- 主题:[求助]关于光学镜头设计
实验室在筹划一个实验，其中需要用到cmos相机拍照，实验的特殊性，光比较弱，需要近距离成像，且想定做比较大的镜头（比如20多厘米），身边没有光学专业的人，根据有限的知识，这么想的：
物平面在焦点甚至可能更近些，一个凸透镜成虚像，无法汇聚到cmos相机上，再加一个两次汇聚是不是应该就可以成像到coms相机上了？
其中物高30cm，相机灵敏区1cm。物像比大概30：1，用第2个透镜正好等效把物距变远，在2f以外，满足30:1。
有懂行的朋友帮参谋一下，如果设想原理，实际基本可行，那就准备实际投入。
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FROM 202.122.36.*
多谢兄台回复，如果可以请继续帮参谋，毕竟您算懂行的。
其实我们实验也不是真的需要直接照出清晰照片，最重要的是能形成一一对应的关系就行。就可以像手机镜头那样事先刻度好，事后用手机拍完后，算出图像。也能满足实验需求。
用百度了解到，大概有5,6种像差，
像球差，慧差应该比较致命的，光线都汇聚不到一点。但是畸变、场曲就应该没问题（不影响一一对应关系），因为是单色光，色散也应该问题不大。
现在是方案讨论阶段，真能做到物像一一对应的话，我们就可以采用这个方案，然后肯定会找专业的机构做镜头设计的。
现在就是帮判断方案上能不能行得通？
多谢！
或者依据常识，2个凸透镜为主镜头，物平面最近得多远？
【 在 dormouseBHU 的大作中提到: 】
: 这么近都不满足傍轴条件，肯定成不了清晰的图像。
: 镜头设计是个很难的活，你还是别折腾了。
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FROM 120.198.56.*
我们主要是探测物面某个点自己发的微弱光（精度~1mm内，比如闪烁体薄膜，一个带电粒子穿过），想通过像确定哪个点发光了。不能用外加强光的方式，所以扫描仪应该不行。e-blot第一次看到，我先自己百度一下，看看是啥！
多谢了。
【 在 dormouseBHU 的大作中提到: 】
: 成像不一定要用镜头，我觉得你们可以参考一下扫描仪或者e-blot的思路。直接把sensor贴在样品上成像
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FROM 120.198.56.*
主要就是想多收集光，因为物是个30cm*30cm的平面， 一次成像只考虑一个点....。
实验场景： 某个随机点短时间发射微弱的光（注意位置随机，不能像观星那样累积），然后想知道哪个点发光了....。
因为光弱（~100个光子，假设收集立体角10%，透镜损失30%，量子效率80%，那么相机接受到只有5,6个光子了...），所以收集光是第一位的，我们这里和一般照相不同，只要物和像有一一对应关系就可以，比如，像畸变，场曲这种相差可以接受，可以事先刻度出来，通过像可以找到发光的点（场曲像汇聚点虽然并不在相机成像平面，对于物一个点而言，在相机ccd平面上会形成一个特定形状的圈，通过相机感应圈形状可以和物一一对应起来）。而球差，慧差，我百度了解光都汇聚不到一点，太大的话没法接受！直觉上无法一一对应！
所以，可以一定程度上牺牲相质提高收集光！
听说双非透镜可以有效的降低相差，帮判断一下，两个双非凸透镜有没有一些可能做到物，像一一对应？
能达到前面假设的10%的立体角不？
多谢！
【 在 opex 的大作中提到: 】
: 请问用很大的镜头的目的是什么？20cm指的是需要的透镜的直径？是需要很大的NA吗。你这样直接叠加俩凸透镜就想成像会不会太草率了，不担心各种像差吗
: 如果是像提高收光效率而用大镜头，我直观觉得会很得不偿失，那么大的收光角，你算算一阶像差都多大了
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FROM 120.198.56.*
和动态范围没大关系，我已经有单光子相机，只要有1,2个光子到达，就可以探测到。我这难点就是怎么用透镜收集光到相机，是探测之前的事。
定制一个20cm多的双非透镜大概花费多少？
看看我能不能接受，如果能的话，看来只有做完回来自己试验才知道行不行，毕竟和普通成像要求不太一样！
多谢！
【 在 opex 的大作中提到: 】
: 专门定制那么大一个双非透镜，即使有人能帮你们加工，恐怕价格你也承受不起。
: 还是考虑考虑相机吧，从镜头入手效率太低了。deep cool的ccd能把动态范围提高很多
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FROM 120.198.56.*
是到达相机有1,2个就可以，不是发射光源点1,2个。发射光源点估算有100个左右，方向随机，所以就想做一个10%的立体角的镜头，再经过镜头损失，量子效率等，最终有3,4个光子响应转变成光电子（噪声<1个电子），就可以达到测量的目的。
粗略的也知道镜头不便宜，不能乱实验，想事先多做做功课，zemax好学不，如果不难，我自己学一学。
多谢你的回复了！
【 在 opex 的大作中提到: 】
: 看来是我少见多怪了，有单光子相机这种东西，什么动态范围都low爆了
: 我理解是，这一两个光子可能随机方向射出？如果是这样可能是需要超大的收光孔径
: 至于20cm的双非透镜要多少钱，对我来说就好比老农想象皇帝的早餐，确实没用过这么高端的东西了，我猜6位数以上是肯定的，至于几位数不好说。不过连单光子都能检测的相机都有了，配个十分nb的镜头也是应该的。
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FROM 120.198.56.*
多谢！
我先自己尝试，以后有啥问题再请教，毕竟，我目前还很外行！
【 在 opex 的大作中提到: 】
: Zemax好学 镜头设计不好学 你这个项目太难了 不管用什么办法去搞 成本低不了的
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FROM 120.198.56.*
技术也在进步，不用这么麻烦，
我们现有设备在常温下，用电制冷到-35到-20度，只提供给cmos芯片区域，噪声~0.3个电子，不到一个，不是过去的几十，上百个噪声电子了...。可以单个光子接收，转变成一个光电子探测了。
【 在 CoreMM 的大作中提到: 】
: 100个光子……
: 你得需要定制的PD探测器件+液氮低温下工作，这产生的电流才不至于淹没在CMOS读出电路的噪声中。
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修改:yilongzhen FROM 120.198.56.*
FROM 120.198.56.*
我们现有设备，噪声~0.3个电子，不到一个。所以才能实现单光子探测。
【 在 opex 的大作中提到: 】
: 但是CCD没那么大的动态范围吧，一个光子，甚至一百个光子的信号肯定淹没到噪声里了。估计液氮冷却都不够
: 平时成像用的CCD都是上亿光子的。而且这个项目难点还在光子数目太少，增大像素面积也不会提高信号。感觉就是个不可能的任务。
: 除非是国之重器 或者关系人类未来 否则还是放弃吧
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FROM 120.198.56.*
多谢你的建议，你这个提议可能能解决部分问题，但是实验其它方面没法在这里说，总之，如果能镜头解决，要好的多。贴的太近会带来其它问题.....。先看看镜头能否解决吧。这个设计也是个长时间的事，估计1年半载能有个确定的结论就可以，还可以多调研。
【 在 dormouseBHU 的大作中提到: 】
: 他这个需求我给他提过一个靠谱的方案。就是彻底放弃镜头，把CCD 直接怼上去。贴的够近就能成像。这种成像方式在医学检测上已经在用着了。国内有个产品叫 e-blot 就是这么搞的。原来化学发光成像都是用 NA 值大的镜头，NA 最大也就做到 0.8 左右。他们直接搞成了接触式成像，效率提高了很多。
: 这种超大靶面的相机虽然比较贵，但是和定制一个镜头来比，还是便宜的。我手里就有一块 200*200mm 左右面积的 CMOS sensor，价格没那么离谱。
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FROM 120.198.56.*