CN101438197A - 显微镜物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显微镜物镜，具有优选反对称的透镜或透镜组，成像比例为－100倍，视场值为20。根据本发明，该显微镜物镜由9个透镜和3个粘合元件构成，从对象一侧(左侧)开始是由具有正光焦度的近似一个半球镜L1形成的透镜、具有正光焦度的凹凸透镜L2、具有正光焦度的两重粘合元件G1、具有正光焦度的另一个两重粘合元件G2、具有负光焦度的两重粘合元件G3，最后是具有负光焦度的凹凸透镜L9。通过采用结构相同的粘合元件和透镜对，可以在改善图像对比度的同时具有比现有技术的解决方案更小的制造成本。

Description

显微镜物镜
背景技术
为了检查生物对象和组织结构而采用具有大数值孔径(numerischApertur)的显微镜物镜，以分辨细微的结构。
具有大于1.2的数值孔径并采用浸渍油的显微镜物镜通常具有更高的制造成本。这一部分是因为相应物镜的前端部分是由两重粘合元件(Kittglied)构成，也就是密封透镜和主球透镜。由于特殊的制造方法，制造这种粘合元件非常费事而且昂贵。具有只由一个半球透镜构成的前端部件的物镜可以达到多达1.3的孔径，并具有更低的制造成本。
发明内容
基于现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题在于提供一种显微镜物镜，使得在改进图像对比度的同时进一步降低制造成本。
该技术问题通过具有权利要求1的特征的本发明显微镜物镜解决。优选的实施方式在从属权利要求2至8中示出。
本发明的解决方案在于可替换的3种“平像消色差(Planachromat)”类型的显微镜物镜变形，具有-100倍的成像比例和20的视场值。平像消色差是通过光谱线C’和F’的聚焦位置重合来定义的。“Plan”的意思是相应地使像场(Bildfeld)平整。对象一侧的数值孔径是1.25。
显微镜物镜包括9个透镜和3个粘合元件。图像对比度在第一线上受到成像误差的影响。在本发明的显微镜物镜中，成像误差如球形像差、慧形像差、像散和失真基本上得到了校正。初级颜色纵向误差(光谱线C’和F’之间的聚焦位置的成像)被校正掉。次级光谱的颜色纵向误差(光谱线C’-e和F’-e之间的聚焦位置的偏差)位于三倍景深的范围内。景深的范围是通过λ/NA2来定义的，其中NA是数值孔径。该范围称为Rayleigh单位。图像场的平整得到了减小，使得在场边缘处的最佳聚焦位置与轴向的聚焦位置相差少于两倍景深。
通过采用重复部件可以进一步降低制造成本。这样的显微镜物镜向客户提供了灵活性和成本低廉的优点。
附图说明
下面示出“平像消色差(Planachromat)”类型的显微镜物镜的3个实施例，其具有-100倍的成像比例、1.25的数值孔径和20的视场值。光处理距离是0.28mm。这是系统中盖玻片和第一透镜面的峰值点之间的距离。系统数据在表格1至3中给出。
在附图中示出：
图1：具有镜筒f’TUBUS＝200mm的物镜的透镜截面，
图2：镜筒f’TUBUS＝200mm时的横截面像差，
图3：轴上的纵向像差和与场有关的图像误差。
具体实施方式
表格1中的实施例1的物镜与焦距为180mm的镜筒透镜一起考虑，在此场边缘上的颜色横向误差分别被校正到-50μm(C’-e)和50μm(F’-e)。颜色纵向误差的校正对特定的设备是必需的。表格2中实施例2的物镜与焦距为200mm的镜筒透镜一起考虑，其中物镜中的颜色误差和镜筒系统中的颜色误差分别被校正掉。表格3中的实施例3与焦距为164.5mm的镜筒透镜一起考虑，其中物镜中的颜色横向误差和镜筒系统中的颜色横向误差相互补偿。这些可替换的显微镜物镜的结构使得可以通过少量的更改满足对颜色横向误差的不同要求。
这三个实施例的系统数据是相似的。因此对这3个图形显示仅对实施例2进行描述。透镜截面在图1中示出。在图2和图3中分别示出与孔径和视场有关的成像误差的相应分布。
显微镜物镜分别由9个透镜和3个粘合元件构成：详细地说(从对象开始说起；参见图1)是具有正光焦度的透镜L1、正凹凸透镜L2、具有正光焦度的两重粘合元件G1、具有正光焦度的另一个两重粘合元件G2、具有负光焦度的两重粘合元件G3，最后是具有负光焦度的凹凸透镜L9。粘合元件G1和G2的结构相同，并且镜像对称地装入系统中(参见图1)。此外透镜L8和L9的结构相同，它们同样镜像对称地装入物镜中。通过这种方式产生了3个分别结构相同的透镜对，即L3和L6、L4和L5、L8和L9。由此可以有效地降低制造成本。透镜L1在对象一侧具有平坦的平面，在图像一侧具有剧烈弯曲的平面，曲率中心位于对象一侧上。透镜L2是弯月形的(凹凸形)，两个曲率中心都位于对象一侧。粘合元件G1由对象一侧的两面凹的透镜L3和图像一侧的两面凸的透镜L4构成。粘合元件G2由对象一侧的两面凸的透镜L4和图像一侧的两面凹的透镜L5构成。粘合元件G3由两个凹凸透镜L7和L8构成，而且所有平面的曲率中心都位于图像一侧。两个透镜L7和L8都具有负光焦度。最后一个凹凸透镜L9的曲率中心位于对象一侧。
诸如球形像差、慧形像差、像散和失真的成像误差基本上得到了校正。初级颜色纵向误差被校正掉。次级光谱的颜色纵向误差位于三倍景深的范围内。图像场的平整得到了减小，使得在场边缘处的最佳聚焦位置与轴向的聚焦位置相差少于两倍景深。不同的像差在图2和图3中以图形示出。
下面的表格示出这些实施例的系统数据，其中平面标识(平面号)是从对象平面开始的(从左边开始)。
表格1：实施例1的系统数据
 
平面号 半径 厚度 ne ve
1(盖玻片) 平的 0.170 1.525 59.2
2(油) 平的 0.290 1.518 41.8
3 平的 2.770 1.517 60.3
4 -2.0004 0.200
5 -17.4139 2.200 1.758 52.1
6 -5.2970 6.483
7 -99.0800 3.000 1.762 27.3
8 10.3510 4.000 1.667 54.3
9 -17.4720 0.200
10 17.4720 4.000 1.667 54.3
11 -10.3510 3.000 1.762 27.3
12 99.0800 5.329
13 7.6990 6.500 1.489 70.0
14 4.6560 4.000 1.813 25.3
15 2.4300 1.796
16 -2.4300 4.000 1.813 25.3
17 -4.6560 0.622
 
18 平的 60.000
+焦距为180mm的消色差镜筒透镜
数值孔径＝1.25            入射光瞳的位置-∞
成像比例＝-100.5          对象在平面1上
视场值＝20
表格2：实施例2的系统数据
 
平面号 半径 厚度 ne ve
1(盖玻片) 平的 0.170 1.525 59.2
2(油) 平的 0.281 1.518 41.8
3 平的 2.770 1.517 60.3
4 -1.9845 0.200
5 -32.1451 2.200 1.758 52.1
6 -5.8498 7.127
7 -87.1808 3.000 1.762 27.3
8 10.0650 4.000 1.667 54.3
9 -16.4805 0.200
10 16.4805 4.000 1.667 54.3
11 -10.0650 3.000 1.762 27.3
12 87.1808 4.823
13 8.8700 6.500 1.489 70.0
14 4.4577 4.000 1.813 25.3
15 2.4528 1.800
16 -2.4528 4.000 1.813 25.3
17 -4.4577 0.500
18 平的 100.000
+焦距为200mm的消色差镜筒透镜
数值孔径＝1.25              入射光瞳的位置-∞
成像比例＝-100.1            对象在平面1上
视场值＝20
表格3：实施例3的系统数据
 
平面号 半径 厚度 ne ve
1(盖玻片) 平的 0.170 1.525 59.2
2(油) 平的 0.286 1.518 41.8
3 平的 2.770 1.517 60.3
4 -1.9995 0.200
5 -15.9107 2.200 1.758 52.1
6 -5.2115 6.535
7 -158.4628 3.000 1.762 27.3
8 10.3216 4.000 1.667 54.3
9 -18.4453 0.200
10 18.4453 4.000 1.667 54.3
11 -10.3216 3.000 1.762 27.3
12 158.4628 5.402
13 7.3766 6.500 1.489 70.0
14 4.7935 4.000 1.813 25.3
15 2.3928 1.800
16 -2.3928 4.000 1.813 25.3
17 -4.7935 0.500
18 平的 126.500
+焦距为164.5mm的镜筒透镜
数值孔径＝1.25        入射光瞳的位置-∞
成像比例＝-100.2      对象在平面1上
视场值＝20

Claims (8)

1.一种显微镜物镜，具有优选反对称的透镜或透镜组(参见表格1至3)，其中下述特征替换地成立，
该显微镜物镜(参见表格1)与焦距为180mm的镜筒系统一起使用，并且在物镜和镜筒光学系统之间来自对象点的射线相互平行地行进，或者
该显微镜物镜(参见表格2)与焦距为200mm的镜筒系统一起使用，并且在物镜和镜筒光学系统之间来自对象点的射线相互平行地行进，来自物镜的颜色误差和来自镜筒光学系统的颜色误差彼此分开地被校正，或者
根据“ICSn1”原理(无穷颜色校正系统)来校正该显微镜物镜(参见表格3)，该显微镜物镜与焦距为164.5mm的镜筒系统一起使用，来自物镜的颜色误差和来自镜筒光学系统的颜色误差相互补偿。
2.根据权利要求1所述的显微镜物镜，其中成像误差，如球形像差、慧形像差、像散和失真基本上得到了校正，初级颜色纵向误差被校正掉，标称成像比例在数值孔径为1.25时(在浸渍了油的情况下)为-100，次级光谱的颜色纵向误差在三倍景深的范围内，像场的平整度被减小，使得场边缘上的最佳聚焦位置与轴向聚焦位置相差小于两倍景深。
3.根据权利要求1所述的显微镜物镜，由9个透镜和3个粘合元件构成，从对象一侧(左侧)开始是由具有正光焦度的近似一个半球镜L1形成的透镜、具有正光焦度的凹凸透镜L2、具有正光焦度的两重粘合元件G1、具有正光焦度的另一个两重粘合元件G2、具有负光焦度的两重粘合元件G3，最后是具有负光焦度的凹凸透镜L9，其中透镜L1在对象一侧具有平坦的平面，在图像一侧具有剧烈弯曲的平面，曲率中心位于对象一侧上。透镜L2是弯月形的，两个曲率中心都位于对象一侧，粘合元件G1由对象一侧的两面凹的透镜L3和图像一侧的两面凸的透镜L4构成，粘合元件G2由对象一侧的两面凸的透镜L4和图像一侧的两面凹的透镜L5构成，粘合元件G3由两个凹凸透镜L7和L8构成，而且所有平面的曲率中心都位于图像一侧，两个透镜L7和L8都具有负光焦度。
4.根据权利要求3所述的显微镜物镜，其特征在于，所述粘合元件G1和G2的结构相同，并且镜像对称地装入系统中(参见图1)，透镜L8和L9的结构相同，它们同样镜像对称地装入物镜中，从而产生了3个结构都相同的透镜对，即L3和L6、L4和L5、L8和L9。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的显微镜物镜，其特征在于，下面的焦距关系成立：
1.9<fL1/fobj.<2.4
4.5<fL2/fobj.<5.7
20.2<fG1/fobj.<25.7
20.2<fG2/fobj.<25.7
-14.7<fG3/fobj.<-8.2
-31.7<fL9/fobj.<-14.2其中fobj.表示物镜的焦距。
6.根据权利要求4所述的显微镜物镜，其特征在于，结构相同的透镜L4和L5满足以下条件：
ne>1.66以及
ve>54
7.根据权利要求4所述的显微镜物镜，其特征在于，结构相同的透镜L8和L9满足以下条件：
ne>1.81以及
ve<26
8.根据权利要求1至7中任一项所述的显微镜物镜，其特征在于，所述透镜的几何特征满足以下条件：
d 4 &GreaterEqual; | r 4 | &GreaterEqual; d 1 &CenterDot; NA n 1 2 - NA 2 + d 2 &CenterDot; NA n 2 2 - NA 2 + d 3 &CenterDot; NA n 3 2 - NA 2
其中d1表示盖玻片的厚度，d2表示光的处理距离，d3，r4分别表示透镜L1的中心厚度和曲率半径，NA表示数值孔径，ne表示在光谱线e＝546.07nm时的折射率，ve表示在光谱线e＝546.07nm时的像差数。
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