基于Zemax的光学显微镜设计

3．设计过程

3.1外形尺寸的计算

放大倍率为12x。选择物镜跟目镜的放大率，我设计的显微镜分辨率为σ=1.5um （1） 计算物镜的数值孔径

根据式NA?0.61??，λ取550nm，则NA=0.06

（2） 分配物镜和目镜的放大率

根据数值孔径NA=0.06，可选择β=3x物镜，则目镜的放大率4x由于12x的惠更斯

目镜跟平场目镜相比较，平场目镜的视场较大，象质较好，所以我选择了12.5x的平场目镜代替了12x的惠更斯目镜。

''（3） 计算物镜和目镜的焦距f1和f2

36.37mm

20.02mm 20.81mm

（4） 计算显微镜的总焦距f

（5） 计算目镜的线视场。

5

（6） 计算物镜的线视场2y

3．2光路设计

3．2．1 物镜的设计

表3.1

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图3.1

图3.1为本次实验的物镜的二维图，我采用的是正向光路，优化以后，各镜头参数如表3.1所示。

点列图

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图3.2

3.2.2棱镜的设计

直角棱镜如图3.4所示，其通光口径D与其展开成平行平板的厚度D1不相等，即D=1.732*D1，

我把棱镜与物镜组合到一起进行了优化。在分析棱镜的时候棱镜相当于一个等效的空气层，对于整个系统主要起象移的作用，当然对象质也会有影响，于是在ZEMAX软件中我将其等成一个长与宽相等的平行平板，棱镜的通光口径我没有精确的计算，是在ZEMAX软件上分析得到的，原则是让所有的光线通过，所以我选择了稍大的口径，使光线完全通过并有一定的余地。

表3.2

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3.2.3目镜的设计

目镜我选的是平场目镜，其视场角比较大。由于目镜的出射光线为平行光，所以目镜的输入我采用的是反向光路。 优化过后的参数如表3.4所示：

3.2.4组合光路

由于设计提出了出瞳距的要求，故我在未组合的时候便计算了有关的参数。由于等比例缩放时会影响系统的有效焦距，故不能对目镜等比例缩放，否则会影响其放大倍率，而对于物镜，有效焦距虽然改变了，但是物镜的放大率却不受影响，故我用总长度减去了目镜的长度，然后计算出物镜需要缩放的比例，而后进行了物镜和目镜的组合，采用的是反向光路。由于我所设计的物镜与目镜不能完全匹配，透过目镜的光大部分都不能进入物镜，所以我在目镜的焦面处加了一场镜，以会聚光束，并适当改变了物镜的口径，使目镜的光大部分能通过物镜。系统拼接好后，由于我设计的是用于观察的显微镜，故没有用分划板，所以我又进行了整体性的优化，采用了设置有效焦距的方式以保证整个系统的放大率。

组合后各个镜片参数如表3.5所示：

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