華科光學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、光學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 目錄一， 顯微鏡原理分析二， 顯微物鏡設(shè)計(jì)方法1， 前組透鏡2， 后組透鏡三， 顯微鏡目鏡設(shè)計(jì)方法四， 顯微鏡參數(shù)求解1， 設(shè)計(jì)要求2， 物鏡前片參數(shù)3， 物鏡后片參數(shù)4， 整個(gè)物鏡的參數(shù)以及像差5， 目鏡參數(shù)6， 整個(gè)目鏡的參數(shù)以及像差五， ZEMAX仿真結(jié)果及其分析1， 物鏡優(yōu)化前2， 物鏡優(yōu)化后3， 目鏡優(yōu)化前4， 目鏡優(yōu)化后六， 報(bào)告總結(jié)一， 顯微鏡原理分析：1， 成像的幾何關(guān)系圖2， 物象關(guān)系式：1/l+1/l=1/f其中l(wèi)為像距，l為物距，f為透鏡的焦距3， 物距：l=(b/B)+1)f其中B為物面高度，b為像面上探測器的高度二， 顯微物鏡設(shè)計(jì)方法：在實(shí)際設(shè)計(jì)中采

2、用選型法，也就是從材料中選取光學(xué)性能相近的鏡頭加以驗(yàn)算和修改。將物鏡分為兩個(gè)部分，即前組透鏡和后組透鏡，這種方法適用于中等或者較高數(shù)值孔徑的物鏡設(shè)計(jì)。1， 前組透鏡的設(shè)計(jì)方法設(shè)前組透鏡為一彎月透鏡，如上圖所示，折射率為n，設(shè)為彎月是為了使它更符合一般性。對于前組應(yīng)符合如下要求：（1），具有要求的工作距離。（2），其數(shù)值孔徑為要求值，而其放大率應(yīng)使其像方孔徑角不大。根據(jù)應(yīng)用光學(xué)的知識(shí)可知:r1=l1(n-1)/(n*n-1) （1）r2=(l1/(n)-d)/(1+1/n) （2）選定透鏡玻璃類型之后，根據(jù)其角放大率和空間物距結(jié)合（1）式可以算出r1,再確定透鏡厚度d之后，再根據(jù)（2）式算出r2

3、。2， 后組透鏡的設(shè)計(jì)方法：后組有兩個(gè)雙膠透鏡組成的對于后組有幾個(gè)要求：（1） 與前組組合，使整個(gè)物鏡具有要求的放大率或者焦距（2） 與前組組合，是整個(gè)物鏡滿足物鏡共軛距的要求（3） 后組像差能補(bǔ)足前組的像差其模型如下：后組的光路通常用反向光路來設(shè)計(jì)，步驟為：（1），估計(jì)后組透鏡的厚度和間隔，按物距的共軛距要求來確定其物距。（2），分配偏角，求后組透鏡的光焦度。h 1=luh 2=lu1=u1/h12=u2/h2d =(h1-h2)/(u1+u1)三，顯微目鏡的設(shè)計(jì)方法：惠更斯目鏡符合本次設(shè)計(jì)的要求，其由兩塊平凸透鏡組成，間隔為d，靠近物鏡一方的透鏡稱為場鏡，接近眼睛的透鏡稱為接目鏡。它們的焦

4、距分別滿足： f接=3/4f目，d=8/9f目，f場=2/3f目四，顯微鏡參數(shù)求解：1， 設(shè)計(jì)要求：（1） 物鏡物象共軛距195mm，放大倍數(shù)25，數(shù)值孔徑0.4，單獨(dú)校正像差。（2） 目鏡放大倍數(shù)10，可上下5度視度調(diào)節(jié)，鏡目距不小于6mm單獨(dú)校正像差（3） 設(shè)計(jì)的目鏡要與物鏡匹配2, 物鏡前片參數(shù)：物鏡前片選取BaK2玻璃，其折射率n=1.5399,取透鏡厚度d=2.2mm，有前面分析及公式可算出r2=-2.2675。由分析可知，加大半徑，前片透鏡的球差會(huì)相應(yīng)的減小，所以取r2=-2.5，=2.103。3, 物鏡后片參數(shù)：物鏡后片雙膠和分別選取K9、F4玻璃，其中各個(gè)透鏡厚度估算以及間隔如

5、下圖所示：對于反向光路，后組的物距為-166.5mm，像距為5.4mm，而從雙膠透鏡的主面算起，取物距為-168mm，像距為7.5mm。設(shè)雙膠透鏡的主面在透鏡內(nèi)1.5mm以及2.1mm，則有前面的分析及公式可以得出：u=u-u=0.2062令u1=0.1 u2=0.1062則1=0.0372 2=0.07445d =(h1-h2)/u1=15.02所以前片的出瞳為：lz=-124.59 由PW法可解出：第一組r1=28.1 r2=-6.189 r3=-17.21第二組r1=6.431 r2=-4.2131 r3=33.043取兩組雙膠和透鏡的主面間隔d=15.024 , 整個(gè)物鏡的參數(shù)以及像差

6、(1),整個(gè)物鏡的參數(shù)表r d nD nF nC 28.812.5 1.51631.521951.51389-6.1891.51.61991.632091.61503-17.2114.0591116.4312.51.51631.521951.51389-4.2131.51.61991.632091.61503-33.0430.31112.52.21.53991.546271.53722(2),整個(gè)物鏡的像差表像差h1.0h0.0084-0.00330.01130.00910.00270.707h0.0016-0.00110.00300.0032-0.0002000-0.00060.0023-0

7、.00305， 目鏡的參數(shù)求解：惠更斯目鏡的內(nèi)容如下：F目=250/T=25根據(jù)前面的公式可知：F接目=3/4f目=18.75d =9/8f目=28.125f場=3/2f目=37.5目鏡選用K9平凸型玻璃，根據(jù)薄透鏡的光線光路計(jì)算公式能求出6， 整個(gè)目鏡的參數(shù)以及像差（1），目鏡的參數(shù)表rdnDnFnC（光闌）111-9.512.51.51631.5219551.52195524.5111-16.713.51.51631.5219551.521955150111 h像差1.0h0.707h-0.482-0.0317-0.0012-0.0007-0.595-0.58-0.489-0.285-1.

8、751-0.872-0.028-0.019-0.477-0.177-0.015-0.01(2)，目鏡的像差表五，軟件仿真及其分析：1， 物鏡優(yōu)化前（1）鏡頭編輯數(shù)據(jù)（2）鏡頭3D模擬圖（3）光線光路像差（4）三種點(diǎn)列圖（5）調(diào)制傳遞函數(shù)2， 物鏡優(yōu)化后3， 目鏡優(yōu)化前4， 目鏡優(yōu)化后七， 報(bào)告總結(jié)：這個(gè)項(xiàng)目一共做了一個(gè)星期，分為三個(gè)階段：1， 不考慮實(shí)際情況，自己構(gòu)思想要實(shí)現(xiàn)的光學(xué)系統(tǒng)：因?yàn)橹挥凶鲎约合胍龅臇|西的時(shí)候才會(huì)全身心地投入到其中，完全自主地完成，而且過程還是一種享受，所以我不喜歡做什么都一開始就查資料，這樣的話在一定程度上是對自己想法的一種遏制，對自己創(chuàng)造力的一種摧殘。2， 從所有系統(tǒng)中選中一個(gè)更切合實(shí)際的，確定目標(biāo)開始查閱料：第一步中很多想要是實(shí)現(xiàn)的東西畢竟還是由于知識(shí)有限或者時(shí)間問題，被淘汰了，比如我很喜歡軍事設(shè)備，像要做一個(gè)潛望鏡或者紅外夜視儀，但是在后來的資料查閱中發(fā)現(xiàn)，相關(guān)介紹不夠詳細(xì)，所以很無奈的放棄了。但是以后有了足夠的知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)的話，我一定會(huì)努力實(shí)現(xiàn)自己的想法的。3， 確定方案，之后開始整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)：這個(gè)過程應(yīng)該是最有意思的，畢竟我的每一步計(jì)劃都可以有及時(shí)的反饋，所以做起來很有成就感，特別是在軟件仿真這一模塊，抽象的光線或者光路