顯微物鏡

正文

顯微鏡的物鏡

物鏡是顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的主要組成部分，其主要性能參數(shù)是數(shù)值孔徑和倍率坑资。為了分辨物體的細(xì)微結(jié)構(gòu)并確保zui佳成像質(zhì)量耗帕，除一定要在設(shè)計(jì)該物鏡時(shí)所規(guī)定的機(jī)械筒長(zhǎng)下使用外，還應(yīng)有盡可能大的數(shù)值孔徑袱贮，且其放大率須與數(shù)值孔徑相適應(yīng)仿便。但是顯微物鏡在提高其數(shù)值孔徑時(shí)，首先碰到的是校正高ji像差的困難攒巍，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的物鏡無(wú)法解決這一問(wèn)題嗽仪。這就決定了顯微物鏡將有相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)型式。顯微物鏡有折射式柒莉、反射式和折反射式三類(lèi)闻坚，但絕大多數(shù)實(shí)用的物鏡是折射式的。折射式顯微物鏡又可根據(jù)質(zhì)量要求的不同而有不同的類(lèi)型兢孝。

一窿凤、消色差物鏡

這是應(yīng)用zui廣泛的一類(lèi)物鏡，一般只要對(duì)軸上點(diǎn)校正好色差和球差西潘，并使之滿足正弦條件而達(dá)到對(duì)近軸點(diǎn)消彗差即可士修，因此只能用于中低檔的普及型顯微鏡中作一般觀察之用喘垂。下面幾種典型的消色差物鏡买鸽，由于其結(jié)構(gòu)型式有利于帶球差的校正胰耗，仍為人們所廣泛采用侥蒙。

1） 單組雙膠合低倍物鏡 見(jiàn)圖下圖1慌核，這是可能實(shí)現(xiàn)上述像差要求的zui簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)谈跛，能承擔(dān)的zui大相對(duì)孔徑為1:3蜕猫，因此數(shù)值孔徑只能達(dá)0.1~0.15箫措，相應(yīng)的倍率為3~6倍腹备。

圖1

2）里斯特型中倍物鏡 如下圖2所示，由二組雙膠合鏡組組成斤蔓。它能達(dá)到的數(shù)值孔徑為單組的二倍植酥，即0.2~0.3，相應(yīng)的倍率為8~20倍弦牡。它是更復(fù)雜的其他型式物鏡的基礎(chǔ)友驮。

圖2

3）阿米西型高倍物鏡 這種物鏡可看成是在里斯特物鏡之前加一半球形透鏡而成，如下圖3所示驾锰。該半球透鏡稱(chēng)為前片卸留，一般其第1面是平面，第二面是齊明面椭豫。當(dāng)前片的折射率滿足1≥1.5時(shí)耻瑟，阿米西型物鏡能達(dá)到的數(shù)值孔徑0.65旨指，相應(yīng)的倍率為40。

圖3

4）阿貝浸液物鏡 數(shù)值孔徑大于0.90時(shí)喳整，采用干物鏡已不合適谆构，通常都用浸液物鏡。阿貝浸液物鏡的結(jié)構(gòu)如下圖4所示框都，相當(dāng)于在阿米西物鏡的前片與中組之間加一彎月形正透鏡低淡，其數(shù)值孔徑可達(dá)1.25~1.35，用高折射率的浸液時(shí)可達(dá)1.5瞬项，相應(yīng)的倍率為100蔗蹋。浸液物鏡的第1塊透鏡是超半球的，應(yīng)選用折射率與浸液相同或略高的玻璃囱淋。這樣第1面通常是平面猪杭，不產(chǎn)生像差；第二面是齊明面妥衣，也不產(chǎn)生像差皂吮。物鏡的第三面應(yīng)在平面和大的負(fù)球面之間選取，第四面為齊明面税手。

圖4

設(shè)計(jì)阿米西物鏡和阿貝浸液物鏡時(shí)蜂筹，由于數(shù)值孔徑大，一定要把蓋玻片考慮在內(nèi)芦倒。

消色差物鏡存在著二級(jí)光譜艺挪，且由于匹茲凡和不能校正，存在著較大的像面彎曲兵扬，因而這類(lèi)物鏡的視場(chǎng)較小麻裳，不能滿足研究工作和顯微攝影的質(zhì)量要求。

二器钟、復(fù)消色差物鏡

這種物鏡是在消色差物鏡的基礎(chǔ)上，再對(duì)二級(jí)光譜和色球差作嚴(yán)格的校正而成傲霸，因此在小視場(chǎng)范圍內(nèi)有極高的成像質(zhì)量疆瑰。為校正二級(jí)光譜，部分透鏡需要采用特殊色散的光學(xué)材料昙啄，如螢石（CaF2）或特種光學(xué)玻璃穆役。這些材料的折射率均很低，又要校正色球差跟衅，故復(fù)消色差物鏡的結(jié)構(gòu)要較消色差物鏡復(fù)雜得多孵睬。下圖5為一數(shù)值孔徑為1.25 的100倍復(fù)消色差物鏡，其中陰影部分是螢石透鏡伶跷。由于這種物鏡倍率色差較大掰读，需與相應(yīng)的補(bǔ)償目鏡配合使用秘狞。

圖5

三、平場(chǎng)消色差物鏡和平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡

由于復(fù)消色差物鏡仍然具有較大的像面彎曲蹈集，不能在平的接收面上給出整個(gè)視場(chǎng)的清晰像烁试，為作顯微投影或顯微攝影，zui好應(yīng)用平場(chǎng)物鏡拢肆。這種物鏡的主要問(wèn)題是設(shè)法減小或校正匹茲凡和减响，辦法是在系統(tǒng)中加入彎月形厚透鏡或正負(fù)光焦度分離的薄透鏡成分，或二者兼用郭怪，因此必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化支示。下圖6所示為一數(shù)值孔徑為0.85的60倍平場(chǎng)消色差物鏡。

圖6

在消色差物鏡的基礎(chǔ)上鄙才，同時(shí)對(duì)二級(jí)光譜和色球差颂鸿、像散和場(chǎng)曲作嚴(yán)格校正，即得到平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡攒庵。它在較大視場(chǎng)范圍內(nèi)有極高的成像質(zhì)量嘴纺，都配用于大型研究用顯微鏡中。它結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜浓冒，設(shè)計(jì)栽渴、工藝、裝校檢測(cè)上都甚為困難稳懒，因此價(jià)格十分昂貴闲擦。下圖7所示為一數(shù)值孔徑為1.4的100倍平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡的例子，其中陰影部分為螢石透鏡僚祷。

圖7

四佛致、反射式物鏡與折反射式物鏡

折射式物鏡結(jié)構(gòu)已極度復(fù)雜贮缕，而要增大工作距離和擴(kuò)展使用波段就更難以解決了辙谜。但是，反射式物鏡和折反射式物鏡感昼，則可用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)達(dá)到要求装哆。反射式物鏡不產(chǎn)生色差，可使用在很寬的波段內(nèi)定嗓，且有相當(dāng)大的工作距離蜕琴。如下圖8所示的同心雙球面系統(tǒng)，數(shù)值孔徑可做到 0.5宵溅，常用作紫外光顯微物鏡凌简。在反射式系統(tǒng)之前加一半球透鏡，所得到的折反射物鏡將達(dá)到重大的數(shù)值孔徑恃逻。當(dāng)它用于浸液時(shí)雏搂，數(shù)值孔徑可達(dá)1.25藕施。若其中的折射透鏡采用對(duì)紫外光透明的材料，也能用于紫外凸郑。

但是反射式和折反射式物鏡由于中心遮攔的存在裳食，導(dǎo)致衍射圖形的中央亮斑能量下降，像的對(duì)比度降低芙沥，因此只適于對(duì)高對(duì)比物體的成像诲祸。此外，反射面的加工要求高而昨，物鏡裝調(diào)救氯、防止雜光和保持穩(wěn)定性等也較困難，因此這類(lèi)物鏡未能普遍采用歌憨。

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相關(guān)文獻(xiàn)：
《幾何光學(xué) 像差 光學(xué)設(shè)計(jì)》（第三版）——李曉彤 岑兆豐

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