Nikon MicroscopyU - Microscope Objective Specifications.pdf

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Microscope Objective Specifications
Identification of the properties of individual objectives is usually very easy because
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important parameters are often inscribed on the outer housing (or barrel) of the
objective itself as illustrated in Figure 1. This figure depicts a typical 60x plan
References
apochromat objective, including common engravings that contain all of the
specifications necessary to determine what the objective is designed for and the conditions necessary
for proper use.
Microscope manufacturers offer a wide range of objective designs to meet the performance needs of
specialized imaging methods, to compensate for cover glass thickness variations, and to increase the
effective working distance of the objective. Often, the function of a particular objective is not obvious
simply by looking at the construction of the objective. Finite microscope objectives are designed to
project a diffraction­limited image at a fixed plane (the intermediate image plane), which is dictated by
the microscope tube length and located at a pre­specified distance from the rear focal plane of the
objective. Microscope objectives are usually designed to be used with a specific group of oculars and/or
tube lenses strategically placed to assist in the removal of residual optical errors. As an example, older
Nikon and Olympus compensating eyepieces were used with high numerical aperture fluorite and
apochromatic objectives to eliminate lateral chromatic aberration and improve flatness of field. Newer
microscopes (from Nikon and Olympus) have objectives that are fully corrected and do not require
additional corrections from the eyepieces or tube lenses.
Most manufacturers have now transitioned to infinity­corrected objectives that project emerging rays in
parallel bundles from every azimuth to infinity. These objectives require a tube lens in the light path to
bring the image into focus at the intermediate image plane. Infinity­corrected and finite­tube length
microscope objectives are not interchangeable and must be matched not only to a specific type of
microscope, but often to a particular microscope from a single manufacturer. For example, Nikon
infinity­corrected objectives are not interchangeable with Olympus infinity­corrected objectives, not only
because of tube length differences, but also because the mounting threads are not the same pitch or
diameter. Objectives usually contain an inscription denoting the tube focal length correction as will be
discussed.
There is a wealth of information inscribed on the barrel of each objective, which can be broken down
into several categories. These include the linear magnification, numerical aperture value, optical
corrections, microscope body tube length, the type of medium the objective is designed for, and other
critical factors in deciding if the objective will perform as needed. A more detailed discussion of these
properties is provided below and in links to other pages dealing with specific issues.
Manufacturer ­ The name of the objective manufacturer is almost always included on the
objective. The objective illustrated in Figure 1 was made by Nikon, but comparable objectives
are manufactured by Olympus, Zeiss, andLeica, companies who are some of the most
respected manufacturers in the microscope business.
Linear Magnification ­ In the case of the apochromatic objective in Figure 1, the linear
magnification is 60x, although the manufacturers produce objectives ranging in linear
magnification from 0.5x to 250x with many sizes in between.
Optical Corrections ­ These are usually listed as Achro and Achromat(achromatic),
as Fl, Fluar, Fluor, Neofluar, or Fluotar (fluorite) for better spherical and chromatic
corrections, and as Apo (apochromatic) for the highest degree of correction for spherical and
chromatic aberrations. Field curvature corrections are
abbreviated Plan, Pl, EF, Achroplan, Plan Apo, or Plano. Other common abbreviations
are ICS (infinity corrected system) and UIS (universal infinity system), N and NPL (normal field
of view plan), Ultrafluar (fluorite objective with glass that is transparent down to 250
nanometers), and CF andCFI (chrome­free; chrome­free infinity). The objective in the
illustration (Figure 1) is a plan apochromat that enjoys the highest degree of optical correction.
See Table 1 for a complete list of abbreviations often found inscribed on objective barrels.
Specialized Objective Designations
Abbreviation
Achro, Achromat
Fluor, Fl, Fluar, Neofluar,
Fluotar
Apo
Plan, Pl, Achroplan,
Plano
EF, Acroplan
N, NPL
Plan Apo
UPLAN
LU
L, LL, LD, LWD
ELWD
SLWD
ULWD
Corr, W/Corr, CR
I, Iris, W/Iris
Oil, Oel
Water, WI, Wasser
HI
Gly
DIC, NIC
CF, CFI
ICS
RMS
M25, M32
Phase, PHACO, PC
Type
Achromatic aberration correction
Fluorite aberration correction
Apochromatic aberration correction
Flat Field optical correction
Extended Field
(field of view less than Plan)
Normal field of view plan
Apochromatic and Flat Field correction
Olympus Universal Plan (Brightfield, Darkfield, DIC, and
Polarized Light)
Nikon Luminous Universal (Brightfield, Darkfield, DIC, and
Polarized Light)
Long Working Distance
Extra­Long Working Distance
Super­Long Working Distance
Ultra­Long Working Distance
Correction Collar
Adjustable numerical aperture
(with iris diaphragm)
Oil Immersion
Water Immersion
Homogeneous Immersion
Glycerin Immersion
Differential or
Nomarski Interference Contrast
Chrome­Free,
Chrome­Free Infinity­Corrected (Nikon)
Infinity Color­Corrected System (Zeiss)
Royal Microscopical Society
objective thread size
Metric 25­mm objective thread;
Metric 32­mm objective thread
Phase Contrast
Ph 1, 2, 3, etc.
DL, DM
PLL, PL
PM, PH
Phase Condenser Annulus 1, 2, 3, etc.
Phase Contrast: dark low, dark medium
Phase Contrast: positive low low, positive low
Phase Contrast: positive medium, positive high contrast
(regions with higher
refractive index appear darker)
Phase Contrast: negative low, negative medium, negative
high contrast
(regions with higher
refractive index appear lighter)
Strain­Free, Low Birefringence,
for polarized light
UV transmitting
(down to approximately 340 nm)
for UV­excited epifluorescence
Metallographic (no coverslip)
No Coverslip
Oblique or Epi illumination
Transmitted Light
Bright or Dark Field (Hell, Dunkel)
Darkfield
For use with a heating stage
For use with a universal stage
Interferometry, Noncontact,
Multiple Beam (Tolanski)
NL, NM, NH
P, Po, Pol, SF
U, UV, Universal
M
NC, NCG
EPI
TL
BBD, HD, B/D
D
H
U, UT
DI, MI, TI
Table 1
Numerical Aperture ­ This is a critical value that indicates the light acceptance angle, which in
turn determines the light gathering power, the resolving power, and depth of field of the
objective.
Interactive Java Tutorial
Numerical Aperture
Investigate how the size of the light cone entering
the objective front lens changes with the objective
numerical aperture value.
Some objectives specifically designed for transmitted light fluorescence and darkfield imaging
are equipped with an internal iris diaphragm that allows for adjustment of the effective
numerical aperture. Abbreviations inscribed on the barrel for these objectives include I, Iris,
and W/Iris. The 60x apochromat objective illustrated above has a numerical aperture of 1.4,
one of the highest attainable in modern microscopes using immersion oil as an imaging
medium.
Mechanical Tube Length ­ This is the length of the microscope body tube between the
nosepiece opening, where the objective is mounted, and the top edge of the observation
tubes where the oculars (eyepieces) are inserted. Tube length is usually inscribed on the
objective as the size in number of millimeters (160, 170, 210, etc.) for fixed lengths, or the
infinity symbol (�½) for infinity­corrected tube lengths. The objective illustrated in Figure 1 is
corrected for a tube length of infinity, although many older objectives will be corrected for tube
lengths of either 160 (Nikon, Olympus, Zeiss) or 170 (Leica) millimeters.
Cover Glass Thickness ­ Most transmitted light objectives are designed to image specimens
that are covered by a cover glass (or cover slip). The thickness of these small glass plates is
now standardized at 0.17 mm for most applications, although there is often some variation in
thickness within a batch of coverslips. For this reason, some of the more advanced objectives
have acorrection collar adjustment of the internal lens elements to compensate for this
variation. Abbreviations for the correction collar adjustment include Corr, w/Corr, and CR,
although the presence of a movable, knurled collar and graduated scale is also an indicator of
this feature.
Interactive Java Tutorial
Cover Glass Correction
Investigate how internal lens elements in a high
numerical aperture dry objective may be adjusted
to correct for fluctuations in cover glass thickness.
The interactive Java tutorial linked above allows the visitor to adjust the correction collar on a
microscope objective. There are some applications that do not require objectives to be
corrected for cover glass thickness. These include objectives designed for reflected light
metallurgical specimens, tissue culture, integrated circuit inspection, and many other
applications that require observation with no compensation for a cover glass.
Working Distance ­ This is the distance between the objective front lens and the top of the
cover glass when the specimen is in focus. In most instances, the working distance of an
objective decreases as magnification increases. Working distance values are not included on
all objectives and their presence varies depending upon the manufacturer. Common
abbreviations are: L, LL, LD, andLWD (long working distance), ELWD (extra­long working
distance), SLWD(super­long working distance), and ULWD (ultra­long working distance).
Newer objectives often contain the size of working distance (in millimeters) inscribed on the
barrel. The objective illustrated in Figure 1 has a very short working distance of 0.15
millimeters.
Specialized Optical Properties ­ Microscope objectives often have design parameters that
optimize performance under certain conditions. For example, there are special objectives
designed for polarized illumination signified by the abbreviations P, Po, POL, or SF (strain­free
and/or having all barrel engravings painted red), phase contrast (PH, and/or green barrel
engravings), differential interference contrast (DIC), and many other abbreviations for
additional applications. A list of several abbreviations, often manufacturer specific, is
presented in Table 1. The apochromat objective illustrated in Figure 1 is optimized for DIC
photomicrography and this is indicated on the barrel. The capital H beside the DIC marking
indicates that the objective must be used with a specific DIC Wollaston prism optimized for
high­magnification applications.
Objective Numerical Aperture and Working Distance
Optical Correction*
and
Magnification
ACH 10x
ACH 20x
ACH 40x
ACH 60x
ACH 100x (Oil)
PL 4x
PL 10x
PL 20x
PL 40x
PL 100x (Oil)
PL FL 4x
Numerical
Aperture
0.25
0.40
0.65
0.80
1.25
0.10
0.25
0.40
0.65
1.25
0.13
Working Distance
(Millimeters)
7.0
3.9
0.65
0.25
0.23
30.0
10.5
1.20
0.56
0.20
17.2
PL FL 10x
PL FL 20x
PL FL 40x
PL FL 100x (Oil)
PL APO 2x
PL APO 4x
PL APO 10x
PL APO 20x
PL APO 40x
PL APO 60x (Oil)
PL APO 100x (Oil)
*Abbreviations:
ACH, Achromat
PL, Plan Achromat
PL FL, Plan Fluorite
PL APO, Plan Apochromat
0.30
0.50
0.75
1.30
0.10
0.20
0.45
0.75
0.95
1.40
1.40
16.0
2.1
0.72
0.20
8.5
15.7
4.0
1.0
0.12­0.15
0.13
0.13
Table 2
 
Objective Screw Threads ­ The mounting threads on almost all objectives are sized to
standards of the Royal Microscopical Society (RMS) for universal compatibility. The objective
in Figure 1 has mounting threads that are 20.32 mm in diameter with a pitch of 0.706,
conforming to the RMS standard. This standard is currently used in the production of infinity­
corrected objectives by manufacturers Olympus and Zeiss. Nikon and Leica have broken from
the standard with the introduction of new infinity­corrected objectives that have a wider
mounting thread size, making Leica and Nikon objectives usable only on their own
microscopes. Nikon's reasoning is explained in our section describing the Nikon CFI60
200/60/25 Specification for biomedical microscopes. Abbreviations commonly used to denote
thread size are: RMS (Royal Microscopical Society objective thread), M25 (metric 25­
millimeter objective thread), and M32 (metric 32­millimeter objective thread).
Immersion Medium ­ Most objectives are designed to image specimens with air as the
medium between the objective and the cover glass.
Interactive Java Tutorial
Immersion Oil and Refractive Index
Explore how variations in the refractive index of the
imaging medium effect the ability of an objective to
capture light rays emanating from the specimen.
To attain higher working numerical apertures, many objectives are designed to image the
specimen through another medium that reduces refractive index differences between glass
and the imaging medium. High­resolution plan apochromat objectives can achieve numerical
apertures up to 1.40 when the immersion medium is special oil with a refractive index of 1.51.
Other common immersion media are water and glycerin. Objectives designed for special
immersion media usually have a color­coded ring inscribed around the circumference of the
objective barrel as listed in Table 3 and described below. Common abbreviations are: Oil,
Oel (oil immersion), HI (homogeneous immersion), W, Water, Wasser (water immersion),
and Gly (glycerol immersion).
Color Codes ­ Microscope manufacturers label their objectives with color codes to help in
rapid identification of the magnification and any specialized immersion media requirements.
The dark blue color code on the objective illustrated in Figure 1 indicates the linear
magnification is 60x. This is very helpful when you have a nosepiece turret containing 5 or 6
objectives and you must quickly select a specific magnification. Some specialized objectives
have an additional color code that indicates the type of immersion medium necessary to
achieve the optimum numerical aperture. Immersion lenses intended for use with oil have a
Zgłoś jeśli naruszono regulamin