奥林巴斯显微镜物镜长度及光路设计

2018-08-17 16:54:08 Pooher Inc. 299

光学显微镜的机械管长度被定义为物镜目镜)插入的观察管的顶部边缘与物镜安装处的物镜转换器开口的距离。 图1中的图示说明了定义典型透射光显微镜的机械管长度的光路(红线)。

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多年来,几乎所有显眼的显微镜制造商都将其物镜设计为有限的管长。设计者进行的假设是,样品在焦点处被放置在比物镜的前焦平面稍远一点的距离处。然后物镜投射出一个放大的图像,该图像在显微镜观察管开口顶部边缘下方10毫米的目镜膜片的水平面上聚焦(聚焦),目镜被插入其中(请参阅图1和2)。

 

现在,管长度已被标准化为皇家显微学会(RMS)建议160毫米的有限校正透射光显微镜。设计用于160毫米有限管长度显微镜的物镜在我们关于客观规格和识别的讨论中概述了桶上的题词“160”(mm)。目镜和物镜的位置在金相图中是相反的,其基本上是倒置的反射光显微镜,如图2所示。注意,在图1和2所示的两个例子中,“管”不是直线,光使用镜像分束器将波从物镜传输到目镜(目镜)。大多数现代显微镜都是这种情况,特别是那些配备三目头用于显微摄影的显微镜。

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一些较旧的显微镜具有与160毫米标准偏离的机械管长度。 Leitz仪器公司生产的显微镜在RMS标准被其他制造商合并后,继续生产170毫米长管。我们警告那些试图将针对一种机械管长度设计的物镜插入为不同管长设计的显微镜中的显微镜专家。当物镜和管长不匹配时,由于光管长度发生变化,因此引入球差会导致图像质量受损。光管长度定义为物镜后焦平面与目镜固定光阑上的中间或主图像之间的距离。当该管长度改变以偏离设计规格时,将球面像差引入显微镜中,并且图像遭受光学质量劣化。在管长为160毫米的显微镜中使用设计为170毫米管长的物镜时,设计在物镜中的校正将导致其对像差的补偿不足。在170毫米管长显微镜中使用160毫米物镜时情况正好相反。

 

使用有限的管长显微镜系统,无论何时,如偏振中间件,DIC沃拉斯顿棱镜或荧光照明器等附件放置在物镜背部和目镜之间的光路中,机械管长度将变得更大超过160毫米。当样本重新聚焦时,可能会引入差异。因此,有限系统中的每个这样的附件必须包含光学元件以使管长度表面上回到160毫米。这些设备通常会导致放大倍率不理想的增加并降低图像的整体强度。还有产生“鬼影”的危险 - 这是会聚光线通过反射光配件的分束器的结果。

 

正如我们在上面的讨论中看到的那样,现代显微镜中的人体管包含一个复杂的透镜,反射镜和分束镜组件,可将物镜中的光线传输到目镜中。几乎所有显微镜制造商现在都在设计他们的显微镜以支持无限校正物镜。这样的物镜将样品的图像投影到无穷远处(通常的描述并不准确地表述为新出现的平行射线)。为了能够观看图像,显微镜的主体管或反射光显微镜中的垂直照明器本身必须包含管透镜。这个透镜的主要功能是在目镜光阑平面上形成图像,即所谓的中间像平面。目镜的目镜“看着”这个真实的,倒置的,放大的图像,并在复合显微镜的通常的第二载物台放大倍率下放大该图像。

 

无限远校正系统特别有价值,因为它们消除了经常伴随着旧式仪器形成的“鬼影”(由通过倾斜平面玻璃表面的会聚光引起)。这种系统具有易于设计的优点,并且还可以在“平行”光路中插入较便宜的附件。这种先进的新型光学系统可以使显微镜在物镜与透镜套管之间的光路中支持复杂的光学组件簇。这对于诸如共焦,偏振,DIC和落射荧光显微镜等技术特别有用,其中必须采用专门的透镜系统以获得最佳结果。

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在现代无限校正系统中,管透镜是一种多元件光学元件(防止引入彗形像差或散光,即使增加了“无限远光路空间”),该光学元件内置并密封在观察管中。在这种设计中,可以容纳多达两个中间附件,而不需要额外的光学元件来校正图像,在物镜和镜筒之间的“无限空间”(见图3)中。如上所述,重影图像被消除。配件更容易设计;并避免不必要的额外放大因素。图3所示的光路是无限校正显微镜系统的图解表示。图3的左侧显示了物镜前焦平面和目镜光阑平面上的焦点。右侧显示了物镜和管状镜头之间的中间附件放置在光路中的“无限空间”。

 

4中所示的示意性无穷远校正系统指示额外的光学组件如何可以插入到光路中。图4(a)是一个无穷大校正系统的示意图,显示了一个被分级聚光镜照射的微型滑片上的样本。成像光线穿过物镜并形成平行光束,该光束通过管透镜聚焦到目镜中。如图4(b)所示,附件可插入平行光束中,无需进一步的光学校正,图4(b)显示了沃拉斯顿棱镜和几个偏振器插入通道。图4(c)示出了将分束器插入平行光束中。该分束器将光转向位于平行光束右侧的外部附件。

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无穷远校正的物镜具有广泛的放大倍率,从1.5X到200X,以及各种品质的色彩和球形校正 - 从简单的消色差到平面色彩和精确的平面色彩。大多数(但不是全部)设计用于干燥,也就是物镜与样品之间的空气。明场系列具有用于拧入鼻托的通用显微镜螺纹(请参见图5)。用于明视野/暗视野观察的物镜通常具有更宽的直径螺纹,并且需要具有更宽的开口以用于连接这些物镜的物镜(这些物镜被称为Neo,BF / DF或B / D物镜)。


一些反射光物镜被设计为聚焦在距离标本较长的工作距离处;这些物镜在LWD(长工作距离)或ULWD(超长工作距离)的物镜桶上标记。制造商通常指定用于反射光Nomarski微分干涉对比研究的物镜系列;例如在奥林巴斯的情况下,合适的系列是用于明场物镜的MS平场系列和明场/暗场系列中的Neo S平场。这些物镜有时被标记在物镜桶上的NIC上或指定为应变减少的。

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无限校正物镜刻有无穷大标记(∞)。 由物镜产生的放大倍数是管透镜的焦距除以物镜焦距的商。 例如,在具有180毫米焦距的管透镜的奥林巴斯显微镜系统中,9毫米焦距物镜将在目镜光阑的平面上投影20X放大图像。 使用180毫米的管透镜,可以设计放大倍数低至1.25X的物镜,同时仍保持45毫米的定位距离。


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