如何通过识别显微镜目镜上的标识来使用目镜

2021-12-14 10:17:31 admin 3

目镜或目镜是显微镜的一部分,用于放大显微镜物镜产生的图像,以便人眼看到。在本资源中,我们将了解不同类型的目镜、它们的组件、它们的工作原理以及如何使用它们。

目镜与目镜

目镜与显微镜物镜结合使用,可进一步放大中间图像,以便观察标本细节。目镜或目镜是目镜的替代名称。为了在此讨论中保持一致性,我们将所有目镜和目镜都称为目镜。

为了在显微镜下获得最佳效果,请将物镜与适合校正和物镜类型的目镜结合使用。典型现代目镜的基本解剖结构如下图 1 所示。目镜侧面的铭文描述了其特性和功能。

如何阅读目镜铭文

图1所示的目镜标有UW,这是超宽视场的缩写。通常,目镜还会有一个H标志,具体取决于制造商,以指示高眼点焦点,使显微镜师可以在查看样品时戴上眼镜。

目镜上常见的其他铭文包括:

  • WF宽视场

  • UWF用于超宽场

  • SWSWF用于超宽场

  • HE高视点

  • CF用于与 CF 校正物镜一起使用的目镜

补偿目镜通常标有KCcomp以及放大倍数。与平场物镜一起使用的目镜有时标记为plan-comp

图 1 中目镜的目镜放大倍数为 10X,如外壳上所示。铭文A/24表示视场编号为24,指目镜中固定光圈的直径(以毫米为单位)。这些目镜还具有焦距调节装置和指旋螺钉,可以固定它们的位置。制造商现在通常生产带有橡胶眼罩的目镜,用于将眼睛定位在与前镜片适当距离的位置,并阻止室内光线从镜片表面反射并干扰视野。

简单目镜的类型:负片、正片和修改过的

有两种主要类型的目镜,根据镜头和光阑排列进行分组:具有内部光阑的负目镜(或惠更斯目镜)和在目镜透镜下方具有光阑的正目镜(或拉姆斯登目镜)。

负目镜有两个镜头:

  • 最靠近观察者眼睛的上晶状体称为眼晶状体

  • 下透镜(在光圈下方)通常称为场透镜

在最简单的形式中,眼睛和场透镜都是平凸的,凸面面向样品。大约在这些透镜之间的中间是一个固定的圆形开口或内部光圈。光圈的大小定义了当您观察显微镜时观察到的圆形视野。

在下面了解更多关于负目镜和正目镜之间的区别。

什么是惠更斯目镜?

最简单的负目镜设计,通常称为惠更斯目镜(如图 2 所示),可在大多数配备消色差物镜的教学和实验室显微镜上找到。尽管惠更斯目镜和场镜没有得到很好的校正,但它们的像差往往会相互抵消。更高度校正的负目镜将两个或三个透镜元件粘合在一起以制成目镜。如果一个未知的目镜只在外壳上标有放大倍数,它很可能是惠更斯目镜,最适合与 5X 到 40X 放大倍率的消色差物镜一起使用。

什么是拉姆斯登目镜?

另一种主要类型的简单目镜是透镜下方带有光阑的正目镜,通常称为拉姆斯登目镜,如图 2 左侧所示。该目镜有一个目镜和场镜,它们也是平凸的,但场镜安装时曲面朝向目镜。这个目镜的前焦平面位于物镜正下方,在目镜光阑的高度,使这个目镜很容易适应安装分划板。为了提供更好的校正,拉姆斯登目镜的两个透镜可以粘合在一起。

改良的简易目镜

拉姆斯登目镜的改进版本被称为凯尔纳目镜,如图 3 左侧所示。这些改进的目镜包含胶合在一起的双目镜元件,并且具有比拉姆斯登目镜或惠更尼目镜更高的视点,如以及更大的视野。

简单惠更斯目镜的改进版本如图 3 所示。虽然这些改进后的目镜比简单的单透镜目镜性能更好,但它们仍然只适用于低功率消色差物镜。

补偿目镜

简单目镜,如Huygenian和冉斯登,以及它们的消色差的对应不会正确残余倍率色差的中间图像中,特别是当与高倍率消色差物镜或萤石或复消色差的目标结合。为了解决这个问题,制造商生产了补偿目镜,在镜头元件中引入了相等但相反的色度误差。

补偿目镜可以是正型或负型,并且必须在所有放大倍率下使用萤石、复消色差和各种平面物镜(它们也可以用于 40X 或更高的消色差物镜)。近年来,现代显微镜物镜对放大倍率色差的校正要么内置于物镜本身(例如奥林巴斯物镜),要么在管透镜中进行校正。

补偿目镜在帮助消除高度校正物镜设计中固有的残余色差方面起着至关重要的作用。因此,显微镜师最好使用由特定制造商设计的补偿目镜来配合该制造商的更高校正的物镜。使用不正确的目镜和复消色差物镜,专为有限(160 或 170 毫米)管长度应用而设计,会显着增加外径上的红色条纹和试样细节内径上的蓝色条纹的对比度。其他问题来自简单目镜中有限的视野平坦度,即使是那些用双目镜校正的目镜。

高级目镜

更先进的目镜设计产生了上面图 4 所示Periplan目镜。该目镜包含七个透镜元件,它们粘合成一个双合透镜、一个三合透镜和两个单独的透镜。Periplan 目镜的设计改进可以更好地校正残余横向色差,增加视野的平坦度,并在与更高功率的物镜一起使用时总体上获得更好的性能。

现代显微镜具有大大改进的平面校正物镜,其中主图像的场曲比旧物镜小得多。此外,现在大多数显微镜都具有更宽的镜筒,这大大增加了中间图像的尺寸。

为了解决这些新功能,制造商现在生产宽视野目镜(如图 1 所示),可将样品的可视区域增加多达 40%。由于目镜物镜校正技术因制造商而异,因此仅使用特定制造商推荐的用于其物镜的目镜非常重要。

如何选择合适的目镜

我们的建议是首先仔细选择物镜,然后购买专为物镜设计的目镜。在选择目镜时,比较容易区分简单目镜和高补偿目镜。简单的目镜,如 Ramsden 和 Huygenian(以及它们校正程度更高的对应物),当通过显微镜观察或放在光源下时,其目镜光阑边缘会有一个蓝色环。相比之下,在相同情况下,更高度校正的补偿目镜的光圈周围有一个黄-红-橙色环。

商业目镜的特性

目镜类型取景器目镜超广角目镜广角目镜
描述性缩写PSWH 10XPWH 10X35 SWH 10XSWH 10X 高CROSSWH 10X 高WH 15XWH 10X 高
字段编号26.52226.526.5221422
屈光度调整-8~+2-8~+2-8~+2-8~+2-8~+2-8~+2-8~+2
评论3.25 × 4.25 英寸光罩3.25 × 4.25 英寸光罩35 毫米光罩屈光度矫正屈光度矫正十字线
屈光度矫正
千分尺直径---------------2424

表格1

几种常见的市售目镜(奥林巴斯公司制造)的特性按类型列于表1中。表1中列出的三种主要目镜类型为取景器宽场超宽场

请注意,不同制造商使用的术语可能会令人困惑。仔细阅读手册和显微镜手册,为特定物镜选择正确的目镜。

在表 1 中,表示宽视场和超宽视场目镜的缩写与其高视点校正相关,分别WHSWH放大倍数为 10X 或 15X,视场数范围为 14 到 26.5,具体取决于应用。所有目镜的屈光度调整大致相同,许多目镜还包含光罩或千分尺标线。

高眼点目镜

从目镜发出的光线在出射瞳孔或点处相交,通常称为拉姆斯登圆盘显微镜师眼睛的瞳孔应该放置在那里,以便看到整个视野(通常距离眼睛 8-10 毫米)镜头)。通过增加目镜的放大倍数,眼点被拉近眼睛晶状体的上表面,使显微镜师更难以使用,特别是如果他们戴着眼镜。

为了弥补这个问题,制造商设计了目镜,其眼点距离接近眼睛晶状体表面上方 20-25 毫米。这些改进的目镜具有更大直径的目镜,其中包含更多的光学元件,并且通常具有改进的视场平坦度。这些目镜通常在目镜外壳的某处标有铭文H,可以单独使用,也可以与其他缩写组合使用。

值得一提的是,高眼点目镜对于戴眼镜矫正近视或远视的显微镜师特别有用,但它们不能矫正其他几种视觉缺陷,例如散光。今天,高眼点目镜非常受欢迎,即使是不戴眼镜的人,因为大眼睛间隙可以减少疲劳并使通过显微镜观看图像更加舒适。

视场直径

曾经,目镜的放大倍数范围很广,从 6.3 倍到 25 倍不等,对于特殊应用有时甚至更高。这些目镜对于使用低倍物镜进行观察和显微摄影非常有用。不幸的是,对于更高倍率的物镜,当使用非常高倍率的目镜时,空倍率的问题变得很重要,应该避免这些问题。今天,大多数制造商将他们的目镜产品限制在 10x 到 20x 范围内。目镜中的视场直径表示为视场数或视场数 ( FN )。有关目镜视场数的信息可以使用以下公式得出物体视场的真实直径:

视场直径 = (FN) / (M(O) × M(T)

其中FN是以毫米为单位的视场数,M(O)是物镜放大倍数,而M(T)是管镜放大系数(如果有)。将此公式应用于表 1 中列出的超广角目镜,对于管透镜放大倍数为 1.25 的 40X 物镜,我们得出以下结果:FN = 26.5 / M(O) = 40 × M(T) = 1.25 = 视场直径为 0.53 毫米。表 2 列出了使用该目镜可能出现的常见物镜范围内的视场大小。

视场直径
(SWF 10X 目镜)

放大视场直径 (mm)
0.5X42.4
1X21.2
2倍10.6
4倍5.3
10倍2.12
20倍1.06
40X0.53
50倍0.42
60X0.35
100倍0.21
150倍0.14
250倍0.085

表 2

有效放大倍数范围

选择目镜/物镜组合时要小心,以帮助确保标本细节的最佳放大倍数,而不会增加不必要的伪影。例如,要实现 250X 的放大倍率,显微镜师可以选择与 10X 物镜耦合的 25X 目镜。相同放大倍率的另一种选择是具有 25X 物镜的 10X 目镜。因为 25X 物镜具有比 10X 物镜(约 0.25 NA)更高的数值孔径(约 0.65 NA)和数值孔径值定义了物镜的分辨率,后者是理想的选择。如果使用上述每个物镜/目镜组合拍摄相同视场的显微照片,很明显,与其他组合相比,10 倍目镜/25 倍物镜组合会产生在样品细节和清晰度方面都表现出色的显微照片。

有用倍率范围为客观/目镜组合是由该系统的数值孔径限定。要解析图像中存在的细节,必须有一个最小放大倍数,该值通常被随意设置为数值孔径 (500 × NA) 的 500 倍。

在光谱的另一端,图像的最大有用放大倍数通常设置为数值孔径 (1000 × NA) 的 1,000 倍。高于此值的放大倍数不会产生更多有用信息或图像细节的更精细分辨率,并且通常会导致图像质量下降。超过有效放大倍数的限制会导致图像出现空倍现象,即通过目镜或中筒镜增加放大倍数只会使图像放大,而细节分辨率却没有相应提高。

下面的表 3 列出了位于有用放大率范围内的常见物镜/目镜组合。

有用放大倍数范围
(500–1000 × 物镜 NA)

客观的目镜
(不适用)10倍12.5X15倍20倍25倍
2.5 倍
(0.08)
---------XX
4X
(0.12)
------XXX
10X
(0.35)
---XXXX
25X
(0.55)
XXXX---
40X
(0.70)
XXX------
60X
(0.95)
XXX------
100 倍
(1.42)
XX---------

表3

测量刻度

通过在目镜视场光阑的平面上添加一个小的圆盘形玻璃标线(有时称为刻度线或标线),目镜可以用于测量目的标线通常具有蚀刻在表面上的标记,例如测量尺或网格。因为标线与视场光阑位于同一平面,所以它出现在叠加在样品图像上的清晰焦点中。使用分划板的目镜必须包含一个聚焦机构(通常是螺旋螺钉或滑块),使分划板的图像聚焦。几个典型的标线如下图 5 所示。

图 5 (a) 中的标线是目镜的常见元件,旨在为显微摄影构建视场。小矩形元素限定将使用 35 毫米格式在胶片上捕获的区域。其他胶片格式(120 毫米和 4 × 5 英寸)由较大的 35 毫米矩形内的一组角标出。分划板的中心是一系列由四组平行线围绕的圆圈,这些线以 X 图案排列。这些线用于聚焦标线和图像,使其与连接到显微镜相机后盖中的胶片平面齐焦。图 5 (b) 中的标线是可用于测量图像距离的线性千分尺,而图 5 (c) 中的交叉千分尺与偏光显微镜一起使用,以定位样品相对于偏光器和分析器的对齐情况。图 5 (d) 中所示的网格用于划分视场的一部分以进行计数。目镜分划板还有许多其他变体,因此请咨询显微镜和光学配件的制造商,以确定这些有用的测量设备的类型和可用性。

千分尺柱

对于高精度测量,丝状千分尺(类似于图 6 中所示的那个)被使用。这种千分尺取代了传统的目镜,并提供了对传统十字线的一些改进。在丝状千分尺中,带有测量刻度(刻度类型有很多变化)和非常细的线的标线与样品一起聚焦,如图 6 (b) 所示。如图 6 (a) 所示,安装导线后,它可以通过位于千分尺侧面的校准指旋螺钉在视场中缓慢移动。指旋螺钉一整圈(分成 100 等份)等于两个相邻标线标记之间的距离。通过将导线从样品图像上的一个位置缓慢移动到另一个位置并注意翼形螺钉编号的变化,显微镜师可以更准确地测量距离。

可移动指针

一些目镜有一个位于目镜内的可移动指针,其位置使其在图像平面中显示为轮廓。该指针可用于指示标本的某些特征,尤其是在显微镜师教学生有关特定特征时。大多数目镜指针可以围绕样品以 360° 角旋转,更高级的版本可以在整个视场中平移。

照片目镜和投影镜头

制造商通常会生产专门的目镜,通常称为照片目镜,旨在用于显微摄影。这些目镜通常是负的(惠更斯型)并且无法在视觉上使用。因此,它们通常被称为投影镜头典型的投影镜头如下图 7 所示。

必须仔细校正投影镜头,以便它们产生平场图像,这对于精确的显微摄影来说是必不可少的。它们通常也经过色彩校正,以帮助确保在彩色显微摄影中真实再现色彩。显微摄影投影镜头的放大系数范围从 1X 到大约 5X。这些镜头可以互换以调整显微照片中最终图像的大小。

聚焦望远镜

相机系统已成为显微镜的一个组成部分,大多数制造商提供显微照相附件相机作为可选配件。这些先进的相机系统通常具有电动黑匣子,可以在拍摄显微照片时存储并自动逐帧浏览胶片。

这些集成相机系统的一个共同特点是分束器聚焦望远镜目镜(见图 8),它使显微镜师能够查看、聚焦和框架样品以进行显微摄影。这台望远镜包含一个显微照相分划板,类似于图 5 (a) 中所示的分划板,该分划板刻有一个矩形元素,该元素包围了用 35 毫米胶片捕获的区域,还有用于更大格式胶片的角支架。为方便扫描和拍摄样品,显微镜师可以调整望远镜目镜,使其与目镜共焦,以便于构图和拍摄显微照片。

经常问的问题

显微镜上的目镜是什么?

目镜可以指整个目镜,也可以特指目镜——离眼睛最近的晶状体。

目镜在显微镜上有什么作用?

目镜放大物镜产生的图像,以便显微镜用户可以看到它。

如何选择合适的目镜?

选择目镜有很多因素。要记住的重要一点是您的目镜和物镜应该兼容。我们的建议是首先仔细选择物镜,然后购买专为物镜设计的目镜。