物鏡知識

物鏡是決定光學(xué)顯微鏡基本性能及功能的*重要的光學(xué)單元。因此，為了滿足各種需求和應(yīng)用，我們研制出了有著zui佳光學(xué)性能和功能（這對光學(xué)顯微鏡而言也是很重要的性能和功能）的物鏡，推出了能滿足不同使用目的多種物鏡產(chǎn)品。

基本上物鏡是按照用途、觀察方法、倍率、性能（像差校正）等進(jìn)行分類。其中，按照像差校正來分類的是顯微鏡物鏡特有的分類方法。

1、按照用途分類

光學(xué)顯微鏡的用途大致分為“生物用”和“工業(yè)用”兩大類。物鏡也可以按照這兩種用途，劃分為“生物用”物鏡和“工業(yè)用”物鏡。在生物用途中，一般是將生物標(biāo)本放置在載玻片上，并從上面用蓋玻片遮蓋固定。由于生物用物鏡需要透過蓋玻片觀察樣本，所以采用了考慮到蓋玻片的厚度（一般為0.17 mm）的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計。而在工業(yè)用途中，一般是在金屬礦物切片、半導(dǎo)體晶圓和電子零部件等標(biāo)本沒有被遮蓋的狀態(tài)下進(jìn)行觀察的。所以，工業(yè)用物鏡采用了物鏡前端和標(biāo)本之間沒有蓋玻片狀態(tài)的zui佳光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計。

2、按照觀察方法分類

根據(jù)光學(xué)顯微鏡的用途開發(fā)出了各種觀察方法，也開發(fā)出了對應(yīng)這些觀察方法的專用物鏡?？梢园凑沼^察方法劃分物鏡。例如，“反射暗視場用物鏡（內(nèi)部透鏡的周圍有環(huán)狀照明光路）”、“微分干涉用物鏡（減少透鏡內(nèi)部失真，優(yōu)化了與微分干涉棱鏡的光學(xué)特性組合）”、“熒光用物鏡（改善了近紫外線領(lǐng)域的透射率）”、“偏振光用物鏡（極大程度減少了透鏡的內(nèi)部失真）”和“相位差用物鏡（內(nèi)置相位板）”等。

3、按照倍率分類

光學(xué)顯微鏡是在稱為物鏡轉(zhuǎn)換器的裝置上安裝了多個物鏡。這樣，只要轉(zhuǎn)動物鏡轉(zhuǎn)換器就可以把低倍率切換到高倍率，輕松完成倍率變換。所以一般是在物鏡轉(zhuǎn)換器上安裝一組不同倍率的物鏡。為此，物鏡的產(chǎn)品陣容由低倍率（5×、10×）、中倍率（20×、50×）和高倍率（100×）物鏡構(gòu)成。其中，特別是在高倍率產(chǎn)品中，為了得到高清晰成像，我們推出了在物鏡的前端與標(biāo)本之間填充合成油、水等折射率高的專用液體的液浸物鏡。另外，還推出了用于特殊用途的超低倍率（1.25×、2.5×）和超高倍率（150×）物鏡等。

4、像差校正和物鏡的分類

A、按照色差校正分類（等級）

根據(jù)軸色差（縱向色差）校正的程度，可以分為消色差、半消色差（Fluorite）、復(fù)消色差3個等級。產(chǎn)品陣容也按照普通級別到高別排序，價格不同。

在軸色差校正中，校正了C線（紅：656.3 nm）和F線（藍(lán)：486.1 nm）2種顏色的物鏡稱為消色差透鏡（Achromat）。紅藍(lán)2色以外的光線（一般以紫色的g線為對象：435.8 nm）在離開焦平面的面上聚焦，這個g線稱為2級光譜。色差校正范圍達(dá)到這個2級光譜的物鏡稱為復(fù)消色差透鏡（Apochromat）。也就是說，復(fù)消色差透鏡是對3色（C線、F線、g線）進(jìn)行軸色差校正的物鏡。下圖以波像差表示了消色差透鏡和復(fù)消色差透鏡在色差校正上的不同。由此圖可以看出，與消色差透鏡相比，復(fù)消色差透鏡可以在更廣的波長范圍內(nèi)校正色差。


色差校正的比較（消色差透鏡和復(fù)消色差透鏡）

另一方面，該2級光譜（g線）的色差校正程度，被設(shè)定在消色差透鏡和復(fù)消色差透鏡的中間的物鏡，稱為半消色差透鏡（或稱Fluorite）。

顯微鏡物鏡的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中，一般來說N.A.越大，或者倍率越大，2級光譜的軸色差校正就越難。不僅如此，由于軸色差以外的各種像差以及正弦條件都必須校正，所以難度更大。為此，越是高倍率的復(fù)消色差物鏡，就需要越多的像差校正透鏡，甚至有使用了超過15枚透鏡的物鏡。為了精 確的校正2級光譜，有效的做法是將2級光譜色散較少的“異常色散玻璃”用于透鏡組中效果較強(qiáng)的凸透鏡。該異常色散玻璃的代表是螢石（CaF2），雖然螢石的加工比較困難，但是長久以來一直被用于復(fù)消色差透鏡。近期開發(fā)出了異常色散性與螢石非常接近的光學(xué)玻璃，加工性也得到了改善，逐漸取代螢石成為主流。

B、按照場曲校正分類

在顯微鏡的使用中，照片拍攝和電視攝像機(jī)的拍攝越來越普通，對鮮明的全視場影像的要求也越來越多。因此，能精 確校正場曲的平面（Plan）物鏡逐漸成為主流。在校正場曲時，需要將光學(xué)系統(tǒng)的匹茲堡（Petzval）曲率設(shè)計為0，而倍率越高的物鏡其校正越難（難以與其他各種像差校正并存）。被校正過的物鏡上，前端的鏡片組為較強(qiáng)凹下形狀，而后端的鏡片組的構(gòu)成也為強(qiáng)凹下形狀，這是透鏡類型上的特征。