CN117111263A - 一种10倍平场复消色差水浸物镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种10倍平场复消色差水浸物镜，特点是包括固定设置于水环境中且从物方到像方依次同光轴排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜，第一透镜和第二透镜组成正光焦度的第一胶合透镜组，第三透镜和第四透镜组成正光焦度的第二胶合透镜组，第五透镜和第六透镜组成负光焦度的第三胶合透镜组，第七透镜和第八透镜组成负光焦度的第四胶合透镜组，第九透镜为正光焦度；优点是使用水作为浸没介质，通过培养液对活细胞进行成像，成像质量高，有效提升工作距离，而且平场性好、色差校正范围较宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种物镜结构，尤其是一种10倍平场复消色差水浸物镜。
背景技术
显微物镜作为光学显微镜中最重要的部件之一，其成像性能很大程度上决定了显微镜观察样品的能力，在生物医疗领域，为了能更好地观察样品，更好地分辨不同的细胞和组织结构，需要采用高分辨率、平场、复消色差的显微镜物镜。显微物镜的分辨率与数值孔径有关，数值孔径越大，物镜的分辨率就越高，通过在物镜前端到观察样品表面添加折射率大于1的介质，可以增大物镜的数值孔径，从而提高物镜分辨率，常用的介质为油或水，因此油浸、水浸物镜得到广泛地应用。
活细胞和组织成像对于生物医疗研究非常重要，由于活细胞通常在培养基中，并被细胞培养液覆盖，使用传统物镜直接观察往往会出现严重的伪影等像差问题，而在细胞观察中通常使用的油浸物镜的短工作距离也不适合通过培养液对活细胞进行成像，同时细胞培养液介质的折射率与油存在一定的差异，使用油浸物镜观察水性介质中的细胞会增加其他折射问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种平场性较好、色差校正范围较宽的10倍平场复消色差水浸物镜。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种10倍平场复消色差水浸物镜，包括固定设置于水环境中且从物方到像方依次同光轴排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜，所述的第一透镜和所述的第二透镜组成正光焦度的第一胶合透镜组，焦距为88mm～106mm；所述的第三透镜和所述的第四透镜组成正光焦度的第二胶合透镜组，焦距为24mm～26mm；所述的第五透镜和所述的第六透镜组成负光焦度的第三胶合透镜组，焦距为-41mm～-38mm；所述的第七透镜和所述的第八透镜组成负光焦度的第四胶合透镜组，焦距为-40mm～-37mm；所述的第九透镜为正光焦度，焦距为32mm～34mm；所述的水浸物镜总焦距为19.5mm～20.5mm，光学系统总长为59.5mm～61mm。
所述第一胶合透镜组与所述第二胶合透镜组之间的空气间隔为8.1mm～9.1mm；所述第二胶合透镜组与所述第三胶合透镜组之间的空气间隔为0.1mm～0.5mm；所述第三胶合透镜组与所述第四胶合透镜组之间的空气间隔为2.5mm～3.5mm；所述第四胶合透镜组与所述的第九透镜之间的空气间隔为0.1mm～0.5mm。
所述的第一透镜的焦距为7mm～8mm；所述的第二透镜的焦距为-13mm～-11mm；所述的第三透镜的焦距为-115mm～-95mm；所述的第四透镜的焦距为16mm～18mm；所述的第五透镜的焦距为15mm～17mm；所述的第六透镜的焦距为-9mm～-7mm；所述的第七透镜的焦距为-10mm～-8mm；所述的第八透镜的焦距为17mm～19mm。
所述的第一透镜物方为平面，像方为凸面；所述的第二透镜物方为凹面，像方为凸面；所述的第三透镜物方为凸面，像方为凹面；所述的第四透镜物方为凸面，像方为凸面；所述的第五透镜物方为凸面，像方为凸面；所述的第六透镜物方为凹面，像方为凹面；所述的第七透镜物方为凹面，像方为凸面；所述的第八透镜物方为凹面，像方为凸面；所述的第九透镜物方为凸面，像方为凸面。
所述的第三透镜的阿贝数Vd3与所述的第四透镜的阿贝数Vd4满足：60≥｜Vd3-Vd4｜≥40；所述的第五透镜的阿贝数Vd5与所述的第六透镜的阿贝数Vd6满足：60≥｜Vd5-Vd6｜≥40；所述的第七透镜的阿贝数Vd7与所述的第八透镜的阿贝数Vd8满足：45≥｜Vd7-Vd8｜≥20，其中，｜…｜为取绝对值符号。
所述的第三透镜的相对部分色散系数Pg.F3与所述的第四透镜的相对部分色散系数Pg.F4满足：0≤｜Pg.F3-Pg.F4｜≤0.03，所述的第五透镜的相对部分色散系数Pg.F5与所述的第六透镜的相对部分色散系数Pg.F6满足：0≤｜Pg.F5- Pg.F6｜≤0.03，所述的第七透镜的相对部分色散系数Pg.F7与所述的第八透镜的相对部分色散系数Pg.F8满足：0≤｜Pg.F7- Pg.F8｜≤0.01，其中，｜…｜为取绝对值符号。
与现有技术相比，本发明的优点在于使用水作为浸没介质，由于细胞培养液介质的折射率与水的差异较小，使用水浸物镜观察水性介质中的细胞能降低折射带来的影响，从而提升成像质量，并且工作距离达到3.5mm左右。此外，通过控制第二、三、四胶合透镜组的阿贝数关系来实现复消色差，通过第四胶合透镜组和第九透镜的形状和焦距的设置来实现平场功能。
附图说明
图1为本发明中显微物镜的结构示意图；
图2为本发明实施例示例的场曲曲线图，图中的纵坐标代表的是入射光线的角度，可以和物镜的视场数相对应，横坐标表示的是场曲的大小，四条曲线分别为F光（486.1nm）、d光（587.5nm）、C光（656.3nm）、近红外光（800nm）的场曲曲线；
图3为本发明实施例示例的畸变曲线图，图中的纵坐标是入射光线的角度，可以和物镜的视场数相对应，横坐标是畸变的大小；
图4为本发明实施例示例的色焦移曲线，纵坐标表示的是光线的波长，单位为um，波长的范围为0.4358um到0.800um，横坐标表示的是焦移的范围；
图5为本发明实施例示例的0视场像方横向像差图，图中横坐标PY、PX代表归一化入瞳；纵坐标EY、EX代表横向像差，其中Y代表子午方向，X代表弧矢方向，单位为μm，纵坐标最大为5μm，最小为-5μm，四条曲线分别为F光(波长486 .13nm)，d光(波长587.56nm)，C光(波长656 .27nm)，近红外光(波长800nm)。
实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：一种10倍平场复消色差水浸物镜，包括固定设置于水环境中且从物方到像方依次同光轴排布的第一透镜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、第八透镜8和第九透镜9，第一透镜1和第二透镜2组成正光焦度的第一胶合透镜组GL1，焦距为88mm～106mm；第三透镜3和第四透镜4组成正光焦度的第二胶合透镜组GL2，焦距为24mm～26mm；第五透镜5和第六透镜6组成负光焦度的第三胶合透镜组GL3，焦距为-41mm～-38mm；第七透镜7和第八透镜8组成负光焦度的第四胶合透镜组GL4，焦距为-40mm～-37mm；第九透镜9为正光焦度，焦距为32mm～34mm；水浸物镜总焦距为19.5mm～20.5mm，光学系统总长为59.5mm～61mm，第一胶合透镜组GL1与第二胶合透镜组GL2之间的空气间隔为8.1mm～9.1mm；第二胶合透镜组GL2与第三胶合透镜组GL3之间的空气间隔为0.1mm～0.5mm；第三胶合透镜组GL3与第四胶合透镜组GL4之间的空气间隔为2.5mm～3.5mm；第四胶合透镜组GL4与第九透镜9之间的空气间隔为0.1mm～0.5mm，第一透镜1的焦距为7mm～8mm；第二透镜2的焦距为-13mm～-11mm；第三透镜3的焦距为-115mm～-95mm；第四透镜4的焦距为16mm～18mm；第五透镜5的焦距为15mm～17mm；第六透镜6的焦距为-9mm～-7mm；第七透镜7的焦距为-10mm～-8mm；第八透镜8的焦距为17mm～19mm，第一透镜1物方为平面，像方为凸面；第二透镜2物方为凹面，像方为凸面；第三透镜3物方为凸面，像方为凹面；第四透镜4物方为凸面，像方为凸面；第五透镜5物方为凸面，像方为凸面；第六透镜6物方为凹面，像方为凹面；第七透镜7物方为凹面，像方为凸面；第八透镜8物方为凹面，像方为凸面；第九透镜9物方为凸面，像方为凸面。
第三透镜3的阿贝数Vd3与第四透镜4的阿贝数Vd4满足：60≥｜Vd3-Vd4｜≥40；第五透镜5的阿贝数Vd5与第六透镜6的阿贝数Vd6满足：60≥｜Vd5-Vd6｜≥40；第七透镜7的阿贝数Vd7与第八透镜8的阿贝数Vd8满足：45≥｜Vd7-Vd8｜≥20，其中，｜…｜为取绝对值符号。
第三透镜3的相对部分色散系数Pg.F3与第四透镜4的相对部分色散系数Pg.F4满足：0≤｜Pg.F3- Pg.F4｜≤0.03，第五透镜5的相对部分色散系数Pg.F5与第六透镜6的相对部分色散系数Pg.F6满足：0≤｜Pg.F5- Pg.F6｜≤0.03，第七透镜7的相对部分色散系数Pg.F7与第八透镜8的相对部分色散系数Pg.F8满足：0≤｜Pg.F7- Pg.F8｜≤0.01，其中，｜…｜为取绝对值符号。
以下为本实施例的一个具体实例：
第二双胶合球面透镜组中第三球面透镜的阿贝数Vd3=44.5，第四球面透镜的阿贝数Vd4=94.9，｜Vd3-Vd4｜=50.4；第三球面透镜的相对部分色散系数Pg.F3=0.559，第四球面透镜的相对部分色散系数Pg.F4=0.534，｜Pg.F3- Pg.F4｜=0.025；第三双胶合球面透镜组中第五球面透镜的阿贝数Vd5=94.9，第六球面透镜的阿贝数Vd6=44.5，｜Vd5-Vd6｜=50.4；第五球面透镜的相对部分色散系数Pg.F5=0.534，第六球面透镜的相对部分色散系数Pg.F6=0.559，｜Pg.F5- Pg.F6｜=0.025；第二双胶合球面透镜组与第三双胶合球面透镜组均使用相邻的球面透镜阿贝数差值大、相对部分色散系数差值小的结构组合，而且仅使用两种材料，能够更好校正二级光谱，实现复消色差的功能；
第四双胶合球面透镜组中第七球面透镜的阿贝数Vd7=63.4，第八球面透镜的阿贝数Vd8=94.9，｜Vd7-Vd8｜=31.5；第七球面透镜的相对部分色散系数Pg.F7=0.536，第八球面透镜的相对部分色散系数Pg.F8=0.534，｜Pg.F3- Pg.F4｜=0.002；第九球面透镜为双凸球面透镜，第九球面透镜与第四双胶合球面透镜组组合使用以减小匹兹伐场曲，从而得到更好的平场性。
各球面透镜的具体参数如下表所示：其中整个显微镜物镜焦距f=20mm，数值孔径NA=0.3，系统总长=59.71mm，工作距离=3.5mm。
从图2的场曲曲线图和图3的畸变曲线图可以看出，实施例中的设计场曲和畸变被良好校正。
从图4的色焦移曲线可以看出，镜头的沿轴色差被良好校正。
从图5的0视场像方横向像差图中可见，像差平衡较好，成像优良。
Claims (6)
1.一种10倍平场复消色差水浸物镜，其特征在于包括固定设置于水环境中且从物方到像方依次同光轴排布的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜，所述的第一透镜和所述的第二透镜组成正光焦度的第一胶合透镜组，焦距为88mm～106mm；所述的第三透镜和所述的第四透镜组成正光焦度的第二胶合透镜组，焦距为24mm～26mm；所述的第五透镜和所述的第六透镜组成负光焦度的第三胶合透镜组，焦距为-41mm～-38mm；所述的第七透镜和所述的第八透镜组成负光焦度的第四胶合透镜组，焦距为-40mm～-37mm；所述的第九透镜为正光焦度，焦距为32mm～34mm；所述的水浸物镜总焦距为19.5mm～20.5mm，光学系统总长为59.5mm～61mm。
2.根据权利要求1所述的一种10倍平场复消色差水浸物镜，其特征在于所述第一胶合透镜组与所述第二胶合透镜组之间的空气间隔为8.1mm～9.1mm；所述第二胶合透镜组与所述第三胶合透镜组之间的空气间隔为0.1mm～0.5mm；所述第三胶合透镜组与所述第四胶合透镜组之间的空气间隔为2.5mm～3.5mm；所述第四胶合透镜组与所述的第九透镜之间的空气间隔为0.1mm～0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种10倍平场复消色差水浸物镜，其特征在于所述的第一透镜的焦距为7mm～8mm；所述的第二透镜的焦距为-13mm～-11mm；所述的第三透镜的焦距为-115mm～-95mm；所述的第四透镜的焦距为16mm～18mm；所述的第五透镜的焦距为15mm～17mm；所述的第六透镜的焦距为-9mm～-7mm；所述的第七透镜的焦距为-10mm～-8mm；所述的第八透镜的焦距为17mm～19mm。
4.根据权利要求1或3所述的一种10倍平场复消色差水浸物镜，其特征在于所述的第一透镜物方为平面，像方为凸面；所述的第二透镜物方为凹面，像方为凸面；所述的第三透镜物方为凸面，像方为凹面；所述的第四透镜物方为凸面，像方为凸面；所述的第五透镜物方为凸面，像方为凸面；所述的第六透镜物方为凹面，像方为凹面；所述的第七透镜物方为凹面，像方为凸面；所述的第八透镜物方为凹面，像方为凸面；所述的第九透镜物方为凸面，像方为凸面。
5.根据权利要求1所述的一种10倍平场复消色差水浸物镜，其特征在于所述的第三透镜的阿贝数Vd3与所述的第四透镜的阿贝数Vd4满足：60≥｜Vd3-Vd4｜≥40；所述的第五透镜的阿贝数Vd5与所述的第六透镜的阿贝数Vd6满足：60≥｜Vd5-Vd6｜≥40；所述的第七透镜的阿贝数Vd7与所述的第八透镜的阿贝数Vd8满足：45≥｜Vd7-Vd8｜≥20，其中，｜…｜为取绝对值符号。
6.根据权利要求1所述的一种10倍平场复消色差水浸物镜，其特征在于所述的第三透镜的相对部分色散系数Pg.F3与所述的第四透镜的相对部分色散系数Pg.F4满足：0≤｜Pg.F3-Pg.F4｜≤0.03，所述的第五透镜的相对部分色散系数Pg.F5与所述的第六透镜的相对部分色散系数Pg.F6满足：0≤｜Pg.F5- Pg.F6｜≤0.03，所述的第七透镜的相对部分色散系数Pg.F7与所述的第八透镜的相对部分色散系数Pg.F8满足：0≤｜Pg.F7- Pg.F8｜≤0.01，其中，｜…｜为取绝对值符号。
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| CN117539035B (zh) * | 2024-01-09 | 2024-04-05 | 长春理工大学 | 细胞工厂生物反应器侧面观察方法及镜头 |
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