尼康顯微鏡：CFI60光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

介紹

當(dāng)?shù)湫偷臒o(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)顯微鏡談到，他們可能這圖像的夢(mèng)想光學(xué)系統(tǒng)，可以做任何事情。 有人說(shuō)，當(dāng)你用顯微鏡無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的性能提升。因此，他們得出結(jié)論，如果它不是無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，它是沒(méi)有執(zhí)行在一個(gè)較高的水平。

所有的制造商真的努力要做到這一點(diǎn)，以滿(mǎn)足用戶(hù)的期望嗎？ 無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，顯著提高系統(tǒng)的靈活性，這是真的，但是是有限的光學(xué)系統(tǒng)無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)性能總是優(yōu)于呢？

尼康CFI 60光學(xué)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨的這個(gè)命題頭。 他們深入研究了其他制造商的系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并找到了一個(gè)最佳的光學(xué)性能和系統(tǒng)靈活性之間的平衡。 本文檔將幫助你理解為什么無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，生物應(yīng)用程序，設(shè)置新的性能標(biāo)準(zhǔn)納入管透鏡的焦距為200毫米，與齊焦距離60毫米的物鏡，一個(gè)物鏡的25毫米螺紋尺寸。

為什么焦距鏡頭200毫米的管嗎？

在一個(gè)有限的光學(xué)系統(tǒng)，光從一個(gè)目的通過(guò)物鏡后，朝向主圖像平面（通常被稱(chēng)為中間圖像平面 ，位于目鏡焦點(diǎn)）和收斂，如在圖1中示出。

然而，在無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)中，光成為平行光線(xiàn)通過(guò)物鏡后的焊劑和直到通過(guò)，如在圖2中所示的管透鏡后不收斂。 這并不意味著，光穿過(guò)后的物鏡（管透鏡），可以得到無(wú)限遠(yuǎn)距離。 通過(guò)物鏡后，從光軸上的一個(gè)對(duì)象移動(dòng)光沿光路平行于該軸。 來(lái)自該對(duì)象的周?chē)墓庑纬稍趯?duì)角的光軸的平行光線(xiàn)及墊款的焊劑，如在圖3中，下面給出圖解。

正因?yàn)槿绱耍星闆r下，這些光線(xiàn)可以不再被捕獲的管透鏡的位置是由管透鏡，如果太多從物鏡。 這會(huì)導(dǎo)致圖像的領(lǐng)域，以便成為暗或模糊的邊緣周?chē)?，以防止在顯微鏡從執(zhí)行在其全部潛力。 術(shù)語(yǔ)無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)只是意味著，光成為平行光線(xiàn)通過(guò)物鏡后的焊劑， 而不是一個(gè)無(wú)限的空間是可用的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)。

如果我們要采用無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，以進(jìn)一步發(fā)展的顯微鏡，我們將需要增加的物鏡和管鏡頭之間的距離，以及增加了系統(tǒng)的靈活性。 要延長(zhǎng)這個(gè)距離，我們的平行光線(xiàn)的磁通減少的角度以外的光軸。 人們普遍認(rèn)為，管透鏡的焦距越長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)這一物鏡，但這個(gè)長(zhǎng)度也有限制。

物鏡的無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)顯微鏡的放大倍率（M（O））的公式為：

M O =管鏡頭焦距（F T）/物鏡焦距（F o的 ）

管透鏡的焦距（F（t）的 ）和物鏡的焦距（F（鄰））在圖2中描述。 如果加長(zhǎng)管透鏡的焦距，與更長(zhǎng)的焦距的物鏡的圖像平面的距離（在目鏡）也將增加。 自然地，這使得顯微鏡較大的大小。 考慮到這一點(diǎn)，得出的結(jié)論是，焦距為200毫米的管透鏡是最適當(dāng)?shù)摹?nbsp;其他制造商所采用的焦距是160毫米和180毫米。

要獲得相同大小的圖像，從位于遠(yuǎn)離光軸的目的，管透鏡產(chǎn)生一個(gè)較小的角度對(duì)光軸的光更長(zhǎng)的焦距。 不伸長(zhǎng)，所以光管透鏡和物鏡之間的距離可以增加極大地提高了系統(tǒng)的靈活性，如在下面的圖4中示出的電位。

這種設(shè)計(jì)具有一定的光的優(yōu)點(diǎn)。 正如在圖5中所示，當(dāng)管160毫米和200毫米焦距的透鏡進(jìn)行比較，在200毫米的透鏡產(chǎn)生磁通的離軸光線(xiàn)與更小的角度。 在此背景下，光線(xiàn)通過(guò)相襯附件中的相位環(huán)，利用Nomarski DIC的附件，或外延熒光附件中的分色鏡的DIC棱鏡，產(chǎn)生較小的平行于光軸和那些輕元素之間的轉(zhuǎn)移對(duì)角線(xiàn)，使配件更有效地工作。 這是一個(gè)大的光學(xué)優(yōu)勢(shì)，并且也是一個(gè)主要的因素，一種改進(jìn)的落射熒光顯微鏡中的對(duì)比度水平。

齊焦距離物鏡60毫米為什么？

一旦管透鏡的焦距被設(shè)置到200毫米，齊焦的物鏡的距離，必須增加從標(biāo)準(zhǔn)的45毫米。 管長(zhǎng)度上一節(jié)中所解釋的，物鏡的焦距也增加，以保持相同的放大倍率，并自45毫米并不提供最佳的空間，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，不能得到高品質(zhì)的圖像。 在實(shí)踐中，在CF N PLAN阿波60x的油的機(jī)械管長(zhǎng)度為160毫米，相信是在有限的最終物鏡，在有限的空間的45毫米與鏡片擁擠。 當(dāng)這個(gè)有限的系統(tǒng)將被替換為無(wú)限系統(tǒng)的物鏡是，物鏡和的管透鏡分為管透鏡，焦距變?yōu)橄喈?dāng)于約150毫米。 在此基礎(chǔ)上，我們可以計(jì)算出齊焦距離的光學(xué)性能超過(guò)了有限的系統(tǒng)提供有限的系統(tǒng)物鏡，共焦距為45毫米，鏡頭焦距為150毫米管，齊焦無(wú)窮大系統(tǒng)物鏡距離是 x;管鏡頭焦距為200毫米。 在解決這一比例時(shí)，如果45：150 =×：200，那么 x = 60毫米。 因此，如果管透鏡的焦距為200毫米，最佳的物鏡共焦距具有是60毫米。

使用上述的計(jì)算的最佳的共焦距為160毫米的管長(zhǎng)度為48毫米和180毫米的管長(zhǎng)度是54毫米。齊焦距離無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)所設(shè)定的物鏡為45毫米的顯微鏡制造商，那么他們將無(wú)法利用的全部潛力，他們的物鏡。

由于工作距離（WD）也增加了匹配的時(shí)間越長(zhǎng)物鏡焦距，使用齊焦距離為45毫米的制造商是他們無(wú)法利用較長(zhǎng)的工作距離，尼康中處于不利地位。 使用計(jì)劃APO 60倍的油（NA 1.4），物鏡的比較，我們可以看到WDS制造商至少有50％不到的尼康。 這表明，有差異的能力，以適應(yīng)不同類(lèi)型的試樣，以及易于操作。

常見(jiàn)無(wú)限遠(yuǎn)校正管的長(zhǎng)度

表1

低功耗鏡頭需要一個(gè)特定的大小。 如果物鏡的放大倍率為1x，“ 的M（o）= F（t）的/ F（鄰）”的公式中使用的管長(zhǎng)度部顯示的物鏡和管透鏡的焦距將不得不是相同的 。 在尼康的情況下，以完善管鏡頭焦距為200毫米，共焦距為45毫米，在設(shè)計(jì)中留下的空間太小。 通過(guò)增加這個(gè)距離至60毫米，得到的倍率為1x和由于這個(gè)革命性的變化，低至0.5倍的倍率作為一個(gè)物鏡已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。 其他制造商所提供的最低放大倍率為1.5倍，并沒(méi)有對(duì)他們產(chǎn)生了1個(gè)物鏡。

為什么要使用25毫米的目的螺紋尺寸？

增加管透鏡的焦距時(shí)，物鏡的焦距也必須增加。 是有一定限度的物鏡的瞳孔直徑（物鏡的螺紋尺寸的限制后的剩余的有效直徑），所以不能得到高的數(shù)值孔徑（NA）。 因此，低功率的透鏡的NA的嚴(yán)重影響。 目前，其他廠商使用20.32毫米的螺紋尺寸，但如上所述，尼康25毫米，能夠?qū)崿F(xiàn)高數(shù)值孔徑。 最初，亮度的照片鏡頭（F），用公式表示：

F = F / D

其中 f是透鏡的焦距，D是有效直徑。 由于顯微鏡的NA對(duì)應(yīng)的一照片的鏡頭的F值，亮度可與式表示：

F @ 1 /（2N.A.）

以實(shí)現(xiàn)所需的NA所需的有效直徑，因此，可以發(fā)現(xiàn)使用此公式。 換句話(huà)說(shuō)，一個(gè)物鏡（有效直徑的出口側(cè)）上的光瞳的大小被表示為：

D = 2N.A. XF

例如，要找到的有效直徑的CFI計(jì)劃載脂蛋白4倍（NA 0.2），物鏡與最高（最亮）NA;鑒于物鏡焦距為50毫米，并在管透鏡的焦距為200毫米，是由以下計(jì)算：

D = 2×0.2×50 = 20毫米（光學(xué)直徑）

這表明，傳統(tǒng)的20.32螺紋尺寸物理上不能使用。 所需的160毫米和180毫米的管長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上用數(shù)值孔徑為0.2的4倍物鏡設(shè)計(jì)的瞳孔直徑是16毫米和18毫米。這說(shuō)明什么樣的設(shè)計(jì)由其他制造商所面臨的問(wèn)題時(shí)，使用傳統(tǒng)的20.32毫米的螺紋尺寸。相應(yīng)的計(jì)劃載脂蛋白的4倍物鏡的實(shí)際數(shù)值孔徑為0.16。 尼康的物鏡在這個(gè)類(lèi)中的NA為0.20，這在行業(yè)中是最高的。

如圖所示，以獲得高的數(shù)值孔徑，低倍率的物鏡，需要一個(gè)大的瞳孔直徑。時(shí)間越長(zhǎng)的管透鏡的焦距，更大的放大的必要性的物鏡的螺紋尺寸。 尼康已經(jīng)選擇了25毫米螺紋尺寸的CFI無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，解決了這個(gè)問(wèn)題。

在結(jié)論

我們相信這些伴隨著具體的例子說(shuō)明，幫助你理解為什么管被認(rèn)為是最佳的焦距長(zhǎng)度200毫米鏡頭無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)中使用的，為什么可以得到一個(gè)物鏡的齊焦距離60毫米更高的光學(xué)規(guī)格和螺紋尺寸25毫米。 通過(guò)JIS和其他傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)已針對(duì)機(jī)械尺寸，采用無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)本身有必要的犧牲與傳統(tǒng)系統(tǒng)的兼容性。

因此，而不是常規(guī)尺寸的約束，尼康認(rèn)為，其真正的任務(wù)是創(chuàng)造產(chǎn)品，用戶(hù)需要為今天的**顯微鏡技術(shù)。 創(chuàng)新工程，制造，質(zhì)量控制，檢驗(yàn)，生產(chǎn)，尼康的CFI 60系列光學(xué)系統(tǒng)的問(wèn)世。