Microscopio corregido al infinito - Construir desde cero

Question

Hice un curso de óptica hace unos años, y estoy tratando de averiguar cómo construir un microscopio corregido al infinito a partir de componentes ópticos discretos que se enumeran en las referencias [2] (lentes) y [3] (equipo de montaje).

He leído varios libros intentando averiguar cómo montar esto con algunas lentes, tubos y monturas sencillas. El problema es que todos ellos tienen un ejemplo como el de arriba, pero no explican lo que tengo que hacer para determinar:

1. Aumento total (supongo que es la relación entre la distancia focal de la lente del ocular y la distancia focal de la lente del objetivo).
2. A qué distancia deben estar las lentes (creo que las lentes del objetivo y del tubo deben estar cerca, pero no más cerca que la distancia focal de cualquiera de ellas, y tampoco sé cuál debe ser la distancia focal de la lente del tubo). ¿Y la distancia entre la lente del tubo y la del ocular? Pensaba que la distancia entre la lente tubular y la lente del ocular podía ser arbitraria en longitud, pero los diagramas que encuentro parecen indicar lo contrario.
3. Qué tipo de lentes utilizar realmente (¿Tienen que ser todas lentes convexas? Algunos ejemplos deberían ser el uso de una lente "plano convexa" en lugar de una lente "convexa convexa" para el ocular).

Si alguien pudiera indicarme cómo diseñar esto o dirigirme hacia algunos recursos que puedan proporcionar una respuesta definitiva sobre cómo diseñar un microscopio corregido al infinito, ocular y todo incluido, sería muy apreciado.

Gracias.

Referencias

1. Componentes ópticos del microscopio Introducción Consultado el 2014-03-04, <http://www.olympusmicro.com/primer/anatomy/components.html>
2. Óptica de grado experimental Consultado el 2014-03-04, <http://www.anchoroptics.com/pages/category/Experimental%20Grade%20Optics.cfm>
3. Componentes de montaje modulares Consultado el 2014-03-04, <http://www.edmundoptics.com/optomechanics/modular-mounting-components/>

Answer 1

En Aumento es una combinación de todas las distancias focales de la imagen que has mostrado arriba. A imagen real es creado por el objetivo y lente de tubo . Esto crea una imagen de lo que tienes en el plano del objeto que se amplía por:

$M = \frac {f_{tube lens}}{f_{objective}}$

Por lo tanto, si tuviera que medir el tamaño de la imagen, sería M veces mayor que el objeto situado a la izquierda de la lente objetivo.

Una confusión frecuente es que muchos objetivos de microscopio crean realmente una imagen por sí mismos sin una lente tubular. Existen varios estándares que incluyen objetivos que crean imágenes a 160 mm y 170 mm de distancia del objetivo del microscopio. En su diagrama, implica una lente objetivo corregida al infinito . Esto significa que la imagen creada por el objetivo del microscopio es infinitamente lejos de la lente del objetivo. Esto podría llevarle a pensar que, puesto que la luz se colima desde el objetivo del microscopio, puede colocar la lente tubular donde quiera. Esto no es técnicamente correcto debido a dos factores: el viñeteado y el diseño óptico de la lente tubular.

Viñeteado significa que la luz escapa del tamaño de la lente. En su diagrama, esto ocurriría si la lente tubular es demasiado pequeña. Muchos objetivos corregidos a infinito están diseñados para lentes tubulares que se encuentran a 180 mm de la lente del objetivo. Si la lente tubular no se coloca a una distancia cercana a 180 mm, puede haber viñeteado o el rendimiento de las aberraciones ópticas puede hacer que la imagen se degrade.

Ahora, da el último paso hacia el ojo del observador. Éste es el ocular. El ojo prefiere (está relajado) mirar al infinito. Por lo tanto, el ocular suele estar diseñado para proyectar la imagen creada por el par de lentes objetivo-tubo hasta el infinito. En realidad, su diagrama muestra la imagen a 25 cm en lugar de al infinito. En este caso, el ocular está situado a casi una distancia focal de la imagen real (plano imagen 3 en su diagrama).

El aumento final es $ M_{total} = M \times \frac{25 cm}{f_{eyepiece}} $

Hay otras consideraciones adicionales:

1. Distancia de trabajo del objetivo (distancia entre el objetivo y el objeto)
2. Alivio ocular (distancia entre el ocular y el ojo del observador)
3. Pupila o caja ocular (a veces miras dentro de un microscopio y está negra hasta que alineas el ojo con el microscopio).
4. Iluminación (la mayoría de los objetos requieren alguna fuente de luz externa que los ilumine para poder verlos).

Una última consideración. Si sólo quieres poner la imagen en una cámara. En ese caso, ¡no necesitas el ocular!