反射物鏡簡(jiǎn)介
顯微鏡物鏡是顯微鏡設(shè)計(jì)中易識(shí)別的組件之一。 顯微鏡物鏡會(huì)放大圖像,因此人眼可以通過(guò)目鏡或成像系統(tǒng)(例如成像鏡頭和照相機(jī))輕松查看它們。 傳統(tǒng)物鏡在設(shè)計(jì)上是屈光的。 換句話說(shuō),它們由一系列光學(xué)透鏡組成。 但是,有了對(duì)從深紫外到遠(yuǎn)紅外進(jìn)行色彩校正的高倍率聚焦光學(xué)器件的需求,促使工業(yè)界為這些波長(zhǎng)反射或者基于鏡像開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)成的顯微鏡物鏡,物鏡就是答案。 這些物鏡采用兩個(gè)或更多反射鏡的反射設(shè)計(jì)來(lái)聚焦光或形成圖像。
反射物鏡常見(jiàn)的類型是兩鏡Schwarzschild物鏡(圖1)。 該系統(tǒng)由一個(gè)小直徑的“輔助”反射鏡和一個(gè)帶有中心孔的大直徑的“主”反射鏡組成,該輔助反射鏡由星形安裝架固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?主鏡和副鏡均鍍有金膜,以更好地說(shuō)明它們?cè)诜瓷湮镧R外殼內(nèi)的位置。 這些基于反射鏡的物鏡有兩種配置:用于聚焦應(yīng)用的無(wú)限遠(yuǎn)校正和用于成像應(yīng)用的有限共軛。
Figure 1:
Anatomy of a Reflective Objective
圖1:反射物鏡的解剖
反映目標(biāo)的類型
無(wú)限遠(yuǎn)校正反射物鏡
無(wú)限遠(yuǎn)校正反射物鏡(圖2)是聚焦應(yīng)用的理想選擇。 準(zhǔn)直光(例如激光源)通過(guò)副鏡的中心孔進(jìn)入物鏡,并在其的工作距離處聚焦。 這種配置提供了一種將寬帶或多個(gè)激光源聚焦到單個(gè)點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)方法。 常見(jiàn)的應(yīng)用是聚焦合并了可見(jiàn)參考光束的紅外(IR)或紫外(UV)激光(例如Nd:YAG激光)。
圖2:無(wú)限遠(yuǎn)校正反射鏡設(shè)計(jì)
有限共軛反射物鏡
有限共軛反射物鏡(圖3)非常適合成像應(yīng)用。 它們是一種簡(jiǎn)單的解決方案,不需要使用任何其他的聚焦光學(xué)器件。 這種基于有限共軛鏡的配置可提供出色的分辨率,通??膳c傳統(tǒng)的折射顯微鏡物鏡互換使用。 無(wú)限遠(yuǎn)校正的反射物鏡可用于成像應(yīng)用中,而無(wú)需添加鏡筒透鏡,并且具有將光束操縱光學(xué)器件引入光束路徑的更大靈活性。
圖3:有限共軛反射物鏡設(shè)計(jì)
相對(duì)于VS的好處。 折光顯微鏡目標(biāo)設(shè)計(jì)
反射物鏡相對(duì)于折射物鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是其在寬光譜范圍內(nèi)的色彩校正。 在有限范圍內(nèi)(例如可見(jiàn)光譜)提供類似性能的折射物鏡非常受歡迎。 但是,隨著波長(zhǎng)范圍開(kāi)始超出設(shè)計(jì)范圍,傳輸和圖像性能會(huì)受到影響。 此外,還有許多反射涂層可供選擇,這些涂層在深紫外,紅外和特定激光波長(zhǎng)下具有優(yōu)良的性能。
重要的反射物鏡規(guī)格
比較反射物鏡時(shí),需要考慮這些基于反射鏡的系統(tǒng)*的兩個(gè)參數(shù):遮擋和透射波前。 在反射系統(tǒng)中,主鏡的中央部分不會(huì)將光線傳輸?shù)捷o助鏡,而是將其通過(guò)雜散光擋板反射回來(lái)。 為了避免這種情況,許多制造商在主鏡的中央部分放置了吸收性涂層。 還有另外兩個(gè)發(fā)生遮擋的位置,即主鏡的直徑和蜘蛛腿的寬度。 將遮蓋作用的所有值都包括在規(guī)定的值中,盡管某些制造商只包括中央遮蓋作用的值。 例如,EdmundOptics®在標(biāo)準(zhǔn)的反射物鏡中包含了所有遮蓋作用。
對(duì)于許多需要反射物鏡的應(yīng)用來(lái)說(shuō),透射波前誤差可能是重要的參數(shù)。 透射波前誤差是指波前進(jìn)入和離開(kāi)系統(tǒng)之間的差。 鏡子制造的新進(jìn)展使得能夠生產(chǎn)和測(cè)試高精度的表面,從而創(chuàng)建更好的校正系統(tǒng)。 可以達(dá)到λ/ 20峰谷(P-V)數(shù)量級(jí)的反射鏡,這些反射鏡可以產(chǎn)生反射物鏡,這些物鏡的透射波前≤λ/ 4 P-V。 例如,埃德蒙光學(xué)(Edmund Optics)硬安裝所有固定的TECHSPEC®ReflX™反射物鏡,從而保證了標(biāo)準(zhǔn)線上的λ/ 10 RMS透射波前和高性能線上的λ/ 4 P-V透射波前。 TECHSPEC®ReflX™反射物鏡的固定線已在Zygo GPI-XP干涉儀上進(jìn)行了主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)和測(cè)試,以確保每個(gè)物鏡均在規(guī)格范圍內(nèi)。
這種低波前誤差使反射物鏡具有受限的衍射或近衍射的性能。 衍射受限的物鏡會(huì)產(chǎn)生由艾里斑片定義的小聚焦光斑尺寸,可以使用物鏡和波長(zhǎng)的數(shù)值孔徑(NA)計(jì)算得出:
(1)
要了解有關(guān)Airy磁盤(pán)的更多信息,請(qǐng)參閱我們的應(yīng)用筆記“分辨率和對(duì)比度限制:Airy磁盤(pán)”。
雖然傳統(tǒng)的折射物鏡非常適合特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的各種應(yīng)用,但反射物鏡可以替代以提高從深紫外線到遠(yuǎn)紅外線的寬帶應(yīng)用中的性能和圖像質(zhì)量。 反射物鏡是FTIR,激光聚焦和橢圓儀應(yīng)用的理想選擇,在這些應(yīng)用中,衍射極限性能和色度校正至關(guān)重要。
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