物镜是显微镜光学系统的主要组成部分，其主要性能参数是数值孔径和倍率。为了分辨物体的细微结构并确保zui佳成像质量，除一定要在设计该物镜时所规定的机械筒长下使用外，还应有尽可能大的数值孔径，且其放大率须与数值孔径相适应。但是显微物镜在提高其数值孔径时，首先碰到的是校正高ji像差的困难，结构简单的物镜无法解决这一问题。这就决定了显微镜物镜将有相当复杂的结构型式。显微物镜有折射式、反射式和折反射式三类，但绝大多数实用的物镜是折射式的。折射式显微物镜又可根据质量要求的不同而有不同的类型。
显微镜的物镜
物镜是显微镜光学系统的主要组成部分，其主要性能参数是数值孔径和倍率。为了分辨物体的细微结构并确保zui佳成像质量，除一定要在设计该物镜时所规定的机械筒长下使用外，还应有尽可能大的数值孔径，且其放大率须与数值孔径相适应。但是显微物镜在提高其数值孔径时，首先碰到的是校正高ji像差的困难，结构简单的物镜无法解决这一问题。这就决定了显微物镜将有相当复杂的结构型式。显微物镜有折射式、反射式和折反射式三类，但绝大多数实用的物镜是折射式的。折射式显微物镜又可根据质量要求的不同而有不同的类型。
一、消色差物镜
这是应用zui广泛的一类物镜，一般只要对轴上点校正好色差和球差，并使之满足正弦条件而达到对近轴点消彗差即可，因此只能用于中低档的普及型显微镜中作一般观察之用。下面几种典型的消色差物镜，由于其结构型式有利于带球差的校正，仍为人们所广泛采用。
1） 单组双胶合低倍物镜 见图下图1，这是可能实现上述像差要求的zui简单结构，能承担的zui大相对孔径为1:3，因此数值孔径只能达0.1~0.15，相应的倍率为3~6倍。
图1
2）里斯特型中倍物镜 如下图2所示，由二组双胶合镜组组成。它能达到的数值孔径为单组的二倍，即0.2~0.3，相应的倍率为8~20倍。它是更复杂的其他型式物镜的基础。
图2
3）阿米西型高倍物镜 这种物镜可看成是在里斯特物镜之前加一半球形透镜而成，如下图3所示。该半球透镜称为前片，一般其第1面是平面，第二面是齐明面。当前片的折射率满足1≥1.5时，阿米西型物镜能达到的数值孔径0.65，相应的倍率为40。
图3
4）阿贝浸液物镜 数值孔径大于0.90时，采用干物镜已不合适，通常都用浸液物镜。阿贝浸液物镜的结构如下图4所示，相当于在阿米西物镜的前片与中组之间加一弯月形正透镜，其数值孔径可达1.25~1.35，用高折射率的浸液时可达1.5，相应的倍率为100。浸液物镜的第1块透镜是超半球的，应选用折射率与浸液相同或略高的玻璃。这样第1面通常是平面，不产生像差；第二面是齐明面，也不产生像差。物镜的第三面应在平面和大的负球面之间选取，第四面为齐明面。
图4
设计阿米西物镜和阿贝浸液物镜时，由于数值孔径大，一定要把盖玻片考虑在内。
消色差物镜存在着二级光谱，且由于匹兹凡和不能校正，存在着较大的像面弯曲，因而这类物镜的视场较小，不能满足研究工作和显微摄影的质量要求。
二、复消色差物镜
这种物镜是在消色差物镜的基础上，再对二级光谱和色球差作严格的校正而成，因此在小视场范围内有极高的成像质量。为校正二级光谱，部分透镜需要采用特殊色散的光学材料，如萤石（CaF2）或特种光学玻璃。这些材料的折射率均很低，又要校正色球差，故复消色差物镜的结构要较消色差物镜复杂得多。下图5为一数值孔径为1.25 的100倍复消色差物镜，其中阴影部分是萤石透镜。由于这种物镜倍率色差较大，需与相应的补偿目镜配合使用。
图5
三、平场消色差物镜和平场复消色差物镜
由于复消色差物镜仍然具有较大的像面弯曲，不能在平的接收面上给出整个视场的清晰像，为作显微投影或显微摄影，zui好应用平场物镜。这种物镜的主要问题是设法减小或校正匹兹凡和，办法是在系统中加入弯月形厚透镜或正负光焦度分离的薄透镜成分，或二者兼用，因此必然导致结构的复杂化。下图6所示为一数值孔径为0.85的60倍平场消色差物镜。
图6
在消色差物镜的基础上，同时对二级光谱和色球差、像散和场曲作严格校正，即得到平场复消色差物镜。它在较大视场范围内有极高的成像质量，都配用于大型研究用显微镜中。它结构极为复杂，设计、工艺、装校检测上都甚为困难，因此价格十分昂贵。下图7所示为一数值孔径为1.4的100倍平场复消色差物镜的例子，其中阴影部分为萤石透镜。
图7
四、反射式物镜与折反射式物镜
折射式物镜结构已极度复杂，而要增大工作距离和扩展使用波段就更难以解决了。但是，反射式物镜和折反射式物镜，则可用简单的结构达到要求。反射式物镜不产生色差，可使用在很宽的波段内，且有相当大的工作距离。如下图8所示的同心双球面系统，数值孔径可做到 0.5，常用作紫外光显微物镜。在反射式系统之前加一半球透镜，所得到的折反射物镜将达到重大的数值孔径。当它用于浸液时，数值孔径可达1.25。若其中的折射透镜采用对紫外光透明的材料，也能用于紫外。
但是反射式和折反射式物镜由于中心遮拦的存在，导致衍射图形的中央亮斑能量下降，像的对比度降低，因此只适于对高对比物体的成像。此外，反射面的加工要求高，物镜装调、防止杂光和保持稳定性等也较困难，因此这类物镜未能普遍采用。
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相关文献：
《几何光学 像差 光学设计》（第三版）——李晓彤 岑兆丰
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