CN104297913B - 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，属于光学仪器技术领域。本发明包括九片球面玻璃透镜，从物方至像方依次排列：第一透镜面向物方为凸面，面向像方为凹面；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凹面，面向像方为凹面；第四透镜面向物方为凹面，面向像方为凹面；第五、第六透镜为胶合透镜组，第五透镜面向物方为凸面，面向像方为凸面；第六透镜面向物方为凹面，面向像方为凹面；第七、第八透镜为胶合透镜组，第七透镜面向物方为凸面，面向像方为凹面；第八透镜面向物方为凸面，面向像方为凸面；第九透镜面向物方为凹面，面向像方为凸面。本发明可实现高分辨力成像，视场大、分辨率高、体积小、加工工艺成熟、成本低。

Description

一种显微镜物镜
技术领域
本发明涉及光学仪器技术领域，更具体地说，涉及一种显微镜物镜。
背景技术
显微镜是由一个或几个透镜组合构成的一种光学仪器，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，特别在医疗和科研等领域具有不可替代的作用。
显微镜物镜的视场大小会影响观察范围，视场越大，可观察到的范围就越大，就能更好、更完整的观察目标。目前，世界范围内已有各类显微镜物镜，但是技术上能达到的视场一般保持在20mm左右，最大的视场也只有25mm，且只适用于目视观察方面。随着科技的发展，越来越多的领域已开始应用CCD图像自动采集技术，因此，对显微镜物镜的视场提出了更高的要求，而常规显微镜物镜的视场却无法满足需求。
经检索，关于提高显微镜视场的方案已有公开，如中国专利申请号201310546824.4，申请日为2013年11月7日，发明创造名称为：6倍超长工作距离物镜；该申请案公开了一种6倍长工作距离物镜，整个系统由两大组元组成，第一组元具有正的光焦度，第二组元具有负的光焦度；第一组元由三个透镜组组成；第二组元由第四透镜组组成；第一组元的焦距为fG1，第二组元的焦距为fG2，则它们之间满足以下条件：0.98<|fG2/fG1|<1.35；第一组元里各个透镜组中，第一透镜组的焦距为fL1，第二透镜组的焦距为fL2，第三透镜组的焦距为fL3，满足以下条件：119<fL2<135，0.5<fL1/fL3<0.7；第二组元的焦距为fG2，满足以下条件：-78<fG2<-70。该申请案解决了物镜观察视场小，出瞳直径小，成像清晰范围难以达到100％的问题。
又如中国专利申请号201210418310.6，申请日为2012年10月26日，发明创造名称为：用于视频成像的显微物镜光学系统；以及中国专利申请号201210205053.8，申请日为2012年6月20日，发明创造名称为：全自动尿有形分析仪用30倍物镜的专利，上述申请案均通过对透镜的组合设计，达到了增大观察视场的目的，但视场的增大幅度较小，仍不能很好的满足现有技术对显微镜物镜视场的需求。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种可实现大视场的显微镜物镜，以满足目前各领域的需要。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的显微镜物镜，包括同光轴设置的九片球面玻璃透镜，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，所述的九片透镜从物方至像方依次排列；其中，所述的第五透镜和第六透镜组成胶合透镜组一，第七透镜和第八透镜组成胶合透镜组二；上述九片透镜共有十六个镜面，包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、胶合透镜组一、胶合透镜组二、第九透镜面向物方和面向像方的镜面，以及胶合透镜组一中第五透镜和第六透镜的胶合面，胶合透镜组二中第七透镜和第八透镜的胶合面；以第一透镜面向物方的镜面为第一镜面，从物方至像方依次对十六个镜面进行排序；十六个镜面的曲率半径R、镜面距离D和有效通光孔径ψ分别为：
第一镜面为R1＝55.274～56.390mm、D1＝9.269～9.366mm、ψ1＝16.893～17.450mm；
第二镜面为R2＝152.336～153.868mm、D2＝2.185～2.232mm、ψ2＝16.012～16.310mm；
第三镜面为R3＝28.478～29.346mm、D3＝9.800～9.895mm、ψ3＝15.215～15.505mm；
第四镜面为R4＝346.780～350.260mm、D4＝9.800～9.895mm、ψ4＝13.125～13.513mm；
第五镜面为R5＝－31.179～－30.561mm、D5＝6.980～7.055mm、ψ5＝6.985～7.413mm；
第六镜面为R6＝12.539～12.921mm、D6＝7.910～8.005mm、ψ6＝4.798～5.055mm；
第七镜面为R7＝－136.891～－135.529mm、D7＝3.210～3.510mm、ψ7＝3.353～3.609mm；
第八镜面为R8＝13.746～14.308mm、D8＝2.920～3.120mm、ψ8＝2.965～3.132mm；
第九镜面为R9＝28.074～28.930mm、D9＝4.115～4.275mm、ψ9＝2.763～3.050mm；
第十镜面为R10＝－9.302～－8.938mm、D10＝2.385～2.635mm、ψ10＝2.376～2.627mm；
第十一镜面为R11＝70.993～72.427mm、D11＝4.890～5.220mm、ψ11＝2.733～2.925mm；
第十二镜面为R12＝317.554～320.746mm、D12＝1.435～1.615mm、ψ12＝5.105～5.336mm；
第十三镜面为R13＝33.187～33.857mm、D13＝3.825～4.210mm、ψ13＝5.560～5.823mm；
第十四镜面为R14＝－20.009～－19.417mm、D14＝9.525～9.715mm、ψ14＝6.375～6.603mm；
第十五镜面为R15＝－40.997～－40.185mm、D15＝3.880～4.210mm、ψ15＝9.863～10.135mm；
第十六镜面为R16＝－19.722～－19.140mm、D16＝199.205～201.125mm、ψ16＝10.531～10.810mm。
更进一步地，所述的十六个镜面中，第一镜面为凸面、第二镜面为凹面、第三镜面为凸面、第四镜面为凹面、第五镜面为凹面、第六镜面为凹面、第七镜面为凹面、第八镜面为凹面、第九镜面为凸面、第十镜面为第五透镜面向像方的凸面与第六透镜面向物方的凹面胶合面、第十一镜面为凹面、第十二镜面为凸面、第十三镜面为第七透镜面向像方的凹面与第八透镜面向物方的凸面胶合面、第十四镜面为凸面、第十五镜面为凹面、第十六镜面为凸面。
更进一步地，所述的第一透镜的焦距为111.27mm，第二透镜的焦距为37.65mm，第三透镜的焦距为-16.75mm，第四透镜的焦距为-24.713mm，胶合透镜组一的焦距为-35.11mm，胶合透镜组二的焦距为70.67mm，第九透镜的焦距为45.07mm。。
更进一步地，所述的第一透镜的折射率/阿贝系数为1.74693/50.95，第二透镜的折射率/阿贝系数为1.80518/25.46，第三透镜的折射率/阿贝系数1.51680/64.23，第四透镜的折射率/阿贝系数为1.51680/64.23，第五透镜的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第六透镜的折射率/阿贝系数为1.74693/50.95，第七透镜的折射率/阿贝系数为1.80518/25.46，第八透镜的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第九透镜的折射率/阿贝系数为1.74693/50.95。
更进一步地，显微镜物镜的最大视场为40mm。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
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；且在本发明给出的十六个镜面的结构参数条件下，显微镜物镜的视场能达到40mm，大幅度增大了显微镜物镜的视场，能够满足现有技术对显微镜物镜视场的高要求。
附图说明
图1为本发明的显微镜物镜的结构示意图；
图2为在本发明实施例1提供的结构参数下，ZEMAX软件模拟出的显微镜物镜的视场参数表；
图3、图4、图5和图6分别为ZEMAX软件模拟出的在图2视场设定条件下，显微镜物镜成像质量效果图；其中，图3为光线色散情况示意图，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为单色光基于衍射的能量集中度示意图，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示意图，其横坐标为空间频率，纵坐标为传递函数值；图6为波相差与理论值的对比示意图，其为实际波面与参考球面之间的光程差。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
参照图1，本实施例的显微镜物镜包括同光轴设置的九片球面玻璃透镜，从物方至像方依次排列：
第一透镜L1面向物方为凸面，面向像方为凹面。
第二透镜L2面向物方为凸面，面向像方为凹面。
第三透镜L3面向物方为凹面，面向像方为凹面。
第四透镜L4面向物方为凹面，面向像方为凹面。
第五透镜L5和第六透镜L6组成胶合透镜组一，其中第五透镜L5面向物方为凸面，面向像方为凸面；第六透镜L6面向物方为凹面，面向像方为凹面，第五透镜L5面向像方的凸面与第六透镜L6面向物方的凹面胶合在一起。
第七透镜L7和第八透镜L8组成胶合透镜组二，其中第七透镜L7面向物方为凸面，面向像方为凹面；第八透镜L8面向物方为凸面，面向像方为凸面，第七透镜L7面向像方的凹面与第八透镜L8面向物方的凸面胶合在一起。
第九透镜L9面向物方为凹面，面向像方为凸面。
上述九片透镜共有十六个镜面，第一透镜L1的凸面为第一镜面，第一透镜L1的凹面为第二镜面，第二透镜L2的凸面为第三镜面，第二透镜L2的凹面为第四镜面，第三透镜L3面向物方的凹面为第五镜面，第三透镜L3面向像方的凹面为第六镜面，第四透镜L4面向物方的凹面为第七镜面，第四透镜L4面向像方的凹面为第八镜面，第五透镜L5面向物方的凸面为第九镜面，第五透镜L5和第六透镜L6的胶合面为第十镜面，第六透镜L6面向像方的凹面为第十一镜面，第七透镜L7面向物方的凸面为第十二镜面，第七透镜L7和第八透镜L8的胶合面为第十三镜面，第八透镜L8面向像方的凸面为第十四镜面，第九透镜L9的凹面为第十五镜面，第九透镜L9的凸面为第十六镜面，十六个镜面的曲率半径R、镜面距离D、有效通光孔径ψ和九片透镜的折射率/阿贝系数(nd/vd)参见表1：
表1实施例1中九片透镜的结构参数
此外，本实施例所述的第一透镜L1的焦距为111.27mm，第二透镜L2的焦距为37.65mm，第三透镜L3的焦距为-16.75mm，第四透镜L4的焦距为-24.713mm，胶合透镜组一的焦距为-35.11mm，胶合透镜组二的焦距为70.67mm，第九透镜L9的焦距为45.07mm。
图2为在本实施例提供的上述参数下，ZEMAX软件模拟出的显微镜物镜的视场参数表。由图2的参数可得，本实施例显微镜物镜的视场为40mm，显微镜物镜的视场大幅度增大，能够满足现有技术对显微镜物镜视场的高要求。
图3、图4、图5和图6分别为ZEMAX软件模拟出的在图2视场设定条件下，显微镜物镜成像质量效果图。图3所展示的是在大视场下光线色散的情况，由图3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±50.000波长。以由上至下、由左至右的顺序看图，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0.644、0.546、0.480、0.436的曲线；第二幅图像表示视场点为8.50mm，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0.644、0.546、0.480、0.436的曲线；第三幅图像表示视场点为12.02mm，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0.644、0.546、0.480、0.436的曲线；第四幅图像表示视场点为14.72mm，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0.644、0.546、0.480、0.436的曲线；第五幅图像表示视场点为20.00mm，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0.644、0.546、0.480、0.436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所展示的是在大视场下，单色光体现出的基于衍射的能量集中度。图4中，各曲线与基准线相交由下至上，每条曲线分别表示视场点为20.00mm、14.72mm、12.02mm、8.50mm、0.00mm时，视场的能量百分比与光斑半径之间的关系，其中最上面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，图4可以体现出整个视场较好的能量集中度。
图5所展示的是在大视场下多色光光学传递函数。图5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14.72mm的子午分量的传递函数，第二条曲线表示视场点为12.02mm的子午分量的传递函数，第三条曲线表示视场点为20.00mm的子午分量的传递函数，第四条曲线表示视场点为8.50mm的子午分量的传递函数，第五条曲线表示视场点为20.00mm的弧矢分量的传递函数，第六条曲线表示视场点为14.72mm的弧矢分量的传递函数，第七条曲线表示视场点为12.02mm的弧矢分量的传递函数，第八条曲线表示视场点为8.50mm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5可以看出整个视场的衬度非常好。图6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
本实施例的显微镜物镜，结构基本同实施例1，本实施例十六个镜面的曲率半径R、镜面距离D、有效通光孔径ψ和九片透镜的折射率/阿贝系数(nd/vd)参见表2：
表2实施例2中九片透镜的结构参数
本实施例显微镜物镜的视场同样能够达到40mm，能够满足现有技术对显微镜物镜视场的高要求。
实施例3
本实施例的显微镜物镜，结构基本同实施例1，本实施例十六个镜面的曲率半径R、镜面距离D、有效通光孔径ψ和九片透镜的折射率/阿贝系数(nd/vd)参见表3：
表3实施例3中九片透镜的结构参数
本实施例显微镜物镜的视场同样能够达到40mm，能够满足现有技术对显微镜物镜视场的高要求。
实施例1～3所述的显微镜物镜，可实现高分辨力的成像，视场大、分辨率高；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，体积小、加工工艺成熟、制造成本低，便于推广应用。

Claims (4)

1.一种显微镜物镜，其特征在于：包括同光轴设置的九片球面玻璃透镜，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)，所述的九片透镜从物方至像方依次排列；其中，所述的第五透镜(L5)和第六透镜(L6)组成胶合透镜组一，第七透镜(L7)和第八透镜(L8)组成胶合透镜组二；上述九片透镜共有十六个镜面，包括：第一透镜(L1)、第二透镜(L2)、第三透镜(L3)、第四透镜(L4)、胶合透镜组一、胶合透镜组二、第九透镜(L9)面向物方和面向像方的镜面，以及胶合透镜组一中第五透镜(L5)和第六透镜(L6)的胶合面，胶合透镜组二中第七透镜(L7)和第八透镜(L8)的胶合面；以第一透镜(L1)面向物方的镜面为第一镜面，从物方至像方依次对十六个镜面进行排序；十六个镜面的曲率半径R、镜面距离D和有效通光孔径ψ分别为：
第一镜面为R1＝55.274～56.390mm、D1＝9.269～9.366mm、ψ1＝16.893～17.450mm；
第二镜面为R2＝152.336～153.868mm、D2＝2.185～2.232mm、ψ2＝16.012～16.310mm；
第三镜面为R3＝28.478～29.346mm、D3＝9.800～9.895mm、ψ3＝15.215～15.505mm；
第四镜面为R4＝346.780～350.260mm、D4＝9.800～9.895mm、ψ4＝13.125～13.513mm；
第五镜面为R5＝－31.179～－30.561mm、D5＝6.980～7.055mm、ψ5＝6.985～7.413mm；
第六镜面为R6＝12.539～12.921mm、D6＝7.910～8.005mm、ψ6＝4.798～5.055mm；
第七镜面为R7＝－136.891～－135.529mm、D7＝3.210～3.510mm、ψ7＝3.353～3.609mm；
第八镜面为R8＝13.746～14.308mm、D8＝2.920～3.120mm、ψ8＝2.965～3.132mm；
第九镜面为R9＝28.074～28.930mm、D9＝4.115～4.275mm、ψ9＝2.763～3.050mm；
第十镜面为R10＝－9.302～－8.938mm、D10＝2.385～2.635mm、ψ10＝2.376～2.627mm；
第十一镜面为R11＝70.993～72.427mm、D11＝4.890～5.220mm、ψ11＝2.733～2.925mm；
第十二镜面为R12＝317.554～320.746mm、D12＝1.435～1.615mm、ψ12＝5.105～5.336mm；
第十三镜面为R13＝33.187～33.857mm、D13＝3.825～4.210mm、ψ13＝5.560～5.823mm；
第十四镜面为R14＝－20.009～－19.417mm、D14＝9.525～9.715mm、ψ14＝6.375～6.603mm；
第十五镜面为R15＝－40.997～－40.185mm、D15＝3.880～4.210mm、ψ15＝9.863～10.135mm；
第十六镜面为R16＝－19.722～－19.140mm、D16＝199.205～201.125mm、ψ16＝10.531～10.810mm。
2.根据权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于：所述的第一透镜(L1)的焦距为111.27mm，第二透镜(L2)的焦距为37.65mm，第三透镜(L3)的焦距为-16.75mm，第四透镜(L4)的焦距为-24.713mm，胶合透镜组一的焦距为-35.11mm，胶合透镜组二的焦距为70.67mm，第九透镜(L9)的焦距为45.07mm。
3.根据权利要求2所述的显微镜物镜，其特征在于：所述的第一透镜(L1)的折射率/阿贝系数为1.74693/50.95，第二透镜(L2)的折射率/阿贝系数为1.80518/25.46，第三透镜(L3)的折射率/阿贝系数1.51680/64.23，第四透镜(L4)的折射率/阿贝系数为1.51680/64.23，第五透镜(L5)的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第六透镜(L6)的折射率/阿贝系数为1.74693/50.95，第七透镜(L7)的折射率/阿贝系数为1.80518/25.46，第八透镜(L8)的折射率/阿贝系数为1.43335/94.52，第九透镜(L9)的折射率/阿贝系数为1.74693/50.95。
4.根据权利要求2～3任一项所述的显微镜物镜，其特征在于：显微镜物镜的最大视场为40mm。
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