物鏡的分類及作用

　　分類

　　按照用途分類

　　光學顯微鏡的用途大致分為“生物用”和“工業用”兩大類。物鏡也可以按照這兩種用途，劃分為“生物用”物鏡和“工業用”物鏡。在生物用途中，一般是將生物標本放置在載玻片上，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）的光學系統設計。而在工業用途中，一般是在金屬礦物切片、半導體晶圓和電子零部件等標本沒有被遮蓋的狀態下進行觀察的。所以，工業用物鏡采用了物鏡前端和標本之間沒有蓋玻片狀態的最佳光學系統設計。

　　按照觀察方法分類

　　根據光學顯微鏡的用途開發出了各種觀察方法，也開發出了對應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（內部透鏡的周圍有環狀照明光路）”、“微分干涉用物鏡（減少透鏡內部失真，優化了與微分干涉棱鏡的光學特性組合）”、“熒光用物鏡（改善了近紫外線領域的透射率）”、“偏振光用物鏡（極大程度減少了透鏡的內部失真）”和“相位差用物鏡（內置相位板）”等。

　　按照倍率分類

　　光學顯微鏡是在稱為物鏡轉換器的裝置上安裝了多個物鏡。這樣，只要轉動物鏡轉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換器上安裝一組不同倍率的物鏡。為此，物鏡的產品陣容由低倍率（5×、10×）、中倍率（20×、50×）和高倍率（100×）物鏡構成。其中，特別是在高倍率產品中，為了得到高清晰成像，我們推出了在物鏡的前端與標本之間填充合成油、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）、復消色差3個等級。產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：486.1 nm）2種顏色的物鏡稱為消色差透鏡（Achromat）。紅藍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。色差校正范圍達到這個2級光譜的物鏡稱為復消色差透鏡（Apochromat）。也就是說，復消色差透鏡是對3色（C線、F線、g線）進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，復消色差透鏡可以在更廣的波長范圍內校正色差。

　　色差校正的比較（消色差透鏡和復消色差透鏡）

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

　　顯微鏡物鏡的光學系統設計中，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消色差透鏡。新開發出的異常色散性與螢石非常接近的光學玻璃，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，需要將光學系統的匹茲堡（Petzval）曲率設計為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凹下形狀，而后端的鏡片組的構成也為強凹下形狀，這是透鏡類型上的特征。

　　作用

　　物鏡的作用是將標本作第一次放大，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。分辨力的大小是用分辨距離（所能分辨開的兩個物點間的最小距離）的數值來表示的。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，這個0.073mm的數值，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值孔徑和照明光線的波長決定的。

　　當用普通的中央照明法（使光線均勻地透過標本的明視照明法）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 ——物鏡的數值孔徑，例如油浸物鏡的數值孔徑為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。