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光学设计ZEMAX

显微镜物镜设计——显微镜物镜的光学特性

时间:2015/5/16 22:22:13   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:1100   评论:0
内容摘要:    显微镜是用来帮助人眼观察近距离细小目标的一种目视光学仪器,它由物镜和目镜组合而成。显微镜物镜的作用是把被观察的物体放大为一个实像、位在目镜的焦面上,然后通过目镜成像在无限远,供人眼观察。    在一架显微镜上,通常都配有若干个不同倍率的物镜目镜供互换使用。为了保证物镜的互...
    显微镜是用来帮助人眼观察近距离细小目标的一种目视光学仪器,它由物镜和目镜组合而成。显微镜物镜的作用是把被观察的物体放大为一个实像、位在目镜的焦面上,然后通过目镜成像在无限远,供人眼观察。
    在一架显微镜上,通常都配有若干个不同倍率的物镜目镜供互换使用。为了保证物镜的互换性,要求不同倍率的显微镜物镜的共轭距离(物平面到像平面的距离)相等。各国生产的通用显微镜物镜的共轭距离大约为190mm左右,我国规定为195mm。如图16-1所示。可见,显微镜物镜的倍率越高,焦距越短。
    还有一种被称为“无限筒长”的显微镜物镜,被观察物体通过物镜以后,成像在无限远,在物镜的后面,另有一个固定不变的筒镜透镜,再把像成在目镜的焦面上,如图16-2所示。筒镜透镜的焦距,我国规定为250。物镜的倍率按与筒镜透镜的组合倍率计算为:
显微镜物镜设计——显微镜物镜的光学特性
    整个显微镜的性能,也就是它的视放大率和衍射分辨率,主要是由显微镜物镜决定。
显微镜物镜设计——显微镜物镜的光学特性

§1 显微镜物镜的光学特性
一  显微镜物镜的倍率
    显微镜物镜的倍率是指物镜的垂轴放大率B。由于显微镜是实物成实像,因此B为负值,但一般用B的绝对值代表物镜的倍率。在共轭距L一定的条件下,B与物镜的焦距存在以下关系:
显微镜物镜设计——显微镜物镜的光学特性

对于无限筒长的显微镜的物镜,其焦距与倍率之间的关系为:
显微镜物镜设计——显微镜物镜的光学特性
式中,B为负值。
    无论是有限筒长,还是无限筒长的显微镜的物镜,倍率B的绝对值越大,焦距物越短。所以,实际上,物镜的倍率决定了物镜的焦距。因此,显微镜物镜的焦距一般比望远镜物镜的焦距短得多。焦距短是显微镜物镜光学特性的一个特点。

  显微镜物镜的数值孔径

显微镜物镜设计——显微镜物镜的光学特性
显微镜物镜设计——显微镜物镜的光学特性
显微镜物镜设计——显微镜物镜的光学特性

四  显微镜物镜设计中应校正的像差
根据显微镜物镜的光学特性,它的视场小,而且焦距短,因此设计显微镜物镜主要校正轴上点的像差和小视场的像差,即球差、正弦差、轴向色差。
对于较高倍率的显微镜物镜,由于数值孔径加大、相对孔径比望远镜物镜大得多,因此还要校正孔径的高级像差,如高级球差、高级正弦差、色球差。
对于轴外像差,如像散、倍率色差,由于视场比较小,而且一般允许视场边缘的像质下降,因此在设计中,只有在优先保证前三种像差校正的前提下,在可能的条件下加以考虑。
对于某些特殊用途的高质量研究用显微镜,如用于显微摄影的物镜,要求整个视场成像质量都比较清晰,除了校正球差、正弦差、轴向色差外,还要求校正场曲、像散、垂轴色差,这种物镜就是平像场物镜。
由于显微镜属于目视光学仪器,因此它同样对F光和C光消色差,对D光校正单色像差。
 











 




出处:正势利工作室

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