• 讀懂顯微物鏡(二)
  • 發布日期:2018-11-09瀏覽次數:45

接上期我們繼續來讀一讀顯微物鏡。把物鏡裝到顯微鏡上,需要匹配螺紋標準,在行業內很長一段時間物鏡的螺紋標準RMS(Royal Microscopical Society),提高不同廠家物鏡之間的通用性。比如Olympus的大部分物鏡都是RMS螺紋標準的,也有其他廠家采用M25/M32這樣的標準。相對應地,物鏡還有一個參數是齊焦距離(Parfocal Distance, 參看下圖),齊焦的通俗理解是當物鏡從10倍換到2040倍的時候,樣品還保持在相同的焦面上。齊焦距離的標準有45mm60mm,不同廠家有不同的設計考慮。

 

 

工作距離(Working Distance)對于物鏡來說是一個非常重要的參數,上期我們在物鏡上有讀到“WD 0.21”這樣的標識,代表工作距離是0.21mm。在生命科學的應用中,對于物鏡的工作距離需求是有很大變化的。在細胞房或者樣品器皿的底部相對較厚(>1mm)的時候,長工作距離的物鏡就非常有必要,比如LUCPLFLN40XPH這個物鏡,工作距離可以在3.0-4.2mm之間調節,比如UPLSAPO40X2這個高分辨率物鏡,工作距離只有0.18mm。所以我們在選擇物鏡的時候,一定需要明確使用場景,對于工作距離的需求。

 

數值孔徑(Numerical ApertureNA),上面提到的兩個40倍物鏡,工作距離差別很大,同時對應的數值孔徑也不一樣(NA 0.95NA 0.6)。物鏡的光學分辨率和NA正好成反比,一般分辨率的公式是d = 0.61*wavelength / NA,也就是說NA越大物鏡分辨率越高。下圖是兩種不同物鏡(干鏡和油鏡)的收集光線角度的描述說明,可以看到油鏡的收光角度很大,由于NA=n*sin(θ),其中n是空氣或者油的折射率,收光角度越大那么NA越大。所以這就是為什么油鏡的分辨率都比干鏡的分辨率更高。

 

 

 

 

 

 

 

放大倍數(Magnification),大部分同學可能覺得放大倍數是最容易理解的,物鏡上標注幾倍那就是幾倍了。其實這并不完全準確,比如把Olympus物鏡裝在Nikon顯微鏡上,標注是20倍的物鏡其實最終的放大倍數并不是20倍。這是為什么呢?現在所有科研級物鏡都已經是無限遠光學系統校準的,要實現成像功能,物鏡還需要搭配一塊Tube Lens才能真正出來圖像。所以物鏡的真實放大倍數=Tube Lens焦距/物鏡焦距,對于不同廠家,Tube Lens焦距是不一樣的比如Olympus180mmNikon則是200mm。這樣的話,20Olympus物鏡裝到Nikon顯微鏡上,真實的放大倍數是22.2倍。下圖解釋說明了無限遠物鏡成像系統。

 

 

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