现代光学设计方法4.pptVIP

第四章 经典光学系统设计 一、薄透镜系统初级像差理论 1 概述 像差理论中，把像差和y，h的关系用幂级数形式表示。 初级像差 初级像差 二、望远物镜设计 望远镜系统：由物镜、目镜和棱镜或透镜式转像系统构成 望远物镜的光学特性 (1) 相对孔径不大 望远物镜的光学特性 (2）．视场较小 望远物镜像差特性 望远物镜和目镜的像差补偿关系 在物镜光路中有棱镜的情形，棱镜的像差一般要靠物镜来补偿，由物镜来校正棱镜的像差。 望远物镜的光学特性 望远镜物镜的结构型式 (1)双胶合 望远镜物镜的结构型式 (2)双－单 望远镜物镜的结构型式 (2)单-双 望远镜物镜的结构型式 (2)三分离 望远镜物镜的结构型式 (）对称式 望远镜物镜的结构型式 (1)摄远 反射式望远镜物镜的结构型式 对于反射面，通常都是利用等光程的条件： 反射式望远镜物镜的结构型式 对于反射面，通常都是利用等光程的条件： 常用两镜系统 (1)经典卡塞格林系统 格里高里系统主镜为凹的抛物面，副镜为凹的椭球面，抛物面的焦点和椭球面的一个焦点重合，经椭球面后成像在其另一个实焦点处。 马克苏托夫系统 主镜副镜均为椭球面。 三、显微物镜设计 显微镜:帮助人眼观察近距离细小目标。由物镜和目镜组合而成。原理：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。 显微镜的性能：视放大率和衍射分辩率，主要是由它的物镜决定的 显微镜分类：有限筒长显微物镜和无限筒长显微物镜 有限筒长显微物镜：物体通过物镜成一个实像，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。 无限筒长显微物镜：被观察物体通过物镜以后，成像在无限远，在物镜的后面，另有一固定不变的镜筒透镜，再把像成在目镜的焦面上 同样的倍率，无限筒长的显微镜物镜的工作距离比有限筒长的显微镜物镜要长： 例如：假设倍率为 10 显微物镜的光学特性 对无限筒长的物镜，焦距和倍率之间的关系由公式确定。无论是有限筒长，还是无限筒长， β越大（绝对值）f’越短。所以物镜的倍率实际上决定了物镜的焦距。以无限筒长物镜为例，20×物镜的焦距f’=12.5mm。100×的物镜焦距只有2.5mm。所以显微物镜的焦距一般比望远物镜短得多。焦距短是显微物镜光学特性的一个特点。 （2）显微物镜的数值孔径 显微物镜的倍率β、数值孔径NA、显微镜目镜的焦距 和系统出瞳直径D’之间满足以下关系： 例如一个3×的显微物镜，NA=0.1; 10×的显微物镜NA=0.25～0.4。对倍率较高的显微物镜NA取得比公式小，对应的出瞳直径D’将按比例下降，小于1mm。 （3）显微物镜的视场 2．显微物镜设计中应校正的像差 对于轴外像差，例如像散、垂轴色差，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。 2显微物镜的类型 （1）低倍消色差物镜 （2）中倍消色差物镜 采用两个双胶合组。每个双胶合组分别消色差，整个物镜同时校正轴向色差和垂轴色差。两个透镜组之间通常有较大的空气间隔，这是因为如果两透镜组密接整个系统仍相当于一个薄透镜组，只能校正两种单色像差。如果两透镜组分离，则相当于两个分离薄透镜组构成的薄透镜系统，最多可能校正四种单色像差，增加了系统校正像差的能力。除了必须校正的球差和正弦差之外，还有可能校正像散，以提高轴外像点的成像质量 （3）高倍消色差物镜 这类物镜可以看作是在上述中倍物镜基础上，加上一个或两个单透镜构成的，单透镜的像差由后面的两个双胶合组进行校正，整个物镜的数值孔径就可以提高。 （4）浸液物镜 在前面的几种物镜中成像物体都位在空气中，物空间介质的折射率n=1，因此它们的数值孔径（NA=nsinU）不可能大于1，目前这类物镜的数值孔径最大为0.95。为了进一步增大数值孔径，很容易想到，如果把成像物体浸在液体中，物空间介质的折射率等于液体的折射率，因而可以大大提高物镜的数值孔径，这样的物镜称为浸液物镜，这类物镜的数值孔径可达到1.2-1.4。最高倍率一般不超过100× 2．复消色差物镜 3．平像场物镜 一般显微物镜由于没有校正场曲，所成的像位在一个曲面上，因此在同一平面上不可能得到整个视场清晰的像。对人眼直接观察的显微镜可以用调焦的方法，观察视场内不同位置的像来弥补。但是对用于照相或摄像的显微镜来说，就不可能获得整个视场的清晰图像。因此高级显微镜要求显微物镜能在一个像平面上清晰成像，这就要求物镜校正场曲、像散、垂轴色差等各种轴外像差，这样的显微物镜称为“平像场物镜” 为了校正场曲，物镜中必须加入具有负光焦度的弯月形厚透镜，整个物镜的结