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中倍消色差物镜设计
燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书
中倍消色差物镜设计
摘要 本次课程设计着重于用ZEMAX软件实现消色差显微物镜的设计。ZEMAX是一个用来模拟、分析和辅助设计光学系统的软件，其界面简单易用，稍加练习就能实现互动设计。此次所设计的物镜由两个双胶合组构成，每个双胶合组分别消色差，除了必须校正的球差和彗差以外还校正了象散，提高轴外物点的成像质量。本文采用PW法进行显微物镜的初始结构计算，ZEMAX软件仿真并优化，所得结果满足要求。
关键词 ZEMAX PW法 消色差 显微物镜
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目录
一、设计要求 ............................................................. 错误～未定义书签。- 2- 二、PW法求解初始结构 ......................................... 错误～未定义书签。- 2 -
物镜系统外部参数确定 ........................... 错误～未定义书签。- 2 -
初级像差求解 ......................................... 错误～未定义书签。- 3 - 三、ZEMAX仿真及优化 ........................................ 错误～未定义书签。- 6 - 四、设计体会 .......................................................... 错误～未定义书签。- 11 - 五、参考文献 ........................................................... 错误～未定义书签。- 12-
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一、设计要求
， 要求 ,=-10 NA=，共轭距离L=210。
要求物镜本身校正球差、慧差、色差;
入瞳位置在物镜上。
二、PW法求解初始结构
中倍显微镜物镜是一种具有代表性的物镜结构，由两个双胶合组构成，我们可以把它看作两个薄透镜组构成的薄透镜系统，它的设计方法建立在薄透镜系统的初级像差理论上，利用初级像差公式求解初始结构。
物镜系统外部参数的确定
，左右，它的相像距比整个物镜系 中倍物镜的倍率一般在10
统的焦距大得多，故设物平面位于无限远，如图(1)所示。
图 (1)
在规化条件下进行求解可使公式简化，又不影响结果，故令h=f '=J=1。在此条件下，第一辅助光线通过系统的总偏向角,u=1。偏角的大小表示该透镜组负担的轻重，所以确定透镜组的光焦度时，先从光线偏角开始，前后两组胶合透镜的偏角之比可
,,为5:5~6:4，在此采用6:4分配。u=, u=。 12
中倍显微镜物镜在校正了球差、彗差、轴向色差的基础上还要能校正象散，所以采用两个分离薄透镜组。间隔的确定决定于
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三个因素，一方面保证象散的校正，另一方面尽量减小孔径高级球差，同时还要满足适当的工作距离。参考一些现有结构，取d=。
下面计算每个透镜组的焦距。
,由h=1, h=u 和 h=h-d(h) ,,11112111
得出h=, ,=, =。 ,212
由此可得系统的有关参数如下:
f'=, f'=. 12
假定整个系统f '=1, J=1，所以y'=1, u=-1。 z1
由于要求系统的球差、彗差同时为零，象散即和光阑位置无关，假定光阑和第一透镜组重合，即h=0由图(1)得z1
h=h-du=d=1。 z2z1z1
,故系统的全部外部参数为: =, ,= 12
h=1， h=, h=0， h=1， J=1。 12z1z2

根据要求，两个透镜组不宜单独校正球差、彗差，否则定值时负象散将使像面非常弯曲。故列出相应的初级像差方程如下:
S,hp,P， (1) ,112
S=hP,JW,P,(W，W)=0 (2) ,,2z212
2hh2zzP2JWJS= ,，,3,,,hh
12P,W， ==0 (3)
以上三个方程中最后一个方程与P,W无关，因此在上述偏11
角分配和空气间隔确定的情况下，系统的消象散条件只和第二个
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燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 透镜组的结构有关，要使系统能够校正象散则必须使方程(3)