CN110244441B - 一种海洋浮游生物显微光学成像镜头 - Google Patents

一种海洋浮游生物显微光学成像镜头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海洋浮游生物显微光学成像镜头，包括一个隔水窗和由8片透镜组成的变倍透镜组以及成像CCD，所述变倍透镜组从物侧到像侧依次为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；所述隔水窗为水平结构，第一、三、五、六透镜为校正色差的双胶合透镜，第二、四透镜为具有负光焦度的非球面透镜；第七透镜为具有正光焦度的非球面透镜，第八透镜为具有正光焦度的透镜，本发迷所公开的成像镜头具有比较理想的成像质量，结构相对简单，变倍过程中数值孔径保持不变，在水下具有较大成像范围。而且此光学镜头具有较大的成像距离，可以安装密封窗口，满足成像的要求。

Description

一种海洋浮游生物显微光学成像镜头
技术领域
本发明涉及一种海洋浮游生物显微光学成像镜头，特别涉及一种大相对孔径、水下浮游生物观测专用的水下三档变倍镜头。
背景技术
空气介质中使用的光学显微放大物镜经过装配隔水密封窗口，在水下工作会导致镜头的像差过大、视场角变小，无法成像质量的要求。因此，为适应海水中成像的需要，需要设计海水中使用的浮游生物专用成像镜头。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种海洋浮游生物显微光学成像镜头，以达到具有理想的成像质量，在水下具有较大的成像范围的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种海洋浮游生物显微光学成像镜头，包括一个隔水窗和由8片透镜组成的变倍透镜组以及成像CCD，所述变倍透镜组从物侧到像侧依次为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；所述隔水窗为水平结构，第一、三、五、六透镜为校正色差的双胶合透镜，第二、四透镜为具有负光焦度的非球面透镜；第七透镜为具有正光焦度的非球面透镜，第八透镜为具有正光焦度的透镜。
上述方案中，所述隔水窗的材料折射率n＝1.51，阿贝系数v＝64.16；所述第一透镜的材料折射率n＝1.74、1.55，阿贝系数v＝34.95、63.45；所述第二透镜的材料折射率n＝1.62，阿贝系数v＝60.11；所述第三透镜的材料折射率n＝1.58、1.56，阿贝系数v＝64.59、42.84；所述第四透镜的材料折射率n＝1.5，阿贝系数v＝61.18；所述第五透镜双胶合材料折射率n＝1.71、1.69，阿贝系数v＝29.51、53.2；所述第六透镜的材料折射率n＝1.61、1.51，阿贝系数v＝49.82、60.4；所述第七透镜的材料折射率n＝1.62，阿贝系数v＝60.11；所述第八透镜的材料折射率n＝1.62，阿贝系数v＝60.11。
上述方案中，所述光学成像镜头的放大倍率为4、2和1，变倍过程数值孔径NA值为0.15。
上述方案中，所述光学成像镜头总长为400mm，最大成像范围8mm*6mm。
上述方案中，所述第二、四、七透镜满足以下非球面公式：
式中，Z为非球面的旋转对称轴，坐标原点取在顶点，h为垂直光轴方向的径向坐标；c为顶点曲率，k为二次曲面常数；a2、α4、α6、…为高次项系数。
通过上述技术方案，本发明提供的海洋浮游生物显微光学成像镜头具有比较理想的成像质量，结构相对简单，变倍过程中数值孔径保持不变，在水下具有较大成像范围。而且此光学镜头具有较大的成像距离，可以安装密封窗口，满足成像的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率4倍光学结构示意图；
图2为本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率4倍的MTF曲线示意图；
图3为本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率4倍的场曲和畸变曲线示意图；
图4为本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率2倍的光学结构示意图；
图5为本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率2倍的MTF曲线示意图；
图6为本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率2倍的场曲和畸变曲线示意图；
图7为本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率1倍的光学结构示意图；
图8为本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率1倍的MTF曲线示意图；
图9为本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率1倍的场曲和畸变曲线示意图。
图中，1、隔水窗；2、第一透镜；3、第二透镜；4、第三透镜；5、第四透镜；6、光阑；7、第五透镜；8、第六透镜；9、第七透镜；10、第八透镜；11、成像CCD。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种海洋浮游生物显微光学成像镜头，如图1所示，该镜头结构简单，具有较大成像范围。
如图1、4、7所示的海洋浮游生物显微光学成像镜头，包括一个隔水窗1和由8片透镜组成的变倍透镜组以及成像CCD 11，变倍透镜组从物侧到像侧依次为：第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、光阑6、第五透镜7、第六透镜8、第七透镜9和第八透镜10；隔水窗1为水平结构，第一透镜2、第三透镜4、第五透镜7、第六透镜8为校正色差的双胶合透镜，第二透镜3、第四透镜5为具有负光焦度的非球面透镜；第七透镜9为具有正光焦度的非球面透镜，第八透镜10为具有正光焦度的透镜.。
本实施例中，隔水窗1的材料折射率n＝1.51，阿贝系数v＝64.16(N-BK7)；第一透镜2的材料折射率n＝1.74、1.55，阿贝系数v＝34.95、63.45(LAFN7、N-PSK3)；第二透镜3的材料折射率n＝1.62，阿贝系数v＝60.11(SK55)；第三透镜4的材料折射率n＝1.58、1.56，阿贝系数v＝64.59、42.84(PSK54、LF6HT)；第四透镜5的材料折射率n＝1.5，阿贝系数v＝61.18(N-ZK7)；第五透镜7双胶合材料折射率n＝1.71、1.69，阿贝系数v＝29.51、53.2(SF1、P-LAK35)；第六透镜8的材料折射率n＝1.61、1.51，阿贝系数v＝49.82、60.4(N-SSK8、K7)；第七透镜9的材料折射率n＝1.62，阿贝系数v＝60.11(SK55)；第八透镜10的材料折射率n＝1.62，阿贝系数v＝60.11(SK55)。
本发明的光学成像镜头的放大倍率为4、2和1，变倍过程数值孔径NA值为0.15。光学成像镜头总长为400mm，最大成像范围8mm*6mm。
第二、四、七透镜满足以下非球面公式：
式中，Z为非球面的旋转对称轴，坐标原点取在顶点，h为垂直光轴方向的径向坐标；c为顶点曲率，k为二次曲面常数；α2、α4、α6、…为高次项系数。
参考图3、图6和图9，本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头的场曲和畸变曲线示意图。本发明专利的场曲控制在合理的范围之内，能够满足水下成像的要求。
参考图2、图5和图8，本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头的MTF曲线相对平滑，42lp/mm下的MTF值达0.5。
本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率4倍的结构参数如表1所示。
表1海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率4倍的结构参数
本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率2倍的结构参数如表2所示。
表2海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率2倍的结构参数
本发明海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率1倍的结构参数如表3所示。
表3海洋浮游生物显微光学成像镜头倍率1倍的结构参数
本发明水下变焦镜头的非球面系数如表4所示。
表4非球面透镜的系数
a2 a4 a6
第二面 -1.306E-05 6.561E-07 -7.72E-09
第四面 1.119E-04 -2.483E-06 -1.726E-09
第七面 -3.240E-03 -4.150E-05 4.441E-07
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种海洋浮游生物显微光学成像镜头，其特征在于，包括一个隔水窗和由8片透镜组成的变倍透镜组以及成像CCD，所述变倍透镜组从物侧到像侧依次为：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；所述隔水窗为水平结构，第一、三、五、六透镜为校正色差的双胶合透镜，第二、四透镜为具有负光焦度的非球面透镜；第七透镜为具有正光焦度的非球面透镜，第八透镜为具有正光焦度的透镜；
所述隔水窗的材料折射率n=1.51，阿贝系数v=64.16；所述第一透镜的材料折射率n=1.74、1.55，阿贝系数v=34.95、63.45；所述第二透镜的材料折射率n=1.62，阿贝系数v=60.11；所述第三透镜的材料折射率n=1.58、1.56，阿贝系数v=64.59、42.84；所述第四透镜的材料折射率n=1.5，阿贝系数v=61.18；所述第五透镜双胶合材料折射率n=1.71、1.69，阿贝系数v=29.51、53.2；所述第六透镜的材料折射率n=1.61、1.51，阿贝系数v=49.82、60.4；所述第七透镜的材料折射率n=1.62，阿贝系数v=60.11；所述第八透镜的材料折射率n=1.62，阿贝系数v=60.11；
所述光学成像镜头的放大倍率为4、2和1，变倍过程数值孔径NA值为0.15；所述光学成像镜头总长为400mm，最大成像范围8mm*6mm。
2.根据权利要求1所述的一种海洋浮游生物显微光学成像镜头，其特征在于，所述第二、四、七透镜满足以下非球面公式：
；
式中，为非球面的旋转对称轴，坐标原点取在顶点， h为垂直光轴方向的径向坐标；/>为顶点曲率，/>为二次曲面常数；/>、/>、/>、…为高次项系数。
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