显微镜高倍物镜的设计方案

高倍物镜的设计方案

由于高倍显微镜物镜的光学特性变化范围广，相对孔径的数值较高，需要校正的球差和慧差也大大增加，它的设计比中、低倍物镜的设计要困难得多。本小节将对显微镜物镜设计中有普遍性的问题作一些分析和说明。

初始系统的选定是计算机辅助光学设计的基础和关键。显微镜物镜中高级像差比较大，结构也比较复杂。因此，显微镜物镜设计的初始结构一般都是根据要求的光学特性和成像质量，从手册、资料或专利文献中找出—个和设计要求比较接近的结构作为初始结构。

在初始结构确定以后，就需要矫正的像差。我们必须通过像差计算来确定。为此我们把显微镜物镜的像差校正大体分成三个阶段来进行。

在显微镜物镜设计中，基本像差就是那些全视场和全孔径的像差，如：

(1)轴上点孔径边缘光线的球差δL′m和正弦差SC′m 。

(2)边缘视场像点的细光束子午场曲x′tm和弧矢场曲x′sm。

(3)轴上点的轴向色差△L′gc和全视场的垂轴色差△y′gc。在显微镜物镜中—般对 g(435．83nm)和C(656．28nm)这两种波长的光线消色差，而不像目视光学仪器那样对F光、C光消色差。因为感光材料对短波比人眼敏感。

(4)畸变只对那些特殊用途的显微镜物镜(如用于摄影测量的物镜)，才将畸变作为基本像差一开始就加以校正，一般显微镜物镜中不加以校正。由于显微镜物镜的结构比较复杂，校正上面这些基本像差并不困难。

在完成第一阶段像差的校正之后，开始进入最关键的第二阶段的校正。在全面分析完系统像差的校正状况后，找出最重要的高级像差作为校正对象。在第一阶段校正过的像差也必须参与高级像差的校正，因为校正工作是逐步收缩公差的，只有在基本的像差得到校正的前提下，校正高级像差才有意义。在校正过程中，某些不大的像差可能会增加，这时也必须把它们记入校正，如果不能同时校正，就采取折中的办法是每个高级像差都得到兼顾。如果系统无法使每个高级像差都减小到允许的公差范围内，那就只能放弃原来所选的原始结构重新选择一个高级像差较小较完整的结构继续重复第一阶段的工作，知道各个高级像差都降到我们的要求为止。

在使各高级像差达到要求之后，就要开始进行“像差平衡”了。根据系统在全视场和全孔径内的像差排布规律，自身调整基本像差的数值，再重新进行基本像差的校正，是全视场和全孔径内可以获得最佳的成像品质。

其总设计图如下：

文章来源于：http://www.pelttech.com/item_99_57_0.shtml