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关于低倍高NA无限显微镜物镜设计问题请教

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    发表于 2022-11-8 11:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
    本人刚接触学习显微物镜设计,设计目标是一个低倍(10X左右),高NA(尽量能到0.8以上吧),工作距离尽量长的金相显微镜。找了一个10倍,0,8NA,工作距离1.2mm左右的生物显微镜初始结构。
    目前做的工作是将玻璃换成了成都光明的玻璃,并且删掉了载玻片的厚度进行了优化,优化结果如下所示:

    遇到了以下几个问题,希望大佬们帮忙解答下:
    1、我将物镜进行了反向,并将筒镜换成了理想透镜,将原先的出瞳直径输入到入瞳直径,反向的过程中原先的物方NA变成了像方NA,优化过程中需要控制像方NA吗。
    2、关于放大率控制,因为理想透镜焦距(筒镜)固定,是通过控制显微物镜的焦距来进行控制吗。
    3、关于像质优化目标,显微物镜主要用在半导体裸晶圆的缺陷检测上,那么优化主要是看点列图还是波前。
    4、点列图需要全部在艾里斑范围内吗。
    5、MTF曲线需要满足什么条件,是只需要看0.3处的截止频率是否满足相机像元吗。
    6、通过观察赛德尔图可以知道有些镜片的球差较大,这个如果不用非球面可以怎么优化。
    光设小白,以上问题不知道说的明不明确,请大佬指导指导。




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    发表于 2022-11-8 14:11 | 显示全部楼层
    1.肯定需要控制某一个参数使得像方NA保持在0.8的,要么是入瞳大小要么是F#。另外把模拟筒镜的理想透镜删掉,按无限远入射设计物镜就行,你加上一个理想透镜对设计没有意义,反而会拖慢你的优化速度。
    2.是,只需要控制物镜焦距即可
    3.显微物镜属于小像差系统,一般是看波前
    4.不一定,点列图和波前是两个不同的优化系统,侧重点不同。
    5.如果你波前优化到极限了,MTF曲线一般就会很好。具体要看多少线对,你需要去问问检测需求
    6.高NA系统的光线入射角度高,球差肯定会大的,而且轴外视场也会更难做。。赛德尔图一般是看像差的分布,从而去调整镜片结构使得每个镜片的像差分布合理。显微物镜中一般是不用非球面的,因为一颗物镜的成本本来就很高了,再加非球面成本会高的离谱。一点点调整结构,然后用ZEMAX的默认优化函数锤就行,当然这过程中你要不断调整

    另外,我看你的设置中只有532nm一个波长,确定只有一个波长吗?实际成像不可能只有一个波长成像的,你不加其他波长一起优化色差会非常大的,根本用不了

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     楼主| 发表于 2022-11-8 15:17 | 显示全部楼层
    Maxray 发表于 2022-11-8 14:11
    1.肯定需要控制某一个参数使得像方NA保持在0.8的,要么是入瞳大小要么是F#。另外把模拟筒镜的理想透镜删掉 ...

    非常感谢,我把波长换成可见光F,d,C优化可以满足要求吗,还是需要继续增加中间波长数量。如果采用激光照明的话,是否只需要优化该波长附近处的像差。

    以及之后可能需要设计一个共聚焦方式的自动对焦系统,用近红外激光对物镜的物方焦面进行对焦,那么我是否现在设计的时候需要考虑显微近红外波长的像差

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    发表于 2022-11-8 15:36 | 显示全部楼层
    有色金属 发表于 2022-11-8 15:17
    非常感谢,我把波长换成可见光F,d,C优化可以满足要求吗,还是需要继续增加中间波长数量。如果采用激光 ...

    1.波长范围是要根据你的使用需求来定的,你要明确你的物镜是用在什么波段的,然后去定波长范围。建议设置的波长不低于6个,不然对于如此大的NA有些波长不去优化设置是控制不好色差的
    2.照明光是激光也不一定只优化激光附件的波长的,比如荧光激发就是个宽光谱优化。所以还是那句话,测试系统和需求你才了解,所以你要去明确这个波段需求
    3.共聚焦方式的我还没有做过,不太清楚你的实际应用是怎样的。但是有一点可以肯定如果你的波段扩展到近红外,那设计难度又不知道增加了多少倍。所以这个你要去根据使用原理去确认下,如果波段扩宽了,那指标上应该要有个妥协衡量。
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    发表于 2022-11-11 09:28 | 显示全部楼层
    可以看看你的zemax吗,我前几个月
    做荧光显微镜的平场复消色差物镜,交流一下
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     楼主| 发表于 2022-11-11 22:35 | 显示全部楼层
    无源一哥 发表于 2022-11-11 09:28
    可以看看你的zemax吗,我前几个月
    做荧光显微镜的平场复消色差物镜,交流一下

    这个我就是输入的专利里的镜头参数,还没开始优化,还有一些没东西没搞懂,你可以看一下我的新帖子帮忙指导一下吗

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