显微镜物镜设计.doc

应用光学课程应用光学课程设设 计报告计报告 姓名姓名：刘思蔚、靳欢、张琪 专业与班级专业与班级： 光信 1 班 指导教师指导教师： 朱亚东 专业设计名称专业设计名称： 25x 显微镜物镜设计 专业设计单位专业设计单位： 天津理工大学 目 录 摘要 ................................................................................................................................I ABSTRACT..................................................................................................................II 1 绪论.............................................................................................................................1 2 物镜设计方案.............................................................................................................2 3 物镜设计参数及镜片选择.........................................................................................3 3.1 物镜的数值孔径..............................................................................................3 3.2 物镜的鉴别率..................................................................................................3 3.3 物镜的有效放大倍数......................................................................................4 3.4 垂直鉴别率......................................................................................................5 3.5 实际参数确定..................................................................................................5 4 25显微镜物镜光学系统仿真过程.........................................................................6 4.1 选择初始结构并设置参数..............................................................................6 4.2 自动优化..........................................................................................................6 4.3 物镜的光线像差(RAY ABERRATION)分析 .....................................................8 4.4 物镜的波像均方差(OPD)分析.......................................................................9 4.5 物镜的光学传递函数(MTF)分析..................................................................9 4.6 最终仿真参数分析........................................................................................10 5 心得体会...................................................................................................................13 6 参考文献...................................................................................................................14 摘要 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象,因而直接关系和 影响成象的质量和各项光学技术参数,是衡量一台显微镜质量的首要标准。

物镜的结构复杂,制作精密,由于对象差的校正,金属的物镜筒内由相隔一定距离并 被固定的透镜组组合而成.物镜有许多具体的要求,如合轴,齐焦. 现代显微物镜已达到高度完善,其数值孔径已接近极限,视场中心的分辨率与理论值 之区别已微乎其微.但继续增大显微物镜视场与提高视场边缘成象质量的可能性仍然存在,这 种研究工作,至今仍在进行 本次课设主要是应用 ZEMAX 光学设计软件，设计出 25显微镜物镜光学系统经过 计算机优化系统分析微调参数改变参数变量再次进行优化反复过程之后，设计 出了能够很好的消除系统像差的非球面物镜和整个光学系统，使得成像光斑达到了衍射 极限分析和评价模拟结果的点列图、波像均方差、波前均方差、光学传递函数等参数， 设计出符合设计要求的显微物镜 关键词：显微物镜；ZEMAX；优化；光学系统 Abstract The most important objective is microscope optical components, use light was the first object, so direct relation with little influence imaging quality and technical parameters of the optical microscope, is the primary measure a quality standard. The structure is complex, objective, because of poor precision calibration, metal objects from the telescope in a certain distance apart and fixed lens groups. There are many specific objective requirements, such as close to axis. Modern microscope objectives, it has already reached the height already nearing their limits numerical aperture, view of theoretical resolution of the center with little difference has a narrow-sized microscope objectives. The view and improve the quality of imaging edge view, this study is still possible, still in the works. This class is mainly applied set ZEMAX optical design software, design and x microscope optical system accurately. Through computer optimization, system analysis - fine-tuning parameters - changing parameters optimized variables - again after repeated process, designed to eliminate system as the objectives and poor aspheric optics system, make whole disk image reached diffraction limit. The simulated results of analysis and evaluation, point a wave of variance, the mean square error, optical transmission function parameters, designed comply with the design requirements of the microscope objectives. Keywords: microscope objectives, ZEMAX, Optimization, Optical systems. 1 绪论 Zemax 是 Focus Software 公司推出的一个综合性光学设计软件。

这一软件集成了包 括光学系统建模、光线追迹计算、像差分析、优化、公差分析等诸多功能，并通过直观 的用户界面，为光学系统设计者提供了一个方便快捷的设计工具十几年来，研发人员 对软件不断开发和完善，每年都对软件进行更新，赋予 Zemax 更为强大的功能，因而被 广泛用在透镜设计、照明、激光束传播、光纤和其他光学技术领域中 Zemax 采用序列和非序列两种模式模拟折射、反射、衍射的光线追迹序列光线追迹 主要用于传统的成像系统设计，如照相系统、望远系统、显微系统等这一模式下， Zemax 以面作为对象来构建一个光学系统模型，每一表面的位置由它相对于前一表面的坐 标来确定光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，追迹速度很快许多复 杂的棱镜系统、照明系统、微反射镜、导光管、非成像系统或复杂形状的物体则需采用 非序列模式来进行系统建模这种模式下，Zemax 以物体作为对象，光线按照物理规则， 沿着自然可实现的路径进行追迹，可按任意顺序入射到任意一组物体上，也可以重复入 射到同一物体上，直到被物体拦截与序列模式相比，非序列光线追迹能够对光线传播 进行更为细节的分析但此模式下，由于分析的光线多，计算速度较慢。

在一些较为复杂的光学系统中，可以同时使用序列和非序列光线追迹根据需要， 可以采用序列光学表面与任意形状、方向或位置的非序列组件进行结合，共同形成一个 系统结构 2 物镜设计方案 25显微镜物镜属于中倍显微物镜，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 。