光学设计报告——显微镜

光学课程设计报告

姓名：***

学号：********

学院：仪器科学光电信息工程学院

班级：光信2班

指导老师：***

设计任务要求

设计题目：显微镜设计

要求：

目镜: 放大率19倍

物镜：放大率6倍

共轭距150mm

中间像直径大于6mm

课程要求

熟悉ZEMAX的基本操作

完成《ZEMAX练习内容.docx》内容

按照给定参数，设计显微目镜、物镜，并组合。

完成课程设计报告

物镜

一、物镜系统选择

按照参数，从《光学仪器设计手册-显微物镜.doc》中选取编号4-03号物镜。

该结构有如下特征：

1、放大率为-5，接近目标值-6。

2、采用对称结构，可以有效降低加工难度和成本。

物镜镜头如图：

将该物镜的镜头数据输入到新建LDE表格中。

根据条件，系统物面空间NA设为0.26，便于目镜的选择制作。

视场数据选用如图所示：

二、物镜优化分析

先把各个面曲率半径设为可变，确定默认优化函数PMAG为6倍后开始优化。

物镜镜头共轭距改为150mm，要进行镜头缩放。

1、优化结果分析

镜头结构：

物镜数据优化表格：

该物镜镜头同时替换了玻璃，进行了锤形优化使镜头SPT图显示更好。SPT图：

通过数据可以看出，优化结果还可以。

我们还可以从多个图分析该镜头的优化程度，接下来呈现多个优化结果。MTF图：

系统信息图：

通过该系统信息图可知Image Space NA 是0.04483145，这就是所需匹配目镜的物间空间NA，

目镜

一、目镜系统选择

1、目镜要求：

放大率 19

物空间NA 0.04483145

目镜焦距 13.158mm

根据目镜目标参数，选择镜头型号规格如图所示：

输入到ZEMAX表格中。

2、优化过程

注意PARAXIAL的最后要设为23mm，眼睛镜头到像面（视网膜面）的最适距离。各曲率半径设为变量，玻璃镜头设为替换(进行自动优化和锤形优化）。默认目标函数改为EFFL（13.158）。优化过程中镜头要反转，反复的调节back foal length，使它接近目镜的EFFL.

二、目镜优化分析

优化后的目镜结构：SPT图：

MTF图：

组合一、组合状态

合并后数据如下：

光路结构图如下：

调节物像高度使中间像高直径大于6mm

二、像质评价

组合镜头SPT图：

对SPT图数据分析：

73*近轴放大率（12.7）/{（30.68/2）^2+[(21.468+19.932+19.239)/3]^2}大约等于37。该显微镜总放大率是6*19=114.艾里斑满足要求。

组合系统信息：

心得体会

通过ZEMAX的学习，觉得这款软件挺难学的，操作比较复杂。单个镜头设计或许还好，但是组合起来挺麻烦的，同时考虑2个镜头数值孔径匹配。还有数据分析计算，什么样的优化结果才符合要求。我不知道我的显微镜实际做出来效果怎么样。2个星期的学习，我真的花了很长时间去做，牺牲了很多休息时间，但我觉得还是值得的，同时我也得到老师和同学的帮助，我要感谢他们的帮助和指导。

通过这次设计，还是收获颇多的。我体会到设计者的艰辛，也体会到最后成功的喜悦。