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物镜规格参数简介

2025-03-17

物镜作为显微镜的核心部件,通常由包含多个透镜的透镜组构成。作为距离标本最近的部件,对显微镜生成的图像质量有着核心作用。

根据对色差的校正水平,可以将物镜分为三类:

  • 消色差物镜:消色差物镜外壳上通常标有“Ach”或者无特殊标识,能对两个波长(蓝色和红色)的轴向色差进行校正,并对绿色进行球差校正。但是不能校正其它颜色光的色差和球差。
  • 半复消色差物镜:半复消色差物镜又称为“萤石物镜”,外壳上通常标有“FL”、“Fluor”等标识,其性能介于消色差物镜和复消色差物镜之间。半复消色差物镜除了会对红光和蓝光进行色差校正,还会对两、三种颜色进行球差校正。相比于消色差物镜,半复消色差物镜的校正能力更强,具有更高的数值孔径和分辨率。
  • 复消色差物镜:复消色差物镜外壳上通常标有“APO”,其能够校正红绿蓝三色光的色差,同时可以校正多种颜色光的球差。由于对各种像差的校正极为完善,复消色差物镜具有更大的数值孔径、更高的分辨率和更好的成像质量。复消色差物镜更优异的性能,适用于高级研究镜检和显微照相等多种应用场合。

上述三种物镜虽然对色差进行了校正,但均具有明显的场曲。因此需要采用平场校正,以获得良好的平场图像效果。采用平场校正的物镜即平场消色差物镜、平场半复消色差物镜、平场复消色差物镜,此类物镜上一般标识有“PLAN”、“Plano”等标志。

此外,为达到特殊的观察效果,还有一些针对特殊条件进行优化制造出的物镜。比如用于偏光观察的物镜,物镜上一般标识有“P、Po、POL、SF”,表示物镜无相对应变,对偏振光几乎没有影响;可以用于微分干涉的物镜,物镜上一般刻有“DIC”;用于相衬(相差)显微的物镜,其上一般刻有“PH”。

除了上述标识外,物镜外壳上还会有其它标识。

物镜上标识的“20X/0.45”,前半部分表示放大倍数,后半部分表示数值孔径。

“180/0”前半部分标识对应其套筒透镜的焦距,后半部分表示盖玻片厚度,标为“0”标识无需加盖玻片。

“∞/0.17”前半部分标识无限远校正,后半部分表示物镜适配的载玻片厚度。由于一些盖玻片的厚度存在变化,一些物镜会设有校正环进行调整,来补偿这种变化,以匹配不同的厚度范围。比如物镜外壳调节环上标有“”,标识可矫正载玻片厚度在“”内的误差。

此外,为方便识别,针对不同放大倍率和浸没介质,物镜上还标记有不同颜色代码。

下表中列有一些常见的标识及其含义,可供参考:

标识 含义
Achro, Achromat 消色差校正
Fluor, Fl, Fluar, Neofluar, Fluotar 半复消色差(萤石像差校正)
Apo 复消色差校正
Plan, Pl, Achroplan, Plano 平场光学校正
Plan Apo 复消色差与平场校正
L, LL, LD, LWD 长工作距离
Corr, W/Corr, CR 校正环
I, Iris, W/Iris 可调数值孔径(带可变光阑)
Oil, Oel 油浸
Water, WI, Wasser 水浸
Gly 甘油浸没
DIC, NIC 微分或Nomarski干涉对比
RMS 物镜螺纹尺寸
M25, M32 米制25 mm物镜螺纹;米制32 mm物镜螺纹
P, Po, Pol, SF 无应变、低双折射,适用于偏振光
M 金相(无盖玻片)
NC, NCG 无盖玻片
EPI 倾斜照明
D 暗场

物镜上不同的标识代表不同的参数,下面我们列出了物镜的一些常见参数以供参考:

  • 焦距:物镜主平面到焦点之间的距离
  • 放大倍率:物镜本身对物体放大若干倍的能力
  • 数值孔径:反应物镜聚焦能力,用\( NA \)表示:\( NA=n\times sin\theta \),其中n为折射率,为物镜接受角的一半。更大数值孔径的物镜能够汇聚更大范围内的光线,以生成更明亮、更高分辨率的图像。一些物镜的外壳上会刻有“Iris”或“W/Iris”,这些物镜内部配备有可变光阑,可以进行数值孔径的调节。
  • 机械筒长:物镜安装定位面和目镜安装定位面之间的距离。对于有限远光学系统,RMS定义标准机械筒长为160 mm,对于一个无限远光学系统,该值在物镜上用“”标识。
  • 盖玻片厚度:物镜上会标识有对应匹配的盖玻片厚度,并对其进行校正优化,以补偿盖玻片的存在对成像的影响。部分物镜上会设有校正环,通过改变物镜镜筒内不同元件之间的距离,来补偿盖玻片厚度变化产生的影响,以确保物镜的性能。对于设有调节环的物镜,其会标识有可补偿的盖玻片厚度范围,调节环上也刻有相应刻度。
  • 视场数(FN):一般指目镜的参数。视场直径=目镜视场数/物镜放大倍数。
  • 工作距离(WD):物镜前透镜到盖玻片或被观测样品表面的距离。一般放大倍率和数值孔径越大,工作距离越小。LWD一般表示长工作距离。
  • 齐焦距离:对准焦点时的物镜镜体定位面到物体表面的距离。
  • 景深:物镜可以聚焦且图像清晰度没有明显变化的轴向范围称为物镜景深,通常随着数值孔径的增加而减小。
  • 浸没介质:大多数物镜与盖玻片之间都是以空气为介质对样品进行成像,对于此类干物镜,物镜表面一般没有特殊标识。为了获得更高的数值孔径,可以配合别的浸没介质(如油、甘油、硅油或水)使用,此类物镜表面一般有特殊标识,比如:“Oil”表示油浸,“W”表示水浸,“Gly”表示甘油浸。