一、显微镜概述
显微镜是用来帮助人眼观察近距离细小目标的一种目视光学仪器,早期的显微镜由物镜和目镜组合而成,显微镜物镜的作用是把被观察的物体放大为一个实像,并成像在目镜的焦面上,然后通过目镜成像在无限远,供人眼观察。后来随着数字成像技术的发展,采用CCD等电子设备代替人眼进行观察成为主流显微镜的选择,而不断深入的显微技术研究,使得无限远共轭距的物镜应用也越来越广,因为它可以更方便地在系统中增加各种特殊组件,来适应各种特殊分析的需求。
显微镜发展至今,其种类和功能越来越丰富和完善,下图简单列出不同种类显微镜种类以供参考,其中我们将重点讨论的是光学显微镜。
一台显微镜或显微系统最重要的性能是分辨率,分辨率的高低主要是由显微物镜决定的。显微物镜是系统中最关键的部件,它是“小像差系统",各种轴上和近轴像差,如球差,慧差,纵向色差等都需要严格矫正,其设计及加工都相当不易,以下将对显微物镜进行详细介绍。
二、显微物镜分类
按共轭距分类
根据国家标准GB/T 2609-2015,显微物镜分为机械筒长为160mm的物镜和无限远共轭距物镜两类。第一类物镜也被称为有限远共轭物镜,机械筒长为160mm(机械筒长指的是显微镜筒上端面,也即目镜的定位端面,与显微镜物镜转换面的距离)。
如下图所示,有限远共轭物镜需要与目镜配合使用,才能被人眼观察到。如果直接采用CCD进行观察,CCD需要被准确放置在物镜的像面上(红色所示表面)。或者采用一端为物镜螺纹一端为C-mount的转接筒,连接显微物镜和CCD,可正确成像。
无限远共轭距物镜包含了物镜(Objective)和筒镜(Tube lens)两部分,必须配合使用才能获得物镜标称的倍率β。
|按像差矫正水平分类
根据像差校正情况不同,显微镜物镜通常被分为消色差物镜、半复消色差物镜、复消色差物镜,平像场物镜、平场复消色差物镜。另外还有一类折反物镜,由于具有反射器件,像差矫正略有区别。需要留意的是平像场物镜也具备了消色差的矫正水平,只是进一步矫正了场曲,在整个视场中可以获得平坦的清晰成像。
|按观察时物空间使用的介质分类
当显微物镜的分辨率要求高时,一般会要求比较大的NA,此时会用到折射率较空气更高的介质,如:水,甘油等进行观察。因此物镜也被分为干物镜和浸液物镜,前者使用在空气介质中,后者使用在水,甘油,硅油中,分辨率更高,倍率一般更大。
特种物镜
特种物镜是在常规物镜的基础上,针对其特殊的应用方向设计开发的物镜,一般具有比较明显的特征。