熒光顯微鏡物鏡簡(jiǎn)介

熒光觀察用什么物鏡？熒光顯微鏡用什么物鏡

熒光觀察是現(xiàn)代科研、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)檢查中都廣泛應(yīng)用的一種觀察方式，那么熒光觀察用什么物鏡呢？有些老師可能就說(shuō)要用“熒光物鏡”，但“熒光物鏡”到底是什么意思？跟普通物鏡又有什么區(qū)別？如果您搞不明白，今天這篇文章可以為您解惑。

 

·“熒光物鏡”是什么？

 

熒光物鏡

 

熒光物鏡，從字面上來(lái)看，就是適合熒光觀察的物鏡，雖然它的確適合熒光觀察，但這并不是它名字來(lái)由。

 

螢石鏡片

 

熒光物鏡（Fluor）現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)呼其實(shí)是“半復(fù)消色差物鏡”（Semi-Apo）或者“平場(chǎng)半復(fù)消色差物鏡”，因?yàn)檫@種物鏡生產(chǎn)時(shí)使用到了螢石（Fluorite）鏡片，故稱(chēng)“螢石物鏡”、“熒光物鏡”。實(shí)際在無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)時(shí)代，半復(fù)消色差物鏡已經(jīng)可以不用螢石鏡片也能做出來(lái)。

 

相比普通物鏡，熒光物鏡不僅在熒光觀察中有更好的表現(xiàn)，在明場(chǎng)、暗場(chǎng)等觀察中，它也因?yàn)橛懈�高的�?shù)值孔徑、更強(qiáng)的消色差表現(xiàn)，能提供更明亮、更高對(duì)比度的清晰成像。

 

·基礎(chǔ)知識(shí)：消色差是什么？
 

普通平場(chǎng)消色差物鏡

 

無(wú)論是以往的固定筒長(zhǎng)時(shí)代還是現(xiàn)在的無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)時(shí)代，消色差物鏡（Ach）/平場(chǎng)消色差物鏡（Plan Ach），都是主流，這些就是普通物鏡。熒光物鏡是半復(fù)消色差物鏡/平場(chǎng)半復(fù)消色差物鏡，與普通物鏡區(qū)別在于消色差水平。

 

白光通過(guò)三棱鏡折射出七色光譜

 

要理解兩者區(qū)別，首先得搞明白什么是色差（Chromatic Aberration）。陽(yáng)光可以形成“赤橙黃綠青藍(lán)紫”七色彩虹，因?yàn)樗�的光譜包含這些顏色。

 

軸向色差

 

在通過(guò)透鏡時(shí)，光譜中不同顏色的光會(huì)在不同的焦面聚焦，藍(lán)色在距離透鏡近的距離聚焦，綠色還得遠(yuǎn)一點(diǎn)，紅色離得更遠(yuǎn)，這意味著紅綠藍(lán)三色無(wú)法在同個(gè)焦面聚焦，成像會(huì)偏色，同時(shí)高對(duì)比的邊緣會(huì)有不聚焦的其他顏色，通常呈現(xiàn)為紫邊、暈環(huán)，影響對(duì)比度和清晰度，這就是軸向色差(Axial Chromatic Aberration).

 

橫向色差（光路圖虛線部分）

 

另一種色差，是同一顏色的光通過(guò)鏡片中間和鏡片邊緣時(shí)，會(huì)在聚焦面形成不一致的放大效果，如中間是1.0倍，邊緣可能就是1.3倍，這個(gè)倍率差異每個(gè)顏色都有，而且每個(gè)顏色的差異不一致，其結(jié)果就是在成像外圍一圈的成像出現(xiàn)彩色的邊緣，這就是放大率色差，或者叫橫向色差（Lateral Chromatic Aberration）.

 

軸向色差在成像Z軸，橫向色差在成像XY軸，前者只能在物鏡層面校正，后者的校正方法比較復(fù)雜，固定筒長(zhǎng)和無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)有不同策略，不同品牌之間也有差異，我們先略過(guò)，后面再說(shuō)。

 

·熒光物鏡和普通物鏡區(qū)別何在？
 

消色差鏡組

 

18世紀(jì)，光學(xué)家John Dollond發(fā)明了消色差鏡組，將紅藍(lán)兩色聚焦到跟綠色焦面相近的焦面，從而大大減少了軸向色差，提升了清晰度，而且他的設(shè)計(jì)成本夠低，因此消色差物鏡自此逐漸成為了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的基本配置，直至今天。普通消色差設(shè)計(jì)，可以校正紅藍(lán)兩色色差，以及綠色波段的球差。

 

熒光物鏡規(guī)格對(duì)比

 

熒光物鏡，或者說(shuō)半復(fù)消色差物鏡，通過(guò)引入螢石鏡片等先進(jìn)材料和更復(fù)雜鏡組，進(jìn)一步強(qiáng)化了軸向色差校正能力，可以將紅綠藍(lán)三色甚至四色聚焦到同一個(gè)焦面，并校正紅綠藍(lán)三色甚至四色的球差。

 

熒光物鏡工作距離較普通消色差更短，擁有顯著更高的數(shù)值孔徑（N.A），成像更清晰、銳利、高襯度，另外熒光物鏡成像像場(chǎng)普遍達(dá)到26.5mm，適合搭配25mm超寬視場(chǎng)目鏡，比普通消色差18-23mm的視場(chǎng)大一圈，在各種鏡檢觀察中，你都能明顯體驗(yàn)到半復(fù)消色差相對(duì)普通消色差帶來(lái)的巨大提升。

 

高分辨率成像通常用APO物鏡

 

如果加入更多鏡組，將色差校正提升到四色或者五色水平，就得到復(fù)消色差物鏡（APO）了，它工作距離更短，數(shù)值孔徑更高，幾乎把整個(gè)光譜的色差都給消除了，適合各種高分辨率成像，但對(duì)于大部分鏡檢來(lái)說(shuō)，從半復(fù)消色差到復(fù)消色差的提升并沒(méi)有那么巨大，因此鏡檢應(yīng)用中并不普及。

 

需要補(bǔ)充的是，熒光物鏡也是有效果差異的，有些熒光物鏡的色差校正和球差校正都更強(qiáng)，有些則只是強(qiáng)化了球差校正，另外即便同樣是熒光物鏡，不同鍍膜技術(shù)的差異，也會(huì)讓熒光物鏡在透過(guò)率方面出現(xiàn)差距，明美高透過(guò)率的熒光物鏡在熒光觀察和暗場(chǎng)觀察、正交偏光等觀察中更有優(yōu)勢(shì)。

 

·能隨便買(mǎi)個(gè)熒光物鏡給自己的顯微鏡升級(jí)嗎？
 

平場(chǎng)消色差物鏡常用于醫(yī)院熒光鏡檢

 

使用熒光物鏡做熒光觀察，不僅目視成像背景更暗、熒光更明亮清晰，相機(jī)CCD成像的效果也會(huì)清晰銳利。那么對(duì)于已有平場(chǎng)消色差物鏡的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，能不能隨便買(mǎi)個(gè)熒光物鏡給自己的顯微鏡升級(jí)呢？

 

答案是否定的。這就需要補(bǔ)充剛剛提到但還沒(méi)講完的問(wèn)題，橫向色差的消除。

 

補(bǔ)償目鏡

 

在固定筒長(zhǎng)的舊時(shí)代，物鏡的橫向色差問(wèn)題很難解決，廠商的策略是以毒攻毒，用同樣有橫向色差，但差異率反過(guò)來(lái)的目鏡進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)成像的消色差。如果不使用補(bǔ)償目鏡，成像畫(huà)面的外圍將會(huì)非常糟糕。

 

明美物鏡采用獨(dú)立消色差設(shè)計(jì)
 

到固定筒長(zhǎng)末期和無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)時(shí)代，奧林巴斯和尼康終于實(shí)現(xiàn)在物鏡層面把橫向色差解決掉，稱(chēng)為“獨(dú)立色差校正”，而蔡司和萊卡則沿用固定筒長(zhǎng)時(shí)代的策略，將補(bǔ)償橫向色差的任務(wù)交給了觀察頭底部的管透鏡和目鏡鏡，需使用跟物鏡配套的觀察頭才能消色差。明美物鏡采用的是獨(dú)立消色差設(shè)計(jì)，更便于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的顯微相機(jī)成像和定制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)時(shí)代不同系統(tǒng)之間還有齊焦距離、齊軸性和基準(zhǔn)焦距等差異，不建議用戶(hù)自行購(gòu)買(mǎi)熒光物鏡進(jìn)行升級(jí)，以免出現(xiàn)兼容問(wèn)題導(dǎo)致效果不佳或使用體驗(yàn)不好，升級(jí)物鏡請(qǐng)聯(lián)系原廠或明美等業(yè)的顯微鏡廠家。另外明美還提供LED數(shù)顯熒光模塊，適合把無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)的普通顯微鏡升級(jí)成熒光顯微鏡，包括奧林巴斯CX23正置、尼康TS100倒置、蔡司V8體視等都可以。

總結(jié)：普通消色差物鏡可以校正紅藍(lán)色差和綠球差，足夠滿(mǎn)足醫(yī)院真菌檢查等常規(guī)熒光鏡檢；熒光物鏡（半復(fù)消色差物鏡）可以校正紅綠藍(lán)三色的色差和球差，熒光信號(hào)更強(qiáng)，信噪比更高，適合FISH熒光原位雜交等高要求的熒光成像。同時(shí)在偏光、暗場(chǎng)等其他觀察方式下，熒光物鏡也會(huì)有更好的表現(xiàn)，前提是升級(jí)的物鏡跟機(jī)身、觀察頭有良好的適配，建議找原廠或?qū)�業(yè)顯微鏡廠家升級(jí)。

 

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