CN111381354A - 显微镜物镜 - Google Patents

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CN111381354A CN202010143930.8A CN202010143930A CN111381354A CN 111381354 A CN111381354 A CN 111381354A CN 202010143930 A CN202010143930 A CN 202010143930A CN 111381354 A CN111381354 A CN 111381354A
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李伸朋
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Ningbo Sunny Instruments Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种显微镜物镜，从物方起依次包括：具有正光焦度的第一透镜部分(D1)、具有负光焦度的第二透镜部分(D2)和具有正光焦度的第三透镜部分(D3)；所述第一透镜部分(D1)包括紧邻物方的第一透镜(L1)，所述第一透镜(L1)朝向物面的一面为凸面；所述第二透镜部分(D2)由多组胶合透镜组组成；所述第三透镜部分(D3)包括位于最后方的末端透镜(L2)，所述末端透镜(L2)远离物面的一面为凸面。本发明的显微镜物镜倍率在2X以下，并且避免了不产生较大畸变，从而避免了大视场下的图像失真。

Description

显微镜物镜
技术领域
本发明涉及显微镜领域，尤其涉及一种显微镜物镜。
背景技术
随着生命科学、工业领域在观察分辨能力、成像速度和大视场观测等要求的日益提升，对于显微镜物镜的色差及观测视场提出了更高的要求。而常用显微镜物镜的倍率一般在4X至100X之间，鲜有2X以下的物镜。并且低倍物镜易造成较大畸变，在大视场下容易出现图像失真。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种显微镜物镜。
为实现上述目的，本发明提供一种显微镜物镜，从物方起依次包括：具有正光焦度的第一透镜部分、具有负光焦度的第二透镜部分和具有正光焦度的第三透镜部分；
所述第一透镜部分包括紧邻物方的第一透镜，所述第一透镜朝向物面的一面为凸面；
所述第二透镜部分由多组胶合透镜组组成；
所述第三透镜部分包括位于最后方的末端透镜，所述末端透镜远离物面的一面为凸面。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜部分由所述第一透镜构成，所述第一透镜为正光焦度透镜；
所述第三透镜部分由所述末端透镜构成，所述末端透镜为正光焦度透镜。
根据本发明的一个方面，所述第一透镜部分还包括第一双胶合透镜组；
所述第三透镜部分还包括第二双胶合透镜组。
根据本发明的一个方面，0.2<M/fobj<0.5，135<fobj，其中，M表示物面到显微镜物镜最后一面的距离；fobj表示显微镜物镜焦距。
根据本发明的一个方面，0.02<NA<0.06，其中，NA表示显微镜物镜物方数值孔径。
根据本发明的一个方面，0.01＜|H2/H1|＜0.6，0.1＜|H2/H3|＜1.6，其中，H1表示中心视场边缘光线在透镜表面最高的投射高度；H2表示中心视场边缘光线在透镜表面最低的投射高度；H3表示中心视场边缘光线在最后一片透镜表面的投射高度。
根据本发明的一个方面，0.07＜|fD1/fobj|，0.01＜|RD1/fobj|＜0.5，其中，fD1表示所述第一透镜的焦距，其凸面朝向物面；RD1表示该透镜朝向物体一侧表面的半径值；fobj表示显微镜物镜焦距。
根据本发明的一个方面，|fD2/fobj|＜0.1，其中，fD2为所述第二透镜部分的组合焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。
根据本发明的一个方面，0.01＜|fD3/fobj|＜0.5，其中，fD3为所述第三透镜部分的组合焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。
根据本发明的一个方面，0.01＜|H2/H1|＜0.5，0.1＜|H2/H3|＜1.5，其中，H1表示中心视场边缘光线在透镜表面最高的投射高度；H2表示中心视场边缘光线在透镜表面最低的投射高度；H3表示中心视场边缘光线在最后一片透镜表面的投射高度。
根据本发明的一个方面，0.1＜|fD1/fobj|，0.01＜|RD1/fobj|＜0.5，fD1表示所述第一透镜的焦距，其凸面朝向物面；RD1表示该透镜朝向物体一侧表面的半径值；fobj表示显微镜物镜焦距。
根据本发明的一个方面，-0.05＜|fD2/fobj|，其中，fD2为所述第二透镜部分的组合焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。
根据本发明的一个方面，0.01＜|fD3/fobj|＜0.5，其中，fD3为所述第三透镜部分的组合焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。
根据本发明的一个方面，所述显微镜物镜的工作波段为400-1000nm。
根据本发明的一个方案，显微镜物镜从物方至像方依次为第一透镜部分、第二透镜部分和第三透镜部分。其中第一透镜部分可以仅包含第一透镜或者也可以将第一双胶合透镜组纳入。第三透镜部分可以仅包含一个末端透镜或者也可以将第二双胶合透镜组纳入，该部分与第一透镜部分共同承担全系统的正光焦度，并起到对视场范围增大的作用，校正场曲。
根据本发明的一个方案，第二透镜部分由胶合镜组组成，这些胶合镜组共同承担全系统的负光焦度，用于校正色差、增大孔径，降低光线的偏折角，使得整体系统灵敏度降低。可通过修改第二透镜部分中胶合镜组的组合方式、厚度、曲率和间隔可以获得大视场下更小的畸变或更小的场曲，以适应不同的使用。
根据本发明的一个方案，第一透镜、第一双胶合透镜组、第三镜组、第四镜组、第二双胶合透镜组和末端透镜这六组镜组巧妙的形成了相对对称形式的排布，用于校正整体低倍物镜的畸变与场曲。
根据本发明的一个方案，显微镜物镜的工作波段为436-1000nm。这样有利于复消色差，使得物镜对大视场下的样品色彩还原度更加完美。整体显微镜物镜的工作距离可以达到5mm以上，当然也可在0mm-5mm之间。
根据本发明的一个方案，显微镜物镜的倍率可缩小至1.25X，可以进一步提高同一时间可观测的区域，相对2X物镜可视范围近乎增大了一倍，大视场下更容易找到所需要观测的位点。且畸变≤0.2％，避免了大视场下的图像失真。
附图说明
图1是根据本发明的第一种实施方式的显微镜物镜的结构图；
图2是根据本发明的第一种实施方式的显微镜物镜的0视场横向像差图；
图3是根据本发明的第一种实施方式的显微镜物镜的1视场横向像差图；
图4是根据本发明的第一种实施方式的显微镜物镜的轴向色差图；
图5是根据本发明的第一种实施方式的显微镜物镜的场曲畸变图；
图6是根据本发明的第二种实施方式的显微镜物镜的结构图；
图7是根据本发明的第二种实施方式的显微镜物镜的0视场横向像差图；
图8是根据本发明的第二种实施方式的显微镜物镜的1视场横向像差图；
图9是根据本发明的第二种实施方式的显微镜物镜的轴向色差图；
图10是根据本发明的第二种实施方式的显微镜物镜的场曲畸变图；
图11是根据本发明的第三种实施方式的显微镜物镜的结构图；
图12是根据本发明的第三种实施方式的显微镜物镜的0视场横向像差图；
图13是根据本发明的第三种实施方式的显微镜物镜的1视场横向像差图；
图14是根据本发明的第三种实施方式的显微镜物镜的轴向色差图；
图15是根据本发明的第三种实施方式的显微镜物镜的场曲畸变图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
图1是根据本发明的第一种实施方式的显微镜物镜的结构图。如图1所示，本发明的显微镜物镜包括从物方起依次排列的：具有正光焦度的第一透镜部分D1、具有负光焦度的第二透镜部分D2和具有正光焦度的第三透镜部分D3。
本发明中，三个透镜部分的组成分为两类，第一类为第一透镜部分D1中只含有第一透镜L1，其凸面朝向物面，另一面可以为平面或曲面。第二透镜部分D2由若干的胶合镜组组成，包括且不止于包括三胶合或双胶合镜组。第三透镜部分D3中仅包含末端透镜L2，其凸面远离物面，另一面可以为平面或曲面。
这类组合方式的显微镜物镜满足以下条件。0.2<M/fobj<0.5，135<fobj；其中，M表示物面到显微镜物镜最后一面的距离；fobj表示显微镜物镜焦距。0.02<NA<0.06；NA表示显微镜物镜物方数值孔径。0.01<|H2/H1|<0.6，0.1<|H2/H3|<1.6；其中，H1表示中心视场边缘光线在透镜表面最高的投射高度；H2表示中心视场边缘光线在透镜表面最低的投射高度；H3表示中心视场边缘光线在最后一片透镜表面的投射高度。0.07<|fD1/fobj|，0.01<|RD1/fobj|<0.5；其中，fD1表示第一透镜L1的焦距，其凸面朝向物面；RD1表示该透镜朝向物体一侧表面的半径值；fobj表示显微镜物镜焦距。|fD2/fobj|<0.1；其中，fD2为第二透镜部分D2的组合焦距，fobj为显微镜物镜的焦距。0.01<|fD3/fobj|<0.5；其中，fD3为第三透镜部分D3的组合焦距，fobj为显微镜物镜的焦距。
第二类为第一透镜部分D1包含第一透镜L1和第一双胶合透镜组G1，第一透镜L1凸面朝向物面。第一双胶合透镜组G1由一个正光焦度透镜一个负光焦度透镜组成，凸面(或平面)朝向物面。第二透镜部分D2包含第三镜组G3和第四镜组G4。第三镜组G3为双胶合镜组，由一个正光焦度透镜一个负光焦度透镜组成，凹面朝向物面。第四镜组G4为双胶合镜组，由一个负光焦度透镜一个正光焦度透镜组成，凹面朝向物面。第三镜组G3与第四镜组G4的材料组合可以相同，也可以不同。第三透镜部分D3包含第二双胶合透镜组G2和末端透镜L2，其中第二双胶合透镜组G2由一个负光焦度透镜一个正光焦度透镜组成，凹面朝向物面。末端透镜L2为正光焦度透镜。
这类组合方式的显微镜物镜满足以下条件。0.2<M/fobj<0.5，135<fobj；其中，M表示物面到显微镜物镜最后一面的距离；fobj表示显微镜物镜焦距。0.02<NA<0.06；NA表示显微镜物镜物方数值孔径。0.01<|H2/H1|<0.5，0.1<|H2/H3|<1.5；其中，H1表示中心视场边缘光线在透镜表面最高的投射高度；H2表示中心视场边缘光线在透镜表面最低的投射高度；H3表示中心视场边缘光线在最后一片透镜表面的投射高度。0.1<|fD1/fobj|，0.01<|RD1/fobj|<0.5；fD1表示第一透镜L1的焦距，其凸面朝向物面；RD1表示该透镜朝向物体一侧表面的半径值；fobj表示显微镜物镜焦距。-0.05<|fD2/fobj|；其中，fD2为第二透镜部分D2的组合焦距，fobj为显微镜物镜的焦距。0.01<|fD3/fobj|<0.5；其中，fD3为第三透镜部分D3的组合焦距，fobj为显微镜物镜的焦距。
本发明的显微镜物镜属于无限远共轭物镜，其工作距离可达5mm及以上，当然也可在0mm-5mm之间。在某些实施方式中，本发明可以实现436-1000nm波段任意区间的复消色差效果。通过修改D2中双胶合与三胶合的组合方式、曲率、厚度和间隔，可以获得大视场下更小的畸变或更小的场曲，以适应不同的使用。
以下根据本发明的上述两类显微镜物镜结构给出三组具体实施方式来具体说明根据本发明的显微镜物镜。其中第一类显微镜物镜结构对应于第一种实施方式，第二类对应于第二、第三两种实施方式。以下实施方式中，本发明将透镜从物方至像方的面按照结构顺序编号为S1、S2、S3…，胶合面记为一面。
第一种实施方式：
参照图1，本实施方式的显微镜物镜包括从物方至像方依次排列的第一透镜部分D1、第二透镜部分D2和第三透镜部分D3。第一透镜部分D1具有正光焦度，只包含第一透镜L1，其凸面朝向物方。第二透镜部分D2具有负光焦度，从物方至像方依次为第一双胶合透镜组G1、第三镜组G3、第四镜组G4和第二双胶合透镜组G2，其中第四镜组G4为三胶合镜组，第三镜组G3为双胶合镜组，即第二透镜部分D2由三组双胶合透镜和一组三胶合透镜组成。第三透镜部分D3具有正光焦度，只包含一个末端透镜L2，其较凸面远离物侧。
总体包含1个三胶合透镜组、3个双胶合透镜组及2个透镜。具有正光焦度的第一透镜L1(即第一透镜部分D1)凸面朝向物面，可以为凸凹、平凸或双凸透镜。第二透镜部分D2具有负光焦度，其中的G1、G2、G3、G4镜组，共同分担D2的光焦度。其中，第一双胶合透镜组G1由一片正透镜及一片负透镜胶合而成，两个非胶合面平面朝向物方。第三镜组G3由一片正透镜及一片负透镜胶合而成，两个非胶合面凸面朝向物方。第四镜组G4由两片负透镜及一片正透镜胶合而成，两个非胶合面曲率大的面朝向物方。本实施方式中的G1、G3、G4分别凸凹面相对，G1的两片透镜光焦度从左至右为正负，G3的两片透镜光焦度从左至右为正负，G4的三片透镜光焦度从左至右为负正负，这样可以更好的校正场曲、色差及畸变，使像面更加平坦、使背景色更完善并使像面完整。第二双胶合透镜组G2具有负光焦度，由一片负透镜及一片正透镜胶合而成，两个非胶合面凹面朝向物方。具有正光焦度的末端透镜L2(即第三透镜部分D1)为双凸透镜，曲率半径较大的面朝向物方。其中第一透镜部分D1和第三透镜部分D3共同承担全系统的正光焦度，并起到对视场范围增大的作用，校正场曲。而第二透镜部分D2(即镜组G1、G2、G3和G4)，共同承担全系统的负光焦度，用于校正色差、增大孔径，降低光线的偏折角，使得整体系统灵敏度降低。
由此，从物方至像方依次排列的正光焦度第一透镜L1、正光焦度第一双胶合透镜组G1、负光焦度第三镜组G3、负光焦度第四镜组G4、正光焦度第二双胶合透镜组G2及正光焦度末端透镜L2这六组镜组(透镜)巧妙的形成了相对对称形式的排布，用于校正整体低倍物镜的畸变与场曲。本实施方式的显微镜物镜的工作距离≥5mm(盖玻片到物镜第一透镜L1边缘的距离)，物镜焦距为144mm，盖玻片厚度可调节范围为0.17mm，该物镜可使用的管镜焦距为160-220mm。
在本实施方式中，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λ/2NA2,F光与C光消色差，d光与g光轴向色差小于λ/2NA2。其中λ为中心波长，NA为物镜数值孔径，F’代表波长为0.479μm光线，e代表波长为0.546μm光线，C’代表波长为0.656μm光线，g代表波长为0.436μm光线。
在本实施方式中，显微镜物镜满足以下条件：Fobj＝143.96mm；M＝49mm；NA＝0.04；H1＝5.76mm；H2＝0.3mm；H3＝0.2mm；fD1＝23.47mm；fD2＝-1.86mm；fD3＝15.1mm；RD1＝12.95。其中，M表示物面到显微镜物镜最后一面的距离；fobj表示显微镜物镜焦距；NA表示显微镜物镜物方数值孔径。H1表示中心视场边缘光线在透镜表面最高的投射高度；H2表示中心视场边缘光线在透镜表面最低的投射高度；H3表示中心视场边缘光线在最后一片透镜表面的投射高度。fD1表示第一透镜L1的焦距，其凸面朝向物面；RD1表示该透镜朝向物体一侧表面的半径值；fobj表示显微镜物镜焦距。fD2为第二透镜部分D2的组合焦距，fD3为第三透镜部分D3的组合焦距。
本实施方式的显微镜物镜各透镜的厚度和半径如表1所示：
表面 半径(mm) 厚度(mm) Nd Vd
S1 Inf 0.17 1.52 64.2
S2 12.95 5
S3 371.57 4.96 1.57 51.1
S4 Inf 3.98
S5 -22.73 1.65 1.46 90.3
S6 12.55 1 1.82 48.4
S7 23.32 4.51
S8 -9.33 1.98 1.60 37.4
S9 22.83 1 1.82 48.4
S10 Inf 7.12
S11 3.82 0.98 1.88 41.8
S12 -4.14 2.8 1.73 28.1
S13 -131.43 1.1 1.88 41.8
S14 -15.49 4.28
S15 11.33 1.3 1.95 32.2
S16 -9.7 2.61 1.43 96.9
S17 125.39 1.1
S18 -7.95 3.61 1.50 63
表1
在本实施方式中，第一透镜L1凸向物面，所用材料折射率n＝1.57，阿贝数v＝51.1。第一双胶合透镜组G1平面向物面，依次为正光焦度镜片、负光焦度镜片，所用材料分别为折射率n＝1.46，阿贝数v＝90.3、折射率n＝1.82，阿贝数v＝48.4。第三镜组G3，曲率半径大的面朝向物面，依次为正光焦度镜片、负光焦度镜片所用材料折射率n＝1.60，阿贝数v＝37.4、折射率n＝1.82，阿贝数v＝48.4。第四镜组G4，曲率大的面朝向物面，依次为负光焦度镜片、正光焦度镜片、负光焦度镜片，所用材料折射率n＝1.88，阿贝数v＝41.8、折射率n＝1.73，阿贝数v＝28.1、折射率n＝1.88，阿贝数v＝41.8。第二双胶合透镜组G2凹面向物面，依次为负光焦度镜片、正光焦度镜片，所用材料分别为折射率n＝1.95，阿贝数v＝32.2、折射率n＝1.43，阿贝数v＝96.9。末端透镜L2曲率半径大的面向物面，所用材料折射率n＝1.50，阿贝数v＝63。
本实施方式的低倍率大视场复消色差显微镜物镜，光谱范围为436nm-1000nm，视场范围为≥26.5mm，数值孔径0.04。采用多个萤石材料，用于实现复消色差。
图2是第一种实施方式的显微镜物镜的0视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向，由图可见像差平衡较好，具有较好的成像性能。
图3是第一种实施方式的显微镜物镜的1视场横向像差图，由图可见曲线贴近横轴，具有较好的成像性能。
图4是第一种实施方式的显微镜物镜的轴向色差曲线图，全波长曲线色差校正较好，各视场处任意两条曲线差值小于λ/NA2。
图5是第一种实施方式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，单位为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，最大值为0.05，最小值为-0.05。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，全视场畸变小于0.5％。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％。
第二种实施方式：
参见图6，本实施方式的显微镜物镜从物方起包括第一透镜部分D1、第二透镜部分D2和第三透镜部分D3。第一透镜部分D1，具有正光焦度，包含第一透镜L1(凸面朝向物方)和第一双胶合透镜组G1。第二透镜部分D2具有负光焦度，包含第三镜组G3和第四镜组G4均为双胶合镜组。第三透镜部分D3具有正光焦度，包含第二双胶合透镜组G2和末端透镜L2(其较凸面远离物侧)。总体包含4个双胶合透镜组及2个透镜。其中第一透镜L1具有正光焦度，凸面朝向物面，可以为凸凹、平凸或双凸透镜。第一双胶合透镜组G1具有负光焦度，由一片正透镜及一片负透镜胶合而成，两个非胶合面凸面朝向物方。第三镜组G3具有负光焦度，由一片正透镜及一片负透镜胶合而成。第四镜组G4具有正光焦度，由一片负透镜及一片正透镜胶合而成，两个非胶合面凹面朝向物方。第二双胶合镜组G2具有正光焦度，由一片负透镜及一片正透镜胶合而成，两个非胶合面凹面朝向物方。
在本实施方式中，第一双胶合透镜组G1和第三镜组G3凹面相对，第三镜组G3和第四镜组G4凹面相对，第四镜组G4和第二双胶合透镜组G2凸凹面相对。第一双胶合透镜组G1的两片透镜光焦度从左至右为正负，第三镜组G3的两片透镜光焦度从左至右为正负，第四镜组G4的两片透镜光焦度从左至右为负正，第二双胶合透镜组G2的两片透镜光焦度从左至右为负正，这样可以更好的校正场曲、色差及畸变，使像面更加平坦、使背景色更完善并使像面完整。末端透镜L2具有正光焦度，双凸透镜，曲率半径较大的面朝向物方。
由此，从物方至像方依次排列的正光焦度第一透镜L1、负光焦度第一双胶合透镜组G1、负光焦度第三镜组G3、正光焦度第四镜组G4、正光焦度第二双胶合透镜组G2及正光焦度末端透镜L2这六组镜组巧妙的形成了相对对称形式的排布，用于校正整体低倍物镜的畸变与场曲。
本实施方式的显微镜物镜的工作距离≥5mm，物镜焦距为144mm，盖玻片厚度可调节范围为0.17mm，物镜可使用的管镜焦距为160-220mm。
本实施方式的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λ/2NA2,F光与C光消色差，d光与g光轴向色差小于λ/2NA2。其中λ为中心波长，NA为物镜数值孔径，F’代表波长为0.479μm光线，e代表波长为0.546μm光线，C’代表波长为0.656μm光线，g代表波长为0.436μm光线。
在本实施方式中，显微镜物镜满足以下条件：Fobj＝140.2mm；M＝49.5mm；NA＝0.04；H1＝5.65mm；H2＝0.27mm；H3＝0.25mm；fD1＝19.68mm；fD2＝-2.28mm；fD3＝16.02mm；RD1＝21.81mm。其中，M表示物面到显微镜物镜最后一面的距离；fobj表示显微镜物镜焦距；NA表示显微镜物镜物方数值孔径。H1表示中心视场边缘光线在透镜表面最高的投射高度；H2表示中心视场边缘光线在透镜表面最低的投射高度；H3表示中心视场边缘光线在最后一片透镜表面的投射高度。fD1表示第一透镜L1的焦距，其凸面朝向物面；RD1表示该透镜朝向物体一侧表面的半径值；fobj表示显微镜物镜焦距。fD2为第二透镜部分D2的组合焦距，fD3为第三透镜部分D3的组合焦距。
本实施方式的显微镜物镜中的各个透镜的厚度和半径如表2所示：
表面 半径(mm) 厚度(mm) Nd Vd
S1 Inf 0.17 1.52 64.2
S2 21.81 5.23
S3 -32.95 3.93 1.85 23.8
S4 41.64 3.25
S5 -8.21 3.01 1.58 41.5
S6 22.52 1.03 1.83 42.7
S7 -32.32 8.77
S8 -3.85 1.85 1.67 48.3
S9 9.67 1 1.62 58.2
S10 -15.34 6.9
S11 -3.3 2.34 1.62 36.3
S12 -96.43 1 1.88 40.8
S13 -27.85 3.66
S14 25 1 1.83 37.2
S15 -10.34 3.57 1.49 70.2
S16 Inf 0.23
S17 -9.79 2.7 1.50 81.5
表2
本实施方式中，第一透镜L1凸向物面，所用材料折射率n＝1.85，阿贝数v＝23.8。第一双胶合透镜组G1凸面向物面，依次为正光焦度镜片、负光焦度镜片，所用材料分别为折射率n＝1.58，阿贝数v＝41.5、折射率n＝1.83，阿贝数v＝42.7。第三镜组G3曲率半径小的面朝向物面，依次为正光焦度镜片、负光焦度镜片，所用材料折射率n＝1.67，阿贝数v＝48.3、折射率n＝1.62，阿贝数v＝58.2。第四镜组G4凹面朝向物面，依次为负光焦度镜片、正光焦度镜片，所用材料折射率n＝1.62，阿贝数v＝36.3、折射率n＝1.88，阿贝数v＝40.8。第二双胶合透镜组G2凹面向物面，依次为负光焦度镜片、正光焦度镜片，所用材料分别为折射率n＝1.83，阿贝数v＝37.2、折射率n＝1.49，阿贝数v＝70.2。末端透镜L2曲率半径大的面向物面，所用材料折射率n＝1.50，阿贝数v＝81.5。
本实施方式的低倍率大视场复消色差显微镜物镜，光谱范围为436nm-1000nm，视场范围为≥26.5mm，数值孔径0.04。采用萤石材料，用于实现复消色差。
图7是第二种实施方式的显微镜物镜的0视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向，由图可见像差平衡较好，具有较好的成像性能。
图8是第二种实施方式的显微镜物镜的1视场横向像差图，由图可见曲线贴近横轴，具有较好的成像性能。
图9是第二种实施方式的显微镜物镜的轴向色差曲线图，全波长曲线色差校正较好，各视场处任意两条曲线差值小于λ/NA2。
图10是第二种实施方式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，单位为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，最大值为0.05，最小值为-0.05。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，全视场畸变小于0.2％。图中纵坐标为归一化视场，横坐标代表畸变，最大为0.2％，最小为-0.2％。
第三种实施方式：
参见图11，本实施方式的显微镜物镜包括从物方至像方依次排列的第一透镜部分D1、第二透镜部分D2和第三透镜部分D3。其中，第一透镜部分D1，具有正光焦度，包含第一透镜L1(凸面朝向物方)和第一双胶合透镜组G1；第二透镜部分D2具有负光焦度，由第三镜组G3和第四镜组G4组成；第三透镜部分D3具有正光焦度，包含第二双胶合透镜组G2和末端透镜L2(其较凸面远离物侧)。总体包含4个双胶合镜组及2个透镜。第一透镜L1具有正光焦度，凸面朝向物面，可以为凸凹、平凸或双凸透镜。第一双胶合透镜组G1具有负光焦度，由一片正透镜及一片负透镜胶合而成，两个非胶合面凸面朝向物方。第三镜组G3具有负光焦度，由一片正透镜及一片负透镜胶合而成。第四镜组G4具有负光焦度，由一片负透镜及一片正透镜胶合而成，两个非胶合面凹面朝向物方。第二双胶合镜组G2具有正光焦度，由一片负透镜及一片正透镜胶合而成，两个非胶合面凹面朝向物方。
在本实施方式中，第一双胶合透镜组G1和第三镜组G3凹面相对，第三镜组G3和第四镜组G4凹面相对，第四镜组G4和第二双胶合镜组G2凹面相对，第一双胶合镜组G1的两片透镜光焦度从左至右为正负，第三镜组G3的两片透镜光焦度从左至右为正负，第四镜组G4的两片透镜光焦度从左至右为正负，第二双胶合透镜组G2的两片透镜光焦度从左至右为负正，这样可以更好的校正场曲、色差及畸变，使像面更加平坦、使背景色更完善并使像面完整。末端透镜L2具有正光焦度，为凸凹透镜，凹面朝向物面。
由此，从物方至像方依次排列的正光焦度第一透镜L1、负光焦度第一双胶合透镜组G1、负光焦度第三镜组G3、负光焦度第四镜组G4、正光焦度第二双胶合透镜组G2及末端透镜L2这六组镜组(透镜)巧妙的形成了相对对称形式的排布，用于校正整体低倍物镜的畸变与场曲。
本实施方式的显微镜物镜的工作距离≥5mm，物镜焦距为144mm，物镜盖玻片厚度可调节范围为0.17mm，物镜可使用的管镜焦距为160-220mm。
本实施方式的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λ/2NA2,F光与C光消色差，d光与g光轴向色差小于λ/2NA2。其中λ为中心波长，NA为物镜数值孔径，F’代表波长为0.479μm光线，e代表波长为0.546μm光线，C’代表波长为0.656μm光线，g代表波长为0.436μm光线。
在本实施方式中，显微镜物镜满足以下条件：Fobj＝140mm；M＝49.5mm；NA＝0.04；H1＝6.01mm；H2＝0.2mm；H3＝0.2mm；fD1＝29.6mm；fD2＝-3.2mm；fD3＝114.9mm；RD1＝9.6。其中，M表示物面到显微镜物镜最后一面的距离；fobj表示显微镜物镜焦距；NA表示显微镜物镜物方数值孔径。H1表示中心视场边缘光线在透镜表面最高的投射高度；H2表示中心视场边缘光线在透镜表面最低的投射高度；H3表示中心视场边缘光线在最后一片透镜表面的投射高度。fD1表示第一透镜L1的焦距，其凸面朝向物面；RD1表示该透镜朝向物体一侧表面的半径值；fobj表示显微镜物镜焦距。fD2为第二透镜部分D2的组合焦距，fD3为第三透镜部分D3的组合焦距。
本实施方式的显微镜物镜中的透镜的厚度和半径如表3所示：
Figure BDA0002400058940000131
Figure BDA0002400058940000141
表3
在本实施方式中，第一透镜L1凸向物面，所用材料折射率n＝1.85，阿贝数v＝23.8。第一双胶合透镜组G1凸面向物面，依次为正光焦度镜片、负光焦度镜片，所用材料分别为折射率n＝1.58，阿贝数v＝41.5、折射率n＝1.83，阿贝数v＝42.7。第三镜组G3曲率半径大的面朝向物面，依次为正光焦度镜片、负光焦度镜片，所用材料折射率n＝1.67，阿贝数v＝48.3、折射率n＝1.62，阿贝数v＝58.2。第四镜组G4，凹面朝向物面，依次为正光焦度镜片、负光焦度镜片，所用材料折射率n＝1.62，阿贝数v＝36.3、折射率n＝1.88，阿贝数v＝40.8。第二双胶合透镜组G2凹面向物面，依次为负光焦度镜片、正光焦度镜片，所用材料分别为折射率n＝1.83，阿贝数v＝37.2、折射率n＝1.49，阿贝数v＝70.2。末端透镜L2凹面朝向物面，所用材料折射率n＝1.50，阿贝数v＝81.5。
本实施方式的低倍率大视场复消色差显微镜物镜，光谱范围为436nm-1000nm，视场范围为≥26.5mm，数值孔径0.04。采用萤石材料，用于实现复消色差。
图12是第三种实施方式的显微镜物镜的0视场横向像差图，其中横坐标PY、PX代表归一化入瞳尺寸，纵坐标代表横向像差，Y方向为子午方向，X方向为弧矢方向，由图可见像差平衡较好，具有较好的成像性能。
图13是第三种实施方式的显微镜物镜的1视场横向像差图，由图可见曲线贴近横轴，具有较好的成像性能。
图14是第三种实施方式的显微镜物镜的轴向色差曲线图，全波长曲线色差校正较好，各视场处任意两条曲线差值小于λ/NA2。
图15是第三种实施方式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，单位为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，最大值为0.05，最小值为-0.05。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，全视场畸变小于0.2％。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-0.1％。
综合上述本发明的45mm齐焦低倍率大视场宏观观测显微镜物镜，拥有相对较大的数值孔径0.04。虽然倍率较低，但在大视场拥有极小的畸变≤0.2％，还原更真实的样品原貌。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

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透镜部分(D1)、具有负光焦度的第二透镜部分(D2)和具有正光焦度的第三透镜部分(D3)；
所述第一透镜部分(D1)包括紧邻物方的第一透镜(L1)，所述第一透镜(L1)朝向物面的一面为凸面；
所述第二透镜部分(D2)由多组胶合透镜组组成；
所述第三透镜部分(D3)包括位于最后方的末端透镜(L2)，所述末端透镜(L2)远离物面的一面为凸面。
2.根据权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于，所述第一透镜部分(D1)由所述第一透镜(L1)构成，所述第一透镜(L1)为正光焦度透镜；
所述第三透镜部分(D3)由所述末端透镜(L2)构成，所述末端透镜(L2)为正光焦度透镜。
3.根据权利要求1所述的显微镜物镜，其特征在于，所述第一透镜部分(D1)还包括第一双胶合透镜组(G1)；
所述第三透镜部分(D3)还包括第二双胶合透镜组(G2)。
4.根据权利要求2或3所述的显微镜物镜，其特征在于，0.2<M/fobj<0.5，135<fobj，其中，M表示物面到显微镜物镜最后一面的距离；fobj表示显微镜物镜焦距。
5.根据权利要求2或3所述的显微镜物镜，其特征在于，0.02<NA<0.06，其中，NA表示显微镜物镜物方数值孔径。
6.根据权利要求2所述的显微镜物镜，其特征在于，0.01＜|H2/H1|＜0.6，0.1＜|H2/H3|＜1.6，其中，H1表示中心视场边缘光线在透镜表面最高的投射高度；H2表示中心视场边缘光线在透镜表面最低的投射高度；H3表示中心视场边缘光线在最后一片透镜表面的投射高度。
7.根据权利要求2所述的显微镜物镜，其特征在于，0.07＜|fD1/fobj|，0.01＜|RD1/fobj|＜0.5，其中，fD1表示所述第一透镜(L1)的焦距，其凸面朝向物面；RD1表示该透镜朝向物体一侧表面的半径值；fobj表示显微镜物镜焦距。
8.根据权利要求2所述的显微镜物镜，其特征在于，|fD2/fobj|＜0.1，其中，fD2为所述第二透镜部分(D2)的组合焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。
9.根据权利要求2所述的显微镜物镜，其特征在于，0.01＜|fD3/fobj|＜0.5，其中，fD3为所述第三透镜部分(D3)的组合焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。
10.根据权利要求3所述的显微镜物镜，其特征在于，0.01＜|H2/H1|＜0.5，0.1＜|H2/H3|＜1.5，其中，H1表示中心视场边缘光线在透镜表面最高的投射高度；H2表示中心视场边缘光线在透镜表面最低的投射高度；H3表示中心视场边缘光线在最后一片透镜表面的投射高度。
11.根据权利要求3所述的显微镜物镜，其特征在于，0.1＜|fD1/fobj|，0.01＜|RD1/fobj|＜0.5，fD1表示所述第一透镜(L1)的焦距，其凸面朝向物面；RD1表示该透镜朝向物体一侧表面的半径值；fobj表示显微镜物镜焦距。
12.根据权利要求3所述的显微镜物镜，其特征在于，-0.05＜|fD2/fobj|，其中，fD2为所述第二透镜部分(D2)的组合焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。
13.根据权利要求3所述的显微镜物镜，其特征在于，0.01＜|fD3/fobj|＜0.5，其中，fD3为所述第三透镜部分(D3)的组合焦距，fobj为所述显微镜物镜的焦距。
14.根据权利要求2或3所述的显微镜物镜，其特征在于，所述显微镜物镜的工作波段为400-1000nm。
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