数码镜头设计原理_基础篇(显微系统)

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1、第74页共24页章节内容第74页共24页数码镜头设计原理_基础篇第五章显微系统第一节一个连续变倍显位系统的要求1工作距离>260mm2物方数值孔径>0.07mm3物方全视场=13.7mm（β物=0.7倍）～φ2.74（β物=5倍）4光学总长=200mm～250mm5景深=1mm～5mm6分辩率要求α=在5倍时，φ2.74区域中，分辩清0.007mm间隔线对.第二节低倍总体设计1有效视放大率、物方数值孔径NA计算=500x0.07=35倍而àβ物=/=35/10(目镜常用放大率)=3.5倍，而在NA=0.07时，β物=0.7倍，这就是说用这组物镜与目镜时0.7x10

2、=7倍，离35倍的要求相差很远。为了使上物镜与目镜组合达到要求，需降低NA值，下面计算需要的NA值：∵500xNA=7àNA=7/500=0.0142理论分辩率计算在这里假设是不发光的物体。理论鉴别率计算用（3）式。在此：=0.00056，NA=0.014，则：第74页共24页分辩率的线对距离：α=1/0.02=50lp/mm，考率光学设计与加工使鉴别率降低，取降低系数为2，有：α=50/2=25lp/mm。即在低倍时此系统的实际鉴别率只能达到25lp/mm上面是从工艺角度谈鉴别率的要求，下面从人眼鉴别角谈鉴别率。显微系统象差设计时，由于象方光路比物方长很多，为了

3、提高求解精度，往往是反光路进行象差评衡。人眼监别率在显微系统由于亮度问题令为2’，那么在250mm明视距离上弥散直径=250·0.0003·3=0.225mm，除视放大率即为物方可分辩的弥散斑直径。我们令它为鉴别率线宽时，上述计算仍成立。再用下式即可求出物方应达到的鉴别率值：上式：-----鉴别率d---分辩率线宽Γ----显微系统视放大率例如低倍时：物方应达到鉴别率30lp/mm。3外形计算（1）出瞳口径计算即在进行目镜设计时，低倍情况下系统出瞳直径不得小于1.2mm，这是很容易就可作到的。第74页共24页（2）物镜口径计算解出：l=-132.35mm，l’=9

4、2.65mm，f’=54.5mm。物镜口径φ=0.02*132.25=2.65mm（这是光路设计时的入瞳直径），考虑压边和入瞳偏离，取φ=4mm。4物方景深计算显微系统的物方景深是由三部分算术迭加得到的，即：物方景深=几何景深+物理景深+调节景深下面推导算式：（1）几何景深算式推导几何景深是由人眼分辩率允许的象方弥散深度在物方的共额值。现推导如下：令：ε’─人眼分辩率，显─显微系统视放大率（将其等效看成放大镜），NA─物镜物方数值孔径那么：50明视距离上人眼弥散斑直径：此弥散斑图象在物方共额尺寸：显此弥散尺寸的轴向值，即物方单边景深：合并由：面代入数据进行计算：第

5、74页共24页（2）物理景深算式推导由光波衍射效应可知，其衍射斑内对应景深是清楚成象范维，现在推导物方单边物理景深算式：由显微系统物方分辩率算式（计算分辩率线对线间距）有：此散斑轴向尺寸，即为物理单边镜深：合并有：下面代入数据进行计算：（3）调节景深算式推导人眼由250mm到无限远都可轻松调节看清，其在物方的共额值即为物方调节单边景深，现推导算式：显微系统等效放大镜焦距：显微系统目方调节深度的毫米数：对应物方共额值即为物方调节单边景深（用牛顿成象公式计算）：合并：在上式中D=4（屈光度─是明视距离250mm对应之屈光度），代入有：下面代入数据进行计算：第74页共2

6、4页（4）合成u显微镜物方单边景深计算计算：即低倍时显微系统物方清楚成象范围：-132.35±7.3mm上式为正常人眼（视度可调范围是4个屈光度）的清析成象范围。如果考虑视度弱调节人眼，大致有：-132.35±4mm。由分析可知在低倍时，要达到5mm景深的要求是可以满足的。第三节高倍时的总体设计1有效视放大率、物方数值孔径NA计算=500x0.1=50倍而àβ物=/=50/10(目镜常用放大率)=5倍，这与物镜要求的垂轴放大率相符。2理论分辩率计算据技术要求有：mm，为了使加工完的物镜有0.007mm的线对间距分辩率，给2的工艺下降系数，即要求物镜原分辩率达到：0

7、.007/2=0.0035mm。代入（3）式可解出物镜应有的数值孔径：NA=0.5*0.00056/0.0035=0.08，取NA=0.1第74页共24页3外形计算（1）出瞳口径计算即在进行目镜设计时，低倍情况下系统出瞳直径不得小于1.2mm，这是很容易就可作到的。（2）物镜口径计算目镜焦距计算：f’目=250/10=25mm物镜物象共额距确定：在高倍时对应的应是=200～250中的200这一端。则有物镜的物象共额距=250-25=200mm。再由下方程组有：解出：l=-33.33mm，l’=166.67mm，f’=27.78mm。物镜口径φ=0.1*33.33=

8、3.33m