奥林巴斯显微镜物镜规格与标识

2018-10-12 10:53:02 Pooher Inc. 356

识别各物镜的特性通常非常容易,因为重要的参数通常刻在物镜本身的外壳上,如图1所示。该图描绘了典型的60x平场复消色差物镜,包括常见的雕刻物 确定物镜设计物镜所需的所有规格以及正确使用所需的条件。

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显微镜制造商提供广泛的客观设计,以满足专业成像方法的性能需求,补偿盖玻片厚度变化,并增加物镜的有效工作距离。通常,仅仅通过观察物镜的构建,特定物镜的功能并不明显。有限显微镜物镜设计用于在固定平面(中间图像平面)上投影衍射极限图像,该图像由显微镜管长度决定,并位于物镜后焦平面的预定距离处。显微镜的物镜通常被设计成与一组特定的目镜/或管状镜片一起使用,以帮助消除残余的光学误差。例如,较老的尼康和奥林巴斯补偿目镜与高数值孔径萤石和消色差物镜一起使用,以消除横向色差并改善场的平坦度。较新的显微镜(来自尼康和奥林巴斯)的物镜已经完全修正,不需要目镜或管镜头的额外校正。

 

大多数制造商现在已经过渡到无限校正的物镜,从每个方位角向无穷远处投射新出现的射线。这些物镜需要光路中的管透镜将图像聚焦在中间图像平面上。无穷远校正和有限管长度的显微镜物镜不可互换,并且必须不仅与特定类型的显微镜相匹配,而且还必须与来自单个制造商的特定显微镜匹配。例如,尼康无穷远校正的物镜与奥林巴斯无限远校正的物镜不能互换,这不仅是因为管长差异,还因为安装的螺纹不是相同的节距或直径。物镜通常包含一个表示管焦距的题词,正如将讨论的那样。

 

每个物镜的桶上都刻有大量的信息,可以分为几类。这些包括线性放大率,数值孔径值,光学校正,显微镜体管长度,物镜设计的介质类型以及决定物镜是否按需执行的其他关键因素。关于这些属性的更详细的讨论在下面提供,并且链接到处理特定问题的其他页面。

 

制造商 - 物镜制造商的名称几乎总是包含在物镜中。图1所示的物镜是由一家来自日本的虚构公司Nippon制造的,但尼康,奥林巴斯,蔡司和徕卡等公司都是制造商,这些公司是显微镜行业最受尊敬的制造商。

线性放大率 - 对于图1中的消色差物镜,线性放大倍数为60x,但制造商生产的物镜的线性放大倍数为0.5x至250x,其间有许多尺寸。

光学校正 - 这些通常被列为Achro和消色差(无色),如F1,Fluar,Fluor,Neofluar或Fluotar(萤石),以获得更好的球面和色差校正,以及Apo(消色差)和色差。场曲校正缩写为Plan,Pl,EF,Achroplan,Plan Apo或Plano。其他常用的缩写是ICS(无穷远校正系统)和UIS(通用无限系统),N和NPL(正常视野平场),Ultrafluar(萤石物镜,透明度低至250纳米)以及CF和CFI(铬无铬;无铬无限)。图中的物镜(图1)是一种平场复消色差,具有最高程度的光学校正。表1列出了物镜桶上常见的缩写词。

Specialized Objective Designations

ABBREVIATIONTYPE
Achro, AchromatAchromatic aberration correction
Fluor, Fl, Fluar, Neofluar, FluotarFluorite aberration correction
ApoApochromatic aberration correction
Plan, Pl, Achroplan, PlanoFlat Field optical correction
EF, AcroplanExtended Field
(field of view less than Plan)
N, NPLNormal field of view plan
Plan ApoApochromatic and Flat Field correction
UPLANOlympus Universal Plan (Brightfield, Darkfield, DIC, and Polarized Light)
LUNikon Luminous Universal (Brightfield, Darkfield, DIC, and Polarized Light)
L, LL, LD, LWDLong Working Distance
ELWDExtra-Long Working Distance
SLWDSuper-Long Working Distance
ULWDUltra-Long Working Distance
Corr, W/Corr, CRCorrection Collar
I, Iris, W/IrisAdjustable numerical aperture (with iris diaphragm)
Oil, OelOil Immersion
Water, WI, WasserWater Immersion
HIHomogeneous Immersion
GlyGlycerin Immersion
DIC, NICDifferential or Nomarski Interference Contrast
CF, CFIChrome-Free, Chrome-Free Infinity-Corrected (Nikon)
ICSInfinity Color-Corrected System (Zeiss)
RMSRoyal Microscopical Society objective thread size
M25, M32Metric 25-mm objective thread; Metric 32-mm objective thread
Phase, PHACO, PCPhase Contrast
Ph 1, 2, 3, etc.Phase Condenser Annulus 1, 2, 3, etc.
DL, DLL, DM, BMPhase Contrast: Dark Low, Dark Low Low, Dark medium, Bright Medium
PL, PLLPhase Contrast: Positive Low, Positive Low Low
PM, PHPhase Contrast: Positive Medium, Positive High Contrast (Regions with higher refractive index appear darker.)
NL, NM, NHPhase Contrast: Negative Low, Negative Medium, Negative High Contrast (Regions with higher refractive index appear lighter.)
P, Po, Pol, SFStrain-Free, Low Birefringence, for Polarized Light
U, UV, UniversalUV transmitting (down to approximately 340 nm) for UV-excited epifluorescence
MMetallographic (no coverslip)
NC, NCGNo Coverslip
EPIOblique or Epi illumination
TLTransmitted Light
BBD, HD, B/DBright or Dark Field (Hell, Dunkel)
DDarkfield
HFor use with a heating stage
U, UTFor use with a universal stage
DI, MI, TIInterferometry, Noncontact, Multiple Beam (Tolanski)
Table 1

数值孔径 - 这是一个临界值,表示光接收角度,这反过来决定了聚光功率,分辨能力和物镜的景深。

为透射光荧光和暗场成像专门设计的一些物镜配有内部光圈,可调节有效数值孔径。在这些物镜上刻上的缩写包括I,Iris和W / Iris。上述60x复消色差物镜的数值孔径为1.4,是使用浸油作为成像介质的现代显微镜中最高的数值孔径之一。

 

机械管长度 - 这是安装物镜的物镜转换器开口与插入目镜(观察镜)的观察管顶部边缘之间的显微镜主体管的长度。显微镜设计的这一方面在底漆的机械管长度部分中进行了更详细的讨论。管长通常以固定长度的毫米数(160,170,210等)为单位刻在物镜上,或无穷长校正管长的无穷大符号(∞)。图1所示的物镜是针对无限长的管长进行校正的,尽管很多旧的物镜将针对160(尼康,奥林巴斯,蔡司)或170(莱卡)毫米的管长度进行校正。

覆盖玻璃厚度 - 大多数透射光物镜设计用于对覆盖玻璃(或盖玻片)覆盖的样本进行成像。这些小玻璃板的厚度现在在大多数应用中标准化为0.17mm,尽管在一批盖玻片中厚度通常有一些变化。出于这个原因,一些更高级的物镜具有内部透镜元件的校正环调节以补偿这种变化。校正项圈调整的缩写包括Corr,w / Corr和CR,尽管存在可移动的滚花领和刻度尺也是该特征的一个指标。

上面链接的交互式Java教程允许访问者在显微镜物镜上调整校正环。有些应用程序不需要校正玻璃厚度的物镜。这些包括旨在反射光冶金标本,组织培养,集成电路检测和许多其他需要观察的应用,而无需补偿盖玻片。

 

工作距离 - 这是标本聚焦时物镜前端透镜与玻璃盖顶部之间的距离。在大多数情况下,物镜的工作距离随着放大率的增加而降低。工作距离值不包括在所有物镜中,它们的存在取决于制造商。常用缩写为:L,LL,LD和LWD(长工作距离),ELWD(超长工作距离),SLWD(超长工作距离)和ULWD(超长工作距离)。较新的物镜通常包含刻在枪管上的工作距离(以毫米为单位)的大小。图1所示的物镜具有0.21毫米的非常短的工作距离。

专用光学特性 - 显微镜物镜通常具有可在特定条件下优化性能的设计参数。例如,特殊物镜设计用于由缩写P,Po,POL或SF(无应变和/或所有桶形雕刻涂成红色),相衬(PH和/或绿色桶形雕刻)表示的偏振照明, ,差分干涉对比度(DIC)以及其他许多缩写。表1列出了几种缩写,通常是制造商特定的缩写。图1所示的复消色差物镜针对DIC显微摄影进行了优化,并在桶上标出。 DIC标记旁边的首字母H表示该物镜必须与针对高放大倍率应用而优化的特定DIC沃拉斯顿棱镜一起使用。

Objective Numerical Aperture and Working Distance
Optical Correction*
and
Magnification
Numerical
Aperture
Working Distance
(Millimeters)
ACH 10x0.256.10
ACH 20x0.403.00
ACH 40x0.650.45
ACH 60x0.800.23
ACH 100x (Oil)1.250.13
PL 4x0.1022.0
PL 10x0.2510.5
PL 20x0.401.20
PL 40x0.650.56
PL 100x (Oil)1.250.15
PL FL 4x0.1317.0
PL FL 10x0.3010.00
PL FL 20x0.501.60
PL FL 40x0.750.51
PL FL 100x (Oil)1.300.10
PL APO 1.25x0.045.1
PL APO 2x0.066.20
PL APO 4x0.1613.00
PL APO 10x0.403.10
PL APO 20x0.700.65
PL APO 40x0.850.20
PL APO 60x (Oil)1.401.10
PL APO 100x (Oil)1.400.10
*Abbreviations:
ACH, Achromat
PL FL, Plan Fluorite
PL APO, Plan Apochromat

Table 2

物镜螺纹 - 几乎所有物镜上的安装螺纹均符合皇家显微学会(RMS)的标准,以达到通用的兼容性。图1中的物镜是安装螺纹,直径为20.32毫米,螺距为0.706,符合RMS标准。该标准目前用于制造商奥林巴斯和蔡司生产的无限校正物镜。尼康和徕卡已经从标准中脱颖而出,推出了具有更宽安装螺纹尺寸的新型无限校正物镜,使得徕卡和尼康的物镜只能在自己的显微镜上使用。尼康的理由在我们描述尼康CFI60 200/60/25生物医学显微镜规格的章节中解释。通常用于表示线程大小的缩写是:RMS(皇家显微学会物镜线程),M25(公制25毫米物镜线程)和M32(公制32毫米物镜线程)。

浸泡介质 - 大多数物镜设计用于将样品与空气作为物镜与玻璃罩之间的介质成像。

为了获得更高的工作数值孔径,许多物镜被设计成通过另一种介质来成像样本,从而降低玻璃和成像介质之间的折射率差异。当浸没介质是折射率为1.51的特殊油时,高分辨率平场复消色差物镜可以实现高达1.40的数值孔径。其他常见的浸泡介质是水和甘油。为特殊浸泡介质设计的物镜通常在物镜筒周围刻有一个颜色编码环,如表3所示,并在下面介绍。常用缩写词为:油,Oel(油浸),HI(均匀浸渍),W,水,Wasser(水浸)和Gly(甘油浸渍)。

 

颜色代码 - 显微镜制造商使用颜色代码标记其物镜,以帮助快速识别放大率和任何专业的浸泡介质要求。图1所示物镜上的深蓝色代码表示线性放大倍数为60x。当你有一个包含5或6个物镜的物镜转塔时,这是非常有用的,你必须快速选择一个特定的放大倍率。一些专门的物镜还有一个附加的颜色代码,用于指示实现最佳数值孔径所需的浸没介质的类型。旨在与油一起使用的浸没式镜片具有黑色的色环,并且旨在与甘油一起使用的浸没式镜片具有橙色环,如图2左侧的物镜所示。设计用于对水性介质中的活生物体成像的物镜被指定为水浸带有白色圆环的物镜以及用于非常规浸入式介质的高度专业化物镜通常刻有红色圆环。表3列出了大多数制造商使用的当前放大率和成像介质颜色代码。


Objective Color Codes
MagnificationColor Code
1/2xNo Color Assigned
1xBlack
1.25xBlack
1.5xBlack
2xBrown (or Orange)
2.5xBrown (or Orange)
4xRed
5xRed
10xYellow
16xGreen
20xGreen
25xTurquoise
32xTurquoise
40xLight Blue
50xLight Blue
60xCobalt Blue
63xCobalt Blue
100xWhite
150xWhite
250xWhite
Immersion MediaColor Code
OilBlack
GlycerolOrange
WaterWhite
SpecialRed
Table 3

特殊功能 - 物镜通常具有特定于特定制造商和物镜类型的其他特殊功能。 图1所示的平场复消色物镜具有弹簧加载的前透镜,以防止物镜偶然被驱动到显微镜载玻片表面时发生损坏。

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在专门物镜上发现的其他特征是可变工作距离(LWD)和数值孔径设置,可通过旋转物镜主体上的校正环来调节,如图2所示。左侧的平场荧光物镜具有可变浸入式介质/数值孔径设置允许物体与空气和替代液体浸渍介质甘油一起使用。右侧的平场apo物镜具有可调整的工作距离控制(称为“校正衣领”),使物镜可以通过不同厚度的玻璃盖玻片成像样品。这对于具有高数值孔径的干物镜特别重要,其特别容易受球形和其他像差的影响,当其与厚度不同于规定设计值的盖玻片一起使用时会损害分辨率和对比度。

 

尽管目前不常见,但过去已经制造了其他类型的可调物镜。也许最有趣的例子是具有变倍的化合物“变焦”物镜,通常从约4倍到15倍。这些物镜具有设计不佳的光学镜筒,具有显着的像差问题,并且对于显微摄影术或严重的定量显微镜不太实用。

 

Parfocal距离 - 这是另一个规格,通常可能因制造商而异。大多数公司生产的物镜具有45毫米的齐焦距离,旨在减少放大倍数改变时的重新对焦。

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3中左侧描绘的物镜具有45mm的齐焦距离,除了放大色彩代码外,还标有浸入式介质颜色代码。如图所示,齐焦距离是从物镜转换器物镜安装孔到样品上的焦点。图3右侧的物镜距离为60毫米,这是尼康CFI60 200/60/25规格制造的结果,它又偏离了其他制造商的做法,如奥林巴斯和蔡司,他们仍然能够制造出45mm焦距的物镜。大多数制造商也将他们的客观鼻托称为“中心”,这意味着当一个样本位于视野中的某个物镜的中心时,它将保持居中,直到物镜旋转以使另一个物镜投入使用。

 

玻璃设计 - 玻璃配方的质量在现代显微镜光学的发展中一直是最重要的,目前有数百种光学玻璃可用于显微镜物镜的设计。玻璃对显微镜物镜的光学性能的适用性是其物理性质的函数,例如折射率,色散,透光率,污染物浓度,残余自发荧光和整个混合物的整体均匀性。光学设计师必须注意确保用于高性能物镜的玻璃在近紫外区域具有高透射率,并且还产生用于偏振光或微分干涉对比度等应用的高消光因子。

 

用于构建多个透镜元件的胶合剂通常具有约5-10微米的厚度,这可能是具有粘合在一起的三个或更多个透镜元件的组中的伪影的来源。双合透镜,三合透镜和其他多透镜配置可以显示虚假的吸收,透射和荧光特性,这些特性会使镜头在某些应用中不合格。

 

多年来,天然萤石通常用于制造萤石(半复消色差)和复消色差物镜。不幸的是,许多新开发的荧光技术通常依赖于波长明显低于400纳米的紫外线激发,其受到该矿物中存在的天然有机成分自发荧光的严重影响。另外,天然萤石显示广泛的局部结晶区域的趋势可能严重降低偏光显微镜的性能。许多这些问题都会被新的更先进的材料所克服,例如氟代聚合物玻璃。

 

为了消除应力,改善透射率并降低其他内部缺陷的水平,制造物镜的光学玻璃退火至关重要。用于复消色差透镜构造的一些玻璃配方经过缓慢冷却和退火时间延长,通常超过六个月。真正的复消色差物镜是由天然萤石和其他在近紫外区降低透射率的玻璃组合而成。

 

超低色散(ED)玻璃作为镜头设计的一项重大进步引入,其光学特性类似于矿物萤石,但没有机械和光学缺点。这种玻璃已经允许制造商利用具有优异的光学校正和性能的透镜元件来创建更高质量的物镜。由于许多玻璃的化学和光学特性属于专有性质,因此很难或无法获得文件。由于这个原因,文献往往模糊了在显微镜物镜构建中使用的玻璃的具体性质。

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多层防反射涂层 - 近年来客观设计中最重要的进步之一是抗反射涂层技术的改进,该技术有助于减少光线通过镜头系统时发生的不需要的反射(闪光和重影),并确保高对比度图片。每个未涂覆的空气 - 玻璃界面可以反射垂直于表面的入射光束的4%到5%,导致正常入射时透射值为95-96%。应用具有适当折射率的四分之一波长厚度抗反射涂层可以将该值增加3%至4%。随着透镜元件数量的不断增加,物镜变得更复杂,消除内部反射的需求也相应增加。一些具有高度校正的现代物镜可以包含多达15个具有多个空气 - 玻璃界面的透镜元件。如果镜片没有涂层,单独的轴向射线的反射损失会使透射率值下降到50%左右。曾经用于减少眩光并改善透射率的单层透镜涂层现在已被多层涂层所取代,该多层涂层在可见光谱范围内产生超过99.9%的透射率值。这些专用涂层也用于相衬物镜的相位板以最大化对比度。

 

3中示出了反射和/或穿过涂覆有两个抗反射层的透镜元件的光波的示意图。入射波以一定角度撞击第一层(图3中的层A),导致部分光被反射(R(o)),并且部分透射通过第一层。在遇到第二抗反射层(层B)时,另一部分光以相同的角度反射并干扰从第一层反射的光。一些剩余的光波继续到玻璃表面,在那里它们又被反射和传播。从玻璃表面反射的光与从抗反射层反射的光干涉(构造性地和破坏性地)。抗反射层的折射率不同于玻璃和周围介质(空气)的折射率。当光波穿过抗反射层和玻璃表面时,大部分光(取决于入射角 - 通常在光学显微镜中垂直于透镜)最终透过玻璃并聚焦形成图像。

 

氟化镁是用于薄层光学增透膜的许多材料之一,但大多数显微镜制造商现在都生产他们自己的专有配方。总体结果是可见波长的对比度和透射率的显着提高,以及位于传输带外的谐波相关频率的并发破坏性干扰。这些专业涂层很容易被误操作损坏,显微镜专家应该意识到这个漏洞。与单层涂层的紫色色彩相反,多层减反射涂层具有略带绿色的色调,这一观察结果可用于区分涂层。用于内部透镜的抗反射涂层表面层通常比用于保护外部透镜表面的相应涂层柔软得多。清洁涂有薄膜的光学表面时应格外小心,特别是在拆卸显微镜并对内部透镜元件进行检查的情况下。

 

从上面的讨论中可以明显看出,物镜是复合显微镜最重要的光学元件。正是出于这个原因,投入了大量精力才确保它们具有良好的标签并适合手头的任务。我们将在本教程的其他部分探索显微镜物镜的其他属性和方面。


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查看原始的英语文章:Microscope Objectives: Specifications and Identification


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