CN115343832A - 一种大视场平场远心显微物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大视场平场远心显微物镜，包括从像侧到物侧沿光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，第一透镜为具有负光焦度的负弯月透镜；第二透镜为具有负光焦度的负双胶合透镜；第三透镜为具有正光焦度的正双凸透镜；第四透镜为具有正光焦度的正双胶合透镜；第五透镜为具有正光焦度的正弯月透镜；第六透镜为具有正光焦度的正弯月透镜；第七透镜为具有负光焦度的负双凹透镜；第八透镜为具有正光焦度的正弯月透镜。本发明满足大视场的同时很好地保证了成像的质量，有效地提高了显微物镜系统的应用范围。

Description

一种大视场平场远心显微物镜
技术领域
本发明涉及光学仪器设备技术领域，更具体的说是涉及一种大视场平场远心显微物镜。
背景技术
近年来由于工业上工程技术的迅猛发展，工业材料的结构、纯净度检验，器件表面的缺陷检测，微米级别测量，显微实时观察等，都要求光学显微镜有更大的视场，这使得大视场显微镜的研究有着很重要的意义。
在显微成像领域，视场范围这一点显得尤为重要，一个好的物镜结构对显微镜成像的效果影响甚远。普通的显微镜物镜在视场和分辨能力上不能兼得，而提高物镜的成像质量对于整个显微系统来说又非常的重要，这里显微系统分辨能力主要取决于物镜的衍射极限，所以物镜的设计是整个显微系统中至关重要的部分。因此进一步提高显微物镜的成像质量和视场范围对于各个领域的研究都具有十分重要意义。
随着科学技术的发展，人们不断追求越来越大的视场和越来越高的分辨能力。如今，光学显微镜在生物医学等众多领域发挥着重要的作用。来到20世纪，光学显微镜的分辨能力已经可以到纳米尺度。现在将显微镜用于大视场范围下观察的应用需求越来越多，而增大显微物镜的视场同时具有较高的分辨率是今后显微物镜设计的关键。
因此，如何提供一种大视场高分辨率显微物镜是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种大视场平场远心显微物镜，满足大视场的同时很好地保证了成像的质量，有效地提高了显微物镜系统的应用范围。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大视场平场远心显微物镜，包括从像侧到物侧沿光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，所述第一透镜为具有负光焦度的负弯月透镜；所述第二透镜为具有负光焦度的负双胶合透镜；所述第三透镜为具有正光焦度的正双凸透镜；所述第四透镜为具有正光焦度的正双胶合透镜；所述第五透镜为具有正光焦度的正弯月透镜；所述第六透镜为具有正光焦度的正弯月透镜；所述第七透镜为具有负光焦度的负双凹透镜；所述第八透镜为具有正光焦度的正弯月透镜。
优选的，所述第一透镜的双面凸向物方，所述第一透镜的焦距为f1，显微物镜焦距为EFL，所述第一透镜的焦距满足-12<f1/EFL<-14。
优选的，所述第二透镜的三面凸向物方，所述第二透镜的焦距为f2，显微物镜焦距为EFL，所述第二透镜的焦距满足-24<f2/EFL<-26，其中出射面S3和胶合面S4组成负光焦度弯月透镜，胶合面S4和入射面S5组成正光焦度弯月透镜。
优选的，所述第三透镜出射面凸S6向像方，入射面S7凸向物方，所述第三透镜的焦距为f3，显微物镜焦距为EFL，所述第三透镜的焦距满足3.2<f3/EFL<3.8。
优选的，所述第四透镜的三面凸向像方，所述第四透镜的焦距为f4，显微物镜焦距为EFL，所述第四透镜的焦距满足14<f4/EFL<15.6，其中出射面S8和胶合面S9组成正光焦度弯月透镜，胶合面S9和入射面S10组成负光焦度弯月透镜。
优选的，所述第五透镜的双面凸向像方，所述第五透镜的焦距为f5，显微物镜焦距为EFL，所述第五透镜的焦距满足3.36<f5/EFL<4。
优选的，所述第六透镜的双面凸向像方，所述第六透镜的焦距为f6，显微物镜焦距为EFL，所述第六透镜的焦距满足4.3<f6/EFL<5.2。
优选的，所述第七透镜出射面凹向像方，入射面凹向物方，所述第七透镜的焦距为f7，显微物镜焦距为EFL，所述第七透镜的焦距满足-1.2<f7/EFL<-1.8。
优选的，所述第八透镜的双面凸向像方，所述第八透镜的焦距为f8，显微物镜焦距为EFL，所述第八透镜的焦距满足2<f8/EFL<2.5。
优选的，所述显微物镜全视场内物面主光线与物面的夹角小于0.2°，物方视场直径不小于20mm。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种大视场平场远心显微物镜，解决了NA＝0.25的显微镜视场范围小的难题，从而可以满足各领域对显微物镜视场范围的需求，而且本发明的显微物镜全部采用球面镜片，在现有的加工与检测工艺下完全能够实现，且结构简单，设计合理，易于制造，满足大批量生产的要求。
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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种大视场平场远心显微物镜结构示意图。
其中，1、第一透镜、2、第二透镜、3、第三透镜、4、第四透镜、5、第五透镜、6、第六透镜、7、第七透镜、8、第八透镜。
图2是以上实施本发明的一种大视场平场远心显微物镜的传递函数曲线图，图中纵坐标为光学传递函数(MTF)的值，横坐标为空间频率，由图可知，光学传递函数曲线接近衍射极限，表明该平场显微物镜具有优良的成像质量。
图3为以上实施本发明的一种大视场平场远心显微物镜的点列图，可以看出各个视场的绝大部分光线均在艾里斑范围内。
图4是以上实施本发明的一种大视场平场远心显微物镜的光扇图，图中纵坐标为光线在像面上偏离中心的距离，横坐标代表着这条光线距离孔径光阑中心的距离，可以看到该光学系统拥有不错的特性曲线。
图5是以上实施本发明的一种大视场平场远心显微物镜的场曲曲线图(a)和畸变曲线图(b)。图5(a)是场曲曲线图，其纵坐标为视场，横坐标为子午光和弧矢光偏差量；图5(b)是畸变曲线图，其纵坐标为视场，横坐标为畸变比例。在一般的光学成像系统中，只要畸变引起的图像变形不为人眼所察觉，这种畸变量是允许的，这一允许的畸变值约为4％。由图5(b)知，畸变小于1％，在允许的范围内，故畸变得到了有效地校正。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种大视场平场远心显微物镜，与管镜配套使用，如图1所示，包括：从像侧到物侧沿光轴依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8，第一透镜1为具有负光焦度的负弯月透镜；第二透镜2为具有负光焦度的负双胶合透镜；第三透镜3为具有正光焦度的正双凸透镜；第四透镜4为具有正光焦度的正双胶合透镜；第五透镜5为具有正光焦度的正弯月透镜；第六透镜6为具有正光焦度的正弯月透镜；第七透镜7为具有负光焦度的负双凹透镜；第八透镜8为具有正光焦度的正弯月透镜。
作为一种具体的实施方式，第一透镜1的双面凸向物方，包括入射面S2和出射面S1，S1面同时为光阑面，S1面曲率半径为-89.338mm±0.8mm，S2面曲率半径为-121.165mm±0.321mm，第一透镜1厚度为25.2mm±0.27mm，即S1面中心和S2面中心之间的距离，材料的折射率/阿贝数为1.8/44.28，第一透镜入射面中心与第二透镜2出射面中心间隙21mm±0.2mm，第一透镜1的焦距为f1，显微镜头焦距为EFL，第一透镜1的焦距满足-12<f1/EFL<-14，优选焦距-650.7mm。
作为一种具体的实施方式，第二透镜2的三面凸向物方，S3面曲率半径为-55.46mm±0.25mm，S4面曲率半径为-272.9mm±0.3mm，其中S3和S4组成负光焦度弯月透镜，厚度为25.0mm±0.2mm，材料的折射率/阿贝数为1.64/34.47，S5面曲率半径为-106.17mm±0.3mm，S4和S5组成正光焦度弯月透镜，厚度为19mm±0.15mm，材料的折射率/阿贝数为2/25.43，第二透镜入射面中心与第三透镜3出射面中心间隙2mm±0.05mm，第二透镜2的焦距为f2，显微镜头焦距为EFL，第二透镜的焦距满足-24<f2/EFL<-26，优选焦距-1252.6mm。
作为一种具体的实施方式，第三透镜3的出射面S6凸向像方，入射面S7凸向物方，S6面曲率半径为295.1mm±1.2mm，S7面曲率半径为-485.3mm±0.6mm，第三透镜3厚度为8.6mm±0.2mm，即S6面中心和S7面中心之间的距离，材料的折射率/阿贝数为2/25.43，第三透镜入射面中心与第四透镜4出射面中心间隙2mm±0.1mm，第三透镜3的焦距为f3，显微镜头焦距为EFL，第三透镜3的焦距满足3.2<f3/EFL<3.8，优选焦距182mm。
作为一种具体的实施方式，第四透镜4的三面凸向像方，S8面曲率半径为73.7mm±0.2mm，S9面曲率半径为138mm±2.2mm，其中S8和S9组成正光焦度弯月透镜，厚度为18.3mm±0.2mm，材料的折射率/阿贝数为2/25.43，S10面曲率半径为-47.75mm±0.15mm，S9和S10组成负光焦度弯月透镜，厚度为18.9mm±0.22mm，材料的折射率/阿贝数为1.64/34.5，第四透镜入射面中心与第五透镜5出射面中心间隙4.3mm±0.13mm，第四透镜4的焦距为f4，显微镜头焦距为EFL，第四透镜4的焦距满足14<f4/EFL<15.6，优选焦距745.8mm。
作为一种具体的实施方式，第五透镜5的双面凸向像方，包括入射面S12和出射面S11，S11面曲率半径为61.66mm±0.52mm，S12面曲率半径为83mm±0.2mm，第五透镜厚度为25mm±1mm，即S11面中心和S12面中心之间的距离，材料的折射率/阿贝数为1.8/22.69，第五透镜入射面中心与第六透镜6出射面中心间隙2mm±0.08mm，第五透镜5的焦距为f5，显微镜头焦距为EFL，第五透镜5的焦距满足3.36<f5/EFL<4，优选焦距191.5mm。
作为一种具体的实施方式，第六透镜6的双面凸向像方，包括入射面S14和出射面S13，S13面曲率半径为61.38mm±0.2mm，S14面曲率半径为83mm±0.2mm，第六透镜6厚度为17mm±0.63mm，即S13面中心和S14面中心之间的距离，材料的折射率/阿贝数为1.7/29.5，第六透镜入射面中心与第七透镜7出射面中心间隙4.3mm±0.2mm，第六透镜6的焦距为f6，显微镜头焦距为EFL，第六透镜6的焦距满足4.3<f6/EFL<5.2，优选焦距243.8mm。
作为一种具体的实施方式，第七透镜7的出射面S15凹向像方，入射面S16凹向物方，S15面曲率半径为-240.6mm±1.6mm，S16面曲率半径为114.8mm±2.2mm，第七透镜7厚度为7.7mm±0.12mm，即S15面中心和S16面中心之间的距离，材料的折射率/阿贝数为1.92/22.88，第七透镜入射面中心与第八透镜8出射面中心间隙1.5mm±0.03mm，第七透镜7的焦距为f7，显微镜头焦距为EFL，第七透镜7的焦距满足-1.2<f7/EFL<-1.8，优选焦距-82.7mm。
作为一种具体的实施方式，第八透镜8的双面凸向像方，包括入射面S18和出射面S17，S17面曲率半径为40.7mm±0.32mm，S18面曲率半径为163.3mm±0.5mm，第八透镜8厚度为9.4mm±0.56mm，即S17面中心和S18面中心之间的距离，材料的折射率/阿贝数为1.47/66.88，第八透镜8的焦距为f8，显微镜头焦距为EFL，第八透镜8的焦距满足2<f8/EFL<2.5，优选焦距112mm。
上述实例其它参数如下：
大视场平场远心显微物镜焦距50.12mm，入射光波长532nm±0.1nm，数值孔径最大为0.25.
图2、图3、图4、图5证明了本发明优越性，可以实现对平场显微物镜视场范围的有效增大，而且在优化过程中保持平场显微物镜在全视场具有清晰的成像效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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 (10)

1.一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，包括从像侧到物侧沿光轴依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，所述第一透镜为具有负光焦度的负弯月透镜；所述第二透镜为具有负光焦度的负双胶合透镜；所述第三透镜为具有正光焦度的正双凸透镜；所述第四透镜为具有正光焦度的正双胶合透镜；所述第五透镜为具有正光焦度的正弯月透镜；所述第六透镜为具有正光焦度的正弯月透镜；所述第七透镜为具有负光焦度的负双凹透镜；所述第八透镜为具有正光焦度的正弯月透镜。
2.根据权利要求1所述的一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，所述第一透镜的双面凸向物方，所述第一透镜的焦距为f1，显微物镜焦距为EFL，所述第一透镜的焦距满足-12<f1/EFL<-14。
3.根据权利要求1所述的一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，所述第二透镜的三面凸向物方，所述第二透镜的焦距为f2，整体显微物镜焦距为EFL，所述第二透镜的焦距满足-24<f2/EFL<-26，其中出射面S3和胶合面S4组成负光焦度弯月透镜，胶合面S4和入射面S5组成正光焦度弯月透镜。
4.根据权利要求1所述的一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，所述第三透镜出射面S6凸向像方，入射面S7凸向物方，所述第三透镜的焦距为f3，显微物镜焦距为EFL，所述第三透镜的焦距满足3.2<f3/EFL<3.8。
5.根据权利要求1所述的一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，所述第四透镜的三面凸向像方，所述第四透镜的焦距为f4，显微物镜焦距为EFL，所述第四透镜的焦距满足14<f4/EFL<15.6，其中出射面S8和胶合面S9组成正光焦度弯月透镜，胶合面S9和入射面S10组成负光焦度弯月透镜。
6.根据权利要求1所述的一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，所述第五透镜的双面凸向像方，所述第五透镜的焦距为f5，显微物镜焦距为EFL，所述第五透镜的焦距满足3.36<f5/EFL<4。
7.根据权利要求1所述的一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，所述第六透镜的双面凸向像方，所述第六透镜的焦距为f6，显微物镜焦距为EFL，所述第六透镜的焦距满足4.3<f6/EFL<5.2。
8.根据权利要求1所述的一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，所述第七透镜出射面凹向像方，入射面凹向物方，所述第七透镜的焦距为f7，显微物镜焦距为EFL，所述第七透镜的焦距满足-1.2<f7/EFL<-1.8。
9.根据权利要求1所述的一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，所述第八透镜的双面凸向像方，所述第八透镜的焦距为f8，显微物镜焦距为EFL，所述第八透镜的焦距满足2<f8/EFL<2.5。
10.根据权利要求1所述的一种大视场平场远心显微物镜，其特征在于，所述显微物镜全视场内物面主光线与物面的夹角小于0.2°，物方视场直径不小于20mm。
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