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研究生： 林美燕
Mei-Yan Lin
論文名稱： 二元光學元件應用於顯微物鏡之色差分析
Using Binary Optical Element to Amend Chromatic Aberrations Applying on Microscope Objective Lens
指導教授： 張榮森
Rong-Seng Chang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 52
中文關鍵詞： 二元光學 、色差 、顯微物鏡
外文關鍵詞： Binary Optical Element, Chromatic Aberrations, Microscope Objective Lens
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    • Chromatic Aberration is a knotty problem in lens design. People used a lot of energy to solve this problem but we are also persecuted with it long time. Many years ago, scientist used diffraction theory to find a good solution to this problem but the design results didn’t be come true. Nowadays the mechanical manufacturing technology was made a great progress on precision. Thus the ideal DOE could be made and applied on several purposes.
    　　In this study, we use binary optical surface on microscope objective lens to replace the achromatic doublet. We select a lens that is the patent design. And we try to design a binary surface to replace the doublet and achieve the same specification. In this paper, we chose a 10X objective lens to be sample, and use common used optical design programs to design and evaluate the image properties. Finally we get a good result that we can reduce the chromatic aberration more efficiently and minimize the volume of microscope objective lens.

    目錄 I 圖目錄 III 表目錄 V 第一章、導論 1 1.1概論 1 1.2繞射光學光學元件簡介 1 1.3二元光學元件特點 3 1.4研究動機與目的 4 第二章、基本原理 5 2.1二元光學基礎理論 5 2.1.1閃耀式光柵 5 2.1.2步階式光柵 7 2.1.3二元相位透鏡 8 2.2繞射像差 13 2.3折射式與繞射式光學元件色差性質 18 2.3.1色差現象 18 2.3.2繞射色散特性 20 第三章、模擬設計 22 3.1簡介 22 3.1.1設計概念 23 3.1.2設計流程 24 3.2模擬設計 25 3.2.1顯微物鏡 25 3.2.2二元相位透鏡設計 28 3.3優化結果 34 第四章、模擬結果與分析 39 4.1像點圖分析 39 4.2色散分析 42 4.3場曲與畸變分析 46 4.4相位結構 49 第五章、結論 50 參考文獻 52 圖目錄 圖1-1 閃耀式光柵 2 圖1-2 步階相位近似閃耀光柵提升一級繞射效率 2 圖2-1 一維簡化鋸齒狀閃耀式光柵 6 圖2-2 步階式法近似閃耀光柵 8 圖2-3 菲涅耳波帶面(a)俯視圖(b)側視表面相位結構 9 圖2-4 菲涅耳波帶面振幅穿透率 9 圖2-5 四步階二元相位透鏡 11 圖2-6 平面波在菲涅耳波帶面上的繞射 11 圖2-7 多階相位結構 13 圖2-8 邊緣光線圖示說明 16 圖2-9 縱向色差 19 圖2-10 橫向色差 19 圖2-11 折射透鏡與繞射透鏡之色散比較 21 圖3-1 物鏡 22 圖3-2 色差校正概念說明圖 23 圖3-3 顯微物鏡設計流程圖 24 圖3-4 顯微物鏡設計圖 25 圖3-5 顯微物鏡MTF圖 27 圖3-6 顯微物鏡之doublet透鏡組 28 圖3-7(a) Zemax內建binary相位參數示意圖 31 圖3-7(b) Zemax內建binary相位參數示意圖 31 圖3-8 binary設計圖 33 圖3-9 binary顯微物鏡設計圖 34 圖3-10二元相位透鏡設計面相位圖 38 圖3-11 binary顯微物鏡MTF圖 38 圖4-1 顯微物鏡像點圖 40 圖4-2 binary顯微物鏡像點圖 40 圖4-3 顯微物鏡各成像面像點圖 41 圖4-4 binary顯微物鏡各成像面像點圖 41 圖4-5 顯微物鏡色散圖 43 圖4-6 binary顯微物鏡色散圖 43 圖4-7 顯微物鏡縱向色散圖 44 圖4-8 binary顯微物鏡縱向色散圖 44 圖4-9 顯微物鏡橫向色散圖 45 圖4-10 binary顯微物鏡橫向色散圖 45 圖4-11顯微物鏡場曲與畸變圖 48 圖4-12 binary顯微物鏡場曲與畸變圖 48 表目錄 表一 折射透鏡與繞射透鏡之特性比較 20 表二 傳統顯微物鏡規格 22 表三 顯微物鏡設計面參數 26 表四 顯微物鏡之系統資料 26 表五 doublet設計之面參數 28 表六 doublet資料 29 表七 二元相位透鏡設計面參數 31 表八 二元相位透鏡非球面設計面參數 32 表九 二元相位透鏡資料 32 表十 binary顯微物鏡計面參數 35 表十一 binary顯微物鏡非球面設計面參數 36 表十二 binary顯微物鏡系統資料 37 表十三 binary相位參數 49

    參考資料
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    6 W. T. Welford , Aberrations of Optical Systems, Adam Hilger,(1986) Bristol U.K.
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    10 S. H. Lee, Diffractive and Miniaturized Optics, (1993), Critical Review of Optical Science and Technology Vol.CR49, San Diego USA
    11 張鳳林,孫學珠, 工程光學, 初版三刷, 天津大學出版社,(1996.6)天津中國
    12 R. E. Fischer, B. T. Galeb, Optical System Design, McGrawHill, (2001) Auckland USA

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