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奧林巴斯顯微鏡,普通光學透鏡係統的缺陷(畸變)

2013-10-16  發布者:admin 

顯微鏡等光學儀器的透鏡扭曲的形象的錯誤產生的球麵透鏡表麵的幾何形狀的缺陷(通常稱為“像差”)與由各種機製所困擾。有三個主要的來源的非理想透鏡作用(錯誤),在顯微鏡觀察。

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透鏡錯誤的三個主要類別,與波陣麵,並相對於焦平麵的顯微鏡的光學軸的方向。這些包括色差球麵像差的光軸上透鏡的錯誤,主要離軸彗差像散表現為錯誤,和像場彎曲第三類的像差,在立體顯微鏡的變焦透鏡係統,常見的是,其中包括兩個桶形畸變和枕形失真的幾何失真

在一般情況下,在顯微鏡的光學像差的最終效果是在微小的功能和標本的細節被觀察的圖像,或數字記錄,可誘發故障。在顯微鏡的鏡頭文物首次討論在18世紀時倫敦儀器製造商約翰多隆德發現,使用兩種不同類型的玻璃在製造鏡片的組合可以減少或消除色差。幾十年後,在十九世紀,消色差(色差)具有高數值孔徑的目標發展,但仍然有與鏡頭的幾何失真問題。現代玻璃配方以及抗反射塗層,加上先進的研磨和製造技術,幾乎已經消除了大部分從今天的顯微鏡物鏡的畸變。然而,仔細注意必須支付這些文物,尤其是當進行高倍率數碼顯微鏡或工作時,變焦鏡頭係統與立體顯微鏡。

色差 -一個球麵透鏡中觀察到的最常見的故障,會發生色差,因為鏡片的折射白光中的各種顏色的波長以不同的角度(參見圖1)。紅色光作為綠色或藍色的光在相同的角度折射,所以透鏡的光軸上的焦點遠離紅色光透鏡。同樣,綠色光聚焦到透鏡比紅色光,藍色的光被聚焦在一個平麵上的透鏡是最接近。這種現象就是通常所說的作為分散體,並發生在一定程度上在所有球形透鏡元件。的鏡頭不能把所有的顏色略有不同的圖像大小和焦點的三個主要波長組到一個共同的焦平麵結果。其結果是一個彩色條紋或,暈色變化為著力點的客觀圖像周圍是多種多樣的。

 

色差複合工件的圖像放大倍率的差異而發生的結果為每個顏色組的不同的焦平麵,這種效應被稱為倍率色差這種類型的像差的,可顯著減少或消除,通過使具有不同的顏色分散性的單個元素組成的化合物鏡片。現在各種各樣的光學眼鏡鏡頭設計師。例如,冕牌玻璃的色散特性,使得它可以火石玻璃元件,以產生一個消色差雙合透鏡係統,藍色和紅色波長集中在同一圖像中平麵的透鏡雙峰配對更複雜的玻璃公式和形狀的光學係統的其他細化可以進一步減少色差。

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球麵像差 -一個潛在的嚴重神器顯微鏡所產生的圖像上,可以有嚴重的後果,球麵像差是使用鏡片具有球麵,這是目前唯一可行的辦法,鏡頭設計的結果。時發生的球麵像差的透鏡的外周通過光波沒有帶入確切的重點,與通過的中心(參見圖2),例如,使用單色紅光。其結果是,不存在一個明確的圖像平麵,試樣不能正確聚焦。作為一個例子,一個點光源的出現作為一個耀眼的光環所包圍或一係列的衍射環斑顯微鏡時,被帶進其“最好”的重點。複雜的試樣,有一個顯著的厚度通常很模糊,無法識別,尤其是在視場的周邊。

校正球麵像差的光學係統(如顯微鏡)通常是通過利用具有不同的厚度,膠合在一起,以形成一個複合透鏡組的正,負透鏡元件的組合球差透鏡的分辨率是非常重要的,因為它們會影響點沿著光軸重合成像透鏡的性能,這將嚴重影響試樣的銳度和清晰度降低。在這些透鏡的缺陷常常可以減少通過限製從曝露在光線中使用的隔膜,並且還通過利用非球麵透鏡表麵的光學係統內的透鏡的外邊緣。

最高質量的現代顯微鏡物鏡解決了一些方法,其中包括特殊鏡頭的研磨技術,提高了玻璃的配方,並更好地控製光學路徑中的球麵像差。高度為球麵像差校正的目標,這些目標的設計通常是為特定的條件,如嚴格的護罩玻璃的厚度限製,浸油,和窄的折射率公差。可調校正鋌一些高幹燥無油的玻璃蓋厚度變化的目標。顯微鏡運營商應仔細研讀專門的目標沒有出台一定的球麵像差由於利用的客觀條件下,它不是設計的基本要求。

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彗差 -在許多方麵類似球麵像差,彗差普遍遇到與離軸光線和顯微鏡是最嚴重的時候是正確對齊。像差彗星尾巴的形狀非常相似,被命名為是表現出現源於一個聚焦點在外圍視光連勝。昏迷通常被認為是最棘手的像差的不對稱,它產生的圖像。這也是一個證明的最簡單的像差。例如,在一個明亮的,陽光明媚的日子,當一個放大鏡是用來將圖像聚焦在人行道上的太陽,彗差,可以看到從太陽時,影像中的放大鏡就主光線傾斜。太陽的影像,投射到混凝土時,將拉長到類似彗星的形狀,彗差的特點。

 

獨特的形狀由患彗形像差的圖像顯示,是通過各種透鏡區的入射角變得更斜的光線折射差異(離軸)的結果。彗形像差的嚴重程度是薄透鏡的形狀的函數。在極端情況下,在子午光線通過的透鏡的外周,以計算接近的軸比的光線通過透鏡的中心部(和更接近主光線的像麵的彗差的結果,如圖所示3)。在這種情況下,外圍光線產生最小的影像,被說成是負的彗形像差相反,當外圍光線集中,越往下軸中產生更大的圖像,像差被稱為陽性“彗星”的形狀可以具有它的“尾巴”指向的視場的中心或相差,根據像差是否具有正值或負值。彗形像差的程度更大更大光圈的鏡頭,可以被糾正(部分)通過降低孔徑尺寸。顯微鏡設計人員通常試圖校正彗形像差,對於一個給定的目標和目鏡組合,以容納直徑的對象的字段。

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散光 -散光像差是類似於慧差,然而,該工件是孔徑大小不敏感,更強烈地依賴於光束的傾斜角的。表現的試樣點的圖像顯示為一條線或橢圓形,而不是一個離散點由離軸像差。根據離軸光線進入鏡頭的角度,線陣圖像可能會被定向在任何兩個不同的方向(參見圖4),切線方向(經向)或了得sagitally的(赤道)。單位圖像的強度比,定義,細節會減弱,並失去了作為離中心的距離增加對比度。

在不太昂貴的顯微鏡,散光往往是由於非對稱透鏡曲率透鏡的製造或安裝不當,在其框架內定向的客觀桶失誤的結果。通常,散光透鏡錯誤校正的顯微鏡物鏡設計,提供精確的單個透鏡元件的間距,以及適當的透鏡的形狀和折射率。小心校準和調節的單個透鏡元件是通過帶隔片和墊片,以減少或消除散光的影響。

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場曲 -也通常被稱為像場彎曲,這種像差,這是自然的結果,采用曲麵鏡頭,是非常熟悉的許多經驗豐富的顯微鏡。光被聚焦時,通過一個彎曲的透鏡,該透鏡所產生的像麵彎曲的,如在圖5中示出。的圖像可以聚焦點之間的範圍內,以產生清晰的聚焦的邊緣上,或在中心。歸類為離軸像差,像 ​​場彎曲產生具有的形狀的凹的球形表麵(類似凸透鏡表麵),從客觀的圖像平麵。雖然連續區可以成為關注的焦點,通過翻譯的目標,整個圖像不能同時聚焦到一個平麵上,如薄膜平麵或CCD或CMOS圖像傳感器的表麵。

 

光學設計師專門設計的平場物鏡中的物鏡加入糾正鏡片處理場曲雖然像場彎曲的光學矯正需要加入一些新的鏡片的設計,這些物鏡(稱為平場)是在今天使用的最常見的類型的物鏡。像場彎曲是很少完全消除,但它往往是很難檢測到的邊緣的曲率與大多數平場校正物鏡。其結果是,像場彎曲的非常有限的程度的通常不降解的顯微照片或數字圖像。神器是在低倍率,更嚴重的,可能是一個嚴重的問題,立體顯微鏡。

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幾何失真 -圖像失真的像差通常在立體顯微鏡觀察,在外形上的變化,而 ​​不是一個圖像的銳度或彩色光譜表現。最普遍的兩種類型的幾何失真,正麵和負麵的(通常被稱為枕狀和桶狀,分別),往往能非常清晰的圖像,否則為球形和色差,以及慧差和散光糾正。當圖像遭受的失真,真實的幾何形狀的試樣不再保持在圖像中。圖6所示的例子相當明顯的枕形失真和桶形失真,在圖像的計算機微處理器集成電路。

幾何失真,很難檢測到,特別是當其像差相對輕微和試樣缺乏周期性結構。這種類型的神器是最嚴重的標本中,有直線,如定期電網,正方形,矩形或其他正多邊形功能,隨時顯示曲度存在失真。失真經常被發現在光學設計,采用複合透鏡係統(魚眼,長焦,變焦)含半月板,凹,半球形,和厚厚的凸透鏡。複雜的透鏡係統,如放大的設計,可以有相當明顯的失真,這可能會隨焦距,生產長焦距和短焦距的桶形畸變的枕形畸變。出於這個原因,經典的立體變焦顯微鏡有一個顯著的量的失真度和顯微鏡製造商已經花費了相當大的努力緩解這一像差。



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