顯微鏡高倍物鏡的設(shè)計(jì)方案

高倍物鏡的設(shè)計(jì)方案

由于高倍顯微鏡物鏡的光學(xué)特性變化范圍廣，相對(duì)孔徑的數(shù)值較高，需要校正的球差和慧差也大大增加，它的設(shè)計(jì)比中、低倍物鏡的設(shè)計(jì)要困難得多。本小節(jié)將對(duì)顯微鏡物鏡設(shè)計(jì)中有普遍性的問(wèn)題作一些分析和說(shuō)明。

初始系統(tǒng)的選定是計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。顯微鏡物鏡中高級(jí)像差比較大，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。因此，顯微鏡物鏡設(shè)計(jì)的初始結(jié)構(gòu)一般都是根據(jù)要求的光學(xué)特性和成像質(zhì)量，從手冊(cè)、資料或?qū)＠墨I(xiàn)中找出—個(gè)和設(shè)計(jì)要求比較接近的結(jié)構(gòu)作為初始結(jié)構(gòu)。

在初始結(jié)構(gòu)確定以后，就需要矯正的像差。我們必須通過(guò)像差計(jì)算來(lái)確定。為此我們把顯微鏡物鏡的像差校正大體分成三個(gè)階段來(lái)進(jìn)行。

在顯微鏡物鏡設(shè)計(jì)中，基本像差就是那些全視場(chǎng)和全孔徑的像差，如：

(1)軸上點(diǎn)孔徑邊緣光線的球差δL′m和正弦差SC′m 。

(2)邊緣視場(chǎng)像點(diǎn)的細(xì)光束子午場(chǎng)曲x′tm和弧矢場(chǎng)曲x′sm。

(3)軸上點(diǎn)的軸向色差△L′gc和全視場(chǎng)的垂軸色差△y′gc。在顯微鏡物鏡中—般對(duì) g(435．83nm)和C(656．28nm)這兩種波長(zhǎng)的光線消色差，而不像目視光學(xué)儀器那樣對(duì)F光、C光消色差。因?yàn)楦泄獠牧蠈?duì)短波比人眼敏感。

(4)畸變只對(duì)那些特殊用途的顯微鏡物鏡(如用于攝影測(cè)量的物鏡)，才將畸變作為基本像差一開(kāi)始就加以校正，一般顯微鏡物鏡中不加以校正。由于顯微鏡物鏡的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，校正上面這些基本像差并不困難。

在完成第一階段像差的校正之后，開(kāi)始進(jìn)入最關(guān)鍵的第二階段的校正。在全面分析完系統(tǒng)像差的校正狀況后，找出最重要的高級(jí)像差作為校正對(duì)象。在第一階段校正過(guò)的像差也必須參與高級(jí)像差的校正，因?yàn)樾Ｕぷ魇侵鸩绞湛s公差的，只有在基本的像差得到校正的前提下，校正高級(jí)像差才有意義。在校正過(guò)程中，某些不大的像差可能會(huì)增加，這時(shí)也必須把它們記入校正，如果不能同時(shí)校正，就采取折中的辦法是每個(gè)高級(jí)像差都得到兼顧。如果系統(tǒng)無(wú)法使每個(gè)高級(jí)像差都減小到允許的公差范圍內(nèi)，那就只能放棄原來(lái)所選的原始結(jié)構(gòu)重新選擇一個(gè)高級(jí)像差較小較完整的結(jié)構(gòu)繼續(xù)重復(fù)第一階段的工作，知道各個(gè)高級(jí)像差都降到我們的要求為止。

在使各高級(jí)像差達(dá)到要求之后，就要開(kāi)始進(jìn)行“像差平衡”了。根據(jù)系統(tǒng)在全視場(chǎng)和全孔徑內(nèi)的像差排布規(guī)律，自身調(diào)整基本像差的數(shù)值，再重新進(jìn)行基本像差的校正，是全視場(chǎng)和全孔徑內(nèi)可以獲得最佳的成像品質(zhì)。

其總設(shè)計(jì)圖如下：

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