Парфокальное расстояние 60 мм: Объективы для микроскопов, сканирующие объективы и тубусы

Объективы для микроскопов, сканирующие объективы и тубусы

Разновидности объективов

Сухие и иммерсионные (погружные) объективы

Иммерсионные объективы получили свое название из-за среды, в которую погружают прибор. Иммерсионная среда располагается между передней частью объектива и покровным стеклом микроскопа. «Сухими» объективы стали называть из-за наличия воздушного зазора между объективом и образцом.

В опытах масляно — иммерсионной микроскопии в качестве среды используется погружное масло (например, MOIL-30). Это масло необходимо для достижения числовой апертурой значений, превышающих 1,0. Опыты, где в качестве иммерсионной среды выступает вода, лучше подходят для прямого взаимодействия с образцом. Обратите внимание: если иммерсионный объектив или объектив погружения используется без соответствующей среды, качество изображения будет очень низким.

Планахроматические и апохроматические объективы

«Плоскими» объективы стали из-за плоского изображения, создаваемого в поле зрения объектива. Характеристика «ахроматические» появилась вследствие коррекции хроматической аберрации в конструкции объектива. Такие объективы исправляют хроматические аберрации для пары длин волн и сферическую аберрацию для одной длины волны. При работе с этими объективами лучше всего использовать зеленый свет.

Апохроматические объективы корректируют хроматические аберрации на трех-пяти длинах волн, а также сферические аберрации на двух и более длинах волн. С помощью апохроматов получают хорошие изображения в цветной микрофотографии, однако еще более качественные результаты демонстрируют планапохроматические или планфлуоритовые объективы, о которых будет сказано далее.

Планфлуоритовые объективы

Плоские флюоритовые объективы, известные так же как плоские полуахроматы, — это планфлуоресцентные объективы (флуоры), строящие плоское изображение в поле зрения. Плоские флуоритовые объективы исправляют хроматические аберрации на двух-четырех длинах волн, а также сферические аберрации на трех-пяти длинах. Помимо корректировки аберраций для большего количества длин волн, объективы этого вида уменьшают аберрации между расчетными длинами волн, чего нельзя наблюдать при использовании планахроматов. Эти объективы также подходят для цветной микрофотографии.

Суперапохроматические объективы

Суперапохроматические объективы создают осевую коррекцию цвета во всем видимом диапазоне. Они предназначены для обеспечения осевой цветопередачи с ограничением пятна дифракции в широком поле зрения без виньетирования по всему полю. Высокий показатель числовой апертуры и конструкция апохроматического объектива делает его идеально подходящим для получения широкоугольных изображений в освещенной среде.

Основные конструкционные особенности

Рисунок 1.  Примечание: даны общие схемы масляно-иммерсионного объектива (слева) и «сухого» объектива (справа). Объективы различных производителей и предназначений могут отличаться и по форм-фактору, и по внутреннему устройству.  Mounting Thread – крепежная резьба. Magnification/Numerical Aperture/Immersion. Medium – Увеличение/ Числовая апертура/ Иммерсионная среда. Infinity Correction/Cover Glass Thickness/Field number – Коррекция на бесконечности / Толщина покровного стекла / Номер поля. Color Code – цветовой код. Immersion Objective Identifier – сведения о погружном объективе. Flat Field/Aberration Correction – Плоское поле / Коррекция аберраций. Coverslip Correction/Working distance – Коррекция аберраций от покровного стекла / рабочее расстояние. Correction Ring – корректирующее кольцо

Основные термины

Увеличение

Увеличение объектива определяется отношением фокусного расстояния линзы объектива к фокусному расстоянию линзы окуляра:

M = L / F .

Полное увеличение системы — увеличение объектива, умноженное на увеличение окуляра или камеры. Увеличение объектива микроскопа будет точным при правильном подборе фокусного расстояния линзы объектива.

Числовая апертура (NA)

Числовая апертура – безразмерная величина, рассчитывается из приемного угла объектива, общая формула выглядит так:

NA = ni × sinθa

где θa — максимальный приемный полуугол объектива, а ni — показатель преломления погружной среды. Обычно это воздух, также может быть вода, масло, и др.

Парфокальная длина

Эта характеристика известна как парфокальное расстояние, представляет собой расстояние от посадочной части объектива до нижней части покровного стекла (или до препарата, если микроскоп предназначен для использования без покровного стекла). Парфокальное расстояние объективов от разных производителей отличается, более того, оно может отличаться у продукции одного и того же производителя. Например, Thorlabs изготавливает объективы с парфокальными расстояниями 60 мм и 95 мм, объективы Olympus и Zeiss имеют парфокальную длину 45 мм, а объективы Nikon и Leica — 60 мм. Некоторые производители также предлагают большие объективы с парфокальным расстоянием 75 мм. Для случаев, когда необходимо совмещать объективы с разными парфокальными длинами, доступны удлинители парфокальной длины.

Рабочее расстояние

Рабочее расстояние – это расстояние между передним элементом объектива и ближайшей поверхностью покровного стекла (образца), в зависимости от конструкции объектива. Сведения о толщине покровного стекла выгравированы на объективе.

Рисунок 2. Влияние толщины покровного стекла (мм) на качество изображения при излучении 632,8 нм

Номер поля

Номер поля соответствует размеру поля зрения (в миллиметрах), умноженному на увеличение объектива.

FN = Field of View Diameter × Magnification

Коррекция аберраций покровного стекла и корректирующая муфта (Кольцо)

Обычно покровное стекло имеет толщину 0,17 мм, но из-за различия в производственном процессе фактическая толщина может варьироваться. Корректирующее кольцо, присутствующее на некоторых объективах, используются для компенсации аберраций на покровных стеклах различной толщины путем регулирования относительного положения внутренних оптических элементов. Обратите внимание, что объектив может быть разработан для эксплуатации только со стандартным покровным стеклом толщиной 0,17 мм, в этом случае объективы не имеют коррекционного кольца.

На диаграмме показана зависимость сферической аберрации от толщины используемого покровного стекла для излучения 632,8 нм. Для покровного стекла толщиной 0,17 мм сферическая аберрация покровного стекла не превышает дифракционно-ограниченную аберрацию для объективов с числовой апертурой до 0,40.

Расчет увеличения и площади предметной области

Увеличение

Увеличение системы складывается из увеличительной способности каждого оптического элемента – объектива, камеры, окуляров. Подсчет общего увеличения, сделанный с опорой на указанные на приборах значения, оказывается точным только в том случае, если оптические элементы изготовлены одним и тем же производителем. В ином случае увеличение системы тоже можно вычислить, но перед этим необходимо вычислить эффективное увеличение объектива так, как описано ниже.

Чтобы лучше понять приведенные ниже примеры и общие принципы расчета (которые в дальнейшем вы можете применить к собственному микроскопу), воспользуйтесь калькулятором увеличения и расчета поля зрения.

Калькулятор представляет собой электронную таблицу Excel с макросами. Чтобы воспользоваться калькулятором, макросы должны быть включены. Чтобы включить макросы, нажмите кнопку «Включить содержимое» на желтой панели сообщений при открытии файла.

Пример 1: Увеличение камеры

При визуализации образца конечное изображение увеличивается из-за совместного использования объектива и камеры. Например, объектив 20X Nikon и камера Nikon 0,75X увеличит изображение на камере в 15 раз:

20X × 0,75X =15Х.

Пример 2: Тринокулярное увеличение
При визуализации образца через тринокуляры изображение увеличивается объективом и окулярами в тринокулярах. При использовании объектива 20X Nikon и тринокуляров Nikon с окулярами 10X, изображение на окулярах имеет 200-кратное увеличение: 20X × 10X = 200X. Обратите внимание, что изображение на окулярах не проходит через тубус камеры.

Совместное использование приборов от разных производителей

Как было сказано ранее, увеличение не является фундаментальным значением: это производное значение, рассчитанное с учетом конкретного фокусного расстояния объектива. Каждый производитель микроскопа применяет собственное фокусное расстояние для собственного оборудования. Следовательно, при объединении оптических элементов от разных производителей необходимо вычислить эффективное увеличение для объектива, а затем использовать это значение для расчета общего увеличения системы.

Эффективное увеличение объекта задается уравнением 1:

Здесь Конструкционное увеличение – значение, написанное на объективе, fTubeLens in Microscope — фокусное расстояние тубуса объектива вашего микроскопа, а fDesign Tube Lens of Objective  — фокусное расстояние тубуса объектива, который производитель использовал для тестирования конструкционного увеличения.

Обратите внимание, что производители Leica, Mitutoyo, Nikon и Thorlabs используют одинаковое фокусное расстояние тубуса объектива; если сочетать оборудование от этих производителей, конверсия не требуется. После того, как эффективное увеличение объектива вычислено, увеличение системы можно рассчитать традиционным способом, описанным выше.

Пример 3: Тринокулярное увеличение (Разные производители)
При визуализации через тринокуляры изображение увеличивается при прохождении сквозь объектив и окуляры. В этом примере взят 20-кратный объектив Olympus и тринокуляры с 10-кратными окулярами от Nikon.

Используя уравнение 1 и табличные значения, найдем эффективное увеличение системы из объектива Olympus и микроскопа Nikon:

Эффективное увеличение объектива Olympus составляет 22,2X, тринокуляр имеет окуляры с увеличением 10X, поэтому изображение на окулярах будет иметь 22,2X × 10X = 222X, 222-кратное увеличение.

Рисунок 3. Площадь предметной плоскости при различном увеличении камеры

Площадь образца при визуализации через камеру

При визуализации поверхности через камеру, размеры площади образца определяются размерами сенсора камеры и увеличением системы:

В отличие от увеличения системы (пример 1), размеры сенсора в большинстве случаев известны и указаны производителем. Если есть необходимость, увеличение объектива можно рассчитать по формуле из примера 3.

При возрастании увеличения растет и разрешение, однако уменьшается поле зрения. Зависимость поля зрения от увеличения проиллюстрирована на приведенной схеме.

Пример 4: Площадь предметной области

В качестве примера взят сенсор научной камеры Thorlabs 1501М-USB 8.98 мм × 6.71 мм. Если совместить эту камеру с объективом Nikon и тринокулярами (пример 1), размеры конечного изображения составят (мкм х мкм):

Примеры сканируемых поверхностей

Приведенные ниже изображения мышиной почки получены с помощью одного и того же объектива, изображения сняты с одной и той же камеры. Различия изображений появились из-за подключения разных тубусов камеры (с разной увеличительной способностью). По ходу уменьшения увеличительной способности камеры прослеживается увеличение поля зрения, что приводит к менее детальной визуализации поверхности образца.

Рисунок 4.  Тубус 1Х

Рисунок 5. Тубус 0,75Х

Рисунок 6. Тубус 0,5Х

Сканирующие объективы широко используются в лазерных системах визуализации – в конфокальной лазерной микроскопии, оптической когерентной томографии и в многофотонных системах обработки изображений. В этих приложениях лазерный луч, падающий на заднюю апертуру (входной зрачок) объектива, сканируется через диапазон углов. Это переводит положение пятна, образованного в плоскости изображения, через поле зрения объектива. В случае нетелецентрических линз такой подход к сканированию фокального пятна через плоскость изображения приведет к сильным аберрациям, которые значительно ухудшают качество полученного изображения. Телецентрические сканирующие линзы предназначены для создания пятна постоянного размера в плоскости изображения в каждом положении сканирования, что позволяет сформировать высококачественное изображение образца.

Итак, системы лазерной сканирующей микроскопии объединяют сканирующую линзу с объективом для создания оптической системы с коррекцией по бесконечности. Тем не менее, большинство систем оптической когерентной томографии предназначены для включения сканирующей линзы без объектива. Линзы CLS-SL, SL50-CLS2, SL50-2P2 и SL50-3P были оптимизированы для использования в системах конфокального лазерного сканирования и многофотонной микроскопии, а семейство LSM отлично подходит для использования в системах обработки изображений ОКТ. Ниже представлен краткий обзор сканирующих систем без объектива и с его наличием.

Рисунок 7. Схема положения телецентрического объектива (фокусное расстояние 200 мм) и сканирующей линзы SL50-2P2. Диаметр входного зрачка в плоскости сканирования не превышает 4 мм. Scan Plane – плоскость сканирования. Scan Lens – сканирующий объектив. Intermediate Plane – промежуточная плоскость. Tube Lens — объектив. Objective Plane – предметная плоскость

Сканирующие объективы в приложениях лазерной сканирующей микроскопии

На схеме показано предпочтительное расстояние между сканирующим объективом и тубусом в приложениях лазерной сканирующей микроскопии. Сканирующее зеркало, расположенное на схеме левее плоскости сканирования, направляет лазерный луч через сканирующую линзу. Угол, при котором лазерный луч падает на сканирующую линзу, определяет положение фокального пятна в промежуточной плоскости изображения, которая расположена между сканирующей линзой и трубчатой ​​линзой ITL200. Тубус объектива расположен таким образом, чтобы свет собирался и коллимировался (фокус находится на бесконечности). Коллимированный свет фокусируется в плоскости образца. Рассеянное излучение, поступающее от образца, собирается объективом и попадает на детектор.

Рисунок 8. Совместное использование CLS-SL и ITL200 и применение объектива в ЛСМ. Scan Plane – плоскость сканирования. Principal Planes of Scan Lens – общее положение сканирующих линз. Intermediate Image Plane – промежуточная область визуализации. Objective Pupil Plane – плоскость входного зрачка. Scan Distance – расстояние сканирования. Objective Distance – фокусное расстояние объектива

Отличительной и довольно важной особенностью этой оптической системы является коллимированный свет, который создается в результате совмещения сканирующей линзы с объективом. Положение объектива по отношению к плоскости образца можно менять без влияния на качество визуализации, благодаря чему конструкция становится более гибкой.

Если не использовать объектив, сканирующая линза должна будет выполнять обе функции, и тогда промежуточная плоскость изображения стала бы плоскостью образца в том числе, из-за чего исчезла бы возможность свободно перемещать плоскость образца.

Приведенное изображение показывает связь между расстоянием сканирования и фокусным расстоянием объектива. В идеальной 4f-системе минимальное расстояние сканирования d1 = 52 мм, а d2 = f2. Конечно, на практике обязательно присутствуют отклонения от этих значений. Например, во многих микроскопах расстояние d2 не совпадает с фокусным расстоянием f2, поэтому может потребоваться регулировка расстояний. На рисунке ниже показано расстояние сканирования при перемещении объектива на небольшое расстояние δ1 и δ2 соответственно. Соотношение между этими значениями составляет δd1 = -δd2*(f1/f2)2.

Рисунок 9. Перемещение плоскости образца в лазерных сканирующих микроскопах

Сканирующие объективы в ОКТ

Объективы лазерной сканирующей микроскопии нашли широкое применение в оптической когерентной томографии (ОКТ). Чтобы получать качественные картины, в ОКТ важно сохранять согласование между длиной волны, парфокальным расстоянием, сканирующим расстоянием, входным зрачком и сканирующим углом. Вообще, чем больше диаметр входного пучка, тем меньше размер сфокусированного пятна. Однако, несмотря на виньетирование и/или увеличение аберраций, диапазон углов сканирования уменьшается с увеличением диаметра луча. Лучи, диаметр которых меньше диаметра входного зрачка, создают большие пятна фокусировки; а пятна от луча большего диаметра как бы урезаются.

Для систем обработки изображений с одним гальваническим зеркалом в центре входного зрачка сканирующей линзы совпадает с точкой поворота зеркала. Когда используется одно зеркало, расстояние сканирования измеряется от монтажной поверхности объектива до точки поворота зеркала. Это показано на иллюстрации ниже.

В системах обработки изображений с двумя зеркалами (одно для сканирования в направлении X и одно для сканирования в направлении Y), входной зрачок расположен между двумя зеркалами, как показано на схеме. Расстояние сканирования — это расстояние от поверхности объектива до точки поворота зеркала, ближайшего к объективу (d1), плюс расстояние от точки поворота этого зеркала до входного зрачка (d2). Важно минимизировать расстояние между двумя зеркалами, так как когда входной зрачок и точка поворота не совпадают, качество изображения ухудшается. Это главным образом связано с изменением длины оптического пути, когда луч сканируется по образцу. Ниже приведены схемы систем обработки изображений, содержащих одно и два гальванических зеркала.

Рисунок 10. Система обработки изображений с одним гальваническим зеркалом.  2D Galvo Mirror – гальваническое зеркало. Entrance Pupil – входной зрачок. Scanning Distance – расстояние сканирования. Parfocal Distance – парфокальное расстояние

Рисунок 11. Система обработки изображений с двумя гальваническими зеркалами

© Thorlabs Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ

Объективы для промышленных микроскопов

Качество оптики Nikon известно миру с 1917 года. Каждый объектив Nikon подвергается тщательному контролю на всех этапах производства.
Передние линзы объективов имеют очень маленький размер и характерную форму. Линзы делаются из стекла в соответствие со строгими стандартами.

Высококвалифицированный специалист должен подшлифовать линзу вручную, чтобы добиться высочайшего качества исполнения. В компании Nikon существуют специалисты с высочайшими навыками в области обработки оптических элементов.

В 1976 году компания Nikon анонсировала выпуск объективов серии CF (оптика, свободная от хроматических аберраций).

В 1996 году при разработке новой серии объективов CFI60 (оптика, настроенная на «бесконечность», свободная от хроматических аберраций), предназначенных для выполнения сложных биологических исследований, специалисты компании Nikon ставили перед собой две четкие задачи:

1. Кардинальным образом усовершенствовать оптические характеристики.

2. Повысить универсальность микроскопа в целом и улучшить его характеристики при использовании дополнительного специализированного оборудования.

При создании объективов серии CFI60 компания Nikon установила новые стандарты. Применение в тубусе линз с фокусным расстоянием 200 мм и объективов с парфокальным расстоянием 60 мм при увеличении диаметра резьбы до 25 мм позволило увеличить числовую апертуру и рабочее расстояние до недостижимых ранее величин. Эти революционные оптические системы осуществляют коррекцию продольной и поперечной хроматической аберрации за счет объектива и линзы тубуса, что позволяет получить плоские изображения с превосходной цветопередачей без использования каких-либо других элементов. Тубусная линза с фокусным расстоянием 200 мм уменьшает угол между лучами света, проходящими через центр, и внеосевыми лучами. Это максимально сокращает смещение между двумя лучами света при их прохождении через флуоресцентный фильтровый куб и призму ДИК. Компания Nikon также разработала объективы, которые снижают автофлуоресценцию и блики, и тем самым, обеспечивают большую контрастность при эпифлуоресцентной микроскопии. Оптическая система CFI60 обладает целым рядом инновационных свойств и обеспечивает превосходные эксплуатационные характеристики.

Оптическая система Nikon CFI60, которая ценится за высокие числовые апертуры NA объективов в сочетании с большими рабочими расстояниями WD, была улучшена в системе Nikon CFI60-2 для достижения еще больших рабочих расстояний, лучшей коррекции хроматических аберраций и меньшего веса.

Серия CFI60-2 TU Plan Fluor характеризуется улучшенным коэффициентом пропускания излучения в ультрафиолетовом диапазоне. Данные линзы объективов подходят для разных задач, связанных с исследованиями, анализом и контролем, и в то же время обладают высокой числовой апертурой и большим рабочим расстоянием – особенностями, характерными для линз компании Nikon. При помощи всего одной линзы можно осуществлять наблюдение методом светлого поля, тёмного поля, простой поляризации, дифференциального интерференционного контраста и УФ-эпифлуоресценции. Эти объективы просты в использовании и обеспечивают высокое разрешение, их можно использовать в сочетании не только с микроскопами, но также и с другим оборудованием, что еще расширяет сферу их применения.

Объективы серии TU Plan Fluor можно использовать для наблюдений с эпископическим или диаскопическим освещением. Объективы
TU Plan Fluor EPI предназначены для работы в светлом поле. Для метода темного поля могут использоваться только объективы
TU Plan Fluor BD. Также возможно получения использование метода ДИК при диаскопическом освещении. Данные объективы используются без покровного стекла.












ОбъективЧисловая апертура NAРабочий отрезок WD, мм
CFI TU Plan Fluor EPI 5x0.1523. 50
CFI TU Plan Fluor EPI 10x0.3017.50
CFI TU Plan Fluor EPI 20x0.454.50
CFI TU Plan Fluor EPI 50x0.801.00
CFI TU Plan Fluor EPI 100x0.901.00
CFI TU Plan Fluor BD 5x0.1518.00
CFI TU Plan Fluor BD 10x0.3015.00
CFI TU Plan Fluor BD 20x0.454.50
CFI TU Plan Fluor BD 50x0.801.00
CFI TU Plan Fluor BD 100x0.901.00

CFI TU Plan EPI P — это объективы без внутренних напряжений, которые были созданы для методик, предполагающих количественное пропускание и отражение поляризованного света. Используются без покровного стекла.

CFI TU Plan Fluor EPI P для эпископического освещения

CFI P Achromat – это объективы без внутренних напряжений, которые были созданы для методик, предполагающих количественное пропускание поляризованного света. Они используются с покровным стеклом.

CFI TU P Achromat для диаскопического освещения












ОбъективЧисловая апертура NAРабочий отрезок WD, ммТолщина покровного стекла, мм
CFI P Achromat 4x0.1030.00
CFI P Achromat 10x0.257.00
CFI P Achromat LWD 20x0.403.900.17
CFI P Achromat 40x0.650.650.17
CFI P Achromat 100x oil1.250.230.17
CFI TU Plan Fluor EPI P 5x0.1523.50
CFI TU Plan Fluor EPI P 10x0.3017.500
CFI TU Plan Fluor EPI P 20x0.454.500
CFI TU Plan Fluor EPI P 50x0.801.000
CFI TU Plan Fluor EPI P 100x0.901.000

Поляризационные объективы Nikon не вносят собственной поляризующей компоненты, поэтому могут использоваться для точного определения степени анизотропности образца.

Серия CFI60 T Plan EPI включает объективы с малым увеличением, которые снабжены встроенным вращаемым деполяризатором и круговой поляризационной пластинкой для подавления бликов, которые возникают при наблюдении образцов с малой отражательной способностью, что является специфичным для объективов с малым увеличением. Эта конструкция позволяет получить более четкие изображения и улучшить контраст.

Пластинка может быть извлечена из оптического пути.

Образец из резины (CFI T Plan EPI 1X):

Без поляризатора

С деполяризатором

С поляризатором

Объектив CFI L Plan EPI 40X специально предназначен для анализа структуры металлов. Это особенно востребовано при использовании инвертированных металлографических микроскопов.

Объективы серии CFI Plan EPI предназначены для работы в светлом поле.






ОбъективЧисловая апертура NAРабочий отрезок WD, мм
CFI T Plan EPI 1X0,033,80
CFI T Plan EPI 2.5X0,0756,50
CFI L Plan EPI 2.5X0,0758,80
CFI L Plan EPI 40X0,651,00

Объективы серии CFI TU Plan ELWD обладают большими рабочими отрезками наряду с коррекцией хроматических аберраций высших порядков. Это обеспечивает комфортную работу с разновысотными образцами.

Благодаря использованию фазовых линз Френеля коррекция хроматических аберраций возможна даже при малых расстояниях между линзами, что позволяет получить большие величины рабочих отрезков, чем при использовании обычных линз.








ОбъективЧисловая апертура NAРабочий отрезок WD, мм
CFI TU Plan EPI ELWD 20x0.4019.00
CFI TU Plan EPI ELWD 50x0.6011.00
CFI TU Plan EPI ELWD 100x0.804.50
CFI TU Plan BD ELWD 20x0.4019.00
CFI TU Plan BD ELWD 50x0.6011.00
CFI TU Plan BD ELWD 100x0.804.50

Объективы TU Plan EPI ELWD предназначены для работы в светлом поле. Для метода темного поля могут использоваться только объективы TU Plan BD ELWD.

Объективы серии CFI T Plan EPI SLWD обладают сверхдлинными рабочими отрезками наряду с коррекцией хроматических аберраций высших порядков. Это обеспечивает легкость при манипуляциях с образцами. К серии добавлен объектив 10х.

Благодаря использованию фазовых линз Френеля коррекция хроматических аберраций возможна даже при малых расстояниях между линзами, что позволяет получить большие величины рабочих отрезков, чем при использовании обычных линз.






ОбъективЧисловая апертура NAРабочий отрезок WD, мм
CFI T Plan EPI SLWD 10x0.2037.00
CFI T Plan EPI SLWD 20x0.3030.00
CFI T Plan EPI SLWD 50x0.4022.00
CFI T Plan EPI SLWD 100x0.6010.00

Объективы T Plan EPI SLWD предназначены для работы в светлом поле.

Благодаря большому рабочему расстоянию длиннофокусные объективы оптимально подходят для высоких образцов, особенно в сочетании с
прямыми инспекционными микроскопами.

Объективы серии CFI TU Plan Apo обладают большими рабочими отрезками наряду с апохроматической коррекцией аберраций.

Благодаря использованию фазовых линз Френеля коррекция хроматических аберраций возможна даже при малых расстояниях между линзами, что позволяет получить большие величины рабочих отрезков, чем при использовании обычных линз. К серии добавлен объектив 50х.








ОбъективЧисловая апертура NAРабочий отрезок WD, мм
CFI TU Plan Apo EPI 50x0.802.00
CFI TU Plan Apo EPI 100x0.902.00
CFI TU Plan Apo EPI 150x0.901.50
CFI TU Plan Apo BD 50x0.802.00
CFI TU Plan Apo BD 100x0.902.00
CFI TU Plan Apo BD 150x0.901.50

Объективы TU Plan Apo EPI предназначены для работы в светлом поле. Для метода темного поля могут использоваться только объективы TU Plan Apo BD.

Серия CFI60 L Plan EPI CR включает объективы с корректирующим кольцом, которые обеспечивают возможность наблюдения ЖК-дисплеев с более тонким защитным стеклом и схем с высокой степенью интеграции и плотным расположением элементов. Значение поправки на толщину защитного стекла может плавно варьироваться от 0 до 1,2 мм.

Без коррекции (50Х)

С коррекцией 0.7 мм (50Х)

Линза объектива с увеличением 100х имеет высокую числовую апертуру 0,85 и позволяет получать высококонтрастные изображения матриц и шаблонов, исключая влияние защитного стекла. В зависимости от толщины стекла (диапазон коррекции 0-0,7 мм и 0,6-1,3 мм) существуют два вида линз 100х.

Объективы серии CFI Plan EPI CR предназначены для работы в светлом поле.






ОбъективЧисловая апертура NAРабочий отрезок WD, ммТолщина покровного стекла, мм
CFI L Plan EPI CR 20X0,4510,9-10,00-1,2мм
CFI L Plan EPI CR 50X0,73,9-3,00-1,2мм
CFI L Plan EPI CRA 100X0,851,2-0,850-0,7мм
CFI L Plan EPI CRB 100X0,851,3-0,950,6-1,3мм

Объективы серии CF IC EPI Plan позволяют наблюдать интерференционную картину и проводить точные измерения высоты бесконтактным методом.

Объективы CF IC EPI Plan TI предназначены для интерференции по схеме Майкельсона, а объективы CF IC EPI Plan DI – для двулучевой интерференции по схеме Миро.








ОбъективЧисловая апертура NAРабочий отрезок WD, мм
CF IC EPI Plan TI 2.5xA0.07510.30
CF IC EPI Plan TI 5xA0.139.30
CF IC EPI Plan DI 10xA0.307.40
CF IC EPI Plan DI 20xA0.404.70
CF IC EPI Plan DI 50xA0.553.40
CF IC EPI Plan DI 100x0.702.00

Объективы для ближней инфракрасной области CFI NIR обладают высоким пропусканием более 90% в видимом диапазоне и на длине волны 1064 нм. Возможно применение для лазерной обработки полупроводников и дисплеев LCD.

Разрушение линзы из-за поглощения лазерного излучения сведено к минимуму, что обеспечивает высокую надежность объектива.






ОбъективЧисловая апертура NAРабочий отрезок WD, ммДлина волны, нмПарфокальное расстояние, ммТолщина покровного стекла, мм
CFI LR Plan Apo NIR 20X0.4025.001064/53295
CFI LR Plan Apo NIR 50X0.4220.001064/53295
CFI LR Plan Apo NIR-C 20X0.4024.001064/532950,3-1,1
CFI LR Plan Apo NIR-C 50X0.4219.001064/532950,3-1,1

Микроскоп Nikon Eclipse FN1

1. Открытая конструкция для максимальной возможности индивидуальной настройки

Вставив специальную проставку (спейсер) между корпусом и окулярным блоком, вы можете увеличить высоту микроскопа на 10 — 30 мм, что удобно при наблюдении крупных образцов. Кроме того, конденсор, препаратоводитель и турель могут быть полностью сняты для освобождения пространства в соответствии с задачами ваших наблюдений.

2. Множество средств подавления шумов

Модель FN1 оснащена механизмом включения/выключения турели фильтров, механизмом смены светового потока, механизмом смены увеличения и механизмом смены фильтра конденсора, что обеспечивает снижение вибрационных шумов. Новый держатель CCD-кабелей устраняет вибрационные шумы, вызываемые кондиционерами, открытыми дверями или окнами. Новые штыри заземления для объектива, конденсора и вкладышей значительно понижают электрические шумы. Окулярный блок микроскопа размещен ближе к задней части, что позволяет пользователям производить наблюдения непосредственно над образцом. Кроме того, новый волоконный осветитель проходящего света обеспечивает яркое, но «холодное» освещение живых образцов и устраняет электрические шумы из среды микроскопа.

3. Комфортное управление

Рукоятка фокусировки и полевая диафрагма расположены на передней части штатива микроскопа, кроме того, с внешней стороны нет никаких громоздких ремней, так что работа осуществляется очень удобно при использовании несъемного столика. Рукоятки грубой/точной фокусировки расположены как с правой, так и с левой стороны, поэтому выполнять фокусировку можно любой рукой. Поставляемый отдельно пульт дистанционного управления позволяет удаленно включать/выключать осветитель и регулировать интенсивность излучения.

4. Быстрая и безопасная смена объективов

Закрепленные на револьвере с направляющей объективы можно поднимать при смене увеличений, чтобы не допустить их удара о манипулятор или камеру. Дистанция отвода составляет 15 мм, так что даже толстое стекло чашки с образцом защищено от повреждений. С помощью рычажка кончик объектива можно слегка погрузить (примерно на 1 мм) в раствор, чтобы устранить риск повреждения исследуемого образца.

5. Первый в мире объектив с водной иммерсией и коррекцией аберраций, вызванных погружением в жидкость

Новый объектив Plan 100xW (числовая апертура 1,1, рабочее расстояние 2,5 мм) является первым в мире иммерсионным объективом с коррекционным кольцом. Это кольцо корректирует сферическую аберрацию, вызванную проникновением вглубь ткани или работой при физиологических температурах, обеспечивая отличное разрешение по вертикальной оси (z) в ИК-ДИК-изображениях, а также постоянную функцию рассеяния точки при конфокальной микроскопии. Отлично пропуская ИК-лучи, этот объектив представляет собой наилучший выбор для многофотонного процесса получения изображений.

6. Новый мощный объектив 16х
Новый объектив CFI75 LWD 16x с числовой апертурой 0,80 обладает уникальным рабочим расстоянием 3,0 мм и углом подвода 45 градусов. Данная потрясающая комбинация числовой апертуры, длинного рабочего расстояния и угла подвода является залогом возможности использования одного единственного объектива для электрофизиологических наблюдений. А использование двойного порта устройства увеличения дает возможность переключаться между промежуточными увеличениями 0,35х, 2х и 4х. С одним единственным объективом 16х можно также проводить наблюдения в различных режимах: широкое поле при слабом увеличении и малое поле с высоким разрешением при большом увеличении.

7. Новые объективы обеспечивают идеальные ИК-ДИК-изображения

Для модели FN1 был разработан новый блок объективов для физиологических исследований с водной иммерсией, обладающих более длинными рабочими расстояниями до 3,5 мм, более тонкими контурами, углом подвода 45 градусов для легкого доступа к микроманипулятору, верхними объективами со специальным покрытием для предотвращения образования пузырьков и новой функцией коррекции хроматических аберраций для получения изображений в диапазонах от видимого до ближнего ИК. Для достижения оптического контраста при глубоком проникновении была применена новая каретка выбора длины волны, обеспечивающая огромный выбор контрастов в видимом диапазоне, диапазоне ближнего ИК и ИК-ДИК. Новый конденсор с рабочим расстоянием 8,2 мм, подходящий для наблюдений в режиме ДИК и новом режиме косого освещения, обеспечивает работу без вибраций, кроме того турель фильтров, конденсор и корпус микроскопа FN1 полностью защищены от попадания влаги.

8. Открытая конструкция облегчает размещение микроэлектродов

Простой и тонкий «I»-образный корпус не несет на себе никаких элементов, кроме рукоятки фокусировки, так что теперь в рабочей зоне есть значительно больше места. За счет этого также обеспечивается более удобный доступ к микроскопу для размещения манипуляторов и других периферийных устройств. Благодаря расположению выходного зрачка на 25 мм ниже, чем у обычных моделей микроскопов, работа становится еще более комфортной. Объективы обладают длинным рабочим расстоянием 2,5 — 3,5 мм (более 2,5 мм даже при 60х или 100х), за счет чего можно полностью воспользоваться всеми преимуществами парфокального расстояния 60 мм оптической системы CFI60. Так как над образцом имеется достаточно места, можно легко разместить микроэлектроды. Кроме того, диаметр объективов на 17 % меньше, чем у более ранних моделей, а угол подвода составляет до 45º, что значительно облегчает доступ микроэлектродов к образцу. Кончик объектива был специально обработан, чтобы предотвратить налипание на него пузырьков.

Meiji Techno Объективы

Светлопольные/темнопольные объективы Infinitive «на бесконечность» для металлургических микроскопов проходящего света с фокусным расстоянием 200 мм.

Парфокальное расстояние 45 мм
Стандартная резьба диаметром 26 мм
36 tpi (витков резьбы на дюйм), 55° Whitworth.

КодОписание
Светлопольные/темнопольные металлургические объективы Plan Epi (диаметр 26 мм) для микроскопов серии MT7500 и MT8500
MA923Объектив BD 5x N.A. 0.10 Plan Epi, рабочее расстояние 17.0 мм
MA924Объектив BD 10x N.A. 0.25 Plan Epi, рабочее расстояние 7.48 мм
MA925Объектив BD 20x N.A. 0.40 Plan Epi, рабочее расстояние 5.2 мм
MA926Объектив BD 50x N.A. 0.75 Plan Epi, рабочее расстояние 0.38 мм

Светлопольные объективы Infinitive «на бесконечность» для биологических микроскопов проходящего света с фокусным расстоянием 200 мм.

Парфокальное расстояние 45 мм
Стандартная резьба диаметром 20.1 мм
36 tpi (витков резьбы на дюйм), 55° Whitworth.

КодОписание
Объективы Planachromat для микроскопов серии MT4000
MA965Planachromat 4x, N.A. 0.10, рабочее расстояние 15.3 мм
MA966Planachromat 10x, N.A. 0.25, рабочее расстояние 7.3 мм
MA967Planachromat 20x, N.A. 0.40, рабочее расстояние 5.3 мм
MA968Planachromat 40x, N.A. 0.65, рабочее расстояние 0.72 мм
MA969Planachromat 60x, N.A. 0.8, рабочее расстояние 0.29 мм
MA970Planachromat 100x, N.A. 1.25 (масло), рабочее расстояние 0.14 мм
Объективы U. Planachromat для микроскопов серии MT5000 и MT6000
MA830U Planachromat 2.5x, N.A. 0.07, рабочее расстояние 5.7 мм
MA831U Planachromat 4x, N.A. 0.10, рабочее расстояние 17.8 мм
MA832U Planachromat 10x, N.A. 0.25, рабочее расстояние 10.67 мм
MA833U Planachromat 20x, N.A. 0.40, рабочее расстояние 7.29 мм
MA834U Planachromat 40x, N.A. 0.65, рабочее расстояние 0.5 мм
MA835U Planachromat 50x (масло), N.A. 0.87, рабочее расстояние 0.28 мм
MA837U Planachromat 100x (масло), N.A. 1.25, рабочее расстояние 0.23 мм

Фазово-контрастные объективы Infinitive «на бесконечность» для биологических микроскопов проходящего света. Соответствуют международному стандарту DIN.

Парфокальное расстояние 45 мм.
Стандартная резьба DIN, диаметр 0.7965″ (20.1 мм)
36 tpi, 55° Whitworth.

КодОписание
Объективы S. Plan Phase (тип Зернике) для микроскопов серии MT4000
MA930S Planachromat Ph20x, N.A. 0.25, рабочее расстояние 7.3 мм
MA931S Planachromat Ph30x, N.A. 0.40, рабочее расстояние 5.1 мм
MA932S Planachromat Ph50x, N.A. 0.65, рабочее расстояние 0.72 мм
MA933S Planachromat Ph200x, N.A. 1.25 (масло), рабочее расстояние 0.14 мм
Объективы U. Plan Phase (тип Зернике) для микроскопов серии MT4000, MT5000 и MT6000
MA839U Planachromat Ph20x, N.A. 0.25, рабочее расстояние 10.7 мм
MA840U Planachromat Ph30x, N.A. 0.40, рабочее расстояние 7.29 мм
MA841U Planachromat Ph50x, N.A. 0.65, рабочее расстояние 0.5 мм
MA842U Planachromat Ph200x (масло), N.A. 1.25, рабочее расстояние 0.23 мм

Темнопольные объективы Infinitive «на бесконечность» для биологических микроскопов проходящего света. Соответствуют международному стандарту DIN.

Парфокальное расстояние 45 мм.
Стандартная резьба DIN, диаметр 0.7965″ (20.1 мм)
36 tpi, 55° Whitworth.

КодОписание
Темнопольные объективы для микроскопов серии MT4000, MT5000 и MT6000
MA836U Planachromat 50x (масло, ирисовая диафрагма), N.A. 0.87, рабочее расстояние 0.28 мм
MA838U Planachromat 100x (масло, ирисовая диафрагма), N.A. 1.25, рабочее расстояние 0.23 мм

Флюоресцентные объективы Infinitive «на бесконечность» для биологических микроскопов проходящего света с фокусным расстоянием 200 мм.

Парфокальное расстояние 45 мм
Стандартная резьба диаметром 20.1 мм
36 tpi (витков резьбы на дюйм), 55° Whitworth.

КодОписание
Эпилюминесцентные объективы S Apoplanachromat «на бесконечность» для микроскопов серии MT6000
MA844S Apoplanachromat F10x, N.A. 0.40, рабочее расстояние 1.0 мм
MA845S Apoplanachromat F20x, N.A. 0.65, рабочее расстояние 0.7 мм
MA846S Apoplanachromat F40x, N.A. 0.82, рабочее расстояние 0.15 мм
MA847S Apoplanachromat F40x (масло), N.A. 0.85, рабочее расстояние 0.2 мм
MA848S Apoplanachromat F100x (масло), N.A. 1.25, рабочее расстояние 0.2 мм

Производитель оставляет за собой право изменять спецификации и характеристики приборов без согласования с пользователями.

Биомед 5ПР | 2014 Биомед

Увеличение: 40x-1000x/ Объективы: 4x; 10х; 20x; 40х; 100x/ Окуляры: WF-10X 22мм; / конденсор NA 1.25/ Осветитель: 30Вт.

Методы: светлое поле, темном поле* , проходящий свет. Применяется для исследования окрашенных и не окрашенных объектов в стандартных лабораториях, СЭС, в экологии, ветеринарии и биологии. Может комплектоваться светодиодным или галогенным осветителем.


Методы исследований

  • в проходящем свете
  • светлое поле
  • темном поле*

Описание микроскопа

Набор окуляров

В комплект входят широкопольные окуляры. Возможна дополнительная комплектация широкопольными окулярами WF-5x; WF-15x; WF-20X.

Визуальная Насадка
  • Тринокулярная c переключением светового потока (для установки систем визуализации)
Револьверное устройство

На 5 позиции для объективов

Объективы

В комплект входят План-ахромат объективы.

Предметный столик

С коаксиальным механизмом для перемещения препарата

Фокусировка

Коаксиальные ручки фокусировки. Фокусировка за счет перемещения столика.

Конденсор
  • NA 1.25
  • Центрируемый
  • с вертикальным перемещением
  • откидная линза
  • встроенная аппертурная диафрагма
  • держатель фильтров проходящего света
Конденсор темного поля*
  • Сухой NA 0.9
  • Масленный NA 1.25
Осветитель по Келлеру
С галлогеновой лампой
  • мощность 20 Вт.
  • плавная регулировка яркости

Технические характеристики

НаименованиеБиомед-5 ПР
Оптическая длина тубуса, мм.
Парфокальное расстояние, мм45
Диапазон увеличений, кратот 40 до 1000
Линейное поле в пространстве изображений, мм25
Револьверное устройство5 позиции для объективов
ОбъективыPL. 4х,10х,20х,40х,100х МИ infinitive
Визуальная насадкаТринокулярная; Поворотная на 360°; Угол наклона тубусов 30°; Регулировка межзрачкового расстояния от 55 до 75 мм; Диоптрическая подстройка ± 5 на левом тубусе
Окуляры2шт. EWF-10X/22мм
Фокусировочный механизмКоаксиальное расположение ручек грубой и точной фокусировки; Цена деления 0,002 мм.
Предметный столикКоординатный; Размер

210мм140мм; с перемещением:90мм 60мм; Цена деления 0,01 мм. Правосторонние Ручки управления;
Конденсор| Центрируемый, градуированный; С вертикальным перемещением NA 1,25; Встроенная апертурная диафрагма; Нижняя откидная линза
Осветитель| Галогеновый 6В. 30вт. с плавной регулировкой яркости проходящего света; по келлеру.
Светофильтры| Зеленый, Матовый
Размер, см| 36x28x50
Вес, кг |11,300

Расширения

  • 80401 Конденсор темного поля сухой 0.9
  • 80402 Конденсор темного поля маслянный 1.36

Buy a microscope medical and biological Nikon Eclipse E-200 at an affordable price in Moscow and Russia

Leading 3D solutions integrator in Russia and CIS: wide range of equipment, software and services such as printing, consulting, engineering

  • In stock

  • Service maintenance

  • Delivery

Навигация по странице

Microscope biomedical Nikon Eclipse E-200

Technical requirements

  1. Research Methods: Bright Field, Simple Polarization
  2. Optical system: “Infinite” optical system with a parfocal distance of at least (mm) 60
  3. A quick refocusing system that allows you to instantly lower the stage by pressing on it to replace the sample or apply immersion oil to the glass slide. If you remove your hand from the table, it returns to its original position. Availability
  4. Lighting: Halogen Lamp
  5. Lamp power, not less (W) 30
  6. Lamp voltage, no more (V) 6
  7. Trinocular tube with the possibility of dividing the light flux in a ratio of 100/0; 0/100 Availability
  8. The angle of the eyepiece tube, at least 30 °
  9. Lower value of the interpupillary distance adjustment range, no more (mm) 47
  10. Upper value of the interpupillary distance adjustment range, not less (mm) 74
  11. The ratio of the increase in eyepieces, X 10
  12. Field of view of the eyepiece, not less than (mm) 20
  13. The number of positions in the lens revolver, not less (pcs.) 4
  14. Item table Availability
  15. The width of the stage, not less than (mm) 200
  16. The length of the stage, not less (mm) 135
  17. The range of movements of the stage: along the X axis, not less (mm) 75
  18. The range of movements of the stage: along the Y axis, not less (mm) 50
  19. Capacitor Abbe, with a numerical aperture, not less than 1.25
  20. Planachromatic lens class
  21. Lens Kit:
    1. Planachromatic lens with magnification not more than 4x, numerical aperture not less than 0.1, working distance not less than 30.0 mm, (pcs.) Availability
    2. Planachromatic lens with magnification not more than 10x, numerical aperture not less than 0.25, working distance not less than 7.0 mm, (pcs.) Availability
    3. Planachromatic lens with magnification not more than 40x, numerical aperture not less than 0.65, working distance not less than 0.65 mm, (pcs.) Availability
    4. Planachromatic lens with an increase of at least 100X oil immersion, a numerical aperture of at least 1.25, a working distance of at least 0.23 mm, with a spring mechanism, (pcs.) Availability
  22. Resolution of the matrix, not less (MPix) 5

* The item is new. Warranty period is out.

Make a request

We will surely contact you

2008 — 2021 SIU System. All rights reserved.

Ведущий интегратор 3D-решений в России и СНГ
Контакты:

Адрес:
ул. Рочдельская, д. 15, стр. 21 123376 Москва,

Телефон:+7 495 374 60 07,
Факс:+7 495 374 60 07,
Электронная почта: [email protected]

Обзор 10 видов лучших микроскопов

Микроскоп – не только прибор профессионального назначения, но и способ привлечения к науке детей и подростков. Существуют определенные различия в богатом ассортименте приборов.

Устройство и принцип работы


Устройство:


Конструкция состоит из тубуса – полой трубки, где оборудуется окуляр (система линз). Когда он снимается, то регулируется увеличение. Прибор оснащается насадками для одного (монокулярная) или двух глаз (бинокулярная) либо двойной линзой с камерой для съемки.


Перед рассматриваемым объектом располагается объектив. Он бывает двух типов: сухой и иммерсионный. Увеличение осуществляется специальным механизмом – револьверной насадкой (дорогие модели). Простые модели требуют ручной смены объективов.


Исследуемый элемент размещается на предметном столике. Чтобы переместить объект по вертикали используется винт регулировки. Освещенность настраивается конденсатором. Некоторые модели оборудованы подсветкой (электрическая или зеркальная).


Принцип работы:

  • Исследуемый объект кладется на предметное стекло, сверху покрывается тонкой стеклянной пластинкой.
  • Свет концентрируется третьей системой линз – конденсатором, который крепится держателем. Ниже находится осветительное зеркало, которое передает свет от лампы.
  • Изображение сохраняется, если микроскоп оборудован камерой.


Принцип работы электронного микроскопа основан на изображении пучка заряженных частиц энергии. Они контролируются магнитными линзами, которые задают движение электронов.


Одна часть рассеивается, вторая – проходит через объект. Информация поступает от зарядов и подается на экран.


Назначение и функции:


Основное предназначение заключается в получении увеличенных изображений, измерении предметов, видимых или невидимых глазом.


Основные задачи:

  • Редактирование схем.
  • Анализы дефектов.
  • Мониторинг.
  • Подготовка материалов.
  • Тестирование.
  • Снятие микрохарактеристик.

Область применения микроскопов безмерна широка: метрология, криобиология, токсикология, вирусология, нанометрология, химия, биология, судебная экспертиза.


Функции микроскопов

  • Создание светового потока.
  • Воспроизведение увеличения оптического образа.
  • Визуализация изображения.

Как выбрать микроскоп


Важные параметры:


Тип конструкции


Материал изготовления прибора говорит о надежности и долговечности изделия. Лучшими характеристиками отличается металлический сплав. Его структура снижает вибрацию, а при температурных изменениях колебания отсутствуют.


Пластиковый корпус уступает металлическому по прочности.


Оптика


Важнейший параметр – обустройство качественного фокуса.

Стандартными линзами считаются DIN или JIN. Эти модели есть в розничной продаже, их легко заменить при поломке.

Линзы дают светокоррекцию.


Чем их количество больше, тем лучше передаются цвета, особенно на больших расстояниях. Пластиковые варианты, которыми оборудуются детские микроскопы, дают нечеткое и размытое изображение.


Окуляры


Линзы, расположенные ближе к глазу. Характеризуются широким полем зрения, что дает большее изображение. Глазам легче фокусироваться на объекте. Минимальный допустимый диаметр линз окуляра составляет 18 мм.


Подсветка

  • Лампа накаливания. Самая простая и недорогая.
  • Флуоресцентное освещение. Стеклянная колба, заполненная газом. Стоимость дороже, но работает дольше.
  • LED-лампы. Относятся к профессиональным устройствам, экономны, эффективны.
  • Галогеновые лампы. Мощный поток белого света гарантируют яркое освещение при любых условиях.


Фокус


Грубая фокусировка состоит из одного регулятора, который двигает предмет через фокальную плоскость линзы. Чтобы увидеть изображение, регулятор поворачивается, но сделать это сложно.


При точной фокусировке объект увеличивается в вертикальной и горизонтальной плоскости.


Второстепенные параметры:

  • Сменные окуляры. Замена механизма происходит быстро, что ограничивает попадание пыли, так как очистить эти места сложно.
  • Набор для опытов. Если комплектация включает готовые образцы, то к работе можно приступить сразу после приобретения микроскопа. Это удобно, но не играет роли при выборе подходящего устройства.
  • Цифровой экран. Такое приспособление подходит как способ демонстрации процесса, так как действия видны на дисплее. Но стоимость значительно возрастает, практически все модели подключаются к внешним мониторам.


Какой должен быть хороший микроскоп:


Важное требование к качественному изделию – бинокулярная или тринокулярная насадка. Два окуляра позволяют смотреть двумя глазами, не оказывают нагрузку для глаз при продолжительной эксплуатации.

Тринокулярный механизм включает в себя дополнительную трубку для установки камеры, поэтому одновременно проводится наблюдение, фото или видеосъемка.


Характеристики

  • Ирисовая диафрагма.
  • Держатель фильтра
  • Увеличение до 2000 раз.
  • Предметный столик с препаратодержателем.
  • Мощная подсветка (нижняя, верхняя).
  • Точная, грубая фокусировка.
  • Адаптер переменного тока.
  • Регулируемое межзрачковое расстояние.


Плюсы:

  • Встроенный экран.
  • Качественная оптика.
  • Работа от сети и автономная.
  • Диоптрийная коррекция зрения.
  • Эргономичная конструкция штатива.
  • Комплектация набором для исследований.
  • Запись фото, видеофайлов с выводом на компьютер.
  • Оптическая схема микроскопа рассчитана на бесконечность.


Минусы:

  • Высокая стоимость.
  • Тяжелый вес или объем.

Лучший микроскоп для пайки


Приспособление для точных работ, пайки, монтажа электронных карт, микросхем. При ремонте и восстановлении электронных приборов, возникает необходимость пайки мелких деталей. Большинство случаев подразумевает поиск микротрещин материнских плат.

Устройство оборудовано фокусировкой вручную, плавным изменением степени увеличения, подсветкой.

С помощью программ измеряются углы, расстояния, площади, радиусы при увеличении до микрометра.

Рейтинг:

  • Konus Crystal PRO 7-45X Stereo – самый многофункциональный. Тринокулярный прибор предназначен для пайки, ювелирных мастерских, зубных лабораторий.


Бинокулярная и стереоскопическая насадка дополняют возможности изделия. Расстояние, диоптрии настраиваются, регулируется галогеновое освещение.

  • Andonstar A 1 – самый продуктивный. Увеличение достигает 500х путем изменения расстояния до рассматриваемого предмета. Отличительной чертой считается невысокая стоимость.


Комплектация включает насадку с зеркалом, подсветка регулируется. При необходимости подключается к компьютеру, что удобно и эффективно.

  • Bresser Advance ICD – самый профессиональный. Большая поверхность предоставляет место для беспрепятственного проведения сборочных операций, исследования объектов до 40 мм высотой.


Головка микроскопа вращается на 360 градусов, поэтому он используется для наблюдения несколькими пользователями без перемещения в пространстве.


Характеристики:

  • Камера 2,0 мпикс.
  • Увеличение до 200х.
  • Ручная фокусировка до 500 мм.
  • Освещение 8 светодиодов.
  • Источник питания компьютер.


Плюсы:

  • Маленький вес.
  • Регулируемое увеличение.
  • Подсветка ремонтируемого объекта.
  • Доступный ремонт.
  • Настраиваемая резкость.


Минусы:

Лучший бинокулярный микроскоп


Рейтинг:

  • Levenhuk 2ST – сверхточный. Большое рабочее расстояние 60 мм, увеличение 40х. Исследованию подлежат плоские микропрепараты, тонкие срезы, крупные предметы.

Оптическая система изготовлена из специального прозрачного стекла, которое передает качественную реалистичную картинку.

Резкость регулируется специальным колесиком.

  • Микромед 2 вар. 2-20 – самый освещенный. Яркость подсветки регулируется, прибор оснащен галогеновой лампой. В основе работы лежит метод проходящего света светлого и темного поля, фазового контраста.


Исследуемые объекты – окрашенные и неокрашенные срезы, мазки. Микроскоп используется для медицины, биологии, химии. С помощью прибора проводятся диагностические исследования в больницах, клиниках, высших учебных заведениях.


Изображение выводится на экран компьютера или ноутбука при подключении видеоокуляра.

  • OptikaM B -157 – самый надежный. Модель включает высококачественную оптику, прочные механические детали, простую настройку, эксплуатацию. Прибор подходит для обучения естественным наукам.


Корпус эргономичный, изготавливается из литого металла под давлением. Объективы ахроматические, покрыты противогрибковым составом.


Особое удобство при использовании оборудования – это наблюдение двумя глазами. Опция распределяет нагрузку равномерно, снижает дискомфорт при длительной работе. Популярностью пользуются модели для лабораторий.


Характеристики:

  • Диаметр трубки 30,5 мм.
  • Диапазон увеличение до 600х.
  • Подсветка белым светодиодом.
  • Подключение дополнительной техники.


Плюсы:

  • Высокое качество.
  • Механизмы грубой и точной настройки.
  • Большой предметный столик.
  • Контрастное изображение.
  • Вращающаяся бинокулярная насадка на 360 градусов.
  • Регулируемое межзрачковое расстояние.
  • Подсветка естественная.


Минусы:

  • Отсутствие подсветки (некоторые модели).
  • Вертикальное положение окуляров.

Лучший микроскоп для ребенка


Рейтинг:

  • Микромед Эврика 40х-1280х . Прибор предназначается для учебных и лабораторных работ в области биологии в школе, лицее или другом учебном заведении.Универсальное питание системы освещения (адаптер и три батарейки) допускает использование дома.


Объективами 4х, 10× изучаются непрозрачные плоские элементы. Камера 2мп выводит изображение на экран компьютера.

  • MP -450 – самый доступный. Микроскоп двойного действия, используется освещение солнечного света при зеркале вверх, при изменении положения поступает освещение от лампы.


Комплектация включает 4 предметных стекла с подготовленными препаратами. Исследуемый объект – биологические материалы в виде срезов и мазков. Комплектация включает линзу Барлоу, которая изменяет кратность увеличения.

  • Levenhuk LabZZ M 101 Lime >– самый стильный. Микроскоп изготавливается в ярких, привлекательных цветах. Оптика соответствует уровню традиционных моделей.


Стандартный набор включает 4 дополнительных предметных стекла со стикерами для маркировки. Комплектация включает все необходимые материалы для проведения исследований. Выдвижной окуляр не требует замены, поэтому риск потерять стекла не возникает.


Для исключения усталости трубка наклонена на 45 градусов. Образец располагается на круглом предметном столике, фиксируется плотно зажимами.


Приборы характеризуются средней мощностью. Они оказывают помощь в изучении ботаники, зоологии, биологии, химии, физики. Объекты микромира рассматриваются на мониторе, так как цифровые устройства подключаются через USB к компьютеру, ноутбукуили планшету.

Приборы просты в использовании.


Характеристики:

  • Питание – сеть, батарейки.
  • Фокусировка грубая.
  • Яркость регулируется.
  • Количество объективов 3.
  • Выдвижной окуляр.
  • Увеличение до 640×.
  • Предметный столик 90×90.
  • Поддержка программного обеспечения.
  • Сенсорная камера.
  • Разрешение 1600×1200.


Плюсы:

  • Низкое энергопотребление.
  • Набор для опытов.
  • Ребенок погружается в увлекательный мир науки.
  • Компактные размеры.
  • Быстрое включение.
  • Легкие, но прочные приборы.
  • Продолжительная автономная работа (около 20000 часов).


Минусы:

  • Небольшое увеличение.
  • Оптические элементы из пластика.

Лучший инструментальный микроскоп


Рейтинг:

  • МБС-12 – самый плавный. Используется при исследованиях ботаники, биологии, минералогии, ювелирной промышленности. Увеличение происходит плавно, без рывков, до 102×. Картинка сохраняется на всех этапах работы.


Рабочая поверхность 79 мм подходит для изучения крупных объектов. Диоптрии настраиваются.

  • Биологический микроскоп БИОЛАМ М-1 – самый многофункциональный. С помощью устройства проводятся исследования препаратов из области металлографии и микроэлектроники.


Изучение происходит в отраженном, поляризованном освещении методом светлого и темного поля. Увеличение до 1000 крат.

  • Bresser Science MTL – 201 – самый профессиональный. Основное назначение прибора – металлографический микроскоп. Незаменим в исследованиях минералогической, электронной и точной инженерной сфере.


Среди главных преимуществ: большой предметный столик с регулируемыми осями, ручки грубой и точной настройки, комбинация поляризатора и анализатора.


Предназначение изделия – наблюдение за относительно крупными предметами. Это бабочки, насекомые, кристаллы, ювелирные изделия, мелкие часовые механизмы. Увеличение в сто раз. Объем образуется за счет отдельных оптических систем для каждого глаза.


Стереомикроскопы применяются специалистами для получения максимально объемного и четкого изображения объекта. Операции с элементами проводятся прямо на предметном столике без покровного стекла.

Изделия стационарные, оснащаются системой крепления.


Характеристики:

  • Галогенная подсветка.
  • Тринокулярная насадка.
  • Предметный стол с нониусной шкалой.
  • Угол наклона 30 градусов.
  • Количество объективов 5.
  • Источник питания сеть.


Плюсы:

  • Регулировка освещения.
  • Удобный разворот для пользователя.
  • Возможность видеозаписи, фотосъемки.
  • Коррекция диоптрий, межзрачкового расстояния.
  • Качественное, яркое изображение.


Минусы:

  • Высокая стоимость.
  • Большие габариты.

Лучший лазерный микроскоп


Рейтинг:

  • 3D микроскоп NS -3000 – высокоскоростной. Прибор предназначен для точного измерения объектов, построения изображений в пространстве.


Быстродействующий сканирующий модуль и программные алгоритмы формируют картинку в режиме реального времени.


С помощью механизма проверяются, измеряются миниатюрные 3D-структуры (полупроводниковые пластины, плоские панели для дисплеев, стеклянные подложки).

Управление микроскопом с регулировкой параметров под силу даже новичку, главная панель управления и изображение находятся в одном окне программы.

  • K 1-Fluo – самый производительный.


Микроскоп применяется в области биологии и медицины, отличается превосходным качеством изображения из-за оптических компонентов, высокочувствительного детектора, стабильного многоволнового диодного лазера.


Оптика и механизм объединяются с любым другим типом микроскопа. Интерфейс располагает простым и понятным управлением.


Программное обеспечение включает режимы сканирования, трехмерное изображение, мульти-канальное детектирование, изображение сечения, временные серии.

  • Nanofinder S – 3D – самый универсальный.


Предназначение прибора – исследования в нанолабороториях при анализах полупроводников, жидких кристаллов, оптических световодов, полимеров, фармацевтических, биологических веществ, одиночных молекул.


Преимуществом работы является выбор лазеров, автоматизированная структура.


Приборы увеличивают изображения исследуемых объектов за счет образцов дифракции, которые образуются в результате взрыва частиц фотонами лазерного луча.


Живые ткани рассматриваются вглубь на 1 мм посредством флюоресценции (физического процесса, разновидности люминесценции). Собирается лазер системой обычных и полупрозрачных зеркал.

Применяются устройства в лабораториях, для домашнего использования не подходят из-за сложности принципа работы.


Характеристики:

  • Увеличение до 100x.
  • Диапазон измерений высоты – 70 мм.
  • Высокочувствительный сенсор.
  • Количество детекторов до 4.
  • Разрешение сканирования 2048×2048.
  • Электронное управление.


Плюсы:

  • Наглядное, яркое изображение.
  • Оптическое высокое разрешение.
  • Построение конфокального изображения в реальном времени.
  • Автофокусировка, подбор увеличения.
  • Простой режим анализа.
  • Ткань, исследуемая лазерными фотонами, практически не разрушается.
  • Обеспечивается высокое пространственное разрешение.


Минусы:

  • Требуются дорогие оптические ресурсы.
  • Луч поглощается водой тканей.

Лучший демонстрационный микроскоп


Рейтинг:

  • Celestron – самый современный. Инновационная конструкция включает дисплей вместо традиционного окуляра. Просмотр изображения удобен для одного человека или группы.


Предметы исследования – части растений, животных, волокна тканей, бактерии, плесень, дрожжи.

  • МЕТАМ ЛВ 32 – самый точный. Применяется при исследованиях микроструктур металла, сплава, непрозрачных объектов в отраженном свете (светлое, темное поле) и поляризованном свете.


Отличительные элементы микроскопа – новые объективы без хроматической окраски контуров, широкоугольные окуляры. Растровая осветительная система повышает равномерную освещенность объекта.


Область применения – металлургические, машиностроительные предприятия.

  • Bresser LCD 50x–2000x – самый защищенный. Модель характеризуется высокой оптикой и богатой комплектацией.


Подходит для демонстрации, обучения школьников и студентов, профессиональных исследований нумизматики, филателии и других мелких работ. Микроскоп защищен сетевым адаптером от перепадов напряжения.


Размер экрана позволяет проводить исследования без подключения к другому монитору. Изображение увеличивается, фиксируется фото, видеосъемка.


Устройство оборудовано жидкокристаллическим монитором для наблюдения или исследования объектов группой пользователей (школьников, студентов, ученых или других специалистов). Демонстрационный микроскоп используется в учебном процессе.


Характеристики:

  • Окуляры 10х22,5 мм.
  • Перемещение столика 40 продольно, 130 поперечно.
  • Максимальная нагрузка 3 кг.
  • Увеличение 1500-2000х.
  • Цифровая камера 5 мегапикселей.
  • Светодиодная подсветка.
  • Подключение USB.


Плюсы:

  • Сохранение изображения.
  • Дисплей жидкокристаллический.
  • Четкая цветопередача.
  • Изучение прозрачных, непрозрачных материалов.


Минусы:

  • Высокая стоимость.
  • Небольшой ассортимент.

Лучший поляризационный микроскоп


Особенность технологии заключается в наблюдении на сером или темном фоне. Рассматриваемое изображение выглядит четким и контрастным.


Модели применяются для медицинских, промышленных целей (обнаружение волокон, кристаллов, проверка полупроводников, точки напряжения).


Характеристики

  • Допустимый вес до 15 кг.
  • Увеличение 2000 крат.
  • Число объективов 5.


Плюсы  

  • Современный дизайн.
  • Доступные рукоятки управления.
  • Объектив без необходимости фокусировки.


Минусы

  • Отсутствует подключение к ПК.


Рейтинг лучших моделей

  • Микромед ПОЛАР 3 – самый удобный. Приспособление осуществляет исследования прозрачных и непрозрачных предметов в поляризованном или обыкновенном проходящем свете. Поляризатор вращается на 360 градусов, а анализатор – на 90.


Предметный стол круглый, вращается, углы фиксируются. Система линз Бертрана. Изображение фотографируется.

  • Bresser Science ADL-601P – самый оснащенный. Отличием модели считается тринокулярная насадка под углом 30 градусов, что позволяет изучать и фиксировать объекты одновременно результаты исследований.


Освещение регулируется для конкретных потребностей эксперимента.

  • Nikon Eclipse E200 POL – самый бесконечный. Особенностью этой модели считается новая оптическая система CFI60, которая включает бесконечное построение изображения с парфокальным расстоянием 60 мм.


Это гарантирует четкую, яркую картинку при большом рабочем расстоянии и числовых апертурах. В процессе используются специальные объективы для наблюдений в проходящем поляризованном свете.

Лучший технический микроскоп


Приборы необходимы специалистам при выполнении мелких, точных ремонтных работ, включая пайку, нарезание дорожек на печатных платах, поиск микротрещин, короткого замыкания, контроля качества работы.


Микроскопы используют любые методы исследования – фазовый контраст, поляризация, флуоресценция, темное поле.


Характеристики

  • Увеличение 300 крат.
  • Камера 5 пикселей.
  • Объектив линза высокого качества.
  • Окуляры 2 (15, 10х).


Плюсы

  • Плавная регулировка яркости освещения.
  • Совместимость с компьютерными программами.
  • Антигрибковое покрытие.
  • Широкое поле обзора.
  • Документирование результатов.
  • Профессиональный штатив.


Минусы

  • Крепление штатива некоторых моделей шаткое.
  • Ошибки совместимости программного обеспечения.


Рейтинг лучших моделей

  • USB-микроскоп DigiMicro Prof – самый профессиональный. Встроенная камера передает ясное, четкое увеличенное изображение, которое захватывает мельчайшие детали.


Фото и видео передается на компьютер через USB-подключение, используется изделие как со штативом, так и без. Опции измеряют расстояние, площади, углы, радиусы.

  • Eclipse Е200F/Е200F LED – самый высокоинтенсивный. Прибор оснащается линзой Fly-Eye, которая гарантирует равномерную яркость во всей области работы. Цветовая температура остается постоянной при любой степени увеличения.


Рабочее расстояние 60 мм открывает доступ к огромному количеству исследуемых материалов.

  • USB микроскоп Supereyes B011 – самый длиннофокусный. Технические работы легко осуществляются при помощи этой модели, так как рабочее расстояние между исследуемым предметом и линзой превосходит по значению любые виды микроскопов.


При этом выполняется операции высокой точности, без искажений по всему пространству объекта с 500-кратным увеличением. Все данные передаются, сохраняются на компьютере.

Лучший школьный микроскоп с подсветкой


Изделия делятся на простые оптические и сложные цифровые. В школе распространены простые устройства, не требующие предварительной подготовки. Они эффективны, удобны, оборудованы специальными ограничителями, пружинистыми оправами.


Характеристики

  • Угол наклона 45 градусов.
  • Увеличение 400 крат.
  • Количество объективов 3.
  • Увеличение камерой до 2000 раз.
  • Грубая, точная очистка.
  • Предметный столик 90×90.


Плюсы

  • Лапки-держатели предметного столика.
  • Двойная подсветка сверху и снизу.
  • Светодиодная, галогеновая подсветка.
  • Простое применение.
  • Широкопольный окуляр.
  • Оптика высококачественная.
  • Набор для опытов.


Минусы

  • Небольшое увеличение.


Рейтинг лучших моделей

  • Levenhuk Rainbow 2L – самый стильный. Яркий, разноцветный прибор, укомплектованный необходимым набором для разведения микроскопических рачков. Увеличение до 400×.

С помощью двойной подсветки изучаются прозрачные и непрозрачные объекты.

Прочный пластиковый корпус делает приспособление легким. Оснащение цифровой камерой 0,3 мпикс сохранит фото и видео процесса исследования.

  • Motic SFC-100FL – самый классический. Предназначение устройства – проведение анатомических, геологических опытов. Увеличение предмета происходит вращением револьверной головки. Диффузор служит снижению яркости освещения.
  • Celestron – самый демократичный. Двойная подсветка для изучения прозрачных, непрозрачных элементов. Наблюдения проводятся в режиме реального времени через окуляр или с экрана компьютера благодаря цифровой камере.

Лучший цифровой микроскоп


К этой группе относятся функциональные дорогие приборы. Они передают изображение на монитор компьютера, дополнительно подключается фотоаппарат, видеокамера. Картинки сохраняются на цифровом носителе, где они корректируются.


Современные оптические приборы, незаменимые для специалистов во всех областях науки. Благодаря приспособлениям проводится детальнейший анализ материала, микроскопических элементов.

Применение – медицина, химия, биология, электроника, материаловедение.


Характеристики

  • Увеличение до 2000×.
  • Предметный стол 140×155 мм.
  • Насадка поворачивается на 360 градусов.
  • Разрешение 1280×1024.
  • Увеличение до 650х.
  • Число объективов 4.


Плюсы

  • Надежная конструкция. Простая настройка.
  • Технологичное, функциональное оборудование.
  • Компактные изделия.
  • Низкое энергопотребление.
  • Широкое поле зрения.
  • Низкая нагрузка на глаза.


Минусы


Рейтинг лучших моделей

  • Levenhuk D870T – самый практичный. Цифровой тринокуляр подходит для занятий научными исследованиями в области медицины, биологии, криминалистики, а также ювелирными работами.


Камера 8 мпикс проводит визуальные наблюдения, делает снимки.

  • EULER Computer 60DC – самый мобильный. Исследование микромира посредством камеры-окуляра, который захватывает видео, сохраняет фото и видео. Комплектация включает готовые препараты, красочное руководство.

Замеры осуществляются с точностью до 1 мм. Мобильность устройства гарантируется питанием от сети или батареек.

  • Dr Mike – самый уникальный и презентабельный. Внешний вид микроскопа поражает оригинальностью и стилем. Технические характеристики также на достойном уровне. Богатая комплектация дополняет возможности прибора.

Nikon: Обзор оптики CFI60

Почему Nikon выбрал спецификацию CFI60 200/60/25 для биомедицинского микроскопа

  • Техническая основа для разработки новой серии Nikon Eclipse CFI 60 Infinity Optics для биологических микроскопов

Введение
Когда типичный микроскопист говорит об оптике бесконечности, у него может возникнуть образ оптической системы из сновидений, которая может делать все что угодно.Некоторые говорят, что производительность увеличивается, когда вы используете микроскоп с оптической системой бесконечности. Поэтому они рассуждают так: если это не бесконечная оптическая система, то она не работает на высоком уровне. Все ли производители действительно стараются сделать это и оправдать ожидания пользователей? Это правда, что оптика бесконечности значительно улучшает гибкость системы, но всегда ли оптические характеристики бесконечности превосходят конечные оптические системы?

Команда разработчиков оптики CFI 60 Nikon столкнулась с этим предложением.Они тщательно изучили преимущества и недостатки систем других производителей и нашли оптимальный баланс между оптическими характеристиками и гибкостью системы. Этот документ поможет вам понять, почему оптическая система бесконечности для биологических применений устанавливает новые стандарты производительности, включая линзу с тубусом с фокусным расстоянием 200 мм, объектив с парфокальным расстоянием 60 мм и размер резьбы объектива 25 мм.

1. Почему фокусное расстояние линзы трубки 200 мм?

В конечной оптической системе после того, как свет от объекта проходит через объектив, он направляется к плоскости первичного изображения (расположенной в точке фокусировки окуляра) и сходится там (рис. 1).

РИСУНОК 1

РИСУНОК 2

РИСУНОК 3

Однако в бесконечной оптической системе свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив и не сходится до тех пор, пока не пройдет через линзу трубки (рис. 2).

Это означает, что , а не , означает, что после прохождения света через объектив (до линзы трубки) можно получить бесконечное расстояние.После прохождения через объектив свет от объекта на оптической оси движется параллельно этой оси по оптическому пути. Свет, исходящий от периферии объекта, образует поток параллельных лучей и распространяется под диагональным углом к ​​оптической оси (рис. 3).

Из-за этого бывают случаи, когда эти лучи света больше не могут быть захвачены линзой тубуса, если линза тубуса находится слишком далеко от объектива. Это приводит к тому, что изображение по краям поля зрения становится темным или размытым, что не позволяет микроскопу работать в полную силу.Термин «Бесконечная оптика» просто означает, что свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив, а не , а , что внутри оптической системы доступно бесконечное пространство.

Если мы собираемся использовать оптику бесконечности для дальнейшего развития микроскопа, нам нужно будет увеличить расстояние между объективом и линзами трубки, а также повысить гибкость системы. Чтобы увеличить это расстояние, мы уменьшили угол потока параллельных лучей вне оптической оси.Обычно считается, что этого можно достичь с помощью более длинного фокусного расстояния для линзы трубки, но это расстояние имеет ограничения.

Увеличение (mo) объектива в микроскопе с бесконечной оптикой определяется по формуле: mo = фокусное расстояние линзы трубки (ft) / фокусное расстояние объектива (fo) (Рисунок 2). Если фокусное расстояние линзы трубки увеличить, расстояние до плоскости изображения (в окуляре) также увеличится с увеличением фокусного расстояния объектива. Естественно, это увеличивает размер микроскопа.Принимая это во внимание, был сделан вывод, что фокусное расстояние 200 мм будет наиболее подходящим для тубуса объектива.


Фокусные расстояния, принятые другими производителями, следующие:

Zeiss:
160 мм
Olympus: 180 мм Leica: 200 мм

Чтобы получить изображение такого же размера от объекта, удаленного от оптической оси, большее фокусное расстояние линзы трубки создает меньший угол света относительно оптической оси.Световые лучи не распространяются, поэтому расстояние между линзой трубки и объективом можно увеличить, что значительно повысит потенциал гибкости системы (рис. 4).

(рисунок 4)

Эта конструкция имеет определенные оптические преимущества.Как показано на рисунке 5, при сравнении линз с фокусным расстоянием 160 мм и 200 мм линза 200 мм создает поток внеосевых световых лучей с меньшим углом. В этом контексте световые лучи, проходящие через фазовое кольцо в насадке фазового контраста, призму DIC в насадке Nomarski DIC или дихроичное зеркало в насадке для эпифлуоресценции, производят меньших сдвигов между световыми элементами, параллельными оптической оси. и те, которые расположены по диагонали, чтобы их аксессуары работали более эффективно.Это большое оптическое преимущество, а также основной фактор, способствующий повышению уровня контраста в эпифлуоресцентной микроскопии.

(рисунок 5)

2. Почему парфокальное расстояние объектива 60 мм?

После того, как фокусное расстояние линзы трубки было установлено на 200 мм, парфокальное расстояние объектива пришлось увеличить со стандартных 45 мм.

Как объяснялось в Разделе I, фокусное расстояние объектива также увеличивается, чтобы сохранить такое же увеличение, и поскольку 45 мм не обеспечивают оптимального пространства в этой конструкции, невозможно получить высококачественное изображение. На практике масло CF N Plan Apo 60X с механической трубкой длиной 160 мм, считающееся лучшим из конечных объективов, заполнено линзами на ограниченном пространстве в 45 мм. Когда эта конечная система заменяется бесконечной системой, а объектив делится на объектив и линзу трубки, фокусное расстояние линзы трубки становится эквивалентным примерно 150 мм.Исходя из этого, мы можем численно рассчитать оптические характеристики, превосходящие оптические характеристики конечной системы, следующим образом:

Парфокальное расстояние объектива конечной системы = 45 мм; для фокусного расстояния тубуса 150 мм парфокальное расстояние объектива бесконечной системы = x; и фокусное расстояние линзы трубки = 200 мм; при решении этой пропорции, если 45: 150 = x: 200, то x = 60 мм. Следовательно, если фокусное расстояние линзы трубки = 200 мм, оптимальное парфокальное расстояние объектива должно составлять 60 мм.

Zeiss, Olympus и Leica установили парфокальное расстояние объектива в своих системах оптики бесконечности на 45 мм:

Zeiss: для 45: 150 = x: 160, x = 48 мм

(45 мм, таким образом, на 3 мм меньше)
Olympus: для 45: 150 = x: 180, x = 54 мм

(45 мм, таким образом, на 9 мм меньше)
Leica: для 45: 150 = x: 200, x = 60 мм

(45 мм, таким образом, на 15 мм слишком короткое)

Эти результаты показывают, что микроскопы других производителей не могут полностью использовать потенциал своих объективов.

Поскольку рабочее расстояние (WD) также увеличивается, чтобы соответствовать большему фокусному расстоянию объектива, производители, использующие парфокальное расстояние 45 мм, находятся в невыгодном положении, поскольку не могут использовать большее рабочее расстояние Nikon.

Используя для сравнения объектив Plan Apo 60X oil (N.A. 1.40), мы видим W.D. по производителям следующим образом:

Nikon:
0.21мм
Olympus:
0,10 мм
Zeiss:
0,09 мм
Leica:
0,06 мм

Это показывает, что существуют различия в способности размещать различные типы образцов, а также в простоте эксплуатации.

Линзы с низким энергопотреблением требуют определенного размера. Если увеличение объектива составляет 1X, формула «mo = ft / fo», использованная в разделе I, показывает, что фокусное расстояние объектива и линзы трубки должно быть одинаковым.

В случае Nikon, чтобы усовершенствовать трубчатый объектив 200 мм, парфокальное расстояние 45 мм оставило бы слишком мало места в конструкции. Увеличив это расстояние до 60 мм, можно получить 1-кратное увеличение, а благодаря этому революционному изменению — объектив с минимальным увеличением, равным 0.Достигнуто 5X.

Наименьшее увеличение, предлагаемое Zeiss и Olympus, составляет 1,25X, а Leica — 1,6X. Ни один из них еще не поставил цель 1X.

3. Зачем использовать объективный размер резьбы 25 мм?

Когда фокусное расстояние линзы трубки увеличивается, фокусное расстояние объектива также должно увеличиваться. Существует ограничение на диаметр зрачка объектива (эффективный диаметр, остающийся после пределов размера резьбы объектива), поэтому высокая числовая апертура (N.А.) не может быть получен. Таким образом, числовые характеристики линз с малым увеличением сильно пострадали.

В настоящее время другие производители используют размер резьбы 20,32 мм, но, как упоминалось выше, Nikon использует 25 мм и может достичь высоких значений N.A.

Первоначально яркость фотообъективов (F) выражалась формулой:

F = f / D [f: фокусное расстояние объектива; D: эффективный диаметр]

Поскольку N.A. микроскопа соответствует значению F фотообъектива, яркость можно выразить формулой:

F = 1 / (2N.А.)

Таким образом, с помощью этой формулы можно найти эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемой N.A. Другими словами, размер зрачка объектива (эффективный диаметр на выходной стороне) выражается как:

D = 2N.A.x f

Например, чтобы найти эффективный диаметр CFI Plan Apo 4X (N.A. 0,2), объектив с самым высоким (самым ярким) N.A .; учитывая, что фокусное расстояние объектива составляет 50 мм, а фокусное расстояние линзы трубки равно 200 мм, выполняется следующий расчет:

D = 2 x 0.2 x 50 = 20 мм

Это показывает, что обычный размер резьбы 20,32 мм физически использовать нельзя.

В следующей таблице показаны различные диаметры зрачка, необходимые для конструирования объективов 4X с N.A. 0,2 в зависимости от фокусного расстояния тубуса, от производителя.

Компания
Трубка линзы FL
4X Obj.FL
Диаметр зрачка.
Zeiss
160 мм 40 мм 16 мм
Olympus
180 мм 45 мм 18 мм
Leica
200 мм 50 мм 20 мм
При сравнении N.A. Плана Апо 4X:
Zeiss н.э. 0,16
Olympus н.э. 0,16

Leica не имеет подходящего продукта (хотя объективный размер резьбы 25 мм). Таким образом, мы видим, что ни один другой производитель даже близко не может сравниться с Nikon N.A. 0,20, что является самым высоким показателем в отрасли.

Как показано, для получения высокой числовой апертуры объектив с малым увеличением требует большого диаметра зрачка. Чем больше фокусное расстояние линзы тубуса, тем больше необходимость увеличивать размер резьбы на объективе. Компания Nikon решила эту проблему, выбрав размер резьбы 25 мм для системы CFI Infinity Optics.

4.В заключении

Мы надеемся, что эти объяснения, сопровождаемые конкретными примерами, помогли вам понять, почему трубчатая линза с фокусным расстоянием 200 мм считается оптимальной для использования в оптической системе бесконечности и почему более высокие оптические характеристики могут быть получены с парфокальным расстоянием объектива 60 мм и размером резьбы. 25мм.

Хотя в отношении механических размеров соблюдались JIS и другие общепринятые стандарты, принятие оптики бесконечности само по себе потребовало жертвовать совместимостью с обычными системами.

Таким образом, компания Nikon не ограничивалась традиционными размерами, а считала, что ее истинная задача — создавать продукты, которые нужны пользователям в современных передовых методах микроскопии. Инновации в проектировании, производстве, контроле качества, контроле и производстве внесли свой вклад в появление оптических систем Nikon серии CFI 60.

Рабочее расстояние и парфокальное расстояние

Объективы для микроскопов

обычно имеют короткое свободное рабочее расстояние, которое определяется как расстояние от передней линзы объектива до ближайшей поверхности покровного стекла, когда образец находится в резком фокусе.В случае объективов, предназначенных для использования без покровных стекол, рабочее расстояние определяется линейным измерением передней линзы объектива до поверхности образца.

На Рисунке 1 представлена ​​схематическая иллюстрация объектива, показывающая характеристики парфокального и рабочего расстояния, а также другие описания, выгравированные или напечатанные на тубусе объектива. Как правило, рабочее расстояние объектива уменьшается по мере увеличения увеличения и числовой апертуры, как показано в Таблице 1 для серии объективов Nikon с плоским флюоритом и планово-апохроматическим объективом с высокой коррекцией.Текущая тенденция состоит в том, чтобы производить сухие объективы с максимально длинными рабочими расстояниями, но спрос несколько ограничивается необходимостью в больших числовых апертурах с их более высокой разрешающей способностью. Это часто приводит производителей к компромиссу между этими двумя параметрами.

Иммерсионные объективы, которые работают с жидкой средой с определенным показателем преломления между передней линзой и покровным стеклом, имеют более ограниченную длину рабочего расстояния. Если рабочее расстояние слишком велико, сохранение сливающейся сети иммерсионной жидкости между передней линзой объектива и образцом может стать проблемой, что приведет к появлению аберраций с последующим ухудшением изображения.Объективы с очень близким рабочим расстоянием подпружинены, поэтому вся передняя линза в сборе втягивается при контакте с покровным стеклом. Эти крепления часто называют стопорами ретракции и гарантируют адекватную защиту от случайного повреждения образца или передней линзы объектива.

Для многих приложений очень желательно (и часто необходимо) большое свободное рабочее расстояние, и для такого использования разработаны специальные объективы, несмотря на трудности, связанные с достижением больших числовых апертур и необходимой степени коррекции оптических аберраций.Объективы с большим рабочим расстоянием особенно полезны при исследовании образцов in vitro через толстые стеклянные стенки, а также для химической и металлургической микроскопии, где передняя линза объектива должна быть защищена от опасностей окружающей среды, таких как тепло, едкие пары и летучие химические вещества, с помощью толстого покровного стекла. Рабочее расстояние этих объективов часто в два-три раза превышает рабочее расстояние сопоставимых объективов с такой же или немного большей числовой апертурой. В таблице 2 перечислены объективы Nikon с коррекцией на бесконечность, имеющие сверхдлинные рабочие расстояния (ELWD) и сверхдлинные рабочие расстояния (SLWD).Обратите внимание, что рабочее расстояние уменьшается с увеличением и числовой апертурой, но не так резко, как объективы, перечисленные в таблице 1. Также обратите внимание, что объективы SLWD демонстрируют значительно большие рабочие расстояния, но, соответственно, более низкие числовые апертуры, чем объективы серии ELWD.

Благодаря современным технологиям производства стало практичным значительно улучшить механическую точность объективов микроскопов, включая их центрирование и парфокальное расстояние, расстояние между плоскостью образца и уступом фланца, которым линза объектива поддерживается на вращающейся револьверной головке ( см. рисунок 1).Таким образом, в современных микроскопах исследовательского уровня образец можно удерживать довольно близко в фокусе (в пределах микрона или около того), а также в центре поля зрения, когда кто-то поворачивает револьверную головку и переключается с одного объектива на другой.

В течение многих лет объективы, разработанные для биологических приложений от большинства производителей, соответствовали международно признанному соглашению, парфокальному расстоянию 45,0 миллиметра, стандарту Королевского микроскопического общества (RMS), определяющему размер резьбы, которая поддерживает линзу объектива в револьверной головке. , и механическая трубка длиной 160 миллиметров.Таким образом, объективы разных производителей оказались взаимозаменяемыми. Однако с появлением объективов с коррекцией на бесконечность удобная взаимозаменяемость объективов разных производителей снова исчезла. Это связано, прежде всего, с различными критериями конструкции, используемыми для коррекции аберраций в объективе и линзах тубуса, и повышенным спросом на большую гибкость для удовлетворения потребности во все больших рабочих расстояниях в сочетании с более высокими числовыми апертурами и увеличенным размером поля.

Недавно представленная оптическая система Nikon CFI60, включающая объективы без хрома, линзы с тубусом и окуляры, позволила компании отдельно корректировать каждый компонент без использования одного для коррекции другого. Эта система также представила 60-миллиметровое парфокальное расстояние и 25-миллиметровый диаметр резьбы для объективов, чтобы заменить размер резьбы RMS.

Оптическая система Nikon CFI60 | Nikon’s MicroscopyU

Когда типичный микроскопист говорит о Infinity Optics, у него, вероятно, возникает образ оптической системы мечты, способной на все.Некоторые говорят, что производительность увеличивается, когда вы используете микроскоп с оптической системой бесконечности. Таким образом, они пришли к выводу, что если это не бесконечная оптическая система, она не работает на высоком уровне.

Рисунок 1 — Формирование изображения на промежуточной плоскости изображения

Все ли производители действительно стараются сделать это и оправдать ожидания пользователей? Верно ли, что оптика бесконечности значительно улучшает гибкость системы, но всегда ли оптические характеристики бесконечности превосходят оптические системы конечной длины?

Команда разработчиков оптики Nikon CFI60 столкнулась с этим предложением.Они тщательно изучили преимущества и недостатки систем других производителей и нашли оптимальный баланс между оптическими характеристиками и гибкостью системы. Этот документ поможет вам понять, почему оптическая система бесконечности для биологических применений устанавливает новые стандарты производительности, включая линзу с тубусом с фокусным расстоянием 200 миллиметров, объектив с парфокальным расстоянием 60 миллиметров и размер резьбы объектива 25 миллиметров. .

Почему фокусное расстояние тубуса линзы составляет 200 миллиметров?

В конечной оптической системе после того, как свет от объекта проходит через объектив, он направляется к плоскости первичного изображения (часто называемой промежуточной плоскостью изображения, расположенной в фокусной точке окуляра) и сходится там, как показано на рисунке 1. .

Однако в бесконечной оптической системе свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив и не сходится до тех пор, пока не пройдет через линзу трубки, как показано на рисунке 2. Это не означает, что бесконечное расстояние может быть получено после свет проходит через объектив (до линзы трубки). После прохождения через объектив свет от объекта на оптической оси движется параллельно этой оси по оптическому пути. Свет, исходящий от периферии объекта, образует поток параллельных лучей и движется под диагональным углом к ​​оптической оси, как показано на рисунке 3, представленном ниже.

Рисунок 2 — Параллельный световой путь коррекции бесконечности

Из-за этого есть случаи, когда эти лучи света больше не могут быть захвачены линзой тубуса, если линза тубуса находится слишком далеко от объектива. Это приводит к тому, что изображение по краям поля зрения становится темным или размытым, что не позволяет микроскопу работать в полную силу. Термин «бесконечная оптика» просто означает, что свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив, а не бесконечное пространство внутри оптической системы.

Если мы собираемся использовать оптику бесконечности для дальнейшего развития микроскопа, нам нужно будет увеличить расстояние между объективом и линзами трубки, а также повысить гибкость системы. Чтобы увеличить это расстояние, мы уменьшили угол потока параллельных лучей вне оптической оси. Обычно считается, что этого можно достичь с помощью более длинного фокусного расстояния для линзы трубки, но это расстояние имеет ограничения.

Рисунок 3 — Периферийный световой поток в бесконечных оптических путях

Увеличение (M (o)) объектива в микроскопе с бесконечной оптикой определяется по формуле:

Формула 1 — Увеличение объектива в микроскопе с бесконечной оптикой

$$ M_o = \ frac {\ textrm {фокусное расстояние линзы трубки} (F_t)} {\ textrm {фокусное расстояние объектива} (F_o)} $$

, где фокусное расстояние линзы трубки (F (t)) и фокусное расстояние объектива (F (o)) указаны на рисунке 2.Если фокусное расстояние линзы трубки увеличивается, расстояние до плоскости изображения (в окуляре) также увеличивается с увеличением фокусного расстояния объектива. Естественно, это увеличивает размер микроскопа. Принимая это во внимание, был сделан вывод, что фокусное расстояние 200 миллиметров будет наиболее подходящим для линзы трубки. Фокусные расстояния, принятые другими производителями, составляют 160 миллиметров и 180 миллиметров.

Чтобы получить изображение такого же размера от объекта, расположенного далеко от оптической оси, большее фокусное расстояние линзы трубки создает меньший угол света относительно оптической оси.Световые лучи не распространяются, поэтому расстояние между линзой трубки и объективом может быть увеличено, что значительно увеличивает потенциал гибкости системы, как показано на рисунке 4 ниже.

Рисунок 4 — Фокусное расстояние линзы трубки

Эта конструкция имеет определенные оптические преимущества. Как показано на рисунке 5, при сравнении линз с фокусным расстоянием 160 мм и 200 мм линза 200 мм создает поток внеосевых световых лучей с меньшим углом.В этом контексте световые лучи, проходящие через фазовое кольцо в насадке фазового контраста, призму DIC в насадке Nomarski DIC или дихроичное зеркало в насадке для эпифлуоресценции, создают меньшие смещения между световыми элементами, параллельными оптической оси, и элементами диагонали к нему, чтобы аксессуары работали более эффективно. Это большое оптическое преимущество, а также основной фактор, способствующий повышению уровня контраста в эпифлуоресцентной микроскопии.

Рисунок 5 — Внеосевой световой поток в зависимости от длины трубки в бесконечных системах

Почему парфокальное расстояние объектива 60 миллиметров?

Как только фокусное расстояние линзы трубки установлено на 200 миллиметров, парфокальное расстояние объектива должно быть увеличено со стандартных 45 миллиметров.Как объяснялось в разделе о длине трубки, фокусное расстояние объектива также увеличивается, чтобы сохранить такое же увеличение, и поскольку 45 миллиметров не обеспечивают оптимального пространства в этой конструкции, невозможно получить высококачественное изображение. На практике масло CF N Plan Apo 60x с механической трубкой длиной 160 миллиметров, которое, как считается, является конечным из конечных объективов, заполнено линзами в ограниченном пространстве в 45 миллиметров. Когда эта конечная система заменяется бесконечной системой, а объектив делится на объектив и линзу трубки, фокусное расстояние линзы трубки становится эквивалентным приблизительно 150 миллиметрам.На этой основе мы можем рассчитать парфокальное расстояние, чтобы обеспечить оптические характеристики, превосходящие характеристики конечной системы, следующим образом: парфокальное расстояние конечной системы составляет 45 миллиметров; для фокусного расстояния тубуса 150 миллиметров парфокальное расстояние объектива бесконечной системы равно x; Фокусное расстояние линзы трубки составляет 200 миллиметров. При решении этой пропорции, если 45: 150 = x: 200, то x = 60 миллиметров. Следовательно, если фокусное расстояние линзы трубки составляет 200 миллиметров, оптимальное парфокальное расстояние объектива должно составлять 60 миллиметров.

Используя вычисления выше, оптимальное парфокальное расстояние для трубки длиной 160 миллиметров составляет 48 миллиметров, а для трубки длиной 180 миллиметров — 54 миллиметра. Производители микроскопов, устанавливающие парфокальное расстояние объектива в своих системах бесконечной оптики на 45 миллиметров, не могут полностью использовать потенциал своих объективов.

Поскольку рабочее расстояние (WD) также увеличивается, чтобы соответствовать большему фокусному расстоянию объектива, производители, использующие парфокальное расстояние 45 миллиметров, находятся в невыгодном положении, поскольку не могут использовать большее рабочее расстояние, достигаемое Nikon.Используя для сравнения объектив Plan Apo 60x (N.A. 1.4), мы видим, что W.D. от производителя как минимум на 50 процентов меньше, чем у Nikon. Это показывает, что существуют различия в способности размещать различные типы образцов, а также в простоте эксплуатации.

Таблица 1 — Стандартные длины корректирующих трубок Infinity
Производитель Длина трубки
(миллиметры)
Nikon 200
Olympus 180
Leica 200

Для линз с низким светосилом требуется определенный размер. Если увеличение объектива составляет 1x, формула «M (o) = F (t) / F (o)», используемая в разделе длины трубки, показывает, что фокусное расстояние объектива и фокусное расстояние объектива трубки должны быть равны быть таким же. В случае Nikon, чтобы улучшить фокусное расстояние линзы трубки в 200 миллиметров, парфокальное расстояние в 45 миллиметров оставило бы слишком мало места в конструкции. Увеличив это расстояние до 60 миллиметров, можно получить увеличение 1x, а благодаря этому революционному изменению — объектив с увеличением до 0.Достигнуто 5x. Наименьшее увеличение, предлагаемое другими производителями, составляет 1,5x, и ни один из них еще не выпустил объектив 1x.

Зачем нужна резьба объектива 25 мм?

Когда фокусное расстояние линзы трубки увеличивается, фокусное расстояние объектива также должно увеличиваться. Существует предел диаметра зрачка объектива (эффективный диаметр, остающийся после пределов размера резьбы объектива), поэтому нельзя получить высокую числовую апертуру (N.A.).Таким образом, числовая апертура линз с малым увеличением подвергается критическому влиянию. В настоящее время другие производители используют размер резьбы 20,32 миллиметра, но, как упоминалось выше, Nikon использует 25 миллиметров и может достигать высоких числовых апертур. Первоначально яркость фотообъективов (F) выражалась формулой:

Формула 2 — Яркость фотообъективов

$$ F = \ frac {f} {D} $$

где f — фокусное расстояние объектива, а D — эффективный диаметр. С того времени.A. микроскопа соответствует значению F фотообъектива, яркость можно выразить формулой:

Формула 3 — Яркость фотообъективов

$$ F @ \ frac {1} {2 \ textrm {N.A.}} $$

Таким образом, с помощью этой формулы можно найти эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемой N.A. Другими словами, размер зрачка объектива (эффективный диаметр на выходной стороне) выражается как:

Формула 4 — Эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемого значения N.А.

$$ D = 2 \ textrm {N.A.} \ Times \ f $$

Например, чтобы найти эффективный диаметр CFI Plan Apo 4x (N.A. 0,2), объектив с самым высоким (самым ярким) N.A .; учитывая, что фокусное расстояние объектива составляет 50 миллиметров, а фокусное расстояние линзы трубки равно 200 миллиметрам, выполняется следующий расчет:

Формула 5 — Эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемого значения N.A.

$$ D = 2 \ times 0,2 \ times 50 = 20 \ textrm {мм (оптический диаметр)} $$

Это показывает, что обычные 20.Размер резьбы 32 использовать физически невозможно. Диаметры зрачков, необходимые для создания 4-кратных объективов с числовой апертурой 0,2 при длине трубки 160 и 180 мм, составляют 16 мм и 18 мм соответственно. Это свидетельствует о проблемах конструкции, с которыми сталкиваются другие производители при использовании стандартной резьбы 20,32 миллиметра. Фактическая числовая апертура соответствующих объективов Plan Apo 4x составляет 0,16. NA для объектива Nikon этого класса составляет 0,20, что является самым высоким показателем в отрасли.

Как показано, для получения высокой числовой апертуры объектив с малым увеличением требует большого диаметра зрачка. Чем больше фокусное расстояние линзы тубуса, тем больше необходимость увеличивать размер резьбы на объективе. Компания Nikon решила эту проблему, выбрав размер резьбы 25 мм для системы CFI Infinity Optics.

В заключение

Мы надеемся, что эти пояснения, сопровождаемые конкретными примерами, помогли вам понять, почему тубус с фокусным расстоянием 200 миллиметров считается оптимальным для использования в оптической системе бесконечности и почему более высокие оптические характеристики могут быть получены с парфокальным расстоянием объектива 60 миллиметров и размер резьбы 25 миллиметров.Благодаря JIS и другим общепринятым стандартам для механических размеров, принятие бесконечной оптики само по себе потребовало жертвовать совместимостью с обычными системами.

Таким образом, компания Nikon не ограничивалась обычными размерами, а считала своей истинной задачей создание продуктов, необходимых пользователям для современных передовых методов микроскопии. Инновации в проектировании, производстве, контроле качества, контроле и производстве внесли свой вклад в появление серии оптических систем Nikon CFI60.

Оптическая система Nikon CFI60 | Nikon’s MicroscopyU

Когда типичный микроскопист говорит о Infinity Optics, у него, вероятно, возникает образ оптической системы мечты, способной на все. Некоторые говорят, что производительность увеличивается, когда вы используете микроскоп с оптической системой бесконечности. Таким образом, они пришли к выводу, что если это не бесконечная оптическая система, она не работает на высоком уровне.

Рисунок 1 — Формирование изображения на промежуточной плоскости изображения

Все ли производители действительно стараются сделать это и оправдать ожидания пользователей? Верно ли, что оптика бесконечности значительно улучшает гибкость системы, но всегда ли оптические характеристики бесконечности превосходят оптические системы конечной длины?

Команда разработчиков оптики Nikon CFI60 столкнулась с этим предложением.Они тщательно изучили преимущества и недостатки систем других производителей и нашли оптимальный баланс между оптическими характеристиками и гибкостью системы. Этот документ поможет вам понять, почему оптическая система бесконечности для биологических применений устанавливает новые стандарты производительности, включая линзу с тубусом с фокусным расстоянием 200 миллиметров, объектив с парфокальным расстоянием 60 миллиметров и размер резьбы объектива 25 миллиметров. .

Почему фокусное расстояние тубуса линзы составляет 200 миллиметров?

В конечной оптической системе после того, как свет от объекта проходит через объектив, он направляется к плоскости первичного изображения (часто называемой промежуточной плоскостью изображения, расположенной в фокусной точке окуляра) и сходится там, как показано на рисунке 1. .

Однако в бесконечной оптической системе свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив и не сходится до тех пор, пока не пройдет через линзу трубки, как показано на рисунке 2. Это не означает, что бесконечное расстояние может быть получено после свет проходит через объектив (до линзы трубки). После прохождения через объектив свет от объекта на оптической оси движется параллельно этой оси по оптическому пути. Свет, исходящий от периферии объекта, образует поток параллельных лучей и движется под диагональным углом к ​​оптической оси, как показано на рисунке 3, представленном ниже.

Рисунок 2 — Параллельный световой путь коррекции бесконечности

Из-за этого есть случаи, когда эти лучи света больше не могут быть захвачены линзой тубуса, если линза тубуса находится слишком далеко от объектива. Это приводит к тому, что изображение по краям поля зрения становится темным или размытым, что не позволяет микроскопу работать в полную силу. Термин «бесконечная оптика» просто означает, что свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив, а не бесконечное пространство внутри оптической системы.

Если мы собираемся использовать оптику бесконечности для дальнейшего развития микроскопа, нам нужно будет увеличить расстояние между объективом и линзами трубки, а также повысить гибкость системы. Чтобы увеличить это расстояние, мы уменьшили угол потока параллельных лучей вне оптической оси. Обычно считается, что этого можно достичь с помощью более длинного фокусного расстояния для линзы трубки, но это расстояние имеет ограничения.

Рисунок 3 — Периферийный световой поток в бесконечных оптических путях

Увеличение (M (o)) объектива в микроскопе с бесконечной оптикой определяется по формуле:

Формула 1 — Увеличение объектива в микроскопе с бесконечной оптикой

$$ M_o = \ frac {\ textrm {фокусное расстояние линзы трубки} (F_t)} {\ textrm {фокусное расстояние объектива} (F_o)} $$

, где фокусное расстояние линзы трубки (F (t)) и фокусное расстояние объектива (F (o)) указаны на рисунке 2.Если фокусное расстояние линзы трубки увеличивается, расстояние до плоскости изображения (в окуляре) также увеличивается с увеличением фокусного расстояния объектива. Естественно, это увеличивает размер микроскопа. Принимая это во внимание, был сделан вывод, что фокусное расстояние 200 миллиметров будет наиболее подходящим для линзы трубки. Фокусные расстояния, принятые другими производителями, составляют 160 миллиметров и 180 миллиметров.

Чтобы получить изображение такого же размера от объекта, расположенного далеко от оптической оси, большее фокусное расстояние линзы трубки создает меньший угол света относительно оптической оси.Световые лучи не распространяются, поэтому расстояние между линзой трубки и объективом может быть увеличено, что значительно увеличивает потенциал гибкости системы, как показано на рисунке 4 ниже.

Рисунок 4 — Фокусное расстояние линзы трубки

Эта конструкция имеет определенные оптические преимущества. Как показано на рисунке 5, при сравнении линз с фокусным расстоянием 160 мм и 200 мм линза 200 мм создает поток внеосевых световых лучей с меньшим углом.В этом контексте световые лучи, проходящие через фазовое кольцо в насадке фазового контраста, призму DIC в насадке Nomarski DIC или дихроичное зеркало в насадке для эпифлуоресценции, создают меньшие смещения между световыми элементами, параллельными оптической оси, и элементами диагонали к нему, чтобы аксессуары работали более эффективно. Это большое оптическое преимущество, а также основной фактор, способствующий повышению уровня контраста в эпифлуоресцентной микроскопии.

Рисунок 5 — Внеосевой световой поток в зависимости от длины трубки в бесконечных системах

Почему парфокальное расстояние объектива 60 миллиметров?

Как только фокусное расстояние линзы трубки установлено на 200 миллиметров, парфокальное расстояние объектива должно быть увеличено со стандартных 45 миллиметров.Как объяснялось в разделе о длине трубки, фокусное расстояние объектива также увеличивается, чтобы сохранить такое же увеличение, и поскольку 45 миллиметров не обеспечивают оптимального пространства в этой конструкции, невозможно получить высококачественное изображение. На практике масло CF N Plan Apo 60x с механической трубкой длиной 160 миллиметров, которое, как считается, является конечным из конечных объективов, заполнено линзами в ограниченном пространстве в 45 миллиметров. Когда эта конечная система заменяется бесконечной системой, а объектив делится на объектив и линзу трубки, фокусное расстояние линзы трубки становится эквивалентным приблизительно 150 миллиметрам.На этой основе мы можем рассчитать парфокальное расстояние, чтобы обеспечить оптические характеристики, превосходящие характеристики конечной системы, следующим образом: парфокальное расстояние конечной системы составляет 45 миллиметров; для фокусного расстояния тубуса 150 миллиметров парфокальное расстояние объектива бесконечной системы равно x; Фокусное расстояние линзы трубки составляет 200 миллиметров. При решении этой пропорции, если 45: 150 = x: 200, то x = 60 миллиметров. Следовательно, если фокусное расстояние линзы трубки составляет 200 миллиметров, оптимальное парфокальное расстояние объектива должно составлять 60 миллиметров.

Используя вычисления выше, оптимальное парфокальное расстояние для трубки длиной 160 миллиметров составляет 48 миллиметров, а для трубки длиной 180 миллиметров — 54 миллиметра. Производители микроскопов, устанавливающие парфокальное расстояние объектива в своих системах бесконечной оптики на 45 миллиметров, не могут полностью использовать потенциал своих объективов.

Поскольку рабочее расстояние (WD) также увеличивается, чтобы соответствовать большему фокусному расстоянию объектива, производители, использующие парфокальное расстояние 45 миллиметров, находятся в невыгодном положении, поскольку не могут использовать большее рабочее расстояние, достигаемое Nikon.Используя для сравнения объектив Plan Apo 60x (N.A. 1.4), мы видим, что W.D. от производителя как минимум на 50 процентов меньше, чем у Nikon. Это показывает, что существуют различия в способности размещать различные типы образцов, а также в простоте эксплуатации.

Таблица 1 — Стандартные длины корректирующих трубок Infinity
Производитель Длина трубки
(миллиметры)
Nikon 200
Olympus 180
Leica 200

Для линз с низким светосилом требуется определенный размер. Если увеличение объектива составляет 1x, формула «M (o) = F (t) / F (o)», используемая в разделе длины трубки, показывает, что фокусное расстояние объектива и фокусное расстояние объектива трубки должны быть равны быть таким же. В случае Nikon, чтобы улучшить фокусное расстояние линзы трубки в 200 миллиметров, парфокальное расстояние в 45 миллиметров оставило бы слишком мало места в конструкции. Увеличив это расстояние до 60 миллиметров, можно получить увеличение 1x, а благодаря этому революционному изменению — объектив с увеличением до 0.Достигнуто 5x. Наименьшее увеличение, предлагаемое другими производителями, составляет 1,5x, и ни один из них еще не выпустил объектив 1x.

Зачем нужна резьба объектива 25 мм?

Когда фокусное расстояние линзы трубки увеличивается, фокусное расстояние объектива также должно увеличиваться. Существует предел диаметра зрачка объектива (эффективный диаметр, остающийся после пределов размера резьбы объектива), поэтому нельзя получить высокую числовую апертуру (N.A.).Таким образом, числовая апертура линз с малым увеличением подвергается критическому влиянию. В настоящее время другие производители используют размер резьбы 20,32 миллиметра, но, как упоминалось выше, Nikon использует 25 миллиметров и может достигать высоких числовых апертур. Первоначально яркость фотообъективов (F) выражалась формулой:

Формула 2 — Яркость фотообъективов

$$ F = \ frac {f} {D} $$

где f — фокусное расстояние объектива, а D — эффективный диаметр. С того времени.A. микроскопа соответствует значению F фотообъектива, яркость можно выразить формулой:

Формула 3 — Яркость фотообъективов

$$ F @ \ frac {1} {2 \ textrm {N.A.}} $$

Таким образом, с помощью этой формулы можно найти эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемой N.A. Другими словами, размер зрачка объектива (эффективный диаметр на выходной стороне) выражается как:

Формула 4 — Эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемого значения N.А.

$$ D = 2 \ textrm {N.A.} \ Times \ f $$

Например, чтобы найти эффективный диаметр CFI Plan Apo 4x (N.A. 0,2), объектив с самым высоким (самым ярким) N.A .; учитывая, что фокусное расстояние объектива составляет 50 миллиметров, а фокусное расстояние линзы трубки равно 200 миллиметрам, выполняется следующий расчет:

Формула 5 — Эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемого значения N.A.

$$ D = 2 \ times 0,2 \ times 50 = 20 \ textrm {мм (оптический диаметр)} $$

Это показывает, что обычные 20.Размер резьбы 32 использовать физически невозможно. Диаметры зрачков, необходимые для создания 4-кратных объективов с числовой апертурой 0,2 при длине трубки 160 и 180 мм, составляют 16 мм и 18 мм соответственно. Это свидетельствует о проблемах конструкции, с которыми сталкиваются другие производители при использовании стандартной резьбы 20,32 миллиметра. Фактическая числовая апертура соответствующих объективов Plan Apo 4x составляет 0,16. NA для объектива Nikon этого класса составляет 0,20, что является самым высоким показателем в отрасли.

Как показано, для получения высокой числовой апертуры объектив с малым увеличением требует большого диаметра зрачка. Чем больше фокусное расстояние линзы тубуса, тем больше необходимость увеличивать размер резьбы на объективе. Компания Nikon решила эту проблему, выбрав размер резьбы 25 мм для системы CFI Infinity Optics.

В заключение

Мы надеемся, что эти пояснения, сопровождаемые конкретными примерами, помогли вам понять, почему тубус с фокусным расстоянием 200 миллиметров считается оптимальным для использования в оптической системе бесконечности и почему более высокие оптические характеристики могут быть получены с парфокальным расстоянием объектива 60 миллиметров и размер резьбы 25 миллиметров.Благодаря JIS и другим общепринятым стандартам для механических размеров, принятие бесконечной оптики само по себе потребовало жертвовать совместимостью с обычными системами.

Таким образом, компания Nikon не ограничивалась обычными размерами, а считала своей истинной задачей создание продуктов, необходимых пользователям для современных передовых методов микроскопии. Инновации в проектировании, производстве, контроле качества, контроле и производстве внесли свой вклад в появление серии оптических систем Nikon CFI60.

Оптическая система Nikon CFI60 | Nikon’s MicroscopyU

Когда типичный микроскопист говорит о Infinity Optics, у него, вероятно, возникает образ оптической системы мечты, способной на все. Некоторые говорят, что производительность увеличивается, когда вы используете микроскоп с оптической системой бесконечности. Таким образом, они пришли к выводу, что если это не бесконечная оптическая система, она не работает на высоком уровне.

Рисунок 1 — Формирование изображения на промежуточной плоскости изображения

Все ли производители действительно стараются сделать это и оправдать ожидания пользователей? Верно ли, что оптика бесконечности значительно улучшает гибкость системы, но всегда ли оптические характеристики бесконечности превосходят оптические системы конечной длины?

Команда разработчиков оптики Nikon CFI60 столкнулась с этим предложением.Они тщательно изучили преимущества и недостатки систем других производителей и нашли оптимальный баланс между оптическими характеристиками и гибкостью системы. Этот документ поможет вам понять, почему оптическая система бесконечности для биологических применений устанавливает новые стандарты производительности, включая линзу с тубусом с фокусным расстоянием 200 миллиметров, объектив с парфокальным расстоянием 60 миллиметров и размер резьбы объектива 25 миллиметров. .

Почему фокусное расстояние тубуса линзы составляет 200 миллиметров?

В конечной оптической системе после того, как свет от объекта проходит через объектив, он направляется к плоскости первичного изображения (часто называемой промежуточной плоскостью изображения, расположенной в фокусной точке окуляра) и сходится там, как показано на рисунке 1. .

Однако в бесконечной оптической системе свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив и не сходится до тех пор, пока не пройдет через линзу трубки, как показано на рисунке 2. Это не означает, что бесконечное расстояние может быть получено после свет проходит через объектив (до линзы трубки). После прохождения через объектив свет от объекта на оптической оси движется параллельно этой оси по оптическому пути. Свет, исходящий от периферии объекта, образует поток параллельных лучей и движется под диагональным углом к ​​оптической оси, как показано на рисунке 3, представленном ниже.

Рисунок 2 — Параллельный световой путь коррекции бесконечности

Из-за этого есть случаи, когда эти лучи света больше не могут быть захвачены линзой тубуса, если линза тубуса находится слишком далеко от объектива. Это приводит к тому, что изображение по краям поля зрения становится темным или размытым, что не позволяет микроскопу работать в полную силу. Термин «бесконечная оптика» просто означает, что свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив, а не бесконечное пространство внутри оптической системы.

Если мы собираемся использовать оптику бесконечности для дальнейшего развития микроскопа, нам нужно будет увеличить расстояние между объективом и линзами трубки, а также повысить гибкость системы. Чтобы увеличить это расстояние, мы уменьшили угол потока параллельных лучей вне оптической оси. Обычно считается, что этого можно достичь с помощью более длинного фокусного расстояния для линзы трубки, но это расстояние имеет ограничения.

Рисунок 3 — Периферийный световой поток в бесконечных оптических путях

Увеличение (M (o)) объектива в микроскопе с бесконечной оптикой определяется по формуле:

Формула 1 — Увеличение объектива в микроскопе с бесконечной оптикой

$$ M_o = \ frac {\ textrm {фокусное расстояние линзы трубки} (F_t)} {\ textrm {фокусное расстояние объектива} (F_o)} $$

, где фокусное расстояние линзы трубки (F (t)) и фокусное расстояние объектива (F (o)) указаны на рисунке 2.Если фокусное расстояние линзы трубки увеличивается, расстояние до плоскости изображения (в окуляре) также увеличивается с увеличением фокусного расстояния объектива. Естественно, это увеличивает размер микроскопа. Принимая это во внимание, был сделан вывод, что фокусное расстояние 200 миллиметров будет наиболее подходящим для линзы трубки. Фокусные расстояния, принятые другими производителями, составляют 160 миллиметров и 180 миллиметров.

Чтобы получить изображение такого же размера от объекта, расположенного далеко от оптической оси, большее фокусное расстояние линзы трубки создает меньший угол света относительно оптической оси.Световые лучи не распространяются, поэтому расстояние между линзой трубки и объективом может быть увеличено, что значительно увеличивает потенциал гибкости системы, как показано на рисунке 4 ниже.

Рисунок 4 — Фокусное расстояние линзы трубки

Эта конструкция имеет определенные оптические преимущества. Как показано на рисунке 5, при сравнении линз с фокусным расстоянием 160 мм и 200 мм линза 200 мм создает поток внеосевых световых лучей с меньшим углом.В этом контексте световые лучи, проходящие через фазовое кольцо в насадке фазового контраста, призму DIC в насадке Nomarski DIC или дихроичное зеркало в насадке для эпифлуоресценции, создают меньшие смещения между световыми элементами, параллельными оптической оси, и элементами диагонали к нему, чтобы аксессуары работали более эффективно. Это большое оптическое преимущество, а также основной фактор, способствующий повышению уровня контраста в эпифлуоресцентной микроскопии.

Рисунок 5 — Внеосевой световой поток в зависимости от длины трубки в бесконечных системах

Почему парфокальное расстояние объектива 60 миллиметров?

Как только фокусное расстояние линзы трубки установлено на 200 миллиметров, парфокальное расстояние объектива должно быть увеличено со стандартных 45 миллиметров.Как объяснялось в разделе о длине трубки, фокусное расстояние объектива также увеличивается, чтобы сохранить такое же увеличение, и поскольку 45 миллиметров не обеспечивают оптимального пространства в этой конструкции, невозможно получить высококачественное изображение. На практике масло CF N Plan Apo 60x с механической трубкой длиной 160 миллиметров, которое, как считается, является конечным из конечных объективов, заполнено линзами в ограниченном пространстве в 45 миллиметров. Когда эта конечная система заменяется бесконечной системой, а объектив делится на объектив и линзу трубки, фокусное расстояние линзы трубки становится эквивалентным приблизительно 150 миллиметрам.На этой основе мы можем рассчитать парфокальное расстояние, чтобы обеспечить оптические характеристики, превосходящие характеристики конечной системы, следующим образом: парфокальное расстояние конечной системы составляет 45 миллиметров; для фокусного расстояния тубуса 150 миллиметров парфокальное расстояние объектива бесконечной системы равно x; Фокусное расстояние линзы трубки составляет 200 миллиметров. При решении этой пропорции, если 45: 150 = x: 200, то x = 60 миллиметров. Следовательно, если фокусное расстояние линзы трубки составляет 200 миллиметров, оптимальное парфокальное расстояние объектива должно составлять 60 миллиметров.

Используя вычисления выше, оптимальное парфокальное расстояние для трубки длиной 160 миллиметров составляет 48 миллиметров, а для трубки длиной 180 миллиметров — 54 миллиметра. Производители микроскопов, устанавливающие парфокальное расстояние объектива в своих системах бесконечной оптики на 45 миллиметров, не могут полностью использовать потенциал своих объективов.

Поскольку рабочее расстояние (WD) также увеличивается, чтобы соответствовать большему фокусному расстоянию объектива, производители, использующие парфокальное расстояние 45 миллиметров, находятся в невыгодном положении, поскольку не могут использовать большее рабочее расстояние, достигаемое Nikon.Используя для сравнения объектив Plan Apo 60x (N.A. 1.4), мы видим, что W.D. от производителя как минимум на 50 процентов меньше, чем у Nikon. Это показывает, что существуют различия в способности размещать различные типы образцов, а также в простоте эксплуатации.

Таблица 1 — Стандартные длины корректирующих трубок Infinity
Производитель Длина трубки
(миллиметры)
Nikon 200
Olympus 180
Leica 200

Для линз с низким светосилом требуется определенный размер. Если увеличение объектива составляет 1x, формула «M (o) = F (t) / F (o)», используемая в разделе длины трубки, показывает, что фокусное расстояние объектива и фокусное расстояние объектива трубки должны быть равны быть таким же. В случае Nikon, чтобы улучшить фокусное расстояние линзы трубки в 200 миллиметров, парфокальное расстояние в 45 миллиметров оставило бы слишком мало места в конструкции. Увеличив это расстояние до 60 миллиметров, можно получить увеличение 1x, а благодаря этому революционному изменению — объектив с увеличением до 0.Достигнуто 5x. Наименьшее увеличение, предлагаемое другими производителями, составляет 1,5x, и ни один из них еще не выпустил объектив 1x.

Зачем нужна резьба объектива 25 мм?

Когда фокусное расстояние линзы трубки увеличивается, фокусное расстояние объектива также должно увеличиваться. Существует предел диаметра зрачка объектива (эффективный диаметр, остающийся после пределов размера резьбы объектива), поэтому нельзя получить высокую числовую апертуру (N.A.).Таким образом, числовая апертура линз с малым увеличением подвергается критическому влиянию. В настоящее время другие производители используют размер резьбы 20,32 миллиметра, но, как упоминалось выше, Nikon использует 25 миллиметров и может достигать высоких числовых апертур. Первоначально яркость фотообъективов (F) выражалась формулой:

Формула 2 — Яркость фотообъективов

$$ F = \ frac {f} {D} $$

где f — фокусное расстояние объектива, а D — эффективный диаметр. С того времени.A. микроскопа соответствует значению F фотообъектива, яркость можно выразить формулой:

Формула 3 — Яркость фотообъективов

$$ F @ \ frac {1} {2 \ textrm {N.A.}} $$

Таким образом, с помощью этой формулы можно найти эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемой N.A. Другими словами, размер зрачка объектива (эффективный диаметр на выходной стороне) выражается как:

Формула 4 — Эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемого значения N.А.

$$ D = 2 \ textrm {N.A.} \ Times \ f $$

Например, чтобы найти эффективный диаметр CFI Plan Apo 4x (N.A. 0,2), объектив с самым высоким (самым ярким) N.A .; учитывая, что фокусное расстояние объектива составляет 50 миллиметров, а фокусное расстояние линзы трубки равно 200 миллиметрам, выполняется следующий расчет:

Формула 5 — Эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемого значения N.A.

$$ D = 2 \ times 0,2 \ times 50 = 20 \ textrm {мм (оптический диаметр)} $$

Это показывает, что обычные 20.Размер резьбы 32 использовать физически невозможно. Диаметры зрачков, необходимые для создания 4-кратных объективов с числовой апертурой 0,2 при длине трубки 160 и 180 мм, составляют 16 мм и 18 мм соответственно. Это свидетельствует о проблемах конструкции, с которыми сталкиваются другие производители при использовании стандартной резьбы 20,32 миллиметра. Фактическая числовая апертура соответствующих объективов Plan Apo 4x составляет 0,16. NA для объектива Nikon этого класса составляет 0,20, что является самым высоким показателем в отрасли.

Как показано, для получения высокой числовой апертуры объектив с малым увеличением требует большого диаметра зрачка. Чем больше фокусное расстояние линзы тубуса, тем больше необходимость увеличивать размер резьбы на объективе. Компания Nikon решила эту проблему, выбрав размер резьбы 25 мм для системы CFI Infinity Optics.

В заключение

Мы надеемся, что эти пояснения, сопровождаемые конкретными примерами, помогли вам понять, почему тубус с фокусным расстоянием 200 миллиметров считается оптимальным для использования в оптической системе бесконечности и почему более высокие оптические характеристики могут быть получены с парфокальным расстоянием объектива 60 миллиметров и размер резьбы 25 миллиметров.Благодаря JIS и другим общепринятым стандартам для механических размеров, принятие бесконечной оптики само по себе потребовало жертвовать совместимостью с обычными системами.

Таким образом, компания Nikon не ограничивалась обычными размерами, а считала своей истинной задачей создание продуктов, необходимых пользователям для современных передовых методов микроскопии. Инновации в проектировании, производстве, контроле качества, контроле и производстве внесли свой вклад в появление серии оптических систем Nikon CFI60.

Оптическая система Nikon CFI60 | Nikon’s MicroscopyU

Когда типичный микроскопист говорит о Infinity Optics, у него, вероятно, возникает образ оптической системы мечты, способной на все. Некоторые говорят, что производительность увеличивается, когда вы используете микроскоп с оптической системой бесконечности. Таким образом, они пришли к выводу, что если это не бесконечная оптическая система, она не работает на высоком уровне.

Рисунок 1 — Формирование изображения на промежуточной плоскости изображения

Все ли производители действительно стараются сделать это и оправдать ожидания пользователей? Верно ли, что оптика бесконечности значительно улучшает гибкость системы, но всегда ли оптические характеристики бесконечности превосходят оптические системы конечной длины?

Команда разработчиков оптики Nikon CFI60 столкнулась с этим предложением.Они тщательно изучили преимущества и недостатки систем других производителей и нашли оптимальный баланс между оптическими характеристиками и гибкостью системы. Этот документ поможет вам понять, почему оптическая система бесконечности для биологических применений устанавливает новые стандарты производительности, включая линзу с тубусом с фокусным расстоянием 200 миллиметров, объектив с парфокальным расстоянием 60 миллиметров и размер резьбы объектива 25 миллиметров. .

Почему фокусное расстояние тубуса линзы составляет 200 миллиметров?

В конечной оптической системе после того, как свет от объекта проходит через объектив, он направляется к плоскости первичного изображения (часто называемой промежуточной плоскостью изображения, расположенной в фокусной точке окуляра) и сходится там, как показано на рисунке 1. .

Однако в бесконечной оптической системе свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив и не сходится до тех пор, пока не пройдет через линзу трубки, как показано на рисунке 2. Это не означает, что бесконечное расстояние может быть получено после свет проходит через объектив (до линзы трубки). После прохождения через объектив свет от объекта на оптической оси движется параллельно этой оси по оптическому пути. Свет, исходящий от периферии объекта, образует поток параллельных лучей и движется под диагональным углом к ​​оптической оси, как показано на рисунке 3, представленном ниже.

Рисунок 2 — Параллельный световой путь коррекции бесконечности

Из-за этого есть случаи, когда эти лучи света больше не могут быть захвачены линзой тубуса, если линза тубуса находится слишком далеко от объектива. Это приводит к тому, что изображение по краям поля зрения становится темным или размытым, что не позволяет микроскопу работать в полную силу. Термин «бесконечная оптика» просто означает, что свет становится потоком параллельных лучей после прохождения через объектив, а не бесконечное пространство внутри оптической системы.

Если мы собираемся использовать оптику бесконечности для дальнейшего развития микроскопа, нам нужно будет увеличить расстояние между объективом и линзами трубки, а также повысить гибкость системы. Чтобы увеличить это расстояние, мы уменьшили угол потока параллельных лучей вне оптической оси. Обычно считается, что этого можно достичь с помощью более длинного фокусного расстояния для линзы трубки, но это расстояние имеет ограничения.

Рисунок 3 — Периферийный световой поток в бесконечных оптических путях

Увеличение (M (o)) объектива в микроскопе с бесконечной оптикой определяется по формуле:

Формула 1 — Увеличение объектива в микроскопе с бесконечной оптикой

$$ M_o = \ frac {\ textrm {фокусное расстояние линзы трубки} (F_t)} {\ textrm {фокусное расстояние объектива} (F_o)} $$

, где фокусное расстояние линзы трубки (F (t)) и фокусное расстояние объектива (F (o)) указаны на рисунке 2.Если фокусное расстояние линзы трубки увеличивается, расстояние до плоскости изображения (в окуляре) также увеличивается с увеличением фокусного расстояния объектива. Естественно, это увеличивает размер микроскопа. Принимая это во внимание, был сделан вывод, что фокусное расстояние 200 миллиметров будет наиболее подходящим для линзы трубки. Фокусные расстояния, принятые другими производителями, составляют 160 миллиметров и 180 миллиметров.

Чтобы получить изображение такого же размера от объекта, расположенного далеко от оптической оси, большее фокусное расстояние линзы трубки создает меньший угол света относительно оптической оси.Световые лучи не распространяются, поэтому расстояние между линзой трубки и объективом может быть увеличено, что значительно увеличивает потенциал гибкости системы, как показано на рисунке 4 ниже.

Рисунок 4 — Фокусное расстояние линзы трубки

Эта конструкция имеет определенные оптические преимущества. Как показано на рисунке 5, при сравнении линз с фокусным расстоянием 160 мм и 200 мм линза 200 мм создает поток внеосевых световых лучей с меньшим углом.В этом контексте световые лучи, проходящие через фазовое кольцо в насадке фазового контраста, призму DIC в насадке Nomarski DIC или дихроичное зеркало в насадке для эпифлуоресценции, создают меньшие смещения между световыми элементами, параллельными оптической оси, и элементами диагонали к нему, чтобы аксессуары работали более эффективно. Это большое оптическое преимущество, а также основной фактор, способствующий повышению уровня контраста в эпифлуоресцентной микроскопии.

Рисунок 5 — Внеосевой световой поток в зависимости от длины трубки в бесконечных системах

Почему парфокальное расстояние объектива 60 миллиметров?

Как только фокусное расстояние линзы трубки установлено на 200 миллиметров, парфокальное расстояние объектива должно быть увеличено со стандартных 45 миллиметров.Как объяснялось в разделе о длине трубки, фокусное расстояние объектива также увеличивается, чтобы сохранить такое же увеличение, и поскольку 45 миллиметров не обеспечивают оптимального пространства в этой конструкции, невозможно получить высококачественное изображение. На практике масло CF N Plan Apo 60x с механической трубкой длиной 160 миллиметров, которое, как считается, является конечным из конечных объективов, заполнено линзами в ограниченном пространстве в 45 миллиметров. Когда эта конечная система заменяется бесконечной системой, а объектив делится на объектив и линзу трубки, фокусное расстояние линзы трубки становится эквивалентным приблизительно 150 миллиметрам.На этой основе мы можем рассчитать парфокальное расстояние, чтобы обеспечить оптические характеристики, превосходящие характеристики конечной системы, следующим образом: парфокальное расстояние конечной системы составляет 45 миллиметров; для фокусного расстояния тубуса 150 миллиметров парфокальное расстояние объектива бесконечной системы равно x; Фокусное расстояние линзы трубки составляет 200 миллиметров. При решении этой пропорции, если 45: 150 = x: 200, то x = 60 миллиметров. Следовательно, если фокусное расстояние линзы трубки составляет 200 миллиметров, оптимальное парфокальное расстояние объектива должно составлять 60 миллиметров.

Используя вычисления выше, оптимальное парфокальное расстояние для трубки длиной 160 миллиметров составляет 48 миллиметров, а для трубки длиной 180 миллиметров — 54 миллиметра. Производители микроскопов, устанавливающие парфокальное расстояние объектива в своих системах бесконечной оптики на 45 миллиметров, не могут полностью использовать потенциал своих объективов.

Поскольку рабочее расстояние (WD) также увеличивается, чтобы соответствовать большему фокусному расстоянию объектива, производители, использующие парфокальное расстояние 45 миллиметров, находятся в невыгодном положении, поскольку не могут использовать большее рабочее расстояние, достигаемое Nikon.Используя для сравнения объектив Plan Apo 60x (N.A. 1.4), мы видим, что W.D. от производителя как минимум на 50 процентов меньше, чем у Nikon. Это показывает, что существуют различия в способности размещать различные типы образцов, а также в простоте эксплуатации.

Таблица 1 — Стандартные длины корректирующих трубок Infinity
Производитель Длина трубки
(миллиметры)
Nikon 200
Olympus 180
Leica 200

Для линз с низким светосилом требуется определенный размер. Если увеличение объектива составляет 1x, формула «M (o) = F (t) / F (o)», используемая в разделе длины трубки, показывает, что фокусное расстояние объектива и фокусное расстояние объектива трубки должны быть равны быть таким же. В случае Nikon, чтобы улучшить фокусное расстояние линзы трубки в 200 миллиметров, парфокальное расстояние в 45 миллиметров оставило бы слишком мало места в конструкции. Увеличив это расстояние до 60 миллиметров, можно получить увеличение 1x, а благодаря этому революционному изменению — объектив с увеличением до 0.Достигнуто 5x. Наименьшее увеличение, предлагаемое другими производителями, составляет 1,5x, и ни один из них еще не выпустил объектив 1x.

Зачем нужна резьба объектива 25 мм?

Когда фокусное расстояние линзы трубки увеличивается, фокусное расстояние объектива также должно увеличиваться. Существует предел диаметра зрачка объектива (эффективный диаметр, остающийся после пределов размера резьбы объектива), поэтому нельзя получить высокую числовую апертуру (N.A.).Таким образом, числовая апертура линз с малым увеличением подвергается критическому влиянию. В настоящее время другие производители используют размер резьбы 20,32 миллиметра, но, как упоминалось выше, Nikon использует 25 миллиметров и может достигать высоких числовых апертур. Первоначально яркость фотообъективов (F) выражалась формулой:

Формула 2 — Яркость фотообъективов

$$ F = \ frac {f} {D} $$

где f — фокусное расстояние объектива, а D — эффективный диаметр. С того времени.A. микроскопа соответствует значению F фотообъектива, яркость можно выразить формулой:

Формула 3 — Яркость фотообъективов

$$ F @ \ frac {1} {2 \ textrm {N.A.}} $$

Таким образом, с помощью этой формулы можно найти эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемой N.A. Другими словами, размер зрачка объектива (эффективный диаметр на выходной стороне) выражается как:

Формула 4 — Эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемого значения N.А.

$$ D = 2 \ textrm {N.A.} \ Times \ f $$

Например, чтобы найти эффективный диаметр CFI Plan Apo 4x (N.A. 0,2), объектив с самым высоким (самым ярким) N.A .; учитывая, что фокусное расстояние объектива составляет 50 миллиметров, а фокусное расстояние линзы трубки равно 200 миллиметрам, выполняется следующий расчет:

Формула 5 — Эффективный диаметр, необходимый для достижения желаемого значения N.A.

$$ D = 2 \ times 0,2 \ times 50 = 20 \ textrm {мм (оптический диаметр)} $$

Это показывает, что обычные 20.Размер резьбы 32 использовать физически невозможно. Диаметры зрачков, необходимые для создания 4-кратных объективов с числовой апертурой 0,2 при длине трубки 160 и 180 мм, составляют 16 мм и 18 мм соответственно. Это свидетельствует о проблемах конструкции, с которыми сталкиваются другие производители при использовании стандартной резьбы 20,32 миллиметра. Фактическая числовая апертура соответствующих объективов Plan Apo 4x составляет 0,16. NA для объектива Nikon этого класса составляет 0,20, что является самым высоким показателем в отрасли.

Как показано, для получения высокой числовой апертуры объектив с малым увеличением требует большого диаметра зрачка. Чем больше фокусное расстояние линзы тубуса, тем больше необходимость увеличивать размер резьбы на объективе. Компания Nikon решила эту проблему, выбрав размер резьбы 25 мм для системы CFI Infinity Optics.

В заключение

Мы надеемся, что эти пояснения, сопровождаемые конкретными примерами, помогли вам понять, почему тубус с фокусным расстоянием 200 миллиметров считается оптимальным для использования в оптической системе бесконечности и почему более высокие оптические характеристики могут быть получены с парфокальным расстоянием объектива 60 миллиметров и размер резьбы 25 миллиметров.Благодаря JIS и другим общепринятым стандартам для механических размеров, принятие бесконечной оптики само по себе потребовало жертвовать совместимостью с обычными системами.

Таким образом, компания Nikon не ограничивалась обычными размерами, а считала своей истинной задачей создание продуктов, необходимых пользователям для современных передовых методов микроскопии. Инновации в проектировании, производстве, контроле качества, контроле и производстве внесли свой вклад в появление серии оптических систем Nikon CFI60.

Infinity Optical Systems — Введение

За последние 10 лет все основные производители микроскопов перешли на использование оптических систем с коррекцией на бесконечность как в биомедицинских, так и в промышленных микроскопах исследовательского уровня. В этих системах расстояние изображения установлено на бесконечность, и линза трубки (или телана) стратегически размещена внутри основной трубки между объективом и окулярами (окулярами) для получения промежуточного изображения.

Оптические системы Infinity позволяют вводить вспомогательные компоненты, такие как призмы дифференциального интерференционного контраста (DIC), поляризаторы и эпифлуоресцентные осветители, на параллельный оптический путь между объективом и линзой трубки с минимальным влиянием на фокусировку и аберрацию. исправления. У старых микроскопов с конечной или фиксированной длиной тубуса заданное расстояние от отверстия револьвера, где крепится тубус объектива, до окулярного гнезда в тубусах окуляра.Это расстояние обозначается как , длина механической трубки микроскопа. Конструкция предполагает, что когда образец помещен в фокус, он находится на несколько микрон дальше, чем передняя фокальная плоскость объектива. Конечная длина трубки была стандартизирована до 160 миллиметров в девятнадцатом веке Королевским микроскопическим обществом (RMS) и пользовалась широким признанием на протяжении более 100 лет. Объективы, предназначенные для использования с микроскопом, имеющим длину трубки 160 миллиметров, имеют это значение на корпусе.

Добавление оптических аксессуаров на световой путь микроскопа с фиксированной длиной трубки увеличивает эффективную длину трубки до значения более 160 миллиметров. По этой причине добавление вертикального осветителя отраженного света, поляризационного промежуточного каскада или подобного приспособления может внести сферическую аберрацию в оптическую систему с идеальной коррекцией. В период, когда большинство микроскопов имели фиксированную длину тубуса, производители были вынуждены помещать в эти аксессуары дополнительные оптические элементы, чтобы восстановить эффективную 160-миллиметровую длину тубуса микроскопической системы.Стоимость этого действия часто заключалась в увеличении увеличения и уменьшении интенсивности света в результирующих изображениях.

Некоторым системам отраженного света также мешали «фантомные изображения», возникающие в результате сходящихся световых лучей, проходящих через светоделитель. Пытаясь обойти артефакты, вызванные добавлением дополнительных оптических компонентов, немецкий производитель микроскопов Reichert впервые предложил концепцию оптики бесконечности. Компания начала экспериментировать с оптическими системами с коррекцией на бесконечность еще в 1930-х годах, а затем последовали Leica и Zeiss, но эта оптика не стала стандартным оборудованием большинства производителей до 1980-х годов.

Длина трубки в микроскопах с коррекцией на бесконечность обозначается как эталонное фокусное расстояние и находится в диапазоне от 160 до 200 миллиметров, в зависимости от производителя (см. Таблицу 1). Коррекция оптической аберрации в системах на бесконечность выполняется либо через линзу трубки, либо через объектив (ы). Остаточную боковую хроматическую аберрацию в объективах на бесконечность можно легко компенсировать тщательной конструкцией тубусных линз, но некоторые производители, в том числе Nikon, предпочитают корректировать сферические и хроматические аберрации в самой линзе объектива.Это стало возможным благодаря разработке запатентованных новых формул стекла с чрезвычайно низкой дисперсией. Другие производители (в частности, системы Zeiss ICS) используют комбинацию поправок как в линзе тубуса, так и в объективах.

Параметры оптической системы Infinity
Производитель Трубчатая линза
Фокусное расстояние
(миллиметры)
Парфокальное расстояние
(миллиметры)

6 Тип резьбы

200 45 M25
Никон 200 60

45 RMS
Zeiss 165 45 RMS

Табл. длины, парфокального расстояния и объектива Тип резьбы микроскопов с коррекцией на бесконечность, предлагаемых основными производителями.Хотя и Leica, и Nikon используют длину трубки 200 миллиметров и размер резьбы объектива 25 миллиметров, парфокальное расстояние объектива значительно больше с системой Nikon CFI60. Olympus и Zeiss используют более короткое фокусное расстояние линзы (180 и 165 миллиметров соответственно), но обе компании имеют стандартизированные размеры резьбы объектива и придерживаются парфокального расстояния 45 миллиметров.

В конечной оптической системе с фиксированной длиной трубки свет, проходящий через объектив, направляется к промежуточной плоскости изображения (расположенной в передней фокальной плоскости окуляра) и сходится в этой точке, претерпевая конструктивную и деструктивную интерференцию для создания изображения. (Рисунок 2 (а)).Ситуация совершенно иная для оптических систем с коррекцией на бесконечность, где объектив создает поток параллельных цепочек световых волн, отображаемых на бесконечности (часто называемых бесконечное пространство ; рис. 2 (b)), которые фокусируются на промежуточном изображении. самолет через линзу тубуса. Следует отметить, что объективы, предназначенные для микроскопов с коррекцией на бесконечность, обычно не взаимозаменяемы с объективами, предназначенными для микроскопов с оптической трубкой конечной (160 или 170 мм) длины, и наоборот.Линзы Infinity страдают от повышенной сферической аберрации при использовании в системе конечного микроскопа из-за отсутствия линзы в тубусе. Однако в некоторых случаях можно использовать объективы конечного размера в микроскопах с коррекцией на бесконечность, но с некоторыми недостатками. Числовая апертура конечных объективов ухудшается, когда они используются с системами на бесконечность, что приводит к снижению разрешения. Кроме того, при использовании в одной системе между конечными и бесконечными объективами теряется парфокальность. Рабочее расстояние и увеличение конечных объективов также будут уменьшены, когда они используются с микроскопом, имеющим тубус.

Как упоминалось выше, основными оптическими компонентами системы бесконечности являются объектив, линза тубуса и окуляры. Как показано на рисунке 2 (b), образец расположен в передней фокальной плоскости объектива, который собирает свет, прошедший через центральную часть образца или отраженный от него, и создает параллельный пучок лучей, проецируемых вдоль оптической оси объектива. микроскоп в сторону линзы трубки. Часть света, достигающего объектива, исходит от периферии образца и попадает в оптическую систему под косым углом, продвигаясь по диагонали (но все еще параллельными пучками) к линзе трубки.Весь свет, собранный линзой трубки, затем фокусируется на промежуточной плоскости изображения и затем увеличивается окуляром.

Объектив и линза тубуса вместе образуют составную систему линз объектива, которая создает промежуточное изображение на конечном расстоянии внутри тубуса микроскопа. Расположение линзы трубки по отношению к объективу имеет первостепенное значение при разработке микроскопов с коррекцией на бесконечность. Область между объективом и линзой трубки (бесконечное пространство) обеспечивает путь параллельных световых лучей, в которые могут быть помещены сложные оптические компоненты без внесения сферической аберрации или изменения рабочего расстояния объектива.Фактически, парфокальность между разными объективами в согласованном наборе может поддерживаться с помощью микроскопов с коррекцией на бесконечность, даже когда один или два вспомогательных компонента добавляются к оптическому пути. Еще одним важным преимуществом является то, что аксессуары могут быть разработаны для получения точного значения увеличения 1x без изменения совмещения между объективом и линзой трубки. Эта функция позволяет сравнивать образцы с использованием комбинации нескольких оптических методов, таких как фазовый контраст или ДИК с флуоресценцией (по отдельности или одновременно).Это возможно, потому что оптические аксессуары, помещенные в набор параллельных световых волн, не смещают ни местоположение (ни в поперечном, ни в осевом направлении), ни точку фокусировки изображения.

Если линза трубки расположена очень близко к объективу, пространство, доступное для вспомогательных оптических компонентов, ограничено. Однако существует верхний предел количества оптических компонентов, которые могут быть расположены между линзой трубки и объективом в рамках ограничений современной конструкции микроскопа.Размещение линзы трубки слишком далеко от объектива уменьшает количество периферийных световых волн, собираемых линзой, что приводит к появлению затемненных или размытых краев изображений и снижению производительности микроскопа. Следует подчеркнуть, что термин бесконечная оптика относится к созданию потока параллельных прямых лучей после прохождения через объектив, а не к тому, что внутри микроскопа имеется бесконечное пространство. Чтобы максимизировать гибкость конфигурации микроскопа при сохранении высоких характеристик, необходимо оптимизировать расстояние между объективом и линзой трубки.

Увеличение, обеспечиваемое объективом с коррекцией на бесконечность, рассчитывается путем деления эталонного фокусного расстояния (длины трубки) на фокусное расстояние объектива. По мере увеличения фокусного расстояния линзы трубки расстояние до плоскости промежуточного изображения также увеличивается, что приводит к увеличению общей длины трубки. Оптимальной считается длина трубки от 200 до 250 миллиметров, поскольку большее фокусное расстояние дает меньший внеосевой угол для диагональных световых лучей, уменьшая системные артефакты.Более длинные трубки также увеличивают гибкость системы в отношении конструкции дополнительных компонентов.

Преимущества более длинного фокусного расстояния тубуса становятся очевидными при сравнении систем, имеющих фокусное расстояние тубуса 160 и 200 мм (рис. 3). Уменьшение угла внеосевого диагонального волнового потока может достигать значительного процента при использовании оптической системы с большим фокусным расстоянием. Уменьшенный угол наклонных световых лучей вызывает соответственно меньшие сдвиги как в осевых, так и внеосевых лучах, проходящих через вспомогательные компоненты (призмы ДИК, фазовые кольца, дихроичные зеркала и т. Д.), что повышает эффективность микроскопа. Резкое повышение уровней контрастности, наблюдаемое с помощью эпифлуоресцентных осветителей в системах с коррекцией на бесконечность, объясняется оптическим преимуществом более длинных фокусных расстояний линз. Пример улучшения микроскопических изображений, наблюдаемых с помощью оптики бесконечности, представлен на рисунке 4, который иллюстрирует тонкий срез кишечника мыши, помеченный тремя флуоресцентными красителями. Микрофотография была сделана на Nikon Eclipse E600 с использованием масляного иммерсионного объектива CFI60 20x с числовой апертурой 0.75 и одновременно работая в режимах дифференциального интерференционного контраста и эпифлуоресценции.

Фокусное расстояние объектива необходимо увеличивать в системах с бесконечной длиной, чтобы сохранить такое же увеличение по сравнению с более старыми системами с фиксированной длиной трубки. Парфокальное расстояние 45 миллиметров использовалось всеми производителями микроскопов в течение многих лет с системами конечной длины трубок, но этого может быть недостаточно для высокоэффективной оптики с коррекцией на бесконечность. Например, планапохроматический масляно-иммерсионный объектив 60x (один из наиболее эффективных конечных объективов) может иметь более 10 отдельных линз и групп, что приводит к очень тесной подгонке для объективов, ограниченных парфокальным расстоянием 45 миллиметров.При замене системой бесконечности, которая разделена на отдельный объектив (с еще большим количеством оптических элементов) и линзу трубки, фокусное расстояние линзы трубки становится эквивалентным примерно 150 миллиметрам. Чтобы полностью реализовать оптический потенциал системы бесконечности, парфокальное расстояние объектива должно быть согласовано с фокусным расстоянием линзы трубки. Таким образом, для фокусного расстояния 200 миллиметров оптимальное парфокальное расстояние составляет 60 миллиметров, что на 15 миллиметров превышает старую стандартизованную длину.

Более длинные фокусные расстояния объектива, используемые в оптических системах на бесконечность, требуют соответственно большего рабочего расстояния для согласования. Увеличение парфокального расстояния объектива имеет первостепенное значение для достижения значительного увеличения рабочего расстояния, особенно для объективов с меньшим увеличением. Например, с объективом 1x формула, используемая для расчета увеличения для систем с коррекцией на бесконечность, диктует, что фокусное расстояние объектива должно быть таким же, как у линзы трубки. В системе с фокусным расстоянием линзы с трубкой 200 мм это потребовало бы большего парфокального расстояния, чтобы использовать объектив с таким малым увеличением.Расчеты показывают, что даже 0,5-кратное увеличение может быть получено с фокусным расстоянием линзы с трубкой диаметром 200 мм, но более короткие фокусные расстояния ограничивают минимальное увеличение объектива значениями, немного превышающими диапазон 1x.

Еще одним соображением является диаметр зрачка объектива, который также должен быть увеличен для оптимальной работы с объективами с малым увеличением в оптических системах, имеющих фокусные расстояния линз с длинной трубкой. Стандартный размер резьбы объектива RMS, 20,32 мм, ограничивает эффективный диаметр зрачка и максимально достижимую числовую апертуру в объективах, оборудованных таким образом.Чтобы получить более высокие числовые апертуры при использовании фокусных расстояний линз с длинной трубкой, размер резьбы объектива должен быть увеличен. Эффективный диаметр выходного зрачка ( D ), необходимый для достижения желаемой числовой апертуры, выражается формулой :

D = 2NA × f

, где NA — числовая апертура, а f — числовая апертура.