图3-7 蔡司平像场复消色差物镜 图3-8 莱茨平像场复消色差物镜
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图3-9 苏联平像场复消色差物镜 图3-10 奥林巴斯平像场复消色差物镜
五 折反射物镜
折反射显微物镜具备两个优势：第一可以满足较远的视距要求而不会被局限于自身的焦距长短；二是具备较广的消色差谱线范围，甚至可以扩展到红外线与紫外线。
在折反射物镜中，偏折光线的能力靠反射镜，反射镜产生的像差再由若干校正透镜去校正，这些校正透镜材质不大，可以采用特殊光学材料。
反射和折反射物镜有两个缺点，一是存在中心栏光，入射光瞳为栏装圆形，使物镜对于那些低对比度的物体分辨能力下降。另一个缺点是反射镜面的加工精度高，物镜的组装校准困难。
3.2高倍物镜的设计方案
由于高倍显微镜物镜的光学特性变化范围广，相对孔径的数值较高，需要校正的球差和慧差也大大增加，它的设计比中、低倍物镜的设计要困难得多。本小节将对显微镜物镜设计中有普遍性的问题作一些分析和说明。
1．初始结构形式的确定
初始系统的选定是计算机辅助光学设计的基础和关键。显微镜物镜中高级像差比较大，结构也比较复杂。因此，显微镜物镜设计的初始结构一般都是根据要求的光学特性和
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成像质量，从手册、资料或专利文献中找出—个和设计要求比较接近的结构作为初始结构。
2．像差校正
在初始结构确定以后，就需要矫正的像差。我们必须通过像差计算来确定。为此我们把显微镜物镜的像差校正大体分成三个阶段来进行。
第一价段：首先校正“基本像差”。
在显微镜物镜设计中，基本像差就是那些全视场和全孔径的像差，如：
??(1)轴上点孔径边缘光线的球差?Lm和正弦差SCm。
x?x?(2)边缘视场像点的细光束子午场曲tm和弧矢场曲sm。
(3)轴上点的轴向色差?Lgc和全视场的垂轴色差?y?gc。在显微镜物镜中—般对
?g(435．83nm)和C(656．28nm)这两种波长的光线消色差，而不像目视光学仪器那样对F光、C光消色差。因为感光材料对短波比人眼敏感。
(4)畸变只对那些特殊用途的显微镜物镜(如用于摄影测量的物镜),才将畸变作为基本像差一开始就加以校正，一般显微镜物镜中不加以校正。由于显微镜物镜的结构比较复杂，校正上面这些基本像差并不困难。
第二阶段：校正剩余像差或高级像差。
在完成第一阶段像差的校正之后，开始进入最关键的第二阶段的校正。在全面分析完系统像差的校正状况后，找出最重要的高级像差作为校正对象。在第一阶段校正过的像差也必须参与高级像差的校正，因为校正工作是逐步收缩公差的，只有在基本的像差得到校正的前提下，校正高级像差才有意义。在校正过程中，某些不大的像差可能会增加，这时也必须把它们记入校正，如果不能同时校正，就采取折中的办法是每个高级像差都得到兼顾。如果系统无法使每个高级像差都减小到允许的公差范围内，那就只能放弃原来所选的原始结构重新选择一个高级像差较小较完整的结构继续重复第一阶段的工作，知道各个高级像差都降到我们的要求为止。
第三阶段；像差平衡。
在使各高级像差达到要求之后，就要开始进行“像差平衡”了。根据系统在全视场和全孔径内的像差排布规律，自身调整基本像差的数值，再重新进行基本像差的校正，是全视场和全孔径内可以获得最佳的成像品质。
其总设计图如下：
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图3-11 40×显微镜物镜设计方案图
4物镜设计参数及镜片选择
2.2 初级像差理论和像差校正
2.2.1 几何像差
像差是一种在光学系统中透镜材料的特性。它是折射（或反射）表面的几何形状引起实际像和理想像的偏差。
理想像就是有理想光学系统所成的像，用高斯公式、牛顿公式或近轴光线计算得到的像的位置和大小是理想像的位置和大小，而实际光线计算结果所得到的像的位置和大小相对于理想像的偏差，可作为像差的尺度。像差的大小反应了光学系统质量的优劣。
几何像差主要有七种：其中单色像差有五种，球差、 彗差、 像散、 场曲、 畸变；复色像差有轴向色差和垂轴两种。
用高斯公式、牛顿公式或近轴光线计算得到的像的位置和大小是理想像的位置和大小；而实际光线计算结果所得到的像的位置和大小相对于理想像的偏差，可作为像差的尺度。
在实际的光学系统中，各种像差是同时存在的且不能清除的。它是造成了光学系统成像的清晰度低、 相似性低 和色彩失真等现象的罪魁祸首。
在所有的光学零件中，平面反射镜是惟一能成完善像的光学零件。 1. 球差(spherical aberration) 球差是球面像差的简称。
如图2—1所示是一个持校正物镜的球差情况。球差是轴上点惟一的单色像差，分为两种情况，沿轴方向度量称为轴向球差(axial spherical aberration)；沿垂轴方向度量称为垂轴球差(lateral spherical aberration)。轴向球差(axial spherical aberration)
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又称纵向球差(longitudinal spherical aberration)是沿光轴方向度量的球差。用符号
?L?表示。垂轴球差 (lateral spherical aberration)是在过近轴光线像点A?的垂轴平面内度量的球差。
图2.1中的?y?就是垂轴球差，它表示由轴向球差引起的弥散圆的半径
图2.1 球差
?y???L??tanU?对于单透镜来说，sinU?与球差值成正比，也就是说单透镜本身是没
有校正球差的能力的。
有趣的是单正透镜产生的球差是负值而单负透镜则产生的是正值。光学系统中对某一给定孔径的光线达到?L??0的系统称为消球差系统。
2. 慧差(coma;comatic aberration)
为了掌握成像光束光线的全貌，先介绍两个平面，即子午平面和弧矢平面。由轴外物点和轴所确定的平面为子午平面，子午平面内的光束称子午光束；过主光线且与子午平面垂直的平面为弧矢平而，弧矢平面内的光束称弧矢光束。
彗差是轴外物点发出宽光束通过光学系统后，不会聚在一点，而呈慧星状图形的一种相对主光线失对称的像差。具体地说，在轴外物点发出的光束中，对称于主光线的一对光线，经光学系统后，不再与主光线对称，使交点不再位于主光线上，对整个光束而言，与理想面形成一个彗星状光斑的一种非轴对称性像差。
子午彗差指子午光束的慧差，见图2.2(a)。
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