光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)作業(yè).doc

顯微物鏡光學(xué)參數(shù)要求為：=2，NA=0.1，共軛距離為195mm。1）根據(jù)幾何光學(xué)計(jì)算相應(yīng)參數(shù)；2）運(yùn)用初級(jí)像差理論進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)計(jì)算；3）使用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，要求視場(chǎng)角；4）根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)列出優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的主要像差分析；5）計(jì)算優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的二級(jí)光譜色差。一、顯微物鏡的基本參數(shù)計(jì)算為有效控制顯微鏡的共軛距離，顯微鏡設(shè)計(jì)時(shí)，一般總是逆光路設(shè)計(jì)，即按進(jìn)行設(shè)計(jì)。該顯微物鏡視場(chǎng)小，孔徑不大，只需要校正球差、正弦差和位置色差。因此，采用雙膠合物鏡。 解，得 正向光路 根據(jù) 在近軸情況下 由此可求解 由此可知逆向光路的數(shù)值孔徑 綜上，該顯微物鏡的基本參數(shù)為 二、求解初始基本結(jié)構(gòu)1）確定基本像差參量根據(jù)校正要求，令、，即，即 解，得 將其規(guī)化到無(wú)窮遠(yuǎn)， 則 ，規(guī)化孔徑角為由公式可求得規(guī)化后的基本像差參量代入可得2）選擇玻璃組合取冕牌玻璃在前得 根據(jù)和，查表選取相近的玻璃組合為BaK7-ZF3，其參數(shù)為Bak7:ZF3:，3）求形狀系數(shù)Q解得 ，取兩個(gè)相近結(jié)果的平均值4）求各球面的曲率半徑在規(guī)化條件下 由公式 可得 則焦距時(shí)對(duì)應(yīng)的曲率半徑為 5）對(duì)薄透鏡加厚 采用壓圈法固定，查表得 則 透鏡的全直徑 故該顯微物鏡的外徑 透鏡的中心厚度公式 其中 代入、數(shù)值 可得 查表知 正透鏡邊緣最小厚度 負(fù)透鏡中心最小厚度 代入可得 可取 該物鏡的參數(shù)為 三光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)優(yōu)化利用Zemax軟件的自動(dòng)優(yōu)化功能進(jìn)行像差優(yōu)化設(shè)計(jì)初始參數(shù)錄入如圖自變量選取各球面的曲率半徑對(duì)共軛距進(jìn)行縮放 縮放值為 縮放后得此時(shí) 保留物距不變其余設(shè)為變量進(jìn)行優(yōu)化。在評(píng)價(jià)函數(shù)中加入的操作數(shù)有焦距EFFL,目標(biāo)值為43.33，垂軸放大率PMAG，目標(biāo)值為-0.5，操作數(shù)TOTR，目標(biāo)值為71，控制色差加入操作數(shù)AXCL,目標(biāo)值為0。最終優(yōu)化后的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)如下圖，共軛距為195.00011mm。四、光學(xué)系統(tǒng)的主要像差分析該光學(xué)系統(tǒng)的像差結(jié)果（賽的和數(shù)）如下所示：該光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖及傳遞函數(shù)曲線(xiàn)如下圖所示：對(duì)傳遞函數(shù)曲線(xiàn)選取主頻率為80Hz五光學(xué)系統(tǒng)的色差分析光學(xué)系統(tǒng)的色差曲線(xiàn)如下圖所示