عدسی شیئی، به عنوان یکی از پیچیده‌ترین اجزای سیستم میکروسکوپی نوری و تصویرنگاری، نقش مهمی را در ارائه تصاویری باکیفیت و بزرگنمایی شده از جسم، برعهده دارد. در بخش اول این مقاله گفتیم که امروزه شیئی‌های موجود در بازار به دو دسته کلی عبوری و بازتابی طبقه‌بندی می‌شوند؛ و تعدادی از مشخصات اصلی شیئی‌های عبوری را مورد بررسی قرار دادیم. در ادامه این مبحث خواهیم دید هرکدام از این دو دسته نیز در دو نوع پیکربندی موجود می‌باشند: پیکربندی اپتیک محدود (finite conjugate) و پیکربندی اپتیک نامحدود (infinite conjugate) (تصحیح بی نهایت). برای انتخاب شیئی مناسب، مهم است که از مزایای هر دسته و کاربردهای آن مطلع شوید، با ما همراه باشید.
استاندارد شیئی
یکی دیگر از مشخصات بسیار مهم یک عدسی شیئی که بر روی بدنه آن ثبت شده است، استاندارد سیستم میکروسکوپی است که شیئی با آن سازگاری دارد. در طراحی سیستم‌های میکروسکوپی نوری، همواره از یک استاندارد بین المللی پیروی می‌شود. این استانداردها براساس دو طرح اپتیک محدود (Finite optics) و اپتیک بینهایت (Infinity optics) استوار هستند که در شکل مقابل به صورت شماتیک نمایش داده شده است. یک میکروسکوپ نوری در طراحی “اپتیک محدود”، شامل عدسی شیئی و چشمی ست که شیئی تصویر نمونه را در صفحه تصویر میانی (کانون چشمی) تشکیل می‌دهد و سپس عدسی چشمی تصویر تولید شده را بزرگ کرده و به چشم بیننده می‌رساند (شکل الف).در این طراحی، فاصله بین چشمی و شیئی مقداری محدود و مشخص است که آن را طول لوله مکانیکی در میکروسکوپ می‌نامند. اما در طراحی ” اپتیک بینهایت”، تصویر تولید شده توسط شیئی، توسط یک لنز اضافی به نام لنز لوله (Tube lens) دریافت می‌شود تا آن را به نقطه کانونی جلوی لنز چشمی برساند. در این طراحی یک “فاصله بینهایت” (بینهایت فیزیکی) که شامل پرتوهای موازی ست، بین شیئی و لنز لوله ایجاد می‌شود (شکل ب).
انجمن سلطنتی میکروسکوپی (RMS)، در قرن نوزدهم، طول لوله میکروسکوپ را به اندازه 160 میلی متر به عنوان یک مقدار استاندارد قرار داد و این استاندارد برای بیش از 100 سال است که در طراحی میکروسکوپ پذیرفته شده است. امروزه بیشتر میکروسکوپ‌های مرکب با استاندارد موسسه استاندارد آلمان (DIN) شناخته می‌شوند که فاصله بین شیئی تا چشمی میکروسکوپ را به همان اندازه 160 میلی‌متری تعیین می‌کند. دیگر استاندارد موجود، استاندارد صنعتی ژاپن (JIS) است. در استاندارد JIS این فاصله به اندازه 170 میلی‌متر رعایت می‌شود. در تصویر زیر چیدمان اپتیکی یک میکروسکوپ با استاندارد DIN و JIS نشان داده شده است. اگرچه فواصل تصویر برای DIN و JIS متفاوت است، اما تفاوتی در عملکرد نوری وجود ندارد.
طی دهه‌های اخیر، تولیدکنندگان بزرگ میکروسکوپ عمدتاً به استفاده از سیستم‌های نوری بینهایت در میکروسکوپ‌ها مهاجرت کرده‌اند. در میکروسکوپ‌های تصحیح بینهایت (Infinity-Corrected System, ICS)، نور به صورت جبهه‌های‌موج موازی، از شیئی خارج می‌شود و تصویر نمونه را در بی نهایت تصویر می‌کند. در این نوع میکروسکوپ‌ها از طراحی بسیار پیچیده‌تری استفاده می‌شود تا دیگر المان‌های اپتیکی مانند فیلترها، قطبشگرها و مقسم پرتو در “فاصله بینهایت” بین شیئی و لنز لوله، بدون تأثیر بر کیفیت تصویر، بتوانند به مسیر نوری وارد شوند. این طراحی هوشمند در یکپارچه‌سازی سیستم، امکان اجرای آسان همه روش‌های افزایش کنتراست و کیفیت تصویر را بدون نیاز به تبدیلات پیچیده فراهم می‌کند. به عنوان مثال ، افزودن یک فیلتر بین شیئی و لنز لوله به کاربر اجازه می‌دهد تا طول موج‌های خاصی را مشاهده کند یا طول موج‌های ناخواسته را مسدود کند که در غیر این صورت در تصویر اختلال ایجاد می‌کنند. در کاربرد میکروسکوپ فلورسانس نیز از این نوع طراحی استفاده می‌کنند. به طور کلی از میکروسکوپ‌هایی با “اپتیک محدود” در کاربردهایی استفاده می‌شود که اولویت با کاهش هزینه و سهولت طراحی است اما در میکروسکوپ‌های دارای تصحیح بینهایت، اولویت در انعطاف‌پذیری سیستم اپتیکی است.
اگر یک شیئی دارای علامت ∞ (infinity) درج شده بر روی بدنه باشد، یعنی دارای تصحیح بینهایت بوده و موید سازگاری با میکروسکوپ‌هایی با استاندارد اپتیک بینهایت است. بر روی بدنه شیئی‌هایی که در میکروسکوپ‌های استاندارد DIN و JIS قابلیت استفاده دارند نیز عدد 160 (170) درج شده است.
ضخامت لامل
هنگام مشاهده مواد مایع مانند باکتری‌ها، کشت سلولی، خون و غیره برای محافظت از جسم تحت بازرسی و اجزای میکروسکوپ در برابر آلودگی، لازم است از یک روکش شیشه‌ای بر روی نمونه استفاده شود. این روکش و یا اصطلاحا لامل (Coverslip)، نحوه انعکاس نور از جسم به شیئی را تغییر می‌دهد و در نتیجه، باید تصحیحات نوری مناسب برای تولید بهترین کیفیت تصویر در چنین حالتی در شیئی لحاظ شده باشد. به همین دلیل است که اغلب شیئی‌ها برای طیف وسیعی از ضخامت‌های لامل بهینه شده‌اند. اگر ضخامت لامل در تصحیحات اپتیکی شیئی درنظر گرفته شده باشد، در کنار علامت ∞ و یا 160، که بیانگر سیستم اپتیکی سازگار با شیئی است، عددی که معرف ضخامت لامل است بر روی شیئی دیده می‌شود. امروزه لامل‌های متنوعی برای استفاده در میکروسکوپی به صورت تجاری موجود می‌باشند که دارای ضخامت‌های استاندارد هستند. برای مثال بر روی اغلب شیئی‌ها عدد 17 درکنار علامت ∞ درج شده است که بیانگر سازگاری شیئی در سیستم تصحیح بینهایت با درنظر گرفتن لامل استاندارد با ضخامت حدودا 17/0 میلی‌متر است. در مواردی که عددی در کنار نماد ∞ ثبت نشده باشد، بدین معنی ست که این شیئی برای کاربردهای میکروسکوپی بدون لامل، باید مورد استفاده قرار گیرد.
فاصله عمل
فاصله‌عمل (Working Distance) ویژگی مشخصه دیگری ست که بر روی بدنه شیئی درج می‌شود و به عنوان یک پارامتر مهم در عملکرد شیئی همواره باید مورد توجه قرار گیرد. مقدار فاصله بین لنز جلویی شیئی و نزدیکترین سطح نمونه (یا پوشش لامل)، در حالتی که شیئی در بهترین حالت فوکوس قرار داشته باشد، را فاصله‌عمل شیئی می‌نامند که در تصویر زیر مشخص شده است. مقادیر واقعی فاصله‌عمل برای شیئی‌های مختلف در محدوده وسیعی، از مرتبه دهم تا چند ده میلی‌متر، مشخص می‌شود و به میزان تصحیح ابیراهی، استاندارد شیئی، شرکت تولیدکننده و کاربرد آن بستگی دارد. به طور کلی، فاصله‌عمل یک شیئی با بزرگنمایی (M) و روزنه‌عددی (NA) رابطه معکوس دارد. این امر اغلب سازندگان و کاربران شیئی‌ها را به برقراری مصالحه بین این دو پارامتر سوق می‌دهد. روند تولید و استفاده از شیئی‌های خشک که فاصله‌عمل زیاد داشته باشند، با نیاز به شیئی‌هایی با روزنه‌عددی بالا برای بدست آوردن قدرت تفکیک‌پذیری بالاتر، همواره تا حدودی محدود می‌شود.
برای بسیاری از کاربردها، طول زیاد فاصله‌عمل، بسیار مطلوب (و غالباً ضروری) است و شیئی‌های ویژه‌ای، با وجود دشواری در دستیابی به روزنه‌عددی بزرگ و رعایت تصحیحات لازم برای ابیراهیها، برای چنین کاربردی‌هایی طراحی شده‌اند که البته با قیمت‌های بسیار زیاد در دسترس می‌باشند. در این زمینه برای شیئی‌های غوطه‌وری که در یک ماده مشخص بین لنز جلویی و نمونه کار می کنند، محدودیت بیشتری وجود دارد. اگر فاصله بین شیئی و نمونه بیش از اندازه زیاد باشد، حفظ یکنواختی مایع غوطه‌وری در این فاصله، می‌تواند مشکل‌ساز باشد و منجر به ایجاد ابیراهی ثانویه و کاهش کیفیت تصویر شود. شیئی‌هایی که فاصله‌عمل بسیار کوتاهی دارند نیز دارای مشکلاتی از جمله احتمال زیاد برخورد با نمونه، را دارند. این شیئی‌ها معمولا دارای فنر (spring loaded) می‌باشند تا در صورت تماس با لامل یا نمونه، کل مجموعه لنزهای جلویی به سمت داخل جمع شوند. این سیستم معمولاً retraction stoppers نامیده می‌شود و محافظت کافی در برابر آسیب احتمالی برخورد به نمونه یا لنز جلویی شیئی را تضمین می‌کند.
طول پارفوکال
برای شیئی‌ها کمیت دیگری به نام طول پارفوکال (parfocal (PD)) تعریف می‌شود که به صورت اندازه فاصله بین دورترین قسمت شیئی تا جسم مورد بازرسی تعیین می‌شود. برای سالهای طولانی، شیئی‌ها بر اساس یک قرارداد بین المللی شناخته شده، همانطور که در بالا گفته شد، توسط اکثر تولیدکنندگان طراحی و تولید می‌شوند. برای شیئی با استاندارد DIN فاصله PD به مقدار 45 میلی‌متر و برای استاندارد JIS این فاصله 36 میلی‌متر است که در تصویر مقابل دیده می‌شود. بنابراین برای شیئی‌های با استاندارد اپتیک محدود، و طول پارفوکال ثابت، تنوع زیادی در تغییر فاصله عمل وجود ندارد و به نظر می‌رسد شیئی‌های ساخت تولیدکنندگان مختلف، چندان متفاوت نبوده و برای یک سیستم میکروسکوپی با استاندارد مشخص، کاملا قابل تعویض و جایگزینی هستند.
