無限遠光學系統
“無限遠光學”這***概念是指在顯微鏡的物鏡和鏡筒透鏡之間具有平行光線的光束路徑。平面光學元件可以進入到這個“無限遠空間”中，而不影響成像，這對于利用DIC或熒光等對比度方法至關重要。 現代顯微技術需要在無限遠光路中添加多種光學儀器，如光源或激光裝置。滿足這***需求的不同方法已經出現，本文對其進行了描述。
從安東·范·列文虎克到復式顯微鏡 自公元***世紀羅馬人發明玻璃以來，人們就發現圓形的玻璃珠可以產生放大效果。后來，人們對這種效果進行了科學研究和進***步開發，從而產生了16和17世紀的簡單放大鏡，如漢斯和查卡里亞斯·簡森或安東·范·列文虎克發明的簡單放大鏡。從歷史上看，這是顯微鏡誕生的時刻。 根據定義，“顯微鏡”是***種可以放大人眼通常無法分辨的物體的儀器，因此這些單透鏡工具已經是顯微鏡了（見圖1上）。如今，當我們談論顯微鏡時，我們想到的是不同的東西。這是因為人們很快就意識到，將兩個單獨的透鏡（或透鏡系統）組合成***排是比單透鏡更有效的視覺工具。 為了描述這種裝置，創造了“復式顯微鏡”這***術語。復式顯微鏡由***個可以放大標本的物鏡和***個可以放大物鏡產生的圖像的目鏡（分別有兩個）組成。
無限遠光學簡介 物鏡安裝定位面與目鏡安裝定位面之間的距離稱為機械筒長（見圖1中）。為了標準化，19世紀時，英***皇***顯微鏡學會將這***數值設定為160毫米。多年來，這***設計被證實存在***些缺陷。在光路中添加額外的光學元件，例如用于微分干涉成像（DIC）的棱鏡、偏振器等，會改變有效筒長并引入像差，這些必須通過添加其他硬件組件進行校正。 由于這個原因，20世紀30年代時，顯微鏡制造商徠卡開始用無限遠光學進行實驗，這項技術后來被所有其他顯微鏡公司采用。這些無限遠光學系統的物鏡將標本圖像投射到無限遠處，這意味著來自標本***個單點的所有光線都以平行的方式從物鏡中發射出來。在標本（和物鏡）中心的光線與光軸平行。在標本中心以外的光線相互平行，但不與光軸平行。 由無限遠校正的物鏡產生的虛像必須由***個附加透鏡（鏡筒透鏡）捕捉，并進入到目鏡透鏡的前聚焦點（見圖1下）。這種方法使DIC棱鏡等光學儀器可以添加到物鏡和鏡筒透鏡之間的“無限遠空間”中，而不影響成像質量。圖像的位置和聚焦點都沒有改變。
無限遠光學的優點 幾種光學對比法需要在顯微鏡的光路中引入特殊的光學元件。例如，用于DIC的棱鏡和偏振器，或用于熒光顯微鏡的二向色鏡和濾光片，對于相關技術而言都是必不可少的。在有限遠光學顯微鏡的物鏡和目鏡之間引入這樣的光學元件，改變了有效筒長，并引入了球面像差。這些可以通過引入額外的光學元件來校正，但代價是光強度較弱或放大倍數增加。 相比之下，無限遠校正光學顯微鏡可以容納用于光學對比法的額外設備，不會因將其引入到無限遠空間中而造成光學損傷。安裝在無限遠光路中的裝置既不會改變成像比例，也不會改變中間圖像的位置。這是由于從標本的***個點射出的所有光線會平行穿過物鏡。 從無限遠光學中受益的不僅僅是整體圖像質量。由于將不同的光學裝置移動到無限遠光路時，放大倍數不會發生變化，因此可以很容易地使用不同的光學對比法來比較完全相同的樣品。例如，標本可以同時在DIC和熒光中成像。
除了少數例外，大多數顯微鏡都有***個物鏡轉盤，在轉盤中，可以根據所需的放大倍數安裝并更換不同的物鏡。齊焦性允許用戶在不同的物鏡之間切換，而不需要重新聚焦標本。即使在無限空間中添加額外的光學儀器，也可以保持無限遠光學的齊焦性。
如何讓更多的裝置進入無限遠光路中
光學顯微鏡仍然是***個不斷發展的領域。新技術的開發需要使用顯微鏡的光路，例如包括額外光源或激光裝置。其中，熒光漂白后恢復技術（FRAP）需要激光對熒光基團進行漂白（見圖4）。另***個例子是數字鏡像器件，用于光遺傳技術、光解籠鎖和光漂白/激活。
無限遠光學的引入為這些方法奠定了基礎，因為其簡化了必要組件通過無限遠空間耦合到顯微鏡光路的過程。
到目前為止，人們已經發明了新的方法，可以使額外的裝置進入到無限遠光路中。從技術上看，有兩種方式可以進入無限遠空間：在物鏡和鏡筒透鏡之間的成像路徑，或在物鏡和光源之間的照明路徑（見圖5）。通過成像路徑進入的優點是，電動快速濾光片輪和快門等專用模塊，可以非常容易地引入到顯微鏡中。
然而，應謹記，無限遠空間（盡管其名字與其含義相反）不能通過將模塊堆疊到顯微鏡中而無限延伸。原因是只有從標本中心射出的光線平行于光軸。 從標本***個點射出的偏離中心的光線彼此平行，但會以***定的角度照射到鏡筒透鏡上。從邏輯上講，擴大物鏡和鏡筒透鏡之間的成像路徑會導致光損失。更準確地說，這會引起漸暈，并縮小視野。 通過顯微鏡的照明路徑，例如通過徠卡無限端口，進入無限遠空間，可以避免延長成像光路的問題（見圖6）。除了保持圖像質量外，該特性還具有通用性強的優點。只要有正確的適配器，任何裝置都可以連接到顯微鏡上。特別是自定義產商，他們可以制造自己的裝置，并將自己的裝置與第三方和徠卡儀器連接，創建定制的成像解決方案。
