顯微鏡物鏡
顯微鏡物鏡
顯微鏡物鏡

光學(xué)顯微鏡中最重要的組成部分，因為它們是負(fù)責(zé)初級圖像形成和在確定所述顯微鏡能夠產(chǎn)生的圖像的質(zhì)量方面發(fā)揮中心作用。 物鏡也是確定特定樣本的放大倍率和下細(xì)標(biāo)本細(xì)節(jié)可以在顯微鏡觀察分辨率工具。

物鏡是光學(xué)顯微鏡的最困難的組件設(shè)計和組裝，并且是光遇到，因為它從檢體到像平面進(jìn)入的個組件。物鏡從一個事實，即它們獲得他們名，由接近度，被成像最接近分量的對象 （檢體）。

主要的顯微鏡制造商提供范圍廣泛的物鏡設(shè)計，該產(chǎn)品采用的光照條件很寬譜下優(yōu)異的光學(xué)特性和初級光學(xué)像差提供不同程度的修正的。 在圖1所示的物鏡是一個250倍工作距離長復(fù)消色差透鏡，它包含被膠合在一起為三組透鏡雙峰，透鏡三重峰組，和三個獨立的內(nèi)部單元素透鏡14的光學(xué)元件。 物鏡還具有一個半球形前透鏡和彎月第二透鏡，其工作同步，以協(xié)助在高數(shù)值孔徑具有最小球面象差的捕獲光線。 盡管不存在于該物鏡，類似的設(shè)計的許多高倍率物鏡配備有保護從碰撞損壞前透鏡元件和所述檢體的彈簧加載伸縮鼻錐組件。內(nèi)部透鏡元件仔細(xì)取向和致密成由物鏡鏡筒包封的管狀黃銅外殼。 特定物鏡的參數(shù)，如數(shù)值孔徑，倍率，光學(xué)管的長度，像差校正的程度，和其它重要特性印跡或刻在筒的外部部分。 雖然在圖1中功能的物鏡旨在控制利用空氣作為物鏡前透鏡和標(biāo)本之間的成像介質(zhì)，其它的物鏡有前透鏡元件允許它們被浸漬在水，甘油，或一個專門的烴基油。

現(xiàn)代的物鏡，組成了無數(shù)內(nèi)部玻璃鏡片元件，均達(dá)到質(zhì)量和性能的高境界，具有修正為程度像差和場的平整度確定一個物鏡的有用性和成本。 用于制造物鏡建筑技術(shù)和材料在過去的100年中有很大提高。 現(xiàn)在，物鏡是設(shè)計為使用具有高度特異性的折射率均勻成分和質(zhì)量的先進(jìn)的稀土元素的玻璃配方計算機輔助設(shè)計（CAD）系統(tǒng)的協(xié)助。 正在使用這些先進(jìn)的技術(shù)，展示了增強的性能使得制造商能夠生產(chǎn)出在分散很低，校正最常見的光學(xué)工件，例如彗差，像散，幾何失真，場曲，球差和色差的物鏡。 不僅是現(xiàn)在校正像差更在更廣泛的領(lǐng)域顯微鏡物鏡，但是圖像耀斑已經(jīng)與透光大幅增加已大大減少，產(chǎn)生了顯著的是明亮，銳利，清晰的圖像。

物鏡的三個關(guān)鍵設(shè)計特點設(shè)置在顯微鏡的最終分辨率極限。 這些包括用于照亮試樣的光的波長，由物鏡所捕獲的光錐的角孔，并在物鏡的前透鏡和標(biāo)本之間的對象空間的折射率。 為受衍射限制的光學(xué)顯微鏡的分辨率可被描述為兩個緊密間隔開的樣本點之間的最小可檢測的距離：

其中R是間隔距離，λ是照射波長，n是所述成像介質(zhì)的折射率，θ是物鏡的孔徑角的一半。 在檢查方程，很明顯的，分辨率是成正比的照明波長。 人眼響應(yīng)400和700納米之間的波長區(qū)域，其表示被用于大多數(shù)顯微鏡觀察的可見光光譜。 分辨率也取決于成像介質(zhì)和物鏡孔徑角的折射率。 物鏡旨在圖像標(biāo)本或者與空氣或前透鏡和試樣之間更高的折射率的介質(zhì)。 視場往往是相當(dāng)有限的，并且物鏡的前透鏡元件被放置在靠近與它必須位于光學(xué)接觸的樣品。 當(dāng)浸油代替空氣作為成像介質(zhì)獲得由大約1.5倍于分辨率A的增益。

在確定物鏡的分辨率的最后，但也許最重要的是，因素是孔徑角，其具有約72度的實用上限（具有0.95的正弦值）。 當(dāng)與折射率相結(jié)合，該產(chǎn)品：

被稱為數(shù)值孔徑（簡稱NA），并且提供了分辨率為任何特定的物鏡的一個方便的指示器。 數(shù)值孔徑通常是最重要的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（比光學(xué)校正等）選擇一個顯微鏡物鏡時要考慮的。 值的范圍從0.1非常低倍率的物鏡（1倍至4倍），以高達(dá)1.6利用專門的浸泡油高性能的物鏡。 作為數(shù)值孔徑值增加了一系列的相同的放大倍率的物鏡，我們通常觀察更大的聚光能力和分辨率增加。 該顯微鏡應(yīng)慎重選擇物鏡放大倍率，這樣一來，在情況下，這只是解決細(xì)節(jié)應(yīng)充分?jǐn)U大與舒適的觀看，但不能向空的放大倍率妨礙精標(biāo)本細(xì)節(jié)的觀察點。

只是作為照明的在顯微鏡的亮度是由聚光鏡的工作數(shù)值孔徑的平方管轄，由物鏡產(chǎn)生的圖像的亮度是由它的數(shù)值孔徑的平方確定。 此外，物鏡放大倍數(shù)也起著決定圖像的亮度，這是成反比的橫向放大率的平方的作用。 當(dāng)與傳輸照明用的數(shù)值孔徑/放大比的平方表示物鏡的聚光能力。 由于高數(shù)值孔徑的物鏡往往是更好的了像差校正，他們還收集更多的光線，并產(chǎn)生更明亮，更校正的圖像的高度解決。 應(yīng)當(dāng)注意的是，圖像的亮度急劇減小作為放大率增大。 在光平是一個限制因素的情況下，選擇具有數(shù)值孔徑的物鏡，但具有能夠產(chǎn)生足夠的分辨率的倍率。

的（和最常見的）物鏡，在大多數(shù)實驗室顯微鏡的使用，是消色差物鏡。 ，其被帶入一個單一的共同焦點;這些物鏡在兩個波長（約486和656毫微米，分別藍(lán)色和紅色），校正軸向色差。 此外，消色差物鏡是在顏色為綠色球面像差校正（546納米;見表1）。 的消色差物鏡有限的修正可能導(dǎo)致重大的工件時，進(jìn)行檢查，并與色彩顯微鏡和顯微攝影成像標(biāo)本。 如果焦點在光譜的綠色區(qū)域選擇，圖像將具有紅品紅鹵代（通常稱為殘留色 ）。 消色差物鏡產(chǎn)生了的結(jié)果通過一個綠色過濾器光（通常是干擾過濾器 ），并使用時，這些物鏡被用于顯微攝影黑白膠片。 缺乏校正場（或平整的場曲 ），進(jìn)一步阻礙了消色差物鏡。 在過去的幾年中，大多數(shù)廠商已經(jīng)開始提供的消色差物鏡平場改正，并給予這些修正物鏡平場復(fù)消色差的名稱。

校正和成本的下一個更別的物鏡稱為螢石 或半復(fù)消色差（圖2中由中心的物鏡所示），命名為螢石礦產(chǎn)，它最初是在其結(jié)構(gòu)中使用發(fā)現(xiàn)。 圖2描繪的物鏡的三大類：與校正量最少的消色差透鏡，如上所述; 具有附加的球面校正的螢石（或半復(fù)消色差）; 并且，可用的度校正的物鏡的復(fù)消色差。 定位在最左邊的圖2中的物鏡是10倍的消色差，它包含兩個內(nèi)部透鏡雙峰和前透鏡元件。 在圖2中的中央示出為具有幾個透鏡組包括兩個雙峰和三峰，除了半球形前透鏡和次級彎月形透鏡10倍的螢石的物鏡。 在圖2中的右邊是一個10倍的復(fù)消色差透鏡的物鏡還包含多個透鏡組和單元素。 盡管在結(jié)構(gòu)上螢石物鏡相似時，透鏡具有不同的曲率和厚度，以及被安排在一個配置中是的復(fù)消色差透鏡的物鏡。