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高性能光學(xué)成像技術(shù)的里程碑

來源:聯(lián)合光科技(北京)有限公司   2025年03月12日 15:09  

高性能光學(xué)成像技術(shù)的里程碑,前文中提到的現(xiàn)代玻璃材料科學(xué)之父——奧托·肖特在蔡司面前其實(shí)是小輩。1840年代,卡爾·蔡司已經(jīng)成為有名的透鏡制作者,而這一時(shí)期肖特還沒有出生。1851年出生的肖特和蔡司差著一代人的年紀(jì),他們是如何從忘年交一步步發(fā)展成光學(xué)領(lǐng)域商業(yè)伙伴,這得從老大哥卡爾·蔡司說起。

       1816年9月11日,卡爾·蔡司出生于離耶拿不遠(yuǎn)的魏瑪市。1838至1845年間,蔡司輾轉(zhuǎn)于多個(gè)城市,邊打工邊學(xué)習(xí),擴(kuò)充自己在物理、數(shù)學(xué)和機(jī)械方面的知識(shí)。1845年他回到耶拿開辦了一家機(jī)械作坊制作透鏡,此即為今天蔡司公司的前身。
 

       蔡司直到1847年才制造出一種只用單片透鏡的簡易型顯微鏡,但這批顯微鏡賣得不太好,畢竟蔡司先生30多歲了,也要買房買車養(yǎng)家養(yǎng)孩子,所以蔡司開始動(dòng)腦筋研發(fā)新產(chǎn)品。1857年蔡司開發(fā)的新產(chǎn)品——復(fù)合式顯微鏡 Stand I 型上市,并在圖林根工業(yè)展覽會(huì)上獲得金獎(jiǎng),被認(rèn)為是德國的科學(xué)儀器。Stand I 型大賣,蔡司也有了資金積累,這個(gè)時(shí)候蔡司認(rèn)為要想從產(chǎn)品上繼續(xù)突破,就要從顯微成像的基礎(chǔ)科學(xué)研究出發(fā),消除諸如球差、像散和視野彎曲等光學(xué)缺陷。

       早在18世紀(jì),切斯特·穆爾·霍爾(Chester Moor Hall)發(fā)現(xiàn)燧石玻璃的色散明顯大于冕牌玻璃,使用冕牌玻璃做凸透鏡,燧石玻璃做凹透鏡,并將兩塊透鏡拼在一起。冕牌和燧石玻璃對不同波長光的折射率比例是不一樣的(A、B、C分別對應(yīng)于紅、綠、藍(lán))。通過選擇合適的拼接角度,可以將冕牌玻璃紅和藍(lán)兩種邊緣色散光重新會(huì)聚在一起,這種復(fù)合透鏡就能在很大程度上消除色差,這就是早期的消色差透鏡技術(shù)。


 



圖:白光在a燧石玻璃和b冕牌玻璃中的色散情況



圖:早期的消色差復(fù)合透鏡
 

       時(shí)間到了1870年代,恩斯特·阿貝教授已經(jīng)作為合伙人與蔡司一同專注于解決顯微成像系統(tǒng)中消除色差和二級光譜問題(復(fù)消色差)。根據(jù)阿貝博士的理論研究,只有得到兩種玻璃,色散不同但相對色散比例(A:B:C)相符時(shí),才能消除“二級光譜”。這一時(shí)期蔡司公司已經(jīng)能夠制作出當(dāng)時(shí)優(yōu)秀的透鏡系統(tǒng),但是要攻克二級光譜問題(復(fù)消色差)的瓶頸在于沒有相匹配的光學(xué)玻璃材料。
 

       幸運(yùn)的是,阿貝博士認(rèn)識(shí)肖特,對!就是上文中提到的現(xiàn)代玻璃材料科學(xué)之父。肖特的重要突破是發(fā)明了硼硅酸鹽玻璃,發(fā)現(xiàn)燧石玻璃中引入硼酸后,藍(lán)紫區(qū)光譜收縮,使相對色散比例(A:B:C)與冕牌玻璃匹配,這種新型玻璃的出現(xiàn)鋪平了通往高性能顯微鏡的道路。1886年,蔡司發(fā)布了全新的物鏡系列——復(fù)消色差物鏡(apochromatic objective),為現(xiàn)代高性能光學(xué)成像奠定了可靠的基礎(chǔ),具有里程碑的意義。
 


 

圖:蔡司早期LOGO就是一個(gè)消色差復(fù)合透鏡示意圖
 

       這種復(fù)消色差物鏡,在顯微應(yīng)用中有廣闊的使用場景,目前能供應(yīng)高品質(zhì)長工作距離平場復(fù)消色差顯微物鏡(LWD M Plan Apo)的公司主要是Z家,M家和O家德日系光學(xué)企業(yè),但貨期較長。聯(lián)合光科為業(yè)內(nèi)客戶準(zhǔn)備了2X、10X、20X、50X、100X的長工作距離顯微物鏡,這些物鏡被廣泛應(yīng)用到亮場工業(yè)檢測、教育科研等領(lǐng)域,關(guān)鍵的是有現(xiàn)貨!有現(xiàn)貨!有現(xiàn)貨!
 



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