CN105137583B

CN105137583B - 显微镜物镜

Info

Publication number: CN105137583B
Application number: CN201510404147.1A
Authority: CN
Inventors: 李伸朋
Original assignee: Ningbo Sunny Instruments Co Ltd
Current assignee: Ningbo Sunny Instruments Co Ltd
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2017-11-14
Anticipated expiration: 2035-07-08
Also published as: CN105137583A

Abstract

本发明公开了一种显微镜物镜，其从物方起依次包括具有正光焦度的第一镜片、具有正光焦度的第一镜组、具有正光焦度的第二镜组、具有负光焦度的第三镜组、具有负光焦度的第四镜组及具有负光焦度的第五镜组。所述第一镜组用于沿所述显微镜物镜的光轴移动改变所述显微镜物镜的焦距。本发明实施方式的显微镜物镜可以通过移动所述第一镜组改变显微镜物镜的焦距，从而补偿覆盖介质的厚度及折射率变化获得清晰的成像。

Description

显微镜物镜

技术领域

本发明涉及显微镜技术，特别涉及一种显微镜物镜。

背景技术

目前，使用显微镜观察标本时，一般在标本上覆盖盖玻片、培养皿或特定液体等介质，也即是说，在标本与显微镜物镜之间设置介质。如此，标本投射在介质的上表面上后通过显微镜放大成像。由于显微镜一般具有固定的焦距，因此，介质的厚度及折射率也需固定。当然，根据显微镜物镜的倍率及数值孔径的不同，介质的厚度及折射率可以有微小的变化。但是，假若介质的厚度及折射率变化过大，将会影响显微镜成像的质量。显微镜物镜的倍率越高，数值孔径越大，厚度及折射率变化对显微镜的成像质量影响越明显，例如，对于高倍率高数值孔径的显微镜物镜，介质0.02mm的厚度变化便会对显微镜的成像质量产生极大的影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种显微镜物镜。

本发明实施方式的显微镜物镜从物方起依次包括：

具有正光焦度的第一镜片；

具有正光焦度的第一镜组；

具有正光焦度的第二镜组；

具有负光焦度的第三镜组；

具有负光焦度的第四镜组；及

具有负光焦度的第五镜组；所述第一镜组用于沿所述显微镜物镜的光轴移动改变所述显微镜物镜的焦距。

在某些实施方式中，所述显微镜物镜满足：

2<〡fL1/fobj〡<2.5；

其中，fL1为所述第一镜片的焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。

在某些实施方式中，所述显微镜物镜满足：

10<〡fG1/fobj〡<14；

其中，fG1为所述第一镜组的焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。

在某些实施方式中，所述显微镜物镜满足：

10<〡fG2/fobj〡<25；

其中，fG2为所述第三镜组的焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。

在某些实施方式中，所述显微镜物镜满足：

1.6<〡fG5/fobj〡<4；

fG5为所述第二镜组G5的焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。

在某些实施方式中，所述显微镜物镜满足：

3mm<D3+D4<5mm；

其中，D3为所述第一镜片与所述第一镜组之间的距离，D4为所述第一镜组与所述第二镜组之间的距离。

在某些实施方式中，所述显微镜物镜满足：

1.7<nd1；及

50<Vd1；

其中，nd1为光谱在546.07nm的光线穿过所述第一镜片的折射率，Vd为光谱在546.07nm的光线在所述第一镜片的阿贝数。

在某些实施方式中，所述第一镜片具有弯月形状，且凹面朝向显微镜物镜的物方。

在某些实施方式中，所述第四镜组从物方起包括相互胶合的双凸正光焦度镜片及双凹负光焦度镜片，所述第五镜组包括至少一片镜片，并包括面向第四镜组的物方凹面。

本发明实施方式的显微镜物镜可以通过移动所述第一镜组改变显微镜物镜的焦距从而补偿覆盖介质的厚度及折射率变化，获得清晰的成像。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例1的显微镜物镜的平面示意图。

图2是实施例1的显微镜物镜的0视场横向像差图。

图3是实施例1的显微镜物镜的1视场横向像差图。

图4是实施例1的显微镜物镜的轴向像差图。

图5是实施例1的显微镜物镜的场曲畸变图。

图6是本发明实施例2的显微镜物镜的平面示意图。

图7是实施例2的显微镜物镜的0视场横向像差图。

图8是实施例2的显微镜物镜的1视场横向像差图。

图9是实施例2的显微镜物镜的轴向像差图。

图10是实施例2的显微镜物镜的场曲畸变图。

图11是本发明实施例3的显微镜物镜的平面示意图。

图12是实施例3的显微镜物镜的0视场横向像差图。

图13是实施例3的显微镜物镜的1视场横向像差图。

图14是实施例3的显微镜物镜的轴向像差图。

图15是实施例3的显微镜物镜的场曲畸变图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

实施例1

请参阅图1，本发明实施例1的显微镜物镜从物方起依次包括具有正光焦度的第一镜片L1、具有正光焦度的第一镜组G1、具有正光焦度的第二镜组G5、具有负光焦度的第三镜组G2、具有负光焦度的第四镜组G3及具有负光焦度的第五镜组G4。第一镜组G1用于沿物镜的光轴移动改变物镜的焦距。

使用时，标本设置在介质O(例如盖玻片)的物方面S1，标本反射的光线投射在介质O的像方面S2，然后进入显微镜物镜及设置在显微镜物镜像方的管镜进入观察者的眼睛或者图像传感器上(图未示)。在测量不同的标本时，可能会采用不同的介质O，因此，导致介质O的折射率或厚度发生变化，将导致显微镜的像距发生变化，从而导致成像模糊。特别是对于高倍率高数值孔径的显微镜物镜来讲，影响更大。然而，由于第一镜组G1可变，因此，可以通过移动第一镜组G1改变显微镜物镜的焦距，从而补偿覆盖介质的厚度及折射率变化，获得清晰的成像。

实施例1中，第一镜片L1具有弯月形状，且凹面朝向显微镜物镜的物方。第一镜片L包括物方面S3及像方面S4。

第一镜组G1从物方起包括相互胶合的双凹负光焦度镜片及双凸正光焦度镜片。第一镜组G1从物方起包括物方面S5、胶合面S6及像方面S7。

第二镜组G5包括至少一片镜片，实施例1中，第二镜组G5从物方起包括第二镜片L2及第三镜片L3。第二镜片L2包括物方面S8及像方面S9，第三镜片L3包括物方面S10及像方面S11。

第三镜组G2从物方起包括相互胶合的双凸正光焦度镜片及双凹负光焦度镜片。第三镜组G2从物方起包括物方面S12、胶合面S13及像方面S14。

第四镜组G3从物方起包括相互胶合的双凸正光焦度镜片及双凹负光焦度镜片。第四镜组G3从物方起包括物方面S15、胶合面S16及像方面S17。

第五镜组G4包括至少一片镜片，实施例1中，第五镜组G4从物方起包括相互胶合的双凹负光焦度镜片及双凸正光焦度镜片。第五镜组G4从物方起包括物方面S18、胶合面S19及像方面S20。

第四镜组G3与第五镜组G4的凹面相对，可以有效校正场曲，使得像平面更加平坦。

显微镜物镜满足：

2<〡fL1/fobj〡<2.5。

其中，fL1为第一镜片L1的焦距，fobj为显微镜物镜的焦距。

如此，第一镜片L1一般无需分担过多的光焦度，另外，假若光焦度过大，焦距较小，将导致第一镜片L1的公差敏感度高，较难加工，因此设定2<〡fL1/fobj〡。另一方面，光焦度过小，又导致后面镜组或镜片需分担过多的光焦度，另外，也会导致焦距较长，从而增加显微镜物镜的镜头总长，因此设定〡fL1/fobj〡<2.5。

显微镜物镜满足：

10<〡fG1/fobj〡<14。

其中，fG1为第一镜组G1的焦距。

如此，第一镜组G1为移动镜组，假若，第一镜组G1的光焦度过大，将导致第一镜组G1移动时对显微镜物镜的焦距改变过大，也就是对移动敏感，不好调节，另一方面也同样会导致公差敏感，加工困难，因此设定10<〡fG1/fobj〡。另一方面，假若光焦度过小，又会导致第一镜组G1移动时显微镜物镜的焦距改变不大，调节不敏感，因此设定

〡fG1/fobj〡<14。

显微镜物镜满足：

10<〡fG2/fobj〡<25。

其中，fG2为第三镜组G2的焦距。

如此，第三镜组G2主要用于控制场曲，光焦度过大及过小都无法较好控制场曲，因此，控制在10<〡fG2/fobj〡<25。

显微镜物镜满足：

1.6<〡fG5/fobj〡<4。

其中，fG5为第二镜组G5的焦距。

如此，第二镜组G5一般为像高最高的位置，因此需要分担较多的光焦度，因此，假若光焦度较小，其他的镜片及镜组将分担过多的光焦度而导致较难加工，因此设定〡fG5/fobj〡<4，另一方面，假若第二镜组G5的光焦度过大，又会导致本身较难加工，因此设定1.6<〡fG5/fobj〡。

显微镜物镜满足：

3mm<D3+D4<5mm。

其中，D3为第一镜片L1与第一镜组G1之间的距离，D4为第一镜组G1与第二镜组G5之间的距离。

如此，D3+D4实际上为第一镜组G1可以调节的范围，假若过小，将导致调节过于敏感，而假若过大，又会导致显微镜物镜的镜头总长过大，所以控制范围为3mm<D3+D4<5mm。显微镜物镜满足：

1.7<nd1；及

50<Vd1。

其中，nd1为光谱在546.07nm时第一镜片L1的折射率，Vd为光谱在546.07nm时第一镜片L1的阿贝数。

如此，可以平衡第一镜片L1控制像差及控制色差的能力。假若，nd1过小，像差无法较好校正，而假若vd1过小，又导致色差无法校正。

如此设置，显微镜物镜焦距范围为8-11mm，像方线视场为22mm。盖玻片厚度调节范围为0-2mm。显微镜物镜搭配使用的管镜焦距为160-220mm。显微镜物镜边缘视场最佳聚焦点与中心视场最佳聚焦点轴向差异小于2λ/NA²,F光与C光消色差，d光与g光轴向色差小于2λ/NA²。其中λ为中心波长，NA为物镜数值孔径，F代表波长为0.4861μm的光线，d代表波长为0.5876μm的光线，C代表波长为0.6563μm的光线，g代表波长为0.436μm的光线。

实施例1中，显微镜物镜满足下面表格的条件：

表1

其中，半径是指表面的曲率半径，厚度是指当前表面到下一个表面的轴上距离，例如表面S1的厚度即为S1到S2的距离，其可能是介质或镜片的轴上厚度，也可能它们之间的轴上空气间隙。本实施方式的显微镜物镜还满足：

表2

D1	0-0.215
		D2	0.7-0.615
D3	0.318-0.054
		D4	0.054-0.318

其中，fobj＝1；NA＝0.45。〡fL1/fobj〡＝2.4；〡fG1/fobj〡＝13.1；〡fG2/fobj〡＝24.8及〡fG5/fobj〡＝2.1。

图2是实施例1的显微镜物镜的0视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表入瞳，纵坐标EY、EX代表横向像差(Y代表子午方向，X代表弧矢方向)，由图可见像差平衡较好，成像质量高。图中横坐标为归一化入瞳，±5μm表示纵坐标最大为5μm，最小为-5μm。

图3是实施例1的显微镜物镜的1视场横向像差图，由图可知像差平衡较好，成像质量高。

图4是实施例1的显微镜物镜的轴向像差图。图中纵坐标代表入瞳，横坐标代表纵向像差(单位mm)，由图可知F光与C光消色差，d光与g光轴向色差小于2λ/NA²。接近半复消色差水平。图中纵坐标为归一化入瞳；横坐标代表纵向像差，最大为0.005mm，最小为-0.005mm。

图5为场曲畸变图。左图为场曲图，图中纵坐标代表视场，横坐标代表场曲(单位μm)。边缘视场最佳聚焦点与中心视场最佳聚焦点轴向差异小于2λ/NA²，理论值满足全视场清晰，达到平场物镜要求。图中纵坐标为归一化视场；横坐标代表场曲，最大为2μm，最小为-2μm。右图为畸变图，图中纵坐标代表视场，横坐标代表畸变(百分比)，由图可知畸变小于0.3％。图中纵坐标为归一化视场；横坐标代表畸变，最大为0.5％，最小为-0.5％。

实施例2

请参图6，本发明实施例2的显微镜物镜与实施例1的显微镜物镜基本相同，但是，实施例2的显微镜物镜的第五镜组G4包括第四镜片L4，对应的，显微镜物镜的表面编号发生变化。

另外，实施例2中，显微镜物镜满足下面表格的条件：

表3

表面	半径(mm)	厚度(mm)	Nd	Vd
					S1	无穷远	D1	1.52	64.2
S2	无穷远	D2
					S3	-2.1	0.4	1.82	60
S4	-0.98	D3
					S5	-2 25	0.111	1 58	57.1
S6	1.365	0.443	1.52	70
					S7	-2.86	D4
S8	3.73	0.3	1.43	95
					S9	-2.16	0.022
S10	3.19	0.3	1.43	95
					S11	-2.46	0.022
S12	1.45	0.443	1.43	95
					S13	-1.833	0.133	1.71	35.6
S14	2.9	0.47
					S15	1.7	0.33	1.43	95
S16	1	0.173	1.69	31
					S17	0.644	0.32
S18	-0.58	0.665	1.6	24.2
					S19	-0.88

另外，显微镜物镜还满足：

表4

D1	0-0.2215
		D2	0.72-0.557
D3	0.288-0.055
		D4	0.055-0.288

其中，fobj＝1；NA＝0.45。〡fL1/fobj〡＝2.1；〡fG1/fobj〡＝10.2；〡fG2/fobj〡＝16.6及〡fG5/fobj〡＝2.6。

图7是实施例2的显微镜物镜的0视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表入瞳，纵坐标EY、EX代表横向像差(Y代表子午方向，X代表弧矢方向)，由图可见像差平衡较好，成像质量高。图中横坐标为归一化入瞳，±5μm表示纵坐标最大为5μm，最小为-5μm。

图8是实施例2的显微镜物镜的1视场横向像差图，由图可知像差平衡较好，成像质量高。

图9是实施例2的显微镜物镜的轴向像差图。图中纵坐标代表入瞳，横坐标代表纵向像差(单位mm)，由图可知F光与C光消色差，d光与g光轴向色差小于2λ/NA²。接近半复消色差水平。图中纵坐标为归一化入瞳；横坐标代表纵向像差，最大为0.005mm，最小为-0.005mm。

图10是实施例2的显微镜物镜的场曲畸变图。左图为场曲图，图中纵坐标代表视场，横坐标代表场曲(单位μm)。边缘视场最佳聚焦点与中心视场最佳聚焦点轴向差异小于2λ/NA²，理论值满足全视场清晰，达到平场物镜要求。图中纵坐标为归一化视场；横坐标代表场曲，最大为2μm，最小为-2μm。右图为畸变图，图中纵坐标代表视场，横坐标代表畸变(百分比)，由图可知畸变小于0.3％。图中纵坐标为归一化视场；横坐标代表畸变，最大为0.5％，最小为-0.5％。

实施例3

请参图11，本发明实施例3的显微镜物镜与实施例1的显微镜物镜基本相同，但是，实施例3的显微镜物镜的第二镜组G5包括第二镜片L2，对应的，显微镜物镜的表面编号发生变化。

另外，实施例3中，显微镜物镜满足下面表格的条件：

表5

表面	半径(mm)	厚度(mm)	Nd	Vd
					S1	无穷远	D1	1.52	64.2
S2	无穷远	D2
					S3	-2.1	0.462	1.73	52.3
S4	-0.98	D3
					S5	-4.275	0.11	1.57	58.8
S6	1.469	0.44	1.49	85.2
					S7	-1.94	D4
S8	2.55	0.55	1.7	57.7
					S9	-2.9	.022
S10	1.4	0.442	1.4	95
					S11	-2.943	0.132	1.71	32
S12	1.44	0.156
					S13	1.49	0.33	1.43	95
S14	-1.22	0.662	1.59	32
					S15	0.863	0.32
S16	-0.59	0.167	1.49	85.2
					S17	-5.8	0.33	1.74	32.4
S18	-0.9758

另外，显微镜物镜还满足：

表6

D1	0-0.2208
		D2	0.72-0.6
D3	0.287-0.055
		D4	0.055-0.287

其中，fobj＝1；NA＝0.45。〡fL1/fobj〡＝2.2；〡fG1/fobj〡＝13.4；〡fG2/fobj〡＝11及〡fG5/fobj〡＝3.8。

图12是实施例3的显微镜物镜的0视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表入瞳，纵坐标EY、EX代表横向像差(Y代表子午方向，X代表弧矢方向)，由图可见像差平衡较好，成像质量高。图中横坐标为归一化入瞳，±5μm表示纵坐标最大为5μm，最小为-5μm。

图13是实施例3的显微镜物镜的1视场横向像差图，由图可知像差平衡较好，成像质量高。

图14是实施例3的显微镜物镜的轴向像差图。图中纵坐标代表入瞳，横坐标代表纵向像差(单位mm)，由图可知F光与C光消色差，d光与g光轴向色差小于2λ/NA²。接近半复消色差水平。图中纵坐标为归一化入瞳；横坐标代表纵向像差，最大为0.005mm，最小为-0.005mm。

图15是实施例3的显微镜物镜的场曲畸变图。左图为场曲图，图中纵坐标代表视场，横坐标代表场曲(单位μm)。边缘视场最佳聚焦点与中心视场最佳聚焦点轴向差异小于2λ/NA²，理论值满足全视场清晰，达到平场物镜要求。图中纵坐标为归一化视场；横坐标代表场曲，最大为2μm，最小为-2μm。右图为畸变图，图中纵坐标代表视场，横坐标代表畸变(百分比)，由图可知畸变小于0.3％。图中纵坐标为归一化视场；横坐标代表畸变，最大为0.5％，最小为-0.5％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种显微镜物镜，其特征在于，从物方起依次包括：

具有正光焦度的第一镜片；

具有正光焦度的第一镜组；

具有正光焦度的第二镜组；

具有负光焦度的第三镜组；

具有负光焦度的第四镜组；及

具有负光焦度的第五镜组；所述第一镜组用于沿所述显微镜物镜的光轴移动改变所述显微镜物镜的焦距；

所述显微镜物镜满足：

10<〡fG1/fobj〡<14；

2.如权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于，所述显微镜物镜满足：

2<〡fL1/fobj〡<2.5；

3.如权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于，所述显微镜物镜满足：

10<〡fG2/fobj〡<25；

4.如权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于，所述显微镜物镜满足：

1.6<〡fG5/fobj〡<4；

fG5为所述第二镜组G5的焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。

5.如权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于，所述显微镜物镜满足：

3mm<D3+D4<5mm；

6.如权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于，所述显微镜物镜满足：

1.7<nd1；及

50<Vd1；

7.如权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于，所述第一镜片具有弯月形状，且凹面朝向显微镜物镜的物方。

8.如权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于，所述第四镜组从物方起包括相互胶合的双凸正光焦度镜片及双凹负光焦度镜片，所述第五镜组包括至少一片镜片，并包括面向第四镜组的物方凹面。