显微物镜光学参数要求为：β=2⨯，NA =0.1，共轭距离为195mm 。

1）根据几何光学计算相应参数；
2）运用初级像差理论进行光学系统初始结构计算；
3）使用光学设计软件对初始结构进行优化，要求视场角o 5±；
4）根据系统的特点列出优化后结构的主要像差分析； 5）计算优化后结构的二级光谱色差。

一、显微物镜的基本参数计算
为有效控制显微镜的共轭距离，显微镜设计时，一般总是逆光路设计，即按1/β进行设计。

该显微物镜视场小，孔径不大，只需要校正球差、正弦差和位置色差。

因此，采用双胶合物镜。

''''
1
2
195111l l l l l l f β==-
-=-= 解，得 ''6513043.33l l f ==-= 正向光路 根据 ''
'
J nuy n u y == sin NA n u = 在近轴情况下 NA nu =
'
2y y
β==
由此可求解 '''
0.05NA n u == 由此可知逆向光路的数值孔径
综上，该显微物镜的基本参数为
NA 'f 'l l
0.05 43.33 65 130- 二、求解初始基本结构
1）确定基本像差参量
根据校正要求，令'0L δ=、'0SC =、'
0FC L ∆=，即
0C S S
S I
∏
I ===∑∑∑，即
43332220
00
z C
S h P S h h P Jh W S
h C φφφφI I ∏
I ===+===∑∑∑ 解，得 0P W C I === 将其规化到无穷远
11sin 0.1NA n u ==，11n = 则 11sin 0.1/2u U β=⋅=-，11 6.5h l u mm =⋅=
规化孔径角为
110.1
20.3333071
6.543.33
u u h φ-==
=-⋅ 由公式
()
()()
21141522P P W u W W u μμ∞∞
=++++=++可求得规化后的基本像差参量
代入可得
0.36560.8832
P W ∞∞
==-
2）选择玻璃组合 取冕牌玻璃在前
得 (
)
2
00.850.1
0.155792P P W ∞
∞
=-+=-
根据0P 和C I ，查表选取相近的玻璃组合为BaK7-ZF3，其参数为
Bak7:56,5688.111==v n ZF3:5.29,7172.122==v n
0010.11520, 4.295252, 2.113207P Q ϕ=-=-=
2.397505A =， 1.698752K =
3）求形状系数Q
1,20 4.295252Q Q ==-
解得 1 3.849150Q =-，2 4.741352Q =-
0300.8832450.060241
4.295252 4.7797281.698752
W W Q Q K ∞--+=±=-±=-
取两个相近结果的平均值
4.76054Q =-
4）求各球面的曲率半径 在规化条件下 '
1f =
由公式 1111211212
1223322221
11
1
1111111
n Q r n n Q r n Q r r n n n ϕϕρρρϕϕϕρ==+=+--==+-==-=+---- 可得 123 1.067869
2.6473331.099948
ρρρ==-=-
则焦距'
43.33f mm =时对应的曲率半径为
'
11
40.576f r ρ=
= '
22
16.367f r ρ=
=- '
33
39.393f r ρ=
=-
5）对薄透镜加厚
213D h mm ==
采用压圈法固定，查表得 1.5mm ∆= 则 透镜的全直径 14.5D mm φ=+∆= 故该显微物镜的外径 14.5mm φ= 透镜的中心厚度公式 21d t x x =-+ 其中
i i x r =代入1r 、2r 、3r 数值 可得
10.232x = 20.584x =- 30.239x =-
查表知正透镜边缘最小厚度
10.8
t≥
负透镜中心最小厚度
21.0
d≥
代入可得
11.616
d≥
21.0
d≥
可取
12.0
d mm
=
21.5
d mm
=
该物镜的参数为
r d D n F n
C
n
40.576 2.05688
.1575969
.1565821
.1
16.367
-5.17172
.1734681
.1710371
.1
39.393
-111三．光学系统初始结构优化
利用Zemax软件的自动优化功能进行像差优化设计
初始参数录入如图
自变量选取各球面的曲率半径
对共轭距进行缩放缩放值为195/198.50.9823677
=
缩放后得
此时保留物距不变其余设为变量进行优化。

在评价函数中加入的操作数有焦距EFFL,目标值为43.33，垂轴放大率PMAG，目标值为-0.5，操作数TOTR，目标值为71，控制色差加入操作数AXCL,目标值为0。

最终优化后的光学系统参数如下图，共轭距为195.00011mm。

四、光学系统的主要像差分析
该光学系统的像差结果（赛的和数）如下所示：
该光学系统的点列图及传递函数曲线如下图所示：对传递函数曲线选取主频率为80Hz
五．光学系统的色差分析
光学系统的色差曲线如下图所示：
优化后的焦距43.33272mm
则二级光谱色差为 ''
0.000520.022533FCD L f ∆==
光学系统设计
专业：光学工程
姓名：马芬
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