物鏡是顯微鏡重要的光學(xué)部件，利用光線使被檢物體次成象，因而直接關(guān)系和影響成象的質(zhì)量和各項(xiàng)光 學(xué)技術(shù)參數(shù)，是衡量一臺(tái)顯微鏡質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)。 ^[1] 

物鏡的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作精密，通常都由透鏡組組合而成，各鏡片間彼此相隔一定的距離，以減少相差。每組透鏡都由不同材料、不同參數(shù)的一或數(shù)塊透鏡膠合而成。物鏡有許多具體的要求，如合軸，齊焦。

現(xiàn)代顯微物鏡已達(dá)到高度完善，其數(shù)值孔徑已接近極限，視場(chǎng)中心的分辨率與理論值之區(qū)別已微乎其微。但繼續(xù)增大顯微物鏡視場(chǎng)與提高視場(chǎng)邊緣成象質(zhì)量的可能性仍然存在，這種研究工作，至今仍在進(jìn)行。

齊焦即是在鏡檢時(shí)，當(dāng)用某一倍率的物鏡觀察圖象清晰后，在轉(zhuǎn)換另一倍率的物鏡時(shí)，其成象亦應(yīng)基本清晰，而且象的中心偏離也應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)，也就是合軸程度。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(gè)重要標(biāo)志，它是與物鏡的本身質(zhì)量和物鏡轉(zhuǎn)換器的精度有關(guān)。

與寬光束有關(guān)的象差是球差、慧差以及位置色差；與視場(chǎng)有關(guān)的象差是象散、場(chǎng)曲、畸變以及倍率包差。

顯微物鏡與目鏡在參與成象這點(diǎn)上是有區(qū)別的.物鏡是顯微鏡復(fù)雜和重要的部分，在寬光束中工作（孔徑大），但這些光束與光軸的傾角較小（視場(chǎng)?。?；目鏡在窄光束中工作，但其傾角大（視場(chǎng)大）.當(dāng)計(jì)算物鏡與目鏡，在消除象差上有很大差別。

顯微物鏡是一消球差系統(tǒng)，這意味著：就軸上的一對(duì)共軛點(diǎn)而言，消除了球差并且實(shí)現(xiàn)了正弦條件時(shí)，每一物鏡僅有兩個(gè)這種消球差點(diǎn).因此，物體與象的計(jì)算位置的任何改變均導(dǎo)致象差變大。裝在鏡筒下端的旋轉(zhuǎn)器上，一般有3－4個(gè)物鏡，其中短的刻有“10×”符號(hào)的為低倍鏡，較長(zhǎng)的刻有“40×”符號(hào)的為高倍鏡，長(zhǎng)的刻有“100×”符號(hào)的為油鏡，此外，在高倍鏡和油鏡上還常加有一圈不同顏色的線，以示區(qū)別。

⑴按顯微鏡鏡筒長(zhǎng)度（以mm計(jì)）：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(zhǎng)無(wú)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(chǎng)消色差物鏡,平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡和單色物鏡。

⒈消色差物鏡 (Achromatic) 是較常見(jiàn)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(lán)光的軸向色差。同時(shí)校正了軸上點(diǎn)球差和近軸點(diǎn)慧差，這種物鏡不能消除二級(jí)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(chǎng)彎曲仍很大，也就是說(shuō)，只能得到視場(chǎng)中間范圍清晰的像。使用時(shí)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(lèi)物鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)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(shí)，可采用綠色濾色片減少殘余的軸向色差，獲得對(duì)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(jí)透鏡組組合而成。將紅、藍(lán)、黃光校正了軸向色差，消除了二級(jí)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(jiàn)光的全部波區(qū)。若加入藍(lán)色或黃色濾光片效果更佳。它是顯微鏡中優(yōu)良的物鏡，對(duì)球面差、色差都有較好的校正，適用于高倍放大。但仍需與補(bǔ)償目鏡配合使用，以消除殘余色差。

⒊平面消色差物鏡（Plana chromatic) 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(chǎng)彎曲，使整個(gè)視場(chǎng)都能顯示清晰，適用于顯微攝影。該物鏡對(duì)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(jìn)一步作像場(chǎng)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(jià)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(jià)格低廉，與補(bǔ)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(mén)為達(dá)到某些效果而設(shè)計(jì)。根據(jù)用途主要有以下幾種：

1）相差物鏡（phase contrast objective）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(diǎn)是在物鏡的后焦點(diǎn)平面處裝有一塊相板，已達(dá)到推遲光波的目的。

2）帶校正環(huán)物鏡（correction collar objective）在物鏡中裝有環(huán)狀的調(diào)節(jié)環(huán)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)時(shí)，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（iris diaphragm objective）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(dòng)時(shí)可調(diào)節(jié)光闌孔徑的大小。這種結(jié)構(gòu)是的油浸物鏡。

4）無(wú)應(yīng)變物鏡（strain-free objective）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(dá)到更佳的偏光鏡檢效果。

5）無(wú)熒光物鏡（non-fluorescing objective）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(qiáng)的激勵(lì)光源時(shí)也不發(fā)出熒光。

6）無(wú)蓋片物鏡（no cover objective） 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(shí)應(yīng)使用無(wú)蓋片物鏡，否則圖像質(zhì)量將明顯下降，在高倍鏡檢時(shí)更為顯著。 

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(duì)應(yīng)標(biāo)本大小的比值。它指的是長(zhǎng)度的比值而不是面積的比值。 例：放大倍數(shù)為100×，指的是長(zhǎng)度是1μm的標(biāo)本，放大后像的長(zhǎng)度是100μm，要是以面積計(jì)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(jiǎn)寫(xiě)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)本清楚時(shí)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(zhǎng)，放大倍數(shù)越低，其工作距離越長(zhǎng)。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(zhǎng)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。

物鏡的放大倍數(shù)，是指物鏡在線長(zhǎng)度上放大實(shí)物倍數(shù)的能力指標(biāo)。有兩種表示方法，一種是直接在物鏡上刻度出如8×、10×、45×等；另一種則是在物鏡上刻度出該物鏡的焦距f，焦距越短，放大倍數(shù)越高。前一種物鏡放大倍數(shù)公式為M物=L/f物，L是光學(xué)鏡筒長(zhǎng)度，L值在設(shè)計(jì)時(shí)是很準(zhǔn)確的，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，因不好量度，常用機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度。機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度是指從顯微鏡目鏡接口處之直線距離。每一物鏡上都用數(shù)字標(biāo)明了機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度。

鏡筒長(zhǎng)度是指物鏡底面到目鏡頂面的距離。由于物鏡的像差是依據(jù)一定位置的映像來(lái)校正的，因此物鏡一定要在規(guī)定的機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度上使用，一般顯微鏡的機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度多為160mm、170mm、 ^[3]  190mm。金相顯微鏡在攝影時(shí)，由于放大倍數(shù)不同，映像投射距離變化很大，因此，優(yōu)良的物鏡的像差是按任意鏡筒長(zhǎng)度校正的，即在無(wú)限長(zhǎng)范圍內(nèi)，物鏡像差均已校正。

數(shù)值孔徑表征物鏡的聚光能力，是物鏡的重要性質(zhì)之一，通常以“NA”表示。物鏡的數(shù)值孔徑大小決定了物鏡的分辨能力（鑒別）及有效放大倍數(shù)。根據(jù)理論推導(dǎo)得出：NA=nsinθ增大物鏡的數(shù)值孔徑有兩個(gè)途徑：

⑴ 增大透鏡的直徑或減小物鏡的焦距即設(shè)計(jì)短焦距的物鏡，以增大孔徑半角θ。但此法會(huì)導(dǎo)致像差增加及制造困難，一般不采用。實(shí)際上sinθ的值只能達(dá)到0.95。

⑵ 增大物鏡與觀察物之間的折射率n。干系物鏡是以空氣為介質(zhì)的，折射率n=1，一般用于低倍物鏡。油系物鏡常以松柏油（n=1.515，NA=1.4）、α-壹代溴萘（n=1.658，NA=1.60）為介質(zhì)，用于高倍物鏡。油物鏡的數(shù)值孔徑此時(shí)可達(dá)1.30~1.40，其放大倍數(shù)可達(dá)100~140倍。但干系物鏡不能隨便用油作為介質(zhì)。

物鏡的小數(shù)值孔徑系列、參數(shù)、色圈及標(biāo)志

在物鏡外殼上刻有不同的標(biāo)記浸液記號(hào)、物鏡類(lèi)別、放大率、數(shù)值孔徑、機(jī)械筒長(zhǎng)度、蓋玻片厚度。油：表示浸液為松柏油；100×/1.25：表示物鏡放大率為100倍，數(shù)值孔徑1.25；160/0：表示機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度為160mm；“0”表示無(wú)蓋玻片。有些物鏡刻有160/-：表示機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度為160mm。“-”表示可有可無(wú)蓋玻片。在物鏡上刻有色圈表示物鏡的放大率。高倍物鏡通常都為油浸系，油鏡頭用“油”（或OiI，ÖL，HL）或外殼涂一黑圈來(lái)表示。

顯微鏡的鑒別能力主要決定于物鏡。物鏡的鑒別能力可分為平面和垂直鑒別能力。物鏡（objective lens） 物鏡是決定光學(xué)顯微鏡基本性能及功能的重要的光學(xué)單元。因此，為了滿足各種需求和應(yīng)用，我們研制出了有著光學(xué)性能和功能（這對(duì)光學(xué)顯微鏡而言也是重要的性能和功能）的物鏡，推出了能滿足不同使用目的多種物鏡產(chǎn)品?；旧衔镧R是按照用途、觀察方法、倍率、性能（像差校正）等進(jìn)行分類(lèi)。其中，按照像差校正來(lái)分類(lèi)的是顯微鏡物鏡特有的分類(lèi)方法。

按照用途分類(lèi)

光學(xué)顯微鏡的用途大致分為“生物用”和“工業(yè)用”兩大類(lèi)。物鏡也可以按照這兩種用途，劃分為“生物 用”物鏡和“工業(yè)用”物鏡。在生物用途中，一般是將生物標(biāo)本放置在載玻片上，并從上面用蓋玻片遮蓋固定。由于生物用物鏡需要透過(guò)蓋玻片觀察樣本，所以采用了考慮到蓋玻片的厚度（一般為0.17 mm）的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而在工業(yè)用途中，一般是在金屬礦物切片、半導(dǎo)體晶圓和電子零部件等標(biāo)本沒(méi)有被遮蓋的狀態(tài)下進(jìn)行觀察的。所以，工業(yè)用物鏡采用了物鏡前端和標(biāo)本之間沒(méi)有蓋玻片狀態(tài)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

按照觀察方法分類(lèi)

根據(jù)光學(xué)顯微鏡的用途開(kāi)發(fā)出了各種觀察方法，也開(kāi)發(fā)出了對(duì)應(yīng)這些觀察方法的專用物鏡。可以按照觀察方法劃分物鏡。例如，“反射暗視場(chǎng)用物鏡（內(nèi)部透鏡的周?chē)协h(huán)狀照明光路）”、“微分干涉用物鏡（減少透鏡內(nèi)部失真，優(yōu)化了與微分干涉棱鏡的光學(xué)特性組合）”、“熒光用物鏡（改善了近紫外線領(lǐng)域的透射率）”、“偏振光用物鏡（極大程度減少了透鏡的內(nèi)部失真）”和“相位差用物鏡（內(nèi)置相位板）”等。

按照倍率分類(lèi)

光學(xué)顯微鏡是在稱為物鏡轉(zhuǎn)換器的裝置上安裝了多個(gè)物鏡。這樣，只要轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器就可以把低倍率切換到高倍率，輕松完成倍率變換。所以一般是在物鏡轉(zhuǎn)換器上安裝一組不同倍率的物鏡。為此，物鏡的產(chǎn)品陣容由低倍率（5×、10×）、中倍率（20×、50×）和高倍率（100×）物鏡構(gòu)成。其中，特別是在高倍率產(chǎn)品中，為了得到高清晰成像，我們推出了在物鏡的前端與標(biāo)本之間填充合成油、水等折射率高的專用液體的液浸物鏡。另外，還推出了用于特殊用途的超低倍率（1.25×、2.5×）和超高倍率（150×）物鏡等。

像差校正和物鏡的分類(lèi)

按照色差校正分類(lèi)（等級(jí)）根據(jù)軸色差（縱向色差）校正的程度，可以分為消色差、半消色差（Fluorite）、復(fù)消色差3個(gè)等級(jí)。產(chǎn)品陣容也按照普通級(jí)別到高級(jí)別排序，價(jià)格不同。

在軸色差校正中，校正了C線（紅：656.3 nm）和F線（藍(lán)：486.1 nm）2種顏色的物鏡稱為消色差透鏡（Achromat）。紅藍(lán)2色以外的光線（一般以紫色的g線為對(duì)象：435.8 nm）在離開(kāi)焦平面的面上聚焦，這個(gè)g線稱為2級(jí)光譜。色差校正范圍達(dá)到這個(gè)2級(jí)光譜的物鏡稱為復(fù)消色差透鏡（Apochromat）。也就是說(shuō)，復(fù)消色差透鏡是對(duì)3色（C線、F線、g線）進(jìn)行軸色差校正的物鏡。下圖以波像差表示了消色差透鏡和復(fù)消色差透鏡在色差校正上的不同。由此圖可以看出，與消色差透鏡相比，復(fù)消色差透鏡可以在更廣的波長(zhǎng)范圍內(nèi)校正色差。

色差校正的比較（消色差透鏡和復(fù)消色差透鏡）

另一方面，該2級(jí)光譜（g線）的色差校正程度，被設(shè)定在消色差透鏡和復(fù)消色差透鏡的中間的物鏡，稱為半消色差透鏡（或稱Fluorite）。

顯微鏡物鏡的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般來(lái)說(shuō)N.A.越大，或者倍率越大，2級(jí)光譜的軸色差校正就越難。不僅如此，由于軸色差以外的各種像差以及正弦條件都必須校正，所以難度更大。為此，越是高倍率的復(fù)消色差物鏡，就需要越多的像差校正透鏡，甚至有使用了超過(guò)15枚透鏡的物鏡。為了的校正2級(jí)光譜，有效的做法是將2級(jí)光譜色散較少的“異常色散玻璃”用于透鏡組中效果較強(qiáng)的凸透鏡。該異常色散玻璃的代表是螢石（CaF2），雖然螢石的加工比較困難，但是長(zhǎng)久以來(lái)一直被用于復(fù)消色差透鏡。新開(kāi)發(fā)出的異常色散性與螢石非常接近的光學(xué)玻璃，加工性也得到了改善，逐漸取代螢石成為主流。

按照?qǐng)銮Ｕ诸?lèi)在顯微鏡的使用中，照片拍攝和電視攝像機(jī)的拍攝越來(lái)越普通，對(duì)鮮明的全視場(chǎng)影像的要求也越來(lái)越多。因此，能校正場(chǎng)曲的平面（Plan）物鏡逐漸成為主流。在校正場(chǎng)曲時(shí)，需要將光學(xué)系統(tǒng)的匹茲堡（Petzval）曲率設(shè)計(jì)為0，而倍率越高的物鏡其校正越難（難以與其他各種像差校正并存）。被校正過(guò)的物鏡上，前端的鏡片組為較強(qiáng)凹下形狀，而后端的鏡片組的構(gòu)成也為強(qiáng)凹下形狀，這是透鏡類(lèi)型上的特征。

物鏡的作用是將標(biāo)本作次放大，它是決定顯微鏡性能的重要的部件——分辨力的高低。 分辨力也叫分辨率或分辨本領(lǐng)。分辨力的大小是用分辨距離（所能分辨開(kāi)的兩個(gè)物點(diǎn)間的小距離）的數(shù)值來(lái)表示的。在明視距離（25cm）之處，正常人眼所能看清相距0.073mm的兩個(gè)物點(diǎn)，這個(gè)0.073mm的數(shù)值，即為正常人眼的分辨距離。顯微鏡的分辨距離越小，即表示它的分辨力越高，也就是表示它的性能越好。

顯微鏡的分辨力的大小由物鏡的分辨力來(lái)決定的，而物鏡的分辨力又是由它的數(shù)值孔徑和照明光線的波長(zhǎng)決定的。

當(dāng)用普通的中央照明法（使光線均勻地透過(guò)標(biāo)本的明視照明法）時(shí)，顯微鏡的分辨距離為d=0.61λ/NA式中d——物鏡的分辨距離，單位 nm。λ——照明光線波長(zhǎng)，單位 nm。NA ——物鏡的數(shù)值孔徑，例如油浸物鏡的數(shù)值孔徑為1.25，可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍為400—700nm ，取其平均波長(zhǎng)550 nm，則d=270 nm，約等于照明光線波長(zhǎng)一半。一般地，用可見(jiàn)光照明的顯微鏡分辨力的極限是0.2μm。