连续变倍体视显微镜附加大物镜的设计.pdf

2003年f—“省(市)光学学术会议论文集 连续变倍体视显微镜附加大物镜的设计 张斌 广西梧州市光学仪器厂技术中心，广西梧州，543002 摘要本文介绍了连续变倍体视显微镜附加大物镜的设计原理，数值孔径的确定以及设计实例。 关键词连续变倍体视显微镜；附加人物镜；数值孔径。 1．引 言 附加大物镜是连续变体视显微镜中的一‘个重要部件，通过它可进一步提高显微镜的放人率或增加 工作距离，目前已形成系列，如0．3。，0．5。，0．75。，1．5。，2。附加大物镜，本文将总结附加大物镜的设 计方法。 2．附加大物镜的设计原理 附加大物镜是加在两个交叉11。～14。之间的连续变倍物镜的前方，它与主体显微镜配合使用，可提高 总放大率或增加工作距离。当附加人物镜倍率小于1×时，可增加物方工作距离，当倍率大于lxlj-j，可提 高显微镜总放大率，但工作距离减少。如图1所示，附加大物镜与两个连续倍物镜不是一个共轴系统，而 是一个偏歪系统。 图1中，B1和B2是 两个完全相同的连续变倍 物镜，F是附加大物镜， A是加附加大物镜时显微 镜的物点，经附加物镜F 后，成象于A。点。00’是 附加大物镜的光轴，001 一。一(哄豢，_一。季警习·等?一?一’图1连续变倍物镜光学系统图 和002是连续变倍物镜的光轴，夹角为12。。 由图1可知，如果把附加大物镜与变倍物镜视为一个共轴系统设计，显然是不太合适的。从理论 上来说，应该按偏歪系统进行设计。但是我们知道，连续变倍物镜的倍率是连续变化的，单支物镜的 入瞳位置的变化很大，况且附加大物镜接收的是双变倍物镜，不仅入瞳变化大，孔径角和视场都是变 化的，这样按偏歪系统设计非常复杂。 从图1可知，附加大物镜所使用的都是边缘光线，因此其主光线位置对像差校正十分重要，这就 是我们要找到一条途径，来达到偏歪系统的设计要求，即扩大附加大物镜的数值孔径，优选入瞳位置， 把附加物镜和显微镜的二支变倍物镜规化成一个共轴系统而加以设计。 3．附加大物镜数值子L的确定 图2中给出附加大物镜孔径角与两变倍物镜光轴夹角和连续变倍物镜孔径角的关系。 a：附加大物镜光轴00’与变倍物镜孔径边缘光线之间的夹角； B：附加大物镜光轴00’与变倍物镜光轴001之间的夹角； Y：变倍物镜边缘光线与其光轴00l之间的夹角。它随倍率变化而变化。 由图2可知： ——． 2003年‘卜一省(市)光学学术会议论文集 a=8+T (1) 其中B是由显微镜 主体决定，通常为 5．5。～7。，对每一个系统 米说是不变的，我厂连 续变倍体视显微镜 B=60。^r是随倍率不同 I---■．一附p，卜‘ 1黼 图2附加大物镜孔径角示意图 而不同，计算附加人物镜丫时，应取变倍物镜中最大的的^r值，这样设计的附加人物镜能满足从低倍 至高倍各种倍率的要求。我厂变倍物镜是0．7x～4．5x，4．5xlN数值孔径NA最大，其值为0．073，此时Y 值最大，NA与^r的关系如下： NA=nSin7，n=l (2) 将NA=0．073，n=l代入式(2)得：T=4。11’。 由式(1)得a=13+T=6。+4。11’=10011’ NA=nSina=1×Sinl0。n’=O．177 此值即是附加大物镜的数值孔径。 表1 4．设计实例 技术指标：a．无附加大物镜时物方工作距离l=95mm： b．附加大物镜放大率O．5x： C．变倍物镜数值孔径0．029～0．073。 R(mm) D(mm) 材料 一47．5 4．O l(9 O 5．0 ZF6 ．179．2 根据公式(1)(2)，计算得附加大物镜数值孔径0．177，根据无附加大物镜时的_L作距离l=95mm 和附加物镜放大率0．5×计算出附加物镜焦距，并求解初始结构，然后进行象差校正。表1是实际生产 中的O．5×附加大物镜的参数。该产品已批量生产。 5．结论 连续变倍体视显微镜的附加大物镜设计可以用同轴系统的设计方法，关键是如何根据变倍物镜数‘ 值孔径和变倍物镜光轴夹角确定数值孔径。 参考文献 1王子余，几何光学和光学设计【M】。杭州，浙江大学出版社，1989，4708 2袁旭沧，光学设计fM】，北京，科学出版社，1983，236-254 The Design of Supplementary Objective in Zoom Stereo Microscope Zhang Bin Technical Center,Wuzhou Optical Instrument Factory．Wuzhou 543002，Guang,xi，China Abstract This paper introduces the supplementary objectiveS；design principle，the decision of numeri