1、學院編號： 大學生課外科技實踐創(chuàng)新活動基金項目申請書（自然科學類）課題名稱：基于ZEMAX的顯微物鏡設計申 請 人孫冬指導教師張科所 在 系電子工程學院光電信息科學與工程系起止年月：2016年4月-2017年3月填報日期：2016年4月21日淮南師范學院科研處二一三年制填 報 說 明一、編寫申請書之前請認真閱讀本填表說明。申請書所列內容必須實事求是，逐項認真填寫，表達要明確嚴謹。對于填寫內容含糊不清、不合要求、手續(xù)不全的申請書不予受理。二、課題申請書作為課題執(zhí)行過程中檢查、驗收等管理活動的重要依據(jù)文件，由課題負責人填寫。三、學院編號不要填寫，由科研處統(tǒng)一編排。四、3-4頁不得出現(xiàn)申請人的任何背

2、景資料，否則作廢。3-4頁與前面的表格分開裝訂。五、申請書中有關欄目不敷填寫時可另附頁說明。申請人承諾我保證如實填寫本表格各項內容。如果獲得立項，承諾以本表為有約束力的協(xié)議，遵守我院大學生科技實踐創(chuàng)新活動基金管理辦法，認真開展研究工作，取得預期成果。如果成果發(fā)表或發(fā)布，我將注明是淮南師范學院學生科技創(chuàng)新基金支持項目。申請人（簽字）： 年 月 日申請人姓名孫冬性別女民族漢出生日期1998.0911政治面貌團員所 在 系電子工程學院專 業(yè)光電信息科學與工程專業(yè)學 號1406020219學校住址淮南市田家庵區(qū)泉山校區(qū)E-mail聯(lián)系電話主 要 參 加 者姓 名性別出生年月所在系專 業(yè)項目分工簽名孫冬

3、女1998.09.11電子工程學院光電信息科學與工程專業(yè)實驗操作王琪女電子工程學院光電信息科學與工程專業(yè)實驗操作桂杰玉女電子工程學院光電信息科學與工程專業(yè)理論分析指導教師姓名性 別學 位職 稱單 位研究專長聯(lián)系電話張科男碩士助理實驗師電工學院激光指導教師意見： 簽名：年 月 日 項目負責人所在單位審核意見申請書所填寫的內容是否屬實；本系能否提供完成本項目所需的時間和條件；本系是否同意本項目的管理任務和信譽保證。單位公章：單位負責人簽名：年 月 日以上內容和下面內容分開裝訂。以下申報頁不得出現(xiàn)申請人的背景材料，否則作廢，學院編號 課題名稱基于ZEMAX的顯微物鏡設計起止時間2015年4月-201

4、6年3月預期成果8000字左右學術論文項目研究內容摘要（不超過400字） 顯微鏡以其分辨率極高（原子級分辨率）、實時、實空間、原位成像等特點，被廣泛用于電子工業(yè)、半導體工業(yè)、IT產業(yè)、醫(yī)療、科研等領域。物鏡是顯微鏡最重要的光學部件，利用光線使被檢物體第一次成像，因而直接影響成像的質量和各項光學技術參數(shù)，對顯微鏡系統(tǒng)的成像能力起到決定性作用，是衡量一臺顯微鏡質量的首要標準?，F(xiàn)代顯微物鏡仍存在很大的局限性,其視場小、數(shù)值孔徑和視場中心的分辨率與理論值之間還有一定的差距，因此繼續(xù)增大顯微物鏡視場與提高視場邊緣成象質量是十分必要的。ZEMAX 是一套是將實際光學系統(tǒng)的設計概念，優(yōu)化，分析，公差以及報表

5、集成在一起的光學設計仿真軟件，能夠在光學系統(tǒng)設計中實現(xiàn)建模、模擬、分析和其他的輔助功能。本研究工作主要采用ZEMAX軟件，將已有的顯微物鏡結構型式作為初始結構進行像差校正，利用縮放法設計平場顯微物鏡，并充分利用ZEMAX的光學系統(tǒng)像差分析功能，對原有物鏡系統(tǒng)進行全面的像差分析、優(yōu)化，觀察各參數(shù)變動對系統(tǒng)結構變化和像差、點列圖、光學傳遞函數(shù)變化的影響；然后綜合分析各個影響較大的參數(shù)，選其作為優(yōu)化變量，再由ZMAX進行自動優(yōu)化，進而完成對顯微物鏡設計工作。關鍵詞（3-5個）顯微物鏡 ZEMAX 光學設計 縮放法 像差校正課題設計論證（可附頁）1.同類課題國內外研究狀況；2.本課題研究的意義（理論意

6、義和實踐意義）；3.本課題擬研究的主要內容、重點和難點；4.本課題的研究方法；5.預期的成果；6.相關參考文獻。1、國內外研究狀況顯微技術在各個領域發(fā)揮了重要的作用， 至今顯微鏡仍廣泛應用于科學領域，應用前景很好，在物質微小區(qū)域進行化學成分分析、顯微形貌察、微觀觀結構測定等方面都起著重要的作用。最初的顯微鏡產生于十六世紀末期，17 世紀中期，英國科學家虎克制做了最早的復式顯微鏡在生理學研究方面有重大突破1，1684年惠更斯設計了現(xiàn)今仍在使用的生物顯微鏡，當時的顯微鏡物鏡沒有校正像差, 鏡徑又小，球面像差和色像差嚴重。在復式顯微鏡發(fā)明之后的兩個世紀中，盡管許多科學家和光學制造商作了許多的努力，他

7、們用不同透鏡及不同光闌的組合進行了種種嘗試， 卻收效甚微2。1824年法國物理學家塞利格提出了一個為高倍顯微鏡消色差的方法即把幾個低倍消色差物鏡用螺旋推動以聯(lián)合使用，這樣就可避免制造十分短的焦距的物鏡而又能得到較高倍率的消色差物鏡。根據(jù)塞利格的方法，薛瓦利埃于1825年制成了消色差顯微鏡；C.薛瓦利埃于1834年制成的消色差顯微鏡還附有反射物鏡、聚光鏡及偏光元件等3；1855年意大利的阿米奇設計成功一種消色的中倍顯微鏡物鏡；1878年德國物理學家阿貝成功設計制成油浸顯微鏡，顯微鏡的分辨本領已達到其理論極限（0.2um），而且在照明系統(tǒng)和機械結構等方面這時都已達到合理的定型4。 在阿貝的現(xiàn)代顯微

8、鏡制成之后，光學顯微鏡并未停止發(fā)展.。除了阿貝在18 86 年制成復消色差物鏡和伯格霍爾德于1950 年設計成功平場復消色差物鏡之外，20 世紀的前半個世紀里，光學顯微鏡有如下兩個方面的發(fā)展。 第一，為了觀察生物標本的不同結構，提供多方面信息而設計成( 或改良) 一些特種顯微鏡，如暗場顯微鏡、偏光顯微鏡、熒光顯微鏡、離心顯微鏡等。 這一類顯微鏡我們稱之為第一類特種顯微鏡。 第二，僅為工作上的方便而設計成的一些特種顯微鏡，如倒置顯微鏡、體視顯微鏡、袖珍顯微鏡等。這一類顯微鏡，我們稱之為第二類特種顯微鏡。在20 世紀后半個世紀中，還將激光和電子技術引人光學顯微鏡中。1932年Rushka等人根據(jù)電

9、子光學與光學的相似性， 并參考光學顯微鏡的結構，在德國柏林大學成功制造了第一臺電子顯微鏡5。1952年，諾馬斯基發(fā)明了干涉相位差光學系統(tǒng)。1978年, 一種新的物理探測系統(tǒng)掃描隧道顯微鏡被德國學者賓尼和瑞士學者羅雷爾系統(tǒng)地論證了, 并于1982年成功制造。這種新型的顯微鏡,橫向分辨率達到0.01 nm, 縱向分辨率達到0.001nm, 使單個原子的操作成為了可能。在掃描隧道顯微鏡(STM)原理的基礎上, 結合各個領域的新要求, 發(fā)明了一系列新型顯微鏡6。如原子力顯微鏡(AFM)、激光力顯微鏡(LFM)、掃描熱顯微鏡、掃描隧道電位儀(STP)等等。光學儀器的核心部分是光學系統(tǒng)，光學系統(tǒng)成像質量的

10、好壞決定著光學儀器整體質量的好壞，二百多年來, 人類一直以不斷提高顯微鏡分辨本領而努力創(chuàng)新, 一個高質量的的成像光學系統(tǒng)是要靠好的光學設計去完成，現(xiàn)今的顯微物鏡存在局限性，視場小、場曲和色差比較嚴重，因而研究顯微物鏡設計對于改進成像質量具有實際意義。本文以ZEMAX光學設計軟件為基礎，利用ZEMAX的像差分析功能和自動優(yōu)化功能并利用縮放法對成像質量進行改善。2、研究意義光學儀器的核心部分是光學系統(tǒng)，光學系統(tǒng)成像質量的好壞決定著光學儀器整體質量的好壞。光學顯微鏡的應用相當廣泛，在諸多專業(yè)領域需要特定的專用光學顯微鏡，但由于現(xiàn)今的顯微物鏡存在局限性，視場小、場曲和色差比較嚴重，因而研究顯微物鏡設計

11、對于改進成像質量具有實際意義。基于ZEMAX軟件設計出的顯微物鏡具有分辨率高、改善色差、視場大等優(yōu)點，對當今的科研、生產、醫(yī)療等眾多領域都有著重要的意義。3、主要內容、重點與難點3.1 主要內容1、初步了解數(shù)值孔徑（NA）、放大率（）和線視場（y）是三個表征顯微物鏡性能的主要參數(shù)；2、運用“縮放法”得到要求的設計參數(shù)，再利用ZEMAX的光學系統(tǒng)像差分析功能，自動優(yōu)化進行像差校正，最終達到設計目的和要求。3.2 課題重點本論文的重點在于初始結構的選型，關系到整個顯微物鏡設計的成敗。3.3 課題難點本論文的難點在于像質的評價分析，在做論文過程中我們要解決這個難點以達到顯微鏡設計要求改善成像。4.本

12、課題的研究方法本課題運用所學知識、圖書館文獻、網絡資源和實地調研相結合的方法，了解國內外關于顯微物鏡的研究現(xiàn)狀。另外結合光學設計軟件ZEMAX與技術實驗室的顯微物鏡利用縮放法進行不同程度地改善像差以達到設計要求，達到滿意的成像質量。5、預期成果8000字以內的調研報告或學術論文，期望顯微物鏡設計方面有更新創(chuàng)意。6、 參考文獻1：王莉、蔣洪、孫麗麗；顯微鏡的發(fā)展綜述，出版源科技信息, 2009(11)；2:唐玄之、李明；光學顯微鏡簡史；物理1995年第7期 439-444頁；3：王付銀；淺談攝影之為藝術；山西師大學報:社會科學版, 2011(S2):116-118頁；4：朱星；近場光學顯微鏡；現(xiàn)

13、代科學儀器, 1998(Z1):84-89頁；5:高紹璞,陳彥,張震東；現(xiàn)代生物顯微技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢；安徽農業(yè)科學，2003,31(2):243-245頁；6馬紅偉；顯微鏡在表面分析技術中的應用及發(fā)展趨勢；完成項目的條件和保證1. 負責人和主要成員曾參與或組織完成過哪些科技創(chuàng)新活動，獲得過哪些成果（只列舉活動及成果名稱，不得出現(xiàn)姓名）；2.完成本課題的研究能力及時間保證。 負責人和主要成員曾參與安徽機械工業(yè)學校進行金工實習、大學生野外無線電測向活動社會實踐活動，取得了較好成績。本課題組成員動手能力較強，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、運用所學過的知識和技能解決問題的能力以及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力較高。本小組成員全部為光電信息科學與工程專業(yè)在讀本科生，對工程光學、模擬電子技術，信息光學，光電子技術等課程有了基本的了解