读懂显微物镜（二）

接上期我们继续来读一读显微物镜。把物镜装到显微镜上，需要匹配螺纹标准，在行业内很长一段时间物镜的螺纹标准RMS(Royal Microscopical Society)，提高不同厂家物镜之间的通用性。比如Olympus的大部分物镜都是RMS螺纹标准的，也有其他厂家采用M25/M32这样的标准。相对应地，物镜还有一个参数是齐焦距离(Parfocal Distance, 参看下图)，齐焦的通俗理解是当物镜从10倍换到20倍40倍的时候，样品还保持在相同的焦面上。齐焦距离的标准有45mm和60mm，不同厂家有不同的设计考虑。

工作距离(Working Distance)对于物镜来说是一个非常重要的参数，上期我们在物镜上有读到“WD 0.21”这样的标识，代表工作距离是0.21mm。在生命科学的应用中，对于物镜的工作距离需求是有很大变化的。在细胞房或者样品器皿的底部相对较厚(>1mm)的时候，长工作距离的物镜就非常有必要，比如LUCPLFLN40XPH这个物镜，工作距离可以在3.0-4.2mm之间调节，比如UPLSAPO40X2这个高分辨率物镜，工作距离只有0.18mm。所以我们在选择物镜的时候，一定需要明确使用场景，对于工作距离的需求。

数值孔径(Numerical Aperture即NA)，上面提到的两个40倍物镜，工作距离差别很大，同时对应的数值孔径也不一样（NA 0.95和NA 0.6）。物镜的光学分辨率和NA正好成反比，一般分辨率的公式是d = 0.61*wavelength / NA，也就是说NA越大物镜分辨率越高。下图是两种不同物镜（干镜和油镜）的收集光线角度的描述说明，可以看到油镜的收光角度很大，由于NA=n*sin(θ)，其中n是空气或者油的折射率，收光角度越大那么NA越大。所以这就是为什么油镜的分辨率都比干镜的分辨率更高。

放大倍数(Magnification)，大部分同学可能觉得放大倍数是理解的，物镜上标注几倍那就是几倍了。其实这并不准确，比如把Olympus物镜装在Nikon显微镜上，标注是20倍的物镜其实最终的放大倍数并不是20倍。这是为什么呢？现在所有科研级物镜都已经是无限远光学系统校准的，要实现成像功能，物镜还需要搭配一块Tube Lens才能真正出来图像。所以物镜的真实放大倍数=Tube Lens焦距/物镜焦距，对于不同厂家，Tube Lens焦距是不一样的比如Olympus是180mm而Nikon则是200mm。这样的话，20倍Olympus物镜装到Nikon显微镜上，真实的放大倍数是22.2倍。下图解释说明了无限远物镜成像系统。