基于ZEMAX的10倍显微物镜设计

工程光学课程设计报告题目10x显微物镜设计班级：光电信息131作者：潘瑞斌学号：1302062023成绩：指导教师：潘宝珠完成日期：2015.12.10I目录摘要.................................................................................................................................................i第一章绪论................................................................................................................................11.1显微物镜的特点...............................................................................................................11.2物镜的基本类型...............................................................................................................11.3初级相差理论...................................................................................................................21.4像质评价的方法...............................................................................................................3第二章物镜设计与相关参数...............................................................................................52.1物镜的数值孔径NA.........................................................................................................52.2物镜的分辨率...................................................................................................................52.3物镜的放大倍数...............................................................................................................62.4物镜的鉴别能力...............................................................................................................62.5设计要求参数确定...........................................................................................................7第三章ZEMAX优化设计.....................................................................................................83.1初始结构参数..................................................................................................................83.3视场角度设定...................................................................................................................93.4设计主要波长设定...........................................................................................................93.5初始结构的像质分析.....................................................................................................103.6通过ZEMAX进行透镜组合的优化设计.....................................................................103.7物镜的光线像差(RayAberration)分析..........................................................................123.8物镜的波像均方差(OPD)分析......................................................................................123.9物镜的光学传递函数(MTF)分析..................................................................................133.10物镜的几何点列图(StopDiagrams)分析.....................................................................133.11优化结果........................................................................................................................14第四章镜片工程图................................................................................................................16第五章心得体会....................................................................................................................20南通大学课程设计论文II参考文献.....................................................................................................................................22南通大学课程设计论文i摘要ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，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一套综合性的光学设计仿真软件。包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户光学设计程界面中。而且工作界面简单，快捷，很方便的就能找到我们想哟实现的功能，ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。关键词：ZEMAX；显微物镜；优化；光学系统南通大学课程设计论文1第一章绪论1.1显微物镜的特点消色差物镜(Achromatic)是较常见的一种物镜，由若干组曲面半径不同的一正一负胶合透镜组成，只能矫正光谱线中红光和蓝光的轴向色差。同时校正了轴上点球差和近轴点慧差，这种物镜不能消除二级光谱，只校正黄、绿波区的球差、色差，未消除剩余色差和其他波区的球差、色差，并且像场弯曲仍很大，也就是说，只能得到视场中间范围清晰的像。使用时宜以黄绿光作照明光源，或在光程中插入黄绿色滤光片。此类物镜结构简单，经济实用，常和福根目镜、校正目镜配合使用，被广泛地应用在中、低倍显微镜上。在黑白照相时，可采用绿色滤色片减少残余的轴向色差，获得对比度好的相片。消色差通常由两个分离的双胶组合透镜组成，这类物镜也称为里斯特物镜，它的倍率一般在6×至30×之间，数值孔径NA为0.2至0.6之间。由于显微物镜倍率较高，相距远大于物距，显微物镜的设计通常采用逆光路方式，即把像方的量当做物方的量来处理。里斯特物镜两个双胶合透镜光焦度分配的原则通常是使每个双胶合透镜产生的偏角相等或者是后组的偏角略大于前组。里斯特物镜的光阑通常放在第一个双胶合透镜上。当两个双胶合透镜相互补消球差和慧差时，两个双胶合透镜的间隔大致和物镜的总焦距相等。第一个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致和物镜的总焦距相等。1.2物镜的基本类型(1)按显微镜镜筒长度(以mm计)：透射光用160镜筒，带0.17mm厚或更厚的盖玻片；反射光用190镜筒，不带盖玻片；透射光与反射光用镜筒，筒长无限大。(2)按浸法特征：非浸式(干式)、浸式(油浸、水浸、甘油浸及其它浸法)。(3)按光学装置：透射式、反射式以及折反射式。(4)按数值孔径和放大倍数：低倍(NA≤0.2与β≤10X)，中倍(NA≤0.65与β≤40X)，高倍(NA＞0.65与β＞40X)。(5)按校正象差的情况不同，通常分为复消色差物镜，平视场消色差物镜，平视场复消色差物镜和单色物镜。根据其像差校正的程度进行分类，分为：1．消色差物镜:这是常见的物镜，外壳上常有Ach字样，这类物镜仅能校正轴上点南通大学课程设计论文2的位置色差(红、蓝二色)和球差(黄绿光)以及消除近轴点慧差；不能校正其它色光的色差和球差，且场曲很大。2．复消色差物镜:复消色差物镜的结构复杂，透镜采用了特种玻璃或萤石等材料制作而成，物镜的外壳上标有Apo字样，这种物镜不仅能校正红绿蓝三色光的色差，同时能校正红，蓝二色光的球差。由于对各种相差的校正极为完善，比响应倍率的消色差物镜有更大的数值孔径，这样不仅分辨率高，像质量优而且也有更高的有效放大率。因此，复消色差物镜的性能很高，适用于高级研究镜检和显微照相等。3．半复消色差物镜：半复消色差物镜又称氟石物镜，物镜的外壳上标有FL字样，在结构上透镜的数目比消色差物镜多，比负消色差物镜少，成象质量上，远较消色差物镜为好，接近于复消色差物镜。平场物镜是在物镜的透镜系统中增加一快半月形的厚透镜，以达到校正场曲的缺陷。平场物镜的视场平坦，更适用于镜检和显微照相。4．特种物镜：所谓特种物镜是在上述物镜的基础上，专门为达到某些特定的观察效果而设计制造的。1.3初级相差理论1、球差因为照相镜头前端的球面上的每一点的镜头聚焦能力并不是相同的。从远处照射来的平行光应该收敛在特定的焦点。但由于近轴光线和远轴光线的汇聚点不是同一个点,从而汇聚但不会成为一个点光源,而是集中在一个以光轴为对称中心线的弥散圆,称为球面像差畸变。因为球面像差的存在,导致成像模糊,从图2-5可以明显看出,模糊与光圈的大小有很大关。当处于小光圈时,光圈阻止光的远轴光线,弥散斑的直径就变得比较小,成像便是清楚的。当光