基于ZEMAX的显微物镜设计

1、-PAGE . z.- - - z - 学院编号：大学生课外科技实践创新活动基金工程申请书自然科学类课题名称：基于ZEMA*的显微物镜设计申 请 人冬指导教师科所 在 系电子工程学院光电信息科学与工程系起止年月：2016年4月-2017年3月填报日期：2016年4月21日师学院科研处二一三年制填 报 说 明一、编写申请书之前请认真阅读本填表说明。申请书所列容必须实事，逐项认真填写，表达要明确严谨。对于填写容模糊不清、不合要求、手续不全的申请书不予受理。二、课题申请书作为课题执行过程中检查、验收等管理活动的重要依据文件，由课题负责人填写。三、学院编号不要填写，由科研处统一编排。四、3-4页不得出

2、现申请人的任何背景资料，否则作废。3-4页与前面的表格分开装订。五、申请书中有关栏目不敷填写时可另附页说明。申请人承诺我保证如实填写本表格各项容。如果获得立项，承诺以本表为有约束力的协议，遵守我院大学生科技实践创新活动基金管理方法，认真开展研究工作，取得预期成果。如果成果发表或发布，我将注明是师学院学生科技创新基金支持工程。申请人签字： 年 月 日申请人冬性别女民族汉出生日期1998.0911政治面貌团员所 在 系电子工程学院专 业光电信息科学与工程专业学 号1406020219学校住址市田家庵区泉山校区 Sundong_1314126.联系主 要 参 加 者姓 名性别出生年月所在系专 业工程

3、分工签名冬女电子工程学院光电信息科学与工程专业实验操作王琪女电子工程学院光电信息科学与工程专业实验操作桂杰玉女电子工程学院光电信息科学与工程专业理论分析指导教师性 别学 位职 称单 位研究专长联系科男硕士助理实验师电工学院激光指导教师意见： 签名：年 月 日 工程负责人所在单位审核意见申请书所填写的容是否属实；本系能否提供完本钱工程所需的时间和条件；本系是否同意本工程的管理任务和信誉保证。单位公章：单位负责人签名：年 月 日以上容和下面容分开装订。以下申报页不得出现申请人的背景材料，否则作废，学院编号课题名称基于ZEMA*的显微物镜设计起止时间2015年4月-2016年3月预期成果8000字左

4、右学术论文工程研究容摘要不超过400字 显微镜以其分辨率极高原子级分辨率、实时、实空间、原位成像等特点，被广泛用于电子工业、半导体工业、IT产业、医疗、科研等领域。物镜是显微镜最重要的光学部件，利用光线使被检物体第一次成像，因而直接影响成像的质量和各项光学技术参数，对显微镜系统的成像能力起到决定性作用，是衡量一台显微镜质量的首要标准。现代显微物镜仍存在很大的局限性,其视场小、数值孔径和视场中心的分辨率与理论值之间还有一定的差距，因此继续增大显微物镜视场与提高视场边缘成象质量是十分必要的。ZEMA* 是一套是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的光学设计仿真软件，能够在光

5、学系统设计中实现建模、模拟、分析和其他的辅助功能。本研究工作主要采用ZEMA*软件，将已有的显微物镜构造型式作为初始构造进展像差校正，利用缩放法设计平场显微物镜，并充分利用ZEMA*的光学系统像差分析功能，对原有物镜系统进展全面的像差分析、优化，观察各参数变动对系统构造变化和像差、点列图、光学传递函数变化的影响；然后综合分析各个影响较大的参数，选其作为优化变量，再由ZMA*进展自动优化，进而完成对显微物镜设计工作。关键词3-5个显微物镜 ZEMA* 光学设计 缩放法 像差校正课题设计论证可附页1.同类课题国外研究状况；2.本课题研究的意义理论意义和实践意义；3.本课题拟研究的主要容、重点和难点

6、；4.本课题的研究方法；5.预期的成果；6.相关参考文献。1、国外研究状况显微技术在各个领域发挥了重要的作用， 至今显微镜仍广泛应用于科学领域，应用前景很好，在物质微小区域进展化学成分分析、显微形貌察、微观观构造测定等方面都起着重要的作用。最初的显微镜产生于十六世纪末期，17 世纪中期，英国科学家虎抑制做了最早的复式显微镜在生理学研究方面有重大突破1，1684年惠更斯设计了现今仍在使用的生物显微镜，当时的显微镜物镜没有校正像差, 镜径又小，球面像差和色像差严重。在复式显微镜创造之后的两个世纪中，尽管许多科学家和光学制造商作了许多的努力，他们用不同透镜及不同光阑的组合进展了种种尝试， 却收效甚微

7、2。1824年法国物理学家塞利格提出了一个为高倍显微镜消色差的方法即把几个低倍消色差物镜用螺旋推动以联合使用，这样就可防止制造十分短的焦距的物镜而又能得到较高倍率的消色差物镜。根据塞利格的方法，薛瓦利埃于1825年制成了消色差显微镜；C.薛瓦利埃于1834年制成的消色差显微镜还附有反射物镜、聚光镜及偏光元件等3；1855年意大利的阿米奇设计成功一种消色的中倍显微镜物镜；1878年德国物理学家阿贝成功设计制成油浸显微镜，显微镜的分辨本领已到达其理论极限0.2um，而且在照明系统和机械构造等方面这时都已到达合理的定型4。 在阿贝的现代显微镜制成之后，光学显微镜并未停顿开展.。除了阿贝在18 86

8、年制成复消色差物镜和伯格霍尔德于1950 年设计成功平场复消色差物镜之外，20 世纪的前半个世纪里，光学显微镜有如下两个方面的开展。 第一，为了观察生物标本的不同构造，提供多方面信息而设计成( 或改进) 一些特种显微镜，如暗场显微镜、偏光显微镜、荧光显微镜、离心显微镜等。 这一类显微镜我们称之为第一类特种显微镜。 第二，仅为工作上的方便而设计成的一些特种显微镜，如倒置显微镜、体视显微镜、袖珍显微镜等。这一类显微镜，我们称之为第二类特种显微镜。在20 世纪后半个世纪中，还将激光和电子技术引人光学显微镜中。1932年Rushka等人根据电子光学与光学的相似性， 并参考光学显微镜的构造，在德国柏林大

9、学成功制造了第一台电子显微镜5。1952年，诺马斯基创造了干预相位差光学系统。1978年, 一种新的物理探测系统扫描隧道显微镜被德国学者宾尼和瑞士学者罗雷尔系统地论证了, 并于1982年成功制造。这种新型的显微镜,横向分辨率到达0.01 nm, 纵向分辨率到达0.001nm, 使单个原子的操作成为了可能。在扫描隧道显微镜(STM)原理的根底上, 结合各个领域的新要求, 创造了一系列新型显微镜6。如原子力显微镜(AFM)、激光力显微镜(LFM)、扫描热显微镜、扫描隧道电位仪(STP)等等。光学仪器的核心局部是光学系统，光学系统成像质量的好坏决定着光学仪器整体质量的好坏，二百多年来, 人类一直以不

10、断提高显微镜分辨本领而努力创新, 一个高质量的的成像光学系统是要靠好的光学设计去完成，现今的显微物镜存在局限性，视场小、场曲和色差比拟严重，因而研究显微物镜设计对于改进成像质量具有实际意义。本文以ZEMA*光学设计软件为根底，利用ZEMA*的像差分析功能和自动优化功能并利用缩放法对成像质量进展改善。2、研究意义光学仪器的核心局部是光学系统，光学系统成像质量的好坏决定着光学仪器整体质量的好坏。光学显微镜的应用相当广泛，在诸多专业领域需要特定的专用光学显微镜，但由于现今的显微物镜存在局限性，视场小、场曲和色差比拟严重，因而研究显微物镜设计对于改进成像质量具有实际意义。基于ZEMA*软件设计出的显微

11、物镜具有分辨率高、改善色差、视场大等优点，对当今的科研、生产、医疗等众多领域都有着重要的意义。3、主要容、重点与难点主要容1、初步了解数值孔径NA、放大率和线视场y是三个表征显微物镜性能的主要参数；2、运用缩放法得到要求的设计参数，再利用ZEMA*的光学系统像差分析功能，自动优化进展像差校正，最终到达设计目的和要求。3.2 课题重点本论文的重点在于初始构造的选型，关系到整个显微物镜设计的成败。3.3 课题难点本论文的难点在于像质的评价分析，在做论文过程中我们要解决这个难点以到达显微镜设计要求改善成像。4.本课题的研究方法本课题运用所学知识、图书馆文献、网络资源和实地调研相结合的方法，了解国外关

12、于显微物镜的研究现状。另外结合光学设计软件ZEMA*与技术实验室的显微物镜利用缩放法进展不同程度地改善像差以到达设计要求，到达满意的成像质量。5、预期成果8000字以的调研报告或学术论文，期望显微物镜设计方面有更新创意。参考文献1：王莉、洪、丽丽；显微镜的开展综述，出版源科技信息, 2009(11)；2:唐玄之、明；光学显微镜简史；物理1995年第7期 439-444页；3：王付银；浅谈摄影之为艺术；师大学报:社会科学版, 2011(S2):116-118页；4：朱星；近场光学显微镜；现代科学仪器, 1998(Z1):84-89页；5:高绍璞,彦,震东；现代生物显微技术的现状与开展趋势；农业科学，2003,31(2):243-245页；6马红伟；显微镜在外表分析技术中的应用及开展趋势；完成工程的条件和保证负责人和主要成员曾参与或组织完成过哪些科技创新活动，获得过哪些成果只列举活动及成果名称，不得出现；2.完本钱课题的研究能力及时间保证。 负责人和主要成员曾参与机械工业学校进展金工实习、大学生野外无线电测向活动社会实践活动，取得了较好成绩。本课题组成员动手能力较强，发现问题、分析问题、运用所学过的知识和技能解决问题的能力以及创新意识和创新能力较高。本小组成员全部为光电信息科学与工程专业在读本科生，对工程光学、模拟电子技术，信息光学，光电子技术等课程有了根本