产品企划、开发采访 新一代物镜的研发（创造）

数字技术有力地支持了现代社会的基础。如今，数字成像在生命科学领域不可或缺。新研发的显微镜物镜“CFI Plan Apochromat Lambda D”系列可以理想地满足当前的要求。在这里，该镜头的规划和设计负责人介绍了产品的研发，旨在支持生命科学领域从检查到研究和开发的广大用户。

满足数字成像的新需求

“CFI Plan Apochromat Lambda D”是应生命科学领域的需求而诞生的物镜。对今后的生命科学领域而言，“获取大容量数据”、“数字解析”、“宏观观察”是必不可少的需求。“CFI Plan Apochromat Lambda D”可抑制视野周围虚光获得无变形的大视野，同时实现快速扫描、无缝平铺、宏观样本高效观察。通过大幅改进UV域的色差，最适合用于405nm以上的多色观察。

千叶：当前，用户在使用显微镜观察样本的主流方式是：获取其数字图像，而后基于数据进行各种分析。这自然也要求物镜具备支持数字成像的功能和性能。我们此次新开发的物镜“CFI Plan Apochromat Lambda D”其名称融合了传统物镜系列的“λ”（Lambda）和代表尼康未来数码显微镜解决方案的字母“D”。

医疗保健业务部
市场统括部
市场部　第一产品企划课
（CFI Plan Apochromat Lambda D 产品企划担任者）

千叶幸子

佐藤：支持数字成像的物镜有三个关键的设计部分，分别是：宽视场，可满足大样本成像；出色的色差校正, 可有效抑制由光的波长差异所引起的色差现象；高NA值（数值孔径），可直接影响镜头亮度和增加分辨率。这些都是影响镜头的性能基本元素，但要使物镜足以支持数字成像，对这些元素的规格要求更严格。

光学工程部
第一开发部
第一设计课
（CFI Plan Apochromat Lambda D 产品企划担任者）

佐藤骏


千叶：该产品的目标用户群体是与生命科学相关的广大用户，覆盖从临床和病理、新药研发到尖端研究和开发领域。首先，我们通过整合既有物镜Lambda、Lambda S*1和VC*2的优势，完善了基本性能，并在此基础上努力提高用以支持数字技术的性能。了以实现“大容量数据采集”、“数字分析”和“宏观观察”，这些是今后的生命科学研究所必不可少的成像需求。

佐藤：为支持数字成像，我们需要增加中低倍视场数，以实现更快和更高分辨率的筛选。这是为了在用数码相机拍摄样本时，获得一个边边角角都清晰的图像。在中高倍率镜头方面，我们也是力求通过改善色像差校正，在深度成像（3D）和深度+多色成像（4D）中捕捉更为复杂的生命现象。

※1 Lambda和Lambda S实现从可见光到近红外范围的色差校正

※2 VC实现紫外区色差校正

尼康 生物显微镜物镜

CFI Plan Apochromat Lambda D

更广、更深、更清晰地捕捉生命现象

佐藤：由于必须满足各种要求，Lambda D的光学设计的困难度增加，同时，镜筒的结构设计也必须更加精确。第一步是从根本上重新思考光学玻璃的材质和特性以及凹凸透镜组合的安排。从这个意义上来说，Lambda D是超越传统概念的新一代物镜。

千叶：除了技术上的难关需要克服，我们还有一个目标，就是在确保性能和强度的前提下，尽可能降低成本。这是我们立志要服务于生命科学所有领域的一个重要任务。

佐藤：对于前面提到的作为重要设计目标的宽视野、出色的色差校正和高 NA（数值孔径），下面分别予以说明。通过采用高折射率玻璃材料的镜头实现了 25mm 的“宽视野”。关于“出色的色差校正”，采用异常色散玻璃(加强型低色散玻璃)进行色差校正,极大地补偿了由于不同颜色波长造成聚焦错位而导致色边的现象。对于“高NA”，我们应用了边缘减薄技术，使镜片边缘尽可能薄。这有效地增加了镜头的孔径，从而可以获得更明亮、更高分辨率的显微镜图像。

[尼康在光学技术方面的三大技术创新]

＜高折射率玻璃＞

高折射率玻璃用于物镜前端（左侧）顶透镜（红色），以纠正像面弯曲。

＜异常色散玻璃(加强型低色散玻璃)＞

使用异常色散玻璃（加强型低色散玻璃/红色和蓝色），校正405nm以上的色差。

*2X和40X物镜可从488nm激发光开始提供支持。

＜边缘减薄加工技术＞

将镜片边缘的厚度加工到最薄，以增加有效直径。

千叶：在肉眼观察中，视野中心的分辨率非常重要。这是因为用户通过操纵载物台将样本的所需部分移到视野中心。与此同时，数字成像操作中，用户在取得图像后，为进行详细的观察，有时会放大样本的各个部分（从中心到外围），也会用几十张图像拼成一个大的图像（平铺），对大型样本进行宏观观察、定量或分析。因此，用户需要的是从视野中心到周边始终平坦、高清晰、无色边且高明亮度的图像。Lambda D将以其“宽视场”、“出色的色像差校正”、“高NA”满足这一成像需求。在试制阶段，我们曾经给经验丰富的海外员工看过我们的未完成品，该员工表示：“非常明亮，清晰度高，是一款出色的物镜”，我听到后十分欣慰。

常规物镜

CFI Plan Apochromat Lambda D物镜
(边缘亮度降低的幅度小)

由CFI Plan Apochromat Lambda D 40X采集的图像

由CFI Plan Apochromat Lambda D 40X采集的64张图像平铺，用于宏观观察

佐藤：设计中最困难的部分是改善405纳米的周边性能，同时实现宽视场和高NA。设计师们经过多次讨论，并达成了一个最佳解决方案，以防止出现图像错位的偏心现象。同时，由于尼康在公司内部开展光学玻璃的开发和生产，我们能够从选择玻璃原材料的阶段就考虑并采纳设计师的意见。这是尼康技术的一个重要元素，扩大了设计方案的空间。为实现所需的性能，我们还需要采用难以加工的透镜形状。而我们通过与光学玻璃制造车间紧密合作，得到了最佳形状。在玻璃材料方面，我们能够立即评估材料的可采购性和可加工性，并迅速判断它们是否可用于设计和生产。

服务于广大用户，从初学者到资深用户

千叶：最近，在显示器上检查样本图像变得很普遍，尤其是对于年轻的研究人员。感觉类似于从胶片到数码相机的过渡。通过使用这款物镜进行数字成像，我觉得不仅能让已经习惯使用显微镜的高级用户受益，同时也能为年轻的研究人员和初学者提供更易于获得高清图像的可能性。我们真诚地希望该系列物镜能帮助用户提高工作效率。

佐藤：物镜是显微镜的眼睛。它是一个重要的器件，其光学性能影响着从观察样本到获取图像数据的所有过程。我和相关部门的同事就真正具有魅力的规格展开讨论，并为实现该规格筹备了数年，最终完成了我们理想中的产品。这就是为什么我们希望这个产品能得到更多用户的使用。该设计特别注重用波长较短的 405 nm 激发光进行观察，所以我们希望每个使用它的人都能体验到它的卓越之处。