文档介绍：【摘要】随着科学技术的发展,光学仪器已普遍应用在社会的各个领域。光学仪器的核心部分是光学系统,光学系统成像质量的好坏决定着光学仪器整体质量的好坏,一个高质量的的成像光学系统是要靠好的光学设计去完成。
在实际应用中我们要为一个光学仪器设计一个光学系统,大体上可以分为两个阶段:第一阶段为“初步设计”或称“外形尺寸计算”阶段;第二阶段为“像差设计”阶段。这两个阶段的工作在不同类型的仪器中所占的地位和工作量不尽相同。例如在本次平像场显微物镜设计过程中,初步设计相对简单,所以课程设计工作主要集中在像差设计阶段。
光学设计的方法有:一是把已有物镜的结构型式作为初始结构进行像差校正;二是根据所选定的结构型式按照初级像差理论求解初始结构,再进行像差校正。像差校正方法有:一是人工单因素校正,即有设计者根据系统像差情况,改变系统的一个结构参数(r、d、n),再进行光路计算,重复这样的过程,直至达到满意的成像质量。另一种是用电子计算机,按优化理论和统计理论对光学系统各个参数同时给出不同的该变量,进行像差校正,重复多次运算(每次运算称为一次迭代),可达到满意的像质,称为像差自动平衡,也有人对初始结构做像差自动平衡,再做人工单因素自动校正。
针对所选课题的特点和工作量,本次课设采取第一种光学设计方法,即将已有物镜的结构型式作为初始结构,运用“缩放法”得到要求的设计参数,再利用电子计算机优化理论进行像差校正,最终达到设计目的和要求。
关键字:光学设计显微物镜缩放法像差校正
目录
引言…………………………………………………………………………………………
第1章确定初始结构型式…………………………………………
初始结构型式图………………………………………………
初始结构原理分析………………………………………………
初始结构参数表………………………………………………
第2章缩放法设计显微物镜………………………………………………
焦距缩放………………………………………………………………
ZMAX数据输入………………………………………………………6
优化前系统结构及数据分析…………………………………7
优化细节与过程………………………………………………
优化后系统结构与数据对比、分析…………………………………
第3章课程设计总结………………………………………
优化前后物镜系统分析对比…………………………7
关于本次课设的心得体会………………………………7
参考文献………………………………………………………………
引言
本次课程设计主要任务是设计出如下表1中要求的显微物镜系统:
表1
数值孔径(NA)、放大率(β) 和线视场(y)是三个表征显微物镜性能的主要参数。放大率越高,数值孔径越大,分辨率也越高,其结构就越复杂。倍率高的显微物镜往往焦距很短,所以尽管它的视场不大但仍会有严重的场曲存在,所以一般显微物镜的清晰视场是十分有限的,实际应用中为了看清视场中的不同部分,只能用分别调焦的方法来补救。
对于某些特殊用途的显微系统,如显微照相、显微摄影、显微投影灯,除了要求校正轴上点像差(球差、轴向色差、正弦差)以及二级光谱外,还必须严格校正场曲来获得较大清晰视场。为了满足实际使用的要求,出现了校正场区的平像场物镜。这些物镜中场曲的校正往往依靠若干个弯月形厚透镜来达到,同时物镜的孔径角越大,需要加入的弯月形透镜数量越多。
确定初始结构型式
本次课程在显微物镜设计过程中从一些专利文献和镜头手册中选出一些光学特性与所设计的物镜尽可能接近的资料作为初始结构。根据各种类型物镜基本光学特性之间的关系,我们知道物镜的焦距越长,对于同样结构型式的物镜,其相质的相对孔径数值越是良好,且视场角越小;相同焦距、相同结构型式的物镜,相对孔径越大,所能提供的视场角越小。所以选型是否合适,关系到整个显微物镜设计的成败。
初始结构型式图
图 1
初始结构主要参数:
放大率数值孔径共轭距离
物方线视场工作距离大于1mm
初始结构原理分析
1)按照设计要求,当,,即,相应的像方孔径角,得到物镜的总偏角。为避免引起大量的高级像差,,,可以考虑到最简单的结构是有两个双胶合透镜加上一个单透镜组成。
2)由于两个双胶合透镜加上一个单透镜系统属于正光焦度分离的结构,其匹兹伐和数是较大的正值。因为正负光焦度分离是校正匹兹伐和数的唯一而有效的方法,所以为了平视场,系统中应该引入能产生负值的弯月形厚透镜,同时还要求其能承载一定的正偏角。