介紹
當(dāng)?shù)湫偷娘@微鏡談到無限光學(xué)，他們可能有一個(gè)可以做任何事情夢(mèng)光學(xué)系統(tǒng)的這一形象。有人說，提高性能，當(dāng)您使用顯微鏡無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)。因此，他們得出結(jié)論，如果它不是一個(gè)無限遠(yuǎn)的光學(xué)系統(tǒng)，它不是在一個(gè)較高的水平執(zhí)行。
對(duì)所有制造商真的努力地做到這一點(diǎn)，并滿足用戶的期望？這是真的，無限遠(yuǎn)光學(xué)顯著提高系統(tǒng)的靈活性，但是無限遠(yuǎn)的光學(xué)性能始終優(yōu)于有限光學(xué)系統(tǒng)？
尼康CFI60光學(xué)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨這一命題頭。他們深入研究的優(yōu)勢(shì)和其他制造商的系統(tǒng)的缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)光學(xué)性能和系統(tǒng)靈活性之間的最佳平衡。本文將幫助你理解為什么一個(gè)無限遠(yuǎn)的光學(xué)系統(tǒng)，用于生物應(yīng)用，設(shè)置納入管鏡頭200毫米的焦距，與60毫米齊焦距離的物鏡，25毫米物鏡螺紋尺寸新的性能標(biāo)準(zhǔn)。
為什么管鏡頭200毫米的焦距？
在一個(gè)有限光學(xué)系統(tǒng)，從物體的光通過物鏡之后，它被導(dǎo)向主圖像平面（通常被稱為中間圖像平面上，位于所述目鏡焦點(diǎn)）和如在圖1所示的收斂那里。
在一個(gè)無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，但是，光通過物鏡后變成平行的光線的通量和不收斂，直至通過管透鏡后，如圖2。這并不意味著無限距離可光后獲得傳遞物鏡（最多到管透鏡）。通過物鏡后，從光軸上的物體光平行移動(dòng)到沿光路這個(gè)軸。從物體的外圍光來在一個(gè)對(duì)角于光軸形成平行光線和進(jìn)步的通量為圖解在圖3中，介紹如下。
正因?yàn)槿绱耍嬖谄渲羞@些光射線可以不再受管透鏡被捕獲，如果管透鏡的位置是從物鏡太遠(yuǎn)實(shí)例。這會(huì)導(dǎo)致周圍的視場(chǎng)邊緣的圖像變暗或模糊，從而防止顯微鏡從執(zhí)行在其全部潛力。術(shù)語無限遠(yuǎn)光學(xué)簡單地意味著，光通過物鏡后變成平行的光線的通量，而不是一個(gè)無限的空間是可用的光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)部。
如果我們要采用無限遠(yuǎn)光學(xué)為了進(jìn)一步發(fā)展顯微鏡，我們將需要增加的物鏡和管鏡頭之間的距離，以及提高系統(tǒng)的靈活性。延長這個(gè)距離，我們減少了平行光的光束的角度的光軸之外。一般認(rèn)為，對(duì)于管透鏡較長焦距將實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但該長度有限制。
用公式求出在無限遠(yuǎn)光學(xué)顯微鏡物鏡的放大倍率(M(o))?：
Mo?=管鏡頭焦距 (Ft) / 物鏡焦距 (Fo)
其中管透鏡的焦距(F(t))和物鏡的焦距?(F(o))?在圖2中描述。如果管透鏡的焦距變長，到像面的距離（在目鏡）還將與物鏡的長焦距增加。自然地，這使得在顯微鏡的大小?？紤]到這一點(diǎn)，得出的結(jié)論是，在200毫米的焦距將是最適合的管透鏡。其他廠商采用的焦距160毫米和180毫米。
從位于遠(yuǎn)離光軸的對(duì)象得到相同尺寸的圖像，管透鏡的長焦距產(chǎn)生光的對(duì)光軸一個(gè)較小的角度。光線不散開這樣的距離在管透鏡之間，并可以增加極大地提高如下面的圖4示出了用于系統(tǒng)的靈活性的潛在物鏡。
這種設(shè)計(jì)具有某些光學(xué)優(yōu)點(diǎn)。如圖5所示，當(dāng)在160毫米至200毫米焦距管透鏡相比，200毫米透鏡產(chǎn)生離軸光線的具有較小角度的通量。在這種情況下，光線穿過在相襯附件的相位環(huán)，該DIC棱鏡在諾馬斯基DIC附著，或在落射熒光附件的分色鏡，產(chǎn)生平行于光軸和那些光元件之間較小的位移對(duì)角線它，這樣的配件更有效地工作。這是一個(gè)很大的光學(xué)優(yōu)點(diǎn)，并且也有助于在落射熒光顯微鏡對(duì)比度的改進(jìn)的水平場(chǎng)主要因素。
為什么物鏡60毫米的齊焦距離？
一旦管透鏡的焦距為200毫米，物鏡的齊焦距離必須從標(biāo)準(zhǔn)45毫米增加。如在上管的長度的部分說明的那樣，物鏡的焦距，以便保持相同的放大倍數(shù)也增大，并且由于45毫米不在這個(gè)設(shè)計(jì)提供最佳的空間時(shí)，不能得到高品質(zhì)的圖像。在實(shí)踐中，在?CF N Plan?Apo 60x oil為160毫米的機(jī)械管長度，認(rèn)為是在有限物鏡的最終，擠滿了在45毫米的有限的空間透鏡。當(dāng)這有限系統(tǒng)替換為無限遠(yuǎn)系統(tǒng)和物鏡被分成一個(gè)物鏡和一個(gè)管透鏡，管透鏡的焦距變的約150毫米當(dāng)量。在此基礎(chǔ)上，我們可以計(jì)算出齊焦距離以提供超越了有限的系統(tǒng)如下的光學(xué)性能：有限系統(tǒng)物鏡齊焦距離為45毫米;為150毫米的管鏡頭焦距，無限遠(yuǎn)系統(tǒng)的物鏡齊焦距離為x;并且管透鏡的焦距為200毫米。在解決這個(gè)比例，如果45：150 =X：200，則x= 60毫米。因此，如果管透鏡的焦距為200毫米，最佳物鏡齊焦距離具有為60毫米。
使用160毫米的管長度的最佳齊焦距離以上計(jì)算為48毫米，為180毫米的管長度為54毫米。對(duì)于顯微鏡制造商誰在他們的無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)定為45毫米物鏡齊焦距離，那么他們將無法利用其物鏡的全部潛力。
由于工作距離（WD）也增加以匹配長期物鏡焦距，誰使用45毫米的距離齊焦廠家都在他們的無能劣勢(shì)，利用尼康實(shí)現(xiàn)較長的工作距離。使用plan?Apo 60x oil（NA 1.4）的物鏡作為比較，我們看到由制造商WDS成比尼康少至少50％。這表明，有在以容納各種類型的試樣以及易于操作的能力的差異。
常見的更正無限長度管
生產(chǎn)廠家管長度
（毫米）
尼康200
奧林巴斯180
徠卡200
蔡司164.5
表格1
低倍率鏡片要求的特定大小。如果物鏡的放大倍率為1倍時(shí)，“M(o) = F(t)/F(o)”，在管的長度部分中使用公式表明物鏡的焦距和該管透鏡將不得不是相同的。在尼康的情況下，為了完善200毫米的管鏡頭焦距，45毫米的距離齊焦將離開在設(shè)計(jì)空間太小。通過增加60毫米這個(gè)距離，1X的放大得到和感謝這個(gè)革命性的變化，以低至0.5倍放大倍率的物鏡已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。其他廠商提供的最低放大倍率1.5倍是，沒有人制作了1倍的物鏡呢。
為什么要使用25毫米物鏡螺紋尺寸？
當(dāng)管透鏡的焦距增大時(shí)，物鏡的焦距也必須增加。有物鏡數(shù)值孔直徑的限制（物鏡螺紋尺寸的限制后有效直徑剩余），所以不能得到高數(shù)值孔徑（NA）。因此，低功耗的鏡頭NA被嚴(yán)重影響。目前，其它制造商使用一個(gè)20.32毫米螺紋規(guī)格，但如上所述，尼康使用25毫米并且能夠獲得高數(shù)值孔徑。最初，照片透鏡（F）的亮度用下式表示：
F = f/D
其中，f是透鏡的焦距，D是有效直徑。由于顯微鏡的NA對(duì)應(yīng)于相片透鏡的F值，亮度可以與公式表示：
F @ 1/(2N.A.)
以獲得所需的NA所需要的有效直徑可以因此利用這個(gè)公式可以找到。換句話說，數(shù)值孔徑的物鏡（有效直徑的出口端）的尺寸被表示為：
D = 2N.A. x f
例如，為了找到CFI Plan Apo 4x（NA 0.2）具有最高（最亮）NA物鏡的有效直徑;鑒于物鏡的焦距為50毫米，而其中管透鏡的焦距為200毫米，下面的計(jì)算是由：
D = 2×0.2×50 =20毫米（光學(xué)直徑）
這表明，常規(guī)20.32螺紋尺寸物理不能使用。對(duì)于與基于160毫米180毫米管長度的0.2的數(shù)值孔徑設(shè)計(jì)4倍物鏡所需的數(shù)值孔直徑分別為16毫米，18毫米。這顯示了一種使用傳統(tǒng)20.32毫米螺紋尺寸時(shí)，由其他制造商所面臨的設(shè)計(jì)問題。相應(yīng)Plan Apo 4x物鏡的實(shí)際數(shù)值孔徑是0.16。對(duì)該類尼康的物鏡是0.20，這在同行業(yè)中最高。
如圖所示，為了獲得高的數(shù)值孔徑，低倍率物鏡需要大的數(shù)值孔直徑。管透鏡的焦距越長，有必要擴(kuò)大的物鏡的螺紋尺寸越大。尼康已經(jīng)選擇了CFI無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)25毫米螺紋尺寸解決了這個(gè)問題。
結(jié)論
我們相信這些解釋配以具體的例子幫助你理解為什么焦距長200毫米的管鏡頭被認(rèn)為是最適合用在無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，以及為什么更高的光學(xué)規(guī)格可與60毫米的物鏡的齊焦距離獲得25毫米之螺紋尺寸。通過JIS等常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)遵循機(jī)械尺寸，本身采用無限遠(yuǎn)光學(xué)的必要了與傳統(tǒng)系統(tǒng)的兼容性犧牲。
因此，不是通過常規(guī)尺寸的限制，尼康認(rèn)為其真正的任務(wù)是創(chuàng)建用戶需要為當(dāng)今的切削刃顯微鏡技術(shù)產(chǎn)品。在工程，制造，質(zhì)量控制，檢驗(yàn)和生產(chǎn)革新，這些都促成了尼康的CFI60系列光學(xué)系統(tǒng)的來臨。
