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尼康显微镜什么是格里诺光学系统?

2014-07-29  发布者:admin 

 第一台的体视型显微镜具有双目镜和匹配的物镜是由Cherubin d'Orleans在 1671 年设计和建造的,但该文书实际上只有通过补充镜片的应用实现图像架设的伪立体系统。

在奥尔良设计的一个主要缺点是,左侧的图像被投射到右目镜和右侧图像的项目到左边目镜。但直到150年后,查尔斯·惠斯通爵士(Sir Charles Wheatstone FRS)写了一篇论文双目视觉有足够的兴趣是在立体显微镜,为进一步的工作提供动力。

在十九世纪中叶,英国伦敦弗朗西斯·赫伯特·温汉姆(Francis Herbert Wenham)设计了第一个真正成功的体视显微镜。温汉姆纳入一种新方法通过利用消色差棱镜将拆分这束光在尾部的一个单一的物镜。几年后,约翰洁具斯蒂芬(John Ware Stephenson)产生类似的文书 (见图 1)。温汉姆双目,众所周知的显微镜设计成为了,患有单镜头所带来的工件,实际上没有产生真正的立体效果。

早在1890年代,霍雷肖 · S.格里诺(Horatio S. Greenough),美国人仪器设计师,推出了新颖的设计,是要成为现代立体显微镜的祖先。格里诺说服卡尔蔡司耶拿公司以生产显微镜,但不是纳入格里诺的镜头架设系统,蔡司的工程师设计相棱镜产生正立像。这种设计已经经受住了时间(以及大量显微镜的)的测试,并在医疗和生物解剖一个主力整个二十世纪。该显微镜仍然是一个最喜欢的许多具体应用。

显微镜制造在二十世纪,上半年或解剖显微镜的过程中,他们被称为,非常像传统的复合式显微镜的时代。他们是沉重的主要从黄铜,构造利用图像架设棱镜,有简单的透镜系统组成的一个或两个双峰。工作距离与放大率成反比,是以最高的可用缩放比例相当短。这些显微镜采用主要为夹层,因为有很少的工业应用,涉及小程序集所需的显微镜检查。甚至钟表用单眼放大镜 !

第一现代体视显微镜是在1957年推出,在美国由美国光学公司。命名的Cycloptic®,这一突破设计的特点是压铸铝外壳,一个恒定的工作距离(即,在 4 英寸,是最长生产之一),和内部的放大倍率转换,这使得观测到从0.7倍提高物镜放大倍数为2.5倍,在五个步骤。此外,该显微镜采用一体式玻璃架设棱镜,配备多种附件,包括看台上,手臂和照明,并符合1950的造型与双色调的灰色涂装(见图2)。显微镜的名字是来自于通过它从检体的左和右声道的累计光的主体的底部的单一大的中心物镜。

在后来的显微镜,Cycloptic 的特点是重命名常见的主要物镜CMO)。本设计采用一个单一的大物镜镜头,无穷远时重点放在标本上,形成图像。Cycloptic,不同于大多数早期的体视显微镜设计,有螺纹的安装在较低的显微镜身体,争取进入位置下方可转动的滚筒包含两个对感光材料上伽利略式望远镜的物镜。滚筒旋转,望远镜镜片都被用在正向和反向方向 (放大和贴图层),产生四个不同的放大倍数。第五次放大导致从打开的通道与没有玻璃。伽利略透镜系统的一个小的焦距,一个非常小的直径,优势和很少有超过 2 倍或 3 倍的放大倍数。2 x 伽利略镜头将提供 2 x 或 1/2 x 放大倍率,取决于方向,并可以安排配对,产生很多的变化。Cycloptic 的头载什么现在称为管镜片、 架设棱镜和一双目镜。这个显微镜很快流行与早期的半导体制造商,最明显的是西方电气公司。

两年以后 (1959 年),博士伦公司介绍了体视显微镜要与Cycloptic竞争,但与一个尖端的进步: 连续变量,或缩放,放大倍率。名为StereoZoom®此镜是第一次体视显微镜没有架设棱镜和形成了围绕基本的格里诺设计,将在下面详细讨论。它通常是相同的大小和形状,作为 Cycloptic (图 3),并有一个可比的放大倍率范围 (0.7x到3.0x) 以类似的工作距离。显微镜还推荐一个新的博士伦公司发明: 增强的铝涂层,战略定位要执行的功能倾向棱镜和Porro架设棱镜的四个第一表面镜像。在体视显微镜直立图像非常有用,因为显微镜往往必须执行在下观察标本的交互式操作。更方便地进行任务,如夹层、 微焊接、 工业装配或卵母细胞显微注射了标本具有相同的物理方向在显微镜舞台上一样通过目镜观察时。此外,真实空间之间的关系研究标本的功能被得益于自然,直立的图像。

除了降低的成本与装有棱镜的显微镜相比,StereoZoom 也是重量更轻的。基本显微镜系统或"电源盒",它被称为,辅之以辅助镜片、 目镜、 照明器、 武器和站立,生产经历了 40 多年的潮流风格所有巨大的选择。接受由一个迅速崛起的新兴的半导体产业 StereoZoom 是立即和长寿命。体视显微镜市场上许多年,直到徕卡,这在上世纪 80 年代曾联合美国光学、 Bausch & 伦、 蓝帜、 理查特和野生的显微镜资源在 2000 年停止生产这种新型设计为主。

在1960年代初,缩放立体显微镜是由尼康奥林巴斯,优利康,以及其他(不那么广为人知)日本公司已开始进行,在美国他们的存在出台。总的来说,日本,美国和欧洲的显微镜制造商继续推进具有许多新的功能“更大更好”立体显微镜的发展。这些进展是由高速计算机,这使得它可行的光学设计,以解决具有良好校正光学像差创造一个有效的可变倍率的变焦透镜系统的复杂的问题,本发明加速。

今天的体视显微镜设计出高对比度的图像,达到了最低限度的耀斑和几何畸变的特征高数值孔径物镜。观察管将容纳高视点目镜有查看达 26 毫米,与允许的形象和十字线同时合并成焦点屈光度调节的一个领域。此外,很多模型的运动高缩放比率 (达 12 x 15 x),提供 (2 x 和 540 x) 之间的宽放大倍率范围,减少变化物镜的必要性。人体工学特征纳入显微镜设计帮助在长时间的操作,减少疲劳和新配件启用现代显微镜图像标本,就在几年前是不切实际的。

人的眼睛和大脑功能在一起以产生什么是被称为立体视觉,它提供了空间,我们周围物体的三维图像。这是因为大脑的解释从视网膜的每个收到的两个略有不同图像。平均人的眼睛被大约 64-65 毫米,距离分隔,每个眼睛感知从稍有不同的观点,由几度从其他不同的对象。当传递到大脑,图像都融合在一起,但仍保留高度的深度知觉,这是真正了不起。体视显微镜利用此转递倾向于由很小的角度 (通常 10 和 12 度) 之间有真正的立体效果的双图像感知深度的能力。

体视显微镜设计

在一些体视显微镜系统,标本成像利用两个单独的复合显微镜光学的火车,每个组成的目镜、 物镜的和中间的镜头元素。其他的设计采用两个个别的光学通道之间共享一个共同的物镜。两个鲜明的形象,源自略有不同视角,投影显微镜技术的视网膜,在那里他们刺激神经末梢将信息传输到大脑的处理。其结果是单个试样其分辨率有限的通过显微镜光学系统参数的三维图像和频率的视网膜,很像的限制的晶粒尺寸在摄影胶片或电荷耦合的器件 (CCD) 数字相机的像素密度中的神经末梢。

显微镜可以大致分为两个基本的家庭,每个都有正面和负面特征。古老的导系统,命名的发明者格里诺,利用双体管,倾向于产生立体的效果。一个较新的系统,被称为常见的主要物镜 (上面介绍),利用单一的大物镜,一双目镜管和透镜系统之间共享。任一类型的显微镜可以配备步骤类型各自的透镜来改变放大倍率或一个连续可变缩放类型放大系统。下面的讨论涉及的格里诺和常见的主要物镜体视显微镜设计的优缺点。

两个完全相同的 (和对称的) 的光学系统包括格里诺设计,在二十世纪,交由蔡司公司介绍每个都包含一个单独目镜和物镜单一的房屋 (图 4) 内准确对齐方式排列。这种设计的一个主要优势是因为的物镜有很相似设计中利用在古典复合式显微镜可以获得高的数值孔径。一般情况下的较低部分的身体管,包含了纤细的物镜,圆锥和汇聚在对象平面的最佳的焦点。体管的上端部项目一副图像到观察者的眼中,通常用一对标准的目镜。大小、 聚焦、 旋转、 和为中心的两个图像必须保持恒定内非常紧公差,因此,眼睛查看本质上是相同的场景。一离开从同一性是在其中的每个图像投射到视网膜的略有不同的观看角度。收敛角,通常从 10 到 12 度在现代设计中,左的眼意见从左边的对象,而右眼在右侧视图相同的对象从一个稍微不同的角度。

一对架设棱镜或镜像系统被利用消除旋转和反相放大后的图像从物镜收到和目前的观测者,因为这似乎没有一个显微镜。体管是用来提供直的视线在某些设计中,而其他人参军的援助,额外的棱镜,允许持证管和更自然的观景位置的倾向。因为图像形成光线经过复杂透镜系统的中心上,图像的质量是对称关于它的中心,是大多数复合显微镜的情况。此外,格里诺型显微镜光学畸变校正是比常见的主要物镜设计,不难,因为透镜是较小的轴向对称的和不依赖光线穿过的物镜的外围。150

 

变形工件中格里诺显微镜设计的每个身体管斜分裂产生从一个共同的轴。称为梯形失真效果,这种畸变导致该地区在左边右眼出现略小于,在相同的图像,右边的当然,事实恰恰相反的左的眼图像 (见图 5)。梯形失真出现从事实产生每个身体管的中间图像是相对于试样平面倾斜和倾斜彼此,因此只有中部地区都在同时聚焦在相同的放大倍数。其结果是视场的外围部分稍高于或低于实际样本平面上集中和有很小的差异,在放大倍率,虽然眼睛通常弥补这种效果,它往往不是视场的引人注物镜对显微镜技术人员。在长时间的观察期,然而,疲劳和紧张可以加速的基石作用。

放大倍率和焦点跨中格里诺显微镜视野中的小变化可能注意到在一侧的仪器,通过产生一个照片或视频图像,特别是如果对象主要是平面和直线。在显微摄影,焦点不连续面倾斜角度变化所带来的轻松通过倾斜的标本或一个光束的路径,以便显微镜光学轴是垂直的横向试样平面补偿。当进行测量与一根网线,线性目镜网格应该定位在垂直方向的最小化的基石作用。另一个解决方案是提示标本或显微镜五个或六个度和否定收敛性。

常见的主要物镜体视显微镜设计中心单,大口径透镜,通过两个左、 右通道查看对象的折射作用。每个通道经营作为独立的光学火车平行于其他 (这就是他们也被称为并行显微镜 ;图 4),而且还有准直光之间的个别通道和 (的图像投影到无穷大) 的物镜。这种安排保证左边和右边光轴与试样平面问题的协调中心一致收敛的性。因为这种平行轴安排通常被扩展为包括目镜,左边和右边的图像被查看的显微镜技术人员的眼睛,很少或没有收敛。常见的主要物镜系统的一个主要优势是物镜的光轴方向是物镜的正常的试样平面,和那里是物镜的没有固有倾斜的图像在目镜的焦平面。

虽然在大多数情况下有收敛在试样的凡是在 10 到 12 度,大脑不是习惯于解释没有收敛,导致一种独特的异常,是特定于奇美电子显微镜的三维图像。通过这种类型的显微镜查看标本时, 试样的中心部分出现略有升高,以便将平板试样现在似乎有一个凸形状。例如,一枚硬币会被较厚的中心,所以它将岩石从一边到另一边时倒在一个平面上的外观。此工件指作为一种透视变形,但不是应引起关注,除非在显微镜利用到法官平面度或高度 (见图 5)。标本与复杂的或圆形的形状,在显示一定的透视变形的同时往往似乎不会扭曲通过体视显微镜查看时。

透视畸变是有时称为封口球状的效果和结果从梯形失真和枕形失真的组合。作为一个例子,提出了图 5 是一个略显夸张的例子,美国林肯硬币,一个圆盘形的扁平硬币,如何会出现在体视显微镜与严重的透视畸变。在图的顶部显示原始分钱有平坦的表面。就在下方是图像投影同时通过两个左、 右眼中,这表明针对显微镜的中心轴不对称的枕形失真的显微镜。最后的结果是对象的一个圆形或全球范围内的感知时的图片,两个目镜是对象的投射到视网膜和大脑中融合在一起。大多数高端研究级常见主要物镜显微镜主要厂家生产的几乎消除了此神器,但它仍然会发生在一些不太昂贵的显微镜。

经常遇到的共同的主要物镜显微镜的另一个工件是少量的离轴像差如散光、 昏迷不醒和横向色差出现在每个图像的中心。这是因为每个光学通道接收光线从偏离中心区域的大的物镜而不是直接从中心,畸变 (尤其是那些发生离轴) 在哪里在最低限度或几乎不存在,在用最好的光学矫正镜片。时都用眼睛来查看的标本,但显微照片或数字图像可能会有不对称几何,穿过田野,一般不注意到影响。

一般情况下,色差是困难和昂贵,纠正,特别考虑到大尺寸和玻璃制造的物镜中使用的卷。有些 CMO 体视显微镜设计这一个非问题提供作出该设施来抵消在大型的中心物镜,定位它的任一轴上的左侧或右侧的通道。其他显微镜设计甚至为用常规的无限远校正的物镜,可以利用视图和照片取代大物镜提供一种手段在高放大倍数 (和数值孔径) 标本。

最大的设计特点和常见主要物镜体视显微镜,实际优势与最现代的显微镜,一样是无限远光学系统。准直光通路,两个平行轴的电视频道,之间存在的物镜和可移动的头/观察管组件 (标记为在图 6 中的无限空间)。这允许配件、 分光镜、 同轴是照明器、 照片或数码视频中间管、 拔管、 立管 eyelevel 和图像传输管等毫不费力地引入显微镜的身体和头部之间的空间。它也是可以将这些配件放置在空间之间的物镜和变焦的身体,虽然很少这么做在实践中。因为光学系统产生平行束光线之间的身体和显微镜头,添加的配件不介绍重大畸变或转移在显微镜下观察到的图像的位置。这种多功能性在显微镜围绕格里诺原则设计中不可用。

它是一个困难的任务,以确定其中的两个设计 (CMO 或格里诺) 是优越,因为有没有普遍接受的标准之间的体视显微镜系统的性能比较。常见的主要物镜显微镜,一般情况下,有更大的光收集功率比格里诺设计,往往更高度修正光学畸变。一些进行观察和显微摄影可能最好是利用奇美电子显微镜下,而其他情况下可能调用的功能独家对格里诺设计。因此,每个技术人员必须使测定是否有一个设计将更适合于手头的任务并使用此信息来为体视显微镜调查制定一个战略。

在大多数情况下,格里诺或共同的主要物镜显微镜之间的选择通常基于应用程序,并不在于一个设计是否优于其他。格里诺显微镜通常受雇为"主力"应用程序,如波峰焊的微型电子元件、 夹层的生物标本和类似的常规任务。这些显微镜是相对较小、 价格便宜、 非常坚固耐用,使用简单,和易于维护。常见的主要物镜显微镜一般用于更复杂的应用程序需要高分辨率与先进光学及照明配件。广泛的配件,可为这些显微镜借给他们在研究舞台上的力量。在许多工业的情况下,格里诺显微镜有可能被发现在生产流水线,而常见的主要物镜显微镜仅限于研究与开发实验室。另一个考虑因素是经济学的显微镜采购,尤其是在大尺度上。常见的主要物镜显微镜可以成本几次更多的比格里诺显微镜,这是首要的考虑因素,对于那些可能需要数十到数百个显微镜制造商。然而,有例外。如果一个共同的主要物镜显微镜是一份工作的更好的工具,所有权的真实成本可能低中结束了。

在体视显微镜的放大倍数: 物镜和目镜

取得的体视显微镜的总放大倍数是物镜和目镜的放大倍数,再加上,通过任何中间或外部辅助放大透镜系统作出了贡献的产品。多年来,大量的独立方法已改变 (增加或减少).体视显微镜放大因子。在最简单的显微镜,物镜 (或单一物镜在 CMO 设计) 永久安装在较低的身体住房,并放大倍数只能进行更改,通过引入不同的权力目镜。略有更复杂的显微镜有可互换的物镜,允许总放大倍率因素进行调整使用一个更高或更低的倍率物镜或代以不同放大倍数的目镜。在这些模型的物镜被安装由螺纹或夹具,使相对快速转换到新的缩放比例。

中级显微镜均配备滑动的物镜屋或包含几个匹配的集的物镜旋转转盘,产生不同的放大倍率因子。为了调整显微镜的放大倍数,经营者简单地曲折炮塔位置辅助配对的套新通道管下方的物镜。显微镜具有这种设计曾一度非常流行,但很少生产的今天。

最高质量显微镜配备一个变焦镜头系统或旋转鼓含伽利略利用的增加和减少整体放大倍率的望远镜。旋转滚筒系统的功能作为包含可以通过旋转鼓安装到光学通路的镜片配对的套积分中间管 (或块)。在大多数的模式,采用积极 détentes 以行事,请单击"停止"来保护镜头坐骑成正确的对齐方式,并标记通知操作员的新的放大因子。鼓通常有一对空镜头坐骑,没有辅助镜片,可以定位到光的路径,以允许使用没有额外的放大倍率物镜和目镜的组合。

变焦系统 (如图 7 所示) 提供连续变倍范围内,可以转动旋钮调整位于无论是在显微镜体周边或集成内身体本身。这种设计可以消除空白出,与标本特征时放大倍率在离散、 阶梯设置中更改之间的空间关系可能视觉损失发生。在一些更旧的文学,变焦系统常常统称为胰腺癌系统后希腊词用于"每个"和"权力"克瑞托斯缩放比例 4:1 和 15:1,取决于显微镜年龄,制造商和模型之间会发生变化。一般情况下,一个变焦镜头系统包含最小的三个镜头组,争取两个或多个元素为每个组,都彼此的战略定位。一个元素被固定在通道管、 内,而其他两个都平稳向上和向下在通道内由翻译精密凸轮。该系统旨在允许快速和持续的变化在同时在焦点同时保持显微镜的放大倍数。后变焦系统,附加透镜元件的使用继电器和/或直立图像投影到目镜之前。几个新的体视显微镜型号雇用警报放大所选位置中的变焦范围持证的积极的单击停止。这种区分是必不可少的在一个给定的功率的步骤,执行线性测量时经常发现有用功能的放大级别的校准。

早期的体视显微镜变焦透镜系统有大约 7 x 30 x 放大倍率范围。随着显微镜,此类中提高光学性能和更近的学生显微镜现在功能之间 2 x 和 70 x 的变焦范围,慢慢地长大的放大倍率的因素。中级显微镜有变焦放大因素与上部放大倍数限制之间 250 x 和 x 400,而高端研究显微镜运动可以达到超过 500 x 的放大倍率的变焦系统。这个宽放大倍率范围辅之以一个的域深度,比大得多的工作距离发现在复合式显微镜具有等效的放大倍数。关于现代显微镜工作距离变化之间 20 和 140 毫米,取决于物镜的放大倍率及缩放倍率。加上专门的辅助附件镜头,可以实现工作距离 300 毫米或更多。场直径也是远比那些用复合式显微镜可达到的。

辅助附件镜片可以到专门设计显微镜 (图 8) 上的物镜桶。一般情况下,附件镜片有螺纹,旋转到匹配的线程设置前面的物镜的桶。其他版本将附加到每桶带夹紧装置。这些镜头使显微镜技术,要么增加要么减少的主要物镜的放大倍数。

附件镜头时非常有用的图像质量不是压倒一切的因素,因为光学更正不能准确地执行,由于这样一个事实,镜头不安装在相同的位置它附加每次。此外,附件镜片修改工作距离 (样本与物镜的前端透镜元件之间的距离) 的物镜。增大显微镜放大倍数的镜头同时也将呈现短的工作距离,而附件镜头,用来减少放大生产工作距离相应增加。

现代显微镜均配备标准化的视场高视点目镜放大倍数从 5 倍到 30 x 在大约 5 x 增量中可用。可以利用这些目镜的大部分,有或没有眼镜,防护橡胶杯,可避免持证眼镜和目镜之间的接触。

目镜一般均配备屈光度调整,允许同时聚焦标本和测量制程,和双目显微镜观察管坐骑 (头) 现在有可移动的管子,使操作者之间在一系列的 55 到 75 毫米目镜瞳距会发生变化。瞳孔间距的调整往往被通过旋转棱镜机构在其光轴。因为物镜固定与棱镜的关系,调整不会改变的立体效果。这种便利扩展的观察期间,减少疲劳,但该仪器使用的多个运算符时,需要重新调整。请注意显微镜戴眼镜来矫正近视和视觉的眼睛之间的差异也应戴眼镜镜。眼镜戴只的特写镜头工作应清除在观察期间,因为显微镜生产在一定距离的图像。

视野 (有时缩写FOV),这是可见的和焦点时观察标本在显微镜下,由物镜的放大倍率、 固定的字段隔膜在目镜的大小。无论是常规或体视显微镜,视场的大小增加放大倍数时降低如果目镜膜片直径恒定。相反地,当放大倍率下降,视野被增加在固定的目镜隔膜直径。改变目镜隔膜开头 (这必须被完成在制造过程中) 的大小将增加 (对于较大的隔膜大小),固定高倍镜视野或减少的视野 (小隔膜大小)。

在大多数的化合物和体视显微镜目镜,物理场横隔膜 (位于在前面或后面的目镜场镜头) 的直径是以毫米为单位来衡量和称为field number(视场数),这是经常缩写,简称为FN视场光阑和视场光大小的实际物理尺寸可以在具有光阑下方的场透镜目镜的设计有所不同。测量和显微摄影光罩被放置在目镜的视场光阑的平面上,以便显示在同一光学共轭的平面中的标本。

目镜,通常标在外壳外部的视场数、由物镜的放大率,以定量确定的视图大小的视野划分。包含在计算中也应该是缩放设置,并插入到具有或不具有放大倍率的光学路径中的任何附加的附件。然而,目镜倍率不包括在内,这是通过在显微镜新手制成一种比较常见的错误。当更宽的视野是理想,显微镜应选择目镜具有较高的场数。在较低的放大倍率范围,立体显微镜具有视野比传统实验室的复合显微镜显着更大的视场。典型的场大小用10倍目镜和一个低功率的物镜(0.5倍)是大约65至80毫米(具体取决于缩放因子),这大大超过了所观察到的尺寸(约40毫米),与化合物显微镜在可比的放大倍率。这些大尺寸的字段需要照明的程度高,并且它往往是难以提供照明的整个视场的连续电平。

分辨率和景深的在体视显微镜

在体视显微镜的分辨率测定波长的光照和数值孔径的物镜,正如它是与任何其他形式的光学显微镜。数值孔径是衡量物镜的分辨力和被定义为一个半孔径角乘以介质折射率的成像,这通常是在体视显微镜中的空气的物镜。除以照明波长 (在微米) 的数值孔径,明显两个样本点之间的最小距离是由方程 (罗利标准) 给出:

分辨率(D) = 0.61 × λ / (n × sin(θ))

其中d是最小可分辨的距离,λ是照明波长(通常约550纳米的立体显微镜的混合物为中心)中,n是物镜和标本之间的介质的折射率,θ是物镜二分之一的孔径角。作为一个例子,尼康SMZ1500体视显微镜配备有具有0.21的数值孔径1.6倍复消色差物镜,将具有大约1.6微米的最大分辨率时,试样被照射具有550纳米的平均波长的白光。需要注意的是计算为1.6倍物镜的分辨率假设样本之间的成像介质,物镜是空气。制造的共同的主要物镜立体显微镜物镜通常不同的放大倍率0.5X从至2.0倍,与三个或四个中间值。

在表 1 中介绍了放大倍数,工作距离和典型的体视显微镜物镜的数值孔径在不同放大倍率。在过去,几个制造商分配给它们的体视显微镜物镜倍率值颜色代码。表 1 还列出了一系列的尼康体视显微镜物镜有此标识信息的颜色代码分配方案。注意很多厂家不分配一个特定的颜色代码体视显微镜的物镜,并在表 1 中列出的代码为了只到警报读者一些物镜可能会显示这和其他专门的专有术语。

体视显微镜物镜规格

物镜放大倍率 色标 数值孔径 工作距离
(毫米)
ED Plan 0.5x Red 0.045 155
ED Plan 0.75x Yellow 0.68 117
ED Plan 1x White 0.09 84
ED Plan 1.5x Green 0.14 50.5
ED Plan 2x Blue 0.18 40
Plan Apo 0.5x N/A 0.066 136
Plan Apo 1x N/A 0.13 54
Plan Apo 1.6x N/A 0.21 24

 

表 1

 

体视显微镜物镜的分辨力,只由物镜的数值孔径和不受目镜的光学参数。整体决议将不受时交换 20 x 10 x 目镜或更高放大倍数的目镜,虽然是不可见的低放大倍数的标本细节往往会显现出来,目镜放大倍数的增加。最高权力目镜 (30 x 或更高) 可能接近空放大倍率,尤其是当总显微镜放大倍数超过可用从物镜的数值孔径。为了衡量和比较的到另一个显微镜性能,分辨率值往往表达线对每毫米 (lp/mm)。在以上讨论的尼康 1.6 x 物镜,该决议方法 630 线对每毫米在优化条件下。

辅助附件镜片,范围包括了功率从 0.3 到 2.0 x x,可以改变的工作距离和体视显微镜光学系统的分辨力。一般情况下,解决权力性影响力是附件镜头的放大倍率因素成正比。模场直径是放大系数、 成反比,而领域的深度是放大因子的平方成反比。工作距离的变化也是放大系数、 成反比,但很难计算,因为该函数不是线性的。此外,使用这些辅助镜片,对图像的亮度,在大多数情况下不会显著的影响。

数值孔径和等效光圈值

数值孔径 光圈
0.023 21.7
0.029 17.2
0.052 9.6
0.085 5.9
0.104 4.8
0.118 4.2
0.128 3.9
0.131 3.8
表 2

对于一般摄影而设计的镜头被定级为一个系统,基于f-numbers (缩写为f),而不是数值孔径 (表 2)。事实上,这两个值出现不同的但实际上表达的相同的数量: 光收集的摄影镜头或显微镜物镜的能力。F-numbers 可以很容易转换为数值孔径 (反之亦然) 以另一方的值的两倍的倒数:

光圈 (f) = 1 / (2 x NA) 和 NA = 1 / (2 x f)

数值孔径(在显微镜)等于所述成像介质乘以物镜的孔径角的折射率。 f值是通过将透镜系统的焦距由孔径直径来计算。如果一个50毫米焦距透镜具有相同的孔直径为100毫米的透镜,在较短的透镜具有的f数为长的两倍。在情况下,最大直径是相同的两个镜片,大小为f /2为50毫米的透镜和f/ 4为百毫米透镜。

孔径直径被固定在体视显微镜的物镜,与传统的复合显微镜物镜的情况相似。随着显微镜放大倍数增加或减少通过改变缩放因子,焦距长度是也相应地改变。在更高的放大倍数,孔径直径与焦距长度比的增大,事实正好相反,放大倍率下降。

焦距长度的 2.0 倍体视显微镜物镜是 1.0 x 的一个物镜,且反过来,有一半的一半,0.5 x 的一个物镜。在一些尼康 SMZ 系列.体视显微镜 (U、 10a、 800 和 1000年)、 0.5 x 物镜有一个焦距为 200 毫米、 100 毫米和物镜焦距 x 2.0 1.0 x 时是 50 毫米。变焦系统孔径 (而这一物镜) 的相对大小的功能到整个显微镜系统控制光圈数刻度 (和数值孔径)。在后期模型显微镜,SMZ1500,物镜的焦距降低,物镜是增加的总系统的数值孔径。因此,为 SMZ1500 设计的一个 0.5 x 物镜有一个 160 毫米焦距,1.0 x 与 2.0 x 的物镜有焦距等于二分之一、 四分之一 0.5 x 的镜头,分别。

一些厂家供应适配器的圆环,允许物镜为一个特定的显微镜在其他 (通常较早的模型) 上使用设计的显微镜。在几种情况下,具有相同的放大倍率的两个物镜可以有不同的焦距中的变化,造成管透镜和缩放通道孔径规格。作为一个例子,尼康复方新诺明-U 体视显微镜 1.0 x 物镜有一个焦距为 100 毫米,而后来的模型 SMZ1500 显微镜采用焦距为 80 毫米的有类似的放大倍数和光学矫正物镜。两个显微镜设计之间的区别是变焦系统孔径,在较短的焦距为 SMZ1500 系列物镜结果的大小。当交换物镜具有相同放大但不同的焦距,另一个因素必须引入总放大倍数的计算,以纠正的焦距长度的差异。

景深的在体视显微镜物镜

物镜 变焦倍数 数值
孔径
景深
(微米)
10 x 15 x 20 x 30 x
HR Plan
Apo 1x
0.75 0.023 1,348 1,072 934 796
1 0.029 820 655 573 491
2 0.052 239 193 170 147
4 0.085 80 66 59 52
6 0.104 48 41 37 33
8 0.118 35 30 27 25
10 0.128 28 24 22 21
11.25 0.131 26 21 21 19
表 3

视野深度是一个重要的概念,在体视显微镜 (也许更是比其他常见形式的光学显微镜),和仪器,包括从物镜和辅助附件镜片的贡献的总放大倍数的强烈影响。在一个放大 x,使用 1 x 物镜 (数值孔径 0.10),10 倍目镜和一个缩放因子为 5,表现出典型的体视显微镜的景深是 50 的大约 55 微米。如果当它配置为运行在 50 x 2 x 附件镜头添加到显微镜下,新的缩放比例将 100 x,但景深将降至约 14 微米,大幅减少从没有辅助透镜的价值 (55 微米)。在这种情况,这是明智的做法,改变目镜放大倍率从 10 x 20 x 来实现,以便保留字段值的较大深度的增加放大倍数 (见表 3)。增加的物镜的数值孔径,通过增强光学校正 (例如,从平场消色差的复消色差) 也将产生在景深是温和的下降。

在表 3 中,作为一个函数的变焦放大因子和目镜放大率列出介绍了深度的一个尼康计划复消色差 1 x物镜的视场值。它是从表中的数据清楚数值孔径增大缩放时深度的字段随增加目镜的放大倍数,和变焦放大倍率的因素。

减小大小的物镜和目镜之间放置双虹膜膈可增强景深。这横膈膜打开和关闭在显微镜体外壳中使用的轮子或杠杆。有其实两个隔板,渠道,在共同的主要物镜体视显微镜设计的每个。这些横膈膜的作用是产生在田间深度增加同时提高试样对比在目镜中观察到。景深和数值孔径的变化,作为函数的隔膜开口尺寸,介绍在表 4 中在尼康计划复消色差 1 x 物镜上最高的变焦放大因子 (11.25)。膜片大小加大下来,利用一个 10 x 目镜的景深随着 26 日到 89 毫米,大约增加了 200%。同时,数值孔径滴从 0.131 到 0.063 或几乎 100%的值。在更高的目镜放大倍数观察类似的效果。

景深和数值孔径

光圈开口尺寸

数值
孔径
景深
(微米)
10 x 15 x 20 x 30 x
0.131 26 22 21 19
0.095 44 39 37 35
0.063 89 83 79 76
表 4

关闭光圈也将产生减少整体光的强度,增加这两个数字的曝光时间及胶片相机系统。在大多数情况下,由实验确定横膈膜的最佳设置。当横膈膜慢慢闭合的图像开始显示更多的对比,如光照强度慢慢消逝。在某些时候,取决于显微镜的光学配置,图像开始降解,标本细节分钟结构细节消失的同时表现出衍射现象。最佳设置是最大样本的细节和最大对比度目镜,在影片中,或在数字图像中所示的平衡。

显微摄影和数码影像

格里诺和常见主要物镜显微镜是易于适应图像捕获利用传统显微摄影技术 (膜) 或通过先进的数字成像技术。显微摄影往往采用作为录音前观察标本细节的空间分布及与高功率复合显微镜成像的工具。这种技术经常是必要的生物标本,在解剖,染色,并进行选择性的坐骑。

主要关注与数字成像技术和显微摄影在体视显微镜,是低的数值孔径的物镜,和无法捕获膜上 (或数字图像中) 领域的巨大深度通过目镜观察到。也有拍摄通过一个单一的机构管利用格里诺风格体视显微镜标本时应考虑的几个限制因素。因为显微镜物镜定位在对标本有轻微的角度,深度和分辨率显微镜目镜中看到不会记录在胶片上。一些制造商曾经提供配件,有助于缓解这些问题,但许多年长的显微镜有都已用尽,限制选择为 photomicrographers 的零配件库存。

旧显微镜可以配备数码或胶片相机使用附件也可通过互联网或通过光学和科学供应房屋。这些附件存在的几乎每一个可以想象的摄像系统,和很多人将与留在地方的目镜适合直接到观察筒上的相机。较新的显微镜三目头或摄影中间管 (有时需要一个投影目镜) 作为一个选项,但这些经常限制使用到指定由显微镜制造商的相机系统。

在图 9 中提出了一种显微镜是国家---艺术尼康研究级体视显微镜装备为这两个传统的成像与宝丽来胶片和数码摄像机。摄像系统耦合到显微镜通过分光镜的附件,附在显微镜身体和双目头之间的中间件。单、 双端口分光镜是可从尼康与一个或两个摄像系统一起使用。光学路径被针对到相机的端口与位于前面部分的中间件的选择杠杆。标准 c 装载、 f-装载和专有耦合系统是可用以支持各种各样的相机系统。此外,尼康提供投影镜头的不同放大倍率,可以被利用来改变膜上或在数字图像中的图像大小。

将照片十字线可以插入到用于构成图像的捕捉,目镜之一或焦点 finder 中暴露监测系统可以用于相同的物镜。在显微照片或数字图像放大倍率计算通过投影透镜放大后的产品 (如果使用) 倍的变焦放大倍数和物镜的倍率。一些分光镜端口也引入了第四个放大因子,通常是 0.5 x 2.5 x,必须包括在计算中。其他显微镜制造商提供类似的相机系统专为他们体视显微镜产品阵容而设计。

显微摄影在体视显微镜的一个独特方面是撰写是对立体声,采用标本有重要的立体空间关系之间结构细节的图像的能力。第一步是拍摄使用左的目镜,其次是通过右目镜的另一张照片的标本。此外可以利用与常见的主要物镜显微镜替代过程涉及到倾斜的标本由 7 至 8 度的显微镜光学轴左侧角水平 (阶段) 轴上。在捕获显微照片或数字图像后, 试样倾斜的相同金额的光轴和另一个显微照片 (数字图像) 右侧记录。这个动作产生在两个连续拍照与格里诺风格体视显微镜的效果相同。

后印刷 (或数字图像处理) 显微照片,他们可以安装 (或在计算机监视器上显示) 肩并肩,被视为与立体声的查看器中,呈现鲜明的三维立体显示标本详细信息。它是重要的定位和对齐方式的立体影像对恰逢立体声查看器的要求。

结论

放大倍率通常被认为是最重要的标准来判断一个光学显微镜的性能。这是不现实的因为正确的放大倍数是一个足够为手头的任务,不应不必要地超过。很多经典的基础细胞结构和功能,以及半导体解剖学上的细节最好的调查古典传播和反射的复合光学显微镜。放大倍数在 400 x 1000 x 范围内所需的这些研究,通常做不依赖大深度的成功观测场。另一方面,种类繁多的标本必须审查在较小的放大倍数,但需要度高的对比度较大的景深。

显微镜有特点,是有价值的情况下三维观察和感知的深度和对比试样结构的解释的关键。试样的显微操作需要在一个大和舒适的工作空间中时,这些文书也是必不可少的。宽视场和可变放大倍数的显微镜显示也是对于施工的微型工业程序集,或者需要小心操纵的微妙和敏感的活的生物体的生物研究。

考虑到广泛的配件目前可供体视显微镜系统,显微镜的此类是在大量应用程序非常有用。看台和照明基地可从所有的厂家,而且可以适应几乎任何工作情况。有广泛的选择.物镜和目镜,增强与附件镜头和同轴照明器作为一种中间管显微镜上安装。工作距离范围从 3-5 厘米,可以到在一些模型中,相当多的工作空间之间的物镜和试样允许多达 20 厘米。

现代显微镜的设计符合人体工程学的问题在心目中,和光学组件的大多数是密封的豆荚,免受灰尘和篡改,并包含镜头盾牌的保护,免受环境危害的光学元件。抗反射涂层蒸发到大物镜前台镜片发球来保护这些微妙的部分,从攻击由腐蚀性液体或气体,或可能会导致芯片和划痕的磨料颗粒的表面上。

显微镜的效用被有限只能由其分辨力。这些显微镜正享受着广泛使用在各种各样的学科有任务要求中的此类现代仪器的功能。他们当中有教育 (生物学、 化学、 植物学、 地质学、 和动物学),医学和病理学、 半导体工业、 冶金、 纺织品和需要的微型组件装配和检测等行业。