顯微鏡物鏡是顯微鏡設(shè)計中最容易識別的組件之一。顯微鏡物鏡放大圖像，因此人眼可以通過目鏡或成像系統(tǒng)（如成像透鏡和相機）輕松查看。傳統(tǒng)物鏡的設(shè)計是折射式的；換句話說，它們由一系列光學(xué)透鏡組成。然而，對高倍率聚焦光學(xué)元件的需求，從深紫外到遠紅外的色彩校正，促使工業(yè)界為這些波長開發(fā)經(jīng)濟實惠的現(xiàn)成顯微鏡物鏡——反射式或基于鏡子的物鏡就是答案。這些物鏡采用兩個或多個鏡子的反射設(shè)計來聚焦光線或形成圖像。

最常見的反射物鏡類型是雙鏡史瓦西物鏡（圖1）。該系統(tǒng)由一個小直徑的“次”鏡和一個帶中心孔的大直徑“主”鏡組成，次鏡由星形支架固定到位。主鏡和次鏡用金涂層表示，以更好地說明它們在反射物鏡外殼內(nèi)的位置。這些基于鏡子的物鏡有兩種配置：用于聚焦應(yīng)用的無限遠校正和用于成像應(yīng)用的有限共軛。

反射物鏡的類型

無限遠校正反射物鏡

無限遠校正反射物鏡（圖2）是理想的聚焦應(yīng)用。準直光（如激光源）通過主鏡中心孔徑進入物鏡，并在指定的工作距離處聚焦。這種配置提供了將寬帶或多個激光源聚焦到一個點的經(jīng)濟手段。一個常見的應(yīng)用是聚焦紅外（IR）或紫外（UV）激光（如Nd:YAG激光），其中包含可見參考光束。

有限共軛反射物鏡

有限共軛反射物鏡（圖3）是成像應(yīng)用的理想選擇。它們是一種直接的解決方案，不需要使用任何額外的聚焦光學(xué)器件。這種基于有限共軛鏡的配置提供了出色的分辨率，并且通�？梢耘c傳統(tǒng)的折光顯微鏡物鏡互換使用。無限遠校正反射物鏡可以在成像應(yīng)用中使用，增加了一個管透鏡，并具有將光束操縱光學(xué)引入光束路徑的額外靈活性。

反射式vs折射式顯微鏡物鏡設(shè)計的優(yōu)點

反射物鏡相對于折射率物鏡的主要優(yōu)點是其在寬光譜范圍內(nèi)的色差校正。折射物鏡在有限范圍內(nèi)提供類似的性能，例如可見光譜，是相當(dāng)受歡迎的。然而，隨著波長范圍開始超過設(shè)計范圍，傳輸和圖像性能受到影響。此外，還有許多反射涂層可供選擇，可在深紫外，紅外和特定激光波長下實現(xiàn)無與倫比的性能。

反射式物鏡重要指標(biāo)

在比較反射物鏡時，需要考慮這些基于反射鏡的系統(tǒng)特有的兩個參數(shù)：遮擋和透射波前。在反射系統(tǒng)中，主鏡的中心部分不會將光線傳輸?shù)礁辩R，而是通過雜散光擋板將光線反射回來。為了避免這種情況，許多制造商在主鏡的中央部分放置一層吸收涂層。還有另外兩個位置發(fā)生遮擋，即主鏡的直徑和類似蜘蛛腿結(jié)構(gòu)的寬度。最好在規(guī)定值中包括所有遮擋的貢獻，盡管有些制造商只包括中心遮擋的貢獻。

透射波前誤差可能是許多需要反射物鏡的應(yīng)用中最重要的參數(shù)；透射波前誤差是波前從進入和離開系統(tǒng)時的差值。鏡子制造的最新進展使高精度表面的生產(chǎn)和測試成為可能，從而創(chuàng)建了更好的校正系統(tǒng)�？梢詫崿F(xiàn)λ/20峰谷（P-V）量級的鏡子，這些鏡子允許生產(chǎn)透射波前≤λ/4 P-V的反射物鏡。

這種低波前誤差允許反射物鏡具有衍射限制或接近衍射限制的性能。衍射受限物鏡產(chǎn)生由艾里斑定義的最小聚焦光斑尺寸，該尺寸可以使用物鏡的數(shù)值孔徑（NA）和波長計算。

雖然傳統(tǒng)的折射物鏡非常適合特定波長帶內(nèi)的一系列應(yīng)用，但反射物鏡可以替代，以提高從深紫外到遠紅外的寬帶應(yīng)用的性能和圖像質(zhì)量。反射物鏡非常適合傅里葉變換紅外光譜、激光聚焦和橢圓偏振測量應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，衍射限制性能和色度校正至關(guān)重要。