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Blog de diseño óptico
Telephoto
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Ocular 10x Apocromático.
Objetivo de microscopio de 60X
En este artículo expongo mi propio diseño un objetivo de microscopio de 60X aumentos.
En la sección de ejercicios resueltos ya vimos cómo construir un objetivo muy sencillo de 10X. Una cosa que no vimos en aquel ejercicio es:
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El aumento lateral está relacionado con la longitud del tubo y la focal del objetivo de la siguiente manera:
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Aumento lateral = longitud del tubo/focal del objetivo.
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La apertura numérica y el número f/# están inversamente relacionados.
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NA=1/2(f/#)
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Igual que la otra vez, voy a diseñar el microscopio del revés. Eso significa que para tener un NA de 0.8, el sistema tendrá que tener un f/# de 0.625. La longitud del tubo va a ser 160 mm, lo que nos dice que la focal del objetivo es 2.5 mm. El tamaño del objeto es de 8 mm, por lo que el tamaño de la imagen será 0.13 mm (en la realidad la muestra tendría 0.13 mm de altura y nosotros la ampliaríamos hasta tener 8 mm).
En la Figura 1 se muestra el informe del sistema.
Figura 1. Informe del microscopio de 60X.
El sistema está conformado por 18 superficies, donde hay tres dobletes. Una de las superficies del sistema es cónica. Los catálogos utilizados en este diseño son de CDGM, HIKARI, EPPSIR, HOYA, OHARA Y SCOTT. Como hemos comentado antes, el sistema un f/# de 0.625 (equivalente a un NA de 0.8). La focal debería ser 2.66 mm, pero he permitido que sea un 2% más alto porque consigo mejor resultado, quedándose finalmente en 2.70 mm. La BFL se sitúa a 0.537. Según la literatura, debería situarse un poco más lejos, en torno a 0.8, pero la BFL es suficientemente grande como para darla por buena. La longitud total del objetivo es más o menos 20 mm y el diámetro de la pupila de entrada es 4.37 mm.
El tamaño del Spot Size RMS es de 1.54, 1.331 y 1.236 micras para los campos de 0º, 4º y 8º respectivamente, siendo el tamaño del disco de Airy de 0.4358 micras. En el gráfico de la aberración longitudinal vemos que el tamaño de la escala es muy pequeño, del orden de exponente -3 y que hay al menos tres ceros para las longitudes de onda F y C, mientras que solo hay una para la línea d.
Tiene sentido que solo las líneas F y C pasen dos veces por el cero, ya que el sistema es acromático tal y como se puede ver en el diagrama "Chromatic Focal Shift". Un dato reseñable es que el máximo rango de desplazamiento focal es solo de 0.9134 micras.
La MTF indica que el sistema a 1200 ciclos por mm tendría una resolución máxima de 0.47 en el plano tangencial y sagital. En eje el sistema alcanza una resolución de 0.37 en ambos planos, en el campo de 4º alcanza una resolución de 0.36 y 0.37 para los planos tangencial y sagital respectivamente, mientras que para el campo de 8º la resolución es de 0.32 para el plano tangencial y 0.36 para el plano sagital. El sistema está cerca del límite y no queda mucho espacio a la mejora.
El sistema recoge mucha luz, ya que la iluminación relativa no baja del 90% en ningún momento y la gráfica de la FFT Diffraction Encircled Energy está cerca del límite de la difracción.
La curvatura de campo es menor a dos micras mientras que la distorsión es menor al 1%. El color lateral es menor al 0.05 micras. En este sentido, la curvatura de campo y el color lateral están sobradamente compensados, mientras que la distorsión está solo un poco por debajo del mínimo. Utilizando la imagen de una rejilla se puede comprobar el impacto de la distorsión en el sistema, que es lo que se ve en el diagrama "Grid Distorsion". Asimismo, he generado una imagen simulada con Zemax donde se comprueba que hay una buena calidad de imagen y que ésta es invertida.
En los gráficos de la Ray Fan y OPD, aunque los gráficos en sí no presentan un dibujo bonito de primeras, al fijarnos vemos que tienen una escala de 10 y 2 waves, lo que está muy bien.
Si este artículo te ha resultado interesante, házmelo saber. Abajo tienes cómo contactar conmigo.
Muchas gracias y hasta otra.
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