顯微物鏡的選擇

我們在攝影中，尤其是彩色攝影，都希望能得到真實的色彩。幾乎所有的現(xiàn)代攝影鏡頭都能正確地在膠片上錄下與人眼所見相同的色彩。但用長焦距鏡頭拍攝的膠片，將其放大后，就會看到在被攝主體的邊緣環(huán)繞著彩色像斑，從而降低了照片的清晰度和分辨率，這就是說該鏡頭存在著色差。任何兩種色光在一定位置校正后，對第三種色光的剩余色差來說可看作是二級光譜色差。其幾何像差的圖形如圖所示。把d光線的邊緣校正到零，c光線與f光線在0．707帶相交，交點到d光線0．707帶頂點的距離代表二級光譜的幾何值。雙膠合透鏡的二級光譜色差為:△L'=-f'(p1-p2)/(v1-v2)其中p1,p2和v1,v2分別為兩種消色差材料的相對部分色散和阿貝數(shù)，它們均與所選擇的波長有關(guān)。f'為透鏡組的焦距在焦距一定的情況下，由于二級光譜是由兩塊玻璃的相對色散差與阿貝常數(shù)差的比值來確定的，因此只有相對色散小，阿貝常數(shù)又足夠大的玻璃組合，才能較好地校正二級光譜。但絕大多數(shù)玻璃的色散和阿貝常數(shù)之間可用線性關(guān)系表示,其斜率為(p1-p2)/(v1-v2)若要校正二級光譜色差，則至少要選擇一種偏離此線性關(guān)系的玻璃。由于二級光譜正比于f'，對于長焦距鏡頭來說，焦距較長，二級光譜色差很大，若校正不好，則會給系統(tǒng)帶來很大的像差，所以無法達到較好的成像質(zhì)量。為了克服二級光譜，光學(xué)工作者作了大量努力。從光學(xué)玻璃材料的發(fā)面出發(fā)，選擇具有特殊色散的光學(xué)玻璃，即上面提到的偏離線性關(guān)系得玻璃。CaF2等是常用的選擇。但使用特殊光學(xué)玻璃，也只能一定程度上減小二級光譜，并不能完全消除。因此產(chǎn)生了一些其它的消除二級光譜的方法，如將結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，可以明顯降低二級光譜，但是復(fù)雜化的結(jié)果隨之帶來成本增大，體積過重，誤差增加等一系列的結(jié)果，所以在實際應(yīng)用中不多見；另外用全息光學(xué)的應(yīng)用也對復(fù)消色差用很大幫助；二元光學(xué)的發(fā)展也為二級光譜的消除帶來了新發(fā)展，用普通玻璃就可以達到消除二級光譜的目的。⑴按顯微鏡鏡筒長度（以mm計）：透射光用160鏡筒，帶0.17mm厚或更厚的蓋玻片；反射光用190鏡筒，不帶蓋玻片；透射光與反射光用鏡筒，筒長無限大。⑵按浸法特征：非浸式（干式）、浸式（油浸、水浸、甘油浸及其它浸法）。⑶按光學(xué)裝置：透射式、反射式以及折反射式。⑷按數(shù)值孔徑和放大倍數(shù)：低倍（NA≤0.2與β≤10X），中倍（NA≤0.65與β≤40X），高倍（NA>0.65與β>40X）。⑸按校正象差的情況不同，通常分為消色差物鏡,半復(fù)消色差物鏡，復(fù)消色差物鏡，平視場消色差物鏡,平視場復(fù)消色差物鏡和單色物鏡。⒈消色差物鏡(Achromatic)是較常見的一種物鏡（表1-1），由若干組曲面半徑不同的一正一負(fù)膠合透鏡組成，只能矯正光譜線中紅光和藍光的軸向色差。同時校正了軸上點球差和近軸點慧差，這種物鏡不能消除二級光譜，只校正黃、綠波區(qū)的球差、色差，未消除剩余色差和其他波區(qū)的球差、色差，并且像場彎曲仍很大，也就是說，只能得到視場中間范圍清晰的像。使用時宜以黃綠光作照明光源，或在光程中插入黃綠色濾光片。此類物鏡結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟實用，常和福根目鏡、校正目鏡配合使用，被廣泛地應(yīng)用在中、低倍顯微鏡上。在黑白照相時，可采用綠色濾色片減少殘余的軸向色差，獲得對比度好的相片。⒉復(fù)消色差物鏡（Apochromatic）由多組特殊光學(xué)玻璃和熒石制成的高級透鏡組組合而成。將紅、藍、黃光校正了軸向色差，消除了二級光譜，因此像質(zhì)很好，但鏡片多、加工和裝校都較困難。色差的校正在可見光的全部波區(qū)。若加入藍色或黃色濾光片效果更佳。它是顯微鏡中最優(yōu)良的物鏡，對球面差、色差都有較好的校正，適用于高倍放大。但仍需與補償目鏡配合使用，以消除殘余色差。⒊平面消色差物鏡（Planachromatic)采用多鏡片組合的復(fù)雜光學(xué)結(jié)構(gòu)，較好地校正像散和像場彎曲，使整個視場都能顯示清晰，適用于顯微攝影。該物鏡對球差和色差的校正仍限于黃綠波區(qū)，且還存在剩余色差。⒋平面復(fù)消色差物鏡（PF,Planapochromat)除進一步作像場彎曲校正外，其它像差校正程度均與復(fù)消色差物鏡相同，使映像清晰、平坦；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。⒌半復(fù)消色差物鏡（Halfapochromatic)部分鏡片用熒石制成，故又稱熒石物鏡，性能比消色差物鏡好，價格比復(fù)消色差物鏡便宜。校正像差程度介于消色差與復(fù)消色差兩種物鏡之間，但其它光學(xué)性質(zhì)都與后者相近；價格低廉，最好與補償目鏡配合使用。6.特種物鏡所謂特種物鏡就是在上述物鏡的基礎(chǔ)上，專門為達到某些效果而設(shè)計。根據(jù)用途主要有以下幾種：1）相差物鏡（phasecontrastobjective）這種物鏡是相差顯微鏡的專用鏡頭（當(dāng)然也可常規(guī)使用）。特點是在物鏡的后焦點平面處裝有一塊相板，已達到推遲光波的目的。2）帶校正環(huán)物鏡（correctioncollarobjective）在物鏡中裝有環(huán)狀的調(diào)節(jié)環(huán)。當(dāng)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)環(huán)時，可調(diào)節(jié)物鏡內(nèi)的透鏡組（一般為第二和第三組透鏡）之間的距離，從而校正由蓋玻片厚度不標(biāo)準(zhǔn)所引起的覆蓋差。3）帶虹彩光闌物鏡（irisdiaphragmobjective）在物鏡鏡筒內(nèi)的上部裝有虹彩光闌，外方也有可旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)環(huán)，轉(zhuǎn)動時可調(diào)節(jié)光闌孔徑的大小。這種結(jié)構(gòu)是最高級的油浸物鏡。4）無應(yīng)變物鏡（strain-freeobjective）這種物鏡在透鏡組的裝配中克服了應(yīng)力的存在，是專作透射式偏光鏡檢用的物鏡，能達到更佳的偏光鏡檢效果。5）無熒光物鏡（non-fluorescingobjective）是專用于落射式熒光顯微鏡上的物鏡。這種物鏡即使受到很強的激勵光源時也不發(fā)出熒光。6）無蓋片物鏡（nocoverobjective）有些被檢物體，尤其是涂抹制片等，上面不能加用蓋玻片，這樣鏡檢時應(yīng)使用無蓋片物鏡，否則圖像質(zhì)量將明顯下降，在高倍鏡檢時更為顯著。參數(shù)物鏡主要參數(shù)包括：放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑和工作距離。①、放大倍數(shù)是指眼睛看到像的大小與對應(yīng)標(biāo)本大小的比值。它指的是長度的比值而不是面積的比值。例：放大倍數(shù)為100×，指的是長度是1μm的標(biāo)本，放大后像的長度是100μm，要是以面積計算，則放大了10,000倍。顯微鏡的總放大倍數(shù)等于物鏡和目鏡放大倍數(shù)的乘積。②、數(shù)值孔徑也叫鏡口率，簡寫NA或A，是物鏡和聚光器的主要參數(shù)，與顯微鏡的分辨力成正比。干燥物鏡的數(shù)值孔徑為0.05-0.95，油浸物鏡（香柏油）的數(shù)值孔徑為1.25。③、工作距離是指當(dāng)所觀察的標(biāo)本最清楚時物鏡的前端透鏡下面到標(biāo)本的蓋玻片上面的距離。物鏡的工作距離與物鏡的焦距有關(guān)，物鏡的焦距越長，放大倍數(shù)越低，其工作距離越長。例：10倍物鏡上標(biāo)有10/0.25和160/0.17，其中10為物鏡的放大倍數(shù)；0.25為數(shù)值孔徑；160為鏡筒長度（單位mm）；0.17為蓋玻片的標(biāo)準(zhǔn)厚度（單位mm）。10倍物鏡有效工作距離為6.5mm，40倍物鏡有效工作距離為0.48mm。物鏡（objective）是顯微鏡最重要的光學(xué)部件，利用光線使被檢物體第一次成像，因而直接關(guān)系和影響成像的質(zhì)量和各項光學(xué)技術(shù)參數(shù)，是衡量一臺顯微鏡質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)。物鏡的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作精密，由于對象差的校正，金屬的物鏡筒內(nèi)由相隔一定距離并被固定的透鏡組組合而成。物鏡的要求是齊焦合軸。齊焦即在鏡檢時，當(dāng)用某一倍率的物鏡觀察圖像清晰后，在轉(zhuǎn)換另一倍率的物鏡時，其成像亦應(yīng)基本清晰。和軸即上述操作中，像的中心偏離也應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)。齊焦性能的優(yōu)劣和合軸程度的高低是顯微鏡質(zhì)量的一個重要標(biāo)志，它與物鏡本身的質(zhì)量和物鏡轉(zhuǎn)換器的精度有關(guān)。傳統(tǒng)物鏡的種類很多，可從不同的角度分類?，F(xiàn)在分類介紹。

一、按象差校正程度分類物鏡的種類及象差校正程度編號物鏡色差球差場曲

1消色差物鏡紅、藍波區(qū)校正黃、綠波區(qū)校正存在

2\o"復(fù)消色差物鏡"復(fù)消色差物鏡紅、綠、藍波區(qū)校正紅、藍波區(qū)校正存在

3\o"半復(fù)消色差物鏡"半復(fù)消色差物鏡紅、藍波區(qū)校正紅、藍波區(qū)校正存在

4平場物鏡存在存在已校正

5平場消色差物鏡紅、藍波區(qū)校正黃、綠波區(qū)校正已校正

6平場復(fù)消色差物鏡紅、綠、藍波區(qū)校正紅、藍波區(qū)校正已校正物鏡根據(jù)使用條件的不同可分為干燥物鏡和浸液物鏡；其中浸液物鏡又可分為水浸物鏡和\o"油浸物鏡"油浸物鏡（常用放大倍數(shù)為90—100倍）。

根據(jù)放大倍數(shù)的不同可分為\o"低倍物鏡"低倍物鏡（10倍以下）、中倍物鏡（20倍左右）\o"高倍物鏡"高倍物鏡（40—65倍）。根據(jù)像差矯正情況，分為消色差物鏡（常用，能矯正光譜中兩種色光的色差的物鏡）和復(fù)色差物鏡（能矯正光譜中三種色光的色差的物鏡，價格貴，使用少）。

1．消色差物鏡（\o"achromatic"achromaticobjective）：常見物鏡，盡管各廠家的標(biāo)志不完全一樣，但外殼上一般標(biāo)有“ACH”字樣。這類物鏡僅能校正軸上點紅藍光的色差和黃綠光的球差，以及消除近軸點慧差。不能校正其他光的色差和球差，且場曲很大。

2．復(fù)消色差物鏡（Apochromaticobjective）：復(fù)消色差物鏡的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，透鏡采用特種玻璃或螢石等材料制作而成，物鏡的外殼上標(biāo)有“APO”字樣。這種物鏡不僅能校正紅綠藍三色光的色差，同時能校正紅藍二色光的球差。實際上，復(fù)消色差物鏡不僅能校正紅、綠、藍三色光的色差，而且在同一焦點平面上成像，達到消除“剩余色差”（又稱二級色譜）的效果，所以色差的校正實際上等于可見光的全部波區(qū)，但二級色譜的放大率色差仍然存在。當(dāng)其與簡單組合目鏡配用時，這些殘存的色差會使影像邊緣略帶色彩。因此，需要與\o"補償型目鏡"補償型目鏡配合使用。復(fù)消色差物鏡對于光源無任何限制，白光照明也可得到良好的效果。若加入藍色或黃色濾光片效果更佳。由于對各種象差的校正極為完善，比相應(yīng)倍率的消色差物鏡有更大的數(shù)值孔徑，因此不僅分辨率高、圖像質(zhì)量好，而且有更高的有效放大率。復(fù)消色差物鏡的性能很高，適用于高級研究鏡檢和顯微照相。它的景深要比其他物鏡小，價格昂貴。

3．半復(fù)消色差物鏡（SemiApochromaticobjective）：又稱氟石物鏡，物鏡的外殼上標(biāo)有“FL”字樣。在結(jié)構(gòu)上透鏡的數(shù)目比消色差物鏡多、比復(fù)消色差物鏡少。成像質(zhì)量上，遠(yuǎn)比消色差物鏡好，接近于復(fù)消色差物鏡。能校正紅藍二色光的色差和球差?？捎糜跓晒庥^察，是比較高級的物鏡。就象差校正程度而言，半復(fù)消色差物鏡介于消色差與復(fù)消色差物鏡之間，但其他光學(xué)性質(zhì)都與復(fù)消色差物鏡接近。其售價較低，常用來替代復(fù)消色差物鏡，使用時最好與補償型目鏡相配合。

4.平場物鏡（Planobjective）：平場物鏡一般標(biāo)有“PLAN”字樣。在物鏡的透鏡系統(tǒng)中增加了一塊半月形的厚透鏡，以達到校正場曲的目的。平場物鏡的視場平坦，更適于鏡檢和顯微照相。

5.平場消色差物鏡（PlanAchromaticobjective）：平場消色差物鏡常標(biāo)有“A-PLAN”字樣。是在紅藍色差校正的基礎(chǔ)上，對場曲作了進一步校正，因此圖像平直，使視野邊緣與中心能同時清晰成像。消色差物鏡、平場消色差物鏡的色差校正為紅藍兩個波區(qū)，球差校正僅為黃綠兩個波區(qū)，仍然存在其他波區(qū)的色差和球差。但一般低倍放大時影響不大。鑒于其黃綠波區(qū)校正較佳，宜使用黃綠光作為照明光源，或加紅色濾光片。

6.平場復(fù)消色差物鏡（PlanApochromaticobjective）：平場復(fù)消色差物鏡除進一步做場曲的校正外，其他象差校正程度與復(fù)消色物鏡相同。使用復(fù)消色差物鏡成像的平坦程度不如消色差物鏡，而平場復(fù)消色差物鏡可使映像清晰、平坦、進一步提高成像質(zhì)量。另外，還有平場半復(fù)消色差物鏡（PlanSemiApochromaticobjective）、超平場物鏡（外殼標(biāo)有“SPLAN”）、超平場復(fù)消色差物鏡（外殼標(biāo)有“SPLANAPO”）、\o"消象散"消象散物鏡（Anastigmaticobjective）等。

按功能分類

1.相差物鏡（PhaseContrastobjective）：一般帶有“PH”標(biāo)志，字體用綠色。這種物鏡是相差（相襯）鏡檢術(shù)的專用物鏡，其特點是在物鏡的后焦平面處裝有相位板。用來觀察無色透明的標(biāo)本或活細(xì)胞，倒置顯微鏡上使用廣泛。

2.DIC物鏡：一般要求半復(fù)消色差或復(fù)消色差物鏡，用于DIC鏡檢觀察無色樣品或細(xì)胞，圖像呈現(xiàn)立體感。

3.HMC物鏡：標(biāo)有“HMC”標(biāo)志，一種類似于相差物鏡的物鏡。觀察效果有立體感。用于霍夫曼觀察，但不能用于熒光觀察。

4.偏光物鏡：一般標(biāo)有“POL”字樣，這種物鏡裝配了克服應(yīng)力設(shè)備，是專做偏光觀察的物鏡。

5.熒光物鏡：這種物鏡的熒光透過率非常高，物鏡用于對離子位移進行定性和定量的分析以及用于特別關(guān)鍵的熒光技術(shù)（如人類染色體的研究以及細(xì)胞遺傳學(xué)）。這類物鏡的突出特點是它們對340nm起的波長有特別高的數(shù)值孔徑和高傳輸率（340nm時約為70%?。Ｒ晥銎街弊憧梢允褂肅CD照相。

6.TIRF專用物鏡：要求數(shù)值孔徑大，NA一般為1.45~1.65。如尼康公司的APOTIRF60×/100×1.49物鏡。

7.多功能物鏡：有的廠家生產(chǎn)一些多功能物鏡，可以同時做相差、DIC、熒光等觀察。例如奧林巴斯的UPLANFLN（萬能平場半復(fù)消色差）物鏡和蔡司的ECPLAN–NEOFLUAR（高襯度平場新熒光）系列物鏡。

特殊物鏡分類特殊物鏡主要有以下幾種：

1.\o"帶校正環(huán)物鏡"帶校正環(huán)物鏡（CorrectionCollarobjective）：在物鏡中部裝有環(huán)狀的調(diào)節(jié)環(huán)，當(dāng)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)環(huán)時，可調(diào)節(jié)物鏡內(nèi)透鏡組之間的距離，從而校正由蓋玻片厚度不標(biāo)準(zhǔn)引起的\o"覆蓋差"覆蓋差。物鏡外殼的調(diào)節(jié)環(huán)上標(biāo)有數(shù)字“11~23”，表明可校正蓋玻片0.11~0.23mm厚度之間的誤差。

2.\o"帶虹彩光闌的物鏡"帶虹彩光闌的物鏡（IrisDiaphragmobjective）：在物鏡鏡筒內(nèi)的上部裝有虹彩光闌，外方也有可旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)環(huán)，轉(zhuǎn)動時可調(diào)節(jié)\o"光闌孔徑"光闌孔徑的大小。這種結(jié)構(gòu)的物鏡是高級的油浸物鏡，常用于暗視野觀察，在暗視野鏡檢時，往往由于某些原因而使照明光線進入物鏡，使視場背景不夠黑暗，造成鏡檢質(zhì)量的下降。這時調(diào)節(jié)光闌的大小，使背景變黑、被檢物體更明亮，增強鏡檢效果。

3.\o"無罩物鏡"無罩物鏡（NoCoverobjective）：有些被檢物體，如涂抹制片等，上面不能加用蓋玻片，在鏡檢時應(yīng)使用無罩物鏡。否則圖像質(zhì)量將明顯下降，特別是在高倍鏡檢時更為明顯。這種物鏡的外殼上常標(biāo)刻“NC”，同時在標(biāo)記蓋玻片厚度的位置上沒有“0.17”的字樣，而標(biāo)刻著“0”。

其他分類方法

1.按工作距離分類（1）普通物鏡：工作距離小，可以觀察切片，但不能觀察培養(yǎng)皿。（2）\o"長工作距離物鏡"長工作距離物鏡（LongWorkingDistanceobjective）：一般有“LD”標(biāo)志，是倒置顯微鏡的專用物鏡，它是為了滿足組織培養(yǎng)、懸