光學設計第16章顯微鏡物鏡設計-預覽頁
【正文】 來說比較簡單、應用得最多的一類顯微鏡物鏡。一般倍率大約為，數(shù)值孔徑在左右，對應的相對孔徑大約為左右。求解的關鍵是選擇合適的玻璃組合，以便同時校正三種像差。為了減小孔徑高級球差，這類物鏡一般采用兩個雙膠合透鏡的組合，如圖16－3所示，稱為李斯特物鏡。所以還是兩個雙膠合透鏡的球差、慧差相互補償為好，這樣可以在整個物鏡校正好球差、慧差的同時，產(chǎn)生一定量的正像散以補償場曲。在前、后雙膠合透鏡曲線上找出使前、后雙膠合透鏡球差、慧差相互補償?shù)膹澢Ｋ拥陌肭蛐瓮哥R（前片），一般第一面是平面，第二面是齊名面，即軸上物點的光線經(jīng)過平面折射以后與光軸的交點位于第二面的齊名點上。在圖16－4（b）中，第一個透鏡是由一個齊名面和一個平面構(gòu)成的，不產(chǎn)生球差和慧差。為了提高顯微鏡物鏡的分辨率，除了增加孔徑角外，還可以提高物方介質(zhì)的折射率。第一片為蓋玻片，蓋在被觀察的物體上面。因此在一些質(zhì)量要求特別高的顯微鏡中，就要求校正二級光譜色差，稱為復消色差物鏡。由于螢石的工藝性和化學穩(wěn)定性不好，同時晶體內(nèi)部有內(nèi)應力，因此目前很少采用，而改用（氟冕玻璃）類和（特種冕玻璃）類玻璃。這類物鏡結(jié)構(gòu)相當復雜，如圖16－8為民主德國的物鏡。這樣的顯微鏡物鏡可以作到在較大的視場內(nèi)像場較平，成像清晰，稱為平像場物鏡。平像場物鏡的基本型式如圖16－9所示。平場復消色差物鏡在色球差和二級光譜方面都得到較大改善，數(shù)值孔徑也較普通物鏡大。圖16－11是聯(lián)邦德國萊茨的平場復消色差物鏡系列的光學結(jié)構(gòu)。反射鏡不產(chǎn)生色差，在紅外和紫外區(qū)也可以工作。另一個缺點是反射面的加工要求高，物鏡的裝校困難。 圖16－14 反射式物鏡 圖16－15 折反射式物鏡 圖16－16 用于紫外波段的折反射式物鏡167。一 低倍顯微鏡物鏡的設計大體步驟1 由物鏡的倍率和物像之間的共軛距的要求，確定雙膠合物鏡的焦距、物距、像距。這樣，可以求出雙膠合物鏡的、：、因此、的規(guī)化值為： ，由此可以算出規(guī)化值、：式中， 另外，一般取。5 確定雙膠合物鏡形狀系數(shù)值，和由前一個公式可以求出兩個值，選取與第二式求出的值相近的一個，然后它們?nèi)∑骄鳛橹?。這樣作的好處是，像距（反向光路的物距）一般為物鏡焦距的若干倍，而物距（反向光路的像距）比較小。即將雙膠合物鏡的各個曲率半徑、中心厚度、邊緣厚度乘以一個縮放系數(shù)，是所要求的共軛距與所求出的共軛距的比值。同時查得、5 確定雙膠合物鏡形狀系數(shù)值：6 由、值求出曲率半徑、的規(guī)化值： 7 恢復雙膠合透鏡曲率半徑的實際值：將得到的雙膠合透鏡的曲率半徑乘上透鏡的實際焦距，得到曲率半徑的實際值：8 透鏡加厚度根據(jù)求得的半徑和通光口徑的要求，確定兩個透鏡的厚度： ，9 驗算像差幾何像差的計算列于下表：00－－0－這一結(jié)果表明，球差、軸向色差尚未校正好，需要進行微量校正。這種物鏡的像差校正方式通常有兩種。為了校正像散，兩個雙膠合透鏡各有一定量的球差和慧差(當然二者合起來還是校正球差和慧差的)。由于整個系統(tǒng)是由兩個分離的薄透鏡組構(gòu)成的，由此就產(chǎn)生了一個如何確定每個透鏡組的光焦度和它們之間的間隔問題。李斯特物鏡的光闌通常放在第一個雙膠合透鏡上。 圖16－19 李斯特物鏡設計一 設計方法 在給定顯微鏡物鏡的數(shù)值孔徑、倍率、共軛距、線視場的條件下，物鏡的設計步驟如下：1 計算外部尺寸由于顯微鏡物鏡的設計是反向光路，可以由數(shù)值孔徑定出出射光線的孔徑角，因此，物方孔徑角為：總偏角為：式中，為第一塊透鏡所負擔的偏角，為第二塊透鏡所負擔的偏角。2 確定像差校正方程由于要使中倍顯徼鏡物鏡在校正了球差、彗差、像散，而且兩塊透鏡的像差互補，則 得到有關、的方程組。這樣，選定第二塊透鏡的，再加上，就可以確定第二塊透鏡的玻璃組合。進一步，就得到第一塊透鏡的初始結(jié)構(gòu)。5 高倍消色差顯微鏡物鏡設計高倍顯微物鏡通常是在李斯特物鏡基礎上的復雜化，如在李斯特物鏡前面加一個半球、或者在加一個半球基礎上再加一個齊明的彎月形透鏡。一 齊明條件如果對單個表面的球差方程求解，可以求出三個無球差的解，它們是：（1）當物和像均在表面上時，由初級像差系數(shù)表達式 知道，當時，球差為零（）（2）當物在曲率中心時， ，球差為零（）。由此可見，當時，球差、慧差都為零。對于阿米西物鏡，第一面取為平面，即則，半球透鏡與鄰近的雙膠合透鏡的間隔很小，以減少被前組引進的倍率色差。而且越大，工作距離就越短。前組透鏡的第二面滿足齊明條件，沒有球差
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