华科光学课程设计报告

光学课程设计报告

目录一，显微镜原理分析

二，显微物镜设计方法

1，前组透镜

2，后组透镜

三，显微镜目镜设计方法

四，显微镜参数求解

1，设计要求

2，物镜前片参数

3，物镜后片参数

4，整个物镜的参数以及像差

5，目镜参数

6，整个目镜的参数以及像差五，ZEMAX仿真结果及其分析

1，物镜优化前

2，物镜优化后

3，目镜优化前

4，目镜优化后

六，报告总结

一，显微镜原理分析：

1，成像的几何关系图

2，物象关系式：1/l’+1/l=1/f

其中l’为像距，l为物距，f为透镜的焦距

3，物距：l=((b/B)+1)f

其中B为物面高度，b为像面上探测器的高度

二，显微物镜设计方法：

在实际设计中采用选型法，也就是从材料中选取光学性能相近的镜头加以验算和修改。将物镜分为两个部分，即前组透镜和后组透镜，这种方法适用于中等或者较高数值孔径的物镜设计。

1，前组透镜的设计方法

设前组透镜为一弯月透镜，如上图所示，折射率为n，设为弯月是为了使它更符合一般性。

对于前组应符合如下要求：

（1），具有要求的工作距离。

（2），其数值孔径为要求值，而其放大率应使其像方孔径角不大。

根据应用光学的知识可知:

r1=l1(n-1)/(γn*n-1) （1）

r2=(l1/(γn)-d)/(1+1/n) （2）

选定透镜玻璃类型之后，根据其角放大率和空间物距结合（1）式可以算出r1,再确定透镜厚度d之后，再根据（2）式算出r2。

2，后组透镜的设计方法：

后组有两个双胶透镜组成的

对于后组有几个要求：

（1）与前组组合，使整个物镜具有要求的放大率或者焦距

（2）与前组组合，是整个物镜满足物镜共轭距的要求

（3）后组像差能补足前组的像差

其模型如下：

后组的光路通常用反向光路来设计，步骤为：

（1），估计后组透镜的厚度和间隔，按物距的共轭距要求来确定其物

距。

（2），分配偏角，求后组透镜的光焦度。

h 1=lu

h 2=l’u’

Φ1=Δu1/h1

Φ2=Δu2/h2

d =(h1-h2)/(u1+Δu1)

三，显微目镜的设计方法：

惠更斯目镜符合本次设计的要求，其由两块平凸透镜组成，间隔为d，靠近物镜一方的透镜称为场镜，接近眼睛的透镜称为接目镜。

它们的焦距分别满足：

f’接=3/4f’目，d=8/9f’目，f’场=2/3f’目

四，显微镜参数求解：

1，设计要求：

（1）物镜物象共轭距195mm，放大倍数25，数值孔径0.4，

单独校正像差。

（2）目镜放大倍数10，可上下5度视度调节，镜目距不小于

6mm单独校正像差

（3）设计的目镜要与物镜匹配

2, 物镜前片参数：

物镜前片选取BaK2玻璃，其折射率n=1.5399,取透镜厚度d=2.2mm，有前面分析及公式可算出r2=-2.2675。由分析可知，加大

半径，前片透镜的球差会相应的减小，所以取r2=-2.5，β=2.103。

3, 物镜后片参数：

物镜后片双胶和分别选取K9、F4玻璃，其中各个透镜厚度估算以及间隔如下图所示：

对于反向光路，后组的物距为-166.5mm，像距为5.4mm，而从双胶透镜的主面算起，取物距为-168mm，像距为7.5mm。

设双胶透镜的主面在透镜内1.5mm以及2.1mm，则有前面的分析

及公式可以得出：

△u=u’-u=0.2062

令△u1=0.1 △u2=0.1062 则Φ1=0.0372 Φ2=0.07445 d =(h1-h2)/u1’=15.02

所以前片的出瞳为：lz ’=-124.59 由PW 法可解出：

第一组r1=28.1 r2=-6.189 r3=-17.21 第二组r1=6.431 r2=-4.2131 r3=33.043 取两组双胶和透镜的主面间隔d=15.02

4 , 整个物镜的参数以及像差

(1),整个物镜的参数表

(2),整个物

镜的像差表

5，目镜的参数求解：

惠更斯目镜的内容如下：

F目’=250/T=25

根据前面的公式可知：

F’接目=3/4f’目=18.75

d =9/8f’目=28.125

f’场=3/2f’目=37.5

目镜选用K9平凸型玻璃，根据薄透镜的光线光路计算公式能求出6，整个目镜的参数以及像差

（1），目镜的参数表

∞150 -0.482

-0.0012

-0.595

-0.489

-1.751

-0.028

(2)，

目镜

的像差表

五，软件仿真及其分析：

1，物镜优化前

（1）镜头编辑数据

-0.477 -0.015

（2）镜头3D模拟图

（3）光线光路像差

（4）三种点列图

（5）调制传递函数

2，物镜优化后

3，目镜优化前

4，目镜优化后

七，报告总结：

这个项目一共做了一个星期，分为三个阶段：

1，不考虑实际情况，自己构思想要实现的光学系统：

因为只有做自己想要做的东西的时候才会全身心地投入到其中，完全自主地完成，而且过程还是一种享受，所以我不喜欢做什么都

一开始就查资料，这样的话在一定程度上是对自己想法的一种遏制，

对自己创造力的一种摧残。

2，从所有系统中选中一个更切合实际的，确定目标开始查阅料：第一步中很多想要是实现的东西毕竟还是由于知识有限或者时间问题，被淘汰了，比如我很喜欢军事设备，像要做一个潜望镜或

者红外夜视仪，但是在后来的资料查阅中发现，相关介绍不够详细，

所以很无奈的放弃了。但是以后有了足够的知识储备和经验的话，

我一定会努力实现自己的想法的。

3，确定方案，之后开始整个项目的实现：

这个过程应该是最有意思的，毕竟我的每一步计划都可以有及时的反馈，所以做起来很有成就感，特别是在软件仿真这一模块，

抽象的光线或者光路都直接很形象地被模拟出来了，直观性很强，

并且还有自动优化的功能，可以弥补设计时过多估算造成的误差。

总之，在整整整一个星期的过程中，我查阅了很多相关资料，问了很多大神关于应光以及zemax使用的问题，我学到了很多东西，

所以要非常感谢老师能给我们这个机会，感谢周围同学对我的帮助。