В оптической технике объектив — это оптический элемент, который собирает свет от наблюдаемого объекта и фокусирует лучи света от него для создания реального изображения объекта. Объективы могут представлять собой одну линзу или зеркало или комбинацию нескольких оптических элементов. Они используются в микроскопах , биноклях , телескопах , фотоаппаратах , слайд-проекторах , проигрывателях компакт-дисков и многих других оптических инструментах. Объективы также называют предметными линзами , предметными очками или объективными очками .
Объектив микроскопа находится внизу рядом с образцом. Проще говоря, это очень мощная лупа с очень коротким фокусным расстоянием . Его подносят очень близко к исследуемому образцу, так что свет от образца фокусируется внутри трубки микроскопа. Сам объектив обычно представляет собой цилиндр, содержащий одну или несколько линз, обычно сделанных из стекла; его функция — собирать свет от образца.
Одним из важнейших свойств объективов микроскопа является их увеличение . Увеличение обычно находится в диапазоне от 4× до 100×. В сочетании с увеличением окуляра он определяет общее увеличение микроскопа; объектив с увеличением 4× и окуляром 10× дает изображение, в 40 раз превышающее размер объекта.
Типичный микроскоп имеет три или четыре объектива с разным увеличением, ввинченные в круглую «револьверную головку», которую можно вращать для выбора необходимой линзы. Эти линзы часто имеют цветовую маркировку для облегчения использования. Наименее мощная линза называется сканирующим объективом и обычно представляет собой объектив с увеличением 4×. Вторая линза называется линзой малого объектива и обычно представляет собой линзу с увеличением 10×. Самый мощный объектив из трех называется большим объективом и обычно имеет увеличение 40–100×.
Числовая апертура линз микроскопа обычно находится в диапазоне от 0,10 до 1,25, что соответствует фокусному расстоянию от 40 до 2 мм соответственно.
Исторически сложилось так, что 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 Лейтц часто использовал 170 миллиметров. Объективы с трубкой длиной 180 мм также довольно распространены. Использование объектива и микроскопа, рассчитанных на тубусы разной длины, приведет к сферической аберрации .
Вместо трубок конечной длины современные микроскопы часто предназначены для использования коррекции на бесконечность - метода в микроскопии , при котором свет, выходящий из объектива, фокусируется на бесконечности . [1] Это обозначено на объективе символом бесконечности (∞).
В частности, в биологических приложениях образцы обычно наблюдают под покровным стеклом , что вносит искажения в изображение. Объективы, предназначенные для использования с такими покровными стеклами, корректируют эти искажения, и обычно на боковой стороне объектива указана толщина покровного стекла, для работы с которым они предназначены (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.
Обычные стеклянные линзы обычно приводят к значительным и неприемлемым хроматическим аберрациям . Поэтому большинство объективов имеют некоторую коррекцию, позволяющую сфокусироваться нескольким цветам в одной точке. Самая простая коррекция — это ахроматическая линза , в которой используется комбинация крон-стекла и бесцветного стекла , чтобы сфокусировать два цвета. Ахроматические объективы представляют собой типичную стандартную конструкцию.
Помимо оксидных стекол, в специальных целях часто используются флюоритовые линзы . Эти флюоритовые или полуапохроматические объективы лучше справляются с цветопередачей, чем ахроматические объективы. Чтобы еще больше уменьшить аберрации, также используются более сложные конструкции, такие как объективы апохромата и суперахромата .
Все эти типы объективов будут демонстрировать некоторую сферическую аберрацию . Хотя центр изображения будет в фокусе, края будут слегка размытыми. Когда эта аберрация исправлена, объектив называется «плановым» и имеет плоское изображение по всему полю зрения.
Рабочее расстояние (иногда сокращенно WD) — это расстояние между образцом и объективом. По мере увеличения увеличения рабочие расстояния обычно сокращаются. Когда необходимо пространство, можно использовать специальные объективы с большим рабочим расстоянием.
В некоторых микроскопах используются масляно-иммерсионные или водо-иммерсионные линзы, которые могут иметь увеличение более 100 и числовую апертуру более 1. Эти объективы специально разработаны для использования с показателем преломления, соответствующим маслу или воде, которые должны заполнить зазор между линзами. передний элемент и объект. Эти линзы дают большее разрешение при большом увеличении. Числовая апертура до 1,6 может быть достигнута при масляной иммерсии. [2]
Традиционная резьба , используемая для крепления объектива к микроскопу, была стандартизирована Королевским микроскопическим обществом в 1858 году . [3] Она была основана на британском стандарте Уитворта и имела диаметр 0,8 дюйма и 36 ниток на дюйм. Эта «тема RMS» или «общественная тема» широко используется и сегодня. В качестве альтернативы некоторые производители объективов используют конструкции, основанные на метрической резьбе ISO, например M26 × 0,75 и M25 × 0,75 .
Объективы фотоаппаратов (обычно называемые «фотообъективами», а не просто «объективами» [4] ) должны покрывать большую фокальную плоскость, поэтому состоят из ряда оптических линз для коррекции оптических аберраций . В проекторах изображений (таких как видео-, кино- и слайд-проекторы) используются объективы, которые просто выполняют обратную функцию объектива камеры: линзы предназначены для покрытия большой плоскости изображения и проецирования ее на расстоянии на другую поверхность. [5]
В телескопе объективом является линза на передней части телескопа- рефрактора (например, бинокля или оптического прицела ) или главное зеркало отражающего или катадиоптрического телескопа, формирующее изображение . Светосила телескопа и угловое разрешение напрямую связаны с диаметром (или «апертурой») его объектива или зеркала. Чем больше объектив, тем ярче будут выглядеть объекты и тем больше деталей он сможет разрешить.