显微镜设计

光学设计显微镜物镜设计光学设计是指利用光学原理和光学材料，设计出满足特定需求的光学系统。

而显微镜物镜作为显微镜的核心部件，是用于放大微小物体的光学组件。

通过对物镜的设计，可以实现对微观世界的观察和研究。

接下来，将详细介绍显微镜物镜的设计过程。

首先，在显微镜物镜设计的初期，需要明确设计的需求和目标。

这包括对物镜的放大倍数、视场、分辨率和透光率等指标的要求。

根据这些要求，可以开始进行物镜的设计。

物镜的设计通常包括两个步骤，分别是初选和优化。

在初选阶段，需要选择合适的透镜片数量、厚度、曲率和材料等。

这里需要考虑的因素包括成像质量、透光率和制造成本等。

通过初选，可以得到一个初始的物镜设计方案。

在优化阶段，需要使用光学设计软件进行模拟和分析。

可以通过改变透镜片参数和位置，优化物镜的性能。

在这个过程中，通常会使用像差理论进行分析，以提高成像的质量并降低各种像差的影响。

常见的像差包括球差、像散、畸变、像场曲率和像散等。

球差是由于透镜片曲率不同导致的成像模糊；像散是由于透镜片折射率不同导致的彩色像差；畸变是由于透镜片厚度不同导致的形变；像场曲率是由于透镜片间距不同导致的焦距变化；像散是由于透镜片曲率不同导致的图像模糊等。

通过优化设计，可以降低这些像差的影响，提高物镜的成像质量。

在优化设计中，还需要考虑透光率的问题。

透光率是透过透镜片的光线的比例，透光率越高，则损耗的光线越少，成像质量越好。

透光率的提高需要选择透光率高的光学材料，并且优化透镜片的形状和厚度等参数。

在物镜设计完成后，需要进行实验验证。

通过制造和测试样品物镜，可以验证设计方案的可行性和性能。

实验中，需要使用光学设备来测试物镜的成像质量、透光率和像差等指标。

根据实验结果，可以对设计方案进行进一步的优化和改进。

总结而言，显微镜物镜设计是一个复杂的过程，需要充分考虑成像质量、透光率和制造成本等多个因素。

通过合理的优化和设计，可以获得满足要求的物镜，实现对微观世界的观察和研究。

第十六章 显微镜物镜设计显微镜是用来帮助人眼观察近距离细小目标的一种目视光学仪器,它由物镜和目镜组合而成;显微镜物镜的作用是把被观察的物体放大为一个实像、位在目镜的焦面上,然后通过目镜成像在无限远,供人眼观察;在一架显微镜上,通常都配有若干个不同倍率的物镜目镜供互换使用;为了保证物镜的互换性,要求不同倍率的显微镜物镜的共轭距离物平面到像平面的距离相等;各国生产的通用显微镜物镜的共轭距离大约为mm 190左右,我国规定为mm 195;如图16－1所示;可见,显微镜物镜的倍率越高,焦距越短;还有一种被称为“无限筒长”的显微镜物镜,被观察物体通过物镜以后,成像在无限远,在物镜的后面,另有一个固定不变的筒镜透镜,再把像成在目镜的焦面上,如图16－2所示;筒镜透镜的焦距,我国规定为mm 250;物镜的倍率按与筒镜透镜的组合倍率计算为：物f 250-=β 整个显微镜的性能,也就是它的视放大率和衍射分辨率,主要是由显微镜物镜决定;图16－1 显微镜系统图16－2 无限筒长显微镜系统§1 显微镜物镜的光学特性一 显微镜物镜的倍率显微镜物镜的倍率是指物镜的垂轴放大率β;由于显微镜是实物成实像,因此β为负值,但一般用β的绝对值代表物镜的倍率;在共轭距L 一定的条件下,β与物镜的焦距存在以下关系：L f ⋅--=2)1(ββ物 对于无限筒长的显微镜的物镜,其焦距与倍率之间的关系为：β250-=物f式中,β为负值;无论是有限筒长,还是无限筒长的显微镜的物镜,倍率β的绝对值越大,焦距物f 越短;所以,实际上,物镜的倍率决定了物镜的焦距;因此,显微镜物镜的焦距一般比望远镜物镜的焦距短得多;焦距短是显微镜物镜光学特性的一个特点;二 显微镜物镜的数值孔径数值孔径U n NA sin ⋅=,是显微镜物镜最主要的光学特性,它决定了物镜的衍射分辨率δ,根据显微镜物镜衍射分辨率的计算公式：NAλδ61.0= 公式中,δ代表显微镜物镜能分辨的最小物点间隔；λ为光的波长,对目视光学仪器来说,取平均波长nm mm 5000005.0==λ；NA 为物镜的数值孔径;因此要提高显微镜物镜的分辨率,必须增大数值孔径NA ;显微镜物镜的倍率β、数值孔径NA 、显微镜目镜的焦距目f 与系统出射光瞳直径/D 之间满足以下关系：目目＝Γ⋅⋅=250/ββNA f NAD 式中,目Γ为目镜的视放大率;为了保证人眼观察的主观亮度,出射光瞳直径最好不小于mm 1;在一定的数值孔径下,如果目镜的倍率目Γ越小,就要求物镜有更高的倍率β,但是物镜的倍率越高,工作距离越短,这给显微镜的使用造成不方便,因此一般希望尽量提高目镜的倍率,但目镜由于受到出射光瞳距离的限制,焦距不能太小,通常目镜的最高倍率为⨯15,因此物镜倍率越高,要求物镜的数值孔径越大;数值孔径NA 与相对孔径之间近似符合以下关系：NA fD ⋅=2/ 一个25.0=NA 的显微镜物镜21/≈f D ,高倍率的显微镜物镜不包括浸液物镜,其数值孔径最大可能达到95.0,其相对孔径可以达到2;相对孔径大,是显微镜物镜的一个特点;三 显微镜的视场显微镜的视场是由目镜的视场决定的,一般显微镜的线视场/2y 不大于mm 20;对无限筒长的显微镜来说,筒镜的物方视场角为： 0/3.204.025010＝，＝＝筒ωωf y tg = 筒镜的物方视场角就是物镜的像方视场角,因此物镜的视场角ω2一般不大于05;视场小,也是显微镜物镜的一个特点;四 显微镜物镜设计中应校正的像差根据显微镜物镜的光学特性,它的视场小,而且焦距短,因此设计显微镜物镜主要校正轴上点的像差和小视场的像差,即球差、正弦差、轴向色差;对于较高倍率的显微镜物镜,由于数值孔径加大、相对孔径比望远镜物镜大得多,因此还要校正孔径的高级像差,如高级球差、高级正弦差、色球差;对于轴外像差,如像散、倍率色差,由于视场比较小,而且一般允许视场边缘的像质下降,因此在设计中,只有在优先保证前三种像差校正的前提下,在可能的条件下加以考虑;对于某些特殊用途的高质量研究用显微镜,如用于显微摄影的物镜,要求整个视场成像质量都比较清晰,除了校正球差、正弦差、轴向色差外,还要求校正场曲、像散、垂轴色差,这种物镜就是平像场物镜;由于显微镜属于目视光学仪器,因此它同样对F 光和C 光消色差,对D 光校正单色像差;§2 显微镜物镜的类型根据校正情况不同,显微镜物镜通常分为消色差物镜、复消色差物镜、平像场物镜、平场复消色差物镜、折射和折反射物镜等;一 消色差物镜这是一种结构相对来说比较简单、应用得最多的一类显微镜物镜;在这类物镜中只校正球差、正弦差及一般的消色差,而不校正二级光谱色差,所以称为消色差物镜;这类物镜,根据它们的倍率和数值孔径不同又分为低倍、中倍、高倍、浸液物镜;1 低倍消色差物镜这类物镜一般用于倍率较低、数值孔径较小,视场较小的情况;一般倍率大约为⨯⨯4~3,数值孔径在1.0左右,对应的相对孔径大约为41左右;由于相对孔径不大,视场比较小,只要求校正球差、慧差、轴向色差;因此这类物镜一般都采用最简单的双胶合透镜作为物镜;它的设计方法与一般的双胶合望远镜物镜的设计方法十分相似,不同的只是物体的位置不在无限远,而是位于有限距离;求解的关键是选择合适的玻璃组合,以便同时校正三种像差;2 中倍消色差物镜这类物镜的倍率大约为⨯⨯12~8,数值孔径为3.0~2.0;最常用的为：数值孔径25.0=NA ,倍率⨯=10β;由于物镜的数值孔径加大,对应的相对孔径增加,孔径高级球差将大大增加,采用一个双胶合透镜已经不能满足要求;为了减小孔径高级球差,这类物镜一般采用两个双胶合透镜的组合,如图16－3所示,称为李斯特物镜;如果每个双胶合透镜分别校正轴向色差,即双胶合透镜的0=∑νϕ,这样整个物镜能同时校正轴向色差和 图16－3 李斯特物镜倍率色差;两个透镜组之间通常有较大的空气间隔,这是因为如果两个透镜组密接,则整个物镜组与一个密接薄透镜组相当,仍然只能校正两种单色像差,如果两个透镜组分离,则相当于由两个分离薄透镜组构成的薄透镜系统,最多可能校正四种单色像差,这就增加了系统校正像差的可能性,因此除了显微镜物镜中必须校正的球差和慧差以外,还有可能在某种程度上校正像散,以提高轴外物点的成像质量;对于球差和慧差也可以各自单独校正,但那样,每个双胶合透镜组在校正了球差、慧差之后,一般总要留有一定量的负像散,再加上系统的不可避免的场曲,使得像面弯曲加重;所以还是两个双胶合透镜的球差、慧差相互补偿为好,这样可以在整个物镜校正好球差、慧差的同时,产生一定量的正像散以补偿场曲;这种物镜可以应用“薄透镜系统初级像差理论”,象求解望远镜物镜那样用解析法求出其结构;也可以采用近年来发展起来的“配合法”进行设计;在前、后双胶合透镜分别校正色差的条件下,对前、后双胶合透镜选几种弯曲,求出球差、慧差值,作出前、后双胶合透镜各自的球差、慧差随弯曲而改变的曲线;在前、后双胶合透镜曲线上找出使前、后双胶合透镜球差、慧差相互补偿的弯曲;如果玻璃选择的恰当,总可以找出前、后双胶合透镜相互补偿的解;3 高倍消色差物镜这类物镜的倍率大约为⨯⨯60~40左右,数值孔径大约为8.0~6.0左右,这类物镜的结构如图16－4所示,称为阿米西物镜;它们可以看作是在李斯特物镜的基础上,加上一个或两个由无球差、无慧差的单会聚透镜而构成;所加的半球形透镜前片,一般第一面是平面,第二面是齐名面,即轴上物点的光线经过平面折射以后与光轴的交点位于第二面的齐名点上; 图16－4 阿米西物镜利用这种半球形透镜可以增大数值孔径;如图16－5所示,如果入射到平面上的光线的孔径角为1U 、经过平面折射后的像方孔径角为2/1U U =、经过等晕面第二面折射后的像方孔径角为/2U ,则第一面折射后,有： n U I n n I U 1/1/111/1sin sin sin sin =⋅== 对于第二面,等晕成像公式为：nn n I I U U 1sin sin sin sin 2/2/222/2=== 由此得到21/12/2sin sin sin sin n U n U n U U === 可见,显微镜物镜的后片能够接收的孔径角/2U ,实际上对于物体来说孔径角可以为1U ,这样,可以使显微镜物镜的后片的数值孔径增大到2n 倍; 图16－5 阿米西物镜中等晕透镜的作用在图16－4a 中,前片透镜是由一个齐名面和一个平面构成的,齐名面不产生球差和慧差,如果把物平面与前片的第一面平面重合,也不产生球差和慧差,但为了工作方便,实际物镜与物平面之间需要留有一定的间隙,这样,透镜的第一面就将产生少量的球差和慧差,它们可以由后面的两个双胶合透镜组进行补偿,前片的色差也同样需要后面的两个双胶合透镜组进行补偿;在图16－4b 中,第一个透镜是由一个齐名面和一个平面构成的,不产生球差和慧差;第二个透镜也是由一个齐名面和一个平面构成的,它的第一面产生的少量球差和慧差,以及两个透镜的色差,由后面的两个双胶合透镜组进行补偿;这种物镜的设计方法,一般是首先根据要求的倍率和数值孔径确定前组的结构,计算出它们的像差,作为后面两个双胶合透镜组的像差补偿要求,然后进行后组的设计;4 浸液物镜显微镜物镜的分辨率决定于其数值孔径;为了提高显微镜物镜的分辨率,除了增加孔径角U sin 外,还可以提高物方介质的折射率n ;普通显微镜,物点位于空气中,1=n ,其数值孔径U n NA sin ⋅=不可能大于1;为了提高数值孔径,可以在物体与物镜之间充以液体,使液体折射率与盖玻片折射率相近,这样就可以认为显微镜物方介质就是该液体,数值孔径表示式中的n 就是该液体的折射率,一般可达以上,这就可以大大提高了数值孔径;这种显微镜物镜的实际结构如图16－6所示,称为阿贝浸液物镜;第一片为盖玻片,盖在被观察的物体上面;盖玻片与前片之间充满油液,通常用杉木油,其折射率15.1=n ;其数值孔径可以达到3.1~25.1,倍率为⨯100;图16－6 阿贝油浸物镜二 复消色差物镜在一般的消色差显微镜物镜中,物镜的二级光谱色差随着倍率和数值孔径的提高越来越严重,因此在高倍的消色差显微镜物镜中二级光谱往往成为影响成像质量的主要因素,因为二级光谱对应的几何像差数值近似与物镜的焦距成正比,随着物镜倍率的增加,表面上二级光谱色差随着焦距的缩短而减小,但是一定的几何像差数值对应的波像差近似与数值孔径的平方成比例,因此总起来,随着倍率和数值孔径的提高,二级光谱色差所对应的波像差增大;因此在一些质量要求特别高的显微镜中,就要求校正二级光谱色差,称为复消色差物镜;在显微镜物镜中校正二级光谱色差通常采用特殊的光学材料,早期的复消色差物镜中都采用萤石氟化钙5.95,43385.1==νn ,它与一般重冕牌玻璃有相同的部分相对色散,同时具有足够的色散差和折射率差;复消色差物镜的结构一般比相同数值孔径的消色差物镜复杂,因为它要求孔径高级球差和色球差也应得到很好的校正;如图16－7为不同倍率和数值孔径的复消色差物镜的结构,图中划斜线的透镜就是由萤石做成的;由于萤石的工艺性和化学稳定性不好,同时晶体内部有内应力,因此目前很少采用,而改用FK 氟冕玻璃类和TK 特种冕玻璃类玻璃;它们结构同样比较复杂;复消色差物镜往往有较大的剩余倍率色差,要求与具有反号倍率色差的目镜配合使用,这样的专用目镜称为补偿目镜;近年,国际上出现了一种消倍率色差的所谓CF 物镜;这类物镜结构相当复杂,如图16－8为民主德国的CF 物镜;三 平像场物镜前面讲的所有物镜都没有校正场曲;对于高倍率的显微镜物镜,由于它的焦距很短,尽管它的视场不大,但仍然有严重的场曲存在,所以一般高倍显微镜物镜的清晰视场是十分有限的,只有在视场中心很小范围内才是成像清晰的;对于要求有较大的清晰视场的情况,如显微照相,就要求校正物镜的场曲和像散,主要校正匹兹万和;这样的显微镜物镜可以作到在较大的视场内像场较平,成像清晰,称为平像场物镜;校正场曲的方法主要是在靠近物面和像面的地方加入负光焦度,可以产生负的匹兹万和而对偏角影响不大;或者加入若干厚的弯月形透镜;由于显微镜物镜孔径角很大,再加上平像场要求,使得平像场物镜的结构特别复杂;平像场物镜的基本型式如图16－9所示;图16－7 复消色差物镜图16－8 民主德国的CF物镜图16－9 平像场物镜四 平场复消色差物镜在高级研究用显微镜中,既要求有较大的视场,又要求有优良的像质,平场复消色差物镜就是为了满足以上要求发展起来的;它是在平像场物镜中引入部分萤石代替冕牌玻璃;目前,由于氟冕玻璃等的问世,它有取代萤石氟化钙的趋势;平场复消色差物镜在色球差和二级光谱方面都得到较大改善,数值孔径也较普通物镜大;对波长从m μ434.0到m μ656.0光谱区域的像差校正;此类物镜最理想,它既有复消色差物镜的性能,又具有平像场物镜的优点,是目前显微镜发展的方向;如图16－10所示为民主德国蔡司的超广视野平场复消色差物镜的光学结构;图16－11是联邦德国莱茨的平场复消色差物镜系列的光学结构;图16－12为苏联平场复消色差物镜系列的光学结构;图16－13为日本奥林巴斯的平场复消色差物镜系列的光学结构;图16－10 民主德国蔡司平像场复消色差物镜图16－11 联邦德国莱茨平像场复消色差物镜图16－12 苏联平像场复消色差物镜图16－13 日本平像场复消色差物镜五 反射和折反射物镜反射和折反射显微镜物镜比折射式物镜有两个明显的优点：一是容易得到长的工作距离,可以有比焦距大几倍的工作距离；另一个优点是可以有比较宽的消色差谱线范围,并可在光谱的红外和紫外区工作;反射镜不产生色差,在红外和紫外区也可以工作;而对折射物镜,由于能透过红外和紫外的光学材料很少,难于设计出性能良好的物镜;在折反射物镜中,主要的光焦度由反射镜承担,再加上若干校正透镜校正反射镜的像差,这些校正透镜一般口径不大,可以采用特殊光学材料;反射和折反射物镜的缺点是存在中心栏光,入射光瞳为环形,使得物镜对于低对比度物体的分辨率下降;另一个缺点是反射面的加工要求高,物镜的装校困难;如图16－14是一种典型的反射式物镜,5.0=NA ,倍率⨯50,可以在紫外到红外波段范围内工作;图16－15是一种典型的折反射式物镜,5.0=NA ,倍率⨯40,工作距离为mm 18;图16－16是一种折反射式物镜,72.0=NA ,倍率⨯53,可以在紫外波段范围内工作;图16－14 反射式物镜图16－15 折反射式物镜图16－16 用于紫外波段的折反射式物镜§3 低倍消色差显微镜物镜设计低倍消色差显微镜物镜,一般倍率大约为⨯⨯4~3,数值孔径在1.0左右,对应的相对孔径大约为41左右;由于相对孔径不大,视场比较小,采用最简单的双胶合透镜作为物镜;只要求校正球差、慧差、轴向色差;一 低倍显微镜物镜的设计大体步骤1 由物镜的倍率β和物像之间的共轭距L 的要求,确定双胶合物镜的焦距/f 、物距l 、像距/l ;如图16－17所示,首先假定物镜为一个薄透镜;由图可以得到：/l l L +-=、l l /=β、l lf 111//-=由此,可以得到：1-=βL l ,L l L l ⋅-=+=1/ββ,L l l l l f ⋅--=-⋅=2///)1(ββ图16－17 低倍显微镜双胶合物镜的初始结构2 求P 、W 、ⅠC 的规化值∞P 、∞W 、ⅠC ;由于显微镜一般配备一组不同放大倍率的物镜和一组不同放大倍率的目镜,因此在设计显微镜物镜时,一般不能考虑物镜与目镜之间的像差补偿问题,而是分别进行校正,一般要求0=ⅠS 、0=ⅡS 、0=ⅠC ;这样,可以求出双胶合物镜的P 、W ：0==hS P Ⅰ、0=⋅-=J P h S W p Ⅱ 因此P 、W 、ⅠC 的规化值为：0)(3=Φ⋅=h P P ,0)(2=Φ⋅=h WW ,02=Φ⋅=h C C ⅠⅠ 由此可以算出规化值∞P 、∞W：)25()25()14(211211μμ⋅+⋅+=⋅+⋅+-⋅⋅-=∞u u u W u P P )2()2(11μμ+⋅-=+⋅-=∞u u W W式中,lf l f h u u /1/11==Φ⋅= 另外,一般取7.0=μ;3 由∞P 、∞W求0P低倍显微镜物镜的双胶合透镜的形状大致是一个前面半径大后面半径小的双凸透镜,因此取火石玻璃在前冕牌玻璃在后较为有利,这样胶合面半径较大,一方面便于加工,另一方面可以减小高级像差;火石玻璃在前,则2.00=W ,因此：20)2.0(85.0-⨯-=∞∞WP P4 根据0P 和ⅠC 值选玻璃;可以从表中查到几对较好的玻璃组合,找到0P 、1ϕ、0Q 、0W ; 5 确定双胶合物镜形状系数Q 值35.200P P Q Q -±=∞,和67.100W W Q Q --=∞ 由前一个公式可以求出两个Q 值,选取与第二式求出的Q 值相近的一个,然后它们取平均,作为Q 值;6 由Q 、1ϕ值求出曲率半径1r 、2r 、3r 的规化值Q r +=121ϕ, Q n n r n r +-⋅=+-=11111112111ϕϕ, 11111111111221221121222233--+-⋅=---+=---=--==n Q n n n Q n r n r C r ϕϕϕϕϕ 7 恢复双胶合透镜曲率半径的实际值将得到的双胶合透镜的曲率半径乘上透镜的实际焦距/f ,得到曲率半径的实际值：/11f r R ⋅=、/22f r R ⋅=、/33f r R ⋅=8 对双胶合透镜加厚度9 验算像差物镜的结构得出后,即可以用光线光路计算的方法,计算此结构的像差,进行像质评价;如果像质不合格,可以对结构进行一定的修改,直至像质合格为止;图16－18 低倍显微镜双胶合物镜的像差计算在设计显微镜物镜时,计算像差通常按反方向光路进行,如图16－18所示;这样作的好处是,像距反向光路的物距一般为物镜焦距的若干倍,而物距反向光路的像距比较小;如果按正向光路计算像差,在修改像差过程中,由于透镜的焦距和主面位置的少量变化可能造成像距的大量改变,因而使倍率和共轭距都大大地偏离实际要求,有时甚至可能造成虚像;如果按反方向光路计算像差,在物距固定的情况下,透镜组的焦距和主面位置的少量变化,对倍率和共轭距影响很小,同时这样作还有利于提高像差的计算精度;10 缩放共轭距当物镜像质合格后,由于加入厚度及修改结构,其共轭距可能与要求值有所不同,此时需要进行共轭距缩放;即将双胶合物镜的各个曲率半径、中心厚度、边缘厚度乘以一个缩放系数K ,K 是所要求的共轭距与所求出的共轭距的比值;二 设计举例设计一个双胶合低倍消色差显微镜物镜;要求倍率3=β实际为3-=β,数值孔径1.0=NA ,共轭距mm L 180=; 1 求物距、像距、焦距45131801-=--=-=βL l , 135451801/=-=⋅-=+=L l L l ββ,75.331354513545)1(2///=--⨯-=⋅--=-⋅=L l l l l f ββ2 求∞P 、∞W 、ⅠC75.04575.33/1/11-=-===Φ⋅=l f l f h u u取7.0=μ,则：85.2)25()25()14(211211=⋅+⋅+=⋅+⋅+-⋅⋅-=∞μμu u u W u P P 025.2)2()2(11=+⋅-=+⋅-=∞μμu u W W 0=ⅠC 3 求0P 值选择火石玻璃在前,则02.0)2.0025.2(85.085.2)2.0(85.0220=-⨯-=-⨯-=∞∞WP P4 根据0P 值ⅠC ,选择玻璃对根据02.00=P 、0=ⅠC ,查表,选玻璃组合91K ZF -,其对应于0=ⅠC 的062.00=P ,与要求的接近,而且9K 和2ZF 为常用玻璃;同时查得0441.50=Q 、123.11-=ϕ、6725.11=n 、5163.12=n 、234.00=W 5 确定双胶合物镜形状系数Q 值：972.367.1234.0025.20441.567.100=--=--=∞W W Q Q6 由Q 、1ϕ值求出曲率半径1r 、2r 、3r 的规化值： 849.2972.3123.1112=+-=+=Q r ϕ114.1849.216475.1123.11112111=+--=+-=r n r ϕ263.115163.1123.11849.21112223-=-+-=--=n r r ϕ 7 恢复双胶合透镜曲率半径的实际值：将得到的双胶合透镜的曲率半径乘上透镜的实际焦距mm f75.33/=,得到曲率半径的实际值：30.30114.175.33/11==⋅=f r R85.11849.275.33/22==⋅=f r R72.26263.175.33/33-=-=⋅=f r R8 透镜加厚度根据求得的半径和通光口径的要求,确定两个透镜的厚度： 11=d ,5.32=d 9 验算像差几何像差的计算列于下表： h /LA /SC /FC L ∆－－－ 这一结果表明,球差、轴向色差尚未校正好,需要进行微量校正;校正的结果为： 22.301=R ,1.122=R ,5.263-=R ,11=d ,5.32=d ,932.33/=f ,47.43/=l10 缩放共轭距根据加上透镜厚度后的数据,计算得到共轭距变化为97.18247.430.15.3135/21=+++=+++-=l d d l L ,得到缩放因子：984.097.182180==K缩放后,各个折射面的曲率半径为74.291=r 、91.112=r 、08.263-=r ;§4 中倍消色差显微镜物镜设计中倍消色差显微镜物镜通常由两个分离的双胶合透镜组成,这类物镜也称之为李斯特Lister 物镜,它的倍率在⨯⨯10~6之间,数值孔径NA 为3.0~2.0;这种物镜的像差校正方式通常有两种;第一种是两个双胶合透镜各自单独校正球差、慧差和色差,这种校正方案的优点是：两个双胶合透镜组合在一起则为一个中倍物镜,移去—个双胶合透镜后可用作低倍显微物镜使用;按这种方案校正的物镜的像散和场曲无法校正;另一种校正方案是两个双胶合透镜的像差不是单独校正的;为了校正像散,两个双胶合透镜各有一定量的球差和慧差当然二者合起来还是校正球差和慧差的;利用这些球差、慧差以及两透镜的间隔来校正像散,很显然,这种结构可以消像散,成像质量较高,但对透镜间隔的变化比较敏感;中倍消色差显微镜物镜的设计也是建立在薄透镜系统的初级像差理论的基础上,利用初级像差公式求解初始结构;不过能够满足初级像差要求的解往往很多,这就要在可能的解中进行选择,找出高级像差较小的结构,计算实际像差,进行像差微量校正;由于整个系统是由两个分离的薄透镜组构成的,由此就产生了一个如何确定每个透镜组的光焦度和它们之间的间隔问题;在显微镜中为了保证物镜和目镜的可更换性,物镜和目镜必须采取分别校正像差的方式进行设计,即要求各种像差校正到零;由于显微物镜倍率较高,像距远大于物距,显微物镜的设计通常采用反向光路方式,即把像方的量当作物方的量来处理,如图16－19所示;李斯特物镜两个双胶合透镜光焦度分配的原则通常是使每个双胶合透镜产生的偏角相等或者使后组的偏角略大于前组;李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;图16－19 李斯特物镜设计一 设计方法在给定显微镜物镜的数值孔径、倍率、共轭距、线视场的条件下,物镜的设计步骤如下： 1 计算外部尺寸由于显微镜物镜的设计是反向光路,可以由数值孔径定出出射光线的孔径角NA u =/2,因此,物方孔径角1u 为：β/21u u =总偏角为：1/2221121u u h h u u u -=Φ⋅+Φ⋅=∆+∆=∆式中,111Φ⋅=∆h u 为第一块透镜所负担的偏角,222Φ⋅=∆h u 为第二块透镜所负担的偏角;这两个偏角需要设计者首先确定,一般可以1112222.12.1Φ⋅=∆=Φ⋅=∆h u h u ,这样,就可以计算出1u ∆和2u ∆;由1/11u u u -=∆,可以得到11/12u u u u +∆==由/l l ⋅=β反向光路和l l L -=/近似,得到物距l 和像距/l ,由此得到第一近轴光线在两个薄透镜上的入射高度：11u l h ⋅=,/2/2u l h ⋅=得到光焦度分配：111h u ∆=Φ,222h u ∆=Φ由图16－19,可以得到：11/1u u u ∆+=因此,可以得到两个透镜之间的间隔：/121u h h d -=给定的线视场,就是反向光路的像高/2y ,由此得到反向光路的物高：/21y y ⋅=β由此可以得到拉赫不变量：/2111y y u n J ⋅=⋅⋅=β由于入射光瞳在第一块透镜处,所以01=p l ,01=p h ;由图16－19得到12p p u u = 212p p p u d h h ⋅-=这样,得到物面全部的外部参数：1Φ、2Φ、1h 、2h 、1p h 、2p h 、1u 、2u 、J ; 2 确定像差校正方程由于要使中倍显徼镜物镜在校正了球差、彗差、像散,而且两块透镜的像差互补,则221121=⋅+⋅=⋅=∑P h P h P h S Ⅰ∑∑=⋅+⋅+⋅+⋅=⋅+⋅=21212211210W J W J P h P h W J P h S p p p Ⅱ2222221222222222122221112221112121221=Φ⋅+Φ⋅+⋅⋅+⋅=Φ⋅+Φ⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅+⋅=Φ⋅+⋅⋅+⋅=∑∑∑J J W h h J P h h J J W h h J W h h J P h h P h h J W hh J P hh S p p p p p p p p Ⅲ得到有关1P 、2P 、1W 、2W 的方程组;另外,两个双胶合透镜分别校正色差,则01=ⅠC ,02=ⅠC ;3 确定第二块透镜的结构以上三个方程式中共有四个未知数,因此存在无限多个解,另外,最后一个方程式中只包含2P 、2W ,与1P 、1W 、无关,因此在上述偏角分配和空气间隔确定的情况下,系统的消像散条件只与第二个透镜组的结构有关,要使系统能够校正像散,则必须使这一方程式有解;把2P 、2W 、2u 规化,32222)(Φ⋅=h P P ,22222)(Φ⋅=h W W ,2222Φ⋅=h u u 代入前面公式整理以后得：02212=+⋅+A W A P再由)2(222μ+⋅+=∞u W W ,)23()14(222222μ+⋅-+⋅+=∞∞u W u P P得到方程02212=+⋅+∞∞B W B P利用∞2P 、∞2W 之间的关系：。

光学设计第16章显微镜物镜设计在显微镜中，物镜是显微镜的一个重要组成部分，它决定了显微镜的分辨率和放大倍数。

物镜设计的优劣直接影响显微镜的成像效果。

本章将重点介绍显微镜物镜的设计原理和常见的设计方法。

1.物镜设计原理物镜是显微镜中用于放大样品的光学元件，主要由凸透镜和凹面镜组成。

通过透镜的折射和反射，物镜能够将样品的细节放大并投射到目镜上。

物镜的设计目标是实现高分辨率和高放大倍数。

分辨率决定了物镜能够显示的最小细节，而放大倍数则决定了物镜能够放大的程度。

为了实现高分辨率，物镜需要具有较小的焦距和较高的数值孔径。

而为了实现高放大倍数，物镜需要具有较长的焦距和适当的放大倍数。

2.物镜设计方法物镜设计的一般步骤如下：1)确定显微镜的要求：首先需要确定显微镜的分辨率和放大倍数要求，以及工作距离等参数。

2)选择初设参数：根据显微镜的要求和已知条件，选择合适的初设参数，例如放大倍数和镜片曲率半径。

3)初设设计：根据选择的初设参数，在设计软件中建立物镜的初设模型，并对其进行光学评估。

根据评估结果，对初设模型进行调整和优化。

4)优化设计：通过光机设计软件对初设模型进行优化，使得物镜的性能达到要求。

优化的方式可以是参数优化、智能优化或复合优化等。

5)光机制造：根据优化的设计结果，进行物镜的光机制造。

这包括选择合适的材料和成型方式，以及进行镀膜和组装等工艺过程。

6)测试验证：利用测量仪器对物镜的性能进行测试和验证。

这包括分辨率测试、光学畸变测试和像差测试等。

7)调整优化：根据测试结果，对物镜进行调整和优化，以达到设计要求。

3.物镜设计的注意事项在进行物镜设计时，需要注意以下几个方面：1)数值孔径的选择：数值孔径是物镜中一个重要的参数，它决定了物镜的分辨率和光通量。

因此，在物镜设计中需要根据实际需求选择合适的数值孔径。

2)焦距的选择：焦距决定了物镜的放大倍数和工作距离。

较长的焦距可以实现较高的放大倍数，但也会增加工作距离。

教案设计是教师教学过程中必不可少的一环，合适的教案设计能够有效提高教学效果，协助幼儿高效地学习科学知识。

今天我们来介绍一种幼儿园大班科学活动的教案设计：显微镜教案设计。

一、教学目标1.了解显微镜的基本构造和作用；2.探索显微镜的使用方法和注意事项；3.训练幼儿的观察力和判断力；4.培养科学探究精神。

二、教学步骤1.带领幼儿探索显微镜：老师首先向幼儿简单介绍显微镜的基本构造和作用并演示显微镜的使用方法。

幼儿们可以逐渐了解显微镜的不同部分、功能和作用。

2.制作显微镜样本：老师准备一些自然样本，比如叶子、昆虫、水中一些微小的生物等，这些样本不仅可以激发幼儿的探索欲，同时可以培养幼儿的科学兴趣。

将样本放在显微镜下进行观察，让幼儿发现隐藏在微小部分中的神奇之处。

3.向幼儿介绍显微镜的实际应用：带领幼儿了解显微镜在生活中的应用，比如化学实验、医疗检测和钢铁生产等领域。

同时也可以引导幼儿尝试自己发挥显微镜的作用，比如通过观察不同部分的物品来辨认真伪。

4.结合互动测验培养幼儿的思维能力：对于不同的观察结果，老师可以通过互动测验的方式引导幼儿做出判断和解释。

这种互动形式不仅可以帮助幼儿提高思维能力，同时也能够激发幼儿的思维和探究兴趣。

三、教学重点1.显微镜的构造和作用；2.显微镜的使用方法和注意事项；3.实际应用和自主探究的机会。

四、教学难点1.帮助幼儿理解显微镜的原理和构造的一些细节；2.帮助幼儿正确使用显微镜，尤其是在放置、调整和取下样本等方面。

五、教学评估1.对于幼儿在学习过程中的交互互动进行观察和记录；2.测验中对幼儿的思维能力、观察能力和判断能力等方面进行测试和评分。

六、教学后记此次幼儿园大班科学活动教案设计协助幼儿了解了显微镜的基本构造和作用，并通过实际操作和互动测验等方式帮助幼儿加深了解，同时也可以为幼儿探究不同生态系统中的细小世界提供基础工具和知识支撑。

在未来的幼儿园教学中，我们应该重视幼儿对科学活动的参与和探究，侧重培养幼儿的科学意识和能力，在此基础上引导幼儿认识和理解更加广阔的世界。

显微镜教学设计(合集5篇）（经典版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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1. 知识目标- 认识显微镜的基本结构，包括目镜、物镜、载物台、调焦螺旋等。

- 了解显微镜的使用原理和操作方法。

- 掌握观察不同样本的基本技巧。

2. 能力目标- 能够独立、规范地使用显微镜进行观察。

- 培养学生的动手操作能力和观察能力。

- 培养学生分析问题和解决问题的能力。

3. 情感目标- 激发学生对生物科学的兴趣，培养探索精神和求知欲。

- 培养学生严谨的科学态度和良好的学习习惯。

二、教学重点1. 显微镜的基本结构和使用方法。

2. 观察不同样本的技巧。

三、教学难点1. 规范使用显微镜，确保观察到清晰的物像。

2. 在观察过程中，如何正确分析样本的特点。

四、教学方法1. 自学引导法：通过阅读教材和参考资料，让学生初步了解显微镜的基本知识。

2. 演示法：教师通过现场演示显微镜的使用方法，让学生直观地学习操作技巧。

3. 合作交流法：分组进行实验操作，互相讨论、交流，共同解决问题。

4. 实验探究法：通过实验探究，让学生亲身体验显微镜的使用过程，加深对知识的理解。

1. 导入- 通过展示显微镜图片或实物，引起学生对显微镜的兴趣。

- 简要介绍显微镜的发展史和重要性。

2. 基本知识讲解- 讲解显微镜的基本结构，包括目镜、物镜、载物台、调焦螺旋等。

- 介绍显微镜的使用原理和操作方法。

3. 示范操作- 教师现场演示显微镜的使用方法，包括放置样本、调整焦距、观察物像等。

- 强调操作规范，确保观察到清晰的物像。

4. 分组实验- 将学生分成小组，每组分配一台显微镜和相应的样本。

- 学生按照教师的要求，进行显微镜的操作和观察。

- 小组成员互相讨论、交流，共同解决问题。

5. 实验报告- 每组完成实验后，填写实验报告，总结实验结果和心得体会。

6. 总结与反思- 教师总结本次课的重点内容，强调显微镜的使用技巧和注意事项。

- 学生分享实验心得，反思自己在实验中的不足之处。

六、教具准备1. 显微镜16台（每台装有两个物镜备用两个目镜）2. 四种标本（写有上“字”的永久装片、写有数字的不透纸片、动植物玻片标本、提前做好的洋葱临时装片）3. 擦镜纸、纱布4. 教学课件、教材、参考资料七、课后作业1. 阅读教材相关内容，巩固显微镜的基本知识。

显微镜的设计过程一个完整的显微镜系统设计是十分复杂的，涉及到光学设计、机械设计、电路设计等多方面知识；现代显微镜大多数与计算机技术和自动控制技术相结合，是光机电算相结合的高科技产品。

我在这里只想以我自己这几年的显微镜设计实践为基础，做一些简单的知识总结，希望各位高手多多指教。

首先，要根据显微镜的使用要求来进行显微镜选型设计。

显微镜已经有几百年的发展历史，它的形式也多种多样，根据不同的使用要求显微镜的各种参数有非常大的差异。

例如生物显微镜、金相显微镜、体式显微镜、测量显微镜、工具显微镜等等。

以最简单的普通生物显微镜为例，它也分很多种分类，按结构形式分有正置、倒置之分，按照明形式分亮视场照明和暗视场照明，按光源分荧光显微镜、激光显微镜，按共轭距分195mm和无穷远等等。

第二步，选好形式之后，初步选择它的外形尺寸和放大倍率、分辨率等主要参数。

这一步在一般大学里的工程光学或者应用光学课程中都可以学到。

按照国标，物镜放大率首选1.6x、2.5x、4x、6.3x、10x、16x、40x、63x、100x等倍率。

根据消色差程度的不同分为消色差物镜、平场消色差物镜、平场半复消色差物镜和平场复消色差物镜等4种。

当然消色差效果越好，结构越复杂，成本越高。

所以要根据使用情况尽量选择可以满足使用要求的成本又较低的。

显微目镜想对物镜的结构要简单很多，主要分为惠更斯目镜、平场目镜、广视场目镜、超广视场目镜等多种形式。

外形尺寸主要涉及物镜及目镜的轴向尺寸和横向尺寸，轴向尺寸包括焦距、共轭距、机械筒长、光学筒长、工作距离、目镜出瞳距、孔径光阑和视场光阑的位置等等，横向尺寸包括通光孔径、光阑直径、孔径角、数值孔径等等。

除了目镜和物镜以外还有其它的一些附属光学元件也要考虑到，比如场镜、分划板、滤光片、转向棱镜、偏振片等等。

这些初始结构的选择看似简单，但对后续详细设计来讲非常重要，如果初始结构计算不正确，那么将有可能使后续设计无法开展，或者设计到后来才发现前面初始结构计算不正确，导致前功尽弃。

《显微镜的使用》教学设计
1【教学目标】：
1．认识显微镜的构造和作用。

2．学会使用显微镜并初步观察。

3．养成认真规范操作的习惯,爱护显微镜。

初步形成实事求是的科学态度。

2【重点难点】
1．显微镜的规范操作方法；
2．掌握显微镜的使用技巧。

3课前准备
教师：准备显微镜，并逐个检查（准备两个不同倍数的目镜）；永久装片，擦镜纸。

4教学过程
教学内容教师活动学生活动
设计意
图
新课导入(2分钟)
上课！同学们好！请坐！大家好，我是你们的实习老
师，我姓蔡，大家可以叫我蔡老师。

这节课由我和大家
共同学习。

这是一堂实验课。

大家是初一新生，这是第一次进实验
室吗？可以看出来大家都很开心，有的同学还有些迫不
及待了，这很好，体现出了你们对未知事物的好奇心和
对科学研究的探究精神。

能和大家一起上第一堂实验课，
老师也很高兴。

那么既然是第一堂课，我们就需要学习
实验室的纪律，让我们从第一堂课就养成良好的实验习
惯。

试验中我们要求认人动手，但是要注意以下事项：
静（不能影响他人，保持安静既是尊重他人也是给自
己创造良好的学习环境，在实验过程中不可以大声喧哗，
有什么问题可以举手示意，让老师来帮你们解答）
轻（动作要轻，要爱护仪器，做到轻拿轻放，动手之
前先看清楚想明白，有疑问的地方可以问老师，切记不
可以在没有弄清楚之前就动手）
净（保持显微镜和实验室的整洁，任何实验垃圾都必
学生回答。

大班实验显微镜课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解显微镜的基本结构及其工作原理。

2. 学生能够掌握显微镜的使用方法和操作步骤。

3. 学生能够识别显微镜下的细胞结构，如细胞壁、细胞膜、细胞核等。

技能目标：1. 学生能够熟练操作显微镜，包括调节焦距、切换物镜等。

2. 学生能够运用显微镜观察不同物质，进行简单的细胞观察和比较。

3. 学生能够通过显微镜观察活动，培养观察、分析和解决问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对微观世界的探究兴趣，增强科学求知欲。

2. 学生能够树立正确的实验态度，遵循实验操作规范，养成合作共享的好习惯。

3. 学生能够认识到显微镜在科学研究中的重要地位，激发对生物学科的热情。

课程性质：本课程为实验课，注重培养学生的实践操作能力和观察分析能力。

学生特点：大班学生具备一定的认知能力和动手能力，对新鲜事物充满好奇，喜欢探索。

教学要求：结合显微镜的使用，引导学生主动参与实验，关注学生个体差异，鼓励合作交流，提高学生的实践能力。

通过具体的学习成果分解，使学生在掌握知识技能的同时，培养良好的情感态度价值观。

二、教学内容1. 显微镜的结构与原理：介绍显微镜的基本结构，包括物镜、目镜、载物台、调焦装置等，讲解其工作原理及光学特点。

2. 显微镜的使用方法：详细讲解显微镜的操作步骤，包括取镜与安放、对光、放置玻片、观察、调焦、收镜等。

3. 显微镜观察细胞：结合课本章节，引导学生观察不同细胞结构，如植物细胞、动物细胞等，了解细胞的基本组成。

4. 显微镜实验操作：组织学生进行实验，观察显微镜下的细胞结构，通过比较、分析，加深对细胞结构的认识。

教学安排与进度：第一课时：显微镜结构与原理，学习显微镜的基本结构及其工作原理。

第二课时：显微镜使用方法，分组练习显微镜的操作步骤，掌握使用方法。

第三课时：显微镜观察细胞，观察植物细胞和动物细胞，了解细胞结构。

第四课时：显微镜实验操作，进行实验活动，巩固显微镜使用技巧，培养观察分析能力。

一、实验背景显微镜是一种重要的光学仪器，广泛应用于生物学、医学、材料科学等领域。

在生物学教学中，显微镜实验是帮助学生观察微观世界、理解生物学原理的重要手段。

本实验设计方案旨在通过显微镜实验，让学生掌握显微镜的使用方法，观察细胞结构，了解细胞分裂过程，培养学生的观察力、实验操作能力和科学思维。

二、实验目的1. 熟悉显微镜的结构和功能，掌握显微镜的使用方法。

2. 观察植物细胞和动物细胞的结构，了解细胞的基本结构。

3. 观察细胞分裂过程，了解细胞分裂的基本原理。

4. 培养学生的观察力、实验操作能力和科学思维。

三、实验原理显微镜利用光学原理放大物体，使观察者能够看到肉眼无法看到的微小物体。

通过观察细胞结构，可以了解细胞的基本形态和功能。

四、实验材料与仪器1. 实验材料：洋葱鳞片叶、口腔上皮细胞、洋葱根尖等。

2. 实验仪器：显微镜、载玻片、盖玻片、滴管、镊子、酒精灯、显微镜台、显微镜支架、切片刀等。

五、实验步骤1. 显微镜的使用方法（1）将显微镜放置在实验台上，调整光源。

（2）将载玻片放置在显微镜台上，用镊子夹住盖玻片，将盖玻片轻轻放置在载玻片上。

（3）用显微镜观察载玻片上的物体，调整焦距，使物体清晰可见。

2. 观察植物细胞结构（1）将洋葱鳞片叶切片，用酒精灯消毒。

（2）将切片放置在载玻片上，用滴管滴加适量的水。

（3）用盖玻片覆盖切片，用镊子轻轻压平。

（4）将载玻片放置在显微镜下，观察植物细胞结构。

3. 观察动物细胞结构（1）用口腔上皮细胞制作载玻片。

（2）将载玻片放置在显微镜下，观察动物细胞结构。

4. 观察细胞分裂过程（1）将洋葱根尖切片，用酒精灯消毒。

（2）将切片放置在载玻片上，用滴管滴加适量的水。

（3）将盖玻片覆盖切片，用镊子轻轻压平。

（4）将载玻片放置在显微镜下，观察细胞分裂过程。

六、实验结果与分析1. 观察到植物细胞和动物细胞的基本结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体等。

2. 观察到细胞分裂过程中，染色体复制、着丝点分裂、染色体分离等现象。

光学关于显微镜课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握光学显微镜的基本原理、结构和使用方法，培养学生观察、实验和分析问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：了解显微镜的发展历史、基本构造（如目镜、物镜、台、焦距等）和光学原理，掌握显微镜的使用步骤和注意事项。

2.技能目标：学会正确操作显微镜，进行样本观察和图像分析，能够描述和解释所观察到的现象。

3.情感态度价值观目标：培养学生对科学的兴趣和好奇心，增强学生对生命科学的理解和尊重，提高学生探究未知、解决问题的积极态度。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.显微镜的基本原理：介绍显微镜的工作原理，如光学放大、分辨率等。

2.显微镜的构造和使用：讲解显微镜各部件的作用和功能，以及正确的使用和维护方法。

3.显微镜观察技巧：教授如何选择合适的样本，进行观察和图像分析，提高观察效果。

4.显微镜实验：安排几个与光学显微镜相关的实验，如细胞观察、切片等，让学生动手操作，巩固理论知识。

三、教学方法为了提高教学效果，我们将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：讲解显微镜的基本原理、构造和使用方法，使学生掌握相关理论知识。

2.实验法：安排显微镜实验，让学生亲自动手操作，增强实践能力。

3.讨论法：学生进行小组讨论，分享观察到的现象和心得，培养学生的沟通能力和团队协作精神。

4.案例分析法：通过分析具体的案例，使学生学会将理论知识应用于实际问题。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光学显微镜教材，为学生提供系统的理论知识。

2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。

3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣。

4.实验设备：准备充足的显微镜和相关实验设备，确保每个学生都能动手操作。

5.在线资源：利用网络资源，为学生提供更多的学习资料和实践机会。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，我们将采取以下评估方式：1.平时表现：关注学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的积极性等，给予相应的表现评价。

显微镜的设计及其放大倍率的测量显微镜是一种用于放大微小物体的光学仪器。

它通过透镜或者反射式镜头聚焦光线，并将物体的放大像投射到眼睛或者摄像机上，使得我们能够观察到细小的结构和细节。

物镜系统是显微镜的核心组成部分之一、一般情况下，显微镜通过物镜放大物体的像，物镜通常由多个透镜组成。

每个透镜都有不同的焦距，这使得显微镜能够获得不同倍率的放大。

常见的物镜倍率有4x、10x、40x和100x等。

目镜系统是显微镜的另一个重要组成部分。

目镜通常由一个或多个透镜构成，用于进一步放大物镜所形成的像。

常见的目镜倍率有5x、10x和15x等。

照明系统是显微镜的光源系统，它通过提供足够的光线来照亮样品。

照明系统一般由一个或多个灯泡和相应的镜片组成。

在显微镜中，通常使用透射照明和反射照明两种方式。

支架系统是显微镜的机械结构，包括底座、臂架、焦距调节装置等。

支架系统的设计应该能够提供稳定的支撑和良好的操作性能，以确保显微镜的稳定性和可靠性。

在测量显微镜的放大倍率时，可以通过几种方法来实现。

下面是三种常见的放大倍率测量方法：1.物镜倍率法：该方法通过直接读取物镜上的刻度，并与观察到的物体进行比较来测量放大倍率。

物镜上通常标有相应的倍率标志，例如4x、10x、40x等。

当观察物体时，可以比较物镜上的刻度和目测到的物体尺寸，从而确定放大倍率。

2.目镜倍率法：该方法通过读取目镜上的刻度并与观察到的物体进行比较来测量放大倍率。

目镜上也通常标有相应的倍率标志，例如5x、10x、15x等。

观察到的物体尺寸除以目镜上的刻度，即可得到放大倍率。

3.物镜和目镜倍率的乘积法：该方法是最常用的测量放大倍率的方法。

物镜和目镜的倍率相乘，即可得到总的放大倍率。

例如，如果物镜的倍率是40x，目镜的倍率是10x，那么总的放大倍率就是40x*10x=400x。

除了以上的方法，还可以使用图像分析软件或显微镜附件等工具来测量显微镜的放大倍率。

这些工具通常基于图像处理算法，通过对图像进行分析和测量，以确定放大倍率。

光学设计显微镜物镜设计光学设计是一门研究光的传输和控制的学科，它具有广泛的应用领域，其中之一就是显微镜物镜设计。

显微镜物镜是显微镜的核心部件，用来放大被观察样品的细节，因此它的设计和性能对于显微镜的成像质量、分辨率和放大倍数具有重要影响。

在显微镜物镜的设计过程中，首先需要确定物镜的放大倍数和目标分辨率。

放大倍数决定了显微镜观察的细节程度，而目标分辨率指的是物镜能够分辨的最小细节大小。

接下来，设计师需要选择适当的物镜类型和结构。

常见的物镜类型包括简单透镜物镜和复合物镜。

简单透镜物镜由一个或多个透镜组成，通常具有较低的成本和较简单的结构。

复合物镜则是由多个透镜组成，通过调整透镜的参数和位置，可以提高物镜的性能和成像质量。

在物镜的设计中，焦距是一个重要的参数，它决定了物镜的放大倍数。

设计师可以通过调整透镜的曲率和位置，来控制焦距的大小。

另外，物镜的孔径也是一个重要的参数。

孔径指的是物镜的光圈直径，它决定了物镜的分辨率和光通量。

通过增大物镜的孔径，可以提高其分辨率和透光能力，但也会增加成本和制造难度。

除了焦距和孔径，设计师还需要考虑其他一些参数，如色差、球差和像差。

色差是指物镜在不同波长下成像位置不一致的现象，可以通过使用具有不同折射率的玻璃片组成复合透镜来纠正。

球差是指球面像差，它会导致像场的非均匀性，可以通过调整透镜的曲率来纠正。

像差是指成像时产生的其他畸变，如畸变、像差等，可以通过优化透镜的形状和位置来纠正。

在物镜设计的过程中，设计师通常会使用光学设计软件来模拟并优化物镜的性能和成像质量。

通过对不同参数的调整和优化，设计师可以获得最佳的物镜设计方案。

总之，显微镜物镜设计是一项复杂而重要的任务。

通过合理选择物镜类型、调整透镜参数和优化设计方案，可以实现显微镜成像质量的提高和分辨率的增加。

这将有助于科学研究和实验分析，为人们提供更准确、更清晰的显微观察结果。

显微镜的使用教学设计小学显微镜在小学科学教学中起着非常重要的作用，可以帮助学生观察微小的物体，扩大视野，加深对事物结构的理解。

以下给出一个显微镜使用教学设计的例子：一、教学目标：1. 了解显微镜的基本原理和结构；2. 掌握显微镜的正确使用方法；3. 能够使用显微镜观察并描述所观察物体的特征。

二、教学准备：显微镜、显微镜玻片、盖玻片、容器、显微镜标本等。

三、教学过程：1. 导入：与学生分享观察过的有趣的显微镜图像，鼓励学生交流自己的观察体会，并提出对显微镜的疑问。

2. 概念讲解：介绍显微镜的基本原理和结构。

简单解释放大镜头和物镜的功能、调焦的方法以及目镜的作用等。

3. 实践操作：让学生分成小组，每组两人。

发放显微镜、显微镜玻片和盖玻片，让学生仔细观察和操作显微镜。

a. 检查显微镜：学生首先检查显微镜的镜筒、架子和底座是否完好，是否有明显污染。

b. 调节照明：学生按照老师的示范，正确使用显微镜的照明功能，调节适合观察的光源亮度和角度。

c. 放置样本：学生利用显微镜玻片和盖玻片，将想要观察的样本放在显微镜玻片上，并用盖玻片盖好。

d. 调节放大倍数：学生观察镜筒上的倍数标识，依次调整放大镜和物镜的倍数，以获得清晰的视野。

e. 调焦观察：学生利用显微镜焦调节装置，边转动来调焦，使图像清晰可见。

观察样本的细节并尽可能描述出来。

f. 记录观察结果：学生可用铅笔在显微镜玻片上标记所观察到的特征，如颜色、形状、纹理等。

4. 教师指导：老师巡视各个小组，检查学生的观察和操作是否正确，给予必要的指导和帮助。

5. 结果分享：邀请学生向全班分享观察到的结果，讨论相似之处和不同之处，并帮助学生总结归纳所观察到的规律或现象。

6. 总结归纳：教师和学生共同总结显微镜的使用要点，并回答学生在实践过程中遇到的问题。

四、教学延伸：1. 鼓励学生自行探索显微镜观察不同材料的方法和技巧，并撰写观察报告。

2. 利用显微镜对常见的生物和非生物物质进行观察和比较，引发学生对生物多样性和物质结构的兴趣。

显微镜的设计及其放大倍率的测量显微镜是一种广泛应用于生物学、医学、物理学、化学等领域的重要仪器。

它通过对样本进行放大观察，能够在微观层面提供很多有价值的信息。

显微镜的设计和放大倍率的测量对于理解它的工作原理和性能至关重要。

本文将详细介绍显微镜的设计以及放大倍率的测量方法。

一、显微镜的设计1.光学组件：显微镜的光学组件包括目镜、物镜和镜筒。

目镜是位于望远镜前端的镜片，它通过对物体进行放大观察。

物镜是位于望远镜后端的镜片，它负责在目镜放大倍率的基础上再次进行放大。

镜筒是连接目镜和物镜的管状结构，使其在合适的位置和角度运作。

2.照明系统：显微镜的照明系统包括光源、准直器和滤光片等。

光源可以是白炽灯、荧光灯或LED灯等，它提供充足的光线。

准直器负责将光源发出的光线聚焦到样本上，从而提供明亮的光照。

滤光片用于调节光线的颜色和强度，以适应不同的观察需求。

3.机械部件：显微镜的机械部件包括鼠标轮、焦距调节装置和样品台等。

鼠标轮用于调节目镜和物镜的距离，以获得不同的放大倍率。

焦距调节装置用于调节目镜和物镜的焦点位置，以便观察不同深度的样本。

样品台是放置样品的平台，可以通过上下和左右移动来对样品进行定位。

显微镜的放大倍率是指通过显微镜观察到的图像相对于实际物体的放大比例。

放大倍率通常由目镜和物镜的焦距决定，可以分为目镜放大倍率和物镜放大倍率两部分。

1.目镜放大倍率的测量：目镜放大倍率是指目镜在不同放大倍率下能够观察到的图像大小与肉眼观察时实际物体大小的比例。

测量目镜放大倍率的方法有两种。

-直接测量法：将显微镜的目镜取下，用标尺测量目镜的实际焦距F和物镜的参考距离D，然后通过公式放大倍率=D/F计算出目镜的放大倍率。

-线偏移法：使用一根标尺或者光栅尺等透明的刻度，放在物镜前方的目镜焦点处。

通过移动刻度，使其在目镜中水平偏移若干个刻度，然后根据偏移的刻度数与目镜的放大倍率之间的关系计算出目镜的放大倍率。

2.物镜放大倍率的测量：物镜放大倍率是指物镜在不同放大倍率下能够观察到的图像大小与实际物体大小的比例。

大班显微镜课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解显微镜的基本结构，掌握显微镜的使用方法。

2. 学生能够描述显微镜下观察到的细胞结构，如细胞壁、细胞膜、细胞质等。

3. 学生能够了解生物学研究中的观察方法，认识到显微镜在科学研究中的重要性。

技能目标：1. 学生能够独立操作显微镜，熟练进行观察和调焦。

2. 学生能够运用显微镜观察不同的生物细胞，并能进行简单的细胞结构分析。

3. 学生能够通过观察和描述，培养观察力和逻辑思维能力。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对生物学科的兴趣，激发探索生命奥秘的热情。

2. 学生养成合作学习的习惯，尊重团队成员，学会倾听和分享。

3. 学生通过显微镜观察，认识到生物世界的多样性，增强对自然界的敬畏之心。

课程性质：本课程为生物学启蒙课程，通过显微镜观察，使学生了解生物学基础知识。

学生特点：大班学生具备一定的认知能力和动手能力，对新鲜事物充满好奇。

教学要求：教师需引导学生掌握显微镜的使用方法，关注学生的观察过程，培养学生的观察力和逻辑思维。

同时，注重培养学生的合作意识和情感态度，使学生在学习过程中形成正确的价值观。

通过分解课程目标为具体学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容本课程依据课程目标，结合教材内容，安排以下教学大纲：1. 显微镜的基本结构及其功能- 显微镜的组成部分：镜筒、物镜、目镜、载物台、调焦装置等- 各个部件的作用和操作方法2. 显微镜的使用方法- 如何正确安装显微镜- 如何调整光源和焦距- 如何放置玻片和观察样本3. 观察生物细胞- 植物细胞的结构：细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核等- 动物细胞的结构：细胞膜、细胞质、细胞核等- 细胞结构的异同点分析4. 显微镜在科学研究中的应用- 介绍显微镜在生物学科研究中的重要作用- 引导学生思考显微镜在生活中的应用教学内容安排和进度：第一课时：介绍显微镜的基本结构及其功能第二课时：学习显微镜的使用方法第三课时：观察植物细胞和动物细胞，分析细胞结构第四课时：探讨显微镜在科学研究中的应用教学内容与教材关联性：本教学内容依据教材中关于显微镜的使用和生物细胞观察的相关章节制定，确保科学性和系统性。

光学课程设计报告姓名：***学号：********学院：仪器科学光电信息工程学院班级：光信2班指导老师：***设计任务要求设计题目：显微镜设计要求：目镜: 放大率19倍物镜：放大率6倍共轭距150mm中间像直径大于6mm课程要求熟悉ZEMAX的基本操作完成《ZEMAX练习内容.docx》内容按照给定参数，设计显微目镜、物镜，并组合。

完成课程设计报告物镜一、物镜系统选择按照参数，从《光学仪器设计手册-显微物镜.doc》中选取编号4-03号物镜。

该结构有如下特征：1、放大率为-5，接近目标值-6。

2、采用对称结构，可以有效降低加工难度和成本。

物镜镜头如图：将该物镜的镜头数据输入到新建LDE表格中。

根据条件，系统物面空间NA设为0.26，便于目镜的选择制作。

视场数据选用如图所示：先把各个面曲率半径设为可变，确定默认优化函数PMAG为6倍后开始优化。

物镜镜头共轭距改为150mm，要进行镜头缩放。

1、优化结果分析镜头结构：物镜数据优化表格：该物镜镜头同时替换了玻璃，进行了锤形优化使镜头SPT图显示更好。

SPT图：通过数据可以看出，优化结果还可以。

我们还可以从多个图分析该镜头的优化程度，接下来呈现多个优化结果。

MTF图：系统信息图：通过该系统信息图可知Image Space NA 是0.04483145，这就是所需匹配目镜的物间空间NA，目镜一、目镜系统选择1、目镜要求：放大率 19物空间NA 0.04483145目镜焦距 13.158mm根据目镜目标参数，选择镜头型号规格如图所示：输入到ZEMAX表格中。

2、优化过程注意PARAXIAL的最后要设为23mm，眼睛镜头到像面（视网膜面）的最适距离。

各曲率半径设为变量，玻璃镜头设为替换(进行自动优化和锤形优化）。

默认目标函数改为EFFL（13.158）。

优化过程中镜头要反转，反复的调节back foal length，使它接近目镜的EFFL.二、目镜优化分析优化后的目镜结构：SPT图：MTF图：组合一、组合状态合并后数据如下：光路结构图如下：调节物像高度使中间像高直径大于6mm二、像质评价组合镜头SPT图：对SPT图数据分析：73*近轴放大率（12.7）/{（30.68/2）^2+[(21.468+19.932+19.239)/3]^2}大约等于37。

设计组装显微镜显微镜是一种极为重要的科学仪器，广泛应用于各个领域，例如生物、化学、材料科学等。

然而，显微镜并不是一个简单的机械设备，它需要经过精密设计和组装才能发挥出最佳效果。

一、显微镜的基本结构显微镜通常由以下部分组成：①光源：通常为白炽灯或LED灯，供应强度均匀、稳定的光源。

②镜头系统：包括物镜（用于放大被观察物体）和目镜（用于观察物体放大后的图像）。

③调焦机构：用于调整物镜和目镜的距离，以控制放大倍数。

④平台：用于放置被观察物体，并可进行移动和旋转以便观察不同角度和位置的物体。

⑤其他：显微镜通常还包括一个光阑、一些调光和对焦的工具以及其他可选附件。

二、设计与组装设计和组装显微镜需要考虑许多因素，包括光学设计和机械设计。

以下是具体的步骤：①确定性能需求：首先需要确定显微镜的使用频率、放大倍率、镜头组合、能否进行照相和录像等。

②选择光源：光源是显微镜的重要组成部分，因此需要选择适合的光源，如LED或白炽灯，并保证其供应均匀、稳定的光强度。

③选择物镜和目镜：物镜和目镜是显微镜的核心组成部分，需要根据需要选择适当的放大倍率和工作距离。

④确定调焦机构：调焦机构通常包括粗调和细调。

粗调通常使用齿轮和支架，可以快速移动和定位物镜和目镜的位置；而细调则需要更精细的机构，可以控制物镜和目镜的微小位移以达到更精细的对焦效果。

⑥进行光学调试：光学调试是显微镜设计中最关键的部分。

其目的是确保光学元件（物镜、目镜和镜片）能够完全对准，以获得最佳的像质。

一些关键设置包括物镜与样本的距离、目镜与眼睛的距离、光圈大小和精细调焦机构的精度等。

⑦进行性能测试：对于组装好的显微镜，需要进行性能测试来确保其能够正常工作，并符合性能需求。

⑧进行维护和保养：对于显微镜，定期进行维护和保养非常重要，以保证其长期稳定工作。

常见的工作包括除尘并保持清洁、保持机械部件的正常运作、更换镜片和滑轨并定期进行润滑等。

三、结论设计和组装显微镜是一项复杂的任务，需要深入了解光学和机械设计知识，并进行细致精密的工作。

设计显微镜实验报告引言显微镜是一种观察微小事物的科学仪器，通过放大镜头和透镜的组合，使人们能够观察到肉眼无法看清的微观结构。

本次实验的目的是设计一种简易的显微镜，通过构建和调整实验装置，观察各种物质的微观特征，探索物质的奥秘。

实验材料和方法材料：- 一根玻璃棒- 一个细芯笔- 一张玻璃片- 一块皮肤样本- 一点墨水样本方法：1. 进行显微镜装置的构建：a. 将玻璃棒的一端用火烧熔，使其成为一个凸透镜。

b. 将细芯笔的一个末端切成45度的角度。

c. 用胶水将透镜固定在玻璃片上，并将细芯笔粘贴在同一侧。

2. 进行样本观察：a. 准备好皮肤样本和墨水样本，并将其放置在显微镜下。

b. 调整透镜和焦距的位置，使观察到的图像清晰可见。

c. 观察并记录有趣的观察结果。

实验结果经过实验，我们成功构建了一台简易显微镜，并观察到了一些有趣的现象。

皮肤样本的观察结果通过显微镜的观察，我们发现皮肤样本中有很多微小的毛孔。

这些毛孔是皮肤层中的导管，用于排出体内的污垢和油脂。

我们还观察到了一些微细的血管，它们通过皮肤传递氧气和养分，保持皮肤的健康。

墨水样本的观察结果在观察墨水样本时，我们发现墨水颗粒的形状非常规则而均匀。

墨水颗粒的大小也相当一致，这解释了为什么墨水在写字时能够均匀地涂抹在纸上。

此外，通过观察可以看到墨水颗粒在水中呈现出棕色，这是因为墨水颗粒在水中散射和吸收了光线。

分析和讨论本次实验中设计的简易显微镜虽然功能简单，但能够清晰地观察到细小的物质结构。

通过实验结果的分析和讨论，我们可以得出以下结论：1. 皮肤样本中的毛孔和血管是皮肤健康的重要标志，而显微镜可以帮助我们更好地观察和了解皮肤结构。

2. 墨水样本中的颗粒形状均匀且大小相近，这解释了墨水在书写时的均匀涂抹性能。

3. 墨水颗粒在水中的棕色是由于光的散射和吸收作用。

然而，我们的实验装置只能提供有限的放大倍率，并且只能观察到表面或浅层的微观结构。

如果想要更深入地观察更细小的物质结构，我们需要使用更高级的显微镜。