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顯微鏡物鏡選購
發(fā)表時間：2020-07-15
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物鏡是顯微鏡最重要的光學(xué)部件，利用光線使被檢物體第一次成象，因而直接關(guān)系和影響成象的質(zhì)量和各項(xiàng)光學(xué)技術(shù)參數(shù)，是衡量一臺顯微鏡質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)。 [
物鏡的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作精密，通常都由透鏡組組合而成，各鏡片間彼此相隔一定的距離，以減少相差。每組透鏡都由不同材料、不同參數(shù)的一或數(shù)塊透鏡膠合而成。物鏡有許多具體的要求，如合軸，齊焦。
現(xiàn)代顯微物鏡已達(dá)到高度完善，其數(shù)值孔徑已接近極限，視場中心的分辨率與理論值之區(qū)別已微乎其微。但繼續(xù)增大顯微物鏡視場與提高視場邊緣成象質(zhì)量的可能性仍然存在，這種研究工作，至今仍在進(jìn)行。
齊焦即是在鏡檢時，當(dāng)用某一倍率的物鏡觀察圖象清晰后，在轉(zhuǎn)換另一倍率的物鏡時，其成象亦應(yīng)基本清晰，而且象的中心偏離也應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)，也就是合軸程度。齊焦性能的優(yōu)劣和合軸程度的高低是顯微鏡質(zhì)量的一個重要標(biāo)志，它是與物鏡的本身質(zhì)量和物鏡轉(zhuǎn)換器的精度有關(guān)。
顯微物鏡與目鏡在參與成象這點(diǎn)上是有區(qū)別的.物鏡是顯微鏡最復(fù)雜和最重要的部分，在寬光束中工作（孔徑大），但這些光束與光軸的傾角較?。ㄒ晥鲂。?；目鏡在窄光束中工作，但其傾角大（視場大）.當(dāng)計算物鏡與目鏡，在消除象差上有很大差別。
顯微鏡物鏡
顯微物鏡是一消球差系統(tǒng)，這意味著：就軸上的一對共軛點(diǎn)而言，消除了球差并且實(shí)現(xiàn)了正弦條件時，每一物鏡僅有兩個這種消球差點(diǎn).因此，物體與象的計算位置的任何改變均導(dǎo)致象差變大。裝在鏡筒下端的旋轉(zhuǎn)器上，一般有3－4個物鏡，其中最短的刻有“10×”符號的為低倍鏡，較長的刻有“40×”符號的為高倍鏡，最長的刻有“100×”符號的為油鏡，此外，在高倍鏡和油鏡上還常加有一圈不同顏色的線，以示區(qū)別。
物鏡類型
⑵按浸法特征：非浸式（干式）、浸式（油浸、水浸、甘油浸及其它浸法）。
⑶按光學(xué)裝置：透射式、反射式以及折反射式。
⑷按數(shù)值孔徑和放大倍數(shù)：低倍（NA≤0.2與β≤10X），中倍（NA≤0.65與β≤40X），高倍（NA>0.65與β>40X）。
⒈消色差物鏡 (Achromatic) 是較常見的一種物鏡（表1-1），由若干組曲面半徑不同的一正一負(fù)膠合透鏡組成，只能矯正光譜線中紅光和藍(lán)光的軸向色差。同時校正了軸上點(diǎn)球差和近軸點(diǎn)慧差，這種物鏡不能消除二級光譜，只校正黃、綠波區(qū)的球差、色差，未消除剩余色差和其他波區(qū)的球差、色差，并且像場彎曲仍很大，也就是說，只能得到視場中間范圍清晰的像。使用時宜以黃綠光作照明光源，或在光程中插入黃綠色濾光片。此類物鏡結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，常和福根目鏡、校正目鏡配合使用，被廣泛地應(yīng)用在中、低倍顯微鏡上。在黑白照相時，可采用綠色濾色片減少殘余的軸向色差，獲得對比度好的相片。
⒉復(fù)消色差物鏡（Apochromatic） 由多組特殊光學(xué)玻璃和熒石制成的高級透鏡組組合而成。將紅、藍(lán)、黃光校正了軸向色差，消除了二級光譜，因此像質(zhì)很好，但鏡片多、加工和裝校都較困難。色差的校正在可見光的全部波區(qū)。若加入藍(lán)色或黃色濾光片效果更佳。它是顯微鏡中最優(yōu)良的物鏡，對球面差、色差都有較好的校正，適用于高倍放大。但仍需與補(bǔ)償目鏡配合使用，以消除殘余色差。
⒊平面消色差物鏡（Plana chromatic) 采用多鏡片組合的復(fù)雜光學(xué)結(jié)構(gòu)，較好地校正像散和像場彎曲，使整個視場都能顯示清晰，適用于顯微攝影。該物鏡對球差和色差的校正仍限于黃綠波區(qū)，且還存在剩余色差。
⒋平面復(fù)消色差物鏡（PF,Planapochromat) 除進(jìn)一步作像場彎曲校正外，其它像差校正程度均與復(fù)消色差物鏡相同，使映像清晰、平坦；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。
⒌半復(fù)消色差物鏡（Halfapochromatic) 部分鏡片用熒石制成，故又稱熒石物鏡，性能比消色差物鏡好，價格比復(fù)消色差物鏡便宜。校正像差程度介于消色差與復(fù)消色差兩種物鏡之間，但其它光學(xué)性質(zhì)都與后者相近；價格低廉，最好與補(bǔ)償目鏡配合使用。
6.特種物鏡 所謂特種物鏡就是在上述物鏡的基礎(chǔ)上，專門為達(dá)到某些效果而設(shè)計。根據(jù)用途主要有以下幾種：
1）相差物鏡（phase contrast objective）這種物鏡是相差顯微鏡的專用鏡頭（當(dāng)然也可常規(guī)使用）。特點(diǎn)是在物鏡的后焦點(diǎn)平面處裝有一塊相板，已達(dá)到推遲光波的目的。
2）帶校正環(huán)物鏡（correction collar objective）在物鏡中裝有環(huán)狀的調(diào)節(jié)環(huán)。當(dāng)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)環(huán)時，可調(diào)節(jié)物鏡內(nèi)的透鏡組（一般為第二和第三組透鏡）之間的距離，從而校正由蓋玻片厚度不標(biāo)準(zhǔn)所引起的覆蓋差。
3）帶虹彩光闌物鏡（iris diaphragm objective）在物鏡鏡筒內(nèi)的上部裝有虹彩光闌，外方也有可旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)環(huán)，轉(zhuǎn)動時可調(diào)節(jié)光闌孔徑的大小。這種結(jié)構(gòu)是最高級的油浸物鏡。
4）無應(yīng)變物鏡（strain-free objective）這種物鏡在透鏡組的裝配中克服了應(yīng)力的存在，是專作透射式偏光鏡檢用的物鏡，能達(dá)到更佳的偏光鏡檢效果。
5）無熒光物鏡（non-fluorescing objective）是專用于落射式熒光顯微鏡上的物鏡。這種物鏡即使受到很強(qiáng)的激勵光源時也不發(fā)出熒光。
6）無蓋片物鏡（no cover objective） 有些被檢物體，尤其是涂抹制片等，上面不能加用蓋玻片，這樣鏡檢時應(yīng)使用無蓋片物鏡，否則圖像質(zhì)量將明顯下降，在高倍鏡檢時更為顯著。
物鏡參數(shù)
①、放大倍數(shù)是指眼睛看到像的大小與對應(yīng)標(biāo)本大小的比值。它指的是長度的比值而不是面積的比值。
例：放大倍數(shù)為100×，指的是長度是1μm的標(biāo)本，放大后像的長度是100μm，要是以面積計算，則放大了10,000倍。顯微鏡的總放大倍數(shù)等于物鏡和目鏡放大倍數(shù)的乘積。
②、數(shù)值孔徑也叫鏡口率，簡寫NA 或A，是物鏡和聚光器的主要參數(shù)，與顯微鏡的分辨力成正比。干燥物鏡的數(shù)值孔徑為0.05-0.95，油浸物鏡（香柏油）的數(shù)值孔徑為1.25。
③、工作距離是指當(dāng)所觀察的標(biāo)本最清楚時物鏡的前端透鏡下面到標(biāo)本的蓋玻片上面的距離。物鏡的工作距離與物鏡的焦距有關(guān)，物鏡的焦距越長，放大倍數(shù)越低，其工作距離越長。例：10倍物鏡上標(biāo)有10/0.25和160/0.17，其中10為物鏡的放大倍數(shù)；0.25為數(shù)值孔徑；160為鏡筒長度（單位mm）；0.17為蓋玻片的標(biāo)準(zhǔn)厚度（單位 mm）。10倍物鏡有效工作距離為6.5mm，40倍物鏡有效工作距離為0.48mm。
物鏡性質(zhì)
物鏡放大倍數(shù)
物鏡的放大倍數(shù)，是指物鏡在線長度上放大實(shí)物倍數(shù)的能力指標(biāo)。有兩種表示方法，一種是直接在物鏡上刻度出如8×、10×、45×等；另一種則是在物鏡上刻度出該物鏡的焦距f，焦距越短，放大倍數(shù)越高。前一種物鏡放大倍數(shù)公式為M物=L/f物，L是光學(xué)鏡筒長度，L值在設(shè)計時是很準(zhǔn)確的，但實(shí)際應(yīng)用時，因不好量度，常用機(jī)械鏡筒長度。機(jī)械鏡筒長度是指從顯微鏡目鏡接口處之直線距離。每一物鏡上都用數(shù)字標(biāo)明了機(jī)械鏡筒長度。
物鏡鏡筒長度
鏡筒長度是指物鏡底面到目鏡頂面的距離。由于物鏡的像差是依據(jù)一定位置的映像來校正的，因此物鏡一定要在規(guī)定的機(jī)械鏡筒長度上使用，一般顯微鏡的機(jī)械鏡筒長度多為160mm、170mm、 [2] 190mm。金相顯微鏡在攝影時，由于放大倍數(shù)不同，映像投射距離變化很大，因此，優(yōu)良的物鏡的像差是按任意鏡筒長度校正的，即在無限長范圍內(nèi)，物鏡像差均已校正。
物鏡數(shù)值孔徑
數(shù)值孔徑表征物鏡的聚光能力，是物鏡的重要性質(zhì)之一，通常以“NA”表示。物鏡的數(shù)值孔徑大小決定了物鏡的分辨能力（鑒別）及有效放大倍數(shù)。根據(jù)理論推導(dǎo)得出：NA=nsinθ增大物鏡的數(shù)值孔徑有兩個途徑：
⑵ 增大物鏡與觀察物之間的折射率n。干系物鏡是以空氣為介質(zhì)的，折射率n=1，一般用于低倍物鏡。油系物鏡常以松柏油（n=1.515，NA=1.4）、α-壹代溴萘（n=1.658，NA=1.60）為介質(zhì)，用于高倍物鏡。油物鏡的數(shù)值孔徑此時可達(dá)1.30~1.40，其放大倍數(shù)可達(dá)100~140倍。但干系物鏡不能隨便用油作為介質(zhì)。
物鏡的最小數(shù)值孔徑系列、參數(shù)、色圈及標(biāo)志
物鏡標(biāo)記
編輯
在物鏡外殼上刻有不同的標(biāo)記浸液記號、物鏡類別、放大率、數(shù)值孔徑、機(jī)械筒長度、蓋玻片厚度。油：表示浸液為松柏油；100×/1.25：表示物鏡放大率為100倍，數(shù)值孔徑1.25；160/0：表示機(jī)械鏡筒長度為160mm；“0”表示無蓋玻片。有些物鏡刻有160/-：表示機(jī)械鏡筒長度為160mm?！?”表示可有可無蓋玻片。在物鏡上刻有色圈表示物鏡的放大率。高倍物鏡通常都為油浸系，油鏡頭用“油”（或OiI，?L，HL）或外殼涂一黑圈來表示。
物鏡鑒別能力
編輯
顯微鏡的鑒別能力主要決定于物鏡。物鏡的鑒別能力可分為平面和垂直鑒別能力。物鏡（objective lens） 物鏡是決定光學(xué)顯微鏡基本性能及功能的最重要的光學(xué)單元。因此，為了滿足各種需求和應(yīng)用，我們研制出了有著最佳光學(xué)性能和功能（這對光學(xué)顯微鏡而言也是最重要的性能和功能）的物鏡，推出了能滿足不同使用目的多種物鏡產(chǎn)品?；旧衔镧R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。
物鏡分類
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)的最佳光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計。
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。可以按照觀察方法劃分物鏡。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。
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。
像差校正和物鏡的分類
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級別排序，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。新開發(fā)出的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。
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。
物鏡作用
物鏡的作用是將標(biāo)本作第一次放大，它是決定顯微鏡性能的最重要的部件——分辨力的高低。
分辨力也叫分辨率或分辨本領(lǐng)。分辨力的大小是用分辨距離（所能分辨開的兩個物點(diǎn)間的最小距離）的數(shù)值來表示的。在明視距離（25cm）之處，正常人眼所能看清相距0.073mm的兩個物點(diǎn)，這個0.073mm的數(shù)值，即為正常人眼的分辨距離。顯微鏡的分辨距離越小，即表示它的分辨力越高，也就是表示它的性能越好。
顯微鏡的分辨力的大小由物鏡的分辨力來決定的，而物鏡的分辨力又是由它的數(shù)值孔徑和照明光線的波長決定的。
當(dāng)用普通的中央照明法（使光線均勻地透過標(biāo)本的明視照明法）時，顯微鏡的分辨距離為d=0.61λ/NA式中d——物鏡的分辨距離，單位 nm。λ——照明光線波長，單位 nm。NA ——物鏡的數(shù)值孔徑，例如油浸物鏡的數(shù)值孔徑為1.25，可見光波長范圍為400—700nm ，取其平均波長550 nm，則d=270 nm，約等于照明光線波長一半。一般地，用可見光照明的顯微鏡分辨力的極限是0.2μm。