环形透镜暗场落射照明系统设计及其焦移特性的研究

　　1引言

　　在金相显微镜或一些特型的显微镜中，往往使用暗场落射照明系统。与低、中倍显微物镜配合的暗场聚光镜一般由1一3片环形透镜组成，使照明光折射会聚照亮物面;而高倍显微物镜因工作距离短，与之配合的暗场聚光镜为折反射系统，即用1一2片环形透镜与前端的抛光金属反射面组成川。根据光学成像规律，照明光束经落射通过环形透镜形成环状光束并以大倾斜角度会聚并照亮物面，其焦面刚好在标本表面上。这样的落射照明尽管构造较复杂，但由于照明光束不通过物镜，虽然聚光镜与物镜同轴，但两者分开，其衬度比较好，因此还是得到了一定程度的应用。

　　在传统的环形透镜暗场落射照明系统的设计中，通过外形尺寸的计算，得到初始结构后，运用光学设计CAD软件优化。但实际的焦面位置和像大小离设计结果甚远，靠经验和工程化的实验手段拟合，既费工、费时又耗材。本文研究了环形透镜暗场落射照明系统的实用设计计算方法及其焦移特性。

　　2环形暗场落射照明系统光路原理

　　下面以笔者设计的一种用于观测人体微血管循环图像的专用微循环显微镜为例，说明其系统光路原理巨幻。

　　由于被观测的微循环部位均为不透明物体，应采用落射照明。对于活体的微循环观测，为防止热量影响被照面，必须采用能发出含热射线很少的冷光源，并通过光导纤维束传输的落射照明。一般采用光导纤维束从旁边倾斜直接照射，虽然结构简单，但对于深层次部位的微血管观测效果不够理想。因此在传统的环形暗场落射照明的基础上对照明系统进行改进，设计出内落射照明系统，其光路原理如图1所示。

　　图中分支光纤聚光镜置于光纤出射光焦面上，形成一束平行光，平行光经环形聚光镜聚于其焦面上，照亮物面，物面的散射光经物镜成像。落射内照明光路虽与成像主光路同轴，但照明光束不通过物镜，属于临界照明类型。该系统特别适于较深部位的微循环观测，丰富了物镜视场的信息量，提高了图像的清晰度，取得了较为满意的综合观测效果。特别是平行光程L，为照明系统与显微物镜主光路的配合及结构设计带来很大的方便。

　　3环形透镜的焦移特性

　　3.1环形透镜焦移特性分析

　　由于物镜处于暗场落射照明系统中心部位，所以聚光镜必须制成环形，但这也给设计带来新的矛盾，即光束经过环形透镜将产生“焦移”现象。所谓焦移就是指光束经过环形透镜聚焦时，其光强最大点(最佳聚焦量)不在几何焦面上，而是处于透镜与几何焦面之间。假设环形透镜内径为b，外径为a，焦距厂，可定义环形透镜的栏截系数月一b/a。实践证明，焦移与光束的栏截系数有关，月越大，焦移愈大，即最佳聚焦点愈偏离几何焦点^[1] 。