帶你了解無限遠(yuǎn)校正顯微物鏡

在使用顯微鏡時(shí)，我們總是希望能得到清晰明亮的圖像，這就需要顯微鏡的各項(xiàng)光學(xué)技術(shù)參數(shù)達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，并且要求在使用時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際情況來協(xié)調(diào)各參數(shù)的關(guān)系。只有這樣，才能充分發(fā)揮顯微鏡應(yīng)有的性能，得到滿意的顯微成像效果。

顯微物鏡是顯微成像系統(tǒng)的重要組成部分，它很大程度上決定了顯微鏡的放大倍數(shù)和分辨率，顯微鏡和顯微物鏡主要有以下光學(xué)技術(shù)參數(shù)：

放大倍率

顯微鏡整體系統(tǒng)的放大倍率為目鏡和物鏡的放大倍率的乘積，放大倍率通常是以一個(gè)數(shù)值和“x”表示，如10x、20x、50x等；

數(shù)值孔徑NA

數(shù)值孔徑是顯微物鏡最主要的技術(shù)參數(shù)，它是一個(gè)無量綱量，用來衡量物鏡接收角的范圍，用以衡量該系統(tǒng)能夠收集的光的角度范圍。數(shù)值孔徑NA是透鏡與物體之間介質(zhì)的折射率n和半孔徑角θ的正弦之乘積，即

分辨率

顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個(gè)物點(diǎn)的最小間距，計(jì)算公式為

工作距離

物鏡的工作距離指物鏡底面到樣品表面的距離。在物鏡數(shù)值孔徑一定的情況下，工作距離短則孔徑角大。

顯微物鏡是光學(xué)顯微鏡最關(guān)鍵的零件，也是最難設(shè)計(jì)和裝配的零件，物鏡是由一系列透鏡組裝而成，物鏡的成像質(zhì)量直接決定了顯微鏡系統(tǒng)的性能。在選擇合適的物鏡時(shí)，除了放大倍率、數(shù)值孔徑等上述提到的技術(shù)指標(biāo)外，了解正確的像差校正也是極為重要的。

顯微物鏡按照像差校正情況不同可以分為消色差物鏡、復(fù)消色差物鏡、平場(chǎng)消色差物鏡、平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡等。

它是實(shí)驗(yàn)室常用的物鏡，外殼上常有“Ach”字樣，它針對(duì)藍(lán)光（486nm）和紅光（656nm）兩種波長(zhǎng)進(jìn)行色差校正，同時(shí)對(duì)546nm波長(zhǎng)的光進(jìn)行球差校正。消色差透鏡是單色光應(yīng)用的選擇。

復(fù)消色差物鏡外殼上標(biāo)有“Apo”字樣，要求能夠在三種波長(zhǎng)區(qū)域（紅色、藍(lán)色和黃色）中校正色差。此外，它們也能夠提供二到三種波長(zhǎng)的球差校正，而且通常具有較高的數(shù)值孔徑和較長(zhǎng)的工作距離，因此光學(xué)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，且通常需要采用特種玻璃或螢石等材料制作。復(fù)消色差物鏡非常適合用于白光應(yīng)用中。

消色差/復(fù)消色差物鏡一般在大放大倍率時(shí)，會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)曲問題，即像場(chǎng)不再是平面而是發(fā)生彎曲，平場(chǎng)物鏡即在物鏡設(shè)計(jì)時(shí)通過對(duì)場(chǎng)曲進(jìn)行校正，提高邊緣視場(chǎng)像差，使得曲面場(chǎng)變成平面。平場(chǎng)物鏡外殼上標(biāo)有“Plan”字樣。

無限遠(yuǎn)共軛、有限遠(yuǎn)共軛指的是顯微物鏡的物面與像面這兩個(gè)共軛面而言的。

如圖3a所示，有限遠(yuǎn)共軛顯微物鏡，從樣品散射的光被物鏡匯聚到一點(diǎn)，然后通過目鏡成像；

而無限遠(yuǎn)共軛顯微物鏡，如圖3b所示，離開物鏡后孔徑的光線會(huì)被準(zhǔn)直，在成像應(yīng)用中需要一個(gè)鏡筒透鏡將物鏡準(zhǔn)直后的光聚焦在傳感器上。無限遠(yuǎn)共軛顯微物鏡外殼上標(biāo)有“∞”字樣。

無限遠(yuǎn)共軛物鏡與有限遠(yuǎn)共軛物鏡相比，優(yōu)勢(shì)在于，可以在無限遠(yuǎn)共軛物鏡和鏡筒透鏡之間插入偏振片、濾波片等，而無需改變光束傳播方向。

物鏡鏡筒上印有大部分物鏡的規(guī)格，用戶在使用時(shí)可以輕松辨別，以聯(lián)合光科推出的無限遠(yuǎn)校正長(zhǎng)工作距離顯微物鏡為例，了解下標(biāo)識(shí)所代表的含義。

激光微束操作系統(tǒng)可以在基因工程中實(shí)現(xiàn)非接觸細(xì)胞操作，系統(tǒng)中“光鑷”和“光刀”則依靠高質(zhì)量的顯微物鏡實(shí)現(xiàn)。

飛秒激光微納加工中的應(yīng)用

飛秒激光微納加工往往是在極小的空間、極短的時(shí)間和特別的物理?xiàng)l件下對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加工的，使用無限共軛長(zhǎng)工作距離、復(fù)消色差設(shè)計(jì)的顯微物鏡可以將激光束聚焦到接近衍射極限，從而獲得很高的能量密度，使脈沖中心很小的區(qū)域的能力超過燒蝕閾值，實(shí)現(xiàn)比焦點(diǎn)還小的特征結(jié)構(gòu)。

無限共軛長(zhǎng)工作距離顯微物鏡在工業(yè)微觀形貌檢測(cè)上也有廣泛應(yīng)用，圖7是在共聚焦顯原理的輪廓儀中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)3D形貌的檢測(cè)和關(guān)鍵尺寸的測(cè)量。