物镜指南

 

一、物镜描述

 

物镜是显微镜中的一个重要部件，它可以放大并呈现样品的图像，使样品的细节和结构更加清晰可见，广泛应用于显微镜等科学实验仪器中。

 

二、物镜分类

按照共轭方式分为无限远共轭物镜和有限远共轭物镜，无限远共轭物镜适用于需要高级光学性能和较大工作距离的应用，而有限远共轭物镜则适用于紧凑设计和简化光路的应用。

 

无限远共轭物镜：

 

在无限远共轭物镜系统中，物镜的后焦点位于无穷远处。物镜上标有无限远符号（∞），光线从样品上折射并通过物镜，然后会形成一个平行光束。这个平行光束可以被后续光学系统（例如目镜和检测器）进行进一步聚焦和处理。这种配置方式可以保持物镜焦段较长，减小了光线传输过程中的畸变和像差，同时也提供了更大的工作距离。无限远共轭物镜广泛应用于高级显微镜系统，例如倒置显微镜、荧光显微镜和共聚焦显微镜。

 

有限远共轭物镜：

 

与无限远共轭物镜不同，有限远共轭物镜系统中，物镜的后焦点位于一定距离内部。通常在物镜上标有固定长度的毫米数（160、170、210等），即机械筒长。在这种配置下，物镜的后焦点处形成的光束是非平行的，需要通过目镜进行调节和聚焦，才能形成可观察的图像。有限远共轭物镜通常具有较短的工作距离，适用于较为简单的显微镜系统或需要紧凑设计的应用。

 

按照校正色差程度分为一般消色差物镜、平场消色差物镜、半复消色差物镜以及复消色差物镜。

 

一般消色差物镜：最常见的物镜，一般标有“Ach”字样。

平场消色差物镜：一般标有“PLAN”字样，这种物镜的视场平坦，非常适合显微照相，观察较为舒适。

半复消色差物镜：一般标有“FL”字样，能校正红、蓝两色的色差和球差，可用于荧光观察等。

复消色差物镜：标有“APO”字样，针对红光、蓝光和黄光波长的色差进行校正，常用于显微观察和显微照相，它们的性能只受物理定律的限制。该类型物镜具有优良的修正性和极其高的数值孔径，所以在显微观察和显微照相方面具有最大的分辨率、色彩纯度、对比度以及图象平直度。

 

三、物镜参数

 

放大倍率：物镜的放大倍率是指物镜本身对物体放大若干倍的能力。物镜常见放大倍率有2X、5X、10X、20X和50X。

 

数值孔径（NA）：物镜的数值孔径用来衡量物镜的接收角，用NA来表示。它决定图像的分辨率、景深和亮度。 NA越大，分辨率越高，景深越小。用公式表达为：NA=nsinθ。其中n是透镜工作介质的折射率，对于空气，n=1.0，θ是可以进入或离开镜头的最大光锥的半角。

 

工作距离（WD）：光聚焦时样品表面与物镜正面之间的距离。即镜头的最下表面到观测样品之间的垂直距离。

 

分辨率：可作为单独实体区分的点或线之间的最小距离。分辨率越高，数值越小，能观测到物体更细节的部分；用作聚焦时，可以聚焦到更小的光斑。

 

齐焦距离：它是从镜肩到样品顶部(对于不用盖玻片的物镜)或者到盖玻片顶部的距离。在一个转盘中操作多个物镜时，如果所有齐焦距离都相同会很有用，因为切换物镜时几乎不用重新对焦。物镜通常有95mm齐焦、45mm齐焦、60mm齐焦等。

 

焦距：物镜的通用属性，是指主点与焦点之间的距离，通常用f表示。对于无限远校正光学系统来说，放大倍率由镜筒透镜焦距与物镜焦距之比决定。比如镜筒透镜焦距200mm，物镜放大倍率20x，则物镜焦距f=200mm/20x=10mm。

 

视场数和真实视场（FOV）：视场数通常是对于目镜而言，目镜的视场数由目镜的视场光阑直径决定，单位为mm。FOV是样品可观察的实际区域，由目镜的视场数和物镜的放大倍率决定。FOV(mm)=视场数/物镜放大倍率

 

景深：在可接受的图像清晰度范围内，从精确焦平面的最前方到最后方之间的距离。

 

机械筒长：是指显微镜镜筒在镜筒开口（安装物镜的位置）与观察镜筒的上边缘之间的长度，在镜筒的开口处装有物镜。有限远共轭物镜上标有固定长度的毫米数（160、170、210等），对于无限远校正物镜标有无限远符号（∞）。

 

物镜标识： 

 

Ach：消色差校正

Fluor：半复消色差校正

Apo：复消色像差校正

Plan/PL：平场校正

L：长工作距离

W/Water:水浸

Oil：油浸

B：明场

BD：明暗场

M：金相

 

4、物镜应用

 

活细胞成像：使用物镜对囊泡、细胞器等进行成像，对于了解细胞所处的状态非常重要，包括有丝分裂、胚胎发育等动态过程。

 

工业应用：物镜可用于工业应用，展示较小的细节，例如零部件的检查、返工和组装、钢材质量评定等。

 

冶金：物镜可以对各种金属材料的微观结构进行研究，从而优化金属材料的冶炼和加工。此外，物镜还可以对金属材料的缺陷进行观察和分析。

 

材料分析：物镜可以用于成像、测量和分析各种材料，为材料的优化设计和制造提供重要的依据，例如金属合金、半导体、玻璃等。

 

地球科学：物镜可以用于研究矿石、岩石、土壤、沉淀物和地球的地壳、海洋以及大气层的其他组成成分。

 

艺术作品修复：利用物镜可以分析、修复和保护艺术作品，为修复学家、考古学家等提供帮助。

 

公检法取证：通过物镜可以研究诸如头发、指纹等可能成为有力证据的蛛丝马迹，并且揭示可疑文件中的伪造之处。

 

教育和学术研究：物镜是教育和学术研究中常用的工具，用于教学和科研活动，例如教学实验室、科研实验等。