В настоящее время разработчики микрообъективов стремятся увеличить информативность рассчитываемой оптики. Вследствие этого ведутся интенсивные поиски наиболее рациональных и в то же время эффективных для достижения цели конструкций, разрабатываются и внедряются в производство новые оптические материалы, включая кристаллы и другие марки стекол с особыми свойствами; совершенствуются методы и приемы расчета, повышается квалификация специалистов.
Микрообъективы, наверное, - самые сложные оптические системы с дифракционным качеством изображения, сегодня претерпевают серьёзные преобразования в отношении качества. Если раньше считалось, что удовлетворительное качество изображения в целом достигается разумной перебалансировкой, перераспределением остаточных аберраций – сегодня исправлению подлежат практически все аберрации. Например, качество и количество информации, даваемое ахроматами (в классическом их определении), сегодня все меньше устраивает пользователей, остаточная кривизна изображения и астигматизм современных объективов постоянно снижаются. Все менее удовлетворяет исследователей качество изображения, даваемое ахроматами, все больше усилий направлено на исправление в объективах вторичного спектра и сферохроматизма. По пути апохроматизации идет качественное увеличение информативности микрообъективов.
Современные тенденции развития микрооптики в целом и создания микрообъективов в частности связаны с внедрением качественно новых методов микроскопического исследования, совершенствованием и более широким применением традиционных.
То, что ахроматические объективы сегодня все еще широко применяются, обусловлено, прежде всего, экономической целесообразностью. Близится время планапохроматов и суперапохроматов, несмотря на их дороговизну и трудоемкость исполнения. Такие объективы будут иметь вполне определенные технические характеристики обусловленные, прежде всего, пределами восприятия человеческого информативного аппарата, после чего микрооптика и микроисследования утратят свой классический смысл. Это в будущем. Сегодня на пути к прогрессу разработчиками микрооптики решаются вполне конкретные задачи:
Известно, что хроматические аберрации возникают при преломлении белого света на оптических поверхностях; в этом случае происходит разложение света на спектральные составляющие, вызываемые дисперсией оптических сред.
В зависимости от класса микрообъектива в той или иной степени подлежат исправлению следующие хроматические аберрации: хроматизм положения, хроматизм увеличения, вторичный спектр, сферохроматизм, цветная кома, цветные астигматизм и кривизна. Улучшение коррекции хроматических аберраций обусловливает увеличение информативности микрообъектива, которая зависит от его цветопередачи. Правильная цветопередача, в свою очередь, зависит от освещения объектов, спектрального пропускания оптики, характеристик приёмника. В традиционном понимании микроскопии, когда приемником изображения является глаз человека, собственные его хроматические аберрации не учитываются.
При создании современных светосильных высокоапертурных объективов микроскопов наряду с традиционным исправлением хроматизма положения и вторичного спектра, особое внимание уделяется также и исправлению хроматизма увеличения и сферохроматизма.
Известно, что ХРУ (хроматическая разность увеличений) есть полевая аберрация, характеризующаяся разностью ординат точек параксиального изображения, образованного главными лучами различных длин волн. До настоящего времени разработчики микрообъективов считали возможным частичные исправления в объективе ХРУ, с тем, чтобы компенсировать его с помощью специально рассчитанного окуляра. Особенностью разработок 60-х годов стали расчёты комплектов микрообъективов с выровненным значением ХРУ у всех объективов. Так, в различных комплектах микрообъективов остаточная величина ХРУ составляла 1,5-2%. Однако, позже исследования показали, что присутствие ХРУ в промежуточном изображении микроскопа снижает качество изображения. Обусловлено это тем, что полная компенсация ХРУ по всему полю затруднительна, остаточные хроматические аберрации обычно сохраняются. При компенсационной системе они могут обнаруживаться во внешних частях поля зрения в виде более или менее интенсивной цветной каймы вокруг деталей объекта. Недостаток компенсационных окуляров, особенно окуляров с вынесенным зрачком, состоит в том, что расположенные в плоскости промежуточного изображения вне центра поля метки, шкалы и т.п. изображаются с цветной каймой. При этом ширина этой каймы пропорционально возрастает с удалением этих деталей от оси. Кроме того, полную компенсацию ХРУ с помощью компенсационных окуляров трудно обеспечить в связи с тем, что ХРУ компенсационных окуляров обычно заметно меняется с размером изображения, в то время как ХРУ объективов – величина по полю постоянная. Таким образом, выявилась необходимость создания объективов и окуляров микроскопов, исправленных в отношении остаточного хроматизма увеличения.
В случае применения объектива с исправленной ХРУ изображение ахроматизовано по всему полю. Существует возможность непосредственного использования промежуточного изображения на микроскопе, например, для микрофотографических задач, для прямого сопряжения с цифровым приёмником изображения или в других случаях, когда желательно работать без окуляра или фотоокуляра. Как показали недавние исследования, для устранения хроматизма увеличения в существующих конструкциях планобъективов имеется принципиальная возможность. Она реализуется, например, в конструкции «перевернутого телеобъектива» путем компенсации ХРУ фронтальной части с помощью аберрации, соответственно вносимой мениском.
Разность сферических аберраций двух длин волн в изображении точки на оси называется сферохроматической аберрацией. Известно, что величина сферохроматизма, и особенно его высшие порядки, не линейно возрастают с увеличением апертуры объектива. Отсюда, особую значимость исправления данной аберрации приобретает в апохроматах и планапохроматах, где числовые апертуры близки к предельным. 3. Улучшение коррекции микрообъективов по полю. Увеличение линейного поля. Наблюдение и фотографирование требуют, чтобы оптическая система микроскопа и ее основной компонент – микрообъектив – давали изображение с высоким разрешением, хорошим контрастом и цветопередачей. Возможность обзора большого поля зрения с высоким информационным содержанием является очень важной, как для экономии времени при просматривании препаратов, так и для увеличения производительности при их исследовании.
В комплектации оптики микроскопа с большим полем зрения исходят из того, что требуемое максимальное увеличение объема информации в микроскопическом изображении должно быть достигнуто при визуальном наблюдении на микроскопе, принимая во внимание физиологические возможности наблюдателя. Недавние исследования, показали, что при изображении большого поля оптимальные физиологические возможности и одновременно целесообразные границы увеличения поля достигаются тогда, когда наблюдателю предлагается видимое линейное поле изображения диаметром не более 250 мм. Во всем мире сегодня инженеры разрабатывают конструкции микроскопов, отвечающих данной концепции. Применительно к отечественным разработкам следует отметить, что используемые до недавнего времени микрообъективы (особенно больших увеличений) отличает ухудшенное исправление внеосевых аберраций.