故事

无限光学系统

从无限光学到无限端口

“无限光学”是指在物镜和显微镜的管透镜之间有平行射线的光束路径的概念。平面光学元件可以带入这个“无限空间”,而不影响图像的形成,这对于使用对比方法,如迪拜国际资本或荧光。

现代显微镜技术需要在无限光路中添加多个光学仪器,如光源或激光设备。满足这一需求的不同方法已经出现并在这里描述。

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从安东·范·列文虎克到复合显微镜

自公元一世纪罗马人发明玻璃以来,人们发现圆形的玻璃珍珠可以产生放大效果。后来这种效果被科学地研究并进一步发展,产生了简单的16倍放大镜th和17th例如,由Hans和Zacharias Jansen或Anton van Leeuwenhoek发明的世纪。历史上,这是一个时刻显微术的诞生

根据定义,“显微镜”是一种放大人眼通常无法分辨的物体的仪器,因此这些单透镜工具已经成为显微镜(见图1顶部)。现在,当我们谈到显微镜时,我们想到的是一些不同的东西。这是因为人们很快就意识到,将两个单独的透镜(或透镜系统)连成一排是比单个透镜更有效的视觉工具。

为了描述这种装置,“复合显微镜”一词应运而生。复合显微镜客观的放大标本和一个目镜(分别两次)放大物镜产生的图像(见图1中)。

无限远光学简介

目视肩与目视肩之间的距离称为目视肩机械管长(见图1中)。为了标准化,这个值被设置为160毫米皇家显微学会在19世纪th世纪。多年来,这种设计被证明有一些缺点。在光路中加入额外的光学元件,例如用于差分干涉对比的棱镜(迪拜国际资本)、偏光器等改变了有效的管长并引入像差,这必须被接受,或通过添加其他硬件组件来纠正。

出于这个原因,显微镜制造商瑞切特开始实验所谓的无限的光学在20世纪30年代,这项技术后来被所有其他显微镜公司采用。这些无限光学系统的物镜将样本图像投射到无限远,这意味着所有来自样本单点的光线以平行方式从物镜发射。在标本(和物镜)中心的那些光线平行于光轴。在样品中心之外的光柱彼此平行,但不与光轴平行。

由无限校正物镜产生的虚拟图像必须由一个额外的透镜-透镜管透镜-将其带到目镜透镜的前焦点(见图1底部)。这种方法可以添加光学仪器,如迪拜国际资本棱镜进入”无限的空间在物镜和管镜头之间,而不影响图像质量。图像的位置和焦点都没有改变(见图2)。

无限远光学的优点

几个对比的方法需要在显微镜的光路中引入特殊的光学元件。例如,棱镜和偏振器迪拜国际资本,或二向色和过滤器荧光显微镜,都是不可缺少的相关技术。在物镜和光学有限的显微镜目镜之间引入这样的光学元件会改变有效管长并引入球差。这些可以通过引入额外的光学元件来纠正,但代价是降低光强度或增加放大倍率。

相比之下,具有无限校正光学的显微镜可以通过将它们引入无限空间来保存额外的对比方法设备,而不会造成光学损伤。安装在无限光路中的设备都不会改变成像尺度或位置中间图像的。这是由于所有光线来自一个单一的点的标本将以平行的方式离开物镜。

整体图像质量并不是无限光学的唯一好处。由于将不同的光学器件移到无限光路时,放大倍率不会发生变化,因此可以很容易地使用不同的对比方法来比较完全相同的样品。例如,标本可以在迪拜国际资本同时和荧光(见图3)。

除了少数例外,大多数显微镜都有一个物镜转轮,可以根据所需的放大倍率安装和改变不同的物镜。Parfocality允许用户在不需要重新聚焦标本的情况下切换目标。有了无限光学,即使在无限空间中添加额外的光学仪器,也可以保持单焦。

如何让更多的设备进入无限光路

光学显微镜仍然是一个不断发展的领域。新技术的发展需要进入显微镜的光路,例如包括额外的光源或激光设备。光漂白后的荧光恢复(收紧),例如,需要激光漂白荧光团(见图4)。另一个例子,数字镜像设备,用于光遗传学,解冻和光漂白/激活。

无限光学的引入为这些方法铺平了道路,因为它简化了必要的组件通过无限空间耦合到显微镜的光路。

到目前为止,已经发明了新的方法来将额外的设备添加到无限光路中。从技术上讲,有两种进入无限空间的方式:通过物镜和管透镜之间的成像路径,或者通过物镜和光源之间的照明路径(见图5)。通过成像路径进入的优点是专用模块,例如电动快速滤光轮和百叶窗,可以非常舒适地引入显微镜。

然而,人们应该记住,无限空间——尽管它的名字暗示着相反——不能通过在显微镜中堆叠模块来无限扩展。原因是只有来自样品中心的光线与光轴平行。

从标本的一点发出的偏离中心的光线彼此平行,但会以一定的角度照射到管状透镜上。从逻辑上扩大物镜与管状透镜之间的成像路径会导致光的损失。更准确地说,这将引起晕影,并将缩小视场。

视频:徕卡DMi8无限端口

通过显微镜的照明路径进入无限空间,如通过徕卡无限端口,绕过了延长成像光路的问题(见图6)。除了保持图像质量外,该特性的优点是更通用。只要手边有正确的适配器,任何设备都可以连接到显微镜上。特别是住宅建筑商,可以建造和连接他们自己的设备,2理查德·道金斯party和徕卡仪器,创建一个定制的成像解决方案。

总结

无限修正光学的引入大大提高了现代显微镜的功能。纠正棱镜或其他光学仪器带来的像差的必要性已经成为过去。除了改进的易用性,无限光学允许同时耦合多个光源进入显微镜。

徕卡的无限端口可以直接接触显微镜支架的无限光路,避免了堆叠方法所产生的问题。这为研究人员打开了一扇门,可以在不牺牲图像质量的情况下轻松连接额外的光学设备,并跟上最新的显微镜趋势。

本文同时发表于:Optik & Photonik,第11卷,第1期,34-37页,2016年2月
DOI: 10.1002 / opph.201600002。

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