物镜作为光学成像系统里面最主要的元件之一，相信大家都不陌生，从高中，乃至初中生物课开始，学生便开始接触到了显微镜。肉眼观察的显微镜是由物镜和目镜组成，这两个器件就是显微镜里面最核心的器件，而现在接触到的大多数显微镜更多的是用相机代替双眼观察的显微镜。对于大多数光学成像实验来说，都离不开一台显微镜，要么买一台完善的显微镜，在此基础上进行二次改造，要么自己动手搭建一台显微镜。无论选择哪种方式，都会面临琳琅满目的各种型号的物镜。
图1 索雷博网页提供的物镜产品
图2 爱特蒙特官网上提供的物镜
种类繁多的物镜需要按照自己的需求来挑选，今天这期内容就来一起简单了解下光学成像系统里面的物镜。
先来看一个最简单的成像系统：
图3
上图为标准的4f系统，放大倍率等于f2/f1，如果想通过相机看到某个点，只需要准备一个CCD；两个普通透镜，按照上图放置，就能实现。如果想实现10倍放大，那我们可以选择f1=20mm、f2=200m的透镜或者f1=10mm、f2=100mm的透镜就可以实现。在这里需要注意的是，往往看到的不是一个点，而是一个弥散斑，如图：
图4
对于不同位置入射的光，普通球面透镜往往无法将其汇聚为一点，这就是球差。想解决这个问题可以通过将透镜不同位置的曲率做矫正，也就是平常见到的非球面透镜；或者使用两个球差一正一负的透镜胶合来抵消，也就是常说的胶合透镜。现在将成像光换成白光LED再来看看。
对于白光，简单分解为R、G、B。在此之前，先来回顾一下透镜的相关知识。透镜对光线的汇聚能力来源于折射，当光穿过折射率不同的两种介质的界面时，光的传播路径会发生偏折，偏折的角度符合：
图5
焦距越短的透镜，对光线的偏折能力越强，也就是说透镜材料折射率和入射角度越大，透镜的焦距就越短，对于同一个透镜来说，光线入射角固定，但是同一材料对不同波长的光的折射率是不一样的，这也就导致同一个透镜用在不同波长的光时，焦距不一样，对于多色光应用的场景，就会出现色差，如下图所示：
图6
（折射率定义：
这个时候显然一些透镜已经无法满足成像的需求，需要能够消除色差的透镜，一般可以选择一款消色差物镜，消色差物镜根据使用波长不同也有一些区别，大概分为三类：
消色差：主要消除红、蓝波段的色差。
半复消色差：消色差能力介于消色差和复消色差中间，整体性能偏向于复消色差。
复消色差：主要消除红、蓝、紫波段的色差。
大多数情况下成像往往不是对一个点，而是一个二维平面，这个时候就引入轴外点。
图7
如上图所示，平行光汇聚在轴外点时，与轴上点不在同一平面，这个现象称之为：场曲。样品一般都是平面，所以场曲也需要矫正，市面上大多数的物镜都矫正场曲，矫正过场曲的物镜，称之为平场物镜。但是成像系统中第二个透镜也需要做一系列的矫正，才能发挥物镜全部的性能，这个透镜叫做管透镜（tube lens）；
国际上有著名的4家企业：Olympus、Nikon、Zeiss、Leica 可以提供各种各样应用的物镜。这些厂家生产的物镜受众较广，在选择物镜的时候可以在任意一家选择，都有对应的产品。但是显微物镜的放大倍率不是只由物镜决定的，还由管透镜的焦距决定，两个透镜的焦距比才是系统放大倍率。物镜在生产的时候都默认将第二个透镜的焦距作为一个标准来设计物镜，各厂家虽然都做了矫正，但是选用的焦距不同，这就导致了不同品牌混用的时候可能会出现放大倍率不匹配的情况，所以管透镜选用的时候焦距尤为重要（Olympus：180mm、Nikon：200mm、Zeiss：165mm、Leica：200mm）。
物镜根据用途大致可分为：表面检测、生物成像。其中生物成像需要用到载玻片和盖玻片，样本和物镜之间有一层折射率不一样的盖玻片，所以需要做额外矫正，一般这个厚度为0.17-0.2mm左右，用于生物成像的物镜一般都会在镜体上标注∞/0.17，而用于表面检测的物镜（金相）则没有或者标注∞/0。
以Nikon的一款物镜为例：
图8 尼康物镜
Plan：平场
Apo：复消色差
20x：在200mm管镜下放大倍率为：20x（等效于焦距f=10mm）
0.75：表示NA=0.75，NA直接决定了成像的横向分辨率
∞/0.17：无穷远物镜，盖玻片矫正0.17mm
WD 1.0：物镜工作距离为1mm
除了之外还有一些特殊的物镜，我们之后再逐个介绍。
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