基于zemax的光学显微镜设计

《基于zemax的光学显微镜设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、应用光学课程设计设计题目：基于Zemax的光学显微镜设计学号：教师职称：12设计题目基于Zemax的光学显微镜设计成绩课程设计主要内容设计的显微光学系统的技术参数如下：（1）视觉放大率：12（2）出瞳到物面距离（沿光轴）：240mm（3）光轴折转角：60°指导教师评语12目录1.显微镜成像原理与设计思路………………………………………………31.1显微镜成像原理………………………………………………………31.2设计思路……………………………………………………………………42.设计步骤………………………………

2、………………………………………43.设计过程………………………………………………………………………53.1外形尺寸的计算……………………………………………………………53.2光路设计……………………………………………………………………63.2.1物镜的设计…………………………………………………………63.2.2棱镜的设计…………………………………………………………73.2.3目镜的设计…………………………………………………………83.2.4组合光路……………………………………………………………84.优缺点

3、及改进措施…………………………………………………………125.设计总结……………………………………………………………………12摘要：光学显微镜在当今的科研、生产、医疗等众多方面都有着越来越广泛的应用，已成为基础科研、生产工具。在诸多专业领域众多需要特定的专用显微镜。本次设计的是放大率为12x的显微镜。关键字：目镜物镜视场角分辨率zmax软件一、显微镜成像原理与设计思路1.1显微镜成像原理显微镜(microscope)是为提高人们获得微小信息能力的光学仪器。往往把将近处物体进行放大的光学系统称为显微镜系统。

4、显微镜系统通常由物镜和目镜两部分组成，实质上是利用一个物镜和一个目镜产生两级放大的复式显微镜（需要光路对准时往往会加场镜）。12图1A”物镜BB”‘‘‘AA’B’眼睛目镜图1是显微镜成像的光路图，图中的物镜和目镜均用薄透镜表示。显微镜的物镜AB处于物镜的两倍焦距之内一倍焦距之外，它首先经过物镜将一放大的倒立实像A＇B＇成像于目镜的物方焦平面上或焦平面以内很靠近的地方，然后目镜将这一实像再次放大成一放大的正立虚像A”B”，且成像于无穷远或人眼的明视距离以外，以供眼睛观察。显微镜对物体进行两次放大，因此与放大

5、镜相比，具有更大的放大率，能观察到肉眼所不能直接观察的微小物体，分辨更细小的细节。在这里目镜相当于放大镜，只不过这时放大镜的物是物镜所成的像而已。1.2设计思路用户提了三个方面的要求：光轴的转折角为60°，出瞳到物面的几何距离（沿光轴）为240mm，视觉放大率为12倍。根据用户所提出的要求，我做了如下的考虑：由于用户所要求的12X的显微镜属于低倍光学显微镜，故其主要用途是用于观察生物细胞，细菌，植物的表皮结构等。首先我考虑了转折角度的问题，转折角为60°，可以选择用等腰棱镜，使光线转折60°。因此我选择了

6、等腰棱镜。其次我考虑了分辨率。人眼的最小分辨角为1´，但一般为了让人眼看的舒服一点，可以将角度放大到2-4´。12倍的放大率理论上是可以分辨6um的物体，但那样人眼会长时间处于疲劳状态。2．设计步骤123．设计过程3.1外形尺寸的计算放大倍率为12x。选择物镜跟目镜的放大率，我设计的显微镜分辨率为σ=1.5um（1）计算物镜的数值孔径根据式，λ取550nm，则NA=0.06（2）分配物镜和目镜的放大率根据数值孔径NA=0.06，可选择β=3x物镜，则目镜的放大率4x由于12x的惠更斯目镜跟平场目镜相比较，

7、平场目镜的视场较大，象质较好，所以我选择了12.5x的平场目镜代替了12x的惠更斯目镜。（3）计算物镜和目镜的焦距和36.37mm20.02mm（4）计算显微镜的总焦距20.81mm（5）计算目镜的线视场。12（1）计算物镜的线视场2y3．2光路设计3．2．1物镜的设计表3.1.图3.1图3.1为本次实验的物镜的二维图，我采用的是正向光路，优化以后，各镜头参数如表3.1所示。点列图12图3.23.2.2棱镜的设计直角棱镜如图3.4所示，其通光口径D与其展开成平行平板的厚度D1不相等，即D=1.732*D1

8、，我把棱镜与物镜组合到一起进行了优化。在分析棱镜的时候棱镜相当于一个等效的空气层，对于整个系统主要起象移的作用，当然对象质也会有影响，于是在ZEMAX软件中我将其等成一个长与宽相等的平行平板，棱镜的通光口径我没有精确的计算，是在ZEMAX软件上分析得到的，原则是让所有的光线通过，所以我选择了稍大的口径，使光线完全通过并有一定的余地。表3.2123.2.3目镜的设计目镜我选的是平场目镜，其视场角比较大。由于目镜的出射光线为平行光