光學(xué)設(shè)計(jì)第16章顯微鏡物鏡設(shè)計(jì)(存儲(chǔ)版)
【正文】 差過程中，由于透鏡的焦距和主面位置的少量變化可能造成像距的大量改變，因而使倍率和共軛距都大大地偏離實(shí)際要求，有時(shí)甚至可能造成虛像。校正的結(jié)果為：，，10 縮放共軛距根據(jù)加上透鏡厚度后的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到共軛距變化為，得到縮放因子：縮放后，各個(gè)折射面的曲率半徑為、。利用這些球差、慧差以及兩透鏡的間隔來校正像散，很顯然，這種結(jié)構(gòu)可以消像散，成像質(zhì)量較高，但對(duì)透鏡間隔的變化比較敏感。當(dāng)兩個(gè)雙膠合透鏡相互補(bǔ)消球差和慧差時(shí)，兩個(gè)雙膠合透鏡的間隔大致和物鏡的總焦距相等。另外，兩個(gè)雙膠合透鏡分別校正色差，則。5 透鏡加厚并確定兩塊透鏡的距離。（3）第三種情況就是所謂的齊明（等暈）狀態(tài)，如圖16－20所示，當(dāng)時(shí)，求得 由折射定律 即 可見，當(dāng)時(shí)，上述結(jié)論也適用于近軸區(qū)域，即當(dāng)時(shí)。阿米西的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭為， 。但前組透鏡的第一面一般不滿足齊明條件，它產(chǎn)生球差、慧差和色差。圖16－21 高倍顯微鏡物鏡前組設(shè)計(jì) 三 后組透鏡的設(shè)計(jì)后組透鏡由兩個(gè)雙膠合透鏡構(gòu)成。在選定玻璃材料后，首先根據(jù)工作距離和角放大率的要求求出，然后選定透鏡厚度，求出，則前組透鏡設(shè)計(jì)完成。前組和后組分別設(shè)計(jì)，然后組合。再加上，就可以確定第一塊透鏡的玻璃組合。由圖16－19得到 這樣，得到物面全部的外部參數(shù)：、。李斯特物鏡兩個(gè)雙膠合透鏡光焦度分配的原則通常是使每個(gè)雙膠合透鏡產(chǎn)生的偏角相等或者使后組的偏角略大于前組。另一種校正方案是兩個(gè)雙膠合透鏡的像差不是單獨(dú)校正的。1 求物距、像距、焦距，2 求、取，則：3 求值選擇火石玻璃在前，則4 根據(jù)值，選擇玻璃對(duì)根據(jù)、查表，選玻璃組合，其對(duì)應(yīng)于的，與要求的接近，而且和為常用玻璃。 圖16－18 低倍顯微鏡雙膠合物鏡的像差計(jì)算在設(shè)計(jì)顯微鏡物鏡時(shí)，計(jì)算像差通常按反方向光路進(jìn)行，如圖16－18所示。由于顯微鏡一般配備一組不同放大倍率的物鏡和一組不同放大倍率的目鏡，因此在設(shè)計(jì)顯微鏡物鏡時(shí)，一般不能考慮物鏡與目鏡之間的像差補(bǔ)償問題，而是分別進(jìn)行校正，一般要求、。圖16－16是一種折反射式物鏡，倍率，可以在紫外波段范圍內(nèi)工作。 圖16－10 民主德國(guó)蔡司平像場(chǎng)復(fù)消色差物鏡 圖16－11 聯(lián)邦德國(guó)萊茨平像場(chǎng)復(fù)消色差物鏡 圖16－12 蘇聯(lián)平像場(chǎng)復(fù)消色差物鏡 圖16－13 日本平像場(chǎng)復(fù)消色差物鏡五 反射和折反射物鏡反射和折反射顯微鏡物鏡比折射式物鏡有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：一是容易得到長(zhǎng)的工作距離，可以有比焦距大幾倍的工作距離；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以有比較寬的消色差譜線范圍，并可在光譜的紅外和紫外區(qū)工作。目前，由于氟冕玻璃等的問世，它有取代螢石（氟化鈣）的趨勢(shì)。對(duì)于要求有較大的清晰視場(chǎng)的情況，如顯微照相，就要求校正物鏡的場(chǎng)曲和像散，主要校正匹茲萬和。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。這種顯微鏡物鏡的實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖16－6所示，稱為阿貝浸液物鏡。 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(gè)齊名面和一個(gè)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(shí)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(gè)雙膠合透鏡組進(jìn)行補(bǔ)償，前片的色差也同樣需要后面的兩個(gè)雙膠合透鏡組進(jìn)行補(bǔ)償。在前、后雙膠合透鏡分別校正色差的條件下，對(duì)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。由于物鏡的數(shù)值孔徑加大，對(duì)應(yīng)的相對(duì)孔徑增加，孔徑高級(jí)球差將大大增加，采用一個(gè)雙膠合透鏡已經(jīng)不能滿足要求。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(chǎng)較小的情況。對(duì)于軸外像差，如像散、倍率色差，由于視場(chǎng)比較小，而且一般允許視場(chǎng)邊緣的像質(zhì)下降，因此在設(shè)計(jì)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。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。無論是有限筒長(zhǎng)，還是無限筒長(zhǎng)的顯微鏡的物鏡，倍率的絕對(duì)值越大，焦距越短?？梢?，顯微鏡物鏡的倍率越高，焦距越短。顯微鏡物鏡的作用是把被觀察的物體放大為一個(gè)實(shí)像、位在目鏡的焦
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