奧林巴斯顯微鏡物鏡

奧林巴斯顯微鏡物鏡

奧林巴斯顯微鏡物鏡

奧林巴斯顯微鏡物鏡

光學(xué)顯微鏡中最重要的組成部分，因?yàn)樗鼈兪秦?fù)責(zé)初級(jí)圖像形成和在確定所述顯微鏡能夠產(chǎn)生的圖像的質(zhì)量方面發(fā)揮中心作用。 物鏡也是確定特定樣本的放大倍率和下細(xì)標(biāo)本細(xì)節(jié)可以在顯微鏡觀察分辨率工具。

物鏡是光學(xué)顯微鏡的最困難的組件設(shè)計(jì)和組裝，并且是光遇到，因?yàn)樗鼜臋z體到像平面進(jìn)入的個(gè)組件。物鏡從一個(gè)事實(shí)，即它們獲得他們名，由接近度，被成像最接近分量的對(duì)象 （檢體）。

主要的顯微鏡制造商提供范圍廣泛的物鏡設(shè)計(jì)，該產(chǎn)品采用的光照條件很寬譜下優(yōu)異的光學(xué)特性和初級(jí)光學(xué)像差提供不同程度的修正的。 在圖1所示的物鏡是一個(gè)250倍工作距離長(zhǎng)復(fù)消色差透鏡，它包含被膠合在一起為三組透鏡雙峰，透鏡三重峰組，和三個(gè)獨(dú)立的內(nèi)部單元素透鏡14的光學(xué)元件。 物鏡還具有一個(gè)半球形前透鏡和彎月第二透鏡，其工作同步，以協(xié)助在高數(shù)值孔徑具有最小球面象差的捕獲光線(xiàn)。 盡管不存在于該物鏡，類(lèi)似的設(shè)計(jì)的許多高倍率物鏡配備有保護(hù)從碰撞損壞前透鏡元件和所述檢體的彈簧加載伸縮鼻錐組件。內(nèi)部透鏡元件仔細(xì)取向和致密成由物鏡鏡筒包封的管狀黃銅外殼。 特定物鏡的參數(shù)，如數(shù)值孔徑，倍率，光學(xué)管的長(zhǎng)度，像差校正的程度，和其它重要特性印跡或刻在筒的外部部分。 雖然在圖1中功能的物鏡旨在控制利用空氣作為物鏡前透鏡和標(biāo)本之間的成像介質(zhì)，其它的物鏡有前透鏡元件允許它們被浸漬在水，甘油，或一個(gè)專(zhuān)門(mén)的烴基油。

現(xiàn)代的物鏡，組成了無(wú)數(shù)內(nèi)部玻璃鏡片元件，均達(dá)到質(zhì)量和性能的高境界，具有修正為程度像差和場(chǎng)的平整度確定一個(gè)物鏡的有用性和成本。 用于制造物鏡建筑技術(shù)和材料在過(guò)去的100年中有很大提高。 現(xiàn)在，物鏡是設(shè)計(jì)為使用具有高度特異性的折射率均勻成分和質(zhì)量的先進(jìn)的稀土元素的玻璃配方計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)的協(xié)助。 正在使用這些先進(jìn)的技術(shù)，展示了增強(qiáng)的性能使得制造商能夠生產(chǎn)出在分散很低，校正最常見(jiàn)的光學(xué)工件，例如彗差，像散，幾何失真，場(chǎng)曲，球差和色差的物鏡。 不僅是現(xiàn)在校正像差更在更廣泛的領(lǐng)域顯微鏡物鏡，但是圖像耀斑已經(jīng)與透光大幅增加已大大減少，產(chǎn)生了顯著的是明亮，銳利，清晰的圖像。

物鏡的三個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)特點(diǎn)設(shè)置在顯微鏡的最終分辨率極限。 這些包括用于照亮試樣的光的波長(zhǎng)，由物鏡所捕獲的光錐的角孔，并在物鏡的前透鏡和標(biāo)本之間的對(duì)象空間的折射率。 為受衍射限制的光學(xué)顯微鏡的分辨率可被描述為兩個(gè)緊密間隔開(kāi)的樣本點(diǎn)之間的最小可檢測(cè)的距離：

其中R是間隔距離，λ是照射波長(zhǎng)，n是所述成像介質(zhì)的折射率，θ是物鏡的孔徑角的一半。 在檢查方程，很明顯的，分辨率是成正比的照明波長(zhǎng)。 人眼響應(yīng)400和700納米之間的波長(zhǎng)區(qū)域，其表示被用于大多數(shù)顯微鏡觀察的可見(jiàn)光光譜。 分辨率也取決于成像介質(zhì)和物鏡孔徑角的折射率。 物鏡旨在圖像標(biāo)本或者與空氣或前透鏡和試樣之間更高的折射率的介質(zhì)。 視場(chǎng)往往是相當(dāng)有限的，并且物鏡的前透鏡元件被放置在靠近與它必須位于光學(xué)接觸的樣品。 當(dāng)浸油代替空氣作為成像介質(zhì)獲得由大約1.5倍于分辨率A的增益。

在確定物鏡的分辨率的最后，但也許最重要的是，因素是孔徑角，其具有約72度的實(shí)用上限（具有0.95的正弦值）。 當(dāng)與折射率相結(jié)合，該產(chǎn)品：

被稱(chēng)為數(shù)值孔徑（簡(jiǎn)稱(chēng)NA），并且提供了分辨率為任何特定的物鏡的一個(gè)方便的指示器。 數(shù)值孔徑通常是最重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（比光學(xué)校正等）選擇一個(gè)顯微鏡物鏡時(shí)要考慮的。 值的范圍從0.1非常低倍率的物鏡（1倍至4倍），以高達(dá)1.6利用專(zhuān)門(mén)的浸泡油高性能的物鏡。 作為數(shù)值孔徑值增加了一系列的相同的放大倍率的物鏡，我們通常觀察更大的聚光能力和分辨率增加。 該顯微鏡應(yīng)慎重選擇物鏡放大倍率，這樣一來(lái)，在情況下，這只是解決細(xì)節(jié)應(yīng)充分?jǐn)U大與舒適的觀看，但不能向空的放大倍率妨礙精標(biāo)本細(xì)節(jié)的觀察點(diǎn)。

只是作為照明的在顯微鏡的亮度是由聚光鏡的工作數(shù)值孔徑的平方管轄，由物鏡產(chǎn)生的圖像的亮度是由它的數(shù)值孔徑的平方確定。 此外，物鏡放大倍數(shù)也起著決定圖像的亮度，這是成反比的橫向放大率的平方的作用。 當(dāng)與傳輸照明用的數(shù)值孔徑/放大比的平方表示物鏡的聚光能力。 由于高數(shù)值孔徑的物鏡往往是更好的了像差校正，他們還收集更多的光線(xiàn)，并產(chǎn)生更明亮，更校正的圖像的高度解決。 應(yīng)當(dāng)注意的是，圖像的亮度急劇減小作為放大率增大。 在光平是一個(gè)限制因素的情況下，選擇具有數(shù)值孔徑的物鏡，但具有能夠產(chǎn)生足夠的分辨率的倍率。

的（和最常見(jiàn)的）物鏡，在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室顯微鏡的使用，是消色差物鏡。 ，其被帶入一個(gè)單一的共同焦點(diǎn);這些物鏡在兩個(gè)波長(zhǎng)（約486和656毫微米，分別藍(lán)色和紅色），校正軸向色差。 此外，消色差物鏡是在顏色為綠色球面像差校正（546納米;見(jiàn)表1）。 的消色差物鏡有限的修正可能導(dǎo)致重大的工件時(shí)，進(jìn)行檢查，并與色彩顯微鏡和顯微攝影成像標(biāo)本。 如果焦點(diǎn)在光譜的綠色區(qū)域選擇，圖像將具有紅品紅鹵代（通常稱(chēng)為殘留色 ）。 消色差物鏡產(chǎn)生了的結(jié)果通過(guò)一個(gè)綠色過(guò)濾器光（通常是干擾過(guò)濾器 ），并使用時(shí)，這些物鏡被用于顯微攝影黑白膠片。 缺乏校正場(chǎng)（或平整的場(chǎng)曲 ），進(jìn)一步阻礙了消色差物鏡。 在過(guò)去的幾年中，大多數(shù)廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始提供的消色差物鏡平場(chǎng)改正，并給予這些修正物鏡平場(chǎng)復(fù)消色差的名稱(chēng)。

校正和成本的下一個(gè)更別的物鏡稱(chēng)為螢石 或半復(fù)消色差（圖2中由中心的物鏡所示），命名為螢石礦產(chǎn)，它最初是在其結(jié)構(gòu)中使用發(fā)現(xiàn)。 圖2描繪的物鏡的三大類(lèi)：與校正量最少的消色差透鏡，如上所述; 具有附加的球面校正的螢石（或半復(fù)消色差）; 并且，可用的度校正的物鏡的復(fù)消色差。 定位在最左邊的圖2中的物鏡是10倍的消色差，它包含兩個(gè)內(nèi)部透鏡雙峰和前透鏡元件。 在圖2中的中央示出為具有幾個(gè)透鏡組包括兩個(gè)雙峰和三峰，除了半球形前透鏡和次級(jí)彎月形透鏡10倍的螢石的物鏡。 在圖2中的右邊是一個(gè)10倍的復(fù)消色差透鏡的物鏡還包含多個(gè)透鏡組和單元素。 盡管在結(jié)構(gòu)上螢石物鏡相似時(shí)，透鏡具有不同的曲率和厚度，以及被安排在一個(gè)配置中是的復(fù)消色差透鏡的物鏡。

物鏡校正的光學(xué)像差

表格1

在物鏡的組裝，鏡頭首先從戰(zhàn)略隔開(kāi)并搭接就位細(xì)胞的坐騎，然后打包成內(nèi)部安裝在物鏡內(nèi)桶中央套筒缸。個(gè)別透鏡落座黃銅肩與在一個(gè)精確車(chē)床夾頭透鏡紡絲裝入，隨后用金屬的薄輪緣用于鎖定透鏡（或透鏡組）到位拋光。 球面像差是通過(guò)選擇的一組間隔件的下兩個(gè)透鏡支架（半球形和彎月透鏡）之間，以適應(yīng)校正。 我們的物鏡是通過(guò)作出向上或向下平移與鎖螺母，使裝在多個(gè)消防水槍的物鏡可以在不失去焦點(diǎn)互換套筒內(nèi)的整個(gè)鏡頭群齊焦。 調(diào)整為昏迷與可以?xún)?yōu)化內(nèi)部透鏡組的位置相對(duì)于所述物鏡的光軸三個(gè)定螺釘來(lái)完成的。

螢石物鏡是從包含的材料，如螢石或更新的合成替代品先進(jìn)的玻璃配方生產(chǎn)。 這些新制劑允許大大改善的光學(xué)像差的校正。 類(lèi)似消色差透鏡，螢石物鏡也色校正的紅色和藍(lán)色的光。 此外，螢石也球面校正兩種或三種顏色，而不是一個(gè)單一的顏色，因?yàn)槭窍钔哥R。 螢石物鏡的優(yōu)良的校正相比消色差透鏡使這些物鏡與一個(gè)更高制成的數(shù)值孔徑 ，從而產(chǎn)生明亮的圖像。 螢石的物鏡也比消色差透鏡更好的解析力和提供更高程度的對(duì)比度，使它們比消色差透鏡在白光彩色攝影更適合。

校正（和費(fèi)用）的水平， 復(fù)消色差物鏡被發(fā)現(xiàn)，在圖2和圖3所示復(fù)消色差代表度校正的顯微鏡鏡頭目前已經(jīng)上市，并且他們的高價(jià)格反映了精巧的設(shè)計(jì)，并在其制造需要仔細(xì)組裝。 在圖3中，我們比較了一系列的復(fù)消色差的物鏡范圍從10倍放大倍率到100倍的透鏡元件。 較低倍率復(fù)消色差透鏡的物鏡（10倍和20倍）有較長(zhǎng)的工作距離和總的物鏡長(zhǎng)度比更高的倍率（40倍和100倍）復(fù)消色差透鏡的物鏡短。 傳統(tǒng)上，復(fù)消色差被色校正三種顏色（紅，綠，藍(lán)），幾乎消除色差，以及用于兩個(gè)或三個(gè)波長(zhǎng)（見(jiàn)表1）的球形校正。 復(fù)消色差的物鏡是在白光彩色攝影的選擇。 因?yàn)樗鼈兊母唠娖叫Ｕ?，?fù)消色差透鏡的物鏡通常有，對(duì)于一個(gè)給定的放大率，更高的數(shù)值孔徑比做消色差透鏡或螢石。 許多較新的高性能的螢石和復(fù)消色差透鏡的物鏡校正四（深藍(lán)，藍(lán)色，綠色和紅色）或更多種顏和四色球面。

所有這三種類(lèi)型的物鏡從彎曲，而不是平顯像場(chǎng)彎曲和項(xiàng)目圖像，與更高的放大倍率增加嚴(yán)重性工件受到影響。 為了克服曲面透鏡表面所產(chǎn)生的這種固有的條件下，光學(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了平場(chǎng)校正的物鏡，這產(chǎn)生了在整個(gè)視場(chǎng)共同關(guān)注的焦點(diǎn)圖像。 有平場(chǎng)校正和低失真的物鏡被稱(chēng)為平場(chǎng)消色差，平場(chǎng)螢石或平場(chǎng)復(fù)消色差透鏡，取決于其殘余像差的程度。 這樣的修正，雖然價(jià)格不菲，是數(shù)字成像和常規(guī)顯微攝影非常有價(jià)值。

未校正的場(chǎng)曲是發(fā)生在螢石（半復(fù)消色差透鏡）和復(fù)消色差透鏡物鏡的最嚴(yán)重的光學(xué)象差，它被容忍作為多年不可避免的工件。 在日常使用中，視場(chǎng)就必須到中心，并捕獲所有樣品的細(xì)節(jié)邊緣之間不斷重新聚焦。 為物鏡引進(jìn)平場(chǎng)（圖）修正完善自己的顯微攝影和視頻顯微鏡的使用，今天這些修正都是在這兩個(gè)一般用途和高性能的物鏡標(biāo)準(zhǔn)。 校正場(chǎng)曲增加，如圖4所示用一個(gè)簡(jiǎn)單的消色差相當(dāng)數(shù)量的透鏡元件到物鏡。 關(guān)于圖4中的左側(cè)的未校正的消色差透鏡包含兩個(gè)透鏡雙峰 ，除了簡(jiǎn)單的薄透鏡前元件。 與此相反，在圖4右側(cè)的校正平場(chǎng)消色差透鏡包含三個(gè)透鏡雙峰，中央透鏡三重峰組，以及位于半球形前透鏡后面的彎月形透鏡。 平場(chǎng)校正，在這種情況下，導(dǎo)致了除了捆綁成更復(fù)雜的透鏡分組，這極大地提高了物鏡的光學(xué)復(fù)雜六個(gè)透鏡元件。在平場(chǎng)校正鏡片的顯著上升也會(huì)發(fā)生螢石復(fù)消色差透鏡的物鏡，往往造成鏡片（見(jiàn)圖1）內(nèi)部物鏡套筒內(nèi)的一個(gè)非常緊密的配合。 在一般情況下，場(chǎng)曲校正平場(chǎng)物鏡犧牲相當(dāng)大的自由工作距離，許多高倍率的版本具有凹入前透鏡，其可以是非常困難的清潔和維護(hù)。

較早的物鏡通常具有較低的數(shù)值孔徑，并受到失常稱(chēng)為倍率色差 ，需要通過(guò)使用特殊設(shè)計(jì)的校正補(bǔ)償目鏡或目鏡。 這種類(lèi)型的校正是固定管長(zhǎng)度顯微鏡統(tǒng)治時(shí)期盛行，但并非必須有現(xiàn)代化的無(wú)限遠(yuǎn)校正物鏡和顯微鏡。 近年來(lái)，現(xiàn)代顯微鏡物鏡有其用于放大或者內(nèi)置于物鏡本身（的色差校正奧林巴斯或在管透鏡（ 萊卡和蔡司 ）校正和尼康 ）。

在無(wú)限遠(yuǎn)校正系統(tǒng)的中間圖像出現(xiàn)在基準(zhǔn)焦距 （前身，光管長(zhǎng)度）在光路管鏡頭后面。 此長(zhǎng)度變化毫米160和250之間，這取決于由生產(chǎn)商征收的設(shè)計(jì)約束。 一個(gè)無(wú)限遠(yuǎn)校正物鏡的倍率被由物鏡的焦距除以基準(zhǔn)焦距計(jì)算。

在大多數(shù)生物和巖相的應(yīng)用中，蓋玻璃被用在安裝試樣，既保護(hù)了檢體的完整性，并觀察提供清晰的窗口。玻璃蓋的作用是會(huì)聚從在試樣各點(diǎn)始發(fā)的光錐，還引入了必須通過(guò)物鏡來(lái)校正色差和球面像差（和對(duì)比結(jié)果損失）。 到光線(xiàn)被會(huì)聚的程度由折射率，色散，和蓋玻片的厚度來(lái)確定。 雖然折射率應(yīng)該是分批的玻璃罩內(nèi)相對(duì)恒定，厚度可0.13和0.22毫米之間變化。 另一個(gè)問(wèn)題是出在潮濕或厚厚的安裝準(zhǔn)備樣品和蓋玻片之間的水溶劑或多余的安裝介質(zhì)。 例如，在生理鹽水中，其折射率不同于蓋玻片顯著不同，物鏡必須集中通過(guò)的水只有幾微米厚的層，導(dǎo)致顯著畸變和點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的偏差即不再對(duì)稱(chēng)上述和焦平面的下方。 這些因素增加的折射率和蓋玻片厚度的有效變化和非常困難的顯微鏡來(lái)控制。

物鏡的前透鏡和標(biāo)本蓋玻片之間的成像介質(zhì)也相對(duì)于校正在物鏡透鏡元件的設(shè)計(jì)的球面像差和彗差非常重要。 低倍率的物鏡具有相對(duì)低的數(shù)值孔徑，并且設(shè)計(jì)用于干只有空氣作為物鏡前透鏡和蓋玻璃之間的成像介質(zhì)。 與空氣可獲得的理論數(shù)值孔徑為1.0，但在實(shí)踐中，實(shí)際上不可能生產(chǎn)出干物鏡與0.95以上的數(shù)值孔徑。 蓋玻璃厚度變化的影響是忽略不計(jì)的用于具有數(shù)值孔徑小于0.4干的物鏡，但是，這種偏差在數(shù)值孔徑變?yōu)轱@著超過(guò)0.65，其中波動(dòng)小到0.01毫米可以引入球面象差。 這對(duì)大倍率復(fù)消色差，必須以空氣使用非常短的工作距離和包含球差的校正傾向于使其難以得到清晰的圖像的問(wèn)題。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，許多高性能復(fù)消色差透鏡干物鏡配有校正套環(huán) ，其允許調(diào)整通過(guò)校正在護(hù)罩玻璃的厚度變化來(lái)校正球面像差（見(jiàn)圖5）。 球面像差的光學(xué)矯正是由旋轉(zhuǎn)軸環(huán)，這將導(dǎo)致兩個(gè)物鏡中的透鏡元件組的移動(dòng)或更靠近或更遠(yuǎn)制備。 左側(cè)圖5中已調(diào)整通過(guò)使可調(diào)透鏡元件非常接近0.20毫米的玻璃蓋厚度的校正衣領(lǐng)的物鏡。 與此相反，在圖5右側(cè)的物鏡具有由一個(gè)相當(dāng)大的距離分隔開(kāi)，以補(bǔ)償非常薄蓋玻璃（0.13 MM）可調(diào)透鏡元件。 大多數(shù)的設(shè)計(jì)為直立的透射光鏡矯正項(xiàng)圈物鏡有0.10 0.23毫米之間蓋玻片厚度變化的調(diào)整范圍。許多設(shè)計(jì)用于觀察組織培養(yǎng)標(biāo)本用倒置顯微鏡專(zhuān)門(mén)相襯物鏡具有0至2毫米的更廣闊的補(bǔ)償范圍。 這允許通過(guò)大多數(shù)培養(yǎng)容器，它經(jīng)常在這個(gè)尺寸范圍內(nèi)戲劇性厚度波動(dòng)的底部觀看的標(biāo)本。 揭露的標(biāo)本，如血涂片，也可以與校正衣領(lǐng)物鏡觀察時(shí)的調(diào)整設(shè)定為0到占該缺少的蓋玻璃。

缺乏校正領(lǐng)高數(shù)值孔徑干物鏡常常產(chǎn)生劣于較低數(shù)值孔徑物鏡，其中蓋玻璃厚度小于關(guān)注的圖像。 出于這個(gè)原因，它通常是謹(jǐn)慎選擇較低的倍率（與數(shù)值孔徑）物鏡，以獲得不受玻璃蓋波動(dòng)引入所附工件優(yōu)良的對(duì)比度。 作為一個(gè)例子，具有0.65的數(shù)值孔徑的40倍的物鏡可能是能夠以比60X-0.85數(shù)值孔徑物鏡清晰對(duì)比度和清晰度，以產(chǎn)生更好的圖像，即使高倍率物鏡的分辨能力在理論上是更大的。

對(duì)于蓋玻片的標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.17毫米，它被為一個(gè)數(shù)1.5護(hù)罩玻璃。 不幸的是，并非所有的1.5蓋玻片的制造，這種緊密公差（它們的范圍從0.16至0.19毫米），有許多樣本讓他們和玻璃蓋之間的媒體。 補(bǔ)償蓋玻璃厚度可通過(guò)調(diào)節(jié)顯微鏡的機(jī)械管長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者（如先前討論的）通過(guò)除了改變物鏡筒內(nèi)關(guān)鍵要素之間的間距專(zhuān)門(mén)校正環(huán)的利用率。 校正衣領(lǐng)被利用來(lái)調(diào)整這些細(xì)微的差別，以確保的物鏡表現(xiàn)。 與校正環(huán)物鏡的合理利用要求的顯微鏡是經(jīng)驗(yàn)豐富，并提醒足夠重置使用適當(dāng)?shù)膱D像標(biāo)準(zhǔn)的衣領(lǐng)。 在大多數(shù)情況下，焦點(diǎn)可能移位和校正環(huán)的調(diào)整過(guò)程中的圖像可能漂移。 使用下面列出的步驟作出一個(gè)物鏡的修正領(lǐng)小的增量調(diào)整，同時(shí)觀察標(biāo)本圖像中的變化。

• 這樣的物鏡每桶指示標(biāo)記刻領(lǐng)外殼上0.17毫米刻度標(biāo)記重合校正衣領(lǐng)的位置。

• 在舞臺(tái)上放置一個(gè)標(biāo)本聚焦顯微鏡上的一個(gè)小樣本的特征。

• 旋轉(zhuǎn)校正衣領(lǐng)非常輕微和重新聚焦的物鏡，以確定該圖像具有改善或退化。 由于大多數(shù)標(biāo)本準(zhǔn)備從玻璃蓋遭受/媒體三明治太厚的事實(shí)，試圖通過(guò)較大的補(bǔ)償值（0.18-0.23）先啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

• 重復(fù)上述步驟，以確定是否圖像改善或降低作為校正領(lǐng)子打開(kāi)在一個(gè)方向。

• 如果圖像已劣化，遵循相同的步驟并旋轉(zhuǎn)在相反的方向（朝向下的值）的修正衣領(lǐng)找到提供分辨率和對(duì)比度的位置。

物鏡的數(shù)值孔徑可以顯著提高設(shè)計(jì)的物鏡是用液浸介質(zhì)中使用，例如油，甘油，或水。 通過(guò)使用液浸介質(zhì)具有類(lèi)似于玻璃蓋玻片，圖像劣化的，由于護(hù)罩玻璃的厚度變化的折射率幾乎消除，由此寬傾角的光線(xiàn)不再經(jīng)歷折射和更容易通過(guò)物鏡掌握。 典型浸沒(méi)油具有類(lèi)似于玻璃蓋玻片的1.51的折射率和分散。 光線(xiàn)穿過(guò)樣品遇到蓋玻片和浸油之間的均勻介質(zhì)和當(dāng)他們進(jìn)入透鏡沒(méi)有折射，而是只有當(dāng)他們離開(kāi)其上表面上。 因此，如果樣品被放置在消球差點(diǎn)（在焦點(diǎn)和外地的中心）的物鏡的，通過(guò)透鏡系統(tǒng)的這一部分成像是完全自由的球面像差。

一個(gè)實(shí)用的油浸物鏡的總體設(shè)計(jì)包括半球形前透鏡元件，接著是正彎月形透鏡和一個(gè)雙峰透鏡組。 示于圖6是出現(xiàn)在一個(gè)典型的復(fù)消色差油浸物鏡的前兩個(gè)透鏡元件的等光程折射。 試樣夾在顯微鏡載玻片和蓋玻璃在點(diǎn)P，所述半球形透鏡元件的等光程點(diǎn)之間。 在半球形透鏡的后側(cè)折射的光線(xiàn)似乎從點(diǎn)P（1），這也是曲率為彎月形透鏡的表面的中心進(jìn)行。 折射光線(xiàn)進(jìn)入凹凸透鏡沿著其表面的半徑，并在該表面經(jīng)歷無(wú)折射。 在彎液面鏡片的后表面上，光線(xiàn)被aplanatically折射，因此它們出現(xiàn)從點(diǎn)P（2）發(fā)散。 在后續(xù)的透鏡組在物鏡表面上的光線(xiàn)的折射完成的從點(diǎn)P始發(fā)，從而形成中間圖像的光線(xiàn)會(huì)聚。

適當(dāng)設(shè)計(jì)的油浸物鏡透鏡也是正確對(duì)于由前兩個(gè)透鏡元件引入色差的缺陷，同時(shí)引入球面像差的最小量。 該光錐中的球面像差的控制進(jìn)入透鏡元件助劑之前部分地會(huì)聚的事實(shí)。 應(yīng)當(dāng)注意的是，采用一種油浸物鏡而不蓋玻片并在缺陷圖像透鏡元件結(jié)果之間的應(yīng)用的油。 這是由于發(fā)生在該前透鏡，它引入了不能由物鏡中的后續(xù)透鏡組件來(lái)校正球面像差的表面折射。

如果使用了錯(cuò)誤的浸沒(méi)流體的浸油物鏡的優(yōu)點(diǎn)嚴(yán)重?fù)p害。 顯微鏡制造商生產(chǎn)的物鏡與嚴(yán)格的公差折射率和色散，這需要在放置玻璃蓋和物鏡鏡頭前端之間的液體匹配值。 是采用只由物鏡制造商規(guī)定的油，并且不制造商之間的混合浸泡油，以避免不愉快的工件，如結(jié)晶或相分離。

使用水和/或甘油作為成像介質(zhì)的物鏡，也可用于在培養(yǎng)的活細(xì)胞或浸漬于生理鹽水溶液的組織切片的應(yīng)用程序。 平場(chǎng)復(fù)消色差透鏡水浸泡的鏡頭都配備了矯正項(xiàng)圈和數(shù)值孔徑可達(dá)1.2，比油浸同行略顯不足。 這些物鏡使顯微鏡聚焦通過(guò)水介質(zhì)可達(dá)200微米，仍然保留優(yōu)良的光學(xué)矯正。 缺點(diǎn)是，高數(shù)值孔徑水浸泡鏡片往往花費(fèi)數(shù)千美元，當(dāng)物鏡是通過(guò)折射的組織或細(xì)胞的部分深深聚焦影像仍可降低。

有豐富的刻在物鏡桶，因?yàn)樵谖覀兊牟糠钟懻摰男畔?/span>規(guī)范和識(shí)別物鏡。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，每一個(gè)物鏡已經(jīng)刻有放大倍數(shù)（如：10倍，20倍或40倍等）; 管長(zhǎng)度其物鏡是為了給它的圖像（通常為160毫米或希臘的無(wú)窮大符號(hào)）; 和護(hù)罩玻璃的保護(hù)樣本的厚度，這是假定具有在校正球面像差（通常0.17毫米）由設(shè)計(jì)為恒定值。 如果物鏡是設(shè)計(jì)與它和標(biāo)本之間一滴油來(lái)操作，物鏡上會(huì)刻O(píng)IL或OEL或HI（同質(zhì)浸泡）。 在后面這些名稱(chēng)不刻在物鏡的情況下，物鏡是指物鏡和試樣的部分之間使用干，用空氣。 物鏡也總是隨身攜帶的數(shù)值孔徑（NA）值雕刻。 這可能會(huì)從0.04為低功耗的物鏡各不相同，以1.3或1.4的高倍率油浸復(fù)消色差的物鏡。 如果物鏡不攜帶更高的修正標(biāo)識(shí)，可以通常認(rèn)為它是一個(gè)消色差物鏡。 更高度校正的物鏡有銘文如刻在桶，這是放大的量度復(fù)消色差透鏡或載脂蛋白，平場(chǎng)，F(xiàn)L，氟等舊版物鏡通常具有的焦距（透鏡至圖像距離）。 在現(xiàn)代顯微鏡，物鏡被設(shè)計(jì)用于特定的光管長(zhǎng)度，所以包括在筒的焦距和放大率變得有些多余。

表2列出了工作距離和數(shù)值孔徑倍率物鏡的四種最常見(jiàn)的類(lèi)的功能：消色差透鏡，平場(chǎng)消色差，平場(chǎng)螢石和平場(chǎng)復(fù)消色差透鏡。 需要注意的是干的物鏡都具有設(shè)計(jì)用于液浸介質(zhì)小于1.0和僅物鏡數(shù)值孔徑值具有一個(gè)數(shù)值孔徑超過(guò)此值。

物鏡放大倍率規(guī)格

表2

當(dāng)制造商的匹配的物鏡，例如，不同放大倍率（在表2中列出的物鏡的單一子集）的所有消色差物鏡，一套安裝在鼻形件，它們通常設(shè)計(jì)成一個(gè)圖像投射到大致相同的平面中的身體管。 因此，通過(guò)旋轉(zhuǎn)物鏡轉(zhuǎn)換器改變物鏡，通常只需要很少使用微調(diào)旋鈕重新建立大家關(guān)注的焦點(diǎn)。 這樣一組的物鏡被描述為齊焦，有用的方便和安全的功能。 的物鏡匹配集也設(shè)計(jì)成parcentric，以便在視為一個(gè)物鏡遺體領(lǐng)域?yàn)橹行牡臋z體為中心時(shí)，噴嘴被轉(zhuǎn)動(dòng)以使另一個(gè)物鏡使用。

多年來(lái)，專(zhuān)為大多數(shù)廠(chǎng)商生物學(xué)應(yīng)用物鏡都符合齊焦距離的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 因此，大多數(shù)的物鏡具有45.0毫米的齊焦距離和被認(rèn)為是可互換的。 與遷移到無(wú)限遠(yuǎn)校正管的長(zhǎng)度，一組新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)來(lái)校正在物鏡和管透鏡的像差。 耦合到用于更大的靈活性的需求增加，以適應(yīng)越來(lái)越大的工作具有較高的數(shù)值孔徑和視野大小的距離的需要，來(lái)自不同制造商的物鏡之間互換性消失。 這種轉(zhuǎn)變是由擁有“無(wú)鉻”的物鏡，管鏡頭和目鏡現(xiàn)代尼康CFI-60光學(xué)系統(tǒng)例證。 在CFI60系統(tǒng)中的每個(gè)組件不用于實(shí)現(xiàn)校正另一個(gè)的存在單獨(dú)校正。 管長(zhǎng)是使用管透鏡設(shè)置為無(wú)窮大（平行光路），以及齊焦距離已經(jīng)增加到60毫米。 即使物鏡安裝螺紋尺寸已經(jīng)從20.32到25毫米改變以滿(mǎn)足的光學(xué)系統(tǒng)的新的要求。

在光學(xué)顯微鏡的視場(chǎng)直徑由場(chǎng)的視圖數(shù)目或僅僅視野號(hào) ，它是用毫米表示，并在中間像平面測(cè)量的視場(chǎng)的直徑來(lái)表示。 在對(duì)象（檢體）面的場(chǎng)直徑變成由物鏡的倍率除以場(chǎng)號(hào)。 雖然場(chǎng)數(shù)往往是由目鏡（目鏡）視場(chǎng)光闌的放大率和直徑的限制，顯然也由物鏡的設(shè)計(jì)所施加的限制。 在早期的顯微鏡物鏡，可用場(chǎng)直徑被限制在約18毫米（或?qū)τ诟弑堵誓跨R相當(dāng)少），但現(xiàn)代plan復(fù)消色差和其他專(zhuān)門(mén)平場(chǎng)物鏡往往有一個(gè)可用場(chǎng)的范圍可以毫米22和28之間或更多的時(shí)候用大視野目鏡相結(jié)合。 不幸的是，有用視野數(shù)通常不刻在物鏡鏡筒，也不常用的顯微鏡目錄列出。

軸向范圍，通過(guò)它，一個(gè)物鏡可以聚焦而不在圖像清晰度任何明顯的變化，被稱(chēng)為場(chǎng)的物鏡深度 。 這個(gè)值根本變化從低到高數(shù)值孔徑物鏡，通常隨著數(shù)值孔徑降低（見(jiàn)表3和圖7）。 在高數(shù)值孔徑，場(chǎng)的深度由波光學(xué)主要決定的，而在較低的數(shù)值孔徑，在幾何光學(xué)“混亂的圓”支配。 場(chǎng)的總深度由波和現(xiàn)場(chǎng)作為幾何光學(xué)深度的總和給出：

其中λ是照射波長(zhǎng)，n是所述成像介質(zhì)的折射率，NA是物鏡的數(shù)值孔徑，M為物鏡橫向放大率，和e是可以由被放置在一個(gè)檢測(cè)器來(lái)解決的最小距離物鏡的圖像平面。 注意，視野的衍射限制的深度（在方程的右手側(cè)的項(xiàng)）與數(shù)值孔徑的平方成反比收縮，而分辨率的橫向界限與數(shù)值孔徑的倍率減小。 其結(jié)果是，軸向分辨率和光學(xué)切片的厚度是由系統(tǒng)數(shù)值孔徑多比顯微鏡的橫向分辨率的影響（見(jiàn)表3）。

視場(chǎng)和圖像深度的深度

表3

玻璃蓋的最近表面和物鏡的前透鏡之間的間隙距離被稱(chēng)為工作距離 。 在檢體被設(shè)計(jì)沒(méi)有蓋玻璃將被成像的情況下，工作距離在試樣的實(shí)際表面測(cè)量。 通常，工作距離在一系列匹配物鏡為倍率及數(shù)值孔徑的增加而降低（見(jiàn)表2）。 意欲查看試樣用空氣作為成像介質(zhì)應(yīng)具有工作距離，只要可能，物鏡條件是數(shù)值孔徑的要求得到滿(mǎn)足。 浸沒(méi)物鏡，另一方面，應(yīng)具備較淺的工作距離，以容納前透鏡和檢體之間的浸沒(méi)液體。 設(shè)計(jì)有密切的工作距離的許多物鏡具有一個(gè)彈簧加載的縮回止動(dòng)件 ，其允許前透鏡組件由推入物鏡物體和扭曲以將其鎖定到位縮回。 當(dāng)物鏡在鼻形件轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它不會(huì)跨越清潔載玻片表面拖動(dòng)浸油這樣的附件是方便的。 扭轉(zhuǎn)在相反的方向的后退止擋件釋放使用的透鏡組件。 在一些應(yīng)用中（見(jiàn)下文），長(zhǎng)自由工作距離是不可缺少的，和特殊的物鏡設(shè)計(jì)用于盡管參與實(shí)現(xiàn)大的數(shù)值孔徑和光學(xué)校正的必要程度的困難這樣使用。

一種在物鏡設(shè)計(jì)的最顯著進(jìn)展的過(guò)程中是近年來(lái)在抗反射涂層的技術(shù)，這有助于減少當(dāng)光穿過(guò)透鏡系統(tǒng)中發(fā)生的不希望的反射的改善。 每個(gè)未涂覆空氣 - 玻璃界面能反映入射光束垂直于表面的百分之四，五間，導(dǎo)致在垂直入射的95-96％的透射率值。 具有合適的折射率的四分之一波長(zhǎng)厚抗反射涂層的應(yīng)用可以用三個(gè)此值下降到百分之四。 作為物鏡變得更加復(fù)雜以不斷增加數(shù)目透鏡元件，以消除內(nèi)部反射的需求相應(yīng)地增加。 具有高度校正的一些現(xiàn)代物鏡可以含有具有許多空氣 - 玻璃界面多達(dá)15透鏡元件。 如果鏡片鍍膜，單獨(dú)軸向光線(xiàn)的反射損失會(huì)下降率值50％左右。 單層透鏡涂層一旦用于減少眩光和提高傳輸現(xiàn)在已經(jīng)被產(chǎn)生透射數(shù)值超過(guò)在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)99.9％的多層涂層所取代。

在圖8所示是光波反射和/或透過(guò)涂敷有兩個(gè)反射防止層的透鏡元件的示意圖。 入射波以一定角度撞擊所述層（圖3中A層 ），導(dǎo)致光的一部分被反射（R（○））和部分正在通過(guò)層傳輸。 在遇到第二防反射層（ 層B）的光的另一部分被反射以相同的角度，并與從層的反射光發(fā)生干涉。 一些剩余的光波繼續(xù)到玻璃表面在那里再次都反射和透射。 光從玻璃表面會(huì)干擾（既建設(shè)性和破壞性）與光從防反射層反射的反射。抗反射層的折射率從該玻璃和周?chē)橘|(zhì)（空氣）的不同而不同。 作為光波穿過(guò)抗反射層和玻璃表面，大部分光（取決于入射角，通常是垂直于光學(xué)顯微鏡的透鏡）通過(guò)玻璃最終發(fā)送和聚焦以形成圖像。

氟化鎂是在薄層的光學(xué)增透膜使用的許多材料之一，但大多數(shù)顯微鏡制造商現(xiàn)在生產(chǎn)自己的專(zhuān)利配方。 一般結(jié)果是對(duì)比度和可見(jiàn)波長(zhǎng)的透射與躺在傳輸頻帶外諧波相關(guān)的頻率并發(fā)破壞性干擾的顯著改善。 這些專(zhuān)門(mén)的涂層可以通過(guò)操作不當(dāng)很容易損壞，而且顯微鏡應(yīng)該意識(shí)到這個(gè)漏洞。 多層防反射涂層具有略微呈綠色，而不是單層涂層的略帶紫色的色調(diào)，可以采用涂層來(lái)區(qū)分的觀察。 內(nèi)部透鏡用于抗反射涂層的表面層往往比相應(yīng)旨在保護(hù)外部透鏡表面涂層更加柔軟。 應(yīng)十分注意清潔已涂覆有薄膜是光學(xué)表面時(shí)，尤其是如果在顯微鏡已經(jīng)被拆卸和內(nèi)部透鏡元件受到作出。

透鏡系統(tǒng)的焦距定義為從透鏡中心到平行光線(xiàn)聚焦在光軸上的點(diǎn)的距離（通常稱(chēng)為主焦點(diǎn) ）。 垂直于主焦點(diǎn)的假想平面稱(chēng)為透鏡系統(tǒng)的焦平面 。 每一個(gè)鏡頭都有光兩個(gè)主要的焦點(diǎn)在進(jìn)入每邊，一個(gè)在前面，一個(gè)在后面。 按照慣例，物鏡焦平面即更靠近前透鏡元件被稱(chēng)為前焦面和位于物鏡后方焦平面被稱(chēng)為后側(cè)焦點(diǎn)面 。后側(cè)焦點(diǎn)面的實(shí)際位置與物鏡結(jié)構(gòu)而異，但通常是位于為高倍率的物鏡的物鏡筒內(nèi)某處。 較低的放大倍率的物鏡通常具有后側(cè)焦點(diǎn)面是外觀到桶，位于螺紋區(qū)或顯微鏡物鏡轉(zhuǎn)換器內(nèi)。

作為光線(xiàn)通過(guò)物鏡的，它們是由物鏡的后孔或出射光瞳的限制。 該孔的直徑為12毫米的低倍率物鏡之間變化下降到約5毫米的倍率復(fù)消色差的物鏡。 孔徑大小為依賴(lài)于物鏡充當(dāng)兩者的成像系統(tǒng)和聚光鏡，其中，出射光瞳也變的入射光瞳的外部照明系統(tǒng)中是非常關(guān)鍵的。 光源的圖像必須完全填充物鏡后孔產(chǎn)生甚至整個(gè)視場(chǎng)照明。 如果光源圖像比孔徑小，視場(chǎng)將光照不均體驗(yàn)暗角。 另一方面，如果光源圖像是比后孔徑較大，一些光不會(huì)進(jìn)入物鏡和照明的強(qiáng)度減小。

總之，高品質(zhì)的顯微鏡物鏡的發(fā)展是由阿貝，誰(shuí)個(gè)與卡爾蔡司和奧托·肖特合作，19世紀(jì)80年代后期開(kāi)發(fā)的復(fù)消色差物鏡和補(bǔ)償目鏡迎來(lái)。 當(dāng)漢斯Boegehold（蔡司）建造在30年代末期的個(gè)平場(chǎng)消色差透鏡和復(fù)消色差透鏡平場(chǎng)物鏡發(fā)生在物鏡設(shè)計(jì)的下一個(gè)重大進(jìn)步。 最近，“無(wú)鉻”（CF）由善治Wahimoto（尼康）和霍斯特Riesenberg（蔡司）光學(xué)的發(fā)展，導(dǎo)致了顯微鏡的物鏡設(shè)計(jì)的新革命。

今天正在生產(chǎn)的許多顯微鏡物鏡提供非常低的程度的像差和其它缺陷，提供適當(dāng)?shù)奈镧R是選擇并正確使用。然而，顯微鏡需要知道該物鏡沒(méi)有制成為從各個(gè)角度看完美的，但被設(shè)計(jì)根據(jù)預(yù)期的用途，以滿(mǎn)足一組特定的規(guī)格，在物理尺寸，和價(jià)格范圍的限制。 因此，物鏡是有不同程度的校正為色差和球面像差，場(chǎng)大小和平整度，傳輸波長(zhǎng)，免于熒光，雙折射率，和其他因素促成的背景噪聲進(jìn)行。 此外，它們的設(shè)計(jì)在一定切的條件下，如與特定管長(zhǎng)度和管透鏡，類(lèi)型和浸漬介質(zhì)和蓋玻片，波長(zhǎng)范圍，視野大小，眼類(lèi)型和特殊聚光鏡的厚度使用。 光學(xué)顯微鏡的最終物鏡是提供一種有效的放大倍數(shù)，允許非常詳細(xì)待觀察分鐘標(biāo)本，從而暴露否則將保持看不見(jiàn)不可見(jiàn)對(duì)象的一個(gè)隱藏的世界。