1×～6.3×连续变倍体视显微镜物镜的光学设计

　　1　引　言

　　体视显微镜有两种基本形式,一种是有一组主物镜,中间像平面平行于物镜的平面。另一种是由格里诺发明的双晶成对物镜,这对物镜完全相同,其光轴夹角一般为11°～14°之间,特点是容易校正色差,成本较低。

　　目前国内大部分显微镜生产厂大批量生产的是1×～4×或0.7×～4.5×的格里诺式连续变倍体视显微镜。根据市场的需要,开发了1×～6.3×的格里诺式连续变倍体视显微镜,该显微镜在棱镜头部内置同轴落射照明,可满足不同用户的需要。下面介绍这种物镜的设计方法。

　　2　变倍原理

　　以下介绍的连续变倍体视显微镜是由两支独立的完全相同的变倍物镜组成,两物镜光轴夹角为12°,如图1所示。

　　该变倍物镜是由前固定组Ⅰ,负变倍组Ⅱ,负补偿组Ⅲ和后固定组Ⅳ组成,机械补偿,满足物像交换原则。各组透镜焦距分别为f1、f2、f3、f4。各物镜组在位置Ⅰ、Ⅱ0、Ⅲ0、Ⅳ时是起始位置,物镜倍率最低,在位置Ⅰ、Ⅱm、Ⅲm、Ⅳ时是终止位置,倍率最高。

　　图2(a),在低倍时,有限距离的物点A1经前固定组Ⅰ后成像在A′1上,该点是变倍组Ⅱ0的物点A2,经Ⅱ0成像在A′02,A′02是补偿组Ⅲ0的物点A03,经补偿组Ⅲ0成像在A′3,A′3是后固定组Ⅳ的物点,经Ⅳ成像在A′4。

　　图2(b),从低倍向中倍变倍时,变倍组Ⅱ0向右作线性运动至Ⅱ,补偿组Ⅲ0作非线性同向运动至Ⅲ。此时刚好使l2=f2,-l′3=-f′3,且f2=f3。即变倍组和补偿组焦距相等。经Ⅱ和Ⅲ成像后的像点仍然在A4不变,保持了像面稳定。

　　图2(c),从中倍向高倍时,Ⅱ和Ⅲ继续往右运动,不过此时Ⅲ向右作线性运动至Ⅲm,Ⅱ同向作非线运动至Ⅱm。物点A2经Ⅱm成像在A′m2,A′m2经Ⅲm成像在A′3,A′3与A4重合,故仍保持像面的稳定。

　　上述原理图从三个特殊位置说明了如何通过变倍组和补偿组沿不同轨迹运动以保证变倍过程中像面保持不变。

　　3　高斯光学计算

　　3.1　变倍比M及系统放大率β的计算

　　由于变倍系统采用物像交换原则,在低倍时Ⅱ0和高倍时Ⅲm是物像交换的两个位置,在高倍时Ⅱm和低倍时Ⅲ0也是物像交换的两个位置。所以有:

　　3.2　各主面之间间距的计算

　　由图2(a)得低倍时各主面间距:

　　4　设计实例

　　通过给出一个实际的设计例子,说明如何确定各组元的焦距以及起始位置和终止位置。主要技术指标如下:

　　变倍范围1×～6.3×;　　　　　　　　　　工作距离105mm;