高倍显微镜ZEMAX设计

目  录

1 显微镜简介

1.1 显微镜的结构

1.2 显微镜的发展

1.3 光学显微镜的种类

2 光学系统总体方案

2.1 性能参数

2.2 总体结构

2.3 设计方案

3 光学系统初始结构选择

3.1 物镜初始结构

3.2 目镜初始结构

4 光学系统优化

4.1 物镜优化

4.1.1 初始结构优化

4.1.2 优化结果分析

4.2 总体系统拼接与优化

4.2.1 总体系统拼接

4.2.2 总体系统优化

5 结果分析

5.1 指标分析

5.1.1 系统参数要求分析

5.1.2 系统成像质量分析

1．显微镜简介

1.1 显微镜结构

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。光学显微镜由目镜，物镜，粗准焦螺旋，细准焦螺旋，压片夹，通光孔，遮光器，转换器，反光镜；载物台，镜臂，镜筒，镜座，聚光器，光阑组成。无疑光学部分是最为关键的，它由目镜和物镜组成。

1.2 显微镜发展

最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者是亚斯·詹森,荷兰眼镜商，或者另一位荷兰科学家汉斯·利珀希，他们用两片透镜制作了简易的显微镜，但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略。他通过显微镜观察到一种昆虫后，第一次对它的复眼进行了描述。第二个是荷兰亚麻织品商人列文虎克（1632年-1723年），他自己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。1931年，恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜，使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。

1.3 光学显微镜的种类

光学显微镜的种类很多，主要有明视野显微镜（普通光学显微镜）、暗视野显微镜、荧光显微镜、相差显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、偏光显微镜、微分干涉差显微镜、倒置显微镜。

2．光学系统总体方案

2.1 性能参数

设计要求：

1）物方分辨距离0.5μm

2）共轭距为180mm

3）人眼分辨率按照1′

4）垂轴放大倍率β≥200

5）出瞳距大于15mm

2.2 总体结构

本高倍显微镜系统由一个目镜组和一个物镜组组成。

2.3 设计方案

本高倍显微镜系统选择放大倍率为五倍的目镜组和四十倍的物镜组。

3．光学系统初始结构选择

3.1 物镜初始结构

本高倍显微镜系统的物镜选用了如下图所示的初始结构。此结构的放大倍率为40倍左右。

3.2 目镜初始结构

本高倍显微镜系统的目镜选用了如下图所示的初始结构。此结构的放大倍率为5倍左右。

4．光学系统优化

4.1 物镜优化

4.1.1 初始结构优化

固定共轭距长度为180mm得到此时透镜单元的有效焦距为4.27mm。固定共轭距长度180mm，透镜单元的有效焦距为4.27mm，对近轴放大率进行优化，优化到40倍，得到如下结构：

4.1.2 优化结果分析

如上图所示，该系统在低频部分曲线围成的面积大。

4.2总体系统拼接与优化

4.2.1总体系统拼接

将优化完的的物镜和目镜拼接起来。

4.2.1总体系统优化

固定焦距，将系统中镜片的半径改为可加工出来的半径（即套玻璃库模板）。

5．结果分析

5.1指标分析

5.1.1系统参数要求分析

出瞳距16mm，放大倍率200倍，NA=0.67满足要求。

5.1.2系统成像质量分析

MTF传递函数

点列图

通过分析传递函数和点列图，可以看出显微系统成像效果很好

设计要求：

1）物方分辨距离0.5μm  √

2）共轭距为180mm  √

3）人眼分辨率按照1′  √

4）垂轴放大倍率β≥200  √

5）出瞳距大于15mm  √

设计结果：

 注：有需要源文件及设计文件的朋友可以联系作者，作者创作不易，希望客官们打赏~（作者联系方式见个人资料）

本人QQ：492187667