0.25×高分辨力视频显微镜设计

　　1　引　言

　　视频显微镜系统,就是通过高清晰视频显微镜把观测物成像在CMOS或CCD靶面并将图像显示在监视器或将视频信号转换成数字信号储存在计算机中,结合二维或三维测量软件可以对观测物进行定量检测。从而代替观察者的眼睛,实现了人视觉到机器视觉的转变、定性检查到定量检查的转变以及进行实时动态的记录,极大地提高了工作效率,克服了人为检测的不确定性。适宜长时间的显微观察,不易疲劳[1]。如今,视频显微镜不仅仅是实验室教学科研研究的重要工具,更多地应用到工业生产、安全检测等领域。视频显微镜较传统的显微镜具有较长的工作距离,较高的分辨力及大视场、大景深、高清晰度等特点,在工业生产及检测领域均得到广泛的应用。如纺织工业中原料及棉毛的检验;电子工业中精密机械工业零件的装配和检验;材料的裂缝构成,气孔形状腐蚀情况等表面状况的检查;公安侦察,以及伪造证件检测分析。视频显微镜是高清晰工业显微系统的重要组成部分。因此,视频显微镜具有广泛的应用领域以及较大的市场需求量。然而,国内视频显微镜头的发展起步较晚、产品规格少,大多数产品存在着视场小﹑分辨力不高等缺点,而且随着电子元器件集成度提高,CMOS和CCD分辨力的提高,监视器尺寸不断增大,需要有更高分辨力的光学系统。因此研究高分辨力视频显微镜具有重要的现实意义。

　　2　像差特点

　　由于系统具有视场大,工作距离大于焦距等特点,这些特点都给轴外像差校正带来了难度,但由于该系统数值孔径只有0.05,因此有较小的球差和彗差。为了获得优良的成像质量,现依次进行以下几种像差的校正。首先是轴向色差的校正。轴向色差表示不同颜色光线理想像面位置的差,跟口径和光阑位置没有关系,所以必须首先消除,系统采用冕牌与火石的分离透镜可以有效的减小色差。其次是场曲的校正。镜头在结构上采用正﹑负两分离的薄透镜,它们的光焦度分别为I,п相距d,保证一定正f′的条件下消除场曲。两块正、负透镜的合成焦距。则组合系统初级场曲系数为:

　　由于由式(1)可知,组合系统的场曲比光焦度为的单透镜光组的场曲要小[2],故适当地选择,I,п,nI,nп能使初级场曲为零或为负数[3]。因为该系统的视场较大,所成的像具有较大的场曲,所以为使接收面具有较小场曲,应在靠近像方处采用正负双分离的透镜。

　　3　优化设计

　　3.1　光学设计指标

　　在视频显微镜设计中采用6.4mm×4.8mm面阵CCD。光学系统设计指标如下:

　　焦距27mm;　　　　视场直径32mm;