顯微鏡物鏡介紹

    物鏡是顯微鏡較重要的光學(xué)部件,利用光線(xiàn)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(tái)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,由于對(duì)象差的校正,金屬的物鏡筒內(nèi)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(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(chǎng)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(chǎng)與提高視場(chǎng)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. 

    齊焦既是在鏡檢時(shí),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(shí),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(gè)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).

    與寬光束有關(guān)的象差是球差、慧差以及位置色差;與視場(chǎng)有關(guān)的象差是象散、場(chǎng)曲、畸變以及倍率包差.

    顯微物鏡與目鏡在參于成象這點(diǎn)上是有區(qū)別的.物鏡是顯微鏡較復(fù)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(chǎng)小);目鏡在窄光束中工作,但其傾角大(視場(chǎng)大).當(dāng)計(jì)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(tǒng).這意味著:就軸上的一對(duì)共軛點(diǎn)而言,消除了球差并且實(shí)現(xiàn)了正弦條件時(shí),每一物鏡僅有兩個(gè)這種消球差點(diǎn).因此,物體與象的計(jì)算位置的任何改變均導(dǎo)致象差變大.

    1．物鏡的基本類(lèi)型

    (1)按顯微鏡鏡筒長(zhǎng)度(以mm計(jì)):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(zhǎng)無(wú)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(xué)裝置:透射式、反射式以及折反射式.

    (4)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).

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

    a.復(fù)消色差物鏡(Apochromaticobjective)

    這類(lèi)物鏡的結(jié)構(gòu)復(fù)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(biāo)有"Apo"字樣.它對(duì)兩個(gè)色光實(shí)現(xiàn)了正弦條件,要求嚴(yán)格地校正軸上點(diǎn)的位置色差(紅,藍(lán)二色)、球差(紅,藍(lán)二色)和正弦差,同時(shí)要求校正二級(jí)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(bǔ)償.

    由于對(duì)各種象差的校正極為完善,比響應(yīng)倍率的消色差物鏡有更大的數(shù)值孔徑,這樣不僅分辨率高,象質(zhì)量?jī)?yōu)而且也有更高的有效放大率.因此,復(fù)消色差物鏡的性能很高,適用于高級(jí)研究鏡檢和顯微照相.

    b.消色差物鏡(Achromaticobjective)

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

    數(shù)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(gòu)成.數(shù)值孔徑至0.2的消色差物鏡由兩組雙膠透鏡構(gòu)成.當(dāng)數(shù)值孔徑增大到0.3時(shí),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(bǔ)償由其平面與球面產(chǎn)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(gòu)成:前片透鏡、新月形透鏡及兩個(gè)雙膠透鏡組.

    c.平場(chǎng)物鏡(Planobjective)

    平場(chǎng)物鏡是在物鏡的透鏡系統(tǒng)中增加一快半月形的厚透鏡,以達(dá)到校正場(chǎng)曲的缺陷,提高視場(chǎng)邊緣成像質(zhì)量的目的.平場(chǎng)物鏡的視場(chǎng)平坦,更適用于鏡檢和顯微照相.對(duì)于平視場(chǎng)消色差物鏡,其倍率色差不大,不必用特殊目鏡補(bǔ)償.而平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡,則必須用目鏡來(lái)補(bǔ)償它的倍率色差.

    d.半復(fù)消色差物鏡(Semiapochromaticobjective)

    半復(fù)消色差物鏡又稱(chēng)氟石物鏡,物鏡的外殼上標(biāo)有"FL"字樣.在結(jié)構(gòu)上透鏡的數(shù)目比消色差物鏡多,比復(fù)消色差物鏡少,成象質(zhì)量上,遠(yuǎn)較消色差物鏡為好,接近于復(fù)消色差物鏡.

    e.單色物鏡

    這類(lèi)物鏡由石英、熒石或氟化鋰制的一組單片透鏡構(gòu)成.只能在紫外線(xiàn)光譜區(qū)的個(gè)別區(qū)內(nèi)使用(寬度不超過(guò)20mm),可見(jiàn)光譜區(qū)不能采用單色物鏡.這類(lèi)物鏡均制成反射式與折反射式系統(tǒng).主要缺點(diǎn)是相當(dāng)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(tǒng)中,由于采用半透明反射鏡以及物鏡的膠合結(jié)構(gòu),使這一缺點(diǎn)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(bǔ)償?shù)?同時(shí)用透鏡組來(lái)增大數(shù)值孔徑.若系統(tǒng)的校正滿(mǎn)意,孔徑達(dá)到NA=1.4時(shí),中心遮蔽可不超過(guò)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(chǔ)上,專(zhuān)門(mén)為達(dá)到某些特定的觀察效果而設(shè)計(jì)制造的.主要有以下幾種:

    (a)帶校正環(huán)物鏡(Correctioncollarobjective)

    在物鏡的中部裝有環(huán)裝的調(diào)節(jié)環(huán),當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)時(shí),可調(diào)節(jié)物鏡內(nèi)透鏡組之間的距離,從而校正由蓋玻片厚度不標(biāo)準(zhǔn)引起的覆蓋差.調(diào)節(jié)環(huán)上的刻度可從0.11--.023,在物鏡的外殼上也標(biāo)科有此數(shù)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(shù)的專(zhuān)用物鏡,其特點(diǎn)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(nèi)的上部裝有虹彩光闌,外方也可以旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)環(huán),轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可調(diào)節(jié)光闌孔徑的大小,這種結(jié)構(gòu)的物鏡是高級(jí)的油浸物鏡,它的作用是在暗視場(chǎng)鏡檢時(shí),往往由于某些原因而使照明光線(xiàn)進(jìn)入物鏡,使視場(chǎng)背景不夠黑暗,造成鏡檢質(zhì)量的下降.這時(shí)調(diào)節(jié)光闌的大小,使背景變黑,使被檢物體更明亮,增強(qiáng)鏡檢效果.

    (d)長(zhǎng)工作距離物鏡

    這種物鏡是倒置顯微鏡的專(zhuān)用物鏡,它是為了滿(mǎn)足組織培養(yǎng),懸浮液等材料的鏡檢而設(shè)計(jì).

    (e)無(wú)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(shí)應(yīng)使用無(wú)罩物鏡,否則圖象質(zhì)量將明顯下降,特別是在高倍鏡檢時(shí)更為明顯.這種物鏡的外殼上常標(biāo)刻N(yùn)C,同時(shí)在蓋玻片厚度的位置上沒(méi)有0.17的字樣,而標(biāo)刻著"0".

    2．物鏡的主要參數(shù)

    (1)放大率β

    (2)機(jī)械筒長(zhǎng)L:在顯微鏡中,物鏡支承面到目鏡支承面之間的距離稱(chēng)為機(jī)械筒長(zhǎng).對(duì)于一臺(tái)顯微鏡來(lái)說(shuō),機(jī)械筒長(zhǎng)是固定的.我國(guó)規(guī)定機(jī)械筒長(zhǎng)是160毫米.

    (3)數(shù)值孔徑NA

    (4)工作距離WD

    (5)蓋玻片厚度d

    這些參數(shù),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(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡有一種所謂筒長(zhǎng)無(wú)限的顯微物鏡,這種物鏡的后方一般帶有輔助物鏡(也叫補(bǔ)償物鏡或鏡筒物鏡),被觀察物體位于物鏡前焦點(diǎn)上,經(jīng)過(guò)物鏡以后,成像在無(wú)限遠(yuǎn),再經(jīng)過(guò)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(xué)元件.

    (五)目鏡

    目鏡的作用是把物鏡放大的實(shí)象(中間象)再放大一級(jí),并把物象映入觀察者的眼中,實(shí)質(zhì)上目鏡就是一個(gè)放大鏡.已知顯微鏡的分辨率能力是由物鏡的數(shù)值孔徑所決定的,而目鏡只是起放大作用.因此,對(duì)于物鏡不能分辨出的結(jié)構(gòu),目鏡放的再大,也仍然不能分辨出.

本文關(guān)鍵詞:顯微鏡,物鏡

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(圖)深入了解顯微鏡

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