顯微鏡物鏡介紹

    物鏡是顯微鏡較重要的光學部件,利用光線使被檢物體第一次成象,因而直接關系和影響成象的質量和各項光學技術參數,是衡量一臺顯微鏡質量的首要標準.

    物鏡的結構復雜,制作精密,由于對象差的校正,金屬的物鏡筒內由相隔一定距離并被固定的透鏡組組合而成.物鏡有許多具體的要求,如合軸,齊焦.

    現代顯微物鏡已達到高度完善,其數值孔徑已接近極限,視場中心的分辨率與理論值之區別已微乎其微.但繼續增大顯微物鏡視場與提高視場邊緣成象質量的可能性仍然存在,這種研究工作,至今仍在進行. 

    齊焦既是在鏡檢時,當用某一倍率的物鏡觀察圖象清晰后,在轉換另一倍率的物鏡時,其成象亦應基本清晰,而且象的中心偏離也應該在一定的范圍內,也就是合軸程度.齊焦性能的優劣和合軸程度的高低是顯微鏡質量的一個重要標志,它是與物鏡的本身質量和物鏡轉換器的精度有關.

    與寬光束有關的象差是球差、慧差以及位置色差;與視場有關的象差是象散、場曲、畸變以及倍率包差.

    顯微物鏡與目鏡在參于成象這點上是有區別的.物鏡是顯微鏡較復雜和較重要的部分,在寬光束中工作(孔徑大),但這些光束與光軸的傾角較小(視場小);目鏡在窄光束中工作,但其傾角大(視場大).當計算物鏡與目鏡,在消除象差上有很大差別.

    顯微物鏡是一消球差系統.這意味著:就軸上的一對共軛點而言,消除了球差并且實現了正弦條件時,每一物鏡僅有兩個這種消球差點.因此,物體與象的計算位置的任何改變均導致象差變大.

    1．物鏡的基本類型

    (1)按顯微鏡鏡筒長度(以mm計):透射光用160鏡筒,帶0.17mm厚或更厚的蓋玻片;反射光用190鏡筒,不帶蓋玻片;透射光與反射光用鏡筒,筒長無限大.

    (2)按浸法特征:非浸式(干式)、浸式(油浸、水浸、甘油浸及其它浸法).

    (3)按光學裝置:透射式、反射式以及折反射式.

    (4)按數值孔徑和放大倍數:低倍(NA≤0.2與β≤10X),中倍(NA≤0.65與β≤40X),高倍(NA＞0.65與β＞40X).

    (5)按校正象差的情況不同,通常分為消色差物鏡,半復消色差物鏡,復消色差物鏡,平視場消色差物鏡,平視場復消色差物鏡和單色物鏡.

    a.復消色差物鏡(Apochromaticobjective)

    這類物鏡的結構復雜,透鏡采用了特種玻璃或螢石等材料制作而成,物鏡的外殼上標有"Apo"字樣.它對兩個色光實現了正弦條件,要求嚴格地校正軸上點的位置色差(紅,藍二色)、球差(紅,藍二色)和正弦差,同時要求校正二級光譜(再校正綠光的位置色差).其倍率色差并不能完全校正,一般須用目鏡補償.

    由于對各種象差的校正極為完善,比響應倍率的消色差物鏡有更大的數值孔徑,這樣不僅分辨率高,象質量優而且也有更高的有效放大率.因此,復消色差物鏡的性能很高,適用于高級研究鏡檢和顯微照相.

    b.消色差物鏡(Achromaticobjective)

    這是應用較廣泛的一類顯微物鏡,外殼上常有"Ach"字樣.它校正了軸上點的位置色差(紅,藍二色)、球差(黃綠光)和正弦差,保持了齊明條件.軸外點的象散不超過允許值(－4屬光度),二級光譜未校正.

    數值孔徑為0.1~0.15的低倍消色差物鏡一般由兩片透鏡膠合在一起的雙膠物鏡構成.數值孔徑至0.2的消色差物鏡由兩組雙膠透鏡構成.當數值孔徑增大到0.3時,再加入一平凸透鏡,該平凸透鏡決定著物鏡的焦距,而其它透鏡則補償由其平面與球面產生的象差.高倍物鏡的平面象差可用浸法消除.高倍消色差物鏡一般均為浸式,由四部分構成:前片透鏡、新月形透鏡及兩個雙膠透鏡組.

    c.平場物鏡(Planobjective)

    平場物鏡是在物鏡的透鏡系統中增加一快半月形的厚透鏡,以達到校正場曲的缺陷,提高視場邊緣成像質量的目的.平場物鏡的視場平坦,更適用于鏡檢和顯微照相.對于平視場消色差物鏡,其倍率色差不大,不必用特殊目鏡補償.而平視場復消色差物鏡,則必須用目鏡來補償它的倍率色差.

    d.半復消色差物鏡(Semiapochromaticobjective)

    半復消色差物鏡又稱氟石物鏡,物鏡的外殼上標有"FL"字樣.在結構上透鏡的數目比消色差物鏡多,比復消色差物鏡少,成象質量上,遠較消色差物鏡為好,接近于復消色差物鏡.

    e.單色物鏡

    這類物鏡由石英、熒石或氟化鋰制的一組單片透鏡構成.只能在紫外線光譜區的個別區內使用(寬度不超過20mm),可見光譜區不能采用單色物鏡.這類物鏡均制成反射式與折反射式系統.主要缺點是相當大一部分光束在中心被遮蔽(入瞳面積的25%).在新型折反射系統中,由于采用半透明反射鏡以及物鏡的膠合結構,使這一缺點大為減輕,從而可以取消反射鏡框的遮光.并且兩同軸反射鏡的殘余象差是互相補償的,同時用透鏡組來增大數值孔徑.若系統的校正滿意,孔徑達到NA=1.4時,中心遮蔽可不超過入瞳面積的4%.

    f.特種物鏡

    所謂"特種物鏡"是在上述物鏡的基礎上,專門為達到某些特定的觀察效果而設計制造的.主要有以下幾種:

    (a)帶校正環物鏡(Correctioncollarobjective)

    在物鏡的中部裝有環裝的調節環,當轉動調節環時,可調節物鏡內透鏡組之間的距離,從而校正由蓋玻片厚度不標準引起的覆蓋差.調節環上的刻度可從0.11--.023,在物鏡的外殼上也標科有此數字,表明可校正蓋玻片從0.11-0.23mm厚度之間的誤差.

    (b)相襯物鏡(Phasecontrastobjective)

    這種物鏡是由于相襯鏡檢術的專用物鏡,其特點是在物鏡的后焦平面處裝有相板.

    (c)帶虹彩光闌的物鏡(Irisdiaphragmobjective)

    在物鏡鏡筒內的上部裝有虹彩光闌,外方也可以旋轉的調節環,轉動時可調節光闌孔徑的大小,這種結構的物鏡是高級的油浸物鏡,它的作用是在暗視場鏡檢時,往往由于某些原因而使照明光線進入物鏡,使視場背景不夠黑暗,造成鏡檢質量的下降.這時調節光闌的大小,使背景變黑,使被檢物體更明亮,增強鏡檢效果.

    (d)長工作距離物鏡

    這種物鏡是倒置顯微鏡的專用物鏡,它是為了滿足組織培養,懸浮液等材料的鏡檢而設計.

    (e)無罩物鏡(Nocoverobjective)

    有些被檢物體,如涂抹制片等,上面不能加用蓋玻片,這樣在鏡檢時應使用無罩物鏡,否則圖象質量將明顯下降,特別是在高倍鏡檢時更為明顯.這種物鏡的外殼上常標刻NC,同時在蓋玻片厚度的位置上沒有0.17的字樣,而標刻著"0".

    2．物鏡的主要參數

    (1)放大率β

    (2)機械筒長L:在顯微鏡中,物鏡支承面到目鏡支承面之間的距離稱為機械筒長.對于一臺顯微鏡來說,機械筒長是固定的.我國規定機械筒長是160毫米.

    (3)數值孔徑NA

    (4)工作距離WD

    (5)蓋玻片厚度d

    這些參數,大多刻在物鏡筒上,如圖3所示.蔡康高檔顯微鏡

    有一種所謂筒長無限的顯微物鏡有一種所謂筒長無限的顯微物鏡,這種物鏡的后方一般帶有輔助物鏡(也叫補償物鏡或鏡筒物鏡),被觀察物體位于物鏡前焦點上,經過物鏡以后,成像在無限遠,再經過輔助物鏡成像在輔助物鏡的焦平面上,如圖4所示.在物鏡和輔助物鏡之間是平行光,所以中間距離比較自由一些,可以加入棱鏡等光學元件.

    (五)目鏡

    目鏡的作用是把物鏡放大的實象(中間象)再放大一級,并把物象映入觀察者的眼中,實質上目鏡就是一個放大鏡.已知顯微鏡的分辨率能力是由物鏡的數值孔徑所決定的,而目鏡只是起放大作用.因此,對于物鏡不能分辨出的結構,目鏡放的再大,也仍然不能分辨出.

本文關鍵詞:顯微鏡,物鏡

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