20倍物面到出瞳距离400MM显微镜设计

本设计采用5X惠更斯目镜
其设计过程如下
f'目 =250/Г=250/5=50mm
f＇眼=3/4 f'目=3/4*50=37.5mm
d=9/8 f'目=9/8*50=56.25mm
f＇场=3/2f＇眼=3/2*50=75 mm
其主要结构参数如表4.3
表4.3　5X惠更斯目镜结构参数
名称   主要技术参数   结构
5X惠更斯   2ω=14.8°
D-2.5mm
f'目=50.47mm
y0＇=6.55mm
入瞳距=168mm   
  面号   参数
  玻璃
  1   无穷   11 2.5   -
  2   无穷   2.5   1.5168 2.5   BK7
  3   -19.4788   48.13 6.05  
  4   无穷   3.5   1.5168 12.22   BK7
  5   -25.263   -16.993 12.76  
5外形结构确定
根据显微镜的设计技术要求：物面至出瞳距离 =400mm、光轴折转角60o，需采用反射棱镜，使光轴折转60o。采用底角为60o的等边梯形反射棱镜。系统大致设计如图5.1所示
图5.1 系统结构
由于反射棱镜把光轴给折转了，计算外形尺寸（基于理想光学系统的外形尺寸计算）时不方便，因而先把棱镜展开成等效的玻璃平行平板，对成像的效果不发生影响。如图5.2
6 软件优化设计
在ZEMAX中分别输入目镜和物镜的结构参数，物镜倒过来输入，不同的视场角，设置优化函数，对各面曲率半径和厚度先后设为变量，进行优化。按同样原理输入优化目镜。因为从显微镜的目镜出射的光是不同角度的平行光，因而在借助ZEMAX进行优化时，可用不同角度的平行光从目镜入射，如果理想的话，在用平行于光轴的光入射，经物镜后，出射的光应聚焦在显微镜的有效焦距EFFL处成一点，由于显微镜不可能为理想光学系统，实际上，在EFFL处成的是一弥散斑，只要征对物面上的成像质量对目镜和物镜进行优化即可，当然，同时还要增设几个不同的视场的平行光进行。由于光路的到逆，可将第一面设在物镜处。
优化后的有关参数如下列所示：有效焦距EFFL：f1=12.5 mm
有效放大率Γ: Γ=250/12.5=20
  物面到出瞳距离L= 407.067mm
图6.1为输入ZEMAX 中lens data editor(LDE)后优化的数据，并已将反射棱镜
（所用玻璃为BK7，折射率为1.5168）展开成玻璃平行平板后，放入光路。
6.1光学系统总参数
图6.1 (LDE)数据
6.2外形图(Layout)
通过镜头YZ 截面的外形曲线
6.3光线相差（Ray aberration）
图6.3  
显示作为光瞳坐标函数的光线像差较小，效果尚佳。