关于低倍高NA无限显微镜物镜设计问题请教

有色金属

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。

Maxray

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

有色金属

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

Maxray

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。

无源一哥

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

有色金属

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