淺談顯微鏡——物鏡的球差與色差

上期我們聊到物鏡的數值孔徑，了解到數值孔徑的大小直接影響最終獲取的圖像解析度，為物鏡的重要參數。然而，在物鏡上我還會看到一些簡寫，如下圖所示：

 

那麼，這些英文簡寫表示什麼意思呢？

可以看到，上圖物鏡上遊兩個簡寫：N、PLAN。分別表示色差矯正和球差矯正的等級。有些小夥伴就會問道，什麼是色差，什麼是球差？

自然光或LED光源發出的光線都是白光，白光由不同波長的光組合而成，不同的波長呈現不同的顏色，穿過透鏡的折射率也不相同，如上圖所示：一束白光從w點發出斜射至一塊凸透鏡中，不同波長的光折射率不同從而分散開來，從而不同顏色的光落在不同的位置。這只是一個點光源就出現這種效果，如果在顯微鏡成像中，複雜的顏色分布，多種顏色的組合，如果顏色依舊如此亂的呈現在視野中，我們可能都認不出所觀察的圖像是什麼了。

下圖為一張白紙在體視鏡下觀察的效果，左邊為無色彩矯正的圖像，右邊為色彩校正後的圖像。明顯可以看出，白紙的網格狀結構未進行色差校正後的像有紅色的彩邊，產生色差，而色彩校正後就可以還原圖像的本質。那麼色彩校正是如何實現的？

在凸透鏡的兩側添加一些校正透鏡（如下圖），形成透鏡組，不同波長的光通過透鏡組後改變行程方向，還原初始位置，從而完成色差校正。然而，不同波長的光校正難度有差異，從而物鏡的檔次有消色差、半復消色差、復消色差等多個等級，可校正顏色越多的物鏡等級越高。

說完色差校正，凸透鏡還有球差需要進行矯正。所謂球差，同一個平面的物體通過透鏡後，呈現的像不在同一平面上。如下圖所示：凸透鏡左側紅、黃兩點在同一個平面上，通過透鏡折射後，在凸透鏡右側成像卻不在同一平面。

 

在實際的觀察中表現的效果為：同一個視野中間是可以清晰可見的，而四周呈現的圖像為模糊的，這樣的圖像給使用者帶來的觀察效果和感受會很差，無法一次性分析和觀察全視野的圖像。

球差的矯正技術目前在物鏡中較為基礎，市場上幾乎所有的物鏡都具有矯正球差的功能（物鏡上會有PLAN或PL的標記），從而在選擇物鏡的過程中不用擔心球差問題。

Leica徠卡 DMi1 倒置相差顯微鏡

Leica徠卡 DMiL倒置螢光顯微鏡

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