光学课程设计

1、1. 选题：中倍率光学显微镜及其照明系统的设计2. 原理准备：a. 显微系统又焦距很短的目镜和物镜组成物镜后焦点F1' 到目镜的前焦点F2之间有较大的光学间隔（少一个显微系统的光路图 书p63）.b. 显微镜成像系统的示意图（书p395）i.c.物镜放大率：1=l1'l1 (注意为负值) 目镜放大率：2=250f2'显微镜的总放大率： =12=-250f1'f2'd.物镜支撑面到目镜支撑面之间的距离tm称为机械筒长。国际标准160,170,190，我国标准160. 显微物镜标准的国标标准为195（实际看需求） 目镜安装面和物镜像面有固定的位置关系，国际标

2、准为10e.显微镜的孔径光阑：单倍低阻显微物镜以镜框为孔径光阑；结构复杂的物镜最后一组透镜的镜框为孔径光阑；本设计中，把孔径光阑设计在物镜的像方焦面上，形成像方远心光路，减小因视差所造成的测量误差。 整个系统的出瞳在显微镜的总的像方焦点上，则整个系统的出瞳对于目镜后焦点的位置为：x2'=f2'2-x1' 观察的时候，眼瞳必须和出瞳重合，以免发生渐晕。 出瞳直径为a',则a'=250NAf.显微镜的视场光阑和视场 显微镜的视场光阑一般设置在物镜的像平面上（这里由于测量需要，视场光阑即为分划板）。 显微镜的线视场一般满足：2yf1'20 显微镜的放大

3、率越大，数值孔径就越大，景深越小！g.显微镜依然为衍射受限（孔径受限）系统，其分辨率用线分辨率度量（因为物体在有限远处）。两个自然发光点的分辨率为：=0.61NA两个不发光点（即被照明点）之间的线分辨率为:=NA 斜光束照明的时候，分辨率为：0=0.5NA 显微镜的分辨率决定于数值孔径NA,NA越大，分辨率越高。由于人眼分辨的角距离为2'4',用明视距离250mm来算，显微镜的有效分辨率为：500NA1000NA,一般最大的NA为1.5，所以光学显微镜的放大倍数最多为1500倍。显微镜的放大率实际取决于数值孔径NA的大小。低于下限500NA，即使物镜把细节分辨出来了，也因为放大

4、率不够，眼睛看不清楚。高于上限1000NA，由于衍射受限，也无法提高显微镜观察物体细节的能力了。H.显微物镜：显微镜的物镜的光学特性主要可以用：数值孔径（NA），线视场（2y），焦距（f1），工作距（l），放大率（）表示。 显微物镜为小视场、大孔径的光学镜头，以校正轴上点的像差为主，包括：色差、球差、正弦差。低倍物镜就用一个双胶合的物镜即可；中倍物镜为“李斯特”物镜，由两片双胶合的物镜组成；高倍物镜为“阿米西”物镜，在“李斯特”物镜的基础上多加了一个半近似球形的物镜组成。 本设计中，要求物镜=-10x,NA=0.35共轭距150左右，机械筒长为190（国际）。物高2y=0.1mm（目前这样处理

5、，因为是中倍物镜，线视场会校一些）。 物镜设计，由于是中倍的物镜，所以由李斯特物镜为参考，设计两片双胶合的物镜。光学设计手册p211.I.目镜是把物镜分辨的像再次放大，满足目标对人眼的视角识别的需要，一般，目镜成像在无穷远处，或者在眼睛的明视距离上。 目镜的焦距一般为1530mm之间，焦距越小，放大率越大。 目镜的视场取决于系统的视觉放大率和物镜的视场角：tanw'=tanw目镜的结构趋于复杂化，一般目镜的视场角为400 600 之间。广角的物镜为600800目镜的孔径光阑（出瞳的位置十分接近于目镜的后焦点）。J.目镜的像差矫正： 目镜本身为小孔径、大视场、短焦距、光阑远离透镜组的光学

6、系统。重点矫正轴外点的像差，其中畸变不影响成像的清晰程度，主要矫正慧差、像散、场曲、倍率色差。已经计算出来f2'=25mm,然后由于tanw=h2l1由之前的公式，计算出来tanw'=0.36683786则目镜的视场角为：2w'=40.29° 则凯涅尔目镜和对称式目镜都在选择的范围内。凯涅尔目镜的结题思路可以参见之前的笔记，对称式目镜为双胶合目镜，H.目镜ZEMAX矫正优化时加的约束：1.各面的系数：最先输入的初始结构下各面参数：优化后：2.2D草图。输入初始结构未优化前：优化后：3. 光线像差。输入初始结构未优化前：优化后：4. 光路。初始结构（优化前）优化后： 5. 标准点列图。初始结构（优化前）：优化后：6. 场曲/畸变。初始结构（优化前）：优化后：7. 塞得尔系数初始结构（优化前）：优化后：I 物镜上机矫正：II 优化时加的约束1. 一开始输入的数据：优化后：2. 2D草图优化