0.8×~8×新型连续变倍体视显微镜物镜的设计.pdf

第33卷第6期
光学仪器
2011年12月
OPTICAL INSTRUMENTS
December, 2011
文章编号:1005-5630(2011)06-0036-07
0.8X~8X新型连续变倍体视显微镜物镜的设计
陆金男,高照林2
(1.准海工学院理学院,江苏连云港222005;2.河南华祥光学集团,河南南阳473000
摘要:介绍变倍范国0.8X~8X连续变倍体视显微镜物镜的光学变倍原理。通过计算得出前
固定组、变倍组、补偿组和后固定组焦距分别为43.149mm、-26mm、-26mm和54.846mm,利
用 Zemax光学设计软件在数值孔径取0.15~0.2条件下各自进行优化得到初始结构参数。銀
合后进一步优化,数値孔径取0.1,得出最终结构参数,并分析优化前后高、中、低倍时的各光学
像差。利用高斯光学原理,通过计算变倍組作线性移动x,求出补偿组作非线性移动y的运动曲
线,从而进行精密凸轮设计,开发出像差小又实用的体视显徽镜物镜。
关键词:体视显微物镜;变倍原理;机槭补偿;像差分析;联动曲线
中图分类号:TH742文献标识码:Adoi:10.3969/j.iss-1005-5630.2011.06.009
Design of the new 0.8X-8X zoom-stereo microscope objective
LU Jinnan GAO Zhaolin
(1. School of Science, Huaihai Institute of Technology, Lianyungang 222005, China
2. Henan Huaxiang Optical Group, Nanyang 473000, China)
Abstract: The zoom principle of the 0.8X-8X zoom-stereo microscope objective is
introduced. The focal length of front mount group, multifocal lens group, compensating lens
group and back mount group were figured out respectively, 43.149mm, 26mm, -26mm and
54.846mm, then were optimized to obtain initial structural parameters with the numerical
aperture ranged from 0. 15 to 0. 2 by optical design software Zemax. Final structural
parameters were obtained by again to optimize with the numerical aperture of 0. 1, and optical
aberration of the high, medium, low power lens before and after the optimization were
analyzed respectively. According to Gaussian optical principle, non-linear motion y of
compensating lens group was resolved by computing linear motion x of multifocal lens group
obtaining motion curve equation. Precision cam was designed and practical low-aberration
stereo microscope objective will be developed.
Key words: stereo microscope objective; zoom principle; mechanical compensation; aberration
analysis; linkage curve
引言
体视显微视觉,决定了需要采取两支完全相同的光路,由此产生了体视显微镜物镜的两种基本形式,
收稿日期:2011-08-22
基金项目:淮海工学院校企合作基金项目(淮工院发[2010116号)
作者简介:陆金男(1963-),男,江苏苏州人,副教授,学士,主要从事光学、光学工程和光学仪器的设计、应用与开发方面的研究。
万方数据
第6期
陆金男,等:0.8X~8X新型连续变倍体视显微镜物镜的设计
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即平行光路系统物镜和攸斜光路系统物镜,如图1所示。倾
斜式光路系统体视显微物镜乂称格里诺型体视显微物镜,其
夹角一般在11~14之间,特点是色差容易校正,口径小、景
深大、成本低。
目前国内大部分显微镜生产厂大批量生产的是1X~4
0.7X~4.5X和1×~6.5×的格里诺式迮续变倍体视显微镜,(平行光路系统
(b)倾斜光路系统
该显镜在棱镜头部内置同轴落射照明,可满足不同用户的需( Parallel optical system(o) Oblique optical system
要。文中在参阅大量设计资料和其他厂商生产的产品后,根据
图1体视物镜的两种形式
用户需要较为成功地开发设计了一款0.8X~8×格里诺式连Fig,1 Two systems of stereo microscope
续变倍体视显微物镜
1变倍原理
0.8X~8×格里诺式连续变倍体视显微镜物
飞
镜由两支独立的完全相同的变倍物镜组成,两物镜
夹角为12°,如图2所示。
图20.8X~8×格里诺式连续变倍
体视显微物镜系统图
对于给定的物点,当用一组透镜成像时,透镜
Fig 2 System diagram of 0. 8X-8X Greenough-type
组的移动会导致像点的移动,即物像共轭距会发生
zoom-stereo microscope objective
改变,如图3所示。物像共轭距
f+f+x+
般情况透镜两侧介质相同,均为空气,则f=ーf
所以
G=2f+
横向放大率
故
+e=2f-pf
图3一组透镜的成像情况
即随着物距x的改变,横向放大率β发生改变,
Fig 3 A battery of lens image
物像共轭距也发生改变。如何使物距改变(即横向放大率发生变化)时,像点位置不动,只需再加人
组透镜,将前面透镜组成的变动像点拉回到原来像点位置。这样加入的一组透镜叫补偿组,而前
面改变成像倍率的透镜叫变倍组。连绫变倍光学系统由前固定组Ⅰ、变倍组Ⅱ、补偿组皿和后固定
组Ⅳ组成,利用机械补偿满足物像交换原则,各组透镜焦距分别为、f2、3和f4。各组透镜在位
置Ⅰ、Ⅱl、Ⅲo、IV时是起始位置,物镜倍率最低,如图4(a)所示。图4(b)、4(c)分别为中倍和高倍位
置。在图4(b)中倍位置时,变倍组Ⅱ与补偿组Ⅲ之间光线为平行光线。从图4(a)由低倍向中倍变
化时,变倍组从Ⅱo→Ⅱ线性移动,补偿组从Ⅲ。→Ⅲ作非线性移动。根据物像交换原则,显微物镜从
中倍向高倍变化时,补偿组Ⅲ→Ⅲm线性移动,而变倍组从Ⅱ→Ⅱm作非线性移动。通过换档,利用
精密凸轮机构