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尼康显微镜完美的机械对焦偏移系统

2014-04-10  发布者:admin 

 关键概念尼康PFS相关的是精确地检测一个合适的轴向可用于建立试样中的物镜前透镜元件的位置和感兴趣的焦平面之间的精确关系近端(z)的参考平面。 这个任务是使用近红外光(8​​70毫微米),它由一个辅助光学系统产生并引入通过一个二色镜的主要光学显微镜列车实现。在870纳米的光,不与正常的透射光或荧光观察干涉,被聚焦的物镜项物镜线性图案在折射率边界驻留在玻璃盖玻片(折射率1.5)和周围介质之间的标本(共,1.33-1 .38折射率)使用油浸物镜时。 水的折射率边界作为当水或油浸物镜所采用的参考平面,但干物镜使用空气 - 玻璃边界在面向物镜前透镜元件的盖玻片的另一侧。 本教程将探讨偏移镜头系统,使尼康的PFS的操作。

教程初始化与尼康PFS的示意图偏移透镜系统和线路的CCD出现在沿与显微镜焦平面在试样窗的视图的主窗口。 为了操作的教程,使用偏移控制滑块来改变PFS 偏移量 ,从而改变了参考平面和焦平面之间的距离。 作为该滑块被翻译,在试样焦点区域也被改变,这种作用是通过改变线状图案广播到CCD中的教程窗口的上部示出。 尽管在光学系统沿水平轴的教程所示,它实际上是垂直的,在实际的显微镜。 需要注意的是真实的PSF单元响应以毫秒为单位集中漂移,因此本教程中的动作放缓的教学考试的物镜。

油站单元的一个关键部件是偏置调整透镜系统,其位于该半透半反镜和主二色镜之间,并与图1的示意图概述。由于其定位,偏移透镜系统是由共享两个LED的照明狭缝和线的CCD成象的PFS的光学列车。 偏移系统用于与控制显微镜轴向(z)的位置的电子反馈回路转移加油站狭缝图像的焦点位置在和谐,从而使系统能够对试样和玻璃-水界面创建完全独立的焦平面。 检体图像平面被定向到检测器或目镜和狭缝图像是通过两个独立的光学系统引导到PFS线CCD探测器。

在图1(a)所示,只含有偏移透镜和主显微镜物镜,以及检体和盖玻片光学系列的简化版本,提出了为使说明简洁。 另外,插图呈现为其中参考平面所在在盖玻片上的下表面的空气 - 玻璃界面的干燥物镜的情况。 黄色光线追迹是指在图像形成主镜光学系统的光波。 黄色光线不透过光的PFS列车通过由于上述限制二色镜,其引导这些图象形成的波前的目镜或其他检测器。 红色射线追踪生成并由PFS单元收集轮廓焦点检测光波。 偏移透镜组件被称为转塔透镜和图1中的偏移透镜 ,这些透镜移位PFS生成的狭缝图像,它被投射到盖玻片界面,来回沿着光轴,他们也同时移反射图象向上或跨线CCD的检测器的像素下来。 偏移的系统的物镜是使操作者选择的标本与物镜的焦平面重合的区域,同时维持物镜前透镜元件和试样之间的固定距离盖玻片使用PFS漂移校正硬件。

偏移系统炮塔透镜被固定在光轴上(掺入多透镜转塔),而偏移透镜本身被允许翻译来回沿着光轴移位的狭缝图像的位置。 根据预可行性研究单元,物镜(F)的焦点,而油站的初始化狭缝图像(A)重合在盖玻片和介质洗澡标本(图1(a))之间的界面区域。 这种情况被称为零点偏移 。 为了引入物镜焦平面和狭缝参考平面之间的偏移距离,操作者可以转动的PFS偏移控制器拨号移居偏移透镜,从而狭缝图像的焦点。 在图1(b)中,透镜是由一个距离 x移动,这导致狭缝图像焦点A的移位到一个新的位置更靠近物镜。 因为偏移透镜对物镜的成像光波(焦点F)的焦点没有效果,两个焦点正在相对 ​​于彼此偏移。 一旦PFS反馈环路调整的物镜位置,以重新定位于盖玻片界面的狭缝图像的焦点(A)(图1(c))时,物镜焦点(F)然后,移动到试样的中心部分。 的焦点FA之间的距离被称为偏移量 ,并且可以在操作者来探测在样品的不同深度的便利而改变。

可与PFS单位的偏移范围是由所使用的物镜的类型来确定,但一般的范围从盖玻片界面(零毫米)至最多约10微米的用于油浸物镜,20微米为浸的物镜,并且向上至100微米或更长时间干燥的物镜。 注意,偏移范围一般随物镜的工作距离,所以起到了高数值孔径油浸物镜最受限制值,它们具有非常浅的聚焦深度。 一个成功的,能够监视的Z基准面的轴向位置的最重要的方面是所述近红外光在界面处反射的信号强度。 当使用油浸物镜,狭缝图像的反射率在油和盖玻片的玻璃之间的界面上是有效的零,因此不具有焦点控制干扰。 用水浸物镜,在此界面的反射率的值等于该上盖玻片界面(在试样上侧),但这些高倍率及数值孔径物镜的浅焦深可确保较低的反射不与PFS控制干扰功能。 相反,对于干物镜,反射率在盖玻片 - 空气界面是10倍以上,在检查体盖玻片界面,所以前者接口被用作焦点控制的基准边界。 在必要时,使用范围广泛的物镜的可用偏移量的差异可以通过引入适当的炮塔透镜到光路中来获得。

在操作过程中,在物镜位置的控 ​​制,进而,在焦平面成像试样和PFS狭缝(AF在图1中,分别),由狭缝图像上的线CCD传感器的投影来确定将PFS单元,如示于图2。在情况下,试样摄像室(参考接口)移动的负的轴向(-z)的方向上,狭缝像沿的CCD的像素行的一端移出并变宽。 在反向时,会发生室位移在正方向(远离物镜; + Z)在显微镜的光轴。 一旦变速时,PFS控制器把物镜的一种代偿方向与狭缝图像恢复到线路CCD传感器的中​​心。 图2示出的线CCD传感器作为焦点位置的函数的狭缝图像的信号强度(z)表示 。 当PFS狭缝光直接在参考平面上聚焦,狭缝图像重叠线CCD的中央部分(图2(a))。 作为基准面由越来越大的距离,在正的轴向方向移动时,狭缝图像变宽,并移向线CCD(图2(b)至图2(d))的边缘。 当基准平面移位中的负的轴向方向发生反向。

 

线路CCD探测器是在PFS系统的一个关键因素,因为从狭缝图像的投影而得到CCD面上的信号被直接馈送到控制电子设备的CPU容纳在单元,它解释焦点信息来确定聚焦状态相对于参考平面的物镜。 然后将PFS电子所需的信息输出到线性编码器的控制单元(装在显微镜帧),以驱动物镜转换到正确的位置。 与PFS中使用的每个不同的物镜被注册到控制电子器件,以提供单位与可以用于建立相对于物镜前透镜正确的物镜转换器的位置数据。 当PFS单元被激活时,物镜转换器被驱动为物镜寄存的垂直位置,然后更接近试样腔室由一半的工作距离(约65微米为典型的100倍复消色差物镜的数值)。 在这一点上,PFS单元为参考平面(称为狩猎 )搜索,直到它由线CCD的检测。 在不能检测到参考平面的情况下,搜索操作的预定义的时间后停止。 过度狩猎可以是一个问题,当不正确的浸没油被用于或者如果样品参数不符合PFS单元的要求,导致差的信号​​检测由线CCD的两个条件。 在情况下,水溶液洗澡试样小于3毫米厚,狩猎或完全故障检测接口也可以发生。 在理想情况下,该加油站的对焦精度通常是物镜震源深度小于三分之一。