光学显微镜星点校正法初探

光学显微镜星点校正法初探

高英

高英（雅安职业技术学院显微镜实验室四川雅安625000）

【摘要】星点像是作为检测和判断物镜光学系统成像质量优劣的依据，其原理是以点光源透过星点板和被检物镜后在视场内形成的星像图，其在焦点处及焦点内外不同截面上的光强弱分布和几何形状来定性评价光学系统成像质量。本文介绍了物镜慧差、球差、像散、畸变等像差形成的原因，提出了运用星点校正法来检测和校正各类像差，以提高光学显微镜的成像质量。

【关键词】星点像物镜检测校正

【中图分类号】R446【文献标识码】B【文章编号】2095-1752（2012）19-0299-02

光学显微镜的接物镜通常由2-6组透镜组合而成，光轴的偏差将会导致轴上像差如慧差、球差、像散、畸变的出现[1]，它直接影响物镜光学系统的成像质量，因此必须进行多方面的校正和调试。现就影响物镜成像质量的几种主要像差的星点像来解析物镜的像质问题，提出如何检测和校正的具体方法。

1.正常星像图

现以100×油镜为例进行分析。油镜的光学系统如图1所示通常由四组透镜组合而成，第一组是半球形透镜，第二组弯月形透镜，第三组是胶合透镜组，第四组是胶合透镜，第一、二组透镜构成物镜光学系统的双前片透镜组合，它的偏差将导致物镜光学系统慧差和像散的出现。

图1为放大倍数100×油镜的光学成像结构模式图，通常由四组透镜组合而成，第一组是半球形透镜，第二组是弯月形透镜，第三组是胶合透镜组，第四组是胶合透镜，其中，第一组和第二组构成的透镜组合为物镜光学系统的双前片透镜组合，它的偏差将会导致物镜光学系统慧差和像散的出现。

图1光学显微镜油镜的光学系统示意图

照明光源透过星点孔时，由于光的衍射作用将会在视野内形成如图2所示的正常星像图，其星点像表现为：①焦点处的星点像星点圆整呈桃红色，亮度约占总亮度的70%；星环为1-2个同心光环，环细且清晰，颜色呈蓝白色，亮度约为总亮度的30%；黑色陪衬环位于星点与星环之间，明显且衬度好；②焦点内外处的星点像调焦时其星环与星点完全呈对称性扩散。

图2正常星像图

2.异常星点像与校正

2.1慧差慧差是由于物镜各透镜组合之间的光轴平行位移而造成的。

表现形式：慧差存在时的星点像见图3，在焦点处，星点不圆整，呈椭圆形，星环出现彗星状不对称尾翼；在焦点内外处，衍射环明显增多，呈彗星形扩散。

图3物镜慧差星点像

校正方法：弯月形透镜的平行移位与倾斜会影响光学系统光轴的共轴性，一般利用在弯月形镜座处的4个校正孔，用校正螺杆推移月牙片镜座向慧差顶端所指方向移动，使其达到完全合轴。

2.2球差球差是由于物镜透镜组中的镜片厚度与曲率半径的出现误差[3]，或各透镜组合之间的空气间隙不合适造成的。

表现形式：见图4，星点像的星环与星点中心亮度比例、衬度以及星环的颜色均可作为判断物镜正负球差的主要依据。出现正球差时，由原桃红色的星点颜色转变为炽白色，亮度变强，靠近星点的衍射星环变细，位于星环与星点之间黑色陪衬环不明显。出现负球差时，星点呈淡黄色，亮度变暗；靠近星点的星环增粗，且有多圈淡绿色干涉环出现，颜色由蓝转为绿色。

图4物镜球差星像图

校正方法：可采取调节各透镜组间的空气间隙来进行校正[4]。球差过大时，一般可减少存在于第一组透镜和第二组透镜之间的锡箔垫圈来消除正球差；球差过小时，则应在第一、二组透镜之间增加锡箔垫圈来消除负球差。

2.3像散透镜光轴的倾斜和不重合会导致像散的发生。

表现形式：当有像散时，焦点处会出现如图5所示的星点像，在焦点上星点像为◆形，在焦点内外处的星点像则为星环与星点呈椭圆形扩散状。

图5物镜像散星像图

校正方法：采取反复转动各透镜组合之间的位置，使各透镜组之间的光轴误差互相抵消，配合在适当的位置，轴上误差便会因互补而得到改善。

2.4畸变畸变是由于物镜在组装过程中，因压圈过紧产生了内应力或透镜玻璃材质不佳而引起的[5]。

表现形式：如图6所示，物镜产生畸变时，焦点处的星点与星环会出现不规则的多角形；在焦点内外调焦时，则出现星点和星环成不规则状扩散。

图6物镜畸变星像图

校正方法：调整物镜压圈力度，或改善物镜材质质量，才能达到修正的目的。

3.校正工具与步骤

3.1工具光学显微镜、校正星点板、四孔校正螺杆、物镜组装座、顶杆、压圈扳手、长纤维脱脂棉、锡箔纸垫圈、清洗杆、清洗液。

3.2步骤

①像差类型的判断；将显微镜光亮调整到最佳位置，检测星点板安放在载物台上，用调焦螺旋将物镜成像图调整到焦点上，依据星像图类别来判定物镜像差种类。

②拆卸：拧下被检物镜罩壳，使用压圈扳手、镜头装座和镜头顶杆将各透镜组卸出，此时需注意各透镜组合之间的原装配顺序，并在镜座上划线做好标记，以便组装时快捷无误。

③清洗；应保持工作台的清洁无尘，使用长纤维脱脂棉和清洗杆沾取少许清洗液，由镜片中心向外快速擦拭清洗。在清洗过程中，若清洗液过多将会造成透镜胶合片的脱胶，应特别注意。

④组装：当透镜组合片清洗完备后，按原装配顺序将物镜组装好，此时应注意在装配过程中物镜螺纹压圈的力度，使透镜组合之间有调节余地，过松或过紧都会影响物镜的校正。

⑤校正：根据上述介绍的各种像差校正方法来进行校正。

由于慧差、球差、像散、畸变等像差相互之间联系密切，互相制约，因此在校正过程中，首先要消除慧差，才能观察到其他像差存在的具体情况。但也应注意，在对球差、像散、畸变进行校正时，由于变动了透镜组合的位置，慧差又有可能再次出现，因而必须反复多次校正才能达到最佳的像质效果。

参考文献

[1]郭丽洁.崔泽实影响光学显微镜镜像质量技术环节的控制，解剖科学进展[J]2009,15（2）103—105.

[2]郁道银，谈恒英.工程光学[M]北京，机械工业出版社，2010509-510.

[3]姜凯.光学显微技术的进展，山西大同大学学报.[J]2009,25.1128—129.

[4]傅惠南王晓红.显微技术和现状[J]应用基础工程学导报，2008,3（4）395-397.

[5]苏显渝，李继涛.光学信息[M]北京，科学出版社，2007642—645.