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显微镜物镜的分类

2020.7.27

物镜（objective）是显微镜最重要的光学部件，利用光线使被检物体第一次成像，因而直接关系和影响成像的质量和各项光学技术参数，是衡量一台显微镜质量的首要标准。

物镜的结构复杂，制作精密，由于对象差的校正，金属的物镜筒内由相隔一定距离并被固定的透镜组组合而成。物镜的要求是齐焦合轴。齐焦即在镜检时，当用某一倍率的物镜观察图像清晰后，在转换另一倍率的物镜时，其成像亦应基本清晰。和轴即上述操作中，像的中心偏离也应该在一定的范围内。齐焦性能的优劣和合轴程度的高低是显微镜质量的一个重要标志，它与物镜本身的质量和物镜转换器的精度有关。
传统物镜的种类很多，可从不同的角度分类。现在分类介绍。

一、按象差校正程度分类

物镜的种类及象差校正程度

编号	物镜	色差	球差	场曲
1	消色差物镜	红、蓝波区校正	黄、绿波区校正	存在
2	复消色差物镜	红、绿、蓝波区校正	红、蓝波区校正	存在
3	半复消色差物镜	红、蓝波区校正	红、蓝波区校正	存在
4	平场物镜	存在	存在	已校正
5	平场消色差物镜	红、蓝波区校正	黄、绿波区校正	已校正
6	平场复消色差物镜	红、绿、蓝波区校正	红、蓝波区校正	已校正

1．消色差物镜（Achromatic objective）：常见物镜，尽管各厂家的标志不完全一样，但外壳上一般标有“ACH”字样。这类物镜仅能校正轴上点红蓝光的色差和黄绿光的球差，以及消除近轴点慧差。不能校正其他光的色差和球差，且场曲很大。

2．复消色差物镜（Apochromatic objective）：复消色差物镜的结构复杂，透镜采用特种玻璃或萤石等材料制作而成，物镜的外壳上标有“APO”字样。这种物镜不仅能校正红绿蓝三色光的色差，同时能校正红蓝二色光的球差。

实际上，复消色差物镜不仅能校正红、绿、蓝三色光的色差，而且在同一焦点平面上成像，达到消除“剩余色差”（又称二级色谱）的效果，所以色差的校正实际上等于可见光的全部波区，但二级色谱的放大率色差仍然存在。当其与简单组合目镜配用时，这些残存的色差会使影像边缘略带色彩。因此，需要与补偿型目镜配合使用。复消色差物镜对于光源无任何限制，白光照明也可得到良好的效果。若加入蓝色或黄色滤光片效果更佳。

由于对各种象差的校正极为完善，比相应倍率的消色差物镜有更大的数值孔径，因此不仅分辨率高、图像质量好，而且有更高的有效放大率。复消色差物镜的性能很高，适用于高级研究镜检和显微照相。它的景深要比其他物镜小，价格昂贵。

3．半复消色差物镜（Semi Apochromatic objective）：又称氟石物镜，物镜的外壳上标有“FL”字样。在结构上透镜的数目比消色差物镜多、比复消色差物镜少。成像质量上，远比消色差物镜好，接近于复消色差物镜。能校正红蓝二色光的色差和球差。可用于荧光观察，是比较高级的物镜。

就象差校正程度而言，半复消色差物镜介于消色差与复消色差物镜之间，但其他光学性质都与复消色差物镜接近。其售价较低，常用来替代复消色差物镜，使用时最好与补偿型目镜相配合。

4. 平场物镜（Plan objective）：平场物镜一般标有“PLAN”字样。在物镜的透镜系统中增加了一块半月形的厚透镜，以达到校正场曲的目的。平场物镜的视场平坦，更适于镜检和显微照相。

5. 平场消色差物镜（Plan Achromatic objective）：平场消色差物镜常标有“A-PLAN”字样。是在红蓝色差校正的基础上，对场曲作了进一步校正，因此图像平直，使视野边缘与中心能同时清晰成像。

消色差物镜、平场消色差物镜的色差校正为红蓝两个波区，球差校正仅为黄绿两个波区，仍然存在其他波区的色差和球差。但一般低倍放大时影响不大。鉴于其黄绿波区校正较佳，宜使用黄绿光作为照明光源，或加红色滤光片。

6. 平场复消色差物镜（Plan Apochromatic objective）：平场复消色差物镜除进一步做场曲的校正外，其他象差校正程度与复消色物镜相同。使用复消色差物镜成像的平坦程度不如消色差物镜，而平场复消色差物镜可使映像清晰、平坦、进一步提高成像质量。

另外，还有平场半复消色差物镜（Plan Semi Apochromatic objective）、超平场物镜（外壳标有“S PLAN”）、超平场复消色差物镜（外壳标有“S PLAN APO”）、消象散物镜（Anastigmatic objective）等。

按功能分类

1. 相差物镜（Phase Contrast objective）：一般带有“PH”标志，字体用绿色。这种物镜是相差（相衬）镜检术的专用物镜，其特点是在物镜的后焦平面处装有相位板。用来观察无色透明的标本或活细胞，倒置显微镜上使用广泛。

2. DIC物镜：一般要求半复消色差或复消色差物镜，用于DIC镜检观察无色样品或细胞，图像呈现立体感。

3. HMC物镜：标有“HMC”标志，一种类似于相差物镜的物镜。观察效果有立体感。用于霍夫曼观察，但不能用于荧光观察。

4. 偏光物镜：一般标有“POL”字样，这种物镜装配了克服应力设备，是专做偏光观察的物镜。

5. 荧光物镜：这种物镜的荧光透过率非常高，物镜用于对离子位移进行定性和定量的分析以及用于特别关键的荧光技术（如人类染色体的研究以及细胞遗传学）。这类物镜的突出特点是它们对340nm起的波长有特别高的数值孔径和高传输率（340nm时约为70%！）。视场平直足可以使用CCD照相。

6. TIRF专用物镜：要求数值孔径大，NA一般为1.45~1.65。如尼康公司的APO TIRF 60×/100× 1.49物镜。 7. 多功能物镜：有的厂家生产一些多功能物镜，可以同时做相差、DIC、荧光等观察。例如奥林巴斯的UPLANFLN（万能平场半复消色差）物镜和蔡司的EC PLAN –NEOFLUAR（高衬度平场新荧光）系列物镜。

特殊物镜分类

特殊物镜主要有以下几种：

带校正环物镜（Correction Collar objective）：在物镜中部装有环状的调节环，当转动调节环时，可调节物镜内透镜组之间的距离，从而校正由盖玻片厚度不标准引起的覆盖差。物镜外壳的调节环上标有数字“11~23”，表明可校正盖玻片0.11~0.23mm厚度之间的误差。

2. 带虹彩光阑的物镜（Iris Diaphragm objective）：在物镜镜筒内的上部装有虹彩光阑，外方也有可旋转的调节环，转动时可调节光阑孔径的大小。这种结构的物镜是高级的油浸物镜，常用于暗视野观察，在暗视野镜检时，往往由于某些原因而使照明光线进入物镜，使视场背景不够黑暗，造成镜检质量的下降。这时调节光阑的大小，使背景变黑、被检物体更明亮，增强镜检效果。

3. 无罩物镜（No Cover objective）：有些被检物体，如涂抹制片等，上面不能加用盖玻片，在镜检时应使用无罩物镜。否则图像质量将明显下降，特别是在高倍镜检时更为明显。这种物镜的外壳上常标刻“NC”，同时在标记盖玻片厚度的位置上没有“0.17”的字样，而标刻着“0”。

其他分类方法

按工作距离分类

（1）普通物镜：工作距离小，可以观察切片，但不能观察培养皿。

（2）长工作距离物镜（Long Working Distance objective）：一般有“LD”标志，是倒置显微镜的专用物镜，它是为了满足组织培养、悬浮液等材料的镜检而设计制造的。由于这类被检物体都是放置在培养皿或培养瓶中，必须要求物镜的工作距离长才能达到镜检的要求。工作距离高至10.6mm，并可以进行光学修正，适用于0~2mm厚度的玻璃，通常由修正环或特殊的玻璃盖帽完成修正。例如奥林巴斯的LUCPLFLN-PH物镜和蔡司的LD-A-PLAN PH物镜。

2. 按物镜前透镜与盖玻片之间的介质分类

（1）干燥系物镜：镜检时，物镜前透镜与盖玻片之间以空气（n=1）为介质。这类物镜最为常用，如40×以下的物镜，数值孔径均小于1。

（2）水浸系物镜：一般有“W”标志，这些水浸系物镜同正立显微镜一起主要应用于生理学，如脑片等较厚样品的观察。镜检时，物镜前透镜与盖玻片之间是以水为介质的，宜用蒸馏水或生理盐水。

（3）油浸系物镜：即油镜头，其放大率为40×~100×。镜检时，物镜前透镜与盖玻片之间常以香柏油、无荧光油（n=1.515左右）为介质。有时也用甘油（n=1.450）、石蜡油（n=1.471）为介质。该类物镜的外壳上常标刻有“OIL”或“HI”字样，国产物镜刻以“油”或汉语拼音字头“Y”。

上述水浸与油浸物镜所应用的介质均为液体物质，所以又称为“浸液系物镜”，数值孔径大于1。

3. 按放大倍数分类

（1）极低倍物镜：这类物镜的倍率不是放大而是缩小，是为了观察较大的被检物体的全貌而设计、制造的。目前有些研究用显微镜附有这类物镜，在镜检时，应与极低倍聚光镜相配使用。如倍率为0.75×、0.5×的物镜。

（2）低倍物镜：1×~6×，NA 0.04~0.15。

（3）中倍物镜：6×~25×，NA 0.15~0.40。

（4）高倍物镜：25×~63×，NA 0.35~0.95。

（5）油浸物镜：40×~100×，NA 1.25~1.40。

4. 按厂家分类