Оптика

Окуляри, які застосовують у мікроскопах можна розділити на дві основні групи: візуальні (призначені для спостереження зображення оком) та окуляри для мікрофотографії та мікропроекційних пристроїв.

Найбільш розповсюдженими є окуляри Гюйгенса, Рамсдена, Кельнера та фотографічні.

У мікроскопах з об’єктивами-апохроматами та планоб’єктивами використовуються компенсаційні окуляри. Гомали – розсіюючи оптичні системи – використовують в мікроскопах замість окулярів з метою компенсації кривизни зображення та хроматизма збільшення, що є характерним для апохроматичних об’єктивів. Вихідна зіниця гомалів розташована всередині, тому вони застосовуються в основному для фотографування.

Окуляр мікроскопа повинен не лише збільшувати проміжне зображення, утворене мікрооб’єктивом, а й утворювати вихідну зіницю мікроскопа на такій відстані, щоб це було зручно для роботи.

Оскільки вихідна зіниця мікрооб’єктива мала, то окуляр працює в вузьких пучках, тому його сферична аберація і хроматична аберація положення порівняно з іншими абераціями досить малі та не впливають на якість зображення всього мікроскопа.

В окулярі повинні бути виправлені астигматизм, кома, хроматична різниця збільшень та дисторсія.

Нижче наведені оптичні схеми та конструктивні параметри деяких типів окулярів, які використовуються у мікроскопах.

1. Симетричний окуляр Плосселя

• фокусна відстань 25 мм
• кутове поле зору 40⁰
• світловий діаметр 22 мм
• передній фокальний відрізок -18,9 мм
• задній фокальний відрізок 18,9 мм
• збільшення 10^Х

2. Симетричний окуляр з покращеною корекцією аберацій

• фокусна відстань 25 мм
• кутове поле зору 40⁰
• світловий діаметр 22 мм
• передній фокальний відрізок -19,0 мм
• задній фокальний відрізок 19,0 мм
• збільшення 10^Х

3. Квазісиметричний окуляр з покращеною корекцією аберацій

• фокусна відстань 25мм
• кутове поле зору 40⁰
• світловий діаметр 24 мм
• передній фокальний відрізок -19,1мм
• задній фокальний відрізок 19,1мм
• збільшення 10^Х

Симетричний окуляр (2) має суттєво кращу корекцію хроматизма збільшення, ніж окуляр Плосселя (1).

Квизісиметрічний окуляр (3) має краще виправлення дисторсії ніж симетричний окуляр (2), але гірше виправлення коми.

Оптична схема симетричного окуляра (2) у вигляді двох плоско-опуклих лінз зі скла з високим показником заломлення забезпечує оптимальне корегування монохроматичних аберацій.

З метою виправлення хроматичних аберацій введено «хроматичний радіус» склейки в обох компонентах.

Найбільш прийнятними парами скла є СТК9 (n=1,7424,  =50,2) та ТФ4 (n=1,7398,   =28,2), а також ТК16 (n=1,6126,   =58,3) та Ф1 (n=1,6128,   =36,9).

4. Ортоскопічний окуляр

• фокусна відстань 8,9мм
• кутове поле зору 40⁰
• світловий діаметр 7мм
• збільшення 28^Х

5. Окуляр Гюйгенса

• фокусна відстань 25мм
• збільшення 10^Х

Використовується для візуальних спостережень зі слабкими або середніми мікрооб’єктивами-ахроматами.

У окуляра Гюйгенса спостерігається неузгодженість корекції хроматичної різниці збільшення з мікрооб’єктивами середніх та великих збільшень. Окуляри Гюйгенса мають недовиправлений хроматизм збільшення близько -0,5%, тоді як у ахроматичних мікрооб’єктивів хроматична різниця збільшень є перевиправленою і становить близько 0,5÷1,0%. Така неузгодженість у корегуванні хроматичної аберації призводить до помітного забарвлення зображення.

      6. Окуляр Кельнера

• фокусна відстань 25 мм
• збільшення 10^Х

В окулярі Кельнера недостатньо виправлений хроматизм збільшення, який може досягати 5-10' для поля зору 40-50⁰, а також кома.

Окуляри зі збільшенням від 3^Х до 10^Х, як правило, являють собою дещо ускладнений окуляр Гюйгенса (між лінзою, оберненою до ока, та колективною лінзою введений компонент, який є склейкою з двох лінз, виготовлених із скла з близькими значеннями показника заломлення для середньої довжини хвилі, однак із дуже різними коефіцієнтами дисперсії; такий підхід дозволяє не порушуючи корегування монохроматичних аберацій, досягти необхідних показників хроматизму збільшення).

Окуляри зі збільшенням від 10^Х до 20^Х мають конструкцію, аналогічну до ортоскопічного окуляра.

Відповідно до вимог ОСТ 3-1824-73 (Микроскопы световые) номінальні значення видимих збільшень окулярів такі: 3,2^Х, 4^Х, 5^Х, 6,3^Х, 10^Х, 12,5^Х, 16^Х, 20^Х, 25^Х, 32^Х (виділені значення є найбільш прийнятними).

Рекомендована література:

1. Андреев Л.Н. Симметричные окуляры с улучшенной коррекцией аберраций // ОМП № 5, 1968. – С. 20-23.
2. Методические указания по габаритному расчету и выбору компонентов оптической системы микроскопа. – Л.: ИТМО, 1990.
3. Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1975. – 640 с.
4. Микроскопы. Скворцов Г.Е., Панов В.А., Поляков Н.И., Федин Л.А. – М.: Машиностроение, 1969. – 512 с.
5. Теория оптических систем // Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. и др. - М.: Машиностроение, 1981.
6. Пантелеев В.Г., Егорова О.В., Клочкова Е.И. Компьютерная микроскопия. – М.: Техносфера, 2005. – 304 с.
7. Кучеренко О.К. Розрахунок і конструювання оптичних приладів // Методичні вказівки до курсового проекту. - К.: НТУУ "КПІ", 2010. - 65 с.