Sistema ottico all’infinito
Negli ultimi 10 anni, i maggiori produttori di microscopi hanno in gran parte migrato ad un utilizzo di sistemi
ottici all’infinito, sia nella ricerca biomedica che per quanto riguarda i microscopi industriali. In questi
sistemi , la distanza dell'immagine è impostata all’ infinito , e una lente ( o Telan ) è strategicamente
posizionato all'interno del tubo principale tra l'obiettivo e gli oculari ( lente oculare ) per produrre
l'immagine intermedia .
I sistemi ottici all’infinito consentono l'introduzione di componenti ausiliari , quali il contrasto di
interferenza differenziale ( DIC) , prismi polarizzatori e illuminatori ad epi- fluorescenza , nel percorso ottico
parallelo tra l'obiettivo e la lente con solo un effetto minimo sulla messa a fuoco e la correzione delle
aberrazioni. I vecchi microscopi a lunghezza del tubo finita , o fissa , hanno una distanza specifica
dall'apertura del revolver portaobiettivi , dove l’obiettivo è fissato , alla sede dell’oculare nel tubo oculare .
Questa distanza viene definita come la lunghezza del tubo meccanico del microscopio . Il disegno
architetturale assume che quando il campione viene messo a fuoco , è di pochi micron più lontano del
piano focale anteriore dell'obiettivo . La lunghezza del tubo finito è stata normalizzata a 160 millimetri
durante il XIX secolo dalla Royal Microscopical Society ( RMS) ed apprezzata e accettata per oltre 100 anni .
Obiettivi progettati per essere utilizzati con un microscopio avente una lunghezza del tubo di 160 millimetri
hanno inciso questo valore sull’obiettivo stesso .
L’aggiunta di accessori ottici nel percorso ottico del microscopio a lunghezza del tubo fissa aumenta la
lunghezza effettiva del tubo ad un valore maggiore di 160 millimetri. Per questo motivo , l'aggiunta di un
illuminatore verticale per luce riflessa, o un polarizzatore, o un accessorio simile può introdurre aberrazione
sferica in un sistema ottico altrimenti perfettamente corretto . Durante il periodo in cui la maggior parte dei
microscopi avevano lunghezza del tubo fissa, i produttori sono stati costretti a posizionare elementi ottici
aggiuntivi dentro questi accessori per ristabilire i 160 millimetri di lunghezza iniziale del sistema ottico del
microscopio . Il risultato di questa azione era spesso un aumento dell’ ingrandimento e una riduzione
dell’intensità delle luce nelle immagini risultanti .
Alcuni sistemi ottici ad illuminazione riflessa producevano delle "immagini fantasma" che si verificavano a
seguito di raggi convergenti di luce che passavano attraverso il “beam-splitter”. Nel tentativo di eludere tali
artefatti indotti mediante l’aggiunta di componenti ottici ausiliari , il costruttore tedesco di microscopi
Reichert introdusse per primo il concetto di ottica all’infinito. L'azienda iniziò a sperimentare con sistemi
ottici all’’nfinito già a partire dal 1930, seguita poi da Leica e Zeiss , ma queste ottiche non divennero uno
standard per la maggior parte dei produttori fino al 1980.
La lunghezza del tubo in microscopi corretti all’infinito viene indicata come la lunghezza focale di
riferimento e varia tra 160 e 200 millimetri a seconda del produttore ( vedi Tabella 1 ) . La correzione per le
aberrazioni ottiche in questi sistemi ottici è realizzata mediante il tubo (tube lens) o mediante i’ obiettivo.
L’aberrazione cromatica laterale residua negli obiettivi all’infinito può essere facilmente compensata da
un'attenta progettazione della lente del tubo , ma alcuni produttori , tra cui Nikon , ha scelto di correggere
le aberrazioni sferiche e cromatiche con l'obiettivo stesso. Ciò è possibile a causa dello sviluppo di nuove
formule proprietarie del vetro delle lenti che hanno così bassissime dispersioni . Ancora altri produttori (in
particolare , i sistemi Zeiss ICS ) utilizzano una combinazione di correzioni sia nella lente del tubo che negli
obiettivi .
Microscope Optical Train Components
Manufacturer
Tube Lens
Focal Length
PArfocal Distance
(Millimeters)
Thread Type
Leica
200
45
M25
Nikon
200
60
M25
Olympus
180
45
RMS
Zeiss
165
45
RMS
In Tabella 1 sono descritte le specifiche relative alla lunghezza focale della lente del tubo , alla distanza
parafocale e al tipo di filettatura dell'obiettivo di microscopi Infinity -corrected offerti dai principali
produttori . Sebbene sia Leica che Nikon utilizzino una lunghezza del tubo di 200 millimetri e una
dimensione della thread dell’obiettivo di 25 millimetri, la distanza parafocale dell’obiettivo è
significativamente maggiore con il sistema Nikon CFI60. Olympus e Zeiss usano una lente del tubo con
lunghezza focale più corta ( 180 e 165 millimetri , rispettivamente) , ma entrambe le aziende hanno
standardizzato le dimensioni della thread dell’obiettivo e adottato una lunghezza parafocale di 45
millimetri .
In un sistema ottico finito con lunghezza del tubo fissa , la luce che passa attraverso l'obiettivo è diretta
verso il piano dell’ immagine intermedia (che si trova in corrispondenza del piano focale davanti all'oculare)
e converge in quel punto, sottoposta ad una interferenza costruttiva e distruttiva per produrre
un'immagine. La situazione è molto diversa per i sistemi ottici corretti all’infinito dove l'obiettivo produce
un flusso di onde di luce parallele immaginate all'infinito (spesso chiamato spazio infinito) che vengono
messe a fuoco sul piano dell'immagine intermedia dalla lente del tubo. Si noti che gli obiettivi progettati per
microscopi all’inifinito di solito non sono intercambiabili con quelli destinati per un sistema ottico finito
(160 o 170 millimetri ) e viceversa . Le lenti all’infinito soffrono di una maggiore aberrazione sferica se usate
su un sistema di microscopia finita a causa della mancanza di una lente del tubo. In alcune circostanze è
possibile , tuttavia , utilizzare obiettivi finiti su microscopi corretti all’infinito, ma con alcuni inconvenienti .
L'apertura numerica degli obiettivi finiti è compromessa quando vengono utilizzati con i sistemi all’infinito,
la conseguenza di ciò è un potere di risoluzione inferiore . Inoltre , viene perduta la parfocalità tra obiettivi
finiti e infiniti se utilizzati nello stesso sistema . La distanza di lavoro e l’ingrandimento di obiettivi finiti
potranno diminuire quando vengono utilizzati con un microscopio con una “tube lens”.
La parfocalità tra diversi obiettivi in un unico set può essere mantenuta con microscopi all’infinito , anche
quando uno o due componenti ausiliari vengono aggiunti al percorso ottico. Un altro importante vantaggio
è che gli accessori possono essere progettati per produrre un valore esatto di ingrandimento 1x senza
alterare l'allineamento tra l'obiettivo e la lente del tubo . Questa caratteristica consente il confronto dei
preparati con una combinazione di diverse tecniche ottiche , come il contrasto di fase o DIC con
Fluorescenza ( singolarmente o contemporaneamente) . Questo è possibile perché accessori ottici inseriti in
una serie di onde luminose parallele non spostano la posizione ( lateralmente oppure assialmente ) né il
punto focale dell'immagine .
