Por que a Distância Perfocal do Objetivo é de 60 milímetros?

por **ProfAntonio** Sáb Jun 22, 2019 11:57 pm

Uma vez que a distância focal da lente do tubo foi ajustada para 200 milímetros, a distância perfocal da objetiva tem que ser aumentada a partir dos 45 milímetros padrão. Como explicado na seção sobre o comprimento do tubo, a distância focal da objetiva também é aumentada para preservar a mesma ampliação, e como 45 milímetros não fornecem o melhor espaço neste projeto, uma imagem de alta qualidade não pode ser obtida. Na prática, o óleo CF N Plan Apo 60x com um comprimento de tubo mecânico de 160 milímetros, considerado o melhor em objetivos finitos, está repleto de lentes em um espaço limitado de 45 milímetros. Quando este sistema finito é substituído por um sistema infinito e o objetivo é dividido em lentes objetivas e tubulares, a distância focal da lente do tubo se torna equivalente a aproximadamente 150 milímetros. Nesta base, podemos calcular a distância perfocal para fornecer um desempenho óptico que supera o do sistema finito da seguinte forma: A distância perfocal objetiva do sistema finito é de 45 milímetros; para uma distância focal da lente do tubo de 150 milímetros, a distância perfocal objetiva do sistema infinito éx ; e a distância focal da lente do tubo é de 200 milímetros. Na resolução desta proporção, se 45: 150 = x : 200, então x = 60 milímetros. Portanto, se a distância focal da lente do tubo é de 200 milímetros, a distância objetiva ideal deve ser de 60 milímetros.

Usando os cálculos acima, a distância perfocal ideal para um comprimento de tubo de 160 milímetros é de 48 milímetros e para um comprimento de tubo de 180 milímetros é de 54 milímetros. Para os fabricantes de microscópio que definem a distância perfocal objetiva em seus sistemas ópticos de infinito para 45 milímetros, eles não podem explorar todo o potencial de seus objetivos.

Como a distância de trabalho (WD) também aumenta para coincidir com a distância focal mais longa, os fabricantes que usam uma distância perfocal de 45 milímetros estão em desvantagem em sua incapacidade de utilizar a maior distância de trabalho alcançada pela Nikon. Utilizando o objetivo do plano Plan Apo 60x (NA 1.4) como comparação, vemos os WDs por fabricante serem pelo menos 50% menores que os da Nikon. Isso mostra que existem diferenças na capacidade de acomodar vários tipos de amostras, bem como facilidade de operação.

Tabela 1 - Comprimentos do Tubo Comum de Correção Infinito

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Lentes de baixa potência exigem um tamanho específico. Se a ampliação da objetiva for 1x, a fórmula " M (o) = F (t) / F (o) " usada na seção de comprimento do tubo mostra que a distância focal do objetivo e da lente do tubo teria que ser seja o mesmo . No caso da Nikon, a fim de aperfeiçoar uma distância focal da lente do tubo de 200 milímetros, uma distância parfocal de 45 milímetros deixaria muito pouco espaço no projeto. Ao aumentar essa distância para 60 milímetros, é possível obter uma ampliação de 1x e, graças a essa mudança revolucionária, foi alcançado um objetivo com uma ampliação tão baixa quanto 0,5x. A menor ampliação oferecida por outros fabricantes é de 1,5x e nenhum deles produziu um objetivo 1x ainda.

Por que usar um tamanho de rosca objetivo de 25 milímetros?

Quando a distância focal da lente do tubo é aumentada, a distância focal do objetivo também deve aumentar. Existe um limite para o diâmetro objetivo da pupila (diâmetro efetivo remanescente após os limites do tamanho objetivo da rosca), portanto uma abertura numérica alta (NA) não pode ser obtida. Assim, o NA de lentes de baixa potência é criticamente afetado. Atualmente, outros fabricantes usam um tamanho de rosca de 20,32 milímetros, mas como mencionado acima, a Nikon usa 25 milímetros e é capaz de atingir altas aberturas numéricas. Originalmente, o brilho das lentes fotográficas ( F ) foi expresso com a fórmula:

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Isso mostra que o tamanho da linha convencional de 20,32 fisicamente não pode ser usado. Os diâmetros de pupila necessários para projetar objetivas de 4x com uma abertura numérica de 0,2 com base em comprimentos de tubo de 160 milímetros e 180 milímetros são 16 milímetros e 18 milímetros, respectivamente. Isso mostra o tipo de problemas de projeto enfrentados por outros fabricantes ao usar um tamanho de rosca convencional de 20,32 milímetros. As aberturas numéricas reais das respectivas objetivas do Plano Apo 4x são de 0,16. O NA para um objetivo da Nikon nesta classe é de 0,20, que é o mais alto do setor.

Como mostrado, para obter uma abertura numérica alta, um objetivo de baixa ampliação requer um grande diâmetro da pupila. Quanto maior a distância focal da lente do tubo, maior a necessidade de ampliar o tamanho da rosca na objetiva. A Nikon resolveu esse problema escolhendo um tamanho de rosca de 25 milímetros para o sistema CFI Infinity Optics.

Em conclusão

Acreditamos que essas explicações, acompanhadas de exemplos específicos, ajudaram você a entender por que uma lente tubular de 200 milímetros de distância focal é considerada ideal para uso em um sistema óptico infinito e por que especificações óticas mais altas podem ser obtidas com uma distância objetiva de 60 milímetros e tamanho de rosca de 25 milímetros. Através do JIS e outros padrões convencionais foram seguidos por dimensões mecânicas, a adoção da própria infinidade óptica exigiu um sacrifício na compatibilidade com sistemas convencionais.

Assim, em vez de se limitar às dimensões convencionais, a Nikon achava que sua verdadeira tarefa era criar produtos que os usuários precisassem para as técnicas atuais de microscopia de ponta. Inovações em engenharia, fabricação, controle de qualidade, inspeção e produção contribuíram para o advento da série CFI60 de sistemas ópticos da Nikon.

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