CN115598819A - 一种高分辨率大视场浸液显微物镜 - Google Patents

一种高分辨率大视场浸液显微物镜 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种高分辨率大视场浸液显微物镜，涉及光学技术领域，其技术方案要点是：包括沿光轴从物面到像面依次排列的平面窗口、折反镜组以及透射镜组；所述折反镜组由两片透镜或三片透镜组成，且靠近透射镜组的所述折反透镜的透射面与反射面的弯曲方向一致；所述透射镜组由十一片透镜或十二片透镜组成；所述折反镜组的组合光焦度为φz1，所述透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：0.35≤φz1/φ≤0.68；0.58≤φz2/φ≤0.78。本申请提供的一种高分辨率大视场浸液显微物镜具有成像质量好的优点。

Description

一种高分辨率大视场浸液显微物镜
技术领域
本申请涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种高分辨率大视场浸液显微物镜。
背景技术
随着现代科学技术的发展，生物医学、生命科学等领域的科学研究与临床应用对高性能显微成像物镜的需求越来越高，主要体现在观测成像谱段更宽、成像视野更大以及成像分辨率更高。典型代表应用包括基因测序、药物研制、从亚细胞、组织到器官的广域动态观测等等均对高通量的显微成像提出了需求。从技术层面来分析，核心关键技术是宽谱段、大视场以及大数值孔径的显微成像物镜技术；在应用层面，此类显微成像物镜的制造成本高，降低成本有利于实现推广与应用。
目前典型的大视场、大数值孔径显微成像物镜主要包括透射式显微物镜与折反射式显微物镜，其中透射式显微物镜由于色差校正难度较大，造成光学系统结构复杂、透镜数量多、尺寸较为庞大等。折反射式显微物镜通过采用反射元件承担主要光焦度，有利于校正大视场引起的色差及二级光谱，因而较容易获得宽谱段、大视场以及大数值孔径的显微成像性能。如美国专利US8675276公开的宽谱段折反射成像系统，成像视场达到0.15mm，中国专利CN108873289A同样采用折反射式光路结构，进一步提升了成像视场，达到2mm，但由于采用了特殊的熔石英玻璃材料，物镜的材料成本、制造成本较高，同时采用了类似于球壳的弯月形折反射透镜，加工制造难度很高，不利于降低制造成本。中国专利CN111175956A采用了类似的折反射光路结构，获得了更大的成像视场，但由于采用了4个高次非球面透镜，进一步增加了制造、检测难度，成本大幅增加，难以实现低成本制造与推广应用。此外，上述两种高通量显微物镜为了校正宽谱段下大视场引起的垂轴色差，引入了球壳状的弯月形折反透镜，增加了制造与装配难度，导致显微物镜的开发成本、周期以及良率受到影响。
综上，现有的大视场、大数值孔径显微物镜的制造成本与制造难度较高，导致高性能的显微物镜主要应用于大型科学仪器，难以实现批量化低成本的开发。
针对上述问题，在保证显微成像物镜成像性能的基础上，如何通过设计创新，采用低成本的常规玻璃材料校正光学系统各种像差，避免或减少复杂球壳透镜或非球面透镜的采用，对于获得性价比更高、性能更优的宽谱段、大视场、大数值孔径显微物镜是本领域的重点研究方向。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高分辨率大视场浸液显微物镜，用于克服上述现有技术中存在的至少一个缺陷。
第一方面，本申请提供了一种高分辨率大视场浸液显微物镜，技术方案如下：
包括沿光轴从物面到像面依次排列的平面窗口、折反镜组以及透射镜组；
所述折反镜组由两片透镜或三片透镜组成；
所述透射镜组由十一片透镜或十二片透镜组成；
所述折反镜组的组合光焦度为φz1，所述透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：
0.35≤φz1/φ≤0.68；
0.58≤φz2/φ≤0.78。
通过采用二次成像光路结构的折反射的方案，可以有效降低透射透镜产生的轴向色差和二级光谱，随着视场增大，倍率色差凸显，通过增大折反镜组的光焦度，可以实现对大视场倍率色差的校正，具有成像质量好的有益效果。
进一步地，在本申请中，所述折反镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜以及第二透镜组成；
所述透射镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的具有负光焦度的第三透镜、具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜、具有正光焦度的第八透镜、具有负光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜、具有正光焦度的第十一透镜、具有负光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第十三透镜、具有正光焦度的第十四透镜组成；
所述折反镜组的组合光焦度为φz1，所述透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：
0.48≤φz1/φ≤0.68；
0.65≤φz2/φ≤0.75。
折反镜组采用两片折反透镜时，通过折反透镜的反射面承担主要光焦度，控制光焦度分配符合上述关系式时，可以起到降低系统大视场宽谱段下的轴向色差和垂轴色差作用，并有利于单色像差的控制。
进一步地，在本申请中，所述第一透镜靠近物面的一侧为平面且为反射面，靠近像面的一侧为凸面，所述第一透镜的中心设有透射区域，设反射口径为DL1、透射口径为DsL1，满足：
0≤DsL1/ DL1≤0.25。
进一步地，在本申请中，所述第二透镜靠近物面的一侧为凹面、靠近像面一侧为凸面，且凸面为反射面，所述第二透镜的中心设有透射区域，设反射口径为DL2、透射口径为DsL2，满足：
0≤DsL2/ DL2≤0.25。
进一步地，在本申请中，还包括有光阑，所述光阑在像面形成的像与所述第十四透镜靠近像面一侧的距离为Ls，总的光焦度为φ，满足：
5.5≤Ls×φ≤6.5。
进一步地，在本申请中，所述折反镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜、第二透镜组成以及第三透镜组成；
所述透射镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的具有负光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有正光焦度的第七透镜、具有负光焦度的第八透镜、具有正光焦度的第九透镜、具有负光焦度的第十透镜、具有负光焦度的第十一透镜、具有负光焦度的第十二透镜、具有正光焦度的第十三透镜、具有正光焦度的第十四透镜组成；
所述折反镜组的组合光焦度为φz1，所述透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：
0.35≤φz1/φ≤0.57；
0.58≤φz2/φ≤0.78。
折反镜组采用三片透镜时，控制光焦度分配符合上述关系式时，可以起到降低系统大视场宽谱段下的轴向色差和垂轴色差作用，并有利于单色像差的控制，通过降低第二透镜的光焦度，可以降低该透镜的制造与装配难度。
进一步地，在本申请中，所述第二透镜的光焦度设为φL2，总的光焦度为φ，满足：
0≤φL2≤0.002。
进一步地，在本申请中，所述第一透镜靠近物面的一侧为平面且为反射面，靠近像面的一侧为凸面，所述第一透镜的中心设有透射区域，设反射口径为DL1、透射口径为DsL1，满足：
0≤DsL1/ DL1≤0.25。
进一步地，在本申请中，所述第三透镜为反射镜，所述第三透镜的中心设有通孔，设反射口径为DL3、通孔口径为DsL3，满足：
0≤DsL3/ DL3≤0.25。
进一步地，在本申请中，还包括有光阑，所述光阑在像面形成的像与所述第十四透镜靠近像面一侧的距离为Ls，总的光焦度为φ，满足：
6.2≤Ls×φ≤7.8。
由上可知，本申请提供的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，通过采用二次成像光路结构的折反射的方案，可以有效降低透射透镜产生的轴向色差和二级光谱，随着视场增大，倍率色差凸显，通过增大折反透镜的光焦度，可以实现对大视场倍率色差的校正，具有成像质量好的有益效果。
附图说明
图1为本申请提供的其中一种高分辨率大视场浸液显微物镜的结构示意图。
图2为图1的显微物镜在480nm工作波长时的波像差分布情况的示意图。
图3为图1的显微物镜在550nm工作波长时的波像差分布情况的示意图。
图4为图1的显微物镜在632.80nm工作波长时的波像差分布情况的示意图。
图5为图1的显微物镜在720nm工作波长时的波像差分布情况的示意图。
图6为本申请提供的另外一种高分辨率大视场浸液显微物镜的结构示意图。
图7为图6的显微物镜在480nm工作波长时的波像差分布情况的示意图。
图8为图6的显微物镜在553.8nm工作波长时的波像差分布情况的示意图。
图9为图6的显微物镜在632.80nm工作波长时的波像差分布情况的示意图。
图10为图6的显微物镜在720nm工作波长时的波像差分布情况的示意图。
图中：L0、平面窗口；L1、第一透镜；L2、第二透镜；L3、第三透镜；L4、第四透镜；L5、第五透镜；L6、第六透镜；L7、第七透镜；L8、第八透镜；L9、第九透镜；L10、第十透镜；L11、第十一透镜；L12、第十二透镜；L13、第十三透镜；L14、第十四透镜。
具体实施方式
下面将结合本申请中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1和图6，本申请提出的高分辨率大视场浸液显微物镜，技术方案如下：
包括沿光轴从物面到像面依次排列的平面窗口L0、折反镜组以及透射镜组；
折反镜组由两片透镜或三片透镜组成；
透射镜组由十一片透镜或十二片透镜组成；
折反镜组的组合光焦度为φz1，透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：
0.35≤φz1/φ≤0.68；
0.58≤φz2/φ≤0.78。
在满足上述关系式的光焦度分配的时候，有利于实现大数值孔径、大视场下的宽谱段球差、色差等像差控制，以获得像差小、尺寸紧凑的光路结构。
通过上述技术方案，采用二次成像光路结构的折反射的方案，可以有效降低透射透镜产生的轴向色差和二级光谱，随着视场增大，倍率色差凸显，通过增大折反镜组的光焦度，可以实现对大视场倍率色差的校正，并获得平场效果，各个视场的成像质量接近一致，具有成像质量好的有益效果。
通常，为了便于像差校正，现有技术需要使用低色散的熔石英或氟化钙玻璃材料，但是这些材料的成本高且加工困难，尤其是针对部分弯月形透镜而言，其加工难度极大，导致成本过高，不利于使用推广。对此，本申请对这一问题进行改进，透镜的材料全部采用常规玻璃，但是，由此带来了像差校正难，为了校正单色像差，如球差、慧差、像散、场曲以及畸变，需要进行像差平衡与光路结构调整。
具体的，在其中一些实施例中，折反镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜L1以及第二透镜L2组成；
其中，第二透镜L2的透射面与反射面的弯曲方向一致，将折反透镜的透射面设置为与反射面弯曲方向一致，可以更好的实现对大视场倍率色差的校正。
透射镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的具有负光焦度的第三透镜L3、具有正光焦度的第四透镜L4、具有正光焦度的第五透镜L5、具有正光焦度的第六透镜L6、具有负光焦度的第七透镜L7、具有正光焦度的第八透镜L8、具有负光焦度的第九透镜L9、具有负光焦度的第十透镜L10、具有正光焦度的第十一透镜L11、具有负光焦度的第十二透镜L12、具有正光焦度的第十三透镜L13、具有正光焦度的第十四透镜L14组成；
折反镜组的组合光焦度为φz1，透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：
0.48≤φz1/φ≤0.68；
0.65≤φz2/φ≤0.75。
折反镜组采用两片折反透镜时，通过折反透镜的反射面承担主要光焦度，控制光焦度分配符合上述关系式时，可以起到降低系统大视场宽谱段下的轴向色差和垂轴色差作用，并有利于单色像差的控制。
通过上述方案，在透射镜组中，采用了十二片透镜进行像差校正，其中，第三透镜L3为弯月形透镜、第四透镜L4为双凸透镜、第五透镜L5为双凸透镜、第六透镜L6为双凸透镜、第七透镜L7为弯月形透镜、第八透镜L8为双凸透镜、第九透镜L9为双凹透镜、第十透镜L10为双凹透镜、第十一透镜L11为双凸透镜、第十二透镜L12为弯月形透镜、第十三透镜L13为弯月形透镜、第十四透镜L14为弯月形透镜，通过引入正负光焦度透镜组合进行平场，通过正负分立的透镜组合的小的空气隙来产生高级像差，用来平衡大数值孔径带来的高级球差、慧差等，其中的第四透镜L4、第五透镜L5以及第六透镜L6均为双凸透镜，具体采用的是鼓形透镜，可以进一步校正场曲，同时缩短光学系统的整体长度，其中的第三透镜L3、第七透镜L7、第十二透镜L12、第十三透镜L13以及第十四透镜L14均为弯月形透镜，通过引入弯月形透镜可以有效校正剩余像散与畸变等像差。
在其中一些实施例中，第一透镜L1靠近物面的一侧为平面且为反射面，靠近像面的一侧为凸面，第一透镜L1的中心设有透射区域，设反射口径为DL1、透射口径为DsL1，满足：
0≤DsL1/ DL1≤0.25。
第二透镜L2靠近物面的一侧为凹面、靠近像面一侧为凸面，且凸面为反射面，第二透镜L2的中心设有透射区域，设反射口径为DL2、透射口径为DsL2，满足：
0≤DsL2/ DL2≤0.25。
在第一透镜与第二透镜满足上述关系式的时候，有利于降低光学系统的遮拦比，线遮拦比控制在1/4以内，面积遮拦比不超过6.25%，从而确保绝大部分孔径内的光能量能够不被遮拦，通过光学系统达到像空间，有利于提升成像质量与能量利用率。
此外，还包括有光阑，光阑在像面形成的像与第十四透镜L14靠近像面一侧的距离为Ls，总的光焦度为φ，满足：
5.5≤Ls×φ≤6.5。
具体的，Ls指的是以第十四透镜L14靠近像面的一侧与光轴的交点作为基准零位置，光阑在像空间形成的像与第十四透镜L14靠近像面的一侧的距离，该值靠近物面一侧取为正，反之为负。
在满足上述关系式的时候，一方面有利于整个光学系统的像差平衡，另一方面可以控制光阑在像空间的像距离第十四透镜较近，有利于该物镜与后续光学系统的光阑衔接。
其中，还可以在第一透镜L1靠近物面的一侧设置光阑，并且可以在第七透镜L7与第八透镜L8之间设置用于消杂光的光阑。
具体的，按照本申请上述思路，参照图1，配置出来的其中一种光学系统的具体参数如下所示：
面序号 名称 曲率半径mm 间隔mm 材料 通光孔径mm
1 物面 ∞ 0.3295 水或生物浸液 Φ2.0
2 平面窗口L0 ∞ 1.0000 HK9L Φ2.0
3 ∞ 0.0000 Φ4.8
4 第一透镜L1 ∞ 14.3914 HK9L Φ40.0
5 -64.7532 8.2796 Φ29.4
6 第二透镜L2 -25.7352 5.9085 HK9L Φ41.0
7 -33.8814 0.1000 Φ49.0
8 第三透镜L3 11.6238 1.3000 HK9L Φ5.4
9 8.6744 1.0574 Φ4.2
10 第四透镜L4 17.6872 4.7983 HK9L Φ4.3
11 -39.8160 0.1000 Φ8.0
12 第五透镜L5 29.4695 13.1737 HK9L Φ8.8
13 -20.9611 0.1000 Φ15.6
14 第六透镜L6 21.1279 12.0265 HK9L Φ17.2
15 -21.1672 1.7277 Φ17.2
16 第七透镜L7 -13.2876 5.5328 HK9L Φ17.0
17 -20.0684 1.4486 Φ18.6
18 第八透镜L8 22.1719 7.1163 HK9L Φ19.6
19 -21.5649 0.7152 Φ19.2
20 第九透镜L9 -23.7946 8.0000 HK9L Φ18.2
21 18.1837 5.3275 Φ15.4
22 第十透镜L10 -11.2457 3.0054 HK9L Φ15.6
23 48.3519 1.4345 Φ20.4
24 第十一透镜L11 377.1913 5.6197 HK9L Φ21.2
25 -20.6639 2.0433 Φ23.0
26 第十二透镜L12 -15.9968 3.2245 HK9L Φ23.4
27 -20.4774 0.1000 Φ26.8
28 第十三透镜L13 -195.9910 4.7825 HK9L Φ30.4
29 -37.7436 0.1000 Φ31.6
30 第十四透镜L14 53.5144 12.0000 HK9L Φ34.2
31 106.1899 / Φ34.4
32 像面 ∞
其中，靠近物面一侧为凹面，其曲率半径视为负，为凸面，其曲率半径视为正，靠近像面一侧为凹面，其曲率半径视为正，为凸面，其曲率半径视为负。
在如上的光学系统中，从物面发出的光线，依次经过液体介质、平面窗口L0、第一透镜L1的透射区域，然后被第二透镜L2的反射面反射，反射后的光线通过第二透镜L2的凹面、第一透镜L1的凸面到达第一透镜L1的平面，第一透镜L1的平面为反射面，再次将光线进行反射，反射后的光线通过第一透镜L1的凸面透射通过第二透镜L2的透射区域，然后到达透射镜组。
在透射镜组中，光线依次通过弯月形负光焦度的第三透镜L3、双凸正光焦度的第四透镜L4、双凸正光焦度的第五透镜L5，双凸正光焦度的第六透镜L6，弯月形负光焦度的第七透镜L7，双凸正光焦度的第八透镜L8，双凹负光焦度的第九透镜L9，双凹负光焦度的第十透镜L10，双凸正光焦度的第十一透镜L11，弯月形负光焦度的第十二透镜L12，弯月形正光焦度的第十三透镜L13以及弯月形正光焦度的第十四透镜L14，然后以平行光的方式出射至像面。
由上述参数组成的光学系统，其能够达到的技术指标如下：
物方数值孔径NA：1.045；
物方观测视野：2.1mm；
工作波段：360nm~850nm；
光学长度（物面到第十四透镜L14）：124.8mm。
通过上述参数的设置，该光学系统主要解决宽谱段、大视场、大数值孔径显微成像的技术难题，为了实现宽谱段色差校正难题，采用二次成像光路结构，通过折反镜组降低了透射镜组容易产生的轴向色差以及二级光谱，随着视场的增大，倍率色差凸显，为了实现大视场倍率色差校正，通过增大第二透镜L2反射面的光焦度，并且将第二透镜L2的透射面设置为与反射面弯曲方向朝向一致，由此可以有效校正大视场下的宽谱段色差校正难题，并且能够获得平场效果，各个视场的成像质量接近一致。
在采用折反镜组获得了较好的色差校正的基础上，将透镜的材料全部采用普通的玻璃，以此来降低制造成本，但是由此带来了更高难度的像差校正问题，对此，在该光学系统的透射镜组中，采用十二片透镜进行像差校正，通过引入正负光焦度的透镜组合来进行平场、通过采用鼓形透镜进一步校正场曲，通过引入正负分立的透镜来产生高级像差用于平衡大数值孔径带来的高级球差、慧差，通过引入弯月形透镜可以有效校正剩余像散与畸变等。从像差校正结果来看，该光学系统比较完善的校正了轴向色差、球差、慧差、像散以及场曲等像差，获得了衍射极限的成像质量，并且光学系统的总长仅仅为124.8mm，结构紧凑，应用价值高。
参照图2，为该光学系统在480nm工作波长时的波像差分布情况，均方根波像差最小为0.035λ，最大为0.057λ，平均值为0.050λ；
参照图3，为该光学系统在550nm工作波长时的波像差分布情况，均方根波像差最小为0.017λ，最大为0.033λ，平均值为0.026λ；
参照图4，为该光学系统在632.80nm工作波长时的波像差分布情况，均方根波像差最小为0.0099λ，最大为0.024λ，平均值为0.019λ；
参照图5，为该光学系统在720nm工作波长时的波像差分布情况，均方根波像差最小为0.014λ，最大为0.027λ，平均值为0.023λ。
由此可见，该光学系统在工作波长范围内均达到了衍射极限像质，成像质量优异。
此外，在本申请中，折反镜组还可以由沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜L1、第二透镜L2组成以及第三透镜L3组成；
透射镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的具有负光焦度的第四透镜L4、具有正光焦度的第五透镜L5、具有正光焦度的第六透镜L6、具有正光焦度的第七透镜L7、具有负光焦度的第八透镜L8、具有正光焦度的第九透镜L9、具有负光焦度的第十透镜L10、具有负光焦度的第十一透镜L11、具有负光焦度的第十二透镜L12、具有正光焦度的第十三透镜L13、具有正光焦度的第十四透镜L14组成；
折反镜组的组合光焦度为φz1，透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：
0.35≤φz1/φ≤0.57；
0.58≤φz2/φ≤0.78。
其中，第二透镜L2的光焦度设为φL2，总的光焦度为φ，满足：
0≤φL2≤0.002。
折反镜组采用三片透镜时，控制光焦度分配符合上述关系式时，可以起到降低系统大视场宽谱段下的轴向色差和垂轴色差作用，并有利于单色像差的控制，通过降低第二透镜L2的光焦度，可以降低该透镜的制造与装配难度。
其中，第一透镜L1靠近物面的一侧为平面且为反射面，靠近像面的一侧为凸面，第一透镜L1的中心设有透射区域，设反射口径为DL1、透射口径为DsL1，满足：
0≤DsL1/ DL1≤0.25。
其中，第三透镜L3为反射镜，第三透镜L3的中心设有通孔，设反射口径为DL3、通孔口径为DsL3，满足：
0≤DsL3/ DL3≤0.25。
通过控制第一透镜L1以及第三透镜L3的透射区域符合上述范围，有利于降低光学系统的遮拦比，线遮拦比控制在1/4以内，面积遮拦比不超过6.25%，从而确保绝大部分孔径内的光能量能够不被遮拦，通过光学系统达到像空间，有利于提升成像质量与能量利用率。
其中，第四透镜L4为弯月形透镜、第五透镜L5为双凸透镜、第六透镜L6为双凸透镜、第七透镜L7为双凸透镜、第八透镜L8为弯月形透镜、第九透镜L9为双凸透镜、第十透镜L10为弯月形透镜、第十一透镜L11为弯月形透镜、第十二透镜L12为弯月形透镜、第十三透镜L13为弯月形透镜、第十四透镜L14为双凸透镜。
在上述的一些实施例中，为了解决随着视场增大，倍率色差凸显的问题，采用了弯月形的折反透镜，利用折反透镜加大反射面的光焦度，并且使其透射面与反射面弯曲方向一致，从而对大视场下的宽谱段垂轴色差校正效果显著，但是，由此带来的问题是，该折反透镜的通孔口径与反射口径数值相当，接近于半球，且透射面与反射面的球心位置接近于同心，这就导致了其加工难度高，成本以及良品率不容易控制，因此，在该实施例中，将上述原本的折反透镜改为反射镜，并且在反射镜与第一透镜L1之间增加了新的第二透镜L2，通过反射镜，即第三透镜L3来承担主要光焦度，用来降低整个光学系统的轴向色差以及垂轴色差。其中，新增的第二透镜L2的光焦度接近于无，通过其光学表面来产生较大的高级球差，以此来平衡光学系统中由大数值孔径产生的球差像差。
除了对折反镜组做出调整以外，还对透射镜组做出调整，其中，加大在中间像面附近的具有负光焦度的第四透镜L4以及具有正光焦度的第五透镜L5的厚度，可以补偿大视场下的场曲与畸变等像差。
此外，还包括有光阑，光阑在像面形成的像与第十四透镜L14靠近像面一侧的距离为Ls，总的光焦度为φ，满足：
6.2≤Ls×φ≤7.8。
具体的，Ls指的是以第十四透镜L14靠近像面的一侧与光轴的交点作为基准零位置，光阑在像空间形成的像与第十四透镜L14靠近像面的一侧的距离，该值靠近物面一侧取为正，反之为负。
在满足上述关系式的时候，一方面有利于整个光学系统的像差平衡，另一方面可以控制光阑在像空间的像距离第十四透镜L14较近，有利于该物镜与后续光学系统的光阑衔接。
其中，还可以在第一透镜L1靠近物面的一侧设置光阑，并且可以在第十透镜L10与第十一透镜L11之间设置用于消杂光的光阑。
具体的，按照本申请上述思路，参照图6，配置出来的其中一种光学系统的具体参数如下所示：
面序号 名称 曲率半径mm 间隔mm 材料 通光孔径mm
1 物面 ∞ 1.1091 水或生物浸液 Φ2.0
2 平面窗口L0 ∞ 1.5000 HK9L Φ4.6
3 ∞ 0.0000 Φ7.2
4 第一透镜L1 ∞ 15.2061 HK9L Φ36.0
5 -87.7027 1.9874 Φ44.1
6 第二透镜L2 -79.1142 5.1582 HK9L Φ45.4
7 -77.7992 8.0724 Φ48.8
8 第三透镜L3 -39.3590 2.0000 HK9L Φ50.8
9 第四透镜L4 132.6563 6.0000 HK9L Φ8.6
10 11.1318 1.8314 Φ4.1
11 第五透镜L5 14.7930 9.0977 HK9L Φ5.4
12 -27.6233 0.1000 Φ11.6
13 第六透镜L6 71.4667 3.3895 HK9L Φ12.4
14 -20.2699 0.1000 Φ13.4
15 第七透镜L7 38.9757 6.9792 HK9L Φ14.0
16 -19.3105 1.7194 Φ14.8
17 第八透镜L8 -11.2588 2.0000 HK9L Φ14.6
18 -16.4878 0.1000 Φ15.6
19 第九透镜L9 18.2264 9.8194 HK9L Φ16.0
20 -36.1582 0.1000 Φ14.0
21 第十透镜L10 28.2964 3.0000 HK9L Φ13.0
22 11.6952 2.2454 Φ11.4
23 第十一透镜L11 81.3073 7.9066 HK9L Φ11.6
24 25.6585 5.4253 Φ13.1
25 第十二透镜L12 -9.0347 5.9405 HK9L Φ14.0
26 -14.7776 7.7863 Φ20.1
27 第十三透镜L13 -49.6252 4.0222 HK9L Φ28.5
28 -29.3075 1.0855 Φ30.1
29 第十四透镜L14 95.0525 6.3158 HK9L Φ34.2
30 -114.2528 / Φ34.6
31 像面 ∞
其中，靠近物面一侧为凹面，其曲率半径视为负，为凸面，其曲率半径视为正，靠近像面一侧为凹面，其曲率半径视为正，为凸面，其曲率半径视为负。
在如上的光学系统中，从物面发出的光线，依次经过液体介质、平面窗口L0、第一透镜L1的透射区域、第二透镜L2，然后被第三透镜L3的反射面反射，反射的光线穿过第二透镜L2、第一透镜L1的凸面，然后被第一透镜L1的反射面反射，反射的光线穿过第一透镜L1的凸面、第二透镜L2、第三透镜L3的通孔，然后射向透射镜组。
在透射镜组中，光线依次穿过弯月形负光焦度的第四透镜L4，双凸正光焦度的第五透镜L5，双凸正光焦度的第六透镜L6，双凸正光焦度的第七透镜L7，弯月形负光焦度的第八透镜L8，双凸正光焦度的第九透镜L9，弯月形负光焦度的第十透镜L10，弯月形负光焦度的第十一透镜L11，弯月形负光焦度的第十二透镜L12，弯月形正光焦度的第十三透镜L13以及双凸正光焦度的第十四透镜L14，然后以平行光的方式出射至像面。
由上述参数组成的光学系统，其能够达到的技术指标如下：
物方数值孔径NA：1.012；
物方观测视野：2.0mm；
工作波段：360nm~850nm；
光学长度（物面到第十四透镜L14）：120.0mm；
物方工作距离：≥1.1mm。
该光学系统为了实现宽谱段色差校正难题，采用二次成像光路结构，为了实现大视场倍率色差校正而采用弯月形折反透镜导致加工困难以及成本高的问题，采用反射镜来承担主要光焦度，并且在反射镜与第一透镜L1之间设置有光焦度接近于无的第二透镜L2，通过第二透镜L2的光学表面产生较大的高级球差用于平衡整个光学系统由于大数值孔径产生的球差像差，此外，在透射镜组中，设置了十一片透镜进行像差校正，从校正结果来看，该光学系统较完善的校正了轴向色差、球差、慧差、像散以及场曲等像差，获得了衍射极限的成像质量，并且该光学系统的总长仅为120mm，结构紧凑，应用价值高。
参照图7，为该光学系统在480nm工作波长时的波像差分布情况，均方根波像差最小为0.015λ，最大为0.053λ，平均值为0.038λ；
参照图8，为该光学系统在553.8nm工作波长时的波像差分布情况，均方根波像差最小为0.013λ，最大为0.035λ，平均值为0.024λ；
参照图9，为该光学系统在632.80nm工作波长时的波像差分布情况，均方根波像差最小为0.0047λ，最大为0.038λ，平均值为0.015λ；
参照图10，为该光学系统在720nm工作波长时的波像差分布情况，均方根波像差最小为0.0074λ，最大为0.042λ，平均值为0.013λ。
由此可见，该光学系统在工作波长范围内均达到了衍射极限像质，成像质量优异。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，包括沿光轴从物面到像面依次排列的平面窗口(L0)、折反镜组以及透射镜组；
所述折反镜组由两片透镜或三片透镜组成；
所述透射镜组由十一片透镜或十二片透镜组成；
所述折反镜组的组合光焦度为φz1，所述透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：
0.35≤φz1/φ≤0.68；
0.58≤φz2/φ≤0.78。
2.根据权利要求1所述的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，所述折反镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜(L1)以及第二透镜(L2)组成；
所述透射镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的具有负光焦度的第三透镜(L3)、具有正光焦度的第四透镜(L4)、具有正光焦度的第五透镜(L5)、具有正光焦度的第六透镜(L6)、具有负光焦度的第七透镜(L7)、具有正光焦度的第八透镜(L8)、具有负光焦度的第九透镜(L9)、具有负光焦度的第十透镜(L10)、具有正光焦度的第十一透镜(L11)、具有负光焦度的第十二透镜(L12)、具有正光焦度的第十三透镜(L13)、具有正光焦度的第十四透镜(L14)组成；
所述折反镜组的组合光焦度为φz1，所述透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：
0.48≤φz1/φ≤0.68；
0.65≤φz2/φ≤0.75。
3.根据权利要求2所述的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，所述第一透镜(L1)靠近物面的一侧为平面且为反射面，靠近像面的一侧为凸面，所述第一透镜(L1)的中心设有透射区域，设反射口径为DL1、透射口径为DsL1，满足：
0≤DsL1/ DL1≤0.25。
4.根据权利要求2所述的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，所述第二透镜(L2)靠近物面的一侧为凹面、靠近像面一侧为凸面，且凸面为反射面，所述第二透镜(L2)的中心设有透射区域，设反射口径为DL2、透射口径为DsL2，满足：
0≤DsL2/ DL2≤0.25。
5.根据权利要求2所述的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，还包括有光阑，所述光阑在像面形成的像与所述第十四透镜(L14)靠近像面一侧的距离为Ls，总的光焦度为φ，满足：
5.5≤Ls×φ≤6.5。
6.根据权利要求1所述的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，所述折反镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的第一透镜(L1)、第二透镜(L2)组成以及第三透镜(L3)组成；
所述透射镜组由沿光轴从物面到像面依次排列的具有负光焦度的第四透镜(L4)、具有正光焦度的第五透镜(L5)、具有正光焦度的第六透镜(L6)、具有正光焦度的第七透镜(L7)、具有负光焦度的第八透镜(L8)、具有正光焦度的第九透镜(L9)、具有负光焦度的第十透镜(L10)、具有负光焦度的第十一透镜(L11)、具有负光焦度的第十二透镜(L12)、具有正光焦度的第十三透镜(L13)、具有正光焦度的第十四透镜(L14)组成；
所述折反镜组的组合光焦度为φz1，所述透射镜组的组合光焦度为φz2，总的光焦度为φ，满足：
0.35≤φz1/φ≤0.57；
0.58≤φz2/φ≤0.78。
7.根据权利要求6所述的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，所述第二透镜(L2)的光焦度设为φL2，总的光焦度为φ，满足：
0≤φL2≤0.002。
8.根据权利要求6所述的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，所述第一透镜(L1)靠近物面的一侧为平面且为反射面，靠近像面的一侧为凸面，所述第一透镜(L1)的中心设有透射区域，设反射口径为DL1、透射口径为DsL1，满足：
0≤DsL1/ DL1≤0.25。
9.根据权利要求6所述的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，所述第三透镜(L3)为反射镜，所述第三透镜(L3)的中心设有通孔，设反射口径为DL3、通孔口径为DsL3，满足：
0≤DsL3/ DL3≤0.25。
10.根据权利要求6所述的一种高分辨率大视场浸液显微物镜，其特征在于，还包括有光阑，所述光阑在像面形成的像与所述第十四透镜(L14)靠近像面一侧的距离为Ls，总的光焦度为φ，满足：
6.2≤Ls×φ≤7.8。
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