CN113189741A - 高数值孔径扫描透镜 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学扫描成像技术领域，具体公开了一种高数值孔径扫描透镜，包括扫描器和若干镜片，透镜根据光波长计算的后焦平面位于透镜镜体之外；扫描器为单一的单轴扫描器或单一的双轴扫描器时，单一的单轴扫描器或单一的双轴扫描器位于透镜的后焦平面；扫描器为一组两个的单轴扫描器时，透镜的后焦平面位于一组两个的单轴扫描器的中间位置。本发明采用保持入射光束直径不变，增大视场角，外置透镜后焦平面的设计理念，提供一种低成本、小体积的高数值孔径大视场扫描透镜。
Description
技术领域
本发明涉及光学扫描成像技术领域，具体涉及一种高数值孔径扫描透镜。
背景技术
普通的扫描透镜用于将扫描器的反射光束进行聚焦，具有较大的视场角和较小的孔径角，而为了获得尽可能小的聚焦光斑，需要进一步提高孔径角。然而目前市场上没有这样一种同时具有大视场角和大孔径角的扫描透镜，这类设计需求对透镜设计提出了挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高数值孔径扫描透镜，以实现一种同时具有大视场角和大孔径角的扫描透镜，获得尽可能小的聚焦光斑。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高数值孔径扫描透镜，包括扫描器和若干镜片，透镜根据激发光波长计算的后焦平面位于透镜镜体之外；扫描器为单一的单轴扫描器或单一的双轴扫描器时，单一的单轴扫描器或单一的双轴扫描器位于透镜的后焦平面；扫描器为一组两个的单轴扫描器时，透镜的后焦平面位于一组两个的单轴扫描器的中间位置。
本发明的工作原理在于：本发明与普通扫描透镜相比，本发明具有超短焦距，高数值孔径，较小视场角，因此本发明与普通扫描透镜很大区别，是独一无二的。在使用时，使用单一的单轴扫描器或单一的双轴扫描器时，单一的单轴扫描器或单一的双轴扫描器位于的一种高数值孔径扫描透镜的后焦平面；使用一组两个的单轴扫描器时，的一种高数值孔径扫描透镜的后焦平面位于一组两个的单轴扫描器的中间位置，由于本发明的透镜后焦平面远离透镜镜体（通常为数毫米远），因此有足够的空间安装扫描器。
进一步，透镜的视场直径大于或者等于1毫米。
进一步，透镜的视场角大于等于 20 度。
进一步，透镜的入射光束直径大于或等于 5 毫米。本方案保持现有的入射光束直径不变，解决了现有大视场透镜需要增大入射光束直径导致透镜体积较大的问题。
进一步，透镜的数值孔径大于或等于 0.7。此为较佳的大数值孔径大小。进一步，透镜的工作距离大于或等于 1 毫米。此为较佳的透镜工作距离。
进一步，镜片数量为五个。本方案采用五个镜片，为最佳镜片数量。
进一步，镜片的材质为光学玻璃或高分子聚合物或红外成像材料。以上三种材料均为镜片可采用的较佳材料。
附图说明
图 1 为本发明的实施方式一的光学结构示意图；
图 2 为本发明的实施方式一的激发光波长的点列图；
图 3 为本发明的实施方式一的激发光波长的傅里叶变换调制传递函数图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：镜片 1、镜片 2、镜片 3、镜片 4、镜片 5、扫描器6。实施方式一如附图 1 所示：本实施方式的高数值孔径扫描透镜包括镜片 1、镜片 2、镜片 3、镜片 4、镜片 5 和扫描器 6，扫描器 6 为单一的单轴扫描器或单一的双轴扫描器，扫描器 6 用于将反射的激发光束聚焦在样品中，并收集样品中激发出的发射光信号，经聚焦透镜耦合后进入用于传输光信号的光纤或用于检测光信号的光电检测器。透镜根据激发光波长计算的后焦平面位于透镜镜体之外，扫描器 6 位于本实施例的根据激发光波长计算的后焦平面。镜片 1 具有相对像侧的表面 S11 和相对物侧的表面 S12，镜片 2 具有相对像侧的表面 S21 和相对物侧的表面 S22，镜片 3 具有相对像侧的表面 S31 和相对物侧的表面 S32，镜片 4 具有相对像侧的表面 S41 和相对物侧的表面 S42，镜片 5 具有相对像侧的表面 S51 和相对物侧的表面 S52。
镜片 1、镜片 2、镜片 3、镜片 4 和镜片 5 的材料为光学玻璃或高分子聚合物或红外成像材料。
透镜镜片满足以下表一所列的条件。其中， 表一
| 表面 | 曲率半径（毫米） | 厚度（毫米） | 直径（毫米） | 材料 |
| 后焦平面（扫描器位置） | 无限大 | 6（为该表面和 S11 的距离） | 无 | 0 |
| S11 | -3.792 | 4.135 | 12 | D-ZF93 |
| S12 | -6.86 | 0.2 | 12 | 0 |
| S21 | -46.36 | 0.724 | 12 | H-ZLAF76 |
| S22 | -13.631 | 0.2 | 12 | 0 |
| S31 | 15.639 | 0.646 | 12 | D-ZF93 |
| S32 | 113.837 | 0.2 | 12 | 0 |
| S41 | 5.375 | 2.227 | 12 | D-ZF93 |
| S42 | 5.507 | 0.6 | 6 | 0 |
| S51 | 5.977 | 3.603 | 6 | D-ZF93 |
| S52 | 5.062 | 1.35（生物样品中的工作距离） | 6 | SEAWATER |
其中光波长为 920 纳米。
其中实施方式一的数值孔径为 0.7,工作距离为 1 毫米，视场直径 1.65 毫米。其中实施方式一用于单色光扫描，因此对消色差要求不高。
图 2 所示为实施方式一的激发光波长的点列图。
图 3 所示为实施方式一的激发光波长的傅里叶变换调制传递函数图。
本实施方式展示了一个包含五片球面镜片的方案，包含外壳的长度为 30 毫米，直径为15 毫米，没有对场曲和色差进行矫正，入射光束直径 5 毫米。因此实施方式一是成本低，体积小，超大视野。
本实施方式采用保持入射光束直径不变，增大视场角，外置透镜后焦平面的设计理念。实施方式二本实施方式与实施方式一的区别在于：本实施例中扫描器采用一组两个的单轴扫描器， 透镜的后焦平面位于一组两个的单轴扫描器的中间位置。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力， 所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，特别是将本发明的实施例作等比例放大或缩小，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种高数值孔径扫描透镜，其特征在于：包括扫描器和若干镜片，所述透镜根据激发光波长计算的后焦平面位于透镜镜体之外；所述扫描器为单一的单轴扫描器或单一的双轴扫描器时，单一的单轴扫描器或单一的双轴扫描器位于所述透镜的后焦平面；所述扫描器为一组两个的单轴扫描器时，所述透镜的后焦平面位于一组两个的单轴扫描器的中间位置。
2.根据权利要求 1 所述的一种高数值孔径扫描透镜，其特征在于：所述透镜的视场直径大于或者等于1毫米。
3.根据权利要求 1 所述的一种高数值孔径扫描透镜，其特征在于：所述透镜的视场角大于或者等于 20 度。
4.根据权利要求 1 所述的一种高数值孔径扫描透镜，其特征在于：所述透镜的入射光束直径大于或者等于 5 毫米。
5.根据权利要求 1 所述的一种高数值孔径扫描透镜，其特征在于：所述透镜的数值孔径大于等于 0.7。
6.根据权利要求 1 所述的一种高数值孔径扫描透镜，其特征在于：所述透镜的工作距离大于或者等于 1 毫米。
7.根据权利要求 1-6 任一项所述的一种高数值孔径扫描透镜，其特征在于：所述镜片数量为五个。
8.根据权利要求 1-6 任一项所述的一种高数值孔径扫描透镜，其特征在于：所述镜片的材质为光学玻璃或高分子聚合物或红外成像材料。
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Publications (1)
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Country Status (1)
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2021
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