接上期我们继续来读一读显微物镜。把物镜装到显微镜上,需要匹配螺纹标准,在行业内很长一段时间物镜的螺纹标准rms(royalmicroscopicalsociety),提高不同厂家物镜之间的通用性。比如olympus的大部分物镜都是rms螺纹标准的,也有其他厂家采用m25/m32这样的标准。相对应地,物镜还有一个参数是齐焦距离(parfocaldistance,参看下图),齐焦的通俗理解是当物镜从10倍换到20倍40倍的时候,样品还保持在相同的焦面上。齐焦距离的标准有45mm和60mm,不同厂家有不同的设计考虑。
工作距离(workingdistance)对于物镜来说是一个非常重要的参数,上期我们在物镜上有读到“wd0.21”这样的标识,代表工作距离是0.21mm。在生命科学的应用中,对于物镜的工作距离需求是有很大变化的。在细胞房或者样品器皿的底部相对较厚(>1mm)的时候,长工作距离的物镜就非常有必要,比如lucplfln40xph这个物镜,工作距离可以在3.0-4.2mm之间调节,比如uplsapo40x2这个高分辨率物镜,工作距离只有0.18mm。所以我们在选择物镜的时候,一定需要明确使用场景,对于工作距离的需求。
数值孔径(numericalaperture即na),上面提到的两个40倍物镜,工作距离差别很大,同时对应的数值孔径也不一样(na0.95和na0.6)。物镜的光学分辨率和na正好成反比,一般分辨率的公式是d=0.61*wavelength/na,也就是说na越大物镜分辨率越高。下图是两种不同物镜(干镜和油镜)的收集光线角度的描述说明,可以看到油镜的收光角度很大,由于na=n*sin(θ),其中n是空气或者油的折射率,收光角度越大那么na越大。所以这就是为什么油镜的分辨率都比干镜的分辨率更高。
放大倍数(magnification),大部分同学可能觉得放大倍数是容易理解的,物镜上标注几倍那就是几倍了。其实这并不*准确,比如把olympus物镜装在nikon显微镜上,标注是20倍的物镜其实终的放大倍数并不是20倍。这是为什么呢?现在所有科研级物镜都已经是无限远光学系统校准的,要实现成像功能,物镜还需要搭配一块tubelens才能真正出来图像。所以物镜的真实放大倍数=tubelens焦距/物镜焦距,对于不同厂家,tubelens焦距是不一样的比如olympus是180mm而nikon则是200mm。这样的话,20倍olympus物镜装到nikon显微镜上,真实的放大倍数是22.2倍。下图解释说明了无限远物镜成像系统。
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