Spotvergrößerung durch Linse wie??

[fabe1991]

Hi,
habe mit Zemax und Linse designt und bauen lassen die einen 5 mikrometer spot erzeugt. Jetzt will ich das ganze mit einer ccd-cam nachmessen, die aber eine pixelgröße von auch nur ca 5mikrometer hat.
wie kann ich den Spot, der durch meine Linse erzeugt wird vergrößern, ohne dabei die Form des Spots zu verändern? Will das ganze dann mit der CCD-Cam messen können und zurückrechnen auf die tatsächliche Spotgröße.
Danke für eure Hilfe!
LG Fabe

[ekkard]

Um Kissen- oder Tonnen-förmige Linsenfehler zu vermeiden, solltest du dir eine Art Mikroskop bauen also mit einem korrigierten Objektiv den Spot auf den CCD-Sensor abbilden. Eine vergrößernde, reelle Abbildung erhält man, wenn sich das Objekt (der Spot) kurz vor der Brennweite des Objektivs befindet. Wenn die CCD-Kamera ein eigenes Objektiv hat, das man nicht abbauen kann, dann geht das Ganze trotzdem. Die Rechenarbeit wird dann etwas umfangreicher als bei einem einzelnen Objektiv, das geometrisch-optisch wie eine "dicke Linse" funktioniert. Mit Mikroskop-Objektiven sollte es auch gehen. Wo die Hauptebenen und der Fokus liegen, sollte einem der Hersteller angeben können. Der Rest ist Feinabgleich in der Dunkelkammer.

[andythemechanic]

Hallo,

wie sind denn die Eigenschaften deiner Lichtquelle (Divergenz, Strahlqualität/Etendue) ? Was ist die Brennweite deiner designten Linse? Wenn du sagst "die einen 5µm Spot erzeugt" Was meinst du damit? Ist das Punktbild 5µm, oder der Brennpunkt eines definierten Strahls oder einer bestimmten Lichtquelle? Von den Antworten auf diese Fragen hängt entscheidend ab, was für Optiken für eine vergrößerte Abbildung benutzt werden können. Ein gutes Mikroskopobjektiv wird in jedem Fall funktionieren, aber wenn du eine gute Strahlqualität deines Eingangsstrahls hast, geht ja evtl schon ein einfacher Achromat ausreichend gut (aber grenzwertig, da ja selbst der beugungsbegrenzte Strahl im sichtbaren bei 5µm Fokus schon ~0.15NA hat) .


Grüße
Andreas

[fabe1991]

Hi danke schonmal für eure Antworten.
meine Linse hat eine Brennweite von 17mm und erzeugt in der Bildebene einen Spot von 5µm Durchmesser (also knapp über der Beugungsbegrenzung). Die airy disk hat ca. einen 4µm Durchmesser. Mein Problem ist in welchen Abstand ich die Vergrößerungsoptik zu CCD Chip und 17mm-Brennweiten Linse setze. Ich will auf jeden Fall die Form der Punkte beibehalten und möglich das gleiche Ergebnis messen wie ich in Zemax simuliert habe. Die Laser Specs habe ich nicht im Kopf, aber es ist auf jedenfall ein sehr kohärenter (von meiner Uni).

Also ihr sagt:

- Mikroskop Objektiv
- Achromat

Wo muss ich die dann positionieren?
Danke schonmal
LG Fabe

[andythemechanic]

Hi,

also je nachdem was du für Mikroskopobjektive hast:

Endlich Korrigiert: Kamera an Position des Zwischenbildes - Spot ist dann um die Vergrößerung deines Objektivs größer.

Unendlich Korrigiert: Spot in Arbeitsbene des Objektivs. Hinter dem Objektiv einen Achromat oder evtl auch eine einfache Plankonvexe Linse. Kamera in Brennweitenabstand zu dieser Linse. Spot ist dann um das Verhältnis der Brennweiten von Linse zu Mikroskopobjektiv vergrößert.

Grüße
Andreas

[fabe1991]

Danke für die Tipps!
kleines Update:

das Mikroskop-Objektiv mit passendem Tube funktioniert jetzt sehr gut und ich kann den Spot sehr genau sehen. (ohne das mikroskopobjektiv hatte er ja nur wenige pixel gemessen)
die Frage ist nun:
in der Software der CCD Kamera kann ich Belichtungszeit, Gain und Gamma einstellen.
All diese Einstellungen verändern die Spotgröße. Wie kann ich jetzt wissen was die korrekte Einstellung ist?
ich lade später noch ein paar bilder hoch.

[fabe1991]

hier noch ein bild mit messungen bei verschiedenen gamma-wert einstellungen

[andythemechanic]

Gamma = 1 entspricht der gewünschten linearen Verhalten der Kamera. Gain bedeutet in der Regel nur elektronische Nachverstärkung und sollte nicht verwendet werden, wenn man die Kamera andersweitig gut aussteuern kann, da es viel Rauschen erzeugt. Belichtungszeit sollte so gewählt werden, dass die Kamera maximal ausgesteuert ist, ohne irgendwo überbelichtet zu sein.
Die Extraktion einer Spotgröße aus dem so erhaltenen Bild ist eine Wissenschaft für sich. Als "Basisliteratur" kann ich da die DIN EN ISO 11146 empfehlen. Da werden einige Methoden empfohlen, Spotgrößen zu bestimmen. Wenn man ein genaues Modell seines Spots und der Bildentstehung hat könnte man darüber hinaus auch das Bild an dieses Modell fitten, das ist der genaueste aber auch der aufwendigste Weg.

Grüße
Andreas

[VDX]

... ich kann mich noch vage erinnern, daß wir für die Bildverarbeitung zur Bestimmung von Spot-Profilen die Fotos von Spots so 'rekalibriert' hatten, daß die Helligkeitsverteilung immer von 0-100 ging, damit der Threshold-Level für die Bestimmung der Kontur gleich angesetzt werden konnte

Viktor