物镜
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物镜
一、含义：
物镜是由若干个透镜组合而成的一个透镜组。组合使用的目的是为了克服单个透镜的成像缺陷，提高物
镜的光学质量。显微镜的放大作用主要取决于物镜，物镜质量的好坏直接影响显微镜映像质量，它是决
定显微镜的分辨率和成像清晰程度的主要部件，所以对物镜的校正是很重要的。
二、物镜类型：
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消色差物镜
1.消色差物镜 (Achromatic) 是较常见的一种物镜（表1-1），由若干组曲面半径不同的一正一负胶合透
镜组成，只能矫正光谱线中红光和蓝光的轴向色差。同时校正了轴上点球差和近轴点慧差，这种物镜不
能消除二级光谱，只校正黄、绿波区的球差、色差，未消除剩余色差和其他波区的球差、色差，并且像
场弯曲仍很大，也就是说，只能得到视场中间范围清晰的像。使用时宜以黄绿光作照明光源，或在光程
中插入黄绿色滤光片。 此类物镜结构简单，经济实用，常和福根目镜、校正目镜配合使用，被广泛地
应用在中、低倍显微镜上。在黑白照相时，可采用绿色滤色片减少残余的轴向色差，获得对比度好的相
片。
2.复消色差物镜（Apochromatic） 由多组特殊光学玻璃和荧石制成的高级透镜组组合而成。将红、蓝
、黄光校正了轴向色差，消除了二级光谱，因此像质很好，但镜片多、加工和装校都较困难。色差的校
正在可见光的全部波区。若加入蓝色或黄色滤光片效果更佳。它是显微镜中最优良的物镜，对球面差、
色差都有较好的校正，适用于高倍放大。但仍需与补偿目镜配合使用，以消除残余色差。
3.平面消色差物镜(Plana chromatic) 采用多镜片组合的复杂光学结构，较好地校正像散和像场弯曲，
使整个视场都能显示清晰，适用于显微摄影。该物镜对球差和色差的校正仍限于黄绿波区，且还存在剩
余色差。
4.平面复消色差物镜(PF, Planapochromat) 除进一步作像场弯曲校正外，其它像差校正程度均与复消
色差物镜相同，使映像清晰、平坦；但结构复杂，制造困难。
5.半复消色差物镜(Halfapochromatic) 部分镜片用荧石制成，故又称荧石物镜，性能比消色差物镜好，
价格比复消色差物镜便宜。校正像差程度介于消色差与复消色差两种物镜之间，但其它光学性质都与后
者相近；价格低廉，最好与补偿目镜配合使用。
三、物镜性质
1.放大倍数：物镜的放大倍数，是指物镜在线长度上放大实物倍数的能力指标。有两种表示方法，一种
是直接在物镜上刻度出如8×、10×、45×等；另一种则是在物镜上刻度出该物镜的焦距f，焦距越短，放
大倍数越高。前一种物镜放大倍数公式为M物=L/f物，L是光学镜筒长度，L值在设计时是很准确的，但
实际应用时，因不好量度，常用机械镜筒长度。机械镜筒长度是指从显微镜目镜接口处之直线距离。每
一物镜上都用数字标明了机械镜筒长度。
2.镜筒长度： 镜筒长度是指物镜底面到目镜顶面的距离。由于物镜的像差是依据一定位置的映像来校
正的，因此物镜一定要在规定的机械镜筒长度上使用，一般显微镜的机械镜筒长度多为160mm、
170mm、190mm。金相显微镜在摄影时，由于放大倍数不同，映像投射距离变化很大，因此，优良的
物镜的像差是按任意镜筒长度校正的，即在无限长范围内，物镜像差均已校正。
3.数值孔径：数值孔径表征物镜的聚光能力，是物镜的重要性质之一，通常以“NA”表示。物镜的数值孔
径大小决定了物镜的分辨能力（鉴别）及有效放大倍数。根据理论推导得出：NA=nsinθ
增大物镜的数值孔径有两个途径：
（1） 增大透镜的直径或减小物镜的焦距即设计短焦距的物镜，以增大孔径半角θ。但此法会导致
像差增加及制造困难，一般不采用。实际上sinθ的最大值只能达到0.95。
（2） 增大物镜与观察物之间的折射率n。干系物镜是以空气为介质的，折射率n=1，一般用于低倍
物镜。油系物镜常以松柏油（n=1.515，NA=1.4）、α-壹代溴萘（n=1.658，NA=1.60）为介质，用于
高倍物镜。油物镜的数值孔径此时可达1.30~1.40，其放大倍数可达100~140倍。但干系物镜不能随便
用油作为介质。
物镜的最小数值孔径系列、参数、色圈及标志
4.物镜的标记：在物镜外壳上刻有不同的标记浸液记号、物镜类别、放大率、数值孔径、机械筒长度、
盖玻片厚度。油：表示浸液为松柏油；100×/1.25：表示物镜放大率为100倍，数值孔径1.25；160/0：
表示机械镜筒长度为160mm；“0”表示无盖玻片。有些物镜刻有160/-：表示机械镜筒长度为160mm。“-
”表示可有可无盖玻片。在物镜上刻有色圈表示物镜的放大率。高倍物镜通常都为油浸系，油镜头用“油
”（或OiI，ÖL，HL）或外壳涂一黑圈来表示。
5.物镜的鉴别能力：显微镜的鉴别能力主要决定于物镜。物镜的鉴别能力可分为平面和垂直鉴别能力。
物镜（objective lens）
物镜是决定光学显微镜基本性能及功能的最重要的光学单元。因此，为了满足各种需求和应用，我们研制出了有着最佳光学性能和功能（这对光学显微镜而言也是最重要的性能和功能）的物镜，推出了能满足不同使用目的多种物镜产品。
基本上物镜是按照用途、观察方法、倍率、性能（像差校正）等进行分类。其中，按照像差校正来分类的是显微镜物镜特有的分类方法。
下面进行分类。
按照用途分类
光学显微镜的用途大致分为“生物用”和“工业用”两大类。物镜也可以按照这两种用途，划分为“生物用”物镜和“工业用”物镜。在生物用途中，一般是将生物标本放置在载玻片上，并从上面用盖玻片遮盖固定。由于生物用物镜需要透过盖玻片观察样本，所以采用了考虑到盖玻片的厚度（一般为0.17 mm）的光学系统设计。而在工业用途中，一般是在金属矿物切片、半导体晶圆和电子零部件等标本没有被遮盖的状态下进行观察的。所以，工业用物镜采用了物镜前端和标本之间没有盖玻片状态的最佳光学系统设计。
按照观察方法分类
根据光学显微镜的用途开发出了各种观察方法，也开发出了对应这些观察方法的专用物镜。可以按照观察方法划分物镜。例如，“反射暗视场用物镜（内部透镜的周围有环状照明光路）”、“微分干涉用物镜（减少透镜内部失真，优化了与微分干涉棱镜的光学特性组合）”、“荧光用物镜（改善了近紫外线领域的透射率）”、“偏振光用物镜（极大程度减少了透镜的内部失真）”和“相位差用物镜（内置相位板）”等。
按照倍率分类
光学显微镜是在称为物镜转换器的装置上安装了多个物镜。这样，只要转动物镜转换器就可以把低倍率切换到高倍率，轻松完成倍率变换。所以一般是在物镜转换器上安装一组不同倍率的物镜。为此，物镜的产品阵容由低倍率（5×、10×）、中倍率（20×、50×）和高倍率（100×）物镜构成。其中，特别是在高倍率产品中，为了得到高清晰成像，我们推出了在物镜的前端与标本之间填充合成油、水等折射率高的专用液体的液浸物镜。另外，还推出了用于特殊用途的超低倍率（1.25×、2.5×）和超高倍率（150×）物镜等。
像差校正和物镜的分类
按照色差校正分类（等级）根据轴色差（纵向色差）校正的程度，可以分为消色差、半消色差（Fluorite）、复消色差3个等级。产品阵容也按照普通级别到高级别排序，价格不同。
在轴色差校正中，校正了C线（红：656.3 nm）和F线（蓝：486.1 nm）2种颜色的物镜称为消色差透镜（Achromat）。红蓝2色以外的光线（一般以紫色的g线为对象：435.8 nm）在离开焦平面的面上聚焦，这个g线称为2级光谱。色差校正范围达到这个2级光谱的物镜称为复消色差透镜（Apochromat）。也就是说，复消色差透镜是对3色（C线、F线、g线）进行轴色差校正的物镜。下图以波像差表示了消色差透镜和复消色差透镜在色差校正上的不同。由此图可以看出，与消色差透镜相比，复消色差透镜可以在更广的波长范围内校正色差。
色差校正的比较（消色差透镜和复消色差透镜）
另一方面，该2级光谱（g线）的色差校正程度，被设定在消色差透镜和复消色差透镜的中间的物镜，称为半消色差透镜（或称Fluorite）。
显微镜物镜的光学系统设计中，一般来说N.A.越大，或者倍率越大，2级光谱的轴色差校正就越难。不仅如此，由于轴色差以外的各种像差以及正弦条件都必须校正，所以难度更大。为此，越是高倍率的复消色差物镜，就需要越多的像差校正透镜，甚至有使用了超过15枚透镜的物镜。为了精确的校正2级光谱，有效的做法是将2级光谱色散较少的“异常色散玻璃”用于透镜组中效果较强的凸透镜。该异常色散玻璃的代表是萤石（CaF2），虽然萤石的加工比较困难，但是长久以来一直被用于复消色差透镜。最近开发出了异常色散性与萤石非常接近的光学玻璃，加工性也得到了改善，逐渐取代萤石成为主流。
按照场曲校正分类在显微镜的使用中，照片拍摄和电视摄像机的拍摄越来越普通，对鲜明的全视场影像的要求也越来越多。因此，能精确校正场曲的平面（Plan）物镜逐渐成为主流。在校正场曲时，需要将光学系统的匹兹堡（Petzval）曲率设计为0，而倍率越高的物镜其校正越难（难以与其他各种像差校正并存）。被校正过的物镜上，前端的镜片组为较强凹下形状，而后端的镜片组的构成也为强凹下形状，这是透镜类型上的特征。
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