Vật kính của kính hiển vi – Kính hiển vi trong giáo dục với hình ảnh kỹ thuật số

Giới thiệu

Bộ phận thiết lập chất lượng hình ảnh quan trọng nhất trong kính hiển vi huỳnh quang là vật kính, một tổ hợp nhiều thấu kính phức tạp tập trung các sóng ánh sáng phát ra từ mẫu vật và tạo thành một hình ảnh trung gian mà sau đó được phóng đại bằng thị kính. Độ phóng đại của một mẫu vật cụ thể và độ phân giải cao hay thấp cũng phụ thuộc rất nhiều vào vật kính của kính hiển vi. Vật kính là bộ phận khó thiết kế và lắp ráp nhất của kính hiển vi huỳnh quang và là phần đầu tiên mà ánh sáng gặp phải khi truyền từ mẫu vật sang mặt phẳng của hình ảnh.

 

Các nhà sản xuất kính hiển vi lớn cung cấp nhiều loại thiết kế vật kính có các đặc tính quang học tuyệt vời trong nhiều điều kiện chiếu sáng và cung cấp nhiều mức hiệu chỉnh khác nhau cho quang sai chính. Vật kính được minh họa trong Hình 1 (20x multi-immersion media plan-apochromat), chứa 9 thành phần quang học được gắn với nhau thành 2 nhóm thấu kính kép, 1 nhóm bộ ba thấu kính và 2 thấu kính đơn. Vật kính cũng có một thấu kính phía trước hình bán cầu và một thấu kính mặt khum thứ hai, hoạt động đồng bộ để hỗ trợ thu các tia sáng ở khẩu độ số cao với quang sai mặt cầu ở mức tối thiểu. Nhiều vật kính có độ phóng đại cao được trang bị một cụm nosecone có thể thu vào bằng lò xo để bảo vệ các thành phần thấu kính phía trước và mẫu vật khỏi bị hư hại do va chạm. Các thành phần thấu kính bên trong được định hướng và đóng gói một cách kỹ càng. Các thông số vật kính cụ thể như khẩu độ số, độ phóng đại, chiều dài ống quang học, mức độ hiệu chỉnh quang sai và các đặc điểm quan trọng khác được in hoặc khắc trên phần bên ngoài của ống kính. Vật kính trong Hình 1 được thiết kế để hoạt động bằng cách sử dụng nước, glycerin hoặc dầu gốc hydrocacbon chuyên dụng làm phương tiện tạo ảnh.

Trong 100 năm qua, kỹ thuật xây dựng và vật liệu được sử dụng ssssđể sản xuất các vật kính đã được cải thiện rất nhiều. Được tạo thành từ nhiều thành phần thấu kính thủy tinh bên trong, các vật kính hiện đại đã đạt đến trạng thái chất lượng và hiệu suất cao khi xem xét mức độ hiệu chỉnh quang sai và độ phẳng của trường. Các vật kính hiện được thiết kế với sự hỗ trợ của Computer-Aided-Design ( CAD) sử dụng các công thức thủy tinh nguyên tố hiếm có thành phần và chất lượng đồng nhất được đặc trưng bởi các chỉ số khúc xạ đặc trưng cao. Những kỹ thuật tiên tiến này đã cho phép các nhà sản xuất tạo ra các vật kính có độ phân tán rất thấp và được hiệu chỉnh đối với hầu hết các tạo tác quang học phổ biến như hôn mê, loạn thị, biến dạng hình học, độ cong trường ảnh, cầu sai và sắc sai. Giờ đây, không chỉ các vật kính của kính hiển vi được hiệu chỉnh để có nhiều quang sai hơn trên các trường rộng hơn, mà hiện tượng lóa hình ảnh đã giảm đáng kể nhờ các công nghệ phủ hiện đại, với sự gia tăng đáng kể về khả năng truyền ánh sáng, mang lại hình ảnh sáng, sắc nét và sinh động đáng kể.

Độ phân giải được xác định bởi vật kính 

Có ba đặc điểm thiết kế quan trọng của vật kính xác định giới hạn độ phân giải cuối cùng của kính hiển vi: Bước sóng ánh sáng được sử dụng để chiếu sáng mẫu vật, độ mở góc của hình nón ánh sáng mà vật kính thu được và chỉ số khúc xạ trong không gian vật thể giữa vật kính phía trước và mẫu vật. Độ phân giải đối với kính hiển vi huỳnh quang hạn chế nhiễu xạ có thể được mô tả là khoảng cách nhìn thấy tối thiểu giữa hai điểm mẫu cách đều nhau:

Độ phân giải = λ/2n(sin(θ)) (1)

trong đó Độ phân giải là khoảng cách phân tách tối thiểu giữa hai đối tượng điểm được phân giải rõ ràng, λ là bước sóng chiếu sáng, n là chiết suất môi trường hình ảnh và θ bằng một nửa khẩu độ góc của vật kính. Có thể thấy, độ phân giải tỷ lệ thuận với bước sóng chiếu sáng. Mắt người phản ứng với vùng bước sóng từ 400 đến 700 nanomet, đại diện cho quang phổ ánh sáng nhìn thấy được sử dụng cho phần lớn các quan sát bằng kính hiển vi. Độ phân giải cũng phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ của môi trường tạo ảnh và khẩu độ góc của vật kính. Vật kính dùng để chụp ảnh mẫu vật qua không khí hoặc môi trường có chỉ số khúc xạ cao hơn giữa thấu kính phía trước và mẫu vật. Trường nhìn thường bị hạn chế rất nhiều và thành phần thấu kính phía trước của vật kính được đặt gần mẫu vật mà nó phải tiếp xúc quang học. Độ phân giải đạt được theo hệ số khoảng 1,5 khi dầu ngâm được thay thế cho không khí làm môi trường hình ảnh.

Cuối cùng, yếu tố cuối cùng nhưng có lẽ là quan trọng nhất trong việc xác định độ phân giải của vật kính là khẩu độ góc, có giới hạn trên thực tế là khoảng 72 độ (với giá trị sin là 0,95). Khi kết hợp với chỉ số khúc xạ, sản phẩm:

n(sin(θ)) (2)

được gọi là khẩu độ số ( NA) và cung cấp một chỉ báo quan trọng về độ phân giải cho bất kỳ vật kính cụ thể nào. Ngoài độ phóng đại, khẩu độ số nói chung là tiêu chí thiết kế quan trọng nhất khi cân nhắc chọn vật kính. Các giá trị nằm trong khoảng từ 0,025 đối với các vật kính có độ phóng đại rất thấp (1x đến 4x) đến 1,6 đối với các vật kính hiệu suất cao sử dụng dầu ngâm chuyên dụng. Khi các giá trị khẩu độ số tăng lên đối với một loạt vật kính có cùng độ phóng đại, khả năng thu ánh sáng lớn hơn và độ phân giải tăng lên. Điều tốt nhất là các chi tiết phải được phóng to đủ để xem một cách thoải mái mà không bị mất độ phóng đại cản trở việc quan sát các chi tiết nhỏ của mẫu vật. Người sử dụng kính hiển vi nên cẩn thận chọn khẩu độ số của vật kính để phù hợp với độ phóng đại được tạo ra trong hình ảnh cuối cùng. Độ phóng đại cao hơn giá trị này sẽ không mang lại thêm thông tin hữu ích nào (hoặc độ phân giải chi tiết hình ảnh tốt hơn) và sẽ dẫn đến chất lượng hình ảnh xuống cấp. Vượt quá giới hạn độ phóng đại hữu ích khiến hình ảnh bị mất độ phóng đại, trong đó việc tăng độ phóng đại sẽ chỉ làm cho hình ảnh trở nên phóng đại hơn mà không tăng độ phân giải tương ứng.

Giống như độ sáng của ánh sáng trong kính hiển vi được định hướng bởi bình phương của khẩu độ số làm việc của tụ quang, độ sáng của hình ảnh do vật kính tạo ra được xác định bởi bình phương khẩu độ số của nó. Ngoài ra, độ phóng đại của vật kính cũng đóng một vai trò trong việc xác định độ sáng của hình ảnh, tỷ lệ nghịch với bình phương của độ phóng đại bên. Bình phương của tỷ lệ khẩu độ/độ phóng đại bằng số thể hiện khả năng thu ánh sáng của vật kính khi được sử dụng với ánh sáng truyền qua. Các vật kính có khẩu độ số cao thu nhiều ánh sáng hơn và tạo ra hình ảnh sáng hơn, được hiệu chỉnh nhiều hơn, có độ phân giải cao vì chúng cũng thường được hiệu chỉnh quang sai tốt hơn.

Khi vật kính được lắp ráp, quang sai hình cầu được điều chỉnh bằng cách chọn vật chèn tốt nhất để khớp giữa thấu kính bán cầu và mặt khum (giá treo thấu kính thấp hơn). Vật kính được tiêu điểm bằng cách dịch chuyển toàn bộ cụm thấu kính lên hoặc xuống trong ống bọc bằng các đai ốc khóa để không bị mất tiêu điểm trong khi các vật kính nằm trên nhiều ống kính được hoán đổi cho nhau. Việc điều chỉnh coma được thực hiện bằng ba vít định tâm giúp tối ưu hóa vị trí của các nhóm thấu kính bên trong so với trục quang học của vật kính.

Các yếu tố điều chỉnh khách quan

Các vật kính phổ biến nhất được sử dụng trên kính hiển vi trong phòng thí nghiệm là các vật kính tiêu sắc. Những vật kính như vậy được hiệu chỉnh quang sai màu dọc trục ở bước sóng xanh lam và đỏ, tương ứng là khoảng 486 và 656 nanomet. Cả hai đều được đưa vào một tiêu điểm chung duy nhất. Các vật kính tiêu sắc cũng được hiệu chỉnh quang sai hình cầu có màu lục (546 nanomet; xem Bảng 1). Khả năng hiệu chỉnh hạn chế của các vật kính achromat (tiêu sắc) có thể dẫn đến hình ảnh có quầng màu đỏ tươi nếu tiêu cự được chọn trong vùng màu lục của quang phổ. Việc thiếu hiệu chỉnh độ phẳng của trường (hoặc độ cong của trường) ảnh gây ra một vấn đề khác. Plan achromats cung cấp hiệu chỉnh trường phẳng cho các vật kính achromat (Hình 2).

Các vật kính huỳnh quang được chế tạo từ các công thức thủy tinh tiên tiến có chứa các vật liệu như fluorite hoặc các chất thay thế tổng hợp mới hơn cho phép hiệu chỉnh quang sai quang học được cải thiện đáng kể. Tương tự như achromat, vật kính fluorite cũng được hiệu chỉnh sắc độ đối với ánh sáng đỏ và xanh lam, tuy nhiên, fluorite cũng được hiệu chỉnh hình cầu thành hai hoặc ba màu thay vì một màu, giống như achromat . So với achromat, vật kính fluorite được chế tạo với khẩu độ số cao hơn, dẫn đến hình ảnh sáng hơn. Vật kính fluorite cũng có khả năng phân giải tốt hơn vật kính tiêu sắc và cung cấp độ tương phản cao hơn, làm cho chúng phù hợp hơn cho kỹ thuật chụp ảnh hiển vi màu trong ánh sáng trắng.

Loại vật kính thứ ba, vật kính achromat, có mức hiệu chỉnh cao nhất (Hình 2). Các vật kính apochromat công suất thấp hơn (5x, 10x và 20x) có khoảng cách làm việc dài hơn các vật kính apochromat công suất cao hơn (40x và 100x). Apochromats hầu như loại bỏ quang sai màu, thường được hiệu chỉnh sắc độ cho ba màu (đỏ, lục và lam) và được hiệu chỉnh hình cầu cho hai hoặc ba bước sóng (xem Bảng 1). Vật kính achromat là sự lựa chọn tốt nhất cho chụp ảnh hiển vi màu trong ánh sáng trắng. Do mức độ hiệu chỉnh cao của chúng, các vật kính apochromat thường có khẩu độ số cao hơn đối với một độ phóng đại nhất định so với vật kính achromat hoặc fluorite. Nhiều vật kính fluorite và apochromat hiệu suất cao mới hơn được hiệu chỉnh thành bốn (xanh đậm, xanh dương, xanh lục và đỏ) hoặc nhiều màu hơn theo sắc độ và bốn màu theo hình cầu.

Mô tả vật kính	Quang sai mặt cầu	Quang sai màu	Độ cong trường ảnh
Achromat	1 màu	2 màu	Không
Plan Achromat	1 màu	2 màu	Có
Fluorite	2-3 màu	2-3 màu	Không
Plan Fluorite	3-4 màu	2-4 màu	Có
Plan Apochromat	3-4 màu	4-5 màu	Có

Bảng 1: Hiệu chỉnh quang sai vật kính của kính hiển vi

Cả ba loại vật kính đều bị cong trường ảnh rõ rệt, do đó chúng chiếu hình ảnh cong hơn là hình ảnh phẳng, điều này làm độ phóng đại tăng cao hơn. Để khắc phục tình trạng này, các nhà sản xuất đã tạo ra các vật kính hiệu chỉnh trường phẳng, mang lại hình ảnh có tiêu điểm chung trong toàn trường xem. Các vật kính có khả năng hiệu chỉnh trường phẳng và độ méo thấp được gọi là plan achromats, plan fluorite hoặc plan apochromats, tùy thuộc vào mức độ quang sai dư của chúng. Sự hiệu chỉnh này, mặc dù tốn kém, nhưng cực kỳ có giá trị trong hình ảnh kỹ thuật số và kỹ thuật chụp ảnh hiển vi thông thường.

Trong nhiều năm, độ cong trường không được điều chỉnh là quang sai nghiêm trọng nhất xảy ra ở vật kính fluorite (semi-apochromat) và apochromat. Sự ra đời của hiệu chỉnh trường phẳng (plan) cho các vật kính đã hoàn thiện việc sử dụng chúng cho kính hiển vi huỳnh quang và video, và ngày nay những hiệu chỉnh này là tiêu chuẩn trong cả vật kính sử dụng chung và vật kính hiệu suất cao. Hình 3 minh họa cách hiệu chỉnh độ cong trường ảnh (đối với achromat đơn giản) thêm một số lượng đáng kể các thành phần thấu kính vào vật kính. Sự gia tăng đáng kể các thành phần thấu kính để hiệu chỉnh mặt phẳng cũng xảy ra với các vật kính fluorite và apochromat, thường dẫn đến việc các thành phần thấu kính vừa vặn (xem Hình 1) trong ống bọc vật kính bên trong.

Các vật kính cũ hơn thường có khẩu độ số thấp hơn và có độ phóng đại chênh lệch màu, quang sai cần hiệu chỉnh bằng cách sử dụng kính hoặc thị kính bù được thiết kế đặc biệt. Loại hiệu chỉnh này phổ biến trong thời kỳ phổ biến của kính hiển vi có chiều dài ống cố định, nhưng không cần thiết với vật kính và kính hiển vi hiệu chỉnh vô cực hiện đại. Gần đây, việc hiệu chỉnh chênh lệch màu của độ phóng đại được tích hợp vào chính các vật kính của kính hiển vi hiện đại (Olympus và Nikon) hoặc hiệu chỉnh trong ống kính ống (Leica và Zeiss). Hình ảnh trung gian trong hệ thống được hiệu chỉnh ở vô cực xuất hiện phía sau thấu kính ống trong đường dẫn quang học ở độ dài tiêu cự tham chiếu. Độ dài tiêu cự của ống kính thay đổi trong khoảng từ 160 đến 250 mm, tùy thuộc vào tiêu chuẩn của các nhá sản xuất. Bằng cách chia độ dài tiêu cự tham chiếu cho độ dài tiêu cự của vật kính, có thể tính được độ phóng đại của vật kính đã hiệu chỉnh ở vô cực.

Thông số kỹ thuật của lam kính

Trong nhiều ứng dụng sinh học và thạch học, khi gắn mẫu vật, một lam kính thủy tinh được sử dụng để bảo vệ tính toàn vẹn của mẫu vật và giúp quan sát rõ ràng. Lam kính có tác dụng hội tụ các hình nón ánh sáng bắt nguồn từ mỗi điểm trong mẫu vật. Nhưng nó cũng gây ra quang sai màu và cầu phải được hiệu chỉnh bằng vật kính. Chỉ số khúc xạ, độ tán sắc và độ dày của lam kính xác định mức độ hội tụ của các tia sáng. Một mối quan tâm nữa là dung môi nước hoặc môi trường nằm giữa mẫu vật và lam kính trong các chế phẩm bị dính ướt hoặc dày, làm tăng thêm sự thay đổi về chỉ số khúc xạ và độ dày của lam kính

Phương tiện hình ảnh giữa thấu kính phía trước vật kính và lam kính che mẫu vật là một yếu tố quan trọng khác liên quan đến hiệu chỉnh quang sai hình cầu và coma trong thiết kế các thành phần thấu kính cho vật kính. Các vật kính công suất thấp hơn được thiết kế để chỉ sử dụng không khí làm phương tiện tạo ảnh giữa thấu kính phía trước vật kính và lam kính. Khẩu độ số lý thuyết tối đa có thể đạt được với không khí là 1,0, tuy nhiên trong thực tế hầu như không thể tạo ra một vật kính khô với khẩu độ số trên 0,95. Ảnh hưởng của sự thay đổi độ dày lam kính là không đáng kể đối với các mục tiêu khô có khẩu độ số nhỏ hơn 0,4, nhưng độ lệch như vậy trở nên đáng kể ở khẩu độ số vượt quá 0,65, trong đó các dao động nhỏ tới 0,01 milimét có thể gây ra quang sai mặt cầu.

Có thể hiệu chỉnh các thay đổi về độ dày lam kính. Một số vật kính khô apochromat hiệu suất cao được lắp vòng đệm hiệu chỉnh cho phép điều chỉnh bằng vòng đệm xoay, làm cho hai trong số các nhóm thấu kính trong vật kính di chuyển gần nhau hơn hoặc xa hơn (xem Hình 4). Các vật kính tương phản pha chuyên dụng khác nhau được thiết kế để quan sát nuôi cấy mô bằng kính hiển vi đảo ngược có phạm vi bù thậm chí còn rộng hơn trong khoảng từ 0 đến 2 milimét. Bằng cách này, các mẫu vật có thể được nhìn xuyên qua đáy của hầu hết các bình nuôi cấy, ở phạm vi kích thước này, thường có độ dày dao động đáng kể.

1½ lam kính là tiêu chuẩn, với độ dày 0,17 mm và hông phải tất cả 1½ lam kính đều được sản xuất theo tiêu chuẩn này (chúng nằm trong khoảng từ 0,16 đến 0,19 mm) và nhiều mẫu vật có lớp chèn giữa chúng và lam kính. Bằng cách điều chỉnh chiều dài ống cơ học của kính hiển vi, hoặc bằng cách sử dụng các vòng điều chỉnh chuyên dụng, có thể cung cấp bù cho độ dày của lam kính. Khẩu độ số của vật kính có thể được tăng lên đáng kể nếu vật kính được sử dụng với môi trường ngâm như dầu, glycerin hoặc nước. Các loại dầu ngâm điển hình có chỉ số khúc xạ là 1,51 và cấu hình phân tán tương tự như cấu hình của các lam kính. Một môi trường nhúng có chiết suất tương tự như chiết suất của lam kính thủy tinh trên thực tế sẽ loại bỏ sự suy giảm chất lượng hình ảnh do sự thay đổi độ dày của lam kính, theo đó các tia có độ xiên rộng không còn bị khúc xạ và dễ dàng bị vật kính tìm thấy. Các tia sáng đi qua mẫu vật gặp một môi trường đồng nhất giữa lam kính và dầu ngâm và không bị khúc xạ khi chúng đi vào thấu kính mà chỉ khi chúng rời khỏi bề mặt trên của nó. Do đó, nếu mẫu vật được đặt tại điểm aplanatic của vật kính thứ nhất, thì việc chụp ảnh phần này của hệ thống thấu kính hoàn toàn không có quang sai hình cầu.

Thiết kế phổ biến của vật kính ngâm dầu thực tế bao gồm một thấu kính phía trước hình bán cầu, tiếp theo là thấu kính mặt khum dương và nhóm thấu kính kép. Khúc xạ Aplanatic xảy ra ở hai thành phần thấu kính đầu tiên trong vật kính ngâm dầu apochromatic điển hình. Các thấu kính vật kính ngâm trong dầu cũng có thể sửa các lỗi màu do hai thành phần thấu kính đầu tiên tạo ra, đồng thời tạo ra một lượng quang sai hình cầu ở mức tối thiểu. Sử dụng vật kính ngâm dầu không có dầu giữa nắp trượt và thành phần thấu kính đầu tiên sẽ dẫn đến hình ảnh bị lỗi do khúc xạ mà các thành phần thấu kính tiếp theo trong vật kính không thể sửa được.

Các nhà sản xuất cung cấp kính hiển vi có dung sai hạn chế đối với chỉ số khúc xạ và độ phân tán. Điều này có nghĩa là chúng yêu cầu các giá trị phù hợp trong chất lỏng được đặt giữa lam kính và thấu kính phía trước vật kính. Chỉ nên sử dụng loại dầu do nhà sản xuất chỉ định và không trộn lẫn dầu ngâm giữa các nhà sản xuất. Ngoài ra, các vật kính sử dụng nước và/hoặc glycerin làm phương tiện tạo ảnh cũng có sẵn cho các ứng dụng có tế bào sống trong môi trường nuôi cấy hoặc các phần mô được ngâm trong dung dịch nước muối sinh lý.

Thông số kỹ thuật vật kính

Khi nhìn vào vật kính, bạn sẽ phát hiện ra rằng có rất nhiều chi tiết được khắc trên đó. Mỗi vật kính được ghi với độ phóng đại; chiều dài ống mà vật kính được thiết kế để cho hình ảnh đẹp nhất; và độ dày của lam kính bảo vệ mẫu vật, mà nhà thiết kế giả định là có giá trị không đổi, điều chỉnh quang sai hình cầu. Vật kính sẽ được khắc DẦU hoặc OEL hoặc HI nếu vật kính được thiết kế để hoạt động với dầu ngâm. Nếu không, vật kính có nghĩa là được sử dụng khô. Các vật kính cũng luôn được khắc giá trị khẩu độ số của chúng. Nếu vật kính không chỉ ra hiệu chỉnh cao hơn, thì rất có thể đó là vật kính achromatic (các vật kính hiệu chỉnh cao hơn có các dòng chữ như apochromat hoặc apo, plan, FL, fluor, v.v.).

Trong vài năm, hầu hết các nhà sản xuất đều tuân theo tiêu chuẩn quốc tế về khoảng cách tiêu cự khi thiết kế vật kính cho các ứng dụng sinh học. Do đó, phần lớn các vật kính có khoảng cách tiêu điểm là 45,0 mm và được coi là có thể hoán đổi cho nhau. Khi việc sản xuất chiều dài ống hiệu chỉnh vô cực trở nên phổ biến, một bộ tiêu chí thiết kế mới đã được tạo ra để hiệu chỉnh quang sai trong vật kính và ống kính. Bên cạnh nhu cầu về tính linh hoạt cao hơn để đáp ứng yêu cầu mở rộng khoảng cách làm việc với khẩu độ số và kích thước trường cao hơn, khả năng thay thế lẫn nhau giữa các vật kính từ các nhà sản xuất khác nhau hiện bị hạn chế hơn.

Trong các trường hợp mẫu được thiết kế để chụp ảnh mà không có lam kính, khoảng cách làm việc được đo tại bề mặt thực tế của mẫu. Khoảng cách làm việc thường giảm độ phóng đại và khẩu độ số tăng lên. Khi đó, các vật kính phải có khoảng cách làm việc tương đối rộng với điều kiện là các yêu cầu về khẩu độ số được đáp ứng. Ngoài ra, các vật kính ngâm nên có khoảng cách làm việc nông hơn để giữ chất lỏng ngâm giữa thấu kính phía trước và mẫu vật tại chỗ. Nhiều vật kính được thiết kế với khoảng cách làm việc tương tự có nút chặn bằng lò xo cho phép rút cụm thấu kính phía trước bằng cách đẩy nó vào thân vật kính và vặn để cố định vị trí của nó. Vặn nút chặn theo hướng ngược lại để sử dụng được cụm thấu kính. Trong một số ứng dụng (xem bên dưới), khoảng cách làm việc đủ thoải mái là không thể thiếu và các vật kính đặc biệt được thiết kế để sử dụng như vậy mặc dù rất khó để đạt được khẩu độ số lớn và mức độ hiệu chỉnh quang học cần thiết.

Lớp phủ chống phản xạ

Một trong những cải tiến quan trọng nhất trong thiết kế vật kính trong những năm gần đây là cải tiến công nghệ lớp phủ chống phản xạ, hỗ trợ giảm phản xạ không cần thiết xảy ra khi ánh sáng đi qua hệ thống thấu kính. Mỗi giao diện air-glass không có lớp phủ có khả năng phản xạ từ bốn đến năm phần trăm chùm ánh sáng tới bình thường trên bề mặt, dẫn đến giá trị truyền qua là 95-96 phần trăm ở tần suất bình thường. Nếu phủ một lớp phủ chống phản xạ dày bằng một phần tư bước sóng với chỉ số khúc xạ thích hợp, thì giá trị này có thể tăng từ ba đến bốn phần trăm. Lớp phủ nhiều lớp, tạo ra giá trị truyền dẫn vượt quá 99,9 phần trăm trong dải quang phổ nhìn thấy được, đã thay thế lớp phủ thấu kính một lớp từng được sử dụng để giảm độ chói và cải thiện khả năng truyền dẫn.

Sự cải thiện đáng kể về độ tương phản và truyền các bước sóng khả kiến ​​là kết quả của hầu hết các nhà sản xuất kính hiển vi hiện đang sản xuất các công thức độc quyền của riêng họ, cùng với sự can thiệp triệt tiêu đồng thời ở các tần số liên quan đến hài hòa nằm bên ngoài dải truyền. Người sử dụng kính hiển vi cần lưu ý rằng các lớp phủ chuyên dụng này có thể dễ dàng bị hư hỏng do xử lý sai, nên sử dụng để phân biệt giữa các lớp phủ là lớp phủ chống phản xạ đa lớp có tông màu hơi xanh lục, trái ngược với tông màu tía của lớp phủ một lớp. Ngoài ra, lớp bề mặt của lớp phủ chống phản xạ được sử dụng trên thấu kính bên trong thường mềm hơn nhiều so với lớp phủ tương ứng. Cần đặc biệt cẩn thận khi làm sạch các bề mặt quang học đã được phủ một lớp phim mỏng, đặc biệt nếu kính hiển vi đã được tháo rời và các thành phần thấu kính bên trong là đối tượng kiểm tra.

Khoảng cách từ tâm thấu kính đến điểm hội tụ các tia sáng song song trên trục chính được định nghĩa là tiêu cự của hệ thấu kính. Mặt phẳng ảo vuông góc với tiêu điểm chính gọi là tiêu diện của hệ thấu kính. Có hai tiêu điểm chính, một ở phía trước và một ở phía sau, để ánh sáng đi vào mỗi bên của mỗi thấu kính. Thông thường, mặt phẳng tiêu cự của vật kính được tìm thấy gần thấu kính phía trước hơn được gọi là mặt phẳng tiêu cự phía trước và mặt phẳng tiêu cự nằm phía sau vật kính được gọi là mặt phẳng tiêu cự phía sau. Vị trí cụ thể của mặt phẳng tiêu điểm phía sau thay đổi tùy theo cấu tạo của vật kính, nhưng thường nằm ở đâu đó bên trong thùng vật kính đối với các vật kính có độ phóng đại cao. Các vật kính có độ phóng đại thấp hơn thường có mặt phẳng tiêu điểm phía sau nằm ở bên ngoài, trong khu vực ren hoặc trong đầu kính của kính hiển vi.

Khẩu độ phía sau hoặc đồng tử thoát của vật kính hạn chế các tia sáng khi chúng đi qua vật kính. Đường kính của khẩu độ này thay đổi trong khoảng 12 mm đối với các vật kính có độ phóng đại thấp xuống khoảng 5 mm đối với các vật kính có độ sáng mờ công suất cao nhất. Việc xem xét kỹ lưỡng kích thước khẩu độ là hoàn toàn bắt buộc đối với các ứng dụng chiếu sáng epi dựa vào vật kính để hoạt động như một hệ thống hình ảnh và tụ quang, trong đó đồng tử thoát cũng trở thành đồng tử vào. Hình ảnh của nguồn sáng phải lấp đầy hoàn toàn khẩu độ phía sau của vật kính để tạo ra ánh sáng đồng đều trên toàn trường quan sát. Nếu hình ảnh nguồn sáng nhỏ hơn khẩu độ, thì trường nhìn sẽ bị mờ do chiếu sáng không đồng đều. Ngược lại, nếu hình ảnh nguồn sáng lớn hơn khẩu độ phía sau, tất cả ánh sáng sẽ không đi vào vật kính và cường độ chiếu sáng bị giảm.

Phần lớn các vật kính của kính hiển vi được sản xuất ngày nay có mức độ quang sai cực thấp và các khiếm khuyết khác, giả sử vật kính thích hợp được chọn và sử dụng đúng cách. Thậm chí, nhà hiển vi học phải nhận thức được thực tế rằng các vật kính không được tạo ra một cách hoàn hảo từ mọi quan điểm, mà được thiết kế để đáp ứng một số tiêu chuẩn nhất định tùy thuộc vào mục đích sử dụng, các ràng buộc về kích thước vật lý và phạm vi giá cả. Do đó, các vật kính được tạo ra với mức độ hiệu chỉnh khác nhau đối với quang sai màu và cầu, kích thước trường và độ phẳng, bước sóng truyền, phát quang, lưỡng chiết và các yếu tố bổ sung góp phần tạo ra nhiễu nền. Ngoài ra, chúng được thiết kế để sử dụng trong các điều kiện hạn chế nhất định, chẳng hạn như với chiều dài ống và thấu kính ống cụ thể, loại và độ dày của môi trường ngâm và lam kính, phạm vi bước sóng, kích thước trường, loại thị kính và bộ tụ điện đặc biệt.

Nguồn: https://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/basics/objectives.html