25×显微镜物镜设计

武汉理工大学《光电子应用》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:25×显微镜物镜设计初始条件：计算机、zemax软件要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：2周技术要求：（1）学习zemax软件。（2）设计一个25×显微镜物镜，要求所设计的系统成像清晰，显微物镜放大倍率为25×，物方数值孔径NA=0.4，物高为1mm左右。（3）对所设计的相机光学系统进行zemax软件仿真工作。2、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：2010.6.28做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。2010.6.28-6.30查阅相关资料，并复习所设计内容的基本理论知识。2010.7.1-7.8学习zemax软件，对相机光学系统进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。2010.7.9提交课程设计报告，进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《光电子应用》课程设计说明书目录摘要................................................................................................................................IABSTRACT..................................................................................................................II1绪论............................................................................................................................12物镜设计方案............................................................................................................23物镜设计参数及镜片选择........................................................................................33.1物镜的数值孔径.............................................................................................33.2物镜的鉴别率.................................................................................................33.3物镜的有效放大倍数.....................................................................................43.4垂直鉴别率.....................................................................................................53.5实际参数确定.................................................................................................5425×显微镜物镜光学系统仿真过程........................................................................64.1选择初始结构并设置参数.............................................................................64.2自动优化.........................................................................................................64.3物镜的光线像差(RAYABERRATION)分析......................................................84.4物镜的波像均方差(OPD)分析......................................................................94.5物镜的光学传递函数(MTF)分析..................................................................94.6最终仿真参数分析.......................................................................................105心得体会..................................................................................................................116参考文献..................................................................................................................12武汉理工大学《光电子应用》课程设计说明书I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；光学系统武汉理工大学《光电子应用》课程设计说明书IIAbstractThemostimportantobjectiveismicroscopeopticalcomponents,uselightwasthefirstobject,sodirectrelationwithlittleinfluenceimagingqualityandtechnicalparametersoftheopticalmicroscope,istheprimarymeasureaqualitystandard.Thestructureiscomplex,objective,becauseofpoorprecisioncalibration,metalobjectsfromthetelescopeinacertaindistanceapartandfixedlensgroups.Therearemanyspecificobjectiverequirements,suchasclosetoaxis.Modernmicroscopeobjectives,ithasalreadyreachedtheheightalreadynearingtheirlimitsnumericalaperture,viewoftheoreticalresolutionofthecenterwithlittledifferencehasanarrow-sizedmicroscopeobjectives.Theviewandimprovethequalityofimagingedgeview,thisstudyisstillpossible,stillintheworks.ThisclassismainlyappliedsetZEMAXopticaldesignsoftware,designandxmicroscopeopticalsystemaccurately.Throughcomputeroptimization,systemanalysis-fine-tuningparameters-changingparametersoptimizedvariables-againafterrepeatedprocess,designedtoeliminatesystemastheobjectivesandpoorasphericopticssystem,makewholediskimagereacheddiffractionlimit.Thesimulatedresultsofanalysisandevaluation,pointawaveofvariance,themeansquareerror,opticaltransmissionfunctionparameters,designedcomplywiththedesignrequirementsofthemicroscopeobjectives.Keywords:microscopeobjectives,ZEMAX,Optimization,Opticalsystems武汉理工大学《光电子应用》课程设计说明书11绪论Zemax是FocusSoftware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。武汉理工大学《光电子应用》课程设计说明书22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