光學科普
深化光電資源,引領技術突破
物鏡是顯微鏡中最重要的光學零件,它首次利用光線對物體進行成像。因此,它直接影響成像品質和各項光學技術參數,是衡量顯微鏡品質的首要標準。物鏡測試的國際標準是基於蔡司物鏡。物鏡結構複雜,製作精密。為了校正像差,金屬物鏡由彼此固定一定距離的透鏡組組成。對物鏡有許多具體要求,例如對準和聚焦。鏡頭檢驗時,以一定倍率的物鏡觀察清晰影像時,換用另一倍率的物鏡時成像也應基本清晰,影像的中心偏差也應在一定範圍內,即軸對中程度。顯微鏡的品質取決於物鏡本身的品質和物鏡轉換器的精度,以及調焦性能和軸對準度的品質。
傳統物鏡有多種類型,可根據物鏡的位置根據色差校正程度進行分類:
1.消色差物鏡:這是一種常見的物鏡,外殼上常有「Ach」字樣。此類型物鏡只能校正軸上點的位置色差(紅、藍)和球差(黃綠光),以及消除軸附近點的彗形像差。無法校正其他顏色的色差和球差,場曲很大。最早的消色差物鏡是由蔡司製造的。
2.復消色差物鏡:復消色差物鏡結構複雜,透鏡採用特殊玻璃或螢石材質製成。物鏡外殼上標示著「Apo」。這類物鏡不僅可以校正紅、綠、藍色的色差,還可以校正紅色、藍色的球差。由於其對各種像差的出色校正,消色差物鏡具有比響應放大倍率更大的數值孔徑,不僅具有高分辨率和優異的圖像質量,而且還具有較高的有效放大倍率。因此,復消色差物鏡的性能很高,適合高階研究顯微鏡和顯微攝影。完美的複消色差物鏡由蔡司製造 2004年,蔡司推出了研究級ICCS物鏡,在傳統平場復消色差物鏡的基礎上進一步校正了倍率色差和無應變,增強了短波長透過率,增加了對比度,顯著提高了分辨率。
3.半複消色差物鏡:半複消色差物鏡又稱螢石物鏡,在物鏡外殼上標示「FL」字樣。從結構上來說,它比復消色差物鏡的鏡片數量多,比復消色差物鏡的鏡片數量少。在成像品質方面,遠優於復消色差物鏡,接近復消色差物鏡。平場物鏡是在物鏡的透鏡系統中加入快半月形的厚透鏡,以矯正場曲的缺陷。平場物鏡的視野是平坦的,使其更適合鏡面檢查和顯微攝影。
4.專用物鏡:所謂“專用物鏡”,是在上述物鏡的基礎上,為實現某種特定的觀察效果而專門設計製造的。主要有以下幾種:
(1) 校正環物鏡;
(2) 虹膜光闌物鏡;
(3)相差物鏡;
(4) 無掩護目標;
(5)長工作距離物鏡。


傳統的球面透鏡可以提供所需的光焦度,但其簡單的幾何形狀並不總是能在精密光學系統中提供足夠的像差控制。隨著光圈增大或鏡頭遠離光軸使用,球面像差、彗形像差和影像邊緣的退化會變得更加難以管理。

當光學系統需要聚焦或會聚光線時,正透鏡通常是自然的選擇,但它無法解決所有光束控制問題。相反,雷射和成像系統可能需要控制光束發散度的增加、更大的光束直徑或有效增加現有光學裝置的焦距的調整。

緊湊型光學系統通常必須解決傳統球面透鏡無法有效處理的問題:在保持光學封裝較小的同時控制一個方向的光。在內視鏡、醫學成像模組、機器視覺組件和其他精密儀器中,球面透鏡可以提供一般成像性能,但不能總是在受限光路內提供所需的線聚焦行為。