光学设计 第16章显微镜物镜设计

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1、第十六章 显微镜物镜设计显微镜是用来协助人眼观测近距离细小目的的一种目视光学仪器，它由物镜和目镜组合而成。显微镜物镜的作用是把被观测的物体放大为一种实像、位在目镜的焦面上，然后通过目镜成像在无限远，供人眼观测。在一架显微镜上，一般都配有若干个不同倍率的物镜目镜供互换使用。为了保证物镜的互换性，规定不同倍率的显微镜物镜的共轭距离（物平面到像平面的距离）相等。各国生产的通用显微镜物镜的共轭距离大概为左右，国内规定为。如图161所示。可见，显微镜物镜的倍率越高，焦距越短。尚有一种被称为“无限筒长”的显微镜物镜，被观测物体通过物镜后来，成像在无限远，在物镜的背面，另有一种固定不变的筒镜透镜，再把像成在

2、目镜的焦面上，如图162所示。筒镜透镜的焦距，国内规定为。物镜的倍率按与筒镜透镜的组合倍率计算为：整个显微镜的性能，也就是它的视放大率和衍射辨别率，重要是由显微镜物镜决定。 图161 显微镜系统 图162 无限筒长显微镜系统1 显微镜物镜的光学特性一 显微镜物镜的倍率显微镜物镜的倍率是指物镜的垂轴放大率。由于显微镜是实物成实像，因此为负值，但一般用的绝对值代表物镜的倍率。在共轭距一定的条件下，与物镜的焦距存在如下关系：对于无限筒长的显微镜的物镜，其焦距与倍率之间的关系为：式中，为负值。无论是有限筒长，还是无限筒长的显微镜的物镜，倍率的绝对值越大，焦距越短。因此，事实上，物镜的倍率决定了物镜的焦

3、距。因此，显微镜物镜的焦距一般比望远镜物镜的焦距短得多。焦距短是显微镜物镜光学特性的一种特点。二 显微镜物镜的数值孔径数值孔径，是显微镜物镜最重要的光学特性，它决定了物镜的衍射辨别率，根据显微镜物镜衍射辨别率的计算公式：公式中，代表显微镜物镜能辨别的最小物点间隔；为光的波长，对目视光学仪器来说，取平均波长；为物镜的数值孔径。因此要提高显微镜物镜的辨别率，必须增大数值孔径。显微镜物镜的倍率、数值孔径、显微镜目镜的焦距与系统出射光瞳直径之间满足如下关系：式中，为目镜的视放大率。为了保证人眼观测的主观亮度，出射光瞳直径最佳不不不小于。在一定的数值孔径下，如果目镜的倍率越小，就规定物镜有更高的倍率，但

4、是物镜的倍率越高，工作距离越短，这给显微镜的使用导致不以便，因此一般但愿尽量提高目镜的倍率，但目镜由于受到出射光瞳距离的限制，焦距不能太小，一般目镜的最高倍率为，因此物镜倍率越高，规定物镜的数值孔径越大。数值孔径与相对孔径之间近似符合如下关系：一种的显微镜物镜，高倍率的显微镜物镜（不涉及浸液物镜），其数值孔径最大也许达到，其相对孔径可以达到2。相对孔径大，是显微镜物镜的一种特点。三 显微镜的视场显微镜的视场是由目镜的视场决定的，一般显微镜的线视场不不小于。对无限筒长的显微镜来说，筒镜的物方视场角为：筒镜的物方视场角就是物镜的像方视场角，因此物镜的视场角一般不不小于。视场小，也是显微镜物镜的一种

5、特点。四 显微镜物镜设计中应校正的像差根据显微镜物镜的光学特性，它的视场小，并且焦距短，因此设计显微镜物镜重要校正轴上点的像差和小视场的像差，即球差、正弦差、轴向色差。对于较高倍率的显微镜物镜，由于数值孔径加大、相对孔径比望远镜物镜大得多，因此还要校正孔径的高档像差，如高档球差、高档正弦差、色球差。对于轴外像差，如像散、倍率色差，由于视场比较小，并且一般容许视场边沿的像质下降，因此在设计中，只有在优先保证前三种像差校正的前提下，在也许的条件下加以考虑。对于某些特殊用途的高质量研究用显微镜，如用于显微照相的物镜，规定整个视场成像质量都比较清晰，除了校正球差、正弦差、轴向色差外，还规定校正场曲、像

6、散、垂轴色差，这种物镜就是平像场物镜。由于显微镜属于目视光学仪器，因此它同样对光和光消色差，对光校正单色像差。2 显微镜物镜的类型根据校正状况不同，显微镜物镜一般分为消色差物镜、复消色差物镜、平像场物镜、平场复消色差物镜、折射和折反射物镜等。一 消色差物镜这是一种构造相对来说比较简朴、应用得最多的一类显微镜物镜。在此类物镜中只校正球差、正弦差及一般的消色差，而不校正二级光谱色差，因此称为消色差物镜。此类物镜，根据它们的倍率和数值孔径不同又分为低倍、中倍、高倍、浸液物镜。1 低倍消色差物镜此类物镜一般用于倍率较低、数值孔径较小，视场较小的状况。一般倍率大概为，数值孔径在左右，相应的相对孔径大概为

7、左右。由于相对孔径不大，视场比较小，只规定校正球差、慧差、轴向色差。因此此类物镜一般都采用最简朴的双胶合透镜作为物镜。它的设计措施与一般的双胶合望远镜物镜的设计措施十分相似，不同的只是物体的位置不在无限远，而是位于有限距离。求解的核心是选择合适的玻璃组合，以便同步校正三种像差。2 中倍消色差物镜此类物镜的倍率大概为，数值孔径为。最常用的为：数值孔径，倍率。由于物镜的数值孔径加大，相应的相对孔径增长，孔径高档球差将大大增长，采用一种双胶合透镜已经不能满足规定。为了减小孔径高档球差，此类物镜一般采用两个双胶合透镜的组合，如图163所示，称为李斯特物镜。如果每个双胶合透镜分别校正轴向色差，即双胶合透

8、镜的，这样整个物镜能同步校正轴向色差和 图163 李斯特物镜倍率色差。两个透镜组之间一般有较大的空气间隔，这是由于如果两个透镜组密接，则整个物镜组与一种密接薄透镜组相称，仍然只能校正两种单色像差，如果两个透镜组分离，则相称于由两个分离薄透镜组构成的薄透镜系统，最多也许校正四种单色像差，这就增长了系统校正像差的也许性，因此除了显微镜物镜中必须校正的球差和慧差以外，尚有也许在某种限度上校正像散，以提高轴外物点的成像质量。对于球差和慧差也可以各自单独校正，但那样，每个双胶合透镜组在校正了球差、慧差之后，一般总要留有一定量的负像散，再加上系统的不可避免的场曲，使得像面弯曲加重。因此还是两个双胶合透镜的

9、球差、慧差互相补偿为好，这样可以在整个物镜校正好球差、慧差的同步，产生一定量的正像散以补偿场曲。这种物镜可以应用“薄透镜系统初级像差理论”，象求解望远镜物镜那样用解析法求出其构造。也可以采用近年来发展起来的“配合法”进行设计。在前、后双胶合透镜分别校正色差的条件下，对前、后双胶合透镜选几种弯曲，求出球差、慧差值，作出前、后双胶合透镜各自的球差、慧差随弯曲而变化的曲线。在前、后双胶合透镜曲线上找出使前、后双胶合透镜球差、慧差互相补偿的弯曲。如果玻璃选择的恰当，总可以找出前、后双胶合透镜互相补偿的解。3 高倍消色差物镜此类物镜的倍率大概为左右，数值孔径大概为左右，此类物镜的构造如图164所示，称为

10、阿米西物镜。它们可以看作是在李斯特物镜的基本上，加上一种或两个由无球差、无慧差的单会聚透镜而构成。所加的半球形透镜（前片），一般第一面是平面，第二面是齐名面，即轴上物点的光线通过平面折射后来与光轴的交点位于第二面的齐名点上。 图164 阿米西物镜运用这种半球形透镜可以增大数值孔径。如图165所示，如果入射到平面上的光线的孔径角为、通过平面折射后的像方孔径角为、通过等晕面（第二面）折射后的像方孔径角为，则第一面折射后，有：对于第二面，等晕成像公式为： 由此得到 可见，显微镜物镜的后片可以接受的孔径角，事实上对于物体来说孔径角可觉得，这样，可以使显微镜物镜的后片的数值孔径增大到倍。 图165 阿米

11、西物镜中档晕透镜的作用在图164（a）中，前片透镜是由一种齐名面和一种平面构成的，齐名面不产生球差和慧差，如果把物平面与前片的第一面（平面）重叠，也不产生球差和慧差，但为了工作以便，实际物镜与物平面之间需要留有一定的间隙，这样，透镜的第一面就将产生少量的球差和慧差，它们可以由背面的两个双胶合透镜组进行补偿，前片的色差也同样需要背面的两个双胶合透镜组进行补偿。在图164（b）中，第一种透镜是由一种齐名面和一种平面构成的，不产生球差和慧差。第二个透镜也是由一种齐名面和一种平面构成的，它的第一面产生的少量球差和慧差，以及两个透镜的色差，由背面的两个双胶合透镜组进行补偿。这种物镜的设计措施，一般是一方

12、面根据规定的倍率和数值孔径拟定前组的构造，计算出它们的像差，作为背面两个双胶合透镜组的像差补偿规定，然后进行后组的设计。4 浸液物镜显微镜物镜的辨别率决定于其数值孔径。为了提高显微镜物镜的辨别率，除了增长孔径角外，还可以提高物方介质的折射率。一般显微镜，物点位于空气中，其数值孔径不也许不小于1。为了提高数值孔径，可以在物体与物镜之间充以液体，使液体折射率与盖玻片折射率相近，这样就可以觉得显微镜物方介质就是该液体，数值孔径表达式中的就是该液体的折射率，一般可达1.5以上，这就可以大大提高了数值孔径。这种显微镜物镜的实际构造如图166所示，称为阿贝浸液物镜。第一片为盖玻片，盖在被观测的物体上面。盖

13、玻片与前片之间布满油液，一般用杉木油，其折射率。其数值孔径可以达到，倍率为。 图166 阿贝油浸物镜二 复消色差物镜在一般的消色差显微镜物镜中，物镜的二级光谱色差随着倍率和数值孔径的提高越来越严重，因此在高倍的消色差显微镜物镜中二级光谱往往成为影响成像质量的重要因素，由于二级光谱相应的几何像差数值近似与物镜的焦距成正比，随着物镜倍率的增长，表面上二级光谱色差随着焦距的缩短而减小，但是一定的几何像差数值相应的波像差近似与数值孔径的平方成比例，因此总起来，随着倍率和数值孔径的提高，二级光谱色差所相应的波像差增大。因此在某些质量规定特别高的显微镜中，就规定校正二级光谱色差，称为复消色差物镜。在显微镜

14、物镜中校正二级光谱色差一般采用特殊的光学材料，初期的复消色差物镜中都采用萤石（氟化钙）（），它与一般重冕牌玻璃有相似的部分相对色散，同步具有足够的色散差和折射率差。复消色差物镜的构造一般比相似数值孔径的消色差物镜复杂，由于它规定孔径高档球差和色球差也应得到较好的校正。如图167为不同倍率和数值孔径的复消色差物镜的构造，图中划斜线的透镜就是由萤石做成的。由于萤石的工艺性和化学稳定性不好，同步晶体内部有内应力，因此目前很少采用，而改用（氟冕玻璃）类和（特种冕玻璃）类玻璃。它们构造同样比较复杂。复消色差物镜往往有较大的剩余倍率色差，规定与具有反号倍率色差的目镜配合使用，这样的专用目镜称为补偿目镜。近

15、年，国际上浮现了一种消倍率色差的所谓物镜。此类物镜构造相称复杂，如图168为民主德国的物镜。三 平像场物镜前面讲的所有物镜都没有校正场曲。对于高倍率的显微镜物镜，由于它的焦距很短，尽管它的视场不大，但仍然有严重的场曲存在，因此一般高倍显微镜物镜的清晰视场是十分有限的，只有在视场中心很小范畴内才是成像清晰的。对于规定有较大的清晰视场的状况，如显微照相，就规定校正物镜的场曲和像散，重要校正匹兹万和。这样的显微镜物镜可以作到在较大的视场内像场较平，成像清晰，称为平像场物镜。校正场曲的措施重要是在接近物面和像面的地方加入负光焦度，可以产生负的匹兹万和而对偏角影响不大。或者加入若干厚的弯月形透镜。由于显

16、微镜物镜孔径角很大，再加上平像场规定，使得平像场物镜的构造特别复杂。平像场物镜的基本型式如图169所示。 图167 复消色差物镜 图168 民主德国的CF物镜 图169 平像场物镜四 平场复消色差物镜在高档研究用显微镜中，既规定有较大的视场，又规定有优良的像质，平场复消色差物镜就是为了满足以上规定发展起来的。它是在平像场物镜中引入部分萤石替代冕牌玻璃。目前，由于氟冕玻璃等的问世，它有取代萤石（氟化钙）的趋势。平场复消色差物镜在色球差和二级光谱方面都得到较大改善，数值孔径也较一般物镜大。对波长从到光谱区域的像差校正。此类物镜最抱负，它既有复消色差物镜的性能，又具有平像场物镜的长处，是目前显微镜发

17、展的方向。如图1610所示为民主德国蔡司的超广视野平场复消色差物镜的光学构造。图1611是联邦德国莱茨的平场复消色差物镜系列的光学构造。图1612为苏联平场复消色差物镜系列的光学构造。图1613为日本奥林巴斯的平场复消色差物镜系列的光学构造。 图1610 民主德国蔡司平像场复消色差物镜 图1611 联邦德国莱茨平像场复消色差物镜 图1612 苏联平像场复消色差物镜 图1613 日本平像场复消色差物镜五 反射和折反射物镜反射和折反射显微镜物镜比折射式物镜有两个明显的长处：一是容易得到长的工作距离，可以有比焦距大几倍的工作距离；另一种长处是可以有比较宽的消色差谱线范畴，并可在光谱的红外和紫外区工作

18、。反射镜不产生色差，在红外和紫外区也可以工作。而对折射物镜，由于能透过红外和紫外的光学材料很少，难于设计出性能良好的物镜。在折反射物镜中，重要的光焦度由反射镜承当，再加上若干校正透镜校正反射镜的像差，这些校正透镜一般口径不大，可以采用特殊光学材料。反射和折反射物镜的缺陷是存在中心栏光，入射光瞳为环形，使得物镜对于低对比度物体的辨别率下降。另一种缺陷是反射面的加工规定高，物镜的装校困难。如图1614是一种典型的反射式物镜，倍率，可以在紫外到红外波段范畴内工作。图1615是一种典型的折反射式物镜，倍率，工作距离为。图1616是一种折反射式物镜，倍率，可以在紫外波段范畴内工作。 图1614 反射式物

19、镜 图1615 折反射式物镜 图1616 用于紫外波段的折反射式物镜3 低倍消色差显微镜物镜设计低倍消色差显微镜物镜，一般倍率大概为，数值孔径在左右，相应的相对孔径大概为左右。由于相对孔径不大，视场比较小，采用最简朴的双胶合透镜作为物镜。只规定校正球差、慧差、轴向色差。一 低倍显微镜物镜的设计大体环节1 由物镜的倍率和物像之间的共轭距的规定，拟定双胶合物镜的焦距、物距、像距。如图1617所示，一方面假定物镜为一种薄透镜。由图可以得到：、由此，可以得到：， 图1617 低倍显微镜双胶合物镜的初始构造2 求、的规化值、。由于显微镜一般配备一组不同放大倍率的物镜和一组不同放大倍率的目镜，因此在设计显

20、微镜物镜时，一般不能考虑物镜与目镜之间的像差补偿问题，而是分别进行校正，一般规定、。这样，可以求出双胶合物镜的、：、因此、的规化值为： ，由此可以算出规化值、：式中， 此外，一般取。 3 由、求低倍显微镜物镜的双胶合透镜的形状大体是一种前面半径大背面半径小的双凸透镜，因此取火石玻璃在前冕牌玻璃在后较为有利，这样胶合面半径较大，一方面便于加工，另一方面可以减小高档像差。火石玻璃在前，则，因此： 4 根据和值选玻璃。可以从表中查到几对较好的玻璃组合，找到、。5 拟定双胶合物镜形状系数值，和由前一种公式可以求出两个值，选用与第二式求出的值相近的一种，然后它们取平均，作为值。6 由、值求出曲率半径、的

21、规化值 ，7 恢复双胶合透镜曲率半径的实际值将得到的双胶合透镜的曲率半径乘上透镜的实际焦距，得到曲率半径的实际值：、8 对双胶合透镜加厚度9 验算像差物镜的构造得出后，即可以用光线光路计算的措施，计算此构造的像差，进行像质评价。如果像质不合格，可以对构造进行一定的修改，直至像质合格为止。 图1618 低倍显微镜双胶合物镜的像差计算在设计显微镜物镜时，计算像差一般按反方向光路进行，如图1618所示。这样作的好处是，像距（反向光路的物距）一般为物镜焦距的若干倍，而物距（反向光路的像距）比较小。如果按正向光路计算像差，在修改像差过程中，由于透镜的焦距和主面位置的少量变化也许导致像距的大量变化，因而使

22、倍率和共轭距都大大地偏离实际规定，有时甚至也许导致虚像。如果按反方向光路计算像差，在物距固定的状况下，透镜组的焦距和主面位置的少量变化，对倍率和共轭距影响很小，同步这样作尚有助于提高像差的计算精度。10 缩放共轭距当物镜像质合格后，由于加入厚度及修改构造，其共轭距也许与规定值有所不同，此时需要进行共轭距缩放。即将双胶合物镜的各个曲率半径、中心厚度、边沿厚度乘以一种缩放系数，是所规定的共轭距与所求出的共轭距的比值。二 设计举例设计一种双胶合低倍消色差显微镜物镜。规定倍率（实际为），数值孔径，共轭距。1 求物距、像距、焦距，2 求、取，则：3 求值选择火石玻璃在前，则4 根据值，选择玻璃对根据、，

23、查表，选玻璃组合，其相应于的，与规定的接近，并且和为常用玻璃。同步查得、5 拟定双胶合物镜形状系数值：6 由、值求出曲率半径、的规化值： 7 恢复双胶合透镜曲率半径的实际值：将得到的双胶合透镜的曲率半径乘上透镜的实际焦距，得到曲率半径的实际值：8 透镜加厚度根据求得的半径和通光口径的规定，拟定两个透镜的厚度： ，9 验算像差几何像差的计算列于下表：1.00.70700.2070.04300.000820.00026700.1110.0330.0312这一成果表白，球差、轴向色差尚未校正好，需要进行微量校正。校正的成果为：，10 缩放共轭距根据加上透镜厚度后的数据，计算得到共轭距变化为，得到缩放

24、因子：缩放后，各个折射面的曲率半径为、。4 中倍消色差显微镜物镜设计中倍消色差显微镜物镜一般由两个分离的双胶合透镜构成，此类物镜也称之为李斯特(Lister)物镜，它的倍率在之间，数值孔径为。这种物镜的像差校正方式一般有两种。 第一种是两个双胶合透镜各自单独校正球差、慧差和色差，这种校正方案的长处是：两个双胶合透镜组合在一起则为一种中倍物镜，移去个双胶合透镜后可用作低倍显微物镜使用。按这种方案校正的物镜的像散和场曲无法校正。另一种校正方案是两个双胶合透镜的像差不是单独校正的。为了校正像散，两个双胶合透镜各有一定量的球差和慧差(固然两者合起来还是校正球差和慧差的)。运用这些球差、慧差以及两透镜的

25、间隔来校正像散，很显然，这种构造可以消像散，成像质量较高，但对透镜间隔的变化比较敏感。中倍消色差显微镜物镜的设计也是建立在薄透镜系统的初级像差理论的基本上，运用初级像差公式求解初始构造。但是可以满足初级像差规定的解往往诸多，这就要在也许的解中进行选择，找出高档像差较小的构造，计算实际像差，进行像差微量校正。由于整个系统是由两个分离的薄透镜组构成的，由此就产生了一种如何拟定每个透镜组的光焦度和它们之间的间隔问题。在显微镜中为了保证物镜和目镜的可更换性，物镜和目镜必须采用分别校正像差的方式进行设计，即规定多种像差校正到零。由于显微物镜倍率较高，像距远不小于物距，显微物镜的设计一般采用反向光路方式，

26、即把像方的量当作物方的量来解决，如图1619所示。李斯特物镜两个双胶合透镜光焦度分派的原则一般是使每个双胶合透镜产生的偏角相等或者使后组的偏角略不小于前组。李斯特物镜的光阑一般放在第一种双胶合透镜上。当两个双胶合透镜互相补消球差和慧差时，两个双胶合透镜的间隔大体和物镜的总焦距相等。第一种双胶合的焦距约为物镜焦距的二倍。第二个双胶合的焦距大体和物镜的总焦距相等。 图1619 李斯特物镜设计一 设计措施 在给定显微镜物镜的数值孔径、倍率、共轭距、线视场的条件下，物镜的设计环节如下：1 计算外部尺寸由于显微镜物镜的设计是反向光路，可以由数值孔径定出出射光线的孔径角，因此，物方孔径角为：总偏角为：式中

27、，为第一块透镜所承当的偏角，为第二块透镜所承当的偏角。这两个偏角需要设计者一方面拟定，一般可以，这样，就可以计算出和。由，可以得到由（反向光路）和（近似），得到物距（）和像距（），由此得到第一近轴光线在两个薄透镜上的入射高度：，得到光焦度分派：，由图1619，可以得到：因此，可以得到两个透镜之间的间隔：给定的线视场，就是反向光路的像高，由此得到反向光路的物高：由此可以得到拉赫不变量：由于入射光瞳在第一块透镜处，因此，。由图1619得到 这样，得到物面所有的外部参数：、。2 拟定像差校正方程由于要使中倍显徼镜物镜在校正了球差、彗差、像散，并且两块透镜的像差互补，则 得到有关、的方程组。此外，两个

28、双胶合透镜分别校正色差，则，。 3 拟定第二块透镜的构造以上三个方程式中共有四个未知数，因此存在无限多种解，此外，最后一种方程式中只涉及、，与、无关，因此在上述偏角分派和空气间隔拟定的状况下，系统的消像散条件只与第二个透镜组的构造有关，要使系统可以校正像散，则必须使这一方程式有解。把、规化，代入前面公式整顿后来得：再由，得到方程运用、之间的关系：得到有关的一元二次方程： 若规定系统消像散，此方程必须有实根，由此可以得到第二块透镜的（即）满足的条件。这样，选定第二块透镜的，再加上，就可以拟定第二块透镜的玻璃组合。进一步，就得到第二块透镜的初始构造。4 拟定第二块透镜的构造 有了，就可以计算出；有

29、了，就可以计算出；有了、，就可以计算出、；有了、，就可以计算出、；有了、，就可以解方程，从而得到、；有了、，就可以计算出、；有了、，就可以计算出、；有了、，就可以计算出第一块透镜的值（即）。再加上，就可以拟定第一块透镜的玻璃组合。进一步，就得到第一块透镜的初始构造。5 透镜加厚并拟定两块透镜的距离。6 计算像差，并进行像差微量校正。5 高倍消色差显微镜物镜设计高倍显微物镜一般是在李斯特物镜基本上的复杂化，如在李斯特物镜前面加一种半球、或者在加一种半球基本上再加一种齐明的弯月形透镜。半球或弯月形透镜，称为显微镜物镜的前组，规定第二面是齐明的，即第二面不产生球差和慧差。李斯特物镜称为后组。前组和后

30、组分别设计，然后组合。一 齐明条件如果对单个表面的球差方程求解，可以求出三个无球差的解，它们是：（1）当物和像均在表面上时，由初级像差系数体现式 懂得，当时，球差为零（）（2）当物在曲率中心时， ，球差为零（）。（3）第三种状况就是所谓的齐明（等晕）状态，如图1620所示，当时，求得 由折射定律 即 可见，当时，上述结论也合用于近轴区域，即当时，。把代入中，得到，球差为零。由于，当、中任何一项等于零时，慧差系数均为零（）。由此可见，当时，球差、慧差都为零。 图 1620 齐明二 前组透镜的设计为不失一般性，设前组透镜为一弯月形透镜，如图1621所示，其玻璃的折射率为。其角放大率为：由阿贝零不变

31、量公式，得到式中，则则角放大率可以进一步写为：由此得到弯月形透镜的第一面的曲率半径：对于第二面，由于规定满足齐明条件，则则得到第二面的曲率半径： 这样，就可以根据规定求出前组透镜的构造。在选定玻璃材料后，一方面根据工作距离和角放大率的规定求出，然后选定透镜厚度，求出，则前组透镜设计完毕。对于阿米西物镜，第一面取为平面，即则，半球透镜与邻近的双胶合透镜的间隔很小，以减少被前组引进的倍率色差。阿米西的原则镜头为， 。阿米西物镜的工作距离很小，仅为左右。由于在这种形式的物镜中，带球差与物距有直接关系。并且越大，工作距离就越短。如果想要再加大数值孔径，就要采用油浸物镜，它是齐明的前组与李斯特物镜(后组)的组合。齐明前组可由一种半球和一种弯月透镜构成。图1621 高倍显微镜物镜前组设计 三 后组透镜的设计后组透镜由两个双胶合透镜构成。前组透镜的第二面满足齐明条件，没有球差和慧差。但前组透镜的第一面一般不满足齐明条件，它产生球差、慧差和色差。规定后组透镜（李斯特物镜）校正前组透镜的像差。