zemax轴锥镜特性研究及其在显微系统中的设计(3)
1.2国内外研究现状
1.3 本文的主要研究工作及各章主要内容
本文首先介绍了大景深成像的概念及其在现实中的应用，然后主要探索了可以实现大景深成像的轴锥镜的特性和轴锥镜加入标准透镜组时成像的优化情况，使用zemax软件对其从弥散圆半径，像差情况，光程差改变几个方面分析该优化的程度大小，并对轴锥镜的锥角改变以及不同标准透镜组的放大倍率的构建模拟其对景深改变的规律。根据轴锥镜的各种特性对显微物镜的实物进行设计并运用autoCAD进行系统的建模，分析模拟出的基于轴锥镜设计的显微物镜的成像，然后对其可行进行讨论和分析。
该篇论文共分为优尔章，在第一章里我们对该篇文章中所运用的原理进行讨论，阐述其背景和意义，以及国内外对其研究的现状。第二章着重讨论了大景深成像的必要性以及实现该现象的各种方法，提出了通过加入轴锥镜加大景深的有效方法，由此引出着重书写的第三章。在第三章里我们选用标准规格的显微透镜组，对其加入轴锥前后的像质改变进行了各方面的评价，并分别改变轴锥镜的角度和标准透镜组的放大倍数，通过景深的改变对相应的规律进行总结和讨论。第四章就前文所提出的各种特性进行了实物的模拟，讨论了该模型的可行性后对基于轴锥镜的显微结构进行设计和2D建模，同时提出了一些不足和改进。最后对前文所做的工作和研究进行了总结，并对该命题继续探索的可能性进行了展望和构想。
2 大景深成像技术
按照理想光学系统的特性，当像面上的弥散斑小于一定限度时仍可看作一个点。景深就是物体在景象平面内成清晰像的物空间深度。大景深系统在现在的很多领域都有广泛的应用， 下文阐述了景深的计算方法，描写了大景深的应用和重要性，并提出了几种增大景深的方法。
2.1大景深成像概述
景深，是当焦距对准被测物的某一位置时，前后都可以成像清晰，这个清晰成像的范围。景深决定是通过背景模糊化突出被测的对象，还是根据需要拍出清晰的背景。我们经常能够看到拍摄花、昆虫等图片的背景十分不清楚，即为景深小所造成，而在纪念照或集体照的成品中我们会发现背景和被测对象一样清晰，这就称之为大景深的作用。光线平行于光轴入射，到物镜时，理想的物镜应将所有光线聚集在焦点后呈锥状扩散，所呈现的点得像十分模糊，形成扩大的一个圆的形状，称为弥散圆。
图2.1 几何景深原理图
关于景深的光路如上图所示，其计算公式为
(2.1)
其中 为远景景深， 为近景景深，入瞳直径为2a，z为弥散斑半径。对景深的有影响的因素大致分为四类，即镜头焦距，被摄物体的物距，光圈的大小以及感光元件允许弥散圆的半径长短。
我们在计算本文的显微系统的景深大小时采用了另一种算法。当显微系统对焦在对准平面上，中间像面的成像不是一个单纯的几何点而是一个小的弥散斑，与此相对设空间折射率为n，透镜组极限分辨率为e，显微系统的横向分辨率为M,NA为物镜的数值孔径，那么该系统的几何景深为：
(2.2)
由于光的衍射，光轴平面上的光分布是一个贝塞尔函数，所成的艾里斑对应了像面在光轴上移动的距离也就是物理景深，这对应着的计算公式为
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