关于连续变倍的物镜设计理论极限问题

focuslight

最近领导提出要设计一款连续变倍的”显微镜头“，这里显微镜镜头其实就是一个有限共轭的连续变倍镜头接一个CMOS即可（有点像手术显微镜），不是用肉眼看的，在显示器上观察即可。这个应用是在医学上，对组织进行观察(先通过大视野找到位置，然后对其中的感兴趣的部位或细胞进行连续放大，连续变倍过程中物距不能变)。
要求是：
1.物方工作距离要大，建议是至少10mm以上，当然这个距离越长，对照明结构要求也更高。
2.放大倍率改变要大，但没有具体需求。我看市面上很多是0.5X-7X之间，但这个可能不够，不知道限制到底在哪里，为啥不能做到10X或20X以上？理论限制在哪里？如果我要做到1X-20X连续变倍有可能么？
3.镜头的分辨率要高，因为看的是组织内血管中的红细胞，所以通常NA需要0.2以上，设计希望这个NA值越大越好，至少0.3吧，(按领导要求这个值能上0.5就更好了)。市面上连续变倍镜头的NA很小，都是0.1以内吧，也不知道限制在哪里，为啥不做高点。
4.视野大，这个视野的话，我的理解是由CMOS靶面大小和分辨率决定的，那么常用的大靶面的相机一般去到多少，如果用1英寸接受，那么设计上是否能实现(要满足1、2、3点的情况)
5.连续变倍光路可以做成远心光路么。不过光路可以是远心也可以不是远心光路。
6.结构尺寸大小不做限制，只要能加工出来就行，成本可先不考虑。
****针对以上需求各位大神帮忙评估下是否可能实现？
****如何去做理论计算是否设计可以实现。该如何下手呢？

wj425154973

2、变倍比越高，设计难度也越大，镜头的口径也越大，成本也越高，需要权衡的。做出来要有大量客户需要才行。
3、你单独设计一个高倍率，NA可以做大一些，但如果连续变倍，需要考虑不同倍率的NA值，不同倍率的NA是不一样的。加入你20X设置了很大的NA，那么你低倍率对应的NA值也会很大，设计难度就会很大，镜片口径就会很大。
4、你设计的像高越大，那同样倍率对应的视野也会越大，但设计难度也会更高。你可以根据你的需要来确定像圆直径。满足要求即可。
5、可以做远心，但目前远心光路的变倍比大都没有那么大。
6、什么都不考虑的话。可以动手设计一下试试看，遇到什么样的问题就一目了然了。

动手试试看吧。

focuslight

wj425154973 发表于 2021-10-15 10:58
2、变倍比越高，设计难度也越大，镜头的口径也越大，成本也越高，需要权衡的。做出来要有大量客户需要才行 ...

1.不同倍率NA值不一样确实是比较好的一种解决方法，我之前尝试设计就是每一个倍率都是NA相同，然后坑了2.在连续变倍的过程光澜位置会变化，这个怎么解决呢？
3.通常设计之前一般会理论计算可行性，这种怎么下手啊？

ayh_52uu

正好最近在做，可以用synopsys跑初始结构，我是直接跑变倍体加目镜，物镜考虑单独设计或者买现成的，你说的20倍没试过，感觉结构不限制的话是没问题的。我的0.5x-5x10倍可以出一个比较好的初始结构

focuslight

ayh_52uu 发表于 2021-10-15 11:28
正好最近在做，可以用synopsys跑初始结构，我是直接跑变倍体加目镜，物镜考虑单独设计或者买现成的，你说的 ...

你这个数值孔径能去到多少，变倍过程中，数值孔径是固定的么？

focuslight

ayh_52uu 发表于 2021-10-15 11:28
正好最近在做，可以用synopsys跑初始结构，我是直接跑变倍体加目镜，物镜考虑单独设计或者买现成的，你说的 ...

synopsys有免费的么

focuslight

ayh_52uu 发表于 2021-10-15 11:28
正好最近在做，可以用synopsys跑初始结构，我是直接跑变倍体加目镜，物镜考虑单独设计或者买现成的，你说的 ...

对了，你这个结构的光澜在哪个位置，

ayh_52uu

focuslight 发表于 2021-10-15 12:05
对了，你这个结构的光澜在哪个位置，

数值孔径预计是0.035-0.09，工业上使用工作距要求比较远，NA很难做大，还没开始做物镜，后面应该会调整，现在是无穷远物距，后面再加物镜上去，光阑在变倍组和补偿组之间，固定光阑位置和尺寸的，软件是有破解版的你可以搜索下

hs123xxx

考虑实际工况，再进行设计。放大倍率、NA和景深是互斥，景深太小不易观察。另外，医疗上细胞是有一定大小的，只要达到合适的放大倍率即可，再大也不一定有临床意义，且观察视场就会小。

chp

      首先应确定你的待测物的观测要求，如观察物是什么，血细胞、组织切片、观察物大小、用来测尺寸/计数/形态识别等等，不同的应用要求有比较大的差异；
      稍微有点要求的，一般放大倍率最少20X以上、分辨率小于0.5μ、平场、复消色差、小畸变并且视场还不能太小；并且还是搞成连续变倍；这个得有点实力的光学厂才能搞定；