對于大多數顯微鏡應用，通常只有兩套光學(xué)器件需要由用戶(hù)調整，即物鏡和目鏡。當然，這是假設顯微鏡已經(jīng)校正了科勒照明，即調整了聚光鏡和光闌。

本文首先介紹了目鏡組件以及如何正確調整它們以適應你的眼睛。其次是物鏡，我們將探討光學(xué)畸變和四種最常見(jiàn)的物鏡，這些物鏡均經(jīng)過(guò)校正以克服這些異?，F象。

在制造商的設計中，顯微鏡的目鏡和物鏡是一個(gè)組合，并在光學(xué)上相互補充。如果你出于任何原因更換顯微鏡之間的目鏡或物鏡，那么應該記住這一點(diǎn)。為獲得最佳的樣本圖像，顯微鏡的物鏡和目鏡必須是一個(gè)和諧的工作組合。購買(mǎi)完整的顯微鏡時(shí)，光學(xué)部件相互匹配，為用戶(hù)提供最佳的觀(guān)察條件。如果你在組裝一個(gè)定制的研究級顯微鏡，那么選擇的物鏡將決定適合的目鏡，反之亦然。

目 鏡

目鏡是我們觀(guān)察最終樣本圖像的光學(xué)鏡片（見(jiàn)圖1）。這些光學(xué)器件有時(shí)被稱(chēng)為“接目鏡”或“目鏡”。放大率除了取決于物鏡的選擇，還要考慮目鏡，它的放大率通常是10的倍數。目鏡是顯微鏡的一個(gè)看似簡(jiǎn)單的光學(xué)部件。一些基礎款目鏡確實(shí)是由一個(gè)頂部和底部安裝鏡片的金屬管組成但許多研究級目鏡由多組相互配合的鏡片組成，它提供樣本的校正視圖，并補充物鏡的特性。

無(wú)論目鏡的組件設計如何，金屬外殼的兩端只有兩個(gè)用戶(hù)可以看到的鏡片。觀(guān)察最終圖像的鏡片（最接近眼睛）被稱(chēng)為“目鏡”，另一端的鏡片（朝向顯微鏡主體）被稱(chēng)為“場(chǎng)鏡”。

圖1：顯微鏡的最終圖像可以用目鏡觀(guān)察，也叫接目鏡。

 

你通常會(huì )在目鏡周?chē)l(fā)現橡膠或塑料眼罩（見(jiàn)圖2）。這些眼罩有多種功能。它們會(huì )阻擋一些環(huán)境光線(xiàn)，讓觀(guān)察者可以更清楚地看到感興趣的樣本。此外，它們還將用戶(hù)限制在與目鏡的最佳距離內。如果您佩戴眼鏡，可以簡(jiǎn)單地將它們卷到目鏡的頂部，或者摘掉眼鏡。

關(guān)于顯微鏡衛生需注意的一點(diǎn)：如果你在共享的實(shí)驗室或設施中使用顯微鏡，衛生和清潔都是重要的因素。一個(gè)重要的考慮因素是眼部感染。如果你不幸有眼部感染，則應避免使用共享顯微鏡，直到感染癥狀完全消失。眼部感染可能具有高傳染性，很容易傳播給其他顯微鏡使用者。無(wú)論您的眼睛是否健康，您都應該將目鏡和眼罩（以及整個(gè)顯微鏡）保持在清潔狀態(tài)，以便于下一個(gè)用戶(hù)的使用。

目鏡屈光度的調整

顯微鏡用戶(hù)需要調整目鏡適應自己的視力。這被稱(chēng)為“屈光度調節”，用于糾正眼睛之間的焦點(diǎn)和視覺(jué)差異（見(jiàn)圖2）。除非您有完美的正常視力（也稱(chēng)為“20/20視力”），否則為更清晰地觀(guān)察樣本，您需要完成這一簡(jiǎn)單的調整。在調整屈光度之前，首先應調整目鏡之間的距離（假設您使用的是雙目顯微鏡）以適應使用者的生理結構。雙目目鏡安裝在一個(gè)水平的“滑塊”上，兩個(gè)目鏡可以活動(dòng)以適應眼睛之間的距離?；蛘?，每個(gè)目鏡都安裝在獨立的外殼中，能夠以半圓形的旋轉方式移動(dòng)，配合使用者眼睛之間的距離。

設置好物理距離后，就可以調節屈光度。檢查每一個(gè)目鏡時(shí)，您會(huì )注意到至少有一個(gè)目鏡的金屬體或外殼周?chē)幸粋€(gè)滾花環(huán)（另一個(gè)也可以是固定焦點(diǎn)目鏡）。僅通過(guò)固定目鏡向下看，并使用顯微鏡的主調焦輪讓樣本進(jìn)入清晰的焦點(diǎn)。閉合固定焦距目鏡上的眼睛，僅使用可調節光圈的目鏡來(lái)觀(guān)察樣本。保持樣本的原始焦點(diǎn)的同時(shí)，慢慢轉動(dòng)屈光度環(huán)，直到樣本進(jìn)入清晰的焦點(diǎn)。當你睜開(kāi)雙眼時(shí)，樣本現在應該處于清晰的焦點(diǎn)。調整屈光度厚，每個(gè)所選物鏡的設置都是一樣的。

 圖2：大多數目鏡都有可移動(dòng)或可彎曲的眼罩，用于阻擋一些環(huán)境光線(xiàn)。此外，它們還可以將用戶(hù)限制在與目鏡的最佳距離內。佩戴眼鏡的用戶(hù)應該摘下眼罩。借助屈光度調節，可以根據用戶(hù)的屈光度對目鏡進(jìn)行個(gè)性化設置。

光學(xué)畸變

顯微鏡（以及在本文的范圍內）有兩種主要類(lèi)型的光學(xué)畸變：色差和幾何像差。幾何像差（也被稱(chēng)為“單色差“或“球面像差”）也被稱(chēng)為“塞德?tīng)栂癫?rdquo;。菲利普·路德維希·馮·塞德?tīng)?Philipp Ludwig von Seidel)（1821-1896）是一位德國數學(xué)家，他在1857年確定了五種幾何像差（球差、慧差、像散、場(chǎng)曲和畸變）。一般來(lái)說(shuō)，幾何/單色/賽德?tīng)栂癫钍怯捎阽R片的結構和幾何形狀，以及光在通過(guò)鏡片時(shí)的折射和反射方式而產(chǎn)生。

考慮到所有可能通過(guò)曲面鏡片的光波，通過(guò)鏡片中心的光波將比通過(guò)曲面鏡片邊緣的光波的折射率低。通過(guò)鏡面之前平行的光波不會(huì )匯聚到一個(gè)焦點(diǎn)上，而是作為不同的點(diǎn)沿光軸傳播（圖3）。

 

圖3：球面像差描述了這樣一個(gè)事實(shí)：通過(guò)鏡片中心的光波比通過(guò)曲面鏡片邊緣的光波的折射率要小。因此，在通過(guò)透鏡之前是平行的光波不會(huì )匯聚到一個(gè)焦點(diǎn)上。

色差主要是由于鏡片的材料而發(fā)生的。白光是由許多不同的波長(cháng)/顏色組成的，當它通過(guò)凸透鏡時(shí)，它被分割成不同的組成部分。波長(cháng)的分裂意味著(zhù)，一旦光線(xiàn)通過(guò)透鏡，各組成顏色就不會(huì )彼此聚焦在同一個(gè)匯聚點(diǎn)上（圖4）。

 圖4：通過(guò)凸透鏡的白光被分割成不同的波長(cháng)，并在不同程度上被折射。因此，它們不會(huì )匯聚在同一個(gè)焦點(diǎn)上。這種現象被稱(chēng)為色差。

 物 鏡

 

圖5：一個(gè)帶有校正環(huán)的甘油浸泡物鏡。

顯微鏡物鏡的制造和校正是為了在每個(gè)光學(xué)部件中考慮一個(gè)或多個(gè)這樣的像差。在物鏡外殼上蝕刻的信息中（除了放大率、物鏡類(lèi)型、數值孔徑（NA）等），還包括有關(guān)光學(xué)校正的信息（見(jiàn)圖3）。

盡管有許多可用的光學(xué)校正，但本文將探討可能遇到和使用的四種最常見(jiàn)的光學(xué)校正。除了目鏡之外，物鏡看起來(lái)也很簡(jiǎn)單。物鏡兩端的兩個(gè)透鏡被稱(chēng)為“前透鏡”（離樣本最近）和“后透鏡”。后透鏡在使用過(guò)程中不可見(jiàn)，因為它面向顯微鏡的主體。大多數物鏡由一系列相對復雜的鏡片組成，鏡片相互補充，糾正其他扭曲的光學(xué)像差。

 

消色差物鏡

最常見(jiàn)的校正顯微鏡物鏡是“消色差”物鏡。這種物鏡的鏡筒上有縮寫(xiě)“Achro”或“Achromat”。這些物鏡校正“軸向色差”。當白光通過(guò)凸透鏡時(shí)，會(huì )發(fā)生這種像差。因此，白光被分割成紅、綠和藍色波長(cháng)。這種分裂意味著(zhù)這些波長(cháng)不會(huì )匯聚到光軸上的同一個(gè)焦點(diǎn)上（見(jiàn)圖4）。

如果使用沒(méi)有校正軸向色差的物鏡觀(guān)察樣本，那么樣本周?chē)鷷?huì )出現彩色條紋和圖像的模糊。非色差物鏡只校正了兩個(gè)波長(cháng)（紅色和藍色），使其與綠色波長(cháng)的焦點(diǎn)大致相同。此外，消色差物鏡的球面像差也只針對一種顏色進(jìn)行了校正。

平場(chǎng)消色差物鏡

更高一級的校正是在“平場(chǎng)消色差”物鏡中發(fā)現的。這些通常由物鏡筒上的縮寫(xiě)“平場(chǎng)消色差”或“Achroplan”來(lái)識別。除了校正軸向色差外，這些物鏡還校正一種被稱(chēng)為“場(chǎng)曲率”的光學(xué)現象。當光線(xiàn)通過(guò)曲面鏡片時(shí)，便會(huì )發(fā)生這種現象。投射的圖像導致樣本的視圖發(fā)生彎曲。如果使用未校正視場(chǎng)曲率的物鏡觀(guān)察樣本，會(huì )導致整個(gè)視場(chǎng)的焦點(diǎn)不均勻。視場(chǎng)的邊緣或中心可能被聚焦，但不是同時(shí)聚焦。雖然這不會(huì )影響樣本的日常觀(guān)察和檢查，但如果你想拍攝用于發(fā)表的圖像，就會(huì )有問(wèn)題。在這種情況下，建議使用平場(chǎng)消色差物鏡校正平場(chǎng)，實(shí)現整個(gè)圖像視圖的均勻聚焦。

半復消色差物鏡

再高一級的校正物鏡是“半復消色差”或“螢石”物鏡。這些物鏡由物鏡筒上的縮寫(xiě)“Fluar”、“Fluor”、“Fluo”或“Fl”來(lái)識別。術(shù)語(yǔ)“螢石”可以追溯到一個(gè)時(shí)期，當時(shí)這種鏡片是由螢石制造的，它是一種氟化鈣礦物。在商業(yè)上，這種礦物也被稱(chēng)為“螢石”，并且仍然被用于制造一些半復消色差鏡片，盡管現在大多數都是由合成材料制成的。半復消色差物鏡對一種或兩種組成色進(jìn)行校正，確保不同的光波集中在一起，成為光軸上所謂的“最小混淆圈”。

除了上述外觀(guān)上的縮寫(xiě)外，還有一些帶有“Plan FL”或“Plan Fluor”名稱(chēng)的物鏡。這些物鏡不僅校正了球差和色差，而且還校正了視場(chǎng)曲率。

 

復消色差物鏡

最高級別的校正物鏡（反映在這些光學(xué)器件的成本上）是“復消色差”物鏡。這些物鏡在鏡筒上有“Plan Apochromat”、“PL APO”或“Plan Apo”的縮寫(xiě)（見(jiàn)表1）。這些物鏡對場(chǎng)曲率進(jìn)行了校正（因此縮寫(xiě)名稱(chēng)中的“Plan”），并對紅、綠和藍色波長(cháng)進(jìn)行了色度校正。此外，復消色差物鏡還對三個(gè)波長(cháng)進(jìn)行了球面校正。在復消色差透鏡中的高水平校正，相比校正較少的物鏡，在同等放大率下，可產(chǎn)生更高的NA。

徠卡的校正物鏡

關(guān)于徠卡不同類(lèi)別校正物鏡的概述，可以通過(guò)以下鏈接<顯微鏡產(chǎn)品-物鏡-物鏡類(lèi)別>找到（見(jiàn)表1）。此外，通過(guò)填寫(xiě)<鏈接顯微鏡產(chǎn)品-物鏡-物鏡查找-物鏡>頁(yè)面上的在線(xiàn)表格，徠卡可以幫助您找到您的應用所需的合適物鏡。

消色差	半復消色差	復消色差
HI PLAN	PL Fluotar	PL APO
N PLAN	PL S-Apo	PL APO CS / CS2
FL PLAN		PL IR  APO

表1：國際標準化組織(ISO)區分了三組物鏡類(lèi)別，它們在色度校正的質(zhì)量上有所不同。消色差、半復消色差和復消色差。徠卡的命名法進(jìn)一步區分了這些組別，例如，它們的場(chǎng)平度、透射率等。          

徠卡物鏡上使用的進(jìn)一步的縮寫(xiě)。                                                                                                                            

   

BD	代表明場(chǎng)/入射光暗場(chǎng)
PH	相差物鏡
RC	反射相位對比物鏡（僅適用于DM R）
P, POL	低應變，用于定量偏振
BD	明暗場(chǎng)物 鏡
LMC	調制對比物鏡（僅與Leica DM IRB一起使用）

表2：特別適用于特定對比法的物鏡都有相應的標記。

   

OIL	DIN/ISO標準浸泡油
W	水
IMM	任何其他或多于一種的浸泡介質(zhì)
GLYC	甘油

表3：必須與某一物鏡一起使用的浸泡介質(zhì)在物鏡上標明。

 

CORR	帶校正環(huán)的物鏡
L	具有超長(cháng)自由工作距離的物鏡
6位數的代碼	標記物鏡，向徠卡顯微系統訂購產(chǎn)品時(shí)需要。

表4：徠卡物鏡上提到的更多標簽。