数码镜头设计原理_基础篇(显微系统).docVIP

章节内容 数码镜头设计原理_基础篇 第五章 显微系统 一个连续变倍显位系统的要求 1 工作距离260mm 2 物方数值孔径0.07mm 3 物方全视场=13.7 mm（β物=0.7倍）～φ2.74（β物=5倍） 4 光学总长=200 mm～250 mm 5 景深=1mm～5mm 6 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 =500 x 0.07=35 倍 而 ( β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0.7 x 10=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： ∵500 x NA=7 (NA=7/500=0.014 2 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： 分辩率的线对距离：α=1/0.02=50 lp/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= 25 lp/mm。即在低倍时此系统的实际鉴别率只能达到25 lp/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30 lp/mm。 3 外形计算 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1.2 mm，这是很容易就可作到的。 （2）物镜口径计算 解出： l=-132.35 mm，l’=92.65mm，f’=54.5mm。 物镜口径φ=0.02*132.25=2.65 mm（这是光路设计时的入瞳直径），考虑压边和入瞳偏离，取φ=4 mm。 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： （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： （4） 合成 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±7.3 mm 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±4 mm。 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 =500 x 0.1=50 倍 而 ( β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：0.007/2=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 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1.2 mm，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=25 mm 物镜物象共额距确定：在