显微镜物镜种类中消色差物镜详解

物镜种类：根据物镜校正原理的不同，显微镜物镜通常分为以下几种物镜：消色差物镜类，包括消色差物镜和复消色差物镜、以及平像场物镜和消色差物镜的综合平场复消色差物镜、折射和折反射物镜等。
一、消色差物镜消色差物镜是一种结构简单明了应用最为广泛的显微镜物镜。消色差物镜的设计只需要校正镜片的球差、正弦差和一般的单色光像差，而不校正复色像差，所以被称为消色差物镜。而这类物镜的分类，则根据它的放大倍率和物镜的数值孔径的不同分为低、中、高倍和浸液消色差物镜。
1 低倍消色差物镜
这类物镜一般应用于放大倍率低（放大倍率大约为4×-3×）、数值孔径小（数值孔径大约在1.0左右）、视场小的场合（对应的相对孔径大约为41左右）。由于相对孔径不大，视场比较小，所以低倍物镜的设计只要求校正球差、慧差和轴向色差。求解的关键是则是选择合适的玻璃组合，以便能同时校正这三种色像差。因此结构最为简单双胶合透镜就成为低倍消色差物镜光学设计的首选物镜。而这款显微镜物镜的设计方法与双胶合望远镜的物镜的设计方法十分类似，这里就不再赘述；唯一不同的地方在于，物体成像的位置并不在理论上的无限远处，而是位于有限距离。
2 中倍消色差物镜
中倍消色差物镜又被称为李斯特物镜，它的的倍率大约为8×-12×，数值孔径约为 0.2-0.3。最常用的李斯特物镜的数值是：数值孔径PN=0.25，倍率β=10x。由于李斯特物镜的数值孔径相对低倍物镜加大，对应的相对孔径也相应增加，李斯特物镜的孔径高级球差将成倍增长，设计难度也有所提升，所以单单只采用一个双胶合透镜已经不能满足李斯特物镜的设计要求了。李斯特物镜的设计一般都会采用两个双胶合透镜的组合形式从而达到减小该物镜的孔径高级球差的目的。如图2.1－1所示，称为李斯特物镜。为了达到同时校正轴向色差和倍率色差的目的，我们使每个双胶合透镜分别校正垂直的轴向色差，即双胶合透镜的Σψ/v=0这样整个物镜能同时校正轴向色差和倍率色差了。

3 高倍消色差物镜
高倍消色差物镜又被称为阿西米物镜，它的的倍率大约为60×-40×，数值孔径约为0.6-0.8。最常用的阿西米物镜的数值是：数值孔径 NA=0.65，倍率40X。阿西米物镜可以看作是在中倍物镜的光学系统上，再加上一个或多个单会聚透镜组成的，单会聚透镜是无球差无慧差的。对于新加的半球形透镜，前面是平面，后面是齐名面，也就是轴上的光线经过前面折射以后与轴线的交点将位于后面的齐名面上。

图3－2阿米西物镜
因为在高倍镜的设计过程中数值孔径一直增大，所以我们利用在前镜添加这种半球形透镜以达到目的。如图3－3所示，假如U1为入射光线的径角、经平面折射后的径角为 U1=U2、再经过等晕面（第二面）折射后的径角为U2，则第一面折射后，有：

如3－2（a）所示，前片可以看作是在中倍物镜的光学系统上，再加上一个或多个单会聚透镜（无球差无慧差）组成的。为了工作方便，实际上我们在物镜与物平面之间留有一点空隙，产生的微量球差和慧差则可以在后面的两个双胶合透镜组中补偿，前片的色差也同样用着两个透镜组补偿。由图3－2（b）可见，两个透镜组都是由一个齐名面和一个平镜组成，然而两个透镜组又有所不同，第一个透镜组是不产生误差的，而第二个透镜组的第一面会产生球差和慧差，并且两个透镜组的叠加又会加大色差的产生，这些设计上不可避免的误差都必须靠后面的的两个双胶合透镜组来修正。
4 浸液物镜显微镜物镜种类中消色差物镜详解
如图3-4所示的显微物镜我们称之为浸液物镜，因为它为了提高数值孔径（NA），在盖玻片与前片之间注满油液，通常用杉木油。因此在使油液的折射率与盖玻片的折射率相近的同时，也满足了我们对数值孔径的要求。其数值孔径可以达到1.25-1.3，倍率为100×。

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