华科应光课程设计显微镜的设计
10显微物镜的课程设计
10显微物镜的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解显微镜的基本构造和原理，掌握10倍显微物镜的使用方法。
2. 学生能描述10倍显微物镜下观察到的细胞结构特点。
3. 学生能了解显微镜在生物科学中的应用。
技能目标：1. 学生能够正确操作显微镜，调整焦距，使观察物体清晰。
2. 学生能够熟练使用10倍显微物镜观察细胞结构，并绘制观察图。
3. 学生能够通过观察和分析，提出问题，并与同学进行讨论。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对生物科学的兴趣和好奇心，增强对微观世界的探索欲望。
2. 学生养成合作、交流的学习习惯，提高团队协作能力。
3. 学生认识到科学技术在生活中的应用，增强创新意识和实践能力。
课程性质：本课程为初中生物实验课，旨在通过实践操作，使学生掌握显微镜的使用方法，并观察细胞结构。
学生特点：初中学生具有较强的求知欲和动手能力，但对显微镜操作尚不熟练，需要教师在教学中进行引导和指导。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，关注学生的个别差异，提高学生的观察、分析和动手能力。
教学过程中，注重培养学生的科学素养和合作精神。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，并为后续生物课程打下坚实基础。
二、教学内容本节课教学内容围绕显微镜的使用和细胞观察展开，具体包括以下部分：1. 显微镜的基本构造与原理：介绍显微镜的各部分名称和功能，阐述放大原理。
- 教材章节：第一章，第三节2. 显微镜的使用方法：讲解如何正确安装、调整焦距、换镜头等操作步骤。
- 教材章节：第一章，第四节3. 10倍显微物镜的观察：指导学生使用10倍显微物镜观察细胞切片，了解细胞结构。
- 教材章节：第二章，第一节4. 细胞结构的观察与绘制：让学生观察并描述细胞结构，绘制观察图。
- 教材章节：第二章，第二节5. 显微镜在生物科学中的应用：介绍显微镜在生物科学领域的重要作用。
- 教材章节：第二章，第三节教学进度安排：第一课时：显微镜的基本构造与原理，显微镜的使用方法。
基于zemax显微镜课程设计
基于zemax显微镜课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解zemax显微镜的基本原理及其在科学实验中的应用。
2. 学生能掌握zemax显微镜的操作流程，包括调整焦距、光线和图像处理。
3. 学生能描述显微镜下观察到的样本特征，并运用相关术语进行准确表述。
技能目标：1. 学生能够独立操作zemax显微镜，进行基本的样本观察和图像捕捉。
2. 学生能够运用zemax软件进行图像处理和分析，获取所需的数据信息。
3. 学生能够通过实践操作，培养解决问题的能力和团队合作精神。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对显微镜操作的严谨态度，注重实验细节和精确性。
2. 学生能够增强对科学实验的兴趣，激发探索精神和创新意识。
3. 学生能够认识到显微镜在科学研究中的重要性，理解其在各个领域的广泛应用。
课程性质：本课程为实验操作课程，注重理论与实践相结合，强调学生的动手能力和实际应用。
学生特点：学生处于具备一定物理和光学知识基础的年级，对新鲜事物充满好奇，具备一定的自主学习能力。
教学要求：教师应引导学生主动参与实验，关注个体差异，提供适时指导，确保学生在实践中掌握知识，提升技能。
通过课程目标的分解与实现，使学生在显微镜领域取得具体的学习成果，为后续相关课程的学习奠定基础。
二、教学内容1. zemax显微镜原理：讲解光学显微镜的基本结构、光学原理，以及zemax 显微镜的独特设计特点。
- 教材章节：第二章《光学显微镜的原理与结构》- 内容：透镜系统、光学成像、分辨率等。
2. zemax显微镜操作流程：介绍显微镜的开机、调整、样本放置、图像捕捉及关闭流程。
- 教材章节：第三章《显微镜的操作与使用》- 内容：操作步骤、注意事项、维护保养。
3. zemax软件应用：教授zemax软件的基本操作，包括图像处理、数据分析等功能。
- 教材章节：第四章《显微镜图像处理与分析》- 内容：软件界面、功能模块、操作技巧。
4. 实践操作：组织学生进行分组实验，观察不同样本，学习图像处理和分析方法。
华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第四章 平面镜与平面系统
平面镜
平行平板
反射棱镜
折射棱镜
平面镜、棱镜在光学系统中的作用：
● 倒像变为正像 ● 改变光轴位置和方向 ● 分光作用 ● 折叠系统、缩小体积、减轻重量 ● 通过旋转改变光路方向，扩大观察范围
§ 4－1 平面镜成像特性
1. 成完善像： 物点发出的同心光束经反 射镜反射后仍成同心光束。
3）表示方法：
规定：物为左手坐标系，oz轴为光轴方向，yoz面和主截面重合， ox轴垂直于主截面，并和所有的反射面平行，通过棱镜组后的坐 标为x′y′z′ 。 原则：①光轴方向 z' 不变 ②垂直于主截面的坐标 x' 视屋脊个数而 定 ③ y‘ 坐标根据总反射次数而定, （一个屋 脊棱算两次反射）而定。奇数次反射，改 变坐标系，偶数次反射坐标系不变。
作业：
4.1，4.2，4.6，4.7，4.10，4.11，4.12
1）光线经平行板折射后，虽然方向不变，但要产生位移。 2）从点A发出的具有不同入射角的各条光线经平行板折射后，具有 不同的轴向位移值，平行板成象是不完善的。
3. 近轴光成像：
sin I1 cos I1 sin I1 1 tgI1 lim I1 0 tgI sin I1 cos I1 sin I1 n 1
2
4
6
A4
8
A5
波长一般以nm为单位。
二、玻璃的选择： 1、可用性 2、透射性 3、双折射性 4、化学稳定性 5、热特性
三、塑料光学材料： 优点：较低的质量、较高的抗冲击性，能提供更多 的形状，可塑造非球面透镜和其他复杂的形状。 缺点：较低的耐温性、耐磨性，抗化学性较差，镀 膜的附着性低，膜层的耐用性也低。
华中科技大学应用光学课程设计
[华中科技大学]应用光学课程设计步枪瞄准镜的光学设计院系：光学与电子信息学院姓名：班级：2014年7月2日星期三目录一.选题背景及参数说明1.1选题背景及意义 (2)1.2瞄准镜主要技术指标及说明 (2)二. 外形尺寸计算2.0瞄准镜系统主要结构 (3)2.1物镜初始结构参数计算 (4)2.2目镜的选取 (8)2.3场镜设计 (8)2.4分划板 (8)2.5转像系统设计 (9)三. ZEMAX优化3.1物镜优化 (13)3.2目镜优化 (18)3.3转像系统双胶合透镜优化 (24)3.4场镜优化 (30)3.5系统结果 (33)四．零件图 (35)五．总结与心得体会 (38)参考文献 (39)步枪瞄准镜的光学系统设计一.选题背景及参数说明1.1选题背景及意义各类枪支在现代战争中起着举足轻重的作用，而枪支射击的精度与瞄准系统密切相关节省弹药，命中率更高的枪械将提高战争的战胜概率更早地结束战争。
其意义是显而易见的。
枪用瞄准镜的运用已有百余年的历史。
在两次世界大战中已显露出它的战绩，瞄准镜先在狙击枪上得到运用。
以后扩展到步枪以至于手枪上"去年美军对伊战争中，美伊双方均用狙击枪配瞄镜给予对方以相当杀伤。
瞄准镜瞄准的原理是采用分划与远处目标两点重合的对准方式，它将远处目标成像在分划面上并与分划重合，再通过目镜放大，使人眼能同时看清分划和远处目标，加上有倍率的望远系统将远处目标放大使馆即视角放大，俗称拉近，以便详细观察和精确瞄准"传统的机械瞄具瞄准的原理是采用枪上照门准星与远处目标三点重合对准方式，而照门，准星及目标三者到人眼的距离不同，要同时清晰地看见三者较困难，并且要求三者处于一条直线上，因此瞄准精度差，瞄准速度慢，尤其是对运动目标"。
[参考文献4]其基本结构如上图所示，主要分为三个部分：一个是物镜组(Objective Lens)，一个是校正镜管组(Erector Tube)，和目镜组(Onicular Lens)，还可能有其他镜组。
华中科技大学 《应用光学》课程PPT——第十四章 典型光学系统
作业：某年轻人的远点距离为-0.5m，眼睛的调节范 围为10D（视度，折光度），问，他的近点距离是多 少？他应配什么的合适眼睛，带上眼镜后，他的远点 和近点距离各是多少？
远点：眼睛自动调焦所可能看清最远的点 (r) 。其倒数(R)是远 点会聚度的屈光度数。
近点：眼睛自动调焦所可能看清最近的点 (p) 。其倒数(P) 是近点会聚度的屈光度数。
下表是正常眼在不同年龄时的调节能力
4. 眼睛的缺陷及校正
正常眼：远点在无限远，水晶体的像方焦点F′在视网膜上。
近视眼：F′在视网膜前，远点在有限远处，通常采用近视眼的 远点距离所对应的视度表示近视的程度；可戴负透镜校正。 远视眼：F′在视网膜后，远点为一虚像点，位于视网膜之后； 可戴正透镜校正。 眼镜片的像方焦点正好和近视（远视）眼的远点重合。 散光：折射面曲率异常，两个互相垂直的方向有不同的焦距，矫 正应配戴柱面透镜 斜视：水晶体位置不正或折射面曲率异常，矫正应配戴光楔
四、显微物镜
主要光学特性参数有：
1. 放大率
物
： 物
NA 2. 数值孔径NA：NA决定了物镜的分辨能力 f 3. 线视场： 2 y 1 20 201 4. 工作距离：从物镜的第一个面顶点到物面的距离。
5. 物镜的通光口径：
f 1
n sin U
NA n sin U
一、放大镜的放大率
物AB在F后很近处 人眼瞳孔在F’或其附近 直接观察时物在明视距离处
250m m 0 f
正常眼，物在物方焦面上，成像于无穷远，则 M 仅被 f’所决定。
注：目视光学仪器目镜的工作原理和视角放大率的计算与放大镜完
全相同。
二、放大镜的光束限制和视场
一般情况下，眼瞳为孔阑也是出瞳，放大镜是渐晕光阑。系统 没有实像面，因此没有视场光阑。
华中科技大学光学课程设计报告概述
光学课程设计报告姓名：罗风光学号：U201013534班级：光电1005一、课程设计要求 (3)二、设计步骤 (3)1. 外形尺寸计算 (3)2. 选型 (5)3. 物镜设计 (5)（1）初始结构计算 (5)i. 求h、hz、J (5)ii. 平板的像差 (5)iii. 物镜像差要求 (6)⏹求P、W (6)⏹归一化处理 (6)⏹选玻璃 (7)⏹求Q (7)⏹求归一化条件下透镜各面的曲率及曲率半径 (7)⏹玻璃厚度 (8)（2）像差容限计算 (8)（3）像差校正 (9)（4）物镜像差曲线 (11)4. 目镜设计 (12)（1）初始结构计算 (12)i. 确定接眼镜结构 (12)ii. 确定场镜结构 (14)（2）像差容限计算 (15)（3）像差校正 (16)三、光瞳衔接 (19)四、像差评价 (20)五、总体评价 (20)六、零件图、系统图 (20)七、设计体会 (23)八、参考资料 (24)一、 课程设计要求设计要求：双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I 型棱镜转像。
1、望远镜的放大率Γ＝6倍；2、物镜的相对孔径D/f ′＝1：4（D 为入瞳直径，D ＝30mm ）；3、望远镜的视场角2ω＝8°；4、仪器总长度在110mm 左右，视场边缘允许50%的渐晕；5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm ，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm 。
6、l z ′>8～10mm二、 设计步骤1. 外形尺寸计算物镜焦距'14120f D mm =⨯= 出瞳直径'5D D mm ==Γ 目镜焦距''12120206f f mm ===Γ 分划板直径'21216.7824D f tg mm =ω= 分划板半径28.39122D =由设计要求：视场边缘允许50%的渐晕，可利用分划板拦去透镜下部25%的光，利用平板拦去透镜上部的25%的光，这样仅有透镜中间的50%的光能通过望远系统。
显微镜的设计过程
显微镜的设计过程一个完整的显微镜系统设计是十分复杂的，涉及到光学设计、机械设计、电路设计等多方面知识；现代显微镜大多数与计算机技术和自动控制技术相结合，是光机电算相结合的高科技产品。
我在这里只想以我自己这几年的显微镜设计实践为基础，做一些简单的知识总结，希望各位高手多多指教。
首先，要根据显微镜的使用要求来进行显微镜选型设计。
显微镜已经有几百年的发展历史，它的形式也多种多样，根据不同的使用要求显微镜的各种参数有非常大的差异。
例如生物显微镜、金相显微镜、体式显微镜、测量显微镜、工具显微镜等等。
以最简单的普通生物显微镜为例，它也分很多种分类，按结构形式分有正置、倒置之分，按照明形式分亮视场照明和暗视场照明，按光源分荧光显微镜、激光显微镜，按共轭距分195mm和无穷远等等。
第二步，选好形式之后，初步选择它的外形尺寸和放大倍率、分辨率等主要参数。
这一步在一般大学里的工程光学或者应用光学课程中都可以学到。
按照国标，物镜放大率首选1.6x、2.5x、4x、6.3x、10x、16x、40x、63x、100x等倍率。
根据消色差程度的不同分为消色差物镜、平场消色差物镜、平场半复消色差物镜和平场复消色差物镜等4种。
当然消色差效果越好，结构越复杂，成本越高。
所以要根据使用情况尽量选择可以满足使用要求的成本又较低的。
显微目镜想对物镜的结构要简单很多，主要分为惠更斯目镜、平场目镜、广视场目镜、超广视场目镜等多种形式。
外形尺寸主要涉及物镜及目镜的轴向尺寸和横向尺寸，轴向尺寸包括焦距、共轭距、机械筒长、光学筒长、工作距离、目镜出瞳距、孔径光阑和视场光阑的位置等等，横向尺寸包括通光孔径、光阑直径、孔径角、数值孔径等等。
除了目镜和物镜以外还有其它的一些附属光学元件也要考虑到，比如场镜、分划板、滤光片、转向棱镜、偏振片等等。
这些初始结构的选择看似简单，但对后续详细设计来讲非常重要，如果初始结构计算不正确，那么将有可能使后续设计无法开展，或者设计到后来才发现前面初始结构计算不正确，导致前功尽弃。
结构光照明显微镜照明系统的设计与仿真
中介层沉积的原理，利用光学层析的方法测量了曲 面光学元件的表面形貌；ＸｉｅＺ．等［３］将结构照了白光干涉仪实施薄膜厚度测量所面临的上下表 面信号干扰的问题。
在使用结构光照明显微镜进行表面形貌的高精 度测量时，设计可投射照度均匀高质量条纹的光学 系统至关重要。使用非球面透镜准直的 ＬＥＤ光源
在线测量 ［Ｊ］．清 华 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ），１９９９（２）： ７－１１． ［６］李博，黄镇昌，全燕鸣．光切法在动态表面粗糙度检测中 的应用［Ｊ］．微计算机信息，２００７（１０）：１２７－１２９． ［７］熊永超，贺春东，杨伟红．基于 ＣＣＤ技术的非接触在线检 测仪［Ｊ］．微计算机信息，２００５（４）：１７８－１７９． ［８］王 仲 春，高 岳，黄 粤 熙，等．显 微 成 像 检 测 表 面 粗 糙 度 ［Ｊ］．光学技术，１９９８（５）：４６－４８． 作者：相江，研究生，合肥工业大学仪器科学与光电工程 学院，２３０００９合肥市 Ａｕｔｈｏｒ：ＸｉａｎｇＪｉａｎｇ，Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａ ｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＯｐｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ
度分布，再结合测量系统计算出粗糙度值。该方法 克服了接触探针法会破坏被测表面的缺点，与传统 的干涉法、散斑法相比，测量速度更快，操作更加便 捷。由试验结果和数据分析可以看出，该方法具有 高效、快速、准确等优点，可用于车间现场测量，同时 为实时测量粗糙度提供了新的思路。
参考文献
［１］路恩会．基于机器视觉的磨削表面粗糙度检测方法研究 ［Ｄ］．长沙：湖南大学，２０１６．
华科光学课课程设计
华科光学课课程设计一、教学目标本章节的教学目标是让学生掌握光学的基本概念、原理和实验方法，能够运用光学知识解释一些日常现象，并培养学生的实验操作能力和科学思维。
具体分为以下三个方面：1.知识目标：•掌握光的基本性质，如反射、折射、干涉、衍射等；•了解光的传播和光源的概念；•熟悉光学仪器的基本原理和应用。
2.技能目标：•能够运用光学知识解释日常生活中的光学现象；•能够操作光学仪器进行实验，并正确分析实验结果；•培养学生的科学思维和创新能力。
3.情感态度价值观目标：•培养学生对科学的兴趣和好奇心，激发学生探索未知的精神；•培养学生团队合作和交流表达的能力；•培养学生对科学伦理和科学精神的尊重。
二、教学内容本章节的教学内容主要包括光学的基本概念、原理和实验方法。
具体安排如下：1.光学基本概念：光的传播、光源、光的传播方式等；2.光学原理：反射、折射、干涉、衍射等；3.光学仪器：望远镜、显微镜、光谱仪等；4.光学实验：光的传播实验、反射和折射实验、干涉和衍射实验等。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本章节将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
具体安排如下：1.讲授法：用于讲解光学基本概念和原理；2.讨论法：用于引导学生探讨光学实验现象和解决问题；3.案例分析法：通过分析具体的光学仪器和实验案例，加深学生对光学知识的理解；4.实验法：进行光学实验，让学生亲自操作光学仪器，培养实验操作能力和科学思维。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用《光学》教材，作为学生学习的基础资料；2.参考书：提供一些光学方面的参考书籍，供学生拓展阅读；3.多媒体资料：制作光学知识讲解和实验操作的多媒体课件，帮助学生更好地理解和掌握知识；4.实验设备：准备光学实验所需的仪器和设备，如望远镜、显微镜、光谱仪等，让学生亲自动手进行实验。
显微镜物镜设计
显微物镜的设计报告
一．镜头数据输入：
打开ZEMAX，新建文件，打开Lens编辑器，输入相应数据。
二.视场设置：根据设计要求视场设置如下
三.波长设置：波长一般选取F、D、C三色光
四.孔径设置：由设计要求可知，数值孔径NA=0.4，相应的相仿孔径角u’=-0.016
五.像差分析：layout图和场曲、轴向球差图如下，以及各个面七个赛的和数。
孔径光阑位于第一面，造成了系统的失衡。
将光阑面第四面后，并适当增加间隔。
六.优化:
改变r1,r4同时r2，r3保证光焦度不变。
设置优化变量
设置优化编辑器
设置优化操作数，设置优化权重，并执行优化。
光学课程设计报告——华中科技大学
光学课程设计报告姓名：糜健班级：光信0802学号：U200813208目录1.设计任务及要求 (2)1.1设计任务 (2)1.2设计技术要求 (2)2.设计步骤 (2)2.1总体设计流程图 (2)2.2光学系统外形尺寸的计算 (3)2.2.1 望远镜基本结构参数的确定 (3)2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算 (3)2.2.3物镜的选型及初始结构参数的计算 (6)2.2.4目镜的选型及其初始结构参数的计算 (8)2.3像差调节 (10)2.3.1物镜的调节： (11)2.3.2目镜的调节： (13)2.3.3像质评价 (16)4.附录：零件图与系统图 (17)4.1双胶合物镜正透镜零件图 (17)4.2光学系统图 (19)1.设计任务及要求1.1设计任务双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计）1.2设计技术要求双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为：1、望远镜的放大率Γ＝6倍；2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）；3、望远镜的视场角2ω＝8°；4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕；5、棱镜最后一面到分划板的距离>＝14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm；6、lz ′>8～10mm。
2.设计步骤2.1总体设计流程图2.2光学系统外形尺寸的计算2.2.1 望远镜基本结构参数的确定焦距：由D/f1’=1：4，f1’=4D=120mm。
又因为Γ=f1’/f2’，f2’=f1’/Γ=20mm。
出瞳大小：D’=D/Γ=5mm。
分划板口径：D分=2f1’tanω=16.7824mm。
出瞳的视场角：因为Γ=tanω’/tanω，ω=4°，2ω’=45.522°。
2.2.2普罗Ⅰ型转向棱镜外形尺寸的计算普罗Ⅰ型转向棱镜基本结构如下：普罗Ⅰ型转向棱镜是由两块等腰直角棱镜所构成的，具有转向的功能，可以解决开普勒望远镜成倒像的问题，使其成正立的实像，在本双筒望远镜系统中，棱镜位于目镜与分划板之间，对一块等腰直角棱镜进行棱镜的展开如下：DL如图，D为棱镜的通光口径，L为棱镜的展开长度，由几何关系可知：L=2D。
华科应光课程设计 显微镜的设计
应用光学课程设计低倍显微镜设计学院：光学与电子信息学院专业：光电信息工程班级：光电1209学号： U******…姓名： ...2015年1月15日目录一．选题背景及参数说明 (3)1.1选题背景及意义 (3)1.2显微镜主要技术指标及说明 (4)二．外形尺寸计算 (4)2.1显微物镜初始结构计算 (4)2.2显微镜目镜的选取 (9)三．系统的优化 (9)3.1物镜像差容限的计算： (9)3.2物镜优化： (10)3.3目镜优化 (16)3.4系统结果 (23)四．光学系统零件图 (26)五．总结与心得体会 (28)一．选题背景及参数说明1.1选题背景及意义光学显微镜（Optical Microscope，简写OM）是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。
显微镜作为一种精密的光学仪器，已有300多年的发展史。
自从有了显微镜，人们看到了过去看不到的许多微小生物和事物的细小单元。
不仅有能放大千余倍的光学显微镜，而且有放大几十万倍的电子显微镜。
人类在科学史上的多次重大发现都离不开显微镜的功劳。
下图为显微镜结构原理图。
显微镜系统结构图1.2显微镜主要技术指标及说明显微镜的技术指标是根据所需要观察的对象决定的。
1、显微镜的放大率由倍率公式Γ=β1Γ2Γ=显微镜总放大倍率β1：物镜的放大倍率，Γ：目镜的放大倍率2选择适宜的倍率为β1＝-4*倍；2、显微镜的机械筒长通常是标准化的，我国目前的标准为160mm；二．外形尺寸计算2.1显微物镜初始结构计算显微镜的成像原理示意图用PW法计算显微物镜初始结构参数具体方法如下：（1）选型：一般选择的显微物镜的共轭距离为190mm，由于设计的是低倍显微镜故选择物镜的垂轴放大率为-4∗。
数值孔径为0.1，物高为2mm。
则可列方程组为：β=l‘l=−4∗l’−l=190mm1 l‘−1l=1f’解此方程求得：f‘=30.4mm，l=−38mm，l’=152mm（2）用PW法计算显微物镜初始结构参数具体方法如下：选择结构型式及确定基本像差参量，低倍显微物镜视场很小，数值孔径也不大，只要求校正球差、正弦差和位置色差，选取双胶合物镜便可满足要求。
光学设计之显微镜
课 程 设 计显微镜X x x2009 年 1月8日设计题目 学 号 专业班级学生姓名 指导教师 xxxx目录1.设计思路 (4)1.1显微镜的理想光路图 (4)1.2设计思路 (4)2.设计步骤 (5)3.设计过程 (5)3.1外形尺寸的计算 (5)3.2光路设计 (6)4.优缺点及改进措施…………………1 35.设计感想……………………………1 3摘要：光学显微镜在当今的科研、生产、医疗等众多方面都有着越来越广泛的应用，已成为基础科研、生产工具。
在诸多专业领域众多需要特定的专用显微镜。
本次设计的是放大率为120x的显微镜。
关键字：目镜物镜视场角分辨率 zmax软件显微镜设计1一、显微镜成像原理显微镜(microscope)是为提高人们获得微小信息能力的光学仪器。
往往把将近处物体进行放大的光学系统称为显微镜系统。
显微镜系统通常由物镜和目镜两部分组成，实质上是利用一个物镜和一个目镜产生两级放大的复式显微镜（需要光路对准时往往会加场镜）。
图1是显微镜成像的光路图，图中的物镜和目镜均用薄透镜表示。
显微镜的物镜AB 处于物镜的两倍焦距之内一倍焦距之外，它首先经过物镜将一放大的倒立实像A ＇B ＇成像于目镜的物方焦平面上或焦平面以内很靠近的地方，然后目镜将这一实像再次放大成一放大的正立虚像A ”B ”，且成像于无穷远或人眼的明视距离以外，以供眼睛观察。
显微镜对物体进行两次放大，因此与放大镜相比，具有更大的放大率，能观察到肉眼所不能直接观察的微小物体，分辨更细小的细节。
在这里目镜相当于放大镜，只不过这时放大镜的物是物镜所成的像而已。
2设计思路B ” A ” B A A ’ B ’物镜 目镜 图1 眼睛用户提了三个方面的要求：光轴的转折角为60°，出瞳到物面的几何距离（沿光轴）为240mm，视觉放大率为12倍。
根据用户所提出的要求，我做了如下的考虑：由于用户所要求的12X的显微镜属于低倍光学显微镜，故其主要用途是用于观察生物细胞，细菌，植物的表皮结构等。
光学课程设计显微镜
光学课程设计显微镜一、教学目标本章光学课程设计的教学目标分为三个维度：知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
1.知识目标：学生需要掌握显微镜的基本结构、工作原理及其在光学研究中的应用；了解光的传播、反射、折射等基本光学现象。
2.技能目标：学生能够熟练操作显微镜，进行简单的光学实验；学会观察、分析光学现象，并能够进行简单的光学问题解答。
3.情感态度价值观目标：培养学生对光学科学的兴趣和好奇心，增强其对科学探究的热情；培养学生团结协作、勇于创新的精神。
二、教学内容本章教学内容主要包括显微镜的基本结构与使用方法、光学基本现象及其应用。
1.显微镜的基本结构与使用方法：介绍显微镜的各部分名称、功能及其操作方法，如目镜、物镜、台、焦距调节等。
2.光学基本现象：讲解光的传播、反射、折射等基本现象，并通过实例让学生了解其在日常生活中的应用。
3.显微镜在光学研究中的应用：介绍显微镜在光学领域的研究成果，如光学显微镜、电子显微镜等。
三、教学方法本章教学采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：教师讲解显微镜的基本原理、光学基本现象及其应用。
2.实验法：学生动手操作显微镜，进行光学实验，巩固所学知识。
3.讨论法：分组讨论显微镜操作中遇到的问题，培养学生的团队协作能力。
4.案例分析法：分析显微镜在实际应用中的案例，让学生了解光学知识在生活中的重要性。
四、教学资源本章教学资源包括：1.教材：光学教材及相关章节内容。
2.参考书：光学领域相关著作，用于拓展学生知识面。
3.多媒体资料：显微镜操作演示视频、光学现象动画等。
4.实验设备：显微镜、光学实验器材等。
5.网络资源：光学研究领域最新成果、实验方法等。
五、教学评估本章光学课程设计的教学评估主要包括平时表现、作业、考试三个部分，以全面、客观、公正地评估学生的学习成果。
1.平时表现：评估学生在课堂上的参与度、提问回答、小组讨论等，以考察其对光学知识的理解和应用能力。
植物学实验形态解剖部分
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接物镜的焦距较短，会聚能力较强，接目镜的焦 距较长，会聚能力较弱。物体AB必须放在物镜（O1） 的下焦点F1之外而小于二倍焦距（2f）的地方，这样 就在物镜（O1）上方形成一个倒立的放大实像A1B1。 这个实像正好位于目镜（O2）下焦点F2之内。而且距 焦点F2极近的位置。A1B1通过目镜（O2）折射放大后 形成一个放大的虚像A2B2。这个虚像A2B2相对于原来 的物体AB来说，它是一个倒立而放大的虚像。
观察完毕，扭转转换器，使镜头偏于两旁，降下镜筒， 擦抹干净，装入镜箱。
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四 临时装片
将要观察的材料放在载玻片的水滴中，加盖盖玻 片，以备显微镜下观察，这种方法叫做临时装片， 临时装片的优点在于，新鲜材料组织不会破坏，可 保持原来生活状态，同时操作简便，不受设备条件 限制，随时随地可以进行。
临时装片技术，是本课程实验课最常用的基本 技术，要求每个同学反复练习，熟练掌握。
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2、对光
扭转转换器，使低倍镜正对通光孔，打开聚光器 上的光圈，然后左眼对准接目镜注视，右眼睁开，用 手翻转反光镜，对向光源，光强时用平面镜，光较弱 时用凹面镜。这时从目镜中可以看到一个明亮的圆形 视野，只要视野中光亮程度适中，光就对好了。
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3、放玻片
将要观察的玻片标本，放在载物台上，用弹簧夹 或移光器将玻片固定。将玻片中的标本对准通光孔的 中心。
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临时装片技术
制作临时装片时首先将载玻片，盖玻片擦拭干净，注意 试擦玻片动作要轻，手指用力要均匀，否则易拭破。在载 玻片中央，滴加一、二滴清水。然后用镊子防水绵少许， 放在载玻片上，再将盖玻片轻轻盖上，注意：为了不使其 内有气泡，必须将盖玻片先从一侧放下，使接触到水，然 后慢慢放下，如仍有气泡，可用镊子轻轻加压盖玻片，或 者解剖针对盖玻片稍为提高，然后再放下，水不能过多， 水量过多，则盖玻片易浮动，这时可用小滤纸条将水分吸 干，如水分过少，水没有填满盖玻片，可以侧面用滴管加 水少许。总之，应使盖玻片紧贴载玻片，不能浮动，这样 才利用观察。
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应用光学课程设计低倍显微镜设计学院：光学与电子信息学院专业：光电信息工程班级：光电1209学号： U201214…姓名： ...2015年1月15日目录一．选题背景及参数说明 (3)1.1选题背景及意义 (3)1.2显微镜主要技术指标及说明 (4)二．外形尺寸计算 (4)2.1显微物镜初始结构计算 (4)2.2显微镜目镜的选取 (9)三．系统的优化 (9)3.1物镜像差容限的计算： (9)3.2物镜优化： (10)3.3目镜优化 (16)3.4系统结果 (23)四．光学系统零件图 (26)五．总结与心得体会 (28)一．选题背景及参数说明1.1选题背景及意义光学显微镜（Optical Microscope，简写OM）是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。
显微镜作为一种精密的光学仪器，已有300多年的发展史。
自从有了显微镜，人们看到了过去看不到的许多微小生物和事物的细小单元。
不仅有能放大千余倍的光学显微镜，而且有放大几十万倍的电子显微镜。
人类在科学史上的多次重大发现都离不开显微镜的功劳。
下图为显微镜结构原理图。
显微镜系统结构图1.2显微镜主要技术指标及说明显微镜的技术指标是根据所需要观察的对象决定的。
1、显微镜的放大率由倍率公式Γ=β1Γ2Γ=显微镜总放大倍率β1：物镜的放大倍率，Γ：目镜的放大倍率2选择适宜的倍率为β1＝-4*倍；2、显微镜的机械筒长通常是标准化的，我国目前的标准为160mm；二．外形尺寸计算2.1显微物镜初始结构计算显微镜的成像原理示意图用PW法计算显微物镜初始结构参数具体方法如下：（1）选型：一般选择的显微物镜的共轭距离为190mm，由于设计的是低倍显微镜故选择物镜的垂轴放大率为-4∗。
数值孔径为0.1，物高为2mm。
则可列方程组为：β=l‘l=−4∗l’−l=190mm1 l‘−1l=1f’解此方程求得：f‘=30.4mm，l=−38mm，l’=152mm（2）用PW法计算显微物镜初始结构参数具体方法如下：选择结构型式及确定基本像差参量，低倍显微物镜视场很小，数值孔径也不大，只要求校正球差、正弦差和位置色差，选取双胶合物镜便可满足要求。
取共轭位置的像差参量为C I=0,P=0，W=0必须把像差参量进行规化。
已知数值孔径NA=n1sinU1=−0.1，由于物方是空气，故n1=1，u1=sinU1=−0.1U3‘=u1=−0.1=0.025hφ=l1u1f‘=−38∗(−0.1)∗130.4=0.125 u1=u1hφ=−0.10.125=−0.8则像差公式可C I=C Ih2φ=0P=P I(hφ)2=0W=w(hφ)2=0P∞=P+u1(4W+1)+u12(5+2μ)=0−0.8+0.64∗(5+2∗0.7)=3.296W∞=W+u1(2+μ)=0−0.8∗(2+0.7)=−2.1（3）、选择玻璃当W∞是较大的负值时，尽量取火石玻璃在前为宜。
可以使双胶合物镜胶合面半径较大，使得高级像差小一些。
则P0=P∞−0.85(W∞+0.2)2=3.296−0.85(−2.16+0.2)2=0.03064根据P0和C I的值，查表可选择F3和QK3两种玻璃组成双胶合物镜。
再由表差得有关参数：φ1=−1.095808，A=2.462220，B=-25.38315C=65.4475，K=1.731110，L=-9.15655Q0=5.1545526，P0=0.025670，W0=-0.236602P=0.821632，n1=1.6164，n2=1.4874（4）求形状系数Q=Q0±√P∞−P0A=5.154526±√3.296−0.030642.462220=6.306127或4.002924Q=Q0+w∞−w0A+12=5.154526+(−2.16+0.236602)∗22.46222+1=4.043448取Q=4.002924。
（5）由Q求透镜各面规化的曲率ρ1=Q+n1n1−1φ1=4.002924+1.61641.6164−1∗(−1.095808)=1.129361ρ2=Q+φ1=4.002924−1.095808=2.907116ρ3=Q+n2n2−1−1n2−1=4.002924+1.48741.4874−1∗(−1.095808)−11.4874−1=−1.392859（6）由Q求透镜各面规化的曲率r1=f’ρ1=30.4mm1.129361=26.9178mmr2=f′2=30.4mm=10.4571mr3=f′ρ3=30.4mm−1.392859=−21.8256mm（7）现将该透镜系统结构数据整理如下：物距l=−38mm入射光瞳2h=7.6mm（8）、求厚透镜各面的球面半径。
光学系统初始计算得到结果以后，必须把薄透镜换成厚透镜，其步骤如下：①光学零件外径的确定。
根据设计要sin U1=0.1物距l‘=146.5mm，可算出通光口径D=15.28mm。
透镜用压圈固定，其所需余量由手册查得余量为1.5mm，由此可得透镜的外径为16.78mm。
②光学零件的中心厚度及边缘最小厚度的确定。
查表可得边厚t=1mm，中心最小厚度d=1.0。
为了保证透镜在加工中不易变形的条件下，其中心厚度与边缘最小厚度以及透镜外径之间必须满足一定的比例关系：对凸透镜：高精度3d+7t≥D中精度6d+14t≥D其中还必须满足d>0.05D对凹透镜：高精度8d+2t≥D且d≥0.05D中精度16d+4t≥D且d≥0.03D式中，d为中心厚度，t为边缘厚度。
具体结构如图所示。
根据上面公式，可求出凸透镜和凹透镜的厚度。
凹透镜： 8d +2t =Dt =D +8(x 2−x 1)10式中x 1、x 2为球面矢高，可由下式求得x =r ±√r 2−(D2)2根据图双胶合透镜将已知数据代入可求得x 1=1.67mm ，x 2=4.21mm 。
t =D +8(x 2−x 1)10=3.71mmd 1=t −x 1+x 2=6.25凸透镜： 3d +7t =Dt =D +3(x 1−x 2)10式中x 2、x 3为球面矢高，可由下式求得x =r ±√r 2−(D2)2式中r 为折射球面半径，D 为透镜外径。
根据图双胶合透镜将已知数据代入可求得x 3=−1.67mm 然后，再将它带入式求得凸透镜最小边缘厚度：t =D +3(x 3−x 2)10= 0.086mm凸透镜最小中心厚度：d 2=t −x 3+x 2=5.79mm③在保持u 和u ’角不变的条件下，把薄透镜变换成厚透镜。
薄透镜变换成厚透镜时，要保持第一近轴光线每面的u 和u ’角不变，由式P =(∆U∆(1/n ))2∆u n 和式W =Pni =∆u ∆1n∆un可知当u 和u ’不变时，P 、W 在变换时可保持不变，放大率亦保持不变。
当透镜由薄变厚时，第一近轴光线在主面上入射高度不变，则光学系统的光焦度亦保持不变。
（9）最终可得物镜：2.2显微镜目镜的选取目镜放大率选取为20左右，焦距f e’=250/Γ=250/20=12.85 。
查阅光学设计手册P282，根据所需参数选取目镜2-02：选用的玻璃分别为BK7,BK7和F5三．系统的优化3.1物镜像差容限的计算：根据之前的计算，已基本得到了双胶合物镜的初始结构参数。
现在我们知道：物距：38mm ，入瞳直径：7.6mm 。
因为入瞳在物镜上，所以第一面为STO 面，各面曲率半径已知。
1）焦距30～31mm 为合格； 2）放大倍率-3.85～-4.25为合格 3）像差容限i)球差：根据瑞利判断准则，系统所产生的最大波像差由焦深决定。
令其小于或等于1/4波长，即可得到边光球差的容限公式为：δL m′≤4λ′′2=0.1504mm ii)慧差：我们用慧差代替正弦差SC ≤0.0025，即慧差Ks ’=Sc ‘∗y ’=0.0025∗12=0.03，即小于0.03即可。
iii ）波色差：W FC ≤(λ/2~λ/4).3.2物镜优化：输入初始结构如下：优化之前光路图为：优化之前各图为：优化SPHA球差,TRAY弧矢彗差,AXCL轴向色差，并且目标有效焦距EFFL 为30.4mm，放大率PMAG设定为-4。
优化之后数据图如下：优化后各图变为：通过与优化前的比较可看出，点列图明显得到优化，Ray fan图和OPD fan图数值有了明显优化。
基本符合要求。
从system data里读出物镜有效焦距为30.552313mm，符合设计要求。
像差的seidel coefficients如图从该表中可以看出像差各项较小，符合设计要求。
球差，色差和弧矢彗差等得到了校正。
3.3目镜优化根据所选取的目镜，在zemax里输入相应的初始参数，目镜反向设计得到如下图示：优化之前光路图为：优化前各图为：可见直接从光学手册里获得的目镜误差极大，需要进行优化。
所需优化的值为SPHA(球差)，,COMA彗差,TRAY弧矢彗差,AXCL轴向色差，并且目标有效焦距EFFL为11.953mm。
优化后各图为：像差的seidel coefficients如图读出其有效焦距为11.953116，符合设计要求。
从图中数据可以看出，点列图得到了很好的优化。
光路图也较为理想。
Ray fan图和OPD图从前后图可以看出前后误差变化得到了较好的优化。
3.4系统结果将以上优化好的数据显微镜系统示意图可得如下优化之后数据。
优化之后的系统参数如图所示：S eidel coefficients为：MTF函数图为：系统光路图为：由于系统较长，故上图显示得不太清晰，从上图可看出系统总长度为211.62326mm。
符合显微镜的设计要求。
除去40mm的物方入射距离以及10mm设定的出射距离，恰好物镜与目镜的距离161mm。
与我国标准筒长距离相符。
所以最初设计的系统各部分分别经过zemax优化后，组合系统符合最初的设计要求，像差在较为理想范围内，可以正常工作，所以该项目基本得到实现。
四．光学系统零件图这里我来绘制双胶合物镜双凸透镜零件的图，在已优化的数据读出两面半径分别为7.315504和-40.84669厚度为5.79。
在system data里读出透镜高度为7.72881。
画出零件图，并进行标注。
零件材料为QK3玻璃，类型为双凸透镜。
折射率为n2=1.4874R1=7.315504，R2=−40.84669f1‘=nR1=22.32f2’=nR2=−124.65△=d-f1’+f2=141.18 f’=-f1’f2’/△=19.71 D=32.81246双凸面镜零件图：五．总结与心得体会通过几周的不断的设计，终于完成了这篇光学设计。