-10X显微物镜设计的像质评价指标请教！！！

Oeback

设计放大倍率-10X，数值孔径0.22，共轭距180mm，像直径16mm的显微物镜。
根据一些书上例子，进行反向光路设计：


得到的MTF结果如图所示。
问题：
（1）对于反向光路追迹设计的显微物镜，在多大的空间频率以及对应的MTF大于多少才算合格or优秀？
（2）其他的一些像质指标要求通常是什么样的？有没有大佬能给一下参考值！

Maxray

1.显微物镜属于小像差系统，大多数情况下很少用MTF去衡量，而是用波前差衡量，一般要求波前做到衍射极限（<0.07）；当然也不排除一些像质要求比较低的物镜会用MTF衡量，一般这种是和相机连用，这时要看相机的像素匹配MTF是多少
2.高端的显微物镜还要求色差矫正等级、平场性、Zernik系数限制，相关标准参考ISO 19012

Oeback

我感觉我自己想通了。。。。。。。。。。。。
要做到衍射极限，对应的分辨率：σ=0.61*λ/NA=0.61*0.55/0.22=1.53um
因此要求MTF在1000/(2*1.53um)=327lp/mm处的空间频率满足要求，即通常大于0.3，此时为反向追迹设计。
若切换成正向设计，则应为的0.3MTF@32.7lp/mm作为设计要求。

weiq198963

Oeback 发表于 2022-5-23 17:33
我感觉我自己想通了。。。。。。。。。。。。
要做到衍射极限，对应的分辨率：σ=0.61*λ/NA=0.61*0.55/0. ...

1000/(2*1.53um)=327lp/mm,我猜你的意思是一对线对所以要乘以2，但是我不太明白线对和分辨力咋等换的，中间的逻辑是什么？

wzq

weiq198963 发表于 2022-6-1 17:45
1000/(2*1.53um)=327lp/mm,我猜你的意思是一对线对所以要乘以2，但是我不太明白线对和分辨力咋等换的，中 ...

1：我理解的乘以2是因为要符合奈奎斯特采样定律，所以一般是1/2p(p为像元尺寸)，楼主似乎是没有单像素尺寸，用算出来的线分辨率等同于像素尺寸
2：线对和分辨率，我认为是能区分出两个像素等同于区分出一个线对（PS:如果错了或者有更好解释，请不吝赐教）

weiq198963

Maxray 发表于 2022-5-23 17:15
1.显微物镜属于小像差系统，大多数情况下很少用MTF去衡量，而是用波前差衡量，一般要求波前做到衍射极限（

请问：1、为啥小像差系统不能用MTF去做衡量啊？
          2、波前不是一般满足（1/4waves）就可以吗，为啥要0.07？
期待不吝赐教。

Maxray

weiq198963 发表于 2022-6-10 10:33
请问：1、为啥小像差系统不能用MTF去做衡量啊？
          2、波前不是一般满足（1/4waves）就可以吗， ...

不好意思刚刚看到消息
1. 小像差系统不是不能用MTF评价，而是对于像物镜这种成像要求很高的系统，一般用波前。MTF是一种综合性评价方式，大小像差系统都可使用，但是如果系统的成像质量进一步提高，比如高端显微物镜平场复消色差等级，都是用波前衡量的。这是因为像这种系统，你会发现即使光斑优化到衍射极限，系统的MTF曲线也不会很好，会显示出有点大的像散，但是这时你看RMS波前其实是在衍射极限的。这个原因就和波前差与几何像差的关系有关了，MTF 的评价其实更加偏向于几何像差，而几何像差是与波前像差的导数正相关的，就像我们数学中很难找到一个函数与它的导数完全相同一样，光学设计中也很难找到一个结构几何像差与波前像差都很完美，所以当这两者出现矛盾的时候我们选择哪种标准呢？就以评价标准更严格的波前差来设计
2.1/4指的是PV值，换算成RMS就是0.07。显然RMS的评价更准确

Lpl_xatu

Maxray 发表于 2022-6-16 16:50
不好意思刚刚看到消息
1. 小像差系统不是不能用MTF评价，而是对于像物镜这种成像要求很高的系统，一般用 ...

请问无论是目视的还是接CCD的小像差光学系统设计，都是以1/4波长为准则吗？

Maxray

Lpl_xatu 发表于 2022-6-16 21:31
请问无论是目视的还是接CCD的小像差光学系统设计，都是以1/4波长为准则吗？

这个不一定的，要看具体的使用需求和评价方式，前面也说了并不是所有小像差系统都用波前衡量，MTF也是可以的，这些都要具体情况具体分析。这里说的高端显微物镜的例子是用波前衡量，当然有些要求不高的显微物镜也可以用MTF衡量，光学设计中没有绝对的衡量标准。但是一定要注意，你设计的镜头是成像终端还是只是整个成像系统的一部分，如果是终端，成像面直接就是CCD，那按照换算的MTF或波前设计没问题，如果只是其中的一个部分，那考虑到其他镜头还会引入像差，那可能设计的标准要进一步提高，可能要求RMS波前到0.05或更低，远低于衍射极限的0.07

Maxray

Lpl_xatu 发表于 2022-6-16 21:31
请问无论是目视的还是接CCD的小像差光学系统设计，都是以1/4波长为准则吗？

这个不一定的，要看具体的使用需求和评价方式，前面也说了并不是所有小像差系统都用波前衡量，MTF也是可以的，这些都要具体情况具体分析。这里说的高端显微物镜的例子是用波前衡量，当然有些要求不高的显微物镜也可以用MTF衡量，光学设计中没有绝对的衡量标准。但是一定要注意，你设计的镜头是成像终端还是只是整个成像系统的一部分，如果是终端，成像面直接就是CCD，那按照换算的MTF或b设计没问题，如果只是其中的一个部分，那考虑到其他镜头还会引入像差，那可能设计的标准要进一步提高，可能要求RMS波前到0.05，远低于衍射极限的0.07