一至三天学会使用 Zemax 设计一个10x倍显微镜物镜
水木社区光学版
2024年10月7日
10 倍显微镜物镜基本上是Zemax教材的最后章节，学会设计了显微镜物镜基本上就表明学会了Zemax。
设计要求：
入瞳直径：7.76 mm
显微镜：10倍
波长：0.51~0.61微米
边界限制：系统总长，即共轭距 195 mm。
优化目标：最小 RMS Spot Radius，FFT MTF曲线。
首先 打开Zemax OpticStudio 19.4，新建一个文件。
一、左边“系统选项”窗口，
1.“系统孔径”，将“孔径值”(Entrance Pupil Diameter)从0改成7.76
2.“视场”(Fie)，打开“视场数据编辑器”，”视场类型“选“物高”，忽略“不能在无穷远处共轭时使用物高”的警告提示。插入2个新“视场值”，Y=0mm， Y=5.6 mm和Y=8 mm。权重为1。
3.“波长”，默认值0.550um。勾选3个波长，将波长改为0.51，0.56和0.61 um。
二、“镜头数据”窗口，英文“Lens Data Editor”
1.“像面”上按“Insert”，插入6个表面。输入曲率半径，厚度，材料，净口径。Zemax中有材料的表面会默认变成淡单色。
2.可查看3D视图。如参考文件第345页所示。
3.标准点阵图显示焦斑在4~6微米之间。
4.此时系统总长180毫米，焦距15毫米。对共轭距进行缩放。在镜头数据编辑器中将焦距从15改为16.25mm，可以从“镜头数据”计算出共轭距(系统总长)变成了195毫米。
5.再次打开“视场”，将视场值从Y=0mm，Y=5.6 mm 和Y=8 mm改为Y=0mm， Y=6.5 mm和Y=9mm，权重保持为1。
三、设置变量，评价函数和优化限制条件
1.通过左击(2010年Zemax可能是右击)和Ctrl+Z组合键，设置8个变量，分别是六个曲率半径，以及物距和像距。
2.打开“评价函数编辑器”，“优化向导”中优化评价函数从“波前”改为“点阵图”。X权重和Y权重均设为0。去掉“厚度边界”中的“玻璃”勾选，不要点击“加载设置”
3.“优化向导”中“当前操作数”，在DMFS上按“Insert”，插入3个空白操作数BLNK。
4.将3个 BLNK 改为 ISNA，REAY 和 TTHI，像空间孔径 ISNA 设为 0.25，相面大小设为-0.9，系统总长TTHL设为195。
四、优化
1.“执行优化”，注意“优化目标”是66。迭代选择“无限圈”，这个很重要。
2.3D视图下看3个视角下的光线聚焦良好。
3.在“分析”，“光线迹点”，“标准点阵图”下看，标准点阵图显示光斑从4~6微米优化到大约2微米。
五、进一步优化 MFT 曲线
1.打开“评价函数编辑器”，“优化向导”中优化评价函数设置为“波前”。不要勾选“厚度边界”中的“玻璃”，不要点击“加载设置”。
2. “执行优化”，注意“优化目标”是66。迭代选择“无限圈”，这个很重要。
3.在“分析”，“光线迹点”，“标准点阵图”下看，标准点阵图显示焦斑略有增大，从大约2微米增大到大约3微米，但“FFT MTF”曲线有大幅改善。
进一步阅读资料：
1. 追光者 编著，Zemax中文版 光学设计 从入门到精通，中国工信出版集团，人民邮电出版社，2023年5月第一版，342-351页
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附件(128.5KB) 一至三天学会用Zemax设计一个10x倍显微镜物镜.pdf--
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