CN104267490A - 一种显微镜物镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种显微镜物镜，属于光学领域。其包括同光轴装置的九片球面玻璃透镜，从物方至像方依次排列：其中第二透镜、第三透镜组合为胶合透镜组，第四透镜、第五透镜组合为胶合透镜组，第六透镜、第七透镜组合为胶合透镜组，第八透镜、第九透镜组合为胶合透镜组。该显微镜物镜可实现高分辨力的成像，具有视场大、分辨率高、体积小、加工工艺成熟、成本低特点。
Description
技术领域
本发明属于光学领域，更具体地说，涉及一种显微镜物镜。
背景技术
显微镜已成为很多行业研究必不可少的高科技设备，在一些精密微型领域广泛应用，特别在医疗和科研等中具有不可替代的作用。
显微镜物镜的视场的大小会影响观察范围，视场越大，可观察到的范围就越大，这样能更好和完整的观察目标；目前世界上已有各类显微镜物镜，但是目前技术上能达到的视场一般保持在20mm左右，而最大的视场也只有25mm，且都只适用于目视观察方面；随着科技的发展，目前很多领域已开始应用CCD图像自动采集方面的技术，因此需要更大的显微镜物镜的视场，而常规的显微镜物镜的视场将无法满足需求。
中国专利号：200810087210.3申请日：2008年03月24日，公开了一份名称为一种显微镜物镜的专利，其由至少四个透镜或透镜组(L1，L2A，L2B，L3，L4A，L4B，G1，G2)组成并能够优选地被用于改进图像对比度。根据该发明，从物体侧观察，可将与光轴同心对准的相板集成到第一透镜和第二透镜(L2A或L2B)之间的空气空间中以及从该空气空间中取出。所限定地布置相板和相关联地将实际光瞳偏移到显微镜物镜的前两个透镜(L1和L2A、L2B)或透镜组之间的空气空间中允许最初被设计为亮视场变型的显微镜物镜被重新设计为相对简单的相衬变型，但是其视场仍然较小，而且制造成本高。
中国专利号：200780016306.4申请日：2007年04月26日，公开了一份名称为一种显微镜物镜的专利文件，其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。根据该发明，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。但是其存在生产成本高，加工困难的问题。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有显微镜物镜的视场小，而常规的显微镜物镜的视场将无法满足需求而且成本高的问题，本发明提供一种显微镜物镜，其具有视场大、分辨率高、体积小、加工工艺易操作和成本低的优势。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种显微镜物镜，包括同光轴装置的九片球面透镜，从物方至像方依次排列，从物方至像方的九片球面透镜分别为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜，所述的第一透镜面向物方为凸面，面向像方为凸面；第二透镜和第三透镜组合为胶合透镜组，其中第二透镜面向物方为凸面，面向像方为凹面；第三透镜面向物方为凸面，面向像方为凸面，第二透镜面向像方的凹面与第三透镜面向物方的凸面胶合在一起；第四透镜和第五透镜组合为胶合透镜组，其中第四透镜面向物方为凸面，面向像方为凸面；第五透镜面向物方为凹面，面向像方为凸面，第四透镜面向像方的凸面与第五透镜面向物方的凹面胶合在一起；第六透镜和第七透镜组合为胶合透镜组，其中第六透镜面向物方为凸面，面向像方为凹面；第七透镜面向物方为凸面，面向像方为凹面，第六透镜面向像方的凹面与第七透镜面向物方的凸面胶合在一起；第八透镜和第九透镜组合为胶合透镜组，其中第八透镜面向物方为凹面，面向像方为凸面；第九透镜面向物方为凹面，面向像方为凹面，第八透镜面向像方的凸面与第九透镜面向物方的凹面胶合在一起；上述九个透镜共有十四个镜面，第一透镜面向物方的凸面为第一镜面，第一透镜面向像方的凸面为第二镜面，第二透镜面向物方的凸面为第三镜面，第二透镜和第三透镜的胶合面为第四镜面，第三透镜面向像方的凸面为第五镜面，第四透镜面向物方的凸面为第六镜面，第四透镜和第五透镜的胶合面为第七镜面，第五透镜面向像方的凸面为第八镜面，第六透镜面向物方的凸面为第九镜面，第六透镜和第七透镜的胶合面为第十镜面，第七透镜面向像方的凹面为第十一镜面，第八透镜面向物方的凹面为第十二镜面，第八透镜和第九透镜的胶合面为第十三镜面，第九透镜面向像方的凹面为第十四镜面；十四个镜面的结构参数为：
第一镜面为R1＝52.868～54.489mm、D1＝6.725～6.873mm、ψ1＝11.827～11.951mm；
第二镜面为R2＝－29.259～－28.118mm、D2＝0.578～0.621mm、ψ2＝12.161～12.293mm；
第三镜面为R3＝61.287～63.171mm、D3＝1.965～2.039mm、ψ3＝11.972～12.102mm；
第四镜面为R4＝16.186～16.868mm、D4＝7.913～8.085mm、ψ4＝11.399～11.527mm；
第五镜面为R5＝－75.027～－73.552mm、D5＝0.482～0.521mm、ψ5＝11.502～11.635mm；
第六镜面为R6＝15.273～16.072mm、D6＝9.892～10.105mm、ψ6＝11.473～11.592mm；
第七镜面为R7＝－31.217～－30.305mm、D7＝1.962～2.037mm、ψ7＝10.573～10.687mm；
第八镜面为R8＝－120.087～－118.912mm、D8＝0.485～0.517mm、ψ8＝9.938～10.047mm；
第九镜面为R9＝14.415～15.167mm、D9＝1.964～2.038mm、ψ9＝8.470～8.651mm；
第十镜面为R10＝7.695～8.103mm、D10＝7.323～7.471mm、ψ10＝6.802～6.947mm；
第十一镜面为R11＝25.406～26.191mm、D11＝3.738～3.861mm、ψ11＝5.503～5.622mm；
第十二镜面为R12＝－21.157～－20.341mm、D12＝13.856～14.149mm、ψ12＝4.675～4.824mm；
第十三镜面为R13＝－8.537～－8.135mm、D13＝2.951～3.053mm、ψ13＝4.065～4.195mm；
第十四镜面为R14＝14.139～14.881mm、D14＝199.102～201.038mm、ψ14＝3.773～3.894mm。
其中R1为第一镜面的曲率半径；D1为第一镜面的镜面距离；ψ1为第一镜面的有效通光孔径，R2-R14、D2-D14以及ψ2-ψ14的含义依次类推，十四个镜面的结构参数见下表：
表1 十四个镜面的结构参数
优选地，所述物镜第一透镜的焦距为38.73mm，第二透镜与第三透镜组合的胶合透镜组焦距为639.85mm，第四透镜和第五透镜组合的胶合透镜组焦距为38.352mm，第六透镜和第七透镜组合的胶合透镜组焦距为741.83mm，第八透镜与第九透镜组合的胶合透镜组焦距为-8.95mm。
优选地，第一透镜的折射率/阿贝系数(nd/vd)为1.48746/70.04，第二透镜的折射率/阿贝系数为1.69211/54.54，第三透镜的折射率/阿贝系数1.43335/94.52，第四透镜的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第五透镜的折射率/阿贝系数为1.69211/54.54，第六透镜的折射率/阿贝系数为1.69211/54.54，第七透镜的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第八透镜的折射率/阿贝系数为1.84666/23.78，第九透镜的折射率/阿贝系数为1.80400/46.58。
优选地，显微镜物镜的最大视场为50mm。
本发明的显微镜物镜，全部采用球面镜片，与现有光学镜片加工与检测工艺完全兼容，制造成本低，且在本发明给出的十四个镜面的结构参数下，可以实现增大显微镜物镜的视场，显微镜物镜的视场能达到50mm，完全达到大幅度增大显微镜物镜视场的效果。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的显微镜物镜，全部采用球面镜片，与现有光学镜片加工与检测工艺完全兼容，制造成本低；
(2)本发明给出的十四个镜面的结构参数下，可以实现增大显微镜物镜的视场，显微镜物镜的视场能达到50mm，完全达到大幅度增大显微镜物镜视场的效果；
(3)本发明结构简单，设计合理，易于制造。
附图说明
图1是本发明的显微镜物镜的结构示意图；
图2是ZEMAX软件模拟出本发明的实施例1参数下，显微镜物镜的视场的参数表；
图3、图4、图5和图6是ZEMAX软件模拟出在图2视场设定条件下，显微镜物镜成像质量效果图；其中图3为光程差，其横坐标为归一化孔径，纵坐标为以波数为单位的参考主光线的光程差、图4为单色光的基于衍射的能量集中度，其横坐标为衍射光斑的半径，纵坐标为当前半径内的能量占总能量的百分比、图5为多色光光学传递函数，其横坐标为空间频率，纵坐标为传递函数值、图6为波相差，其为实际波面与参考球面之间的光程差。
图中：L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；L5-第五透镜；L6-第六透镜；L7-第七透镜；L8-第八透镜；L9-第九透镜。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明进行详细描述。
实施例1
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种显微镜物镜，包括同光轴装置的九片球面透镜，从物方至像方依次排列，从物方至像方的九片球面透镜分别为：第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7、第八透镜L8和第九透镜L9，所述的第一透镜L1面向物方为凸面，面向像方为凸面；第二透镜L2和第三透镜L3组合为胶合透镜组，其中第二透镜L2面向物方为凸面，面向像方为凹面；第三透镜L3面向物方为凸面，面向像方为凸面，第二透镜L2面向像方的凹面与第三透镜L3面向物方的凸面胶合在一起；第四透镜L4和第五透镜L5组合为胶合透镜组，其中第四透镜L4面向物方为凸面，面向像方为凸面；第五透镜L5面向物方为凹面，面向像方为凸面，第四透镜L4面向像方的凸面与第五透镜L5面向物方的凹面胶合在一起；第六透镜L6和第七透镜L7组合为胶合透镜组，其中第六透镜L6面向物方为凸面，面向像方为凹面；第七透镜L7面向物方为凸面，面向像方为凹面，第六透镜L6面向像方的凹面与第七透镜L7面向物方的凸面胶合在一起；第八透镜L8和第九透镜L9组合为胶合透镜组，其中第八透镜L8面向物方为凹面，面向像方为凸面；第九透镜L9面向物方为凹面，面向像方为凹面，第八透镜L8面向像方的凸面与第九透镜L9面向物方的凹面胶合在一起；上述九个透镜共有十四个镜面，第一透镜L1面向物方的凸面为第一镜面，第一透镜L1面向像方的凸面为第二镜面，第二透镜L2面向物方的凸面为第三镜面，第二透镜L2和第三透镜L3的胶合面为第四镜面，第三透镜L3面向像方的凸面为第五镜面，第四透镜L4面向物方的凸面为第六镜面，第四透镜L4和第五透镜L5的胶合面为第七镜面，第五透镜L5面向像方的凸面为第八镜面，第六透镜L6面向物方的凸面为第九镜面，第六透镜L6和第七透镜L7的胶合面为第十镜面，第七透镜L7面向像方的凹面为第十一镜面，第八透镜L8面向物方的凹面为第十二镜面，第八透镜L8和第九透镜L9的胶合面为第十三镜面，第九透镜L9面向像方的凹面为第十四镜面；十四个镜面的结构参数为：
表2 实施例1中十四个镜面的结构参数
其中所述物镜第一透镜L1的焦距为38.73mm，第二透镜与第三透镜组合的胶合透镜组焦距为639.85mm，第四透镜和第五透镜组合的胶合透镜组焦距为38.352mm，第六透镜和第七透镜组合的胶合透镜组焦距为741.83mm，第八透镜与第九透镜组合的胶合透镜组焦距为-8.95mm。
另外还有本实施例中第一透镜的折射率/阿贝系数(nd/vd)为1.48746/70.04，第二透镜的折射率/阿贝系数为1.69211/54.54，第三透镜的折射率/阿贝系数1.43335/94.52，第四透镜的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第五透镜的折射率/阿贝系数为1.69211/54.54，第六透镜的折射率/阿贝系数为1.69211/54.54，第七透镜的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第八透镜的折射率/阿贝系数为1.84666/23.78，第九透镜的折射率/阿贝系数为1.80400/46.58。
通过ZEMAX软件模拟出以上参数的实验结果，如图2、图3、图4、图5和图6所示，图2是显微镜物镜的视场的参数表。由图2的参数可以看出，其显微镜物镜的视场为50mm。完全达到大幅提高显微镜物镜的视场。其实验结果同样达到显微镜物镜的视场为50mm，完全达到大幅增大显微镜物镜的视场。
图3光程差所展示的是在大视场下，色散的情况，由图像可以看出，在不同视场下，其子午分量和弧矢分量的光瞳坐标下光程差关系，X、Y分别表示弧矢分量和子午分量，图像的最大垂直比例为±5.000波长；由上至下，由左至右看图，第一幅图像表示视场点为0.00mm，其子午分量和弧矢分量的光瞳坐标下光程差曲线图，以横坐标轴为基准，由下至上的各曲线分别代表波长为0.436、0.480、0.546、0.644的曲线，第二幅图像表示视场点为12.50mm，其子午分量和弧矢分量的光瞳坐标下光程差曲线图，以横坐标轴为基准，由下至上的各曲线分别代表波长为0.436、0.480、0.546、0.644的曲线，第三幅图像表示视场点为17.68mm，其子午分量和弧矢分量的光瞳坐标下光程差曲线图，以横坐标轴为基准，由下至上的各曲线分别代表波长为0.436、0.480、0.546、0.644的曲线，第四幅图像表示视场点为21.65mm，其子午分量和弧矢分量的光瞳坐标下光程差曲线图，以横坐标轴为基准，由下至上的各曲线分别代表波长为0.436、0.480、0.546、0.644的曲线，第五幅图像表示视场点为25.00mm，其子午分量和弧矢分量的光瞳坐标下光程差曲线图，以横坐标轴为基准，由下至上的各曲线分别代表波长为0.436、0.480、0.546、0.644的曲线。其中每副曲线图中的曲线越靠近横坐标轴，其光程差越好，由图像可以体现出整个视场的色散较好；
图4单色光的基于衍射的能量集中度所展示的是在大视场下，体现出比较好的能量集中度，从图像中可以看出，作一基准线，各曲线与基准线相交由下至上，其每条曲线分别表示视场点为25.00mm、21.65mm、17.68mm、12.50mm、0.00mm时，视场的能量百分比与光斑半径之间的关系，其中最上一条曲线为理想情况下能量百分比与光斑半径的关系，其他曲线与此理想曲线之间差距越小越好，从图像可以体现出整个视场较好的能力集中度；
图5多色光光学传递函数所展示的是在大视场下，可以看出其衬度非常好，从图像中可以看出，图像中T为子午分量，S为弧矢分量；作一基准线，各曲线与基准线相交由下至上，其第一条曲线表示视场点为25.00mm的子午分量的传递函数，第二条曲线表示视场点为21.65mm的子午分量的传递函数，第三条曲线表示视场点为17.68mm的子午分量的传递函数，第四条曲线表示视场点为25.00mm的弧矢分量的传递函数，第五条曲线表示视场点为12.50mm的子午分量的传递函数，第六条曲线表示视场点为21.65mm的弧矢分量的传递函数，第七条曲线表示视场点为17.68mm的弧矢分量的传递函数，第八条曲线表示视场点为12.50mm的弧矢分量的传递函数，第九条曲线表示视场点为0.00mm的子午分量的传递函数和弧矢分量的传递函数。其中第十条曲线为理想情况下的传递函数曲线，其他曲线与此理想曲线越接近表示性能越好，由图像可以看出整个视场其衬度非常好；
图6波相差所展示的是在大视场下，波相差与理论值接近完美。
实施例2
同实施例1，所不同的是十四个镜面的结构参数，具体见下表：
表3 实施例2中十四个镜面的结构参数
其实验结果同样达到显微镜物镜的视场为50mm，完全达到大幅增大显微镜物镜的视场。
实施例3
同实施例1，所不同的是十四个镜面的结构参数，具体见下表：
表4 实施例3中十四个镜面的结构参数
其实验结果同样达到显微镜物镜的视场为50mm，完全达到大幅增大显微镜物镜视场的效果。
Claims (5)
1.一种显微镜物镜，包括同光轴装置的九片球面透镜，从物方至像方依次排列，从物方至像方的九片球面透镜分别为：第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、第五透镜(L5)、第六透镜(L6)、第七透镜(L7)、第八透镜(L8)和第九透镜(L9)，其特征在于：所述的第一透镜(L1)面向物方为凸面，面向像方为凸面；第二透镜(L2)和第三透镜(L3)组合为胶合透镜组，其中第二透镜(L2)面向物方为凸面，面向像方为凹面；第三透镜(L3)面向物方为凸面，面向像方为凸面，第二透镜(L2)面向像方的凹面与第三透镜(L3)面向物方的凸面胶合在一起；第四透镜(L4)和第五透镜(L5)组合为胶合透镜组，其中第四透镜(L4)面向物方为凸面，面向像方为凸面；第五透镜(L5)面向物方为凹面，面向像方为凸面，第四透镜(L4)面向像方的凸面与第五透镜(L5)面向物方的凹面胶合在一起；第六透镜(L6)和第七透镜(L7)组合为胶合透镜组，其中第六透镜(L6)面向物方为凸面，面向像方为凹面；第七透镜(L7)面向物方为凸面，面向像方为凹面，第六透镜(L6)面向像方的凹面与第七透镜(L7)面向物方的凸面胶合在一起；第八透镜(L8)和第九透镜(L9)组合为胶合透镜组，其中第八透镜(L8)面向物方为凹面，面向像方为凸面；第九透镜(L9)面向物方为凹面，面向像方为凹面，第八透镜(L8)面向像方的凸面与第九透镜(L9)面向物方的凹面胶合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种显微镜物镜，其特征在于：所述九个透镜共有十四个镜面，第一透镜(L1)面向物方的凸面为第一镜面，第一透镜(L1)面向像方的凸面为第二镜面，第二透镜(L2)面向物方的凸面为第三镜面，第二透镜(L2)和第三透镜(L3)的胶合面为第四镜面，第三透镜(L3)面向像方的凸面为第五镜面，第四透镜(L4)面向物方的凸面为第六镜面，第四透镜(L4)和第五透镜(L5)的胶合面为第七镜面，第五透镜(L5)面向像方的凸面为第八镜面，第六透镜(L6)面向物方的凸面为第九镜面，第六透镜(L6)和第七透镜(L7)的胶合面为第十镜面，第七透镜(L7)面向像方的凹面为第十一镜面，第八透镜(L8)面向物方的凹面为第十二镜面，第八透镜(L8)和第九透镜(L9)的胶合面为第十三镜面，第九透镜(L9)面向像方的凹面为第十四镜面；十四个镜面的结构参数为：
第一镜面为R1＝52.868～54.489mm、D1＝6.725～6.873mm、ψ1＝11.827～11.951mm；
第二镜面为R2＝－29.259～－28.118mm、D2＝0.578～0.621mm、ψ2＝12.161～12.293mm；
第三镜面为R3＝61.287～63.171mm、D3＝1.965～2.039mm、ψ3＝11.972～12.102mm；
第四镜面为R4＝16.186～16.868mm、D4＝7.913～8.085mm、ψ4＝11.399～11.527mm；
第五镜面为R5＝－75.027～－73.552mm、D5＝0.482～0.521mm、ψ5＝11.502～11.635mm；
第六镜面为R6＝15.273～16.072mm、D6＝9.892～10.105mm、ψ6＝11.473～11.592mm；
第七镜面为R7＝－31.217～－30.305mm、D7＝1.962～2.037mm、ψ7＝10.573～10.687mm；
第八镜面为R8＝－120.087～－118.912mm、D8＝0.485～0.517mm、ψ8＝9.938～10.047mm；
第九镜面为R9＝14.415～15.167mm、D9＝1.964～2.038mm、ψ9＝8.470～8.651mm；
第十镜面为R10＝7.695～8.103mm、D10＝7.323～7.471mm、ψ10＝6.802～6.947mm；
第十一镜面为R11＝25.406～26.191mm、D11＝3.738～3.861mm、ψ11＝5.503～5.622mm；
第十二镜面为R12＝－21.157～－20.341mm、D12＝13.856～14.149mm、ψ12＝4.675～4.824mm；
第十三镜面为R13＝－8.537～－8.135mm、D13＝2.951～3.053mm、ψ13＝4.065～4.195mm；
第十四镜面为R14＝14.139～14.881mm、D14＝199.102～201.038mm、ψ14＝3.773～3.894mm。
3.根据权利要求2所述的一种显微镜物镜，其特征在于：所述物镜第一透镜(L1)的焦距为38.73mm，第二透镜与第三透镜组合的胶合透镜组焦距为639.85mm，第四透镜和第五透镜组合的胶合透镜组焦距为38.352mm，第六透镜和第七透镜组合的胶合透镜组焦距为741.83mm，第八透镜与第九透镜组合的胶合透镜组焦距为-8.95mm。
4.根据权利要求3所述的一种显微镜物镜，其特征在于：所述第一透镜(L1)的折射率/阿贝系数为1.48746/70.04，第二透镜的折射率/阿贝系数为1.69211/54.54，第三透镜的折射率/阿贝系数1.43335/94.52，第四透镜的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第五透镜的折射率/阿贝系数为1.69211/54.54，第六透镜的折射率/阿贝系数为1.69211/54.54，第七透镜的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第八透镜的折射率/阿贝系数为1.84666/23.78，第九透镜的折射率/阿贝系数为1.80400/46.58。
5.根据权利要求1、2或3中任意一项所述的一种显微镜物镜，其特征在于：所述的显微镜物镜最大视场为50mm。
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