jsou přibližně 1,00 pro vzduch, 1,33 pro vodu a 1,51 pro imerzní olej.
Při stejném zvětšení může objektiv s vyšší NA obecně shromažďovat širší kužel difraktovaného světla a rozlišovat jemnější prostorové detaily. Při fluorescenčním zobrazování, vyšší NA může shromáždit více emitovaného světla a může snížit požadovanou expozici . Kompromis je v tom vyšší NA obecně vytváří menší hloubku ostrosti a přísnější požadavky na zaostření, rovinnost vzorku, tloušťku krycího skla a mechanickou stabilitu.
Bodový objekt je reprodukován spíše difrakčním vzorem než jako nekonečně malý bod. Více než 80 % energie difrakčního vzoru je obsaženo v jeho centrálním Airyho maximu a poloměr této centrální oblasti lze aproximovat:
rAiry = 0,61A/NA
kde (lambda) je zobrazovací vlnová délka. Tento Vztah Airy-radius ukazuje, proč kratší vlnové délky a vyšší NA mohou zlepšit rozlišení omezené difrakcí.
Jako zpracovaný referenční bod, při použití vlnové délky přibližně 550 nm a NA 1,51 se získá hodnota Rayleighovy stupnice přibližně 222 nm nebo 0,22 um . Toto je idealizovaný optický výpočet, nikoli zaručený systémový výsledek. Skutečný výkon může být omezen aberacemi, vzorkováním, kontrastem, nesouladem indexu lomu, kvalitou přípravy, vibracemi, osvětlením a hlukem detektoru.
Správná volba závisí na velikosti prvku a požadovaném měření – nikoli na předpokladu, že nejvyšší zvětšení je automaticky nejlepší.
Faktor výběru |
40× objektiv |
100× objektiv |
|---|---|---|
Typická role |
Podrobné pozorování po lokalizaci oblasti zájmu |
Pozorování velmi malých struktur, když je vyžadováno větší měřítko obrazu a vhodná NA |
Ponoření |
Často suché, ale existují i ponorná provedení |
Často ponoření do biologické mikroskopie, ale existují i suché konstrukce |
Zorné pole |
Širší než 100× objektiv ve stejném kompatibilním systému |
Užší ve stejném kompatibilním systému |
Tolerance zaostření |
Obecně je snazší získat a udržet pozornost |
Obvykle citlivější na zaostření, naklonění vzorku a vibrace |
Pracovní vzdálenost |
Specifické pro produkt; často shovívavější než designy s velmi vysokým NA 100× |
Specifické pro produkt a často kratší v provedeních s vysokou NA |
Pravidlo nejlepšího rozhodnutí |
Zvolte, kdy jeho NA a vzorkování vyřeší cíl při zachování pole a propustnosti |
Zvolte, když cíl vyžaduje přidané měřítko obrazu a optický výkon |
Ani jedno zvětšení nemá jednu univerzální NA nebo pracovní vzdálenost. Tyto hodnoty jsou vlastnostmi konkrétního návrhu. Porovnejte kompletní datový list výrobce nebo definujte požadavky na vlastní objektiv.
Objektivní zvětšení nastavuje primární měřítko obrazu. Pro vizuální pozorování jej vynásobte zvětšením okuláru. U systémů založených na kamerách zvažte také tubusovou čočku, reléovou optiku, velikost pixelu snímače a aktivní oblast snímače. Nominální 100× objektiv nezaručuje, že detektor vzorkuje obraz správně.
NA ovlivňuje sběr světla, rozlišení s omezenou difrakcí a hloubku ostrosti. Porovnejte NA při požadované vlnové délce a v zamýšleném imerzním médiu. Nepředpokládejte, že dva objektivy se stejným zvětšením mají ekvivalentní rozlišovací schopnost.
Pracovní vzdálenost je vzdálenost od přední plochy objektivu k rovině objektu při zaostření, podle konvence výrobce. Dokáže určit, zda objektiv vyčistí kryt, kultivační nádobku, mechanický přípravek, součást obvodu nebo nerovný průmyslový vzorek. Objektivy na dlouhé pracovní vzdálenosti řeší problémy s přístupem, ale zvětšení, NA, korekce, průměr balení a požadavky na pole musí být společně vyváženy.
Suché, vodní imerzní, olejové a další imerzní objektivy jsou opticky navrženy pro konkrétní média. Suchý objektiv by neměl být používán s imerzním olejem a imerzní objektiv by neměl být provozován nasucho, pokud výrobce tento režim nepodporuje . Nesprávné médium způsobuje nesoulad indexu lomu a může snížit kontrast a rozlišení.
Objektiv může být korigován pro konkrétní tloušťku krycího skla, žádné krycí sklo nebo definovanou geometrii nádoby. Nesoulad mezi designem objektivu a skutečnou optickou dráhou může způsobit sférickou aberaci. Korekční objímky, pokud jsou k dispozici, by měly být upraveny pro aktuální kryt, médium, teplotu a hloubku vzorku.
Objektivní skupiny běžně zahrnují achromát, fluorit nebo semiapochromát a apochromátové korekční úrovně. Nejlepší volba závisí na spektrálním rozsahu, přijatelné chromatické a sférické aberaci, požadavcích na pole a rozpočtu. Označení plánu se týká konkrétně rovinnosti pole; ISO 19012-1 definuje označení půdorysu a ostrou oblast pro plochý povrch předmětu.
Potvrďte, zda je cíl konečně konjugovaný nebo korigovaný na nekonečno. U infinity systému musí být objektiv a tubusová čočka hodnoceny jako pár. Mechanický závit, parfokální vzdálenost, ohnisková vzdálenost tubusu a čočky, umístění zornice, úhlopříčka snímače, číslo pole a povolená mezilehlá optika – to vše ovlivňuje integraci.
Viditelné světlé pole, fluorescence, blízké UV a blízké IR systémy nekladou stejné požadavky na přenos a korekci. Definujte skutečné osvětlení a detekční pásma. Pro multispektrální práci specifikujte jak spektrální rozsah, tak přijatelný posun ohniska mezi vlnovými délkami.
Achromatické objektivy poskytují praktickou korekci pro rutinní pozorování a nástroje citlivé na náklady.
Fluoritové nebo semiapochromatické objektivy mohou nabídnout lepší korekci a často vyšší NA než srovnatelné rutinní achromáty.
Apochromatické objektivy jsou navrženy pro náročnější chromatickou a sférickou korekci napříč více vlnovými délkami.
Název kategorie je pouze výchozím bodem. Porovnejte skutečné pole, NA, spektrální rozsah, přenos, zkreslení a kompatibilitu systému. Standardní mikroskopické texty ošetřují korekce aberace a přizpůsobení objektivního systému jako centrální části tvorby obrazu.
A Plan objektiv je určen pro rovinnost pole nad definovanou ostrou oblastí obrazu . To je důležité pro kamerové zobrazování, digitální šití, metrologii, patologické preparáty, kontrolu polovodičů a další aplikace, kde záleží na výkonu hrany. Označení Plan by nemělo být interpretováno jako úplné prohlášení o chromatické korekci, NA nebo rozsahu vlnových délek; tyto specifikace musí být stále kontrolovány samostatně.
Vysoce výkonné objektivy mohou být optimalizovány pro světlé pole, fázový kontrast, diferenciální interferenční kontrast (DIC), polarizaci, fluorescenci nebo konfokální zobrazování. Cíl musí být kompatibilní s kompletní technikou. Fázové prstence, hranoly DIC, dvojlom materiálu, přenos fluorescence, autofluorescence a přístup zornice, to vše se může stát omezením výběru.
Začněte s nejmenší funkcí, která musí být detekována nebo změřena, a poté postupujte směrem k celému zobrazovacímu systému.
Definujte cíl a kritérium přijetí. Uveďte, zda je úkolem vizuální detekce, klasifikace, měření rozměrů, srovnání kontrastu nebo kvantitativní fluorescence.
Před měřítkem obrazu zvolte užitečné rozlišení. Nejprve zvolte dostatečnou NA a vhodnou vlnovou délku; pak zvolte zvětšení, které vzorkuje vyřešený detail správně.
Definujte rozhraní vzorku. Zaznamenejte imerzní médium, krycí materiál a tloušťku, hloubku vzorku, teplotu a index lomu.
Zkontrolujte mechanický přístup. Zadejte minimální pracovní vzdálenost, obálku vzorku, průměr objektivu, závit, parfokální vzdálenost a rizika kolize.
Přizpůsobte stranu obrázku. Uveďte tubusový objektiv, model okuláru nebo fotoaparátu, velikost snímače, rozteč pixelů a požadované zorné pole.
Definujte spektrální rozsah. Vyjmenujte vlnové délky osvětlení a detekce, nejen 'viditelné' nebo 'fluorescence'.
Nastavte tolerance a metody ověřování. Zahrňte přijatelné rozlišení, zakřivení pole, zkreslení, posun chromatického ostření, přenos a podmínky prostředí.
Oficiální pokyny pro vývoj testu doporučují přizpůsobení zvětšení objektivu, NA, pracovní vzdálenosti, hloubky ostrosti a axiálního vzorkování s aplikací , přičemž se uznává, že větší zvětšení nutně nezlepší rozlišení. To je důležité zejména při automatizovaném zobrazování, kde může na pokrytí pole, rychlosti snímání, stabilitě automatického ostření a opakovatelnosti záležet stejně jako na maximálním rozlišení.
Katalogový objektiv je obvykle nejrychlejším řešením, pokud jeho optické a mechanické rozhraní již odpovídá systému. Vlastní vysoce výkonný mikroskopický objektiv se stává relevantním, když aplikace vyžaduje kombinaci, kterou standardní produkty neposkytují, jako například:
nestandardní pracovní vzdálenost nebo vzdálenost vzorku;
korekce přes určené okénko, krycí sklo, vrstvu kapaliny nebo dno nádoby;
vyhrazený UV, viditelný, NIR nebo vícepásmový spektrální rozsah;
definovaný formát snímače a obrazový kruh;
nízké zkreslení nebo řízené telecentrické chování pro měření;
vlastní mechanická obálka, závit, parfokální vzdálenost nebo umístění zornice;
kompatibilita se specifickou tubusovou čočkou nebo vestavěnou zobrazovací platformou;
optimalizovaný výkon pro kontrolu fluorescence, strojového vidění, polovodičů, biomedicíny nebo materiálů.
Pro efektivní kontrolu proveditelnosti poskytněte cílové zvětšení, požadovanou NA nebo rozlišení, zorné pole, pracovní vzdálenost, objekt a obrazové konjugáty, imerzní médium, detaily krytu/okna, rozsah vlnových délek, specifikace snímače, mechanický výkres a očekávané provozní prostředí. Tyto vstupy umožňují společné hodnocení optického výkonu, vyrobitelnosti, citlivosti na zarovnání a nákladů.
Vysoce výkonné ostření je jednodušší a bezpečnější, když je vzorek již vycentrován.
Začněte s objektivem s nejnižším výkonem a zaostřete na preparát.
Vycentrujte přesnou oblast zájmu; viditelné pole se při větším zvětšení zmenšuje.
Otočte k vysoce výkonnému objektivu a sledujte vzdálenost mezi objektivem a vzorkem.
Pro konečné zaostření použijte ovládání jemného zaostření. Vyvarujte se velkých pohybů hrubého zaostření v blízkosti vzorku, pokud to výrobce mikroskopu výslovně nepovoluje.
Upravte kondenzor, aperturní clonu, osvětlení, expozici a metodu kontrastu pro vybraný objektiv.
Pokud používáte imerzní objektiv, aplikujte pouze specifikované médium a dodržujte provozní postup výrobce mikroskopu.
Po snímkování odstraňte imerzní médium schválenou metodou čištění čočky, než zaschne nebo se rozšíří na suchý objektiv.
Pokud nelze zaostřit, vraťte se na nízký výkon a ověřte orientaci preparátu, tloušťku krycího skla, polohu sklíčka, usazení objektivu, nastavení korekčního obojku a zda je vybraný objektiv kompatibilní s mikroskopem.
Toto je často prázdné zvětšení. Mezi možné příčiny patří nedostatečná NA, špatné osvětlení, nesprávné imerzní médium, podvzorkování nebo převzorkování detektoru, optický nesoulad, rozmazání vzorku nebo nadměrný digitální zoom. Rozlišení – nikoli samotné zvětšení – určuje, zda jsou přítomny nové detaily.
Zkontrolujte, zda objektiv poskytuje požadovanou korekci plánu, zda snímač kamery přesahuje korigované obrazové pole a zda je preparát nebo stolek nakloněn. Nesoulad mezi tubusem a čočkou může také snížit výkon mimo osu.
Potvrďte NA, zarovnání osvětlení, kompatibilitu filtru, přenos objektivu, expozici, označení vzorku a imerzní médium. Vyšší NA může zlepšit účinnost sběru , ale pouze v případě, že zbytek optické dráhy a příprava vzorku jsou kompatibilní.
Mezi možné příčiny patří naklonění vzorku, zakřivení pole, kolísání tloušťky krytu, nesoulad indexu lomu, teplotní drift, chyba stolku a omezená hloubka ostrosti. Objektivy s vysokou NA mají menší použitelný rozsah zaostření , díky čemuž jsou tyto chyby viditelnější.
Zastavte a potvrďte pracovní vzdálenost, geometrii krytu/nádoby, tloušťku vzorku a parfokalitu. Pokud aplikace trvale vyžaduje větší vůli, vyhodnoťte návrh na dlouhé pracovní vzdálenosti namísto provozu s rizikem kolize.
U výzkumných, průmyslových a OEM systémů by objektivní přijetí mělo být vázáno na aplikaci. V závislosti na projektu může ověření zahrnovat cíle rozlišení, měření funkce rozprostření bodů, funkci přenosu modulace, zakřivení pole, zkreslení, posun chromatického zaostření, přenos, fluorescenční pozadí, pracovní vzdálenost a opakovatelnost po sestavení.
NA samotnou lze také měřit spíše než odvodit ze zvětšení. V recenzovaném posudku se seskupuje objektivní měření NA pět kategorií: původní metody apertometru, modifikované metody Abbe-apertometru, metody založené na geometrii, zobrazení v ohniskové rovině a zobrazení v zadní ohniskové rovině . Vhodná metoda závisí na cílové architektuře, požadované nejistotě, dostupném přístupu k žákovi a produkčním testovacím prostředí.
Před otíráním odstraňte uvolněné částice čistým vzduchem nebo vhodným měkkým kartáčkem.
Používejte ubrousek na čočky a čisticí kapalinu schválenou výrobcem objektivu nebo mikroskopu.
Nedovolte, aby imerzní olej migroval na suché objektivy nebo do nosiče objektivů.
Nedotýkejte se předního prvku prsty nebo tvrdými nástroji.
Objektivy s ochrannými krytkami skladujte v čistém a suchém prostředí.
Při změně kvality obrazu zkontrolujte zaschlé imerzní médium, zbytky, delaminaci, plíseň nebo mechanické poškození.
Nerozebírejte objektiv mimo proces autorizovaného optického servisu; Vnitřní rozteče a centrování prvků jsou kritické z hlediska výkonu.
Vytváří vysoce zvětšený obraz malé oblasti vzorku a shromažďuje difraktované světlo potřebné k rozlišení jemných detailů. Jeho praktický výkon závisí na NA, vlnové délce, korekci, pracovní vzdálenosti, rozhraní vzorku a vyrovnání systému – nejen na jeho zvětšení.
40× se ve výukových složených mikroskopech běžně nazývá vysoký výkon, zatímco 60× a 100× jsou také široce používány pro náročné pozorování. Termín je kontextový. Vždy uvádějte přesné zvětšení a NA místo spoléhání se pouze na 'vysoký výkon'.
Ne. Objektiv 100× poskytuje větší měřítko obrazu, ale také poskytuje menší pole a může klást přísnější požadavky na zaostření, ponoření, světlost a stabilitu. Vyberte objektiv, který rozliší cíl s vhodným zorným polem, průchodností a pracovní vzdáleností.
Vysoce výkonné objektivy často fungují v blízkosti preparátu a mají malou hloubku ostrosti. Jemné zaostření zajišťuje kontrolovaný axiální pohyb a snižuje riziko přestřelení ohniskové roviny nebo kontaktu se vzorkem. Dodržujte pokyny výrobce mikroskopu, protože mechanismy zaostřování se liší.
Ne. Mnoho biologických objektivů 100× má olejovou imerzi, ale existují také suché, vodní, silikonové a další. Používejte pouze imerzní médium vyryté na objektivu nebo specifikované v jeho datovém listu.
Objektiv mikroskopu s vysokým výkonem by měl být vybrán jako součást kompletního zobrazovacího systému. Zvětšení určuje měřítko obrazu, zatímco NA, vlnová délka, optická korekce, pracovní vzdálenost, imerzní médium, stav krycího skla, požadavky na pole, tubusová čočka a detektor určují, zda systém dokáže spolehlivě zachytit užitečné detaily.
Pro běžné pozorování může stačit standardní objektiv 40×, 60× nebo 100×. U OEM přístrojů nebo aplikací s neobvyklými spektrálními, mechanickými, vzorkovými nebo zobrazovacími požadavky může vlastní objektiv poskytnout lepší přizpůsobení na systémové úrovni.
Chcete-li projednat vysoce výkonný objektiv pro stávající mikroskop nebo novou zobrazovací platformu, kontaktujte nás Pásmová optika a sdílejte své optické, mechanické, spektrální a detektorové požadavky. Můžete si také prohlédnout naše vlastní řešení optických čoček.
K dosažení vysokého zvětšení a rozlišení se používá vysoce výkonný mikroskopický objektiv, který umožňuje vizualizaci drobných struktur, jako jsou bakterie a organely.
Běžná velká zvětšení jsou 40x a 100x. Objektiv 40x je často označen žlutě a objektiv 100x olejové imerze je označen červeně.
Numerická apertura (NA) měří schopnost objektivu shromažďovat světlo. Vyšší NA znamená lepší rozlišení a jas obrazu.
Na krycí sklíčko naneste malou kapku imerzního oleje. Jemně zasuňte 100x objektiv do oleje, abyste zvýšili rozlišovací schopnost a jasnost obrazu.
