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尼康显微镜的色差

2015-01-27  发布者:admin 

色差是发生,因为每一个光学玻璃配方的折射率随波长变化的波长依赖性工件。 当白色光通过一个简单的或复杂的透镜系统中,该组件的波长根据其频率折射。 在大多数的眼镜,折射率大于较短(蓝色)的波长和变化以更快的速度随着波长减小。

蓝色光被折射到最大程度,随后通过绿色和红色的光,这种现象通常被称为分散液。 透镜的无力带来所有的颜色成一个共同的焦点的结果在一个稍微不同的图像尺寸和焦点的每个主要波长组。 这导致了围绕图像有色条纹。 当焦点被设置为波长频带的中间,所述图像具有绿色铸带紫晕围绕着它(红色和蓝色的混合物组成)。

教程初始化与检体(通过显微镜观察)出现在该小程序的左手侧的一个窗口的图像。 下方的图像窗口是标记的选择样本的下拉菜单,其可以被用来选择一个新的样品。 图像位置滑块用于通过沿图示为在小程序的右手侧的光线跟踪图的虚拟透镜系统的光轴移动焦平面来控制教程。 滑块的初始位置是在焦距范围的中心。 当滑块被移动到左边,焦平面偏移到更长的(红色)的波长和显微镜图像和点扩散函数同时改变来说明色差的效果。 移动滑块向右移动焦平面较短(蓝色)的波长,产生的显微图像和点扩展功能的相应变化。 一组定位在所述射线追踪模式下的单选按钮允许访问者未校正虚拟光路和一个已被校正,以模拟消色差,萤石,或复消色差光学元件之间切换。 需要注意的是点击和激活比一个标记为未改正的将停用图像位置滑块等一个单选按钮。

色差是单一的超薄镜片使用涉及的样品和图像距离近轴光线经典的镜头制造商的生产配方十分常见。 对于一个单一的薄透镜制造为具有曲率半径r(1)R(2)的折射率n和半径的材料时,我们可以写出以下等式

1/s + 1/s' = (n-1)(1/r(1)-1/r(2))

其中,s和s'被定义为对象和图像的距离,分别。 在球面透镜的情况下,焦距(f)被定义为所述图像的距离为平行传入光线

1/f = 1/s + 1/s'

焦距 f与光的波长而变化,如图教程窗口和图1(a),这表明色差对白色光通过一个简单的透镜的光束的影响。 成分的色彩(波长)被聚焦在不同的距离从透镜(图2),以产生具有任意模糊半径,直径约为0.3毫米的图像。 它是比较简单的使用一个厚的,简单会聚(双凸,正弯月形,或平凸透镜)透镜照射的多色点光源,如手电筒或蜡烛来演示色差。 当观察由简单透镜产生的图像时,图像的周边将出现模糊和有色与橙红色卤代当透镜靠近眼睛。 在更远的距离,光环将变成蓝紫色。

镜头校正最初是在18世纪后期试图John Dollond,约瑟夫·利斯特和乔瓦尼·阿米奇设计方法,以减少纵向色差。 这些先驱引入消色差透镜,以显微镜,极大地降低了的轴向(纵向)的色差,并首次在光学显微镜下可见的细菌制成。 通过组合冕玻璃和火石玻璃(每种类型都有折射率不同的分散体),它们成功地使蓝色光线,红色光线到一个共同的焦点,邻近但不相同的绿色光线。 燧石玻璃的色散大约为冠的两倍,所以由配对具有负火石元件的正冠元件,将合并的分散体将是大约相等,方向相反,从而消除轴向色扩散(图2)。 需要注意的是冠玻璃的放大率两倍火石的此组合,产生约一半,仅冠元件的净功率。 另一个优点:这个镜头是校正球面像差中,当正极和负极元件一起使用的透镜组经常发生。

冠/火石组合被称为一个透镜双峰,其中每个透镜具有不同的折射率和色散特性。 透镜双峰也称为消色差透镜或消色差透镜的简称,来源于希腊词一个意思,而不和色度意颜色。 这个简单的修正的形式允许在486纳米的蓝色区域与656纳米的红色区域中的图像点,现在重合(图1(b))。 中心波长(550纳米)和公共焦点(蓝色和红色)之间的散焦是被称为次要轴向色像差的残留。 即使模糊是通过30倍使用火石和冠眼镜(图1(b)),像差不能完全与普通玻璃的配方消除,这限制了消色差物镜的图像质量降低与双色校正。 消色差透镜是最广泛使用的物镜,并且通常在两个教学和研究级实验室显微镜发现。 物镜不携带特殊的题字说明,否则很可能是消色差透镜。 消色差透镜是用于常规实验室用令人满意的物镜,但由于它们对所有的颜色不纠正,为无色标本细节是可能显示,在白色光,为浅绿色的颜色在最佳聚焦(二次轴向颜色)。

透镜厚度,曲率,折射率,以及分散体的适当组合允许双峰通过使两个波长组成一个共同的焦平面(图2),以减少色差。 如果萤石被引入用于制造透镜的玻璃配方,则三种颜色红,绿和蓝,可以带进单个焦点导致色差的可忽略的量。 这样的透镜元件被称为复消色差透镜和它们用于构建非常高品质的色差矫正显微镜物镜。

现代显微镜使用这个概念,今天是很常见的找到三个透镜元件制成的光学镜头三胞胎粘合在一起,尤其是在更高的质量物镜。 为色像差校正,一个典型的10×消色差透镜显微镜物镜是建立与两个透镜双峰。 许多萤石的物镜,这是在消色差透镜和复消色差之间校正中间,使用的是萤石(或类似的制剂)结合适当的玻璃元件内置于形成被消色差在三个波长一双峰。 复消色差透镜的物镜通常包含两个透镜双峰和透镜三重两个色度(最多四个波长)的先进校正和球面像差。

与一个复消色差透镜物镜的消色差的纵向色差校正的比较示于图3眼镜正常色散的,其具有在随波长的折射率几乎线性下降,被用于生产消色差透镜的物镜。 只有两个波长可以有相同的焦点(见图3),并且剩余的二次频谱产生浅绿色或紫色条纹上的锐利边缘的图像。 更高质量的复消色差透镜的物镜使用具有部分色散随波长更迅速地在任一蓝色或红色区域中的折射率的变化的眼镜。 其结果是,复消色差具有高度色差校正,其中多达四个波长可以有相同的图像位置。

与复消色差透镜和萤石物镜,衍射引起的强度分布的扩散,也可几乎完全消除,如示于图4,一种消色差仍具有在第一边缘实质性强度,同时复消色差透镜接近理论分辨率极限,其中轴上色像差大于场的波光学厚度。奥林巴斯显微镜

因为复消色差物镜需要异常色散的元素,它们的特征可能不是理想的某些特定的应用,如荧光激发在近紫外线,微分干涉对比,并利用偏振光其他形式的显微镜。 出于这个原因,一个萤石物镜往往更适宜,而图4示出了这些物镜的接近程度复消色差的性能。

除了纵向(或轴向)色差校正,显微镜物镜还显示出另一个色差缺陷 即使当所有的三个主要颜色被带到相同焦平面轴向(如在萤石和复消色差透镜的物镜),近视场的周边细节点图像是不相同的尺寸。 这是因为偏轴射线通量被分散,从而导致该组件的波长,以形成在像平面上的不同高度的图像。 例如,一个细节的蓝色图像比绿色图像或红色图像中的白色的光,从而导致在视场的外区域试样细节颜色振铃稍大。 因此,轴向焦距对波长的依赖性产生的波长的横向倍率的依赖性以及。 这个缺陷被称为横向色差倍率色差 。 当白光照射,与横向色差的镜头会产生一系列的大小和颜色不同的重叠图像。 在非校正系统中,在436纳米的蓝色成分可以被成像比在630纳米的红色成分的1.4%左右。 横向色差大于用于短焦距的物镜和范围可以从1.1到距光轴的径向距离的1.9%。

在具有有限管长度显微镜,它是补偿目镜,具有倍率色差的物镜,这是用于校正横向色差的正好相反。 因为这个缺陷,同样出现在更高的放大倍率消色差透镜,补偿目镜经常用于这样的物镜,也。 事实上,很多厂家设计他们的消色差透镜与标准的横向色差错误,并使用补偿目镜他们所有的物镜。 这样的目镜经常携带的题词KCCompens。 其结果是,补偿目镜具有积聚在横向色偏差和都没有,在他们自己的,完全纠正。 1976年,尼康推出CF光学,横向色差修正其不从目镜援助。 新的无限远校正显微镜要么校正色差完全物镜或利用该系统的物镜加上管镜头来呈现一个完全纠正中间图像。

最后,这是有趣的是,人眼具有色差的一个显着量。 幸运的是,我们能够补偿这种工件时大脑处理的图像,但也可以说明使用在一张纸上的小紫点像差。 当举行靠近眼睛,紫色的圆点将在该中心由一个红色的光环包围呈现蓝色。 由于纸张越走越远,点会出现红色由蓝色光晕所包围。