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、生命科學和醫(yī)學檢查中都廣泛應用的一種觀察方式，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由。

 

螢石鏡片

 

熒光物鏡（Fluor）現(xiàn)在的標準稱呼其實是“半復消色差物鏡”（Semi-Apo）或者“平場半復消色差物鏡”，因為這種物鏡生產(chǎn)時使用到了螢石（Fluorite）鏡片，故稱“螢石物鏡”、“熒光物鏡”。實際在無限遠光學時代，半復消色差物鏡已經(jīng)可以不用螢石鏡片也能做出來。

 

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、暗場等觀察中，它也因為有更高的數(shù)值孔徑、更強的消色差表現(xiàn)，能提供更明亮、更高對比度的清晰成像。

 

·基礎知識：消色差是什么？
 

普通平場消色差物鏡

 

無論是以往的固定筒長時代還是現(xiàn)在的無限遠光學時代，消色差物鏡（Ach）/平場消色差物鏡（Plan Ach），都是主流，這些就是普通物鏡。熒光物鏡是半復消色差物鏡/平場半復消色差物鏡，與普通物鏡區(qū)別在于消色差水平。

 

白光通過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）。陽光可以形成“赤橙黃綠青藍紫”七色彩虹，因為它的光譜包含這些顏色。

 

軸向色差

 

在通過透鏡時，光譜中不同顏色的光會在不同的焦面聚焦，藍色在距離透鏡近的距離聚焦，綠色還得遠一點，紅色離得更遠，這意味著紅綠藍三色無法在同個焦面聚焦，成像會偏色，同時高對比的邊緣會有不聚焦的其他顏色，通常呈現(xiàn)為紫邊、暈環(huán)，影響對比度和清晰度，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鏡片中間和鏡片邊緣時，會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，這個倍率差異每個顏色都有，而且每個顏色的差異不一致，其結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雜，固定筒長和無限遠光學有不同策略，不同品牌之間也有差異，我們先略過，后面再說。

 

·熒光物鏡和普通物鏡區(qū)別何在？
 

消色差鏡組

 

18世紀，光學家John Dollond發(fā)明了消色差鏡組，將紅藍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，而且他的設計成本夠低，因此消色差物鏡自此逐漸成為了望遠鏡和顯微鏡的基本配置，直至今天。普通消色差設計，可以校正紅藍兩色色差，以及綠色波段的球差。

 

熒光物鏡規(guī)格對比

 

熒光物鏡，或者說半復消色差物鏡，通過引入螢石鏡片等先進材料和更復雜鏡組，進一步強化了軸向色差校正能力，可以將紅綠藍三色甚至四色聚焦到同一個焦面，并校正紅綠藍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普遍達到26.5mm，適合搭配25mm超寬視場目鏡，比普通消色差18-23mm的視場大一圈，在各種鏡檢觀察中，你都能明顯體驗到半復消色差相對普通消色差帶來的巨大提升。

 

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，幾乎把整個光譜的色差都給消除了，適合各種高分辨率成像，但對于大部分鏡檢來說，從半復消色差到復消色差的提升并沒有那么巨大，因此鏡檢應用中并不普及。

 

需要補充的是，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，有些則只是強化了球差校正，另外即便同樣是熒光物鏡，不同鍍膜技術的差異，也會讓熒光物鏡在透過率方面出現(xiàn)差距，明美高透過率的熒光物鏡在熒光觀察和暗場觀察、正交偏光等觀察中更有優(yōu)勢。

 

·能隨便買個熒光物鏡給自己的顯微鏡升級嗎？
 

平場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CCD成像的效果也會清晰銳利。那么對于已有平場消色差物鏡的用戶來說，能不能隨便買個熒光物鏡給自己的顯微鏡升級呢？

 

答案是否定的。這就需要補充剛剛提到但還沒講完的問題，橫向色差的消除。

 

補償目鏡

 

在固定筒長的舊時代，物鏡的橫向色差問題很難解決，廠商的策略是以毒攻毒，用同樣有橫向色差，但差異率反過來的目鏡進行補償，從而實現(xiàn)成像的消色差。如果不使用補償目鏡，成像畫面的外圍將會非常糟糕。

 

明美物鏡采用獨立消色差設計
 

到固定筒長末期和無限遠光學時代，奧林巴斯和尼康終于實現(xiàn)在物鏡層面把橫向色差解決掉，稱為“獨立色差校正”，而蔡司和萊卡則沿用固定筒長時代的策略，將補償橫向色差的任務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立消色差設計，更便于實現(xiàn)高質(zhì)量的顯微相機成像和定制產(chǎn)品開發(fā)。

無限遠光學時代不同系統(tǒng)之間還有齊焦距離、齊軸性和基準焦距等差異，不建議用戶自行購買熒光物鏡進行升級，以免出現(xiàn)兼容問題導致效果不佳或使用體驗不好，升級物鏡請聯(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，適合把無限遠光學的普通顯微鏡升級成熒光顯微鏡，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：普通消色差物鏡可以校正紅藍色差和綠球差，足夠滿足醫(yī)院真菌檢查等常規(guī)熒光鏡檢；熒光物鏡（半復消色差物鏡）可以校正紅綠藍三色的色差和球差，熒光信號更強，信噪比更高，適合FISH熒光原位雜交等高要求的熒光成像。同時在偏光、暗場等其他觀察方式下，熒光物鏡也會有更好的表現(xiàn)，前提是升級的物鏡跟機身、觀察頭有良好的適配，建議找原廠或專業(yè)顯微鏡廠家升級。

 

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