В оптической инженерии объектив — это оптический элемент, который собирает свет от наблюдаемого объекта и фокусирует световые лучи от него для получения реального изображения объекта. Объективы могут быть одной линзой или зеркалом , или комбинациями нескольких оптических элементов. Они используются в микроскопах , биноклях , телескопах , камерах , слайд-проекторах , проигрывателях компакт-дисков и многих других оптических приборах. Объективы также называются объективными линзами , предметными стеклами или объективными стеклами .
Объективная линза микроскопа находится внизу около образца. В простейшем случае это очень мощное увеличительное стекло с очень коротким фокусным расстоянием . Оно подносится очень близко к исследуемому образцу, так что свет от образца фокусируется внутри тубуса микроскопа. Сам объектив обычно представляет собой цилиндр, содержащий одну или несколько линз, которые обычно сделаны из стекла; его функция — собирать свет от образца.
Одним из важнейших свойств объективов микроскопа является их увеличение . Обычно увеличение составляет от 4× до 100×. Оно сочетается с увеличением окуляра, чтобы определить общее увеличение микроскопа; объектив 4× с окуляром 10× создает изображение, которое в 40 раз больше размера объекта.
Типичный микроскоп имеет три или четыре объектива с разным увеличением, ввинченных в круглую «носовую часть», которую можно вращать для выбора нужной линзы. Эти линзы часто имеют цветовую кодировку для удобства использования. Наименее мощная линза называется сканирующей линзой объектива и обычно имеет 4-кратное увеличение. Вторая линза называется малой линзой объектива и обычно имеет 10-кратное увеличение. Самая мощная линза из трех называется большой линзой объектива и обычно имеет 40–100-кратное увеличение.
Числовая апертура объективов микроскопов обычно составляет от 0,10 до 1,25, что соответствует фокусным расстояниям примерно от 40 мм до 2 мм соответственно.
Исторически микроскопы почти всегда проектировались с конечной длиной механической трубки, которая представляет собой расстояние, которое свет проходит в микроскопе от объектива до окуляра. Стандарт Королевского микроскопического общества составляет 160 миллиметров, тогда как Leitz часто использовал 170 миллиметров. Объективы с длиной трубки 180 миллиметров также довольно распространены. Использование объектива и микроскопа, которые были разработаны для разных длин трубок, приведет к сферической аберрации .
Вместо конечной длины тубуса современные микроскопы часто проектируются с использованием коррекции на бесконечность — метода в микроскопии , при котором свет, выходящий из объектива, фокусируется на бесконечности . [1] Это обозначается на объективе символом бесконечности (∞).
В частности, в биологических приложениях образцы обычно наблюдаются под покровным стеклом , что вносит искажения в изображение. Объективы, предназначенные для использования с такими покровными стеклами, будут корректировать эти искажения и, как правило, имеют толщину покровного стекла, с которым они предназначены работать, написанную на боковой стороне объектива (обычно 0,17 мм).
Напротив, так называемые «металлургические» объективы предназначены для отраженного света и не используют покровные стекла.
Различие между объективами, предназначенными для использования с покровными стеклами или без них, важно для объективов с высокой числовой апертурой (большим увеличением), но не имеет большого значения для объективов с низким увеличением.
Базовые стеклянные линзы обычно приводят к значительной и неприемлемой хроматической аберрации . Поэтому большинство объективов имеют некоторую коррекцию, позволяющую нескольким цветам фокусироваться в одной точке. Самая простая коррекция — ахроматическая линза , которая использует комбинацию кронгласа и флинтгласа для фокусировки двух цветов. Ахроматические объективы — это типичная стандартная конструкция.
В дополнение к оксидным стеклам, в специальных приложениях часто используются флюоритовые линзы . Эти флюоритовые или полуапохроматические объективы лучше справляются с цветом, чем ахроматические объективы. Чтобы еще больше уменьшить аберрацию, также используются более сложные конструкции, такие как апохроматические и суперахроматические объективы.
Все эти типы объективов будут демонстрировать некоторую сферическую аберрацию . В то время как центр изображения будет в фокусе, края будут слегка размыты. Когда эта аберрация исправлена, объектив называется «плановым» объективом и имеет плоское изображение по всему полю зрения.
Рабочее расстояние (иногда сокращенно WD) — это расстояние между образцом и объективом. С ростом увеличения рабочие расстояния обычно сокращаются. Когда требуется пространство, можно использовать специальные длиннофокусные объективы.
Некоторые микроскопы используют масляно-иммерсионные или водоиммерсионные линзы, которые могут иметь увеличение более 100 и числовую апертуру более 1. Эти объективы специально разработаны для использования с маслом или водой, соответствующими показателю преломления , которые должны заполнять зазор между передним элементом и объектом. Эти линзы обеспечивают более высокое разрешение при большом увеличении. Числовые апертуры до 1,6 могут быть достигнуты с масляной иммерсией. [2]
Традиционная винтовая резьба, используемая для крепления объектива к микроскопу, была стандартизирована Королевским микроскопическим обществом в 1858 году. [3] Она была основана на британском стандарте Уитворта с диаметром 0,8 дюйма и 36 нитями на дюйм. Эта «среднеквадратическая резьба» или «общественная резьба» до сих пор широко используется. В качестве альтернативы некоторые производители объективов используют конструкции, основанные на метрической винтовой резьбе ISO, такой как M26 × 0,75 и M25 × 0,75 .
Объективы камеры (обычно называемые «фотообъективами», а не просто «объективами» [4] ) должны охватывать большую фокальную плоскость, поэтому они состоят из ряда оптических линзовых элементов для исправления оптических аберраций . Проекторы изображений (такие как видео-, кино- и слайд-проекторы) используют объективные линзы, которые просто меняют функцию объектива камеры, с линзами, предназначенными для охвата большой плоскости изображения и проецирования его на расстоянии на другую поверхность. [5]
В телескопе объективом является линза на переднем конце рефракционного телескопа (например, бинокля или телескопического прицела ) или формирующее изображение главное зеркало отражающего или катадиоптрического телескопа . Светосила и угловое разрешение телескопа напрямую связаны с диаметром (или «апертурой») его объектива или зеркала. Чем больше объектив, тем ярче будут казаться объекты и тем больше деталей он может разрешить.