无限远校正显微物镜
光学显微镜简介
光学显微镜是是人们用以观察微小物体和认识微观世界的重要手段和工具，也是人们从事光学精密测量、分析微观组织、观察细微结构、开展微型工艺等必不可少的科学仪器。最简单的光学显微镜包含一个用来放大样品的成像系统和一个照射样品的照明系统。但大多数光学显微镜都要更复杂，在显微镜内部和其物镜目镜里，还包含了很多严格控制尺寸大小的高精度镜头。
图1 显微镜光路示意图
在使用显微镜时，我们总是希望能得到清晰明亮的图像，这就需要显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准，并且要求在使用时，必须根据实际情况来协调各参数的关系。只有这样，才能充分发挥显微镜应有的性能，得到满意的显微成像效果。显微物镜是显微成像系统的重要组成部分，它很大程度上决定了显微镜的放大倍数和分辨率，显微镜和显微物镜主要有以下光学技术参数：
放大倍率显微镜整体系统的放大倍率为目镜和物镜的放大倍率的乘积，放大倍率通常是以一个数值和“x”表示，如10x、20x、50x等；
数值孔径NA数值孔径是显微物镜最主要的技术参数，它是一个无量纲量，用来衡量物镜接收角的范围，用以衡量该系统能够收集的光的角度范围。数值孔径NA是透镜与物体之间介质的折射率n和半孔径角θ的正弦之乘积，即
NA = n × sinθ
 
图2 显微物镜孔径示意图
分辨率显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距，计算公式为
σ = λ / NA
其中σ为最小分辨距离，λ为光线的波长，NA为物镜的数值孔径。
工作距离物镜的工作距离指物镜底面到样品表面的距离。在物镜数值孔径一定的情况下，工作距离短则孔径角大。
物镜的基本类型
显微物镜是光学显微镜最关键的零件，也是最难设计和装配的零件，物镜是由一系列透镜组装而成，物镜的成像质量直接决定了显微镜系统的性能。在选择合适的物镜时，除了放大倍率、数值孔径等上述提到的技术指标外，了解正确的像差校正也是极为重要的。显微物镜按照像差校正情况不同可以分为消色差物镜、复消色差物镜、平场消色差物镜、平场复消色差物镜等。
消色差物镜（Achromatic objective）它是实验室最常用的物镜，外壳上常有“Ach”字样，它针对蓝光（486nm）和红光（656nm）两种波长进行色差校正，同时对546nm波长的光进行球差校正。消色差透镜是单色光应用的最佳选择。
复消色差物镜（Apochromatic objective）复消色差物镜外壳上标有“Apo”字样，要求能够在三种波长区域（红色、蓝色和黄色）中校正色差。此外，它们也能够提供二到三种波长的球差校正，而且通常具有较高的数值孔径和较长的工作距离，因此光学结构更为复杂，且通常需要采用特种玻璃或萤石等材料制作。复消色差物镜非常适合用于白光应用中。
平场物镜（Plan Objective）消色差/复消色差物镜一般在大放大倍率时，会出现场曲问题，即像场不再是平面而是发生弯曲，平场物镜即在物镜设计时通过对场曲进行校正，提高边缘视场像差，使得曲面场变成平面。平场物镜外壳上标有“Plan”字样。
无限远共轭&有限远共轭无限远共轭、有限远共轭指的是显微物镜的物面与像面这两个共轭面而言的。如图3a所示，有限远共轭显微物镜，从样品散射的光被物镜汇聚到一点，然后通过目镜成像；而无限远共轭显微物镜，如图3b所示，离开物镜后孔径的光线会被准直，在成像应用中需要一个镜筒透镜将物镜准直后的光聚焦在传感器上。无限远共轭显微物镜外壳上标有“∞”字样。
图3  a有限远共轭物镜   b无限远共轭物镜
无限远共轭物镜与有限远共轭物镜相比，优势在于，可以在无限远共轭物镜和镜筒透镜之间插入偏振片、滤波片等，而无需改变光束传播方向。物镜镜筒上印有大部分物镜的规格，用户在使用时可以轻松辨别，以联合光科推出的无限远校正长工作距离显微物镜为例，了解下标识所代表的含义。
图4 典型显微物镜规格标识
无限远校正长工作距离显微物镜应用
无限远校正长工作距离平场复消色差物镜代表当今显微镜生产最高水平，在半导体、电子、冶金等行业中得到越来越广泛的使用，其凭借优异的成像质量，超长的工作距离，大数值孔径等特点，广泛应用于激光微纳加工、激光微束系统、亮场工业检测等多种场合。
激光微束操作系统中的应用激光微束操作系统可以在基因工程中实现非接触细胞操作，系统中“光镊”和“光刀”则依靠高质量的显微物镜实现。
图5 在激光微束操作系统中的应用
飞秒激光微纳加工中的应用飞秒激光微纳加工往往是在极小的空间、极短的时间和极端的物理条件下对物质进行加工的，使用无限共轭长工作距离、复消色差设计的显微物镜可以将激光束聚焦到接近衍射极限，从而获得很高的能量密度，使脉冲中心很小的区域的能力超过烧蚀阈值，实现比焦点还小的特征结构。
图6  在飞秒激光微纳加工中的应用
工业检测中的应用无限共轭长工作距离显微物镜在工业微观形貌检测上也有广泛应用，图7是在共聚焦显原理的轮廓仪中的应用，可以实现3D形貌的检测和关键尺寸的测量。
图7 在工业微观形貌检测中的应用
无限远校正长工作距离显微物镜产品简介
联合光科技（北京）有限公司推出的2X、5X、10X、20X、50X、100X的长工作距离显微物镜，其光谱波长范围是400-700nm，该物镜采用平场复消色差设计，其可对红光、蓝光和黄光进行校正，具有工作距离长、数值孔径大等特点，这些物镜被广泛应用到亮场工业检测、教育科研等领域。