工程光学课程设计.doc
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1、工程光学课程设计 设计名称: 工程光学课程设计 院系名称: 电气与信息工程学院 专业班级: 测控11-1班 学生姓名: 学 号: 指导教师: 李静 李艳苹 黑龙江工程学院教务处制20 13 年 12 月工程光学课程设计评分表题目名称显微镜光学系统设计实习时间2013年 12 月 23 日至 2013 年 12 月 31 日 共 2 周实习地点实验楼528设计报告得分序号评 价 项 目总分值得分1应用文献资料能力及综合运用知识能力2设计说明书撰写水平;插图质量3设计实验能力及创新性设计报告得分总计实物制作效果评语: 指导教师签字: 年 月 日学生姓名班级学号平时表现辩论综合评定得分实习成绩注:最
2、后成绩的评定以优90-100、良80-89、中70-79、及格60-69和不及格少于60分五级给出。第1章 物镜设计方案1.1 总体设计方案25显微镜物镜属于中倍显微物镜,通常由两个别离的双胶组合透镜组成,这类物镜也称为里斯特物镜,它的倍率一般在6至30之间,数值孔径NA为0.2至0.6之间。由于显微物镜倍率较高,相距远大于物距,显微物镜的设计通常采用逆光路方式,即把像方的量当做物方的量来处理。里斯特物镜两个双胶合透镜光焦度分配的原那么通常是使每个双胶合透镜产生的偏角相等或者是后组的偏角略大于前组。里斯特物镜的光阑通常放在第一个双胶合透镜上。当两个双胶合透镜相互补消球差和慧差时,两个双胶合透镜
3、的间隔大致和物镜的总焦距相等。第一个双胶合的焦距约为物镜焦距的二倍。第二个双胶合的焦距大致和物镜的总焦距相等。物镜的像差校正方式采取两个双胶合透镜各自单独校正球差、慧差和色差,这种方案的有点是:二个双胶合透镜组合在一起那么为一个中倍物镜,移去一个双胶合透镜后可用作低倍显微物镜使用。其总设计图如图1.1所示:图1.1 25显微镜物镜设计方案图 第2章 物镜设计参数及镜片选择2.1物镜的数值孔径:物镜的数值孔径表征物镜的聚光能力,是物镜的重要性质之一,增强物镜的聚光能力可提高物镜的鉴别率。数值孔径通常以符号“N.A.表示即Numerical Aperture。根据理论的推导得出:N.A.=n.si
4、nu式中 n物镜与观察之间介质的折射率; u物镜的孔径半角因此,有两个提高数字孔径的途径:a增大透镜的直径或减少物镜的焦距,以增大孔径半角u。此法因导致象差增大及制造困难,实际上sinu的最大值只能到达0.95b增加物镜与观察之间的折射率n。是介质对物镜数值孔径影响示意图。当光线沿光轴方向射向观察物时,自物体S处发出的反射光除沿SO方向反射外,尚有S1S1S2,S2等衍射光。a是以空气为介质又称干系物镜的情况,只有S1S1内的衍射光可以通过物镜,S1S1以外的衍射光如S2,S2均不能通过物镜。b是物镜与观察之间以松柏油或其它油为介质又称油浸物镜时,由于折射率n增加,使衍射光的角度变狭,致使S2
5、,S2甚至S3,S3内的衍射光均可通过物镜。因而使物镜通过尽可能多的衍射光束,利于鉴别组织细节。2.2物镜的鉴别率物镜的鉴别率是指物镜具有将两个物点清晰分辨的最大能力,以两个物点能清晰分辨的最小距离d的倒数表示。d愈小,表示物镜的鉴别率愈高。要明白鉴别率可以有一定的限度,这就要用光通过透镜后产生衍射现象来解释。物体通过光学仪器成象时,每一物点对应有一象点,但由于光的衍射,物点的象不再是一个几何点,而是有一定大小的衍射亮斑。靠近的两个物点所成的象一两个亮斑如果互相重叠,那么导致这两个物点分辨不清,从而限制了光学系统的分辨本领一分辨率。显然,象面上衍射图象中央亮斑半径愈大,系统的分辨本领愈小。瑞利
6、Rayleigh提出一个推测又称瑞利准那么:认为当A1衍射把戏的第一极小值正好落在A2衍射把戏的极大值时,A1、A2是可以分辨的,将此时定出的两物点距离A1、A2作为光学统的分辨极限。0称为极限分辨角。不言而喻,当0时是完全可分辨的,0时是不可分辨的。 由圆孔衍射理论得到:0=1.22 / D 式中入射光波长; D入射光的最大允许孔径透镜直径。因为0很小,所以由图2-4得:d0=1.22S / D 物镜在设计时,总是使它满足阿贝正弦条件的,即ndsinu=ndsinu式中n和n为物、象所在空间的折射率,成象总是在空气介质中,故n=1;u各u分别为光线在物、象空间共轭点上的孔径角;d和d分别为物
7、点、象点中心斑的间距。考虑到显微镜中入射光并非都是平行光,有倾斜光线,对上式系数作适当的修正,所以式中nsinu就是物镜的数值孔径,因此,上式或者写:d=0.5/N.A因此说明:物镜的数值孔径愈大,入射光的波长愈短,那么物镜的分辨能力愈高。在可见光中,观察时常用黄绿光 4400A,那么可使分辨能力提高25%左右。2.3 物镜的有效放大倍数在保证物镜的鉴别率充分利用时所对应的物镜的放大倍数,称为物镜的有效放大倍数。有效放大倍数可由以下关系推出:人眼在明视距离250mm)处的分辨能力为0.150.30,因此,需将物镜鉴别的距离d经显微镜放大后成0.150.30mm方能被人眼分辨。假设以M表示物镜的
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