尼康顯微鏡的色差

尼康顯微鏡的色差是發生，因為每一個光學玻璃配方的折射率隨波長變化的波長依賴性工件。 當白色光通過一個簡單的或復雜的透鏡系統中，該組件的波長根據其頻率折射。 在大多數的眼鏡，折射率大于較短（藍色）的波長和變化以更快的速度隨著波長減小。

藍色光被折射到最大程度，隨后通過綠色和紅色的光，這種現象通常被稱為分散液。 透鏡的無力帶來所有的顏色成一個共同的焦點的結果在一個稍微不同的圖像尺寸和焦點的每個主要波長組。 這導致了圍繞圖像有色條紋。 當焦點被設置為波長頻帶的中間，所述圖像具有綠色鑄帶紫暈圍繞著它（紅色和藍色的混合物組成）。

教程初始化與檢體（通過顯微鏡觀察）出現在該小程序的左手側的一個窗口的圖像。 下方的圖像窗口是標記的選擇樣本的下拉菜單，其可以被用來選擇一個新的樣品。 圖像位置滑塊用于通過沿圖示為在小程序的右手側的光線跟蹤圖的虛擬透鏡系統的光軸移動焦平面來控制教程。 滑塊的初始位置是在焦距范圍的中心。 當滑塊被移動到左邊，焦平面偏移到更長的（紅色）的波長和顯微鏡圖像和點擴散函數同時改變來說明色差的效果。 移動滑塊向右移動焦平面較短（藍色）的波長，產生的顯微圖像和點擴展功能的相應變化。 一組定位在所述射線追蹤模式下的單選按鈕允許訪問者未校正虛擬光路和一個已被校正，以模擬消色差，螢石，或復消色差光學元件之間切換。 需要注意的是點擊和激活比一個標記為未改正的將停用圖像位置滑塊等一個單選按鈕。

尼康顯微鏡的色差是單一的超薄鏡片使用涉及的樣品和圖像距離近軸光線經典的鏡頭制造商的生產配方十分常見。 對于一個單一的薄透鏡制造為具有曲率半徑r（1）和R（2）的折射率n和半徑的材料時，我們可以寫出以下等式：

1/s + 1/s' = (n-1)(1/r(1)-1/r(2))

其中，s和s'被定義為對象和圖像的距離，分別。 在球面透鏡的情況下，焦距（f）被定義為所述圖像的距離為平行傳入光線：

1/f = 1/s + 1/s'

焦距 f與光的波長而變化，如圖教程窗口和圖1（a），這表明色差對白色光通過一個簡單的透鏡的光束的影響。 成分的色彩（波長）被聚焦在不同的距離從透鏡（圖2），以產生具有任意模糊半徑，直徑約為0.3毫米的圖像。 它是比較簡單的使用一個厚的，簡單會聚（雙凸，正彎月形，或平凸透鏡）透鏡照射的多色點光源，如手電筒或蠟燭來演示色差。 當觀察由簡單透鏡產生的圖像時，圖像的周邊將出現模糊和有色與橙紅色鹵代當透鏡靠近眼睛。 在更遠的距離，光環將變成藍紫色。

鏡頭校正最初是在18世紀后期試圖John Dollond，約瑟夫·利斯特和喬瓦尼·阿米奇設計方法，以減少縱向色差。 這些先驅引入消色差透鏡，以顯微鏡，極大地降低了的軸向（縱向）的色差，并首次在光學顯微鏡下可見的細菌制成。 通過組合冕玻璃和火石玻璃（每種類型都有折射率不同的分散體），它們成功地使藍色光線，紅色光線到一個共同的焦點，鄰近但不相同的綠色光線。 燧石玻璃的色散大約為冠的兩倍，所以由配對具有負火石元件的正冠元件，將合并的分散體將是大約相等，方向相反，從而消除軸向色擴散（圖2）。 需要注意的是冠玻璃的放大率兩倍火石的此組合，產生約一半，僅冠元件的凈功率。 另一個優點：這個鏡頭是校正球面像差中，當正極和負極元件一起使用的透鏡組經常發生。

冠/火石組合被稱為一個透鏡雙峰，其中每個透鏡具有不同的折射率和色散特性。 透鏡雙峰也稱為消色差透鏡或消色差透鏡的簡稱，來源于希臘詞一個意思，而不和色度意顏色。 這個簡單的修正的形式允許在486納米的藍色區域與656納米的紅色區域中的圖像點，現在重合（圖1（b））。 中心波長（550納米）和公共焦點（藍色和紅色）之間的散焦是被稱為次要軸向色像差的殘留。 即使模糊是通過30倍使用火石和冠眼鏡（圖1（b）），像差不能完全與普通玻璃的配方消除，這限制了消色差物鏡的圖像質量降低與雙色校正。 消色差透鏡是最廣泛使用的物鏡，并且通常在兩個教學和研究級實驗室顯微鏡發現。 物鏡不攜帶特殊的題字說明，否則很可能是消色差透鏡。 消色差透鏡是用于常規實驗室用令人滿意的物鏡，但由于它們對所有的顏色不糾正，為無色標本細節是可能顯示，在白色光，為淺綠色的顏色在最佳聚焦（二次軸向顏色）。

透鏡厚度，曲率，折射率，以及分散體的適當組合允許雙峰通過使兩個波長組成一個共同的焦平面（圖2），以減少色差。 如果螢石被引入用于制造透鏡的玻璃配方，則三種顏色紅，綠和藍，可以帶進單個焦點導致色差的可忽略的量。 這樣的透鏡元件被稱為復消色差透鏡和它們用于構建非常高品質的色差矯正顯微鏡物鏡。

現代顯微鏡使用這個概念，今天是很常見的找到三個透鏡元件制成的光學鏡頭三胞胎粘合在一起，尤其是在更高的質量物鏡。 為色像差校正，一個典型的10×消色差透鏡顯微鏡物鏡是建立與兩個透鏡雙峰。 許多螢石的物鏡，這是在消色差透鏡和復消色差之間校正中間，使用的是螢石（或類似的制劑）結合適當的玻璃元件內置于形成被消色差在三個波長一雙峰。 復消色差透鏡的物鏡通常包含兩個透鏡雙峰和透鏡三重兩個色度（最多四個波長）的先進校正和球面像差。

與一個復消色差透鏡物鏡的消色差的縱向色差校正的比較示于圖3眼鏡正常色散的，其具有在隨波長的折射率幾乎線性下降，被用于生產消色差透鏡的物鏡。 只有兩個波長可以有相同的焦點（見圖3），并且剩余的二次頻譜產生淺綠色或紫色條紋上的銳利邊緣的圖像。 更高質量的復消色差透鏡的物鏡使用具有部分色散隨波長更迅速地在任一藍色或紅色區域中的折射率的變化的眼鏡。 其結果是，復消色差具有高度色差校正，其中多達四個波長可以有相同的圖像位置。

與復消色差透鏡和螢石物鏡，衍射引起的強度分布的擴散，也可幾乎完全消除，如示于圖4，一種消色差仍具有在第一邊緣實質性強度，同時復消色差透鏡接近理論分辨率極限，其中軸上色像差大于場的波光學厚度。（奧林巴斯顯微鏡）

因為復消色差物鏡需要異常色散的元素，它們的特征可能不是理想的某些特定的應用，如熒光激發在近紫外線，微分干涉對比，并利用偏振光其他形式的顯微鏡。 出于這個原因，一個螢石物鏡往往更適宜，而圖4示出了這些物鏡的接近程度復消色差的性能。

尼康顯微鏡的色差除了縱向（或軸向）色差校正，顯微鏡物鏡還顯示出另一個色差缺陷。 即使當所有的三個主要顏色被帶到相同焦平面軸向（如在螢石和復消色差透鏡的物鏡），近視場的周邊細節點圖像是不相同的尺寸。 這是因為偏軸射線通量被分散，從而導致該組件的波長，以形成在像平面上的不同高度的圖像。 例如，一個細節的藍色圖像比綠色圖像或紅色圖像中的白色的光，從而導致在視場的外區域試樣細節顏色振鈴稍大。 因此，軸向焦距對波長的依賴性產生的波長的橫向倍率的依賴性以及。 這個缺陷被稱為橫向色差或倍率色差 。 當白光照射，與橫向色差的鏡頭會產生一系列的大小和顏色不同的重疊圖像。 在非校正系統中，在436納米的藍色成分可以被成像比在630納米的紅色成分的1.4％左右。 橫向色差大于用于短焦距的物鏡和范圍可以從1.1到距光軸的徑向距離的1.9％。

尼康顯微鏡的色差在具有有限管長度顯微鏡，它是補償目鏡，具有倍率色差的物鏡，這是用于校正橫向色差的正好相反。 因為這個缺陷，同樣出現在更高的放大倍率消色差透鏡，補償目鏡經常用于這樣的物鏡，也。 事實上，很多廠家設計他們的消色差透鏡與標準的橫向色差錯誤，并使用補償目鏡他們所有的物鏡。 這樣的目鏡經常攜帶的題詞K或C或Compens。 其結果是，補償目鏡具有積聚在橫向色偏差和都沒有，在他們自己的，完全糾正。 1976年，尼康推出CF光學，橫向色差修正其不從目鏡援助。 新的無限遠校正顯微鏡要么校正色差完全物鏡或利用該系統的物鏡加上管鏡頭來呈現一個完全糾正中間圖像。

尼康顯微鏡的色差最后，這是有趣的是，人眼具有色差的一個顯著量。 幸運的是，我們能夠補償這種工件時大腦處理的圖像，但也可以說明使用在一張紙上的小紫點像差。 當舉行靠近眼睛，紫色的圓點將在該中心由一個紅色的光環包圍呈現藍色。 由于紙張越走越遠，點會出現紅色由藍色光暈所包圍。