25×显微物镜设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Designing of microscope,主讲人：徐春云,目录,1.ZEMAX,用户界面简要说明,2.25,显微物镜的设计要求及初始结构,3.,显微物镜的手动校正,4.,显微物镜的自动优化,5.ZEMAX,中像差曲线分析,6.,显微物镜的像质评价,视场设定,根据系统要求设定角视场或线视场,波长设定,设计波长,波长权重 默认为,1.0,主波长可设定其他权重,设计要求,放大倍率,=-25,数值孔径,NA=0.4,共轭距,L=195mm,物方线视场,y=1,物距,165.358mm,工作距离大于,1mm,设计原则,为有效控制物像共轭距离，显微镜物镜需倒追光线。,若正追光线，改变系统间隔及透镜厚度不易控制像面位置，对共轭距的控制不利，因此设计时需采用倒追光线的方法。,参数设定,数值孔径输入：,NA=0.4 =-25,对应的像方数值孔径,NA=0.016,如果物距默认为无穷的话，此时输入数值孔径，系统将提示错误信息，因此需首先给定物距,视场输入：,物在有限距离，输入线视场（,mm,），物像 颠倒，故,y=,y,=12.5,波段输入：,D,、,F,、,C,光，即普通白光入射,设计理念,系统总偏角为,0.416,，消色差双胶合物镜负担最大偏角为,0.15,，单透镜负担最大偏角为,0.2,，因此系统中采用,2,个双胶合和,1,个单透镜。为校正场曲并负担一定的正偏角，单透镜采用一定正光焦度的弯月形厚透镜。同时，为适当增大后工作距，将双胶合分为正负透镜形式，负透镜置后。,二维结构图,初始数据,MTF,曲线,点列图,显微物镜的手动校正,看,Analysis,：,aberration coefficients,seidel,coefficients,aberration coefficients,seidel,diagram,从,seidel,diagram,中可以直观的看到系统各像差情况,找出对赛得和数影响大的面，首先调整这些面的曲率半径，再改变其他半径，最后改变空气间隔及玻璃厚度。,一点点做微调整，在调整过程中看,MTF,曲线及点列图的变化趋势。,显微物镜优化注意事项,1.,输入距离不能为负值，优化过程中也应注意此项。负值的,d,只能出现在反射式系统中,2.,在进行系统优化时，不要选择盖玻片半径、厚度、后工作距离和光阑半径作为变量,显微物镜的自动校正,光学设计时的优化顺序,1.,找出对赛得和数影响大的面，并将这些面的曲率半径设为变量，优先优化。,2.,将剩余面的曲率半径设为变量进行优化。,3.,将,STOP,光阑面的位置设为变量进行优化,4.,将透镜间距设为变量进行优化。,5.,将玻璃厚度设为变量进行优化。,经过以上,5,步优化后，如果像质还达不到要求：,1.,尝试将特殊位置的薄透镜换成弯月透镜，鼓形透镜等厚透镜。,2.,换玻璃。如果单透镜的弯曲过于强烈，则换成折射率高的玻璃。如果胶合透镜胶合面的弯曲过大，则增加两个玻璃的阿贝数之差。,（设计双胶合透镜时，透镜要有相近的热膨胀系数。）,3.,将系统复杂化。分裂玻璃，或者在特殊位置加入场镜。,光学设计优化小技巧,1.,光学系统某个视场,MTFT,，,MTFS,不好，则在,Field,中增大这个视场的权重。,2.,光学系统某个视场的,MTFT,，,MTFS,不好，则在优化函数中用,MTFT,，,MTFS,进行优化。,3.,光学系统某个视场的,MTFT,，,MTFS,不好，则在系统中针对这个视场设定渐晕。,4.,增大视场或者增大口径时，要一点一点地增大,。,5.,减掉某个透镜时，要一点一点地减小透镜的厚度,6.,增加透镜厚度时，要一点一点地增加。,7.,优化畸变时，要一点一点地改变畸变的大小。,8.,有时系统优化到局部最小值，稍微改变一点厚度或者间距，使其能够跳出局部最小值，继续优化,。,选择工具栏,Editors,Merit Function,Tools,Default Merit Function,，在该选项框中选择,RMS,，,Spot Radius,，,Centroid,，其它项默认即可，选择,OK,。,显微物镜优化设置,为避免焦距变化过大，将其确定为初始值，即设定有效焦距,EFFL,为,6.93,（选择第,2,波长）,球差，位置色差，二级光谱：,Analysis,miscellaneous,longitudinal aberration,横坐标是球差,纵坐标是孔径,像差曲线分析,象散，场曲,:,Analysis,miscellaneous,field,curv,/distortion,（,Fcd,）,不同颜色表示不同色光，,T,和,S,分别表示子午和弧矢量，同色的,T,和,S,间的距离表示像散的大小，纵坐标为视场，横坐标是场曲,轴外细光束像差曲线,畸变,:,Analysis,miscellaneous,field,curv,/distortion,纵坐标为视场,横坐标是畸变的百分比值。,还可以通过,Analysis,miscellaneous,Grid Distortion,从图形中可以直接观看出畸变类型（枕型,/,桶形）,Analysis,Fans,Ray Aberration,（,Ray,）,横坐标表示光束孔径高度，纵坐标表示垂轴像差,每组曲线中左图为子午光束垂轴像差 ，右图为弧矢光束垂轴像差。,图中曲线的形状由轴外像差如场曲、轴外球差、彗差决定，曲线形状与像差数量的对应关系经常在校正像差过程中使用，因此又称为像差特征曲线，它全面地反映了系统的像差情况,。,子午光束与弧矢光束垂轴像差曲线,垂轴色差（倍率色差）,Analysis,miscellaneous,Lateral Color,横坐标表示不同色光与参考色光像高的像差，纵坐标表示视场。,图中两条,AIRY,表示的曲线为艾里斑 范围，从图中可以看出系统的垂轴色差小于艾里斑范围，垂轴色差得到很好的校正。,焦点色位移,Analysis,miscellaneous,Chromatic Focal Shift,图曲线表示的是系统工作波长范围内不同波长的色光近焦距位移。横坐标表示焦点位移，纵坐标为不同色光的波长，整个图形以主波长的近轴焦点为参考基准。,光程差,Analysis,Fans,Optical Path,（,Opd,）,横坐标表示光束孔径大小，纵坐标表示光程差,图中数据表明纵坐标（光程差）的最大值，,0.5,个波长,波像差,Analysis,Wavefront,Wavefront,map,如果光学系统的波像差小于瑞利准则,1/4,波长，则光学系统满足像质要求，而瑞利准则没有考虑缺陷的面积，仅适用于小像差系统,PEAK TO VALLEY,Zemax,中常用的优化操作数,EFFL,透镜单元的有效焦距,TOTR,透镜单元的总长,SPHA,在规定面出的波球差分布,COMA,透过面彗差,ASTI,透过面像散,FCUR,透过面场曲,DIST,透过面波畸变,注意：限制越少越好,显微物镜的像质评价,1.,显微物镜分辨率,从等式中可以看出，增加数值孔径,NA,或减小波长可以提高显微物镜的分辨率,2.,计算,MTF,特征频率,MTF,特征频率为,人眼对比度阈为,0.020.03,，各视场,MTF,值在特征频率处均大于,0.03,即可,点击快捷方式,Pre,显示系统相关参数,谢谢！,