尼康CFI60无限远光学系统

尼康CFI60无限远光学系统

当典型的技术人员讲的无限光学，他们大概都有这样的形象，可以做任何梦想的光学系统。有人说，当你使用显微镜的性能提高与无限远光学系统。所以他们得出结论，如果它不是一个无限远光学系统，它不是在一个高水平的表演。

图1图像形成在中间图像平面

都是厂家真的很努力去做这件事情，满足用户的期望呢？这是真的，无限光学显着提高系统的灵活性，但无限光学性能总是优于有限光学系统？

尼康cfi60光学设计团队面对这一命题的头上。他们深入研究了优势和其他制造商的系统的缺点，并找到一个*佳的平衡之间的光学性能和系统的灵活性。本文档将帮助你理解为什么一个无限远光学系统，生物应用树立了新的性能标准，包括管透镜的焦距为200毫米，与齐焦距离60毫米的目的，和一个物镜螺纹尺寸25毫米。

为什么是200毫米管透镜的焦距？

在一个有限的光学系统，在一个物体上的光，通过客观的，它是朝向主图像平面（通常称为 中间图像平面 ，位于目镜焦点）和收敛速度有如 图1 。

在无限远光学系统，然而，光变磁通平行光线经过客观和不收敛后才通过管透镜如 图2 。这意味着一个无限的距离并 不是 可以得到光的目的（到管透镜）。通过物镜后，从光轴平行移动物体的光沿光路轴线。光从周围的物体形成一个磁通平行光线和进步的一个对角的光轴见下面的 图3 。

 图2  -无限远校正平行光通路

正因为如此，在有些情况下，这些光线不再能被管透镜如果管透镜的位置从物镜太远。这使得图像在视场的边缘变暗或模糊，防止显微镜在其全部潜力的表演。长期的无限光学仅仅意味着光变成平行光线在通过流量的目的， 不是 一个无限的空间内的可用光学系统。

如果我们要进一步发展采用无限光学显微镜，我们将需要增加距离的目的和管透镜之间以及增加系统的灵活性。延长这个距离，我们降低了平行光线光轴外磁通角。人们普遍认为管镜头更长的焦距会完成，但是这个长度有限制。

 图3 周光通量在无限远光学通路

放大倍率（ M（o ））的目的在一个无限光学显微镜是利用公式：

在管透镜的焦距（ f（t ））和物镜焦距（ f（O ））是描述在 图2 。如果该管的透镜的焦距延长，到像平面的距离（在目镜）也将随着客观的较长焦距的增加。当然，这使得规模较大的显微镜。有了这个想法，得到的结论是：200毫米焦距是*适合管透镜。其他厂家采用的焦距是160毫米和180毫米。

从一个物体远离光轴得到同样大小的图像，该管透镜的焦距越长产生一个较小的角度对光轴的光。光线不张开的，之间的距离管透镜和物镜可以增加系统的灵活性大大增强了潜在的说明在 图4以下 。

 图4 管透镜焦距

该设计具有一定的光学特点。如 图5， 当管镜头的160毫米和200毫米焦距相比，200毫米的镜头产生的磁通的离轴光线具有较小的角。在这种情况下，光线穿过相环相衬附件，DIC棱镜在Nomarski DIC附件，或色镜在落射荧光附件，产生 较小的 轻元素转变之间的平行于光轴的对角线，使饰品更有效地工作。这是一个巨大的光的优势，也有助于改进的EPI荧光显微镜对比度的主要因素。

 图5 离轴光的通量随管长度无穷大系统

为什么是物镜的60毫米的齐焦距离？

一旦管透镜的焦距为200毫米，物镜的齐焦距离可以从标准的45毫米增加。节中关于管长度，物镜的焦距也增加，为了保持相同的放大，从45毫米不提供*佳的空间设计，高品质的图像不能获得。在实践中，CF平场APO 60x油与机械160毫米管长度，被认为是在有限物镜的**，拥挤在有限的空间，45毫米的镜头。当这个有限的系统替换为无穷大系统和目的分为物镜和镜筒透镜，该透镜的焦距是管约150毫米的等效。在此基础上，我们可以计算出齐焦距离提供一种光学性能优于有限体系如下：有限的系统目的齐焦距离是45毫米；一管透镜的焦距为150毫米，无限系统目的齐焦距离是 X ；而管透镜的焦距为200毫米。在解决这一比例，如果45：150 =  x ：200，那么 x  = 60毫米。因此，如果管透镜的焦距为200毫米，*佳目的齐焦距离为60毫米。

通过以上计算为160毫米管长度优化齐焦距离为48毫米，为180毫米管长度为54毫米。显微镜制造商设定物镜齐焦距离在无穷远光学系统45毫米，然后他们无法利用他们的物镜的全部潜力。

由于工作距离（WD）也增加与更长的物镜焦距，制造商使用齐焦距离45毫米，在无法利用较长的工作距离达到了尼康的缺点。使用平场APO 60x油（NA 1.4）目的作为比较，我们看到W.D.s的制造商至少达到50%，低于尼康。这表明，有容纳各类标本以及易操作性能力的差异。

 表1 常见的无限远校正管长度

低功耗需求的特定尺寸的镜片。如果放大的目的是1X，“ M（o）= F（t）f（O ）”的公式用于管长度截面显示 焦距的目的和管的镜头会是相同的 。在尼康的案例中，为了完善管透镜的焦距为200毫米，45毫米的齐焦距离会留下太少的空间设计。通过增加这个距离为60毫米，放大1x可得益于这种***的变化，一个放大低0.5X系统已经实现的物镜。*低的放大提供了由其他制造商是1.5倍且未产生1X的目的吗。

为什么使用25毫米物镜螺纹的尺寸吗？

当管透镜的焦距增加，物镜的焦距也必须增加。有目的的瞳孔直径的限制（在物镜螺纹尺寸限制剩余的有效直径），所以高数值孔径（NA）不能获得。因此，低功耗的镜片，严重影响。目前，其他厂商都使用20.32毫米的螺纹尺寸，但如上所述，尼康使用25毫米，能够达到高数值孔径。原来，亮度镜头（ F ）表示的公式：

 公式2 亮度的镜头

F=F= D F

其中 f 是镜头的焦距，和 D 是有效直径。由于该种显微镜对应的 F 值的一个摄影镜头，亮度可以用公式：

 公式3 亮度的镜头

F@12，F@12， textrm

有效直径需要达到所需的，因此可以利用这个公式发现。换句话说，在一个客观的瞳孔大小（在出口侧的有效直径）表示为：

 公式4 有效直径需要达到所需的要求

d=2textrm，时间 Fd=2textrm，时间 F 

例如，找到CFI平场APO 4有效直径（NA 0.2），与*高的目的（*亮）NA；鉴于物镜焦距为50毫米，和那里的管透镜的焦距为200毫米，以下计算了：

 公式5 有效直径需要达到所需的要求

d=2倍0.2倍50=20textrm毫米（光学直径）d=2倍0.2倍50=20textrm毫米（光学直径） 

这表明，传统的20.32线径不可。瞳孔直径所需的一种基于160毫米和180毫米管长度为0.2的数值孔径4x物镜的设计是16毫米和18毫米，分别。这表明由其他制造商使用传统的20.32毫米螺纹尺寸在设计这类问题。本平场APO 4x物镜实际数值孔径0.16。该公司为尼康的目的在这0.20级，这是行业中*高的。

如图所示，获得高数值孔径，低倍率的物镜需要一个大的瞳孔直径。较长的管透镜的焦距，更大的必要性扩大客观上螺纹尺寸。尼康已经选择为CFI无限光学系统25毫米螺纹尺寸解决了这个问题。

结论

我们相信这些解释伴随着具体的例子帮助你理解为什么一个焦距200毫米管透镜是用在无限远光学系统的优化和为什么高光学规格可以用一个客观的齐焦距离60毫米和25毫米的螺纹尺寸得到。通过JIS等常规标准一直遵循机械尺寸，无限光学本身的采用，需要牺牲与常规系统的兼容性。

因此，而不是通过常规的尺寸约束，尼康认为其真正的任务是创造用户需要为今天的**显微镜技术产品。在工程、制造、质量控制、检验和生产创新，促成了尼康的cfi60系列光学系统的出现。