Objetivo (óptica)

Una de las propiedades más importantes de los objetivos de microscopio es su aumento . El aumento suele oscilar entre 4× y 100×. Se combina con el aumento del ocular para determinar el aumento total del microscopio; un objetivo de 4× con un ocular de 10× produce una imagen 40 veces mayor que el objeto.

Un microscopio típico tiene tres o cuatro objetivos con diferentes aumentos, atornillados a un revólver portaobjetivos circular que se puede girar para seleccionar el objetivo deseado. Estos objetivos suelen estar codificados por colores para facilitar su uso. El objetivo menos potente se denomina objetivo de exploración y suele ser de 4×. El segundo objetivo se conoce como objetivo pequeño y suele ser de 10×. El objetivo más potente de los tres se denomina objetivo grande y suele tener un aumento de entre 40× y 100×.

La apertura numérica de las lentes de microscopio suele oscilar entre 0,10 y 1,25, lo que corresponde a distancias focales de aproximadamente 40  mm a 2  mm, respectivamente.

Históricamente, los microscopios se diseñaban de manera que la lente objetivo formara una imagen en un plano específico cerca del ocular, que este último reproducía. Estos microscopios se caracterizaban por la longitud del tubo mecánico ; la distancia entre los puntos de montaje del objetivo y el ocular. ^{[ 1 ]} Los primeros microscopios ingleses utilizaban una longitud de tubo mecánico de 10 pulgadas (250 mm) . En el siglo XX, la mayoría de los microscopios utilizaban el estándar de la Royal Microscopical Society de 160 milímetros, mientras que muchos microscopios Leitz utilizaban 170 milímetros. Los objetivos debían elegirse de acuerdo con la longitud del tubo mecánico del microscopio. 

Los microscopios modernos suelen estar diseñados para utilizar la corrección al infinito , en la que la luz que sale de la lente del objetivo se enfoca en el infinito . ^{[ 2 ] [ 3 ]} Esto se indica en el objetivo con el símbolo de infinito (∞).

El diámetro de la pupila del objetivo, ^{[ 3 ]} también conocido como diámetro de la pupila de entrada ^{[ 4 ]} o diámetro de la apertura posterior, se refiere al diámetro de la abertura posterior de una lente objetivo. En objetivos secos corregidos al infinito, este diámetro${\displaystyle D}$es

${\displaystyle D=2\times NA\times f_{obj}}$

dónde${\displaystyle NA}$es la apertura numérica y${\displaystyle f_{obj}}$es la distancia focal efectiva. Aumento${\displaystyle M}$y la distancia focal efectiva están relacionadas por ^{[ 5 ]}

${\displaystyle f_{tubo}=Mf_{obj}}$

dónde${\displaystyle f_{tube}}$es la distancia focal del objetivo del tubo. Las distancias focales de los objetivos del tubo varían según el fabricante: Leica y Nikon suelen usar 200  mm, Olympus usa 180  mm y Zeiss usa 165  mm. ^{[ 3 ]}

Particularmente en aplicaciones biológicas, las muestras suelen observarse bajo un cubreobjetos de vidrio , lo que introduce distorsiones en la imagen. Los objetivos diseñados para usarse con dichos cubreobjetos corrigen estas distorsiones y, por lo general, tienen impreso en el lateral del objetivo el grosor del cubreobjetos con el que están diseñados (normalmente 0,17  mm).

En cambio, los denominados objetivos "metalúrgicos" están diseñados para la luz reflejada y no utilizan cubreobjetos de vidrio.

La distinción entre objetivos diseñados para usarse con o sin portaobjetos es importante para lentes de alta apertura numérica (alto aumento), pero supone poca diferencia para objetivos de bajo aumento.

Las lentes de vidrio básicas suelen presentar una aberración cromática significativa e inaceptable . Por lo tanto, la mayoría de los objetivos incorporan algún tipo de corrección para enfocar varios colores en un mismo punto. La corrección más sencilla es mediante una lente acromática , que utiliza una combinación de vidrio crown y vidrio flint para enfocar dos colores. Los objetivos acromáticos son un diseño estándar común.

Además de los vidrios de óxido, las lentes de fluorita se utilizan con frecuencia en aplicaciones especiales. Estos objetivos de fluorita o semiapocromáticos reproducen mejor el color que los objetivos acromáticos. Para reducir aún más las aberraciones, también se utilizan diseños más complejos, como los objetivos apocromáticos y superacromáticos .

Todos estos tipos de objetivos presentan cierta aberración esférica . Si bien el centro de la imagen estará enfocado, los bordes aparecerán ligeramente borrosos. Cuando se corrige esta aberración, el objetivo se denomina objetivo plano y ofrece una imagen nítida en todo el campo de visión.

La distancia de trabajo (a veces abreviada como DT) es la distancia entre la muestra y el objetivo. A medida que aumenta el aumento, la distancia de trabajo generalmente disminuye. Cuando se necesita más espacio, se pueden usar objetivos especiales con una distancia de trabajo larga.

Algunos microscopios utilizan lentes de inmersión en aceite o agua , que pueden tener un aumento superior a 100 y una apertura numérica superior a 1. Estos objetivos están especialmente diseñados para usarse con aceite o agua con un índice de refracción compatible, que debe llenar el espacio entre el elemento frontal y el objeto. Estas lentes proporcionan una mayor resolución a altos aumentos. Se pueden alcanzar aperturas numéricas de hasta 1,6 con la inmersión en aceite. ^{[ 6 ]}

La rosca tradicional utilizada para fijar el objetivo al microscopio fue estandarizada por la Royal Microscopical Society en 1858. ^{[ 7 ]} Se basaba en la norma británica Whitworth , con un diámetro de 0,8 pulgadas y 36 hilos por pulgada. Esta «rosca RMS» o «rosca de la sociedad» todavía se usa comúnmente hoy en día. Como alternativa, algunos fabricantes de objetivos utilizan diseños basados ​​en roscas métricas ISO , como M26 × 0,75 y M25 × 0,75 .