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尼康显微镜:CFI60光学系统结构

2013-10-16  发布者:admin 

介绍

当典型的无限远光学显微镜谈到,他们可能这图像的梦想光学系统,可以做任何事情。 有人说,当你用显微镜无限远光学系统的性能提升。因此,他们得出结论,如果它不是无限远光学系统,它是没有执行在一个较高的水平。

 

cfi60 figure1

所有的制造商真的努力要做到这一点,以满足用户的期望吗? 无限远光学系统,显着提高系统的灵活性,这是真的,但是是有限的光学系统无限远光学性能总是优于呢?

 

尼康CFI 60光学设计团队面临的这个命题头。 他们深入研究了其他制造商的系统的优点和缺点,并找到了一个最佳的光学性能和系统灵活性之间的平衡。 本文档将帮助你理解为什么无限远光学系统,生物应用程序,设置新的性能标准纳入管透镜的焦距为200毫米,与齐焦距离60毫米的物镜,一个物镜的25毫米螺纹尺寸。

 

为什么焦距镜头200毫米的管吗?

在一个有限的光学系统,光从一个目的通过物镜后,朝向主图像平面(通常被称为中间图像平面 ,位于目镜焦点)和收敛,如在图1中示出。

 

cfi60 figure2

 

然而,在无限远光学系统中,光成为平行光线通过物镜后的焊剂和直到通过,如在图2中所示的管透镜后不收敛。 这并不意味着,光穿过后的物镜(管透镜),可以得到无限远距离。 通过物镜后,从光轴上的一个对象移动光沿光路平行于该轴。 来自该对象的周围的光形成在对角的光轴的平行光线及垫款的焊剂,如在图3中,下面给出图解。

 

正因为如此,有情况下,这些光线可以不再被捕获的管透镜的位置是由管透镜,如果太多从物镜。 这会导致图像的领域,以便成为暗或模糊的边缘周围,以防止在显微镜从执行在其全部潜力。 术语无限远光学只是意味着,光成为平行光线通过物镜后的焊剂, 而不是一个无限的空间是可用的光学系统内。

 

cfi60 figure3

 

如果我们要采用无限远光学系统,以进一步发展的显微镜,我们将需要增加的物镜和管镜头之间的距离,以及增加了系统的灵活性。 要延长这个距离,我们的平行光线的磁通减少的角度以外的光轴。 人们普遍认为,管透镜的焦距越长,实现这一物镜,但这个长度也有限制。

 

物镜的无限远光学显微镜的放大倍率(M(O))的公式为:

M O =管镜头焦距(F T)/物镜焦距(F o的 )

 

管透镜的焦距(F(t)的 )和物镜的焦距(F(邻))在图2中描述。 如果加长管透镜的焦距,与更长的焦距的物镜的图像平面的距离(在目镜)也将增加。 自然地,这使得显微镜较大的大小。 考虑到这一点,得出的结论是,焦距为200毫米的管透镜是最适当的。 其他制造商所采用的焦距是160毫米和180毫米。

 

cfi60 figure4

 

要获得相同大小的图像,从位于远离光轴的目的,管透镜产生一个较小的角度对光轴的光更长的焦距。 不伸长,所以光管透镜和物镜之间的距离可以增加极大地提高了系统的灵活性,如在下面的图4中示出的电位。

 

cfi60 figure5

 

这种设计具有一定的光的优点。 正如在图5中所示,当管160毫米和200毫米焦距的透镜进行比较,在200毫米的透镜产生磁通的离轴光线与更小的角度。 在此背景下,光线通过相衬附件中的相位环,利用Nomarski DIC的附件,或外延荧光附件中的分色镜的DIC棱镜,产生较小的平行于光轴和那些轻元素之间的转移对角线,使配件更有效地工作。 这是一个大的光学优势,并且也是一个主要的因素,一种改进的落射荧光显微镜中的对比度水平。

 

齐焦距离物镜60毫米为什么?

一旦管透镜的焦距被设置到200毫米,齐焦的物镜的距离,必须增加从标准的45毫米。 管长度上一节中所解释的,物镜的焦距也增加,以保持相同的放大倍率,并自45毫米并不提供最佳的空间,在这个设计中,不能得到高品质的图像。 在实践中,在CF N PLAN阿波60x的油的机械管长度为160毫米,相信是在有限的最终物镜,在有限的空间的45毫米与镜片拥挤。 当这个有限的系统将被替换为无限系统的物镜是,物镜和的管透镜分为管透镜,焦距变为相当于约150毫米。 在此基础上,我们可以计算出齐焦距离的光学性能超过了有限的系统提供有限的系统物镜,共焦距为45毫米,镜头焦距为150毫米管,齐焦无穷大系统物镜距离 x;管镜头焦距为200毫米。 在解决这一比例时,如果45:150 =×:200,那么 x = 60毫米。 因此,如果管透镜的焦距为200毫米,最佳的物镜共焦距具有是60毫米。

 

使用上述的计算的最佳的共焦距为160毫米的管长度为48毫米和180毫米的管长度是54毫米。齐焦距离无限远光学系统所设定的物镜为45毫米的显微镜制造商,那么他们将无法利用的全部潜力,他们的物镜

 

由于工作距离(WD)也增加了匹配的时间越长物镜焦距,使用齐焦距离为45毫米的制造商是他们无法利用较长的工作距离,尼康中处于不利地位。 使用计划APO 60倍的油(NA 1.4),物镜的比较,我们可以看到WDS制造商至少有50%不到的尼康。 这表明,有差异的能力,以适应不同类型的试样,以及易于操作。

 

常见无限远校正管的长度

生产厂家

管长度 
(毫米)

尼康

200

奥林巴斯

180

徕卡

200

蔡司

164.5

表1

 

低功耗镜头需要一个特定的大小。 如果物镜的放大倍率为1x,“ 的M(o)= F(t)的/ F(邻)”的公式中使用的管长度部显示物镜和管透镜的焦距将不得不是相同的 。 在尼康的情况下,以完善管镜头焦距为200毫米,共焦距为45毫米,在设计中留下的空间太小。 通过增加这个距离至60毫米,得到的倍率为1x和由于这个革命性的变化,低至0.5倍的倍率作为一个物镜已经实现。 其他制造商所提供的最低放大倍率为1.5倍,并没有对他们产生了1个物镜

 

为什么要使用25毫米的目的螺纹尺寸?

增加管透镜的焦距时,物镜的焦距也必须增加。 是有一定限度的物镜的瞳孔直径(物镜的螺纹尺寸的限制后的剩余的有效直径),所以不能得到高的数值孔径(NA)。 因此,低功率的透镜的NA的严重影响。 目前,其他厂商使用20.32毫米的螺纹尺寸,但如上所述,尼康25毫米,能够实现高数值孔径。 最初,亮度的照片镜头(F),用公式表示:

F = F / D

其中 f是透镜的焦距,D是有效直径。 由于显微镜的NA对应的一照片的镜头的F值,亮度可与式表示:

F @ 1 /(2N.A.)

以实现所需的NA所需的有效直径,因此,可以发现使用此公式。 换句话说,一个物镜(有效直径的出口侧)上的光瞳的大小被表示为:

D = 2N.A. XF

例如,要找到的有效直径的CFI计划载脂蛋白4倍(NA 0.2),物镜与最高(最亮)NA;鉴于物镜焦距为50毫米,并在管透镜的焦距为200毫米,是由以下计算:

D = 2×0.2×50 = 20毫米(光学直径)

这表明,传统的20.32螺纹尺寸物理上不能使用。 所需的160毫米和180毫米的管长度的基础上用数值孔径为0.2的4倍物镜设计的瞳孔直径是16毫米和18毫米。这说明什么样的设计由其他制造商所面临的问题时,使用传统的20.32毫米的螺纹尺寸。相应的计划载脂蛋白的4倍物镜的实际数值孔径为0.16。 尼康的物镜在这个类中的NA为0.20,这在行业中是最高的。

如图所示,以获得高的数值孔径,低倍率的物镜,需要一个大的瞳孔直径。时间越长的管透镜的焦距,更大的放大的必要性的物镜的螺纹尺寸。 尼康已经选择了25毫米螺纹尺寸的CFI无限远光学系统,解决了这个问题。

 

在结论

我们相信这些伴随着具体的例子说明,帮助你理解为什么管被认为是最佳的焦距长度200毫米镜头无限远光学系统中使用的,为什么可以得到一个物镜的齐焦距离60毫米更高的光学规格和螺纹尺寸25毫米。 通过JIS和其他传统的标准已针对机械尺寸,采用无限远光学系统本身有必要的牺牲与传统系统的兼容性。

因此,而不是常规尺寸的约束,尼康认为,其真正的任务是创造产品,用户需要为今天的尖端显微镜技术。 创新工程,制造,质量控制,检验,生产,尼康的CFI 60系列光学系统的问世。