反射物鏡簡介

顯微鏡物鏡是顯微鏡設(shè)計(jì)中易識別的組件之一。 顯微鏡物鏡會放大圖像，因此人眼可以通過目鏡或成像系統(tǒng)（例如成像鏡頭和照相機(jī)）輕松查看它們。 傳統(tǒng)物鏡在設(shè)計(jì)上是屈光的。 換句話說，它們由一系列光學(xué)透鏡組成。 但是，有了對從深紫外到遠(yuǎn)紅外進(jìn)行色彩校正的高倍率聚焦光學(xué)器件的需求，促使工業(yè)界為這些波長反射或者基于鏡像開發(fā)經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)成的顯微鏡物鏡，物鏡就是答案。 這些物鏡采用兩個或更多反射鏡的反射設(shè)計(jì)來聚焦光或形成圖像。

反射物鏡常見的類型是兩鏡Schwarzschild物鏡（圖1）。 該系統(tǒng)由一個小直徑的“輔助”反射鏡和一個帶有中心孔的大直徑的“主”反射鏡組成，該輔助反射鏡由星形安裝架固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?主鏡和副鏡均鍍有金膜，以更好地說明它們在反射物鏡外殼內(nèi)的位置。 這些基于反射鏡的物鏡有兩種配置：用于聚焦應(yīng)用的無限遠(yuǎn)校正和用于成像應(yīng)用的有限共軛。

Figure 1:
Anatomy of a Reflective Objective

圖1：反射物鏡的解剖

反映目標(biāo)的類型

無限遠(yuǎn)校正反射物鏡

無限遠(yuǎn)校正反射物鏡（圖2）是聚焦應(yīng)用的理想選擇。 準(zhǔn)直光（例如激光源）通過副鏡的中心孔進(jìn)入物鏡，并在其的工作距離處聚焦。 這種配置提供了一種將寬帶或多個激光源聚焦到單個點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)方法。 常見的應(yīng)用是聚焦合并了可見參考光束的紅外（IR）或紫外（UV）激光（例如Nd：YAG激光）。

圖2：無限遠(yuǎn)校正反射鏡設(shè)計(jì)

有限共軛反射物鏡

有限共軛反射物鏡（圖3）非常適合成像應(yīng)用。 它們是一種簡單的解決方案，不需要使用任何其他的聚焦光學(xué)器件。 這種基于有限共軛鏡的配置可提供出色的分辨率，通常可與傳統(tǒng)的折射顯微鏡物鏡互換使用。 無限遠(yuǎn)校正的反射物鏡可用于成像應(yīng)用中，而無需添加鏡筒透鏡，并且具有將光束操縱光學(xué)器件引入光束路徑的更大靈活性。

圖3：有限共軛反射物鏡設(shè)計(jì)

相對于VS的好處。 折光顯微鏡目標(biāo)設(shè)計(jì)

反射物鏡相對于折射物鏡的主要優(yōu)點(diǎn)是其在寬光譜范圍內(nèi)的色彩校正。 在有限范圍內(nèi)（例如可見光譜）提供類似性能的折射物鏡非常受歡迎。 但是，隨著波長范圍開始超出設(shè)計(jì)范圍，傳輸和圖像性能會受到影響。 此外，還有許多反射涂層可供選擇，這些涂層在深紫外，紅外和特定激光波長下具有優(yōu)良的性能。

重要的反射物鏡規(guī)格

比較反射物鏡時，需要考慮這些基于反射鏡的系統(tǒng)*的兩個參數(shù)：遮擋和透射波前。 在反射系統(tǒng)中，主鏡的中央部分不會將光線傳輸?shù)捷o助鏡，而是將其通過雜散光擋板反射回來。 為了避免這種情況，許多制造商在主鏡的中央部分放置了吸收性涂層。 還有另外兩個發(fā)生遮擋的位置，即主鏡的直徑和蜘蛛腿的寬度。 將遮蓋作用的所有值都包括在規(guī)定的值中，盡管某些制造商只包括中央遮蓋作用的值。 例如，EdmundOptics®在標(biāo)準(zhǔn)的反射物鏡中包含了所有遮蓋作用。

對于許多需要反射物鏡的應(yīng)用來說，透射波前誤差可能是重要的參數(shù)。 透射波前誤差是指波前進(jìn)入和離開系統(tǒng)之間的差。 鏡子制造的新進(jìn)展使得能夠生產(chǎn)和測試高精度的表面，從而創(chuàng)建更好的校正系統(tǒng)。 可以達(dá)到λ/ 20峰谷（P-V）數(shù)量級的反射鏡，這些反射鏡可以產(chǎn)生反射物鏡，這些物鏡的透射波前≤λ/ 4 P-V。 例如，埃德蒙光學(xué)（Edmund Optics）硬安裝所有固定的TECHSPEC®ReflX™反射物鏡，從而保證了標(biāo)準(zhǔn)線上的λ/ 10 RMS透射波前和高性能線上的λ/ 4 P-V透射波前。 TECHSPEC®ReflX™反射物鏡的固定線已在Zygo GPI-XP干涉儀上進(jìn)行了主動對準(zhǔn)和測試，以確保每個物鏡均在規(guī)格范圍內(nèi)。

這種低波前誤差使反射物鏡具有受限的衍射或近衍射的性能。 衍射受限的物鏡會產(chǎn)生由艾里斑片定義的小聚焦光斑尺寸，可以使用物鏡和波長的數(shù)值孔徑（NA）計(jì)算得出：

（1）

要了解有關(guān)Airy磁盤的更多信息，請參閱我們的應(yīng)用筆記“分辨率和對比度限制：Airy磁盤”。

雖然傳統(tǒng)的折射物鏡非常適合特定波長范圍內(nèi)的各種應(yīng)用，但反射物鏡可以替代以提高從深紫外線到遠(yuǎn)紅外線的寬帶應(yīng)用中的性能和圖像質(zhì)量。 反射物鏡是FTIR，激光聚焦和橢圓儀應(yīng)用的理想選擇，在這些應(yīng)用中，衍射極限性能和色度校正至關(guān)重要。