顯微鏡光學知識講解-金相顯微鏡的基本組件-物鏡篇（上）

金相顯微鏡的光學系統主要由物鏡、目鏡組成；照明系統由光源、光欄及濾色片等組成。
照明系統已經介紹過，本篇文章主要介紹物鏡的主要特征

物鏡的主要特征：
（1）物鏡的放大率
物鏡的放大率用Mo表示
MO=A′B′/ AB =fm/fo（5-12）
式中：fo物鏡的焦距；fm為鏡筒透鏡焦距。
物鏡所成的像為實像、倒立。
生物顯微鏡的物鏡常用的放大率為：4×；10×；40×；63×；100×(油)。
金相顯微鏡物鏡常用的放大率為：5×，10×，20×，50×，100×。除此之外根據樣品觀察的需要，對于低倍的要求，可以配1.25×、1.6×、2.5×物鏡。對于更高倍的要求，可以配150×、250×的物鏡，但由于一般無限遠光學系統的金相顯微鏡，可以通過改變鏡筒透鏡的焦距來實現物鏡放大率的改變，有些使用者要求顯微鏡配置1×、1.5×、2×的中間變倍器，而不是選擇100×以上的物鏡。
  (2) 物鏡的數值孔徑
物體一點所發出的光線中，通過系統光闌最外側光線的入射角叫孔徑角u，該角的正弦值sinu和介質折射率n乘積為數值孔徑，用N·A表示，見圖

N·A= n*sin a/2
式中：n為物鏡與試樣之間的介質折射率。在干燥空氣中n=1。在油浸系統香柏油中n=1.515；甘油中n=1.473；水中n=1.333。
數值孔徑表示物鏡的聚光能力，增大聚光能力，可提高物鏡的鑒別率。
 
數值孔徑(NA.)是物鏡的物理特性 
數值孔徑兩個要素：物鏡的直徑(D)，工作距離(WD)

不同數值孔徑的分辨率：

（3）物鏡的景深
景深又稱焦點深度，簡稱焦深，表示物鏡對于高低不平物體能清晰成像的能力。
 

• 數值孔徑越大，景深越小
• 分辨率越高，景深越小
• 被觀察物體周圍介質的折射率加大,可增大景深

 
(4)物鏡的分辨率
分辨率是物鏡能將兩個物點清晰分辨的最大能力，用兩個物點能清晰分辨的最小距離d的倒數表示。物體通過光學儀器成像時，每一物點對應有一像點，但由于光的衍射，物點的像不再是個幾何點，而是不一定大小的衍射亮斑。靠近的兩個物點所形成兩個亮斑，如果互相重疊則使兩個物點分辨不清，從而限制了光學系統的分辨率。顯然，像面上衍射圖像亮斑半徑愈大，系統的分辨率則越小。下圖中A1’A2’為物點A1A2的衍射圖像，呈同心環狀，中心的光線強度最大，衍射環的光線強度隨環的直徑增大而逐漸減弱。
 
 
(5)物鏡的工作距離
物鏡的工作距離是指物鏡第一個表面到被觀察物體之間的距離。
物鏡的工作距離與物鏡數值孔徑有關，物鏡倍率越高，數值孔徑越大，工作距離就越小。
一般高倍率大孔徑的高級物鏡，其工作距離在0.2 mm左右，為了避免由于操作不當而產生物鏡與試樣表面的碰撞致使物鏡受損壞，高倍物鏡及油鏡殼體內裝有彈簧裝置，以便物鏡受壓時能順利地退縮，使物鏡和試樣得到保護。
 
經驗總結：

• 數值孔徑（NA.）正比于分辨率 
• 數值孔徑（NA.）與景深DOF成反比
• 數值孔徑（NA.）與工作距離成反比
• 放大率增大，數值孔徑（NA.）增大，但非線性

了解更多：徠卡顯微