物镜简介

物镜是显微镜中重要的光学部件，对物体起第一步的放大作用，因而影响着成像的质量和各项光学技术参数。物镜结构复杂，由固定在物镜筒内的多个透镜组组成，每个透镜组的由一系列不同参数的透镜胶合而成，多个透镜组相互配合有效地校正了物镜的像差。显微物镜具有不同放大率，能够实现样本的精密成像。显微镜放大率是物镜放大率与目镜放大率的乘积。除了放大率以外，分辨率是决定显微镜性能的另一重要因素。分辨率是识别两个光斑的能力，可表示为仍然可被辨别为不同实体的两个点之间的最短距离。需要高放大率才能显示小物体，但是物体的清晰度则取决于分辨率。对于光学显微镜，由于可见光波长的影响（400至800 nm），分辨率上限理论上约为100至200 nm。如果需要更高的分辨率，可以考虑使用电子显微镜。

数值孔径（NA）是决定物镜性能的重要因素。NA越大，镜头的分辨率和亮度越高。选择显微镜时，用户必须根据成像样本，检查镜头的NA、放大率和分辨率。像差是影响镜头性能的另一要素。像差指镜头形状缺陷导致图像失真或模糊。像差被校正的越彻底，镜头的性能就越高。

1.1 按照色差分类

消色差物镜：只能校正红光和蓝光的轴向色差，同时校正了球差和近轴点彗差，是一种常见的物镜，结构比较简单，常用于中、低级显微镜中。

复消色差物镜：复消色差物镜的结构复杂，透镜采用了特种玻璃或萤石等材料制作而成，物镜的外壳上标有“APO”，这种物镜不仅能校正红绿蓝三色光的色差，而且能消除剩余色差，同时能校正红，蓝二色光的球差。由于对各种像差的校正极为完善，比响应倍率的消色差物镜有更大的数值孔径，这样不仅分辨率高，成像质量像质量优秀，而且也有更高的有效放大率。因此，复消色差物镜的性能很高，适用于高级研究镜检和显微照相。观察时应与补偿目镜配合使用，否则图像质量会下降。

半复消色差物镜：半复消色差物镜是一种物镜，又称氟石物镜。物镜的外壳上标有“FL”字样，在结构上透镜的数目比消色差物镜多，比复消色差物镜少，成像质量上，远较消色差物镜为好，接近于复消色差物镜。

1.2 按照像场的平面性分类

平场物镜结构较为复杂，在物镜的透镜系统中增加一块半月形的厚透镜，以达到校正场曲的缺陷。平场物镜视场平坦、视场较大、工作距离较普通物镜有所增长，所以适用于高级研究镜检和显微照相。

平场消色差物镜：平场消色差物镜外壳上标有“PLAN”，采用多镜片组合的复杂结构，有效地校正了像散和场曲，克 服了消色差物镜视场清晰度不均匀的问题。平场消色差物镜仍存在剩余色差，如果其垂轴色差在1%以下，可以不配合色差校正补偿目镜使用；如果垂轴色差在1%以上，且在2.5%以下，则需要与补偿目镜配合使用。

平场复消色差物镜：平场复消色差物镜外壳上刻有“Plan Apo”，校正了红、黄、蓝三条谱线的轴向色差、像散和场 曲，是显微镜物镜的最佳形式，整个视场平坦、清晰。

平场半复消色差物镜：平场半复消色差物镜外壳上刻有“Plan FL”，消色差的性能介于平场消色差物镜和平场复消 色差物镜之间，一般采用萤石（CaF₂）材料，又称为萤石物镜。

平场物镜还有更高级的超平场物镜（外壳刻有S Plan）和超平场复消色差物镜（外壳刻有S Plan Apo）。

1.3 按照特殊性分类

为了达到特定的观察效果而设计制造的物镜称为特种物镜。主要包含以下几种：

无应力物镜：无应力物镜外壳刻有“PO”或“POL”，在透镜组装配中消除了应力的存在，用作透射式偏光检测物镜，能达到更佳的偏光镜检效果。

长工作距离物镜：长工作距离物镜为了满足组织培养、悬浮液等材料的镜检而设计制造。组织培养、悬浮液等被观测物放在培养皿或培养瓶中，只有物镜的工作距离足够长，才能满足上述被观测目标的镜检要求。

1.4 按照物镜成像方式

按照显微镜结构分为有限远校正和无限远校正，通常在标识信息的最下面一排标注了物镜的光学类型：斜杠（/）前面是数字（160，180，210）即是有限远光学类型；斜杠（/）前面是无限（∞）符号，即是无限远光学类型；不同的光学类型与相机的接法也不同，有限远可直接通过延长镜筒与相机相连，无限远物镜则需要在延长镜筒中添加管镜（近摄屈光镜或专为显微镜设计的管镜）。

有效焦距：物镜的有效焦距物镜的主平面到焦点的距离，用f表示。
数值孔径：物镜的数值孔径用来衡量物镜的接收角，用NA来表示。下式为NA的计算公式，其中n为物镜与被观测物之间的折射率，θ为物镜最大接收角的一半。 NA=n·sin（θ）
分辨率：物镜的分辨率指物镜能区分的两个物点之间的最小距离，用σ来表示。物镜分辨率的计算公式如下式，其中λ为使用光的波长。σ=0.61λ/NA
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，用M来表示。物镜的放大倍率公式如下式，其中L为光学镜筒的长度，f为物镜的焦距。由下式可知，物镜的放大倍率与镜筒的长度相关，镜筒越长，放大倍率越大，但同时成像质量会下降，所以不能随意改变镜筒的长度，国际上显微镜的标准筒长定为160 mm，联邦德国Levitz曾为170 mm，此数字一般会刻在物镜外壳上。M=L/f
工作距离：工作距离是指物镜前表面到被观测样品表面的距离。一般放大倍率越大，工作距离越小。
齐焦距离：齐焦距离是指对准焦点时的物镜镜体定位面到物体表面的距离。
视场数：一般特指目镜，而非物镜。