Tiêu cự

Các thấu kính của kính hiển vi được xác định bởi độ dài tiêu cự, NA, và lĩnh vực xem. Các mục tiêu đã được hiệu chỉnh quang sai được xác định thêm bởi các yêu cầu về bước sóng và chiều dài ống của kính hiển vi.

Các nhà sản xuất cung cấp vật kính với độ phóng đại tiêu chuẩn thường từ 2 đến 100 ×. Tiêu cự của vật kính tỷ lệ nghịch với độ phóng đại và, trong phần lớn các kính hiển vi hiện đại, bằng chiều dài ống (thường là 160 mm [6,3 inch]) chia cho độ phóng đại. Trường nhìn của thị kính thường được đặt ở kích thước tiêu chuẩn có đường kính khoảng 20 mm (0,8 inch). Trường quan sát của vật kính sau đó được đặt trong khoảng từ 10 mm (0,4 inch) đối với vật kính có công suất phóng đại từ 2 × đến 0,2 mm (0,008 inch) đối với vật kính có độ phóng đại 100 ×. Kết quả là, trường nhìn góc là khoảng 7 ° đối với tất cả các vật kính.

Hiệu chỉnh quang sai

NA và độ phức tạp của vật kính tăng lên khi độ phóng đại tăng lên. Các vật kính công suất thấp, có thứ tự 2–5 ×, thường là thấu kính hai phần tử. Kính vương miện thông thường và kính đá lửa ( kính quang học có RI tương đối thấp và cao tương ứng) có thể được sử dụng để hiệu chỉnh quang sai cầu và quang sai màu .

Đối với vật kính có công suất phóng đại 10 ×, NA yêu cầu tăng lên 0,25 và cần có loại thấu kính phức tạp hơn. Hầu hết các vật kính của kính hiển vi có độ phóng đại này sử dụng một cặp kính kép riêng biệt chia sẻ công suất khúc xạ. Hiệu chỉnh quang sai hình cầucó thể đạt được một cách dễ dàng, nhưng quang sai còn sót lại thu được khi sử dụng kính quang học bình thường cho các thành phần thấu kính. Đối với hầu hết các ứng dụng quang học, điều này không quan trọng, nhưng đối với các vật kính có độ phóng đại cao quan trọng (độ phóng đại lớn hơn 25 ×), quang sai này có thể nhìn thấy dưới dạng mờ màu. Việc hiệu chỉnh quang sai dư này đạt được thông qua việc sử dụng kính quang học đặc biệt có đặc tính tán sắc khác với kính thông thường. Chỉ có một số loại kính hoặc vật liệu tinh thể như vậy là hữu ích cho mục đích này. Các mục tiêu sử dụng những chiếc kính đặc biệt này được gọi là apochromats và lần đầu tiên được sản xuất thương mại bởi Abbe vào những năm 1870.

Các vật kính thông thường không tạo ra bề mặt hình ảnh phẳng. Độ cong trường nhìn chung có ít tầm quan trọng trong việc sử dụng hình ảnh của kính hiển vi vì mắt có khả năng thích ứng hợp lý khi kiểm tra hình ảnh. Tuy nhiên, độ cong trường là một vấn đề đối với các hệ thống hình ảnh. Các vật kính đặc biệt với thấu kính trường phẳng đã được thiết kế cho các hệ thống này.

Mục tiêu công suất cao

Các mục tiêu công suất cao đặt ra một số vấn đề thiết kế. Vì độ dài tiêu cự của vật kính giảm khi NA và công suất phóng đại tăng, khoảng cách làm việc hoặc khoảng cách từ mặt trước của vật kính đến đầu trang chiếu sẽ ngắn hơn đối với vật kính có công suất lớn hơn. Nhu cầu sử dụng các yếu tố bổ sung trong hệ thống thấu kính để có độ phóng đại cao càng làm rút ngắn khoảng cách làm việc xuống chỉ còn 10 đến 20 phần trăm độ dài tiêu cự. Do đó, vật kính 40 × tiêu cự 4 mm (0,2 inch) có thể có khoảng cách làm việc nhỏ hơn 0,4 mm (0,02 inch), vì vậy các vật kính có khoảng cách làm việc tăng lên đã được thiết kế. Chúng sử dụng phần tử thấu kính âm giữa vật thể và thị kính, có thêm sức hút để cung cấp một số trường làm phẳng. Các mục tiêu này đặc biệt có giá trị khi sử dụng với các hệ thống video.

Ở vật kính có công suất phóng đại từ 25 × trở lên, các phần tử aplanatic hình khum được thiết kế vào vật kính hiển vi trong không gian giữa vật thể và các cặp kính kép thực hiện hình ảnh được chuyển tiếp. Các thành phần aplanatic này có đặc tính hội tụ ánh sáng mà không tạo thêm quang sai cầu vào hình ảnh và làm tăng NA mà không gây ra quang sai đáng kể.

Vật kính kính hiển vi công suất cao nhất hiện có là mục tiêu ngâm . Khi sử dụng loại vật kính này, phải nhỏ một giọt dầu vào giữa vật kính trên kính hiển vi và vật kính. Dầu được sử dụng có RI khớp với RI của thủy tinh trong thành phần đầu tiên của vật kính.

Thành phần đầu tiên của các mục tiêu ngâm thường làsiêu bán cầu (một bề mặt quang học nhỏ có hình dạng giống như bán cầu nhưng có đường cong ranh giới vượt quá 180 °), hoạt động như một bộ ghép aplanatic giữa phiến kính và phần còn lại của vật kính hiển vi. Một vật kính ngâm có NA cao thường bao gồm một siêu bán cầu, tiếp theo là một hoặc hai bộ thu không áp và sau đó là hai hoặc nhiều bộ kép. Các vật kính như vậy được chế tạo với công suất phóng đại lớn hơn 50 ×, cực đại là khoảng 100 ×.

Ống kính ngâm nước cũng có sẵn. Chúng sử dụng nước như một chất lỏng ngâm và cho phép các nhà sinh vật học kiểm tra các mẫu vật trong môi trường nước mà không có gánh nặng của một tấm che che chắn các sinh vật sống.

Độ sâu của tiêu điểm

NA lớn của vật kính hiển vi hạn chế yêu cầu lấy nét của vật kính. Độ sâu của tiêu điểm được thể hiện trongbảng là độ chính xác mà mặt phẳng tiêu điểm phải được đặt theo hướng dọc theo trục của quang học kính hiển vi để có thể thu được độ phân giải cao nhất có thể.