光學(xué)設(shè)計第16章顯微鏡物鏡設(shè)計-wenkub
2023-07-01 02:06:50 本頁面
【正文】 膠合透鏡作為物鏡。這類物鏡，根據(jù)它們的倍率和數(shù)值孔徑不同又分為低倍、中倍、高倍、浸液物鏡。167。對于較高倍率的顯微鏡物鏡，由于數(shù)值孔徑加大、相對孔徑比望遠(yuǎn)鏡物鏡大得多，因此還要校正孔徑的高級像差，如高級球差、高級正弦差、色球差。三 顯微鏡的視場顯微鏡的視場是由目鏡的視場決定的，一般顯微鏡的線視場不大于。為了保證人眼觀察的主觀亮度，出射光瞳直徑最好不小于。焦距短是顯微鏡物鏡光學(xué)特性的一個特點。在共軛距一定的條件下，與物鏡的焦距存在以下關(guān)系：對于無限筒長的顯微鏡的物鏡，其焦距與倍率之間的關(guān)系為：式中，為負(fù)值。物鏡的倍率按與筒鏡透鏡的組合倍率計算為：整個顯微鏡的性能，也就是它的視放大率和衍射分辨率，主要是由顯微鏡物鏡決定。如圖16－1所示。顯微鏡物鏡的作用是把被觀察的物體放大為一個實像、位在目鏡的焦面上，然后通過目鏡成像在無限遠(yuǎn)，供人眼觀察。在一架顯微鏡上，通常都配有若干個不同倍率的物鏡目鏡供互換使用。可見，顯微鏡物鏡的倍率越高，焦距越短。 圖16－1 顯微鏡系統(tǒng) 圖16－2 無限筒長顯微鏡系統(tǒng)167。無論是有限筒長，還是無限筒長的顯微鏡的物鏡，倍率的絕對值越大，焦距越短。二 顯微鏡物鏡的數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑，是顯微鏡物鏡最主要的光學(xué)特性，它決定了物鏡的衍射分辨率，根據(jù)顯微鏡物鏡衍射分辨率的計算公式：公式中，代表顯微鏡物鏡能分辨的最小物點間隔；為光的波長，對目視光學(xué)儀器來說，取平均波長；為物鏡的數(shù)值孔徑。在一定的數(shù)值孔徑下，如果目鏡的倍率越小，就要求物鏡有更高的倍率，但是物鏡的倍率越高，工作距離越短，這給顯微鏡的使用造成不方便，因此一般希望盡量提高目鏡的倍率，但目鏡由于受到出射光瞳距離的限制，焦距不能太小，通常目鏡的最高倍率為，因此物鏡倍率越高，要求物鏡的數(shù)值孔徑越大。對無限筒長的顯微鏡來說，筒鏡的物方視場角為：筒鏡的物方視場角就是物鏡的像方視場角，因此物鏡的視場角一般不大于。對于軸外像差，如像散、倍率色差，由于視場比較小，而且一般允許視場邊緣的像質(zhì)下降，因此在設(shè)計中，只有在優(yōu)先保證前三種像差校正的前提下，在可能的條件下加以考慮。2 顯微鏡物鏡的類型根據(jù)校正情況不同，顯微鏡物鏡通常分為消色差物鏡、復(fù)消色差物鏡、平像場物鏡、平場復(fù)消色差物鏡、折射和折反射物鏡等。1 低倍消色差物鏡這類物鏡一般用于倍率較低、數(shù)值孔徑較小，視場較小的情況。它的設(shè)計方法與一般的雙膠合望遠(yuǎn)鏡物鏡的設(shè)計方法十分相似，不同的只是物體的位置不在無限遠(yuǎn)，而是位于有限距離。由于物鏡的數(shù)值孔徑加大，對應(yīng)的相對孔徑增加，孔徑高級球差將大大增加，采用一個雙膠合透鏡已經(jīng)不能滿足要求。對于球差和慧差也可以各自單獨校正，但那樣，每個雙膠合透鏡組在校正了球差、慧差之后，一般總要留有一定量的負(fù)像散，再加上系統(tǒng)的不可避免的場曲，使得像面彎曲加重。在前、后雙膠合透鏡分別校正色差的條件下，對前、后雙膠合透鏡選幾種彎曲，求出球差、慧差值，作出前、后雙膠合透鏡各自的球差、慧差隨彎曲而改變的曲線。它們可以看作是在李斯特物鏡的基礎(chǔ)上，加上一個或兩個由無球差、無慧差的單會聚透鏡而構(gòu)成。 圖16－5 阿米西物鏡中等暈透鏡的作用在圖16－4（a）中，前片透鏡是由一個齊名面和一個平面構(gòu)成的，齊名面不產(chǎn)生球差和慧差，如果把物平面與前片的第一面（平面）重合，也不產(chǎn)生球差和慧差，但為了工作方便，實際物鏡與物平面之間需要留有一定的間隙，這樣，透鏡的第一面就將產(chǎn)生少量的球差和慧差，它們可以由后面的兩個雙膠合透鏡組進(jìn)行補償，前片的色差也同樣需要后面的兩個雙膠合透鏡組進(jìn)行補償。4 浸液物鏡顯微鏡物鏡的分辨率決定于其數(shù)值孔徑。這種顯微鏡物鏡的實際結(jié)構(gòu)如圖16－6所示，稱為阿貝浸液物鏡。 圖16－6 阿貝油浸物鏡二 復(fù)消色差物鏡在一般的消色差顯微鏡物鏡中，物鏡的二級光譜色差隨著倍率和數(shù)值孔徑的提高越來越嚴(yán)重，因此在高倍的消色差顯微鏡物鏡中二級光譜往往成為影響成像質(zhì)量的主要因素，因為二級光譜對應(yīng)的幾何像差數(shù)值近似與物鏡的焦距成正比，隨著物鏡倍率的增加，表面上二級光譜色差隨著焦距的縮短而減小，但是一定的幾何像差數(shù)值對應(yīng)的波像差近似與數(shù)值孔徑的平方成比例，因此總起來，隨著倍率和數(shù)值孔徑的提高，二級光譜色差所對應(yīng)的波像差增大。如圖16－7為不同倍率和數(shù)值孔徑的復(fù)消色差物鏡的結(jié)構(gòu)，圖中劃斜線的透鏡就是由螢石做成的。近年，國際上出現(xiàn)了一種消倍率色差的所謂物鏡。對于要求有較大的清晰視場的情況，如顯微照相，就要求校正物鏡的場曲和像散，主要校正匹茲萬和。由于顯微鏡物鏡孔徑角很大，再加上平像場要求，使得平像場物鏡的結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜。目前，由于氟冕玻璃等的問世，它有取代螢石（氟化鈣）的趨勢。如圖16－10所示為民主德國蔡司的超廣視野平場復(fù)消色差物鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
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