25×显微物镜设计学习资料.ppt

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,miscellaneousChromatic 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！,