CN117270185B - 一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统 - Google Patents

Abstract

一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，属于光学成像技术领域，解决了现有技术缺少大数值孔径、深紫外宽光谱、多倍率的显微光学系统的问题。所述的显微光学系统由物平面、物镜光学系统、筒镜光学系统和像平面依次同轴设置；所述的第一内反透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组、第六透镜组和第七透镜组依次同轴设置；所述的第七透镜组为变倍组；‑5<f_A/f<0；‑4<f_B/f<0；‑3.5<f_C/f<0；0<f_D/f<50；‑47<f_E/f<0；‑38<f_F/f<0；0<f_G/f<30。本发明所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，同时满足了使用者对显微光学系统的大数值孔径、深紫外宽光谱、多倍率的要求。

Description

一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及大数值孔径宽光谱的显微光学系统。

背景技术

半导体加工生产过程中，晶圆加工工艺极为复杂，加工中容易出现多种缺陷，为了保证质量，加工过程中的每一步都需要进行检测。如晶圆表面的缺陷极其微小，需配备显微光学系统进行检测，这就对显微镜头提出了极高的要求，大数值孔径、平场复消色差等。同时，显微光学系统也广泛应用于医疗领域，如基因测序设备，基因测序技术既是现代生物医学中的重要研究手段，又是现代医学中的重要诊断方法，更是未来基因存储技术中的关键技术。

显微光学系统通分为物镜和筒镜两部分，物镜是显微光学系统最重要的部件，通过显微镜得到的样品信息很大程度上取决于物镜的成像性能。显微成像技术的进步，对物镜提出了更大视场、更高像质的要求。筒镜将物镜准直后的光束聚焦成像在传感器上，相较于物镜，所承受校正像差的需求较低。

但是，市场上的筒镜多为恒定倍率，难以满足使用者对于多倍率的需求，且难以匹配高数值孔径的物镜。因而，无法满足使用者对高端显微光学系统的需求。

综上所述，现有技术缺少大数值孔径、深紫外宽光谱、多倍率的显微光学系统。

发明内容

本发明解决了现有技术缺少大数值孔径、深紫外宽光谱、多倍率的显微光学系统的问题。

本发明所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，所述的显微光学系统由物平面、物镜光学系统、筒镜光学系统和像平面依次同轴设置；

所述的物镜光学系统包括第一内反透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组；

所述的筒镜光学系统包括第六透镜组和第七透镜组；

所述的第一内反透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组、第六透镜组和第七透镜组依次同轴设置；

所述的第七透镜组为变倍组；

-5<f_A/f<0；-4<f_B/f<0；-3.5<f_C/f<0；0<f_D/f<50；-47<f_E/f<0；-38<f_F/f<0；0<f_G/f<30；

其中，f为显微光学系统整体的焦距，f_A为第一内反透镜组的焦距，f_B为第二透镜组的焦距，f_C为第三透镜组的焦距，f_D为第四透镜组的焦距，f_E为第五透镜组的焦距，f_F为第六透镜组的焦距，f_G为第七透镜组的焦距。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第一内反透镜组包括第一内反透镜和第二内反透镜；

所述的第一内反透镜和第二内反透镜依次同轴设置；

所述的第一内反透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第二内反透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第一内反透镜和第二内反透镜的光焦度均为正；

-350mm<f₂<-300mm；其中，f₂为第二内反透镜的焦距。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第二透镜组包括第三透镜、第四透镜和第五透镜；

所述的第三透镜、第四透镜和第五透镜依次同轴设置；

所述的第三透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述的第五透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第三透镜和第五透镜的光焦度均为正；

所述的第四透镜的光焦度为负；

15mm<f₃<25mm；-65mm<f₄<-55mm；10mm<f₅<20mm；

其中，f₃为第三透镜的焦距，f₄为第四透镜的焦距，f₅为第五透镜的焦距。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第三透镜组包括第六透镜、第七透镜和第八透镜；

所述的第六透镜、第七透镜和第八透镜依次同轴设置；

所述的第六透镜和第七透镜的物侧面均为凹面，像侧面均为凸面；

所述的第八透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述的第六透镜、第七透镜和第八透镜的光焦度均为正；

55mm<f₆<65mm；90mm<f₇<100mm；85mm<f₈<95mm；

其中，f₆为第六透镜的焦距，f₇为第七透镜的焦距，f₈为第八透镜的焦距。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第四透镜组包括第九透镜和第十透镜；

所述的第九透镜和第十透镜依次同轴设置；

所述的第九透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述的第十透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述的第九透镜的光焦度为正；

所述的第十透镜的光焦度为负；

25mm<f₉<35mm；-30mm<f₁₀<-20mm；

其中，f₉为第九透镜的焦距，f₁₀为第十透镜的焦距。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第五透镜组包括第十一透镜和第十二透镜；

所述的第十一透镜和第十二透镜依次同轴设置；

所述的第十一透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第十二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述的第十一透镜的光焦度为负；

所述的第十二透镜的光焦度为正；

-105mm<f₁₁<-95mm；85mm<f₁₂<95mm；

其中，f₁₁为第十一透镜的焦距，f₁₂为第十二透镜的焦距。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第六透镜组包括第十三透镜、第十四透镜、第十五透镜和第十六透镜；

所述的第十三透镜、第十四透镜、第十五透镜和第十六透镜依次同轴设置；

所述的第十三透镜和第十五透镜的物侧面均为凸面，像侧面均为凸面；

所述的第十四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第十六透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第十三透镜和第十五透镜的光焦度均为正；

所述的第十四透镜和第十六透镜的光焦度均为负；

140mm<f₁₃<150mm；-205mm<f₁₄<-195mm；210mm<f₁₅<220mm；-265mm<f₁₆<-255mm；

其中，f₁₃为第十三透镜的焦距，f₁₄为第十四透镜的焦距，f₁₅为第十五透镜的焦距，f₁₆为第十六透镜的焦距。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的第七透镜组包括第十七透镜、第十八透镜、第十九透镜、第二十透镜、第二十一透镜和第二十二透镜；

所述的第十七透镜、第十八透镜、第十九透镜、第二十透镜、第二十一透镜和第二十二透镜依次同轴设置；

所述的第十七透镜、第二十透镜、第二十一透镜和第二十二透镜的物侧面均为凹面，像侧面均为凸面；

所述的第十八透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述的第十九透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第十七透镜、第十九透镜、第二十透镜和第二十一透镜的光焦度均为正；

所述的第十八透镜和第二十二透镜的光焦度均为负；

210mm<f₁₇<220mm；-135mm<f₁₈<-125mm；300mm<f₁₉<310mm；6000mm<f₂₀<6200mm；690mm<f₂₁<700mm；-175mm<f₂₂<-165mm；

其中，f₁₇为第十七透镜的焦距，f₁₈为第十八透镜的焦距，f₁₉为第十九透镜的焦距，f₂₀为第二十透镜的焦距，f₂₁为第二十一透镜的焦距，f₂₂为第二十二透镜的焦距。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的物镜光学系统的材料为二氧化硅；

所述的筒镜光学系统材料为二氧化硅和氟化物。

本发明解决了现有技术缺少大数值孔径、深紫外宽光谱、多倍率的显微光学系统的问题。具体有益效果包括：

1、本发明所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，通过物镜光学系统与筒镜光学系统的结合形成了谱段较宽的显微光学系统，光谱范围覆盖300nm~800nm；

2、本发明所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，通过第一内反透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组、第六透镜组和第七透镜组依次同轴设置形成了显微光学系统，在不浸液的条件下，该显微光学系统具有0.9的大数值孔，比市面上常规物镜的数值孔径要大，同时筒镜具有较大的入瞳直径，满足了大数值孔径的物镜；

3、本发明的所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其中所述的第七透镜组为变倍组，能够变化的放大倍率与焦距，筒镜光学系统焦距的变化范围为890mm到2750mm，显微光学系统的整体倍率变化范围约为80倍到250倍，变焦行程短且曲线平滑；

4、本发明的所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，所述的显微光学系统为深紫外宽谱段的显微光学系统，其具有较大的色差，由于紫外波段可用玻璃材料较少，常规的方法难以实现复消色差，因此，本发明通过在第一内反透镜的物侧面和第二内反透镜的像侧面分别设有反射区域，形成了折反射结构，且物镜光学系统采用同种玻璃材料如二氧化硅，实现了宽光谱范围内的复消色差，筒镜光学系统采用氟化物与二氧化硅组合，宽谱段内校正二级光谱；

本发明所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，同时满足了使用者对显微光学系统的大数值孔径、深紫外宽光谱、多倍率的要求。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是实施方式一所述的大数值孔径宽光谱的显微光学系统的光学结构示意图；

图2是实施方式二所述的物镜光学系统的光学结构示意图；

图3是实施方式七所述的筒镜光学系统的光学结构示意图；

图4是实施方式二所述的第一内反透镜组透镜的反射面示意图；

图5是实施方式九所述的不同倍率下显微系统的光路图；

图6是实施方式九所述的250倍放大倍率下显微光学系统的场曲图；

图7是实施方式九所述的250倍放大倍率下显微光学系统的轴向色差图；

图8是实施方式九所述的117倍放大倍率下显微光学系统的场曲图；

图9是实施方式九所述的117倍放大倍率下显微光学系统的轴向色差图；

图10是实施方式九所述的80倍放大倍率下显微光学系统的场曲图；

图11是实施方式九所述的80倍放大倍率下显微光学系统的轴向色差图；

图中，Ⅰ为物镜光学系统，Ⅱ为筒镜光学系统，A为第一内反透镜组，B为第二透镜组，C为第三透镜组，D为第四透镜组，E为第五透镜组，F为第六透镜组，G为第七透镜组，0为物平面，1为第一内反透镜，2为第二内反透镜，3为第三透镜，4为第四透镜，5为第五透镜，6为第六透镜，7为第七透镜，8为第八透镜，9为第九透镜，10为第十透镜，11为第十一透镜，12为第十二透镜，13为十三透镜，14为第十四透镜，15为第十五透镜，16为第十六透镜，17为第十七透镜，18为第十八透镜，19为第十九透镜，20为第二十透镜，21为第二十一透镜，22为第二十二透镜，23为像平面。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施方式一、本实施方式所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，所述的显微光学系统由物平面0、物镜光学系统Ⅰ、筒镜光学系统Ⅱ和像平面23依次同轴设置；

所述的物镜光学系统Ⅰ包括第一内反透镜组A、第二透镜组B、第三透镜组C、第四透镜组D和第五透镜组E；

所述的筒镜光学系统Ⅱ包括第六透镜组F和第七透镜组G；

所述的第一内反透镜组A、第二透镜组B、第三透镜组C、第四透镜组D、第五透镜组E、第六透镜组F和第七透镜组G依次同轴设置；

所述的第七透镜组G为变倍组；

-5<f_A/f<0；-4<f_B/f<0；-3.5<f_C/f<0；0<f_D/f<50；-47<f_E/f<0；-38<f_F/f<0；0<f_G/f<30；

其中，f为显微光学系统整体的焦距，f_A为第一内反透镜组A的焦距，f_B为第二透镜组B的焦距，f_C为第三透镜组C的焦距，f_D为第四透镜组D的焦距，f_E为第五透镜组E的焦距，f_F为第六透镜组F的焦距，f_G为第七透镜组G的焦距。

现有技术中，由于筒镜多为恒定倍率，不仅难以满足使用者对于多倍率、的需求，且难以匹配高数值孔径的显微物镜。

本实施方式中，如图1所示，将物平面0、物镜光学系统Ⅰ、筒镜光学系统Ⅱ和像平面23依次同轴设置在同一平面上；

其中，物镜光学系统Ⅰ由第一内反透镜组A、第二透镜组B、第三透镜组C、第四透镜组D和第五透镜组E组成；

筒镜光学系统Ⅱ由第六透镜组F和第七透镜组G组成；

所述的第一内反透镜组A、第二透镜组B、第三透镜组C、第四透镜组D、第五透镜组E、第六透镜组F和第七透镜组G依次同轴设置在同一平面上；

其中，将第一内反透镜组A的焦距与显微光学系统整体的焦距的比值设置为大于-5小于0，主要提供消除由于宽谱段引入的色差；

将第二透镜组B的焦距与显微光学系统整体的焦距的比值设置为大于-4小于0，提供较大的光焦度，偏折光线；

将第三透镜组C的焦距与显微光学系统整体的焦距的比值设置为大于-3.5小于0，提供较大的光焦度，偏折光线；

将第四透镜组D的焦距与显微光学系统整体的焦距的比值设置为大于0小于50；

将第五透镜组E的焦距与显微光学系统整体的焦距的比值设置为大于-47小于0，保证出射光线为平行光束；

将第六透镜组F的焦距与显微光学系统整体的焦距的比值设置为大于-38小于0；

将第七透镜组G的焦距与显微光学系统整体的焦距的比值设置为大于0小于30。

所述的第七透镜组G为变倍组，其位置可以沿轴向移动，当第七透镜组G沿轴向移动时，筒镜光学系统Ⅱ的焦距会产生变化，筒镜光学系统Ⅱ的焦距变化范围为890mm～2750mm，显微光学系统的放大倍率随之变化，变化范围为80倍~250倍，变焦行程短且曲线平滑。

因此，本实施方式所述的筒镜光学系统Ⅱ的倍率能够通过第七透镜组G的轴向移动实现多倍率，解决了现有的筒镜由于多为恒定倍率，不仅难以满足使用者对于多倍率的需求，且难以匹配高数值孔径的显微物镜的技术难题。

实施方式二、本实施方式一所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统的进一步限定， 所述的第一内反透镜组A包括第一内反透镜1和第二内反透镜2；

所述的第一内反透镜1和第二内反透镜2依次同轴设置；

所述的第一内反透镜1的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第二内反透镜2的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第一内反透镜1和第二内反透镜2的光焦度均为正；

-350mm<f₂<-300mm；其中，f₂为第二内反透镜的焦距。

本实施方式中，所述的第一内反透镜组A中的第一内反透镜1和第二内反透镜2依次同轴设置在同一平面上；

如图2所示，其中，r_i（i=1,2，……，44）为不同透镜表面Si（i=1,2，……，44）的曲率半径。第一内反透镜1的物侧面S1为凸面，第一内反透镜1的像侧面S2为凹面，其曲率半径的范围为100mm<r₁<150mm、110mm<r₂<150mm；

第二内反透镜2的物侧面S3为凹面，第二内反透镜2的像侧面S4为凸面，其曲率半径的范围为-40mm<r₃<-25mm、-50mm<r₄<-35mm。

如图4所示，所述的第一内反透镜1的物侧面S1的A1区域设有反射区域，所述的第二内反透镜2的像侧面S4的B1区域设有反射区域，光线经过A1、B1区域在透镜内部发生反射。

因此，当自然光通过带有内反面的折反式结构时，正光焦度的负透镜有着相反的光学特性，利用第一内反透镜1与第二内反透镜2组成消色差镜组，用来消除宽谱段所引入的轴向色差，即第一内反透镜组A为显微光学系统消除宽谱段引入的色差。

所述的第一内反透镜1与第二内反透镜2相距13mm~19mm；

将第二内反透镜2的焦距设置为大于-350mm小于-300mm。

实施方式三、本实施方式一所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统的进一步限定，所述的第二透镜组B包括第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5；

所述的第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5依次同轴设置；

所述的第三透镜3的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第四透镜4的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述的第五透镜5的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第三透镜3和第五透镜5的光焦度均为正；

所述的第四透镜4的光焦度为负；

15mm<f₃<25mm；-65mm<f₄<-55mm；10mm<f₅<20mm；

其中，f₃为第三透镜3的焦距，f₄为第四透镜4的焦距，f₅为第五透镜5的焦距。

本实施方式中，所述的第二透镜组B中的第三透镜3、第四透镜4和第五透镜5依次同轴设置在同一平面上；

如图2所示，其中，r_i（i=1,2，……，44）为不同透镜表面Si（i=1,2，……，44）的曲率半径。第三透镜3的物侧面S5为凸面，第三透镜3的像侧面S6为凹面，其曲率半径的范围为6mm<r₅<8mm、15mm<r₆<20mm；

第四透镜4的物侧面S7为凹面，第四透镜4的像侧面S8为凹面，其曲率半径的范围为-55mm<r₇<-45mm、60mm<r₈<75mm；

第五透镜5的物侧面S9为凹面，第五透镜5的像侧面S10为凸面，其曲率半径的范围为-140mm<r₉<-100mm、-8mm<r₁₀<-6mm。

所述的第二透镜组B的厚透镜用于消除系统场曲像差。

所述的第二内反透镜2与第三透镜3相距0.1mm～0.5mm，第三透镜3与第四透镜4相距1.5mm～4mm，第四透镜4与第五透镜5相距0.2mm～0.8mm；

将第三透镜3的焦距设置为大于15mm小于25mm；

将第四透镜4的焦距设置为大于-65mm小于-55mm；

将第五透镜5的焦距设置为大于10mm小于20mm。

实施方式四、本实施方式一所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统的进一步限定，所述的第三透镜组C包括第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8；

所述的第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8依次同轴设置；

所述的第六透镜6和第七透镜7的物侧面均为凹面，像侧面均为凸面；

所述的第八透镜8的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述的第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8的光焦度均为正；

55mm<f₆<65mm；90mm<f₇<100mm；85mm<f₈<95mm；

其中，f₆为第六透镜6的焦距，f₇为第七透镜7的焦距，f₈为第八透镜8的焦距。

本实施方式中，第三透镜组C中的第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8依次同轴设置在同一平面上；

如图2所示，其中，r_i（i=1,2，……，44）为不同透镜表面Si（i=1,2，……，44）的曲率半径。第六透镜6的物侧面S11为凹面，第六透镜6的像侧面S12为凸面，其曲率半径的范围为-17mm<r₁₁<-14mm、-13mm<r₁₂<-10mm；

第七透镜7的物侧面S13为凹面，第七透镜7的像侧面S14为凸面，其曲率半径的范围为-40mm<r₁₃<-60mm、-30mm<r₁₄<-15mm；

第八透镜8的物侧面S15为凸面，第八透镜8的像侧面S16为凸面，其曲率半径的范围为80mm<r₁₅<95mm、-80mm<r₁₆<-60mm。

所述的第三透镜组C具有较大的正光焦度，能够减小通光口径。

所述的第五透镜5与第六透镜6相距10mm～20mm，第六透镜6与第七透镜7相距55mm～65mm，第七透镜7与第八透镜8相距90mm～100mm；

将第六透镜6的焦距设置为大于55mm小于65mm；

将第七透镜7的焦距设置为大于90mm小于100mm；

将第八透镜8的焦距设置为大于85mm小于95mm。

实施方式五、本实施方式一所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统的进一步限定，所述的第四透镜组D包括第九透镜9和第十透镜10；

所述的第九透镜9和第十透镜10依次同轴设置；

所述的第九透镜9的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述的第十透镜10的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述的第九透镜9的光焦度为正；

所述的第十透镜10的光焦度为负；

25mm<f₉<35mm；-30mm<f₁₀<-20mm；

其中，f₉为第九透镜9的焦距，f₁₀为第十透镜10的焦距。

本实施方式中，第四透镜组D中的第九透镜9和第十透镜10依次同轴设置在同一平面上；

如图2所示，其中，r_i（i=1,2，……，44）为不同透镜表面Si（i=1,2，……，44）的曲率半径。第九透镜9的物侧面S17为凸面，第九透镜9的像侧面S18为凸面，其曲率半径的范围为40mm<r₁₇<60mm、-25mm<r₁₈<-15mm；

第十透镜10的物侧面S19为凹面，第十透镜10的像侧面S20为凹面，其曲率半径的范围为-30mm<r₁₉<-20mm、15mm<r₂₀<25mm。

所述的第四透镜组D能够减小显微光学系统的球差。

所述的第八透镜8与第九透镜9相距1mm～4mm，第九透镜9与第十透镜10相距0.1mm～0.3mm；

将第九透镜9的焦距设置为大于25mm小于35mm；

将第十透镜10的焦距设置为大于-30mm小于-20mm。

实施方式六、本实施方式一所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统的进一步限定，所述的第五透镜组E包括第十一透镜11和第十二透镜12；

所述的第十一透镜11和第十二透镜12依次同轴设置；

所述的第十一透镜11的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第十二透镜12的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述的第十一透镜11的光焦度为负；

所述的第十二透镜12的光焦度为正；

-105mm<f₁₁<-95mm；85mm<f₁₂<95mm；

其中，f₁₁为第十一透镜11的焦距，f₁₂为第十二透镜12的焦距。

本实施方式中，第五透镜组E中的第十一透镜11和第十二透镜12依次同轴设置在同一平面上；

如图2所示，其中，r_i（i=1,2，……，44）为不同透镜表面Si（i=1,2，……，44）的曲率半径。第十一透镜11的物侧面S21为凹面，第十一透镜11的像侧面S22为凸面，其曲率半径的范围为-20mm<r₂₁<-10mm、-25mm<r₂₂<-15mm；

第十二透镜12的物侧面S23为凸面，第十二透镜12的像侧面S24为凸面，其曲率半径的范围为320mm<r₂₃<350mm、-50mm<r₂₄<-40mm。

所述的第五透镜组E能够减小显微光学系统的球差。

所述的第十透镜10与第十一透镜11相距7mm～9mm，第十一透镜11与第十二透镜12相距0.1mm～0.3mm；

将第十一透镜11的焦距设置为大于-105mm小于-95mm；

将第十二透镜12的焦距设置为大于85mm小于95mm。

实施方式七、本实施方式一所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统的进一步限定，所述的第六透镜组F包括第十三透镜13、第十四透镜14、第十五透镜15和第十六透镜16；

所述的第十三透镜13、第十四透镜14、第十五透镜15和第十六透镜16依次同轴设置；

所述的第十三透镜13和第十五透镜15的物侧面均为凸面，像侧面均为凸面；

所述的第十四透镜14的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第十六透镜16的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第十三透镜13和第十五透镜15的光焦度均为正；

所述的第十四透镜14和第十六透镜16的光焦度均为负；

140mm<f₁₃<150mm；-205mm<f₁₄<-195mm；210mm<f₁₅<220mm；-265mm<f₁₆<-255mm；

其中，f₁₃为第十三透镜13的焦距，f₁₄为第十四透镜14的焦距，f₁₅为第十五透镜15的焦距，f₁₆为第十六透镜16的焦距。

本实施方式中，第六透镜组F中的十三透镜13、第十四透镜14、第十五透镜15和第十六透镜16依次同轴设置在同一平面上；

如图3所示，其中，r_i（i=1,2，……，44）为不同透镜表面Si（i=1,2，……，44）的曲率半径。第十三透镜13的物侧面S25为凸面，第十三透镜13的像侧面S26为凸面，其曲率半径的范围为220mm<r₂₅<240mm、-85mm<r₂₆<-80mm；

第十四透镜14的物侧面S27为凹面，第十四透镜14的像侧面S28为凸面，其曲率半径的范围为-80mm<r₂₇<-70mm、-580mm<r₂₈<-600mm；

第十五透镜15的物侧面S29为凸面，第十五透镜15的像侧面S30为凸面，其曲率半径的范围为130mm<r₂₉<160mm、-235mm<r₃₀<-210mm；

第十六透镜16的物侧面S31为凸面，第十六透镜16的像侧面S32为凹面，其曲率半径的范围为680mm<r₃₁<700mm、100mm<r₃₃<120mm。

所述的第十二透镜12与第十三透镜13相距230mm～300mm，第十三透镜13与第十四透镜14相距0.2mm～0.8mm，第十四透镜14与第十五透镜15相距40mm～45mm，第十五透镜15与第十六透镜16相距0.1mm～0.5mm；

将第十三透镜13的焦距设置为大于140mm小于150mm；

将第十四透镜14的焦距设置为大于-205mm小于-195mm；

将第十五透镜15的焦距设置为大于210mm小于220mm；

将第十六透镜16的焦距设置为大于-265mm小于-255mm。

实施方式八、本实施方式一所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统的进一步限定，所述的第七透镜组G包括第十七透镜17、第十八透镜18、第十九透镜19、第二十透镜20、第二十一透镜21和第二十二透镜22；

所述的第十七透镜17、第十八透镜18、第十九透镜19、第二十透镜20、第二十一透镜21和第二十二透镜22依次同轴设置；

所述的第十七透镜17、第二十透镜20、第二十一透镜21和第二十二透镜22的物侧面均为凹面，像侧面均为凸面；

所述的第十八透镜18的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述的第十九透镜19的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第十七透镜17、第十九透镜19、第二十透镜20和第二十一透镜21的光焦度均为正；

所述的第十八透镜18和第二十二透镜22的光焦度均为负；

210mm<f₁₇<220mm；-135mm<f₁₈<-125mm；300mm<f₁₉<310mm；6000mm<f₂₀<6200mm；690mm<f₂₁<700mm；-175mm<f₂₂<-165mm；

其中，f₁₇为第十七透镜17的焦距，f₁₈为第十八透镜18的焦距，f₁₉为第十九透镜19的焦距，f₂₀为第二十透镜20的焦距，f₂₁为第二十一透镜21的焦距，f₂₂为第二十二透镜22的焦距。

本实施方式中，第七透镜组G中的第十七透镜17、第十八透镜18、第十九透镜19、第二十透镜20、第二十一透镜21和第二十二透镜22依次同轴设置在同一平面上；

如图3所示，其中，r_i（i=1,2，……，44）为不同透镜表面Si（i=1,2，……，44）的曲率半径。第十七透镜17的物侧面S33为凹面，第十七透镜17的像侧面S34为凸面，其曲率半径的范围为-170mm<r₃₃<-150mm、-65mm<r₃₄<-55mm；

第十八透镜18的物侧面S35为凹面，第十八透镜18的像侧面S36为凹面，其曲率半径的范围为-80mm<r₃₅<-70mm、240mm<r₃₆<250mm；

第十九透镜19的物侧面S37为凸面，第十九透镜19的像侧面S38为凹面，其曲率半径的范围为85mm<r₃₇<95mm、225mm<r₃₈<245mm；

第二十透镜20的物侧面S39为凹面，第二十透镜20的像侧面S40为凸面，其曲率半径的范围为-170mm<r₃₉<-155mm、-155mm<r₄₀<-150mm；

第二十一透镜21的物侧面S41为凹面，第二十一透镜21的像侧面S42为凸面，其曲率半径的范围为-140mm<r₄₁<-130mm、-100mm<r₄₂<-90mm；

第二十二透镜22的物侧面S43为凹面，第二十二透镜22的像侧面S44为凸面，其曲率半径的范围为-65mm<r₄₃<-55mm、-380mm<r₄₄<-350mm。

所述的第十六透镜16与第十七透镜17相距34.9mm～89mm，实现了第七透镜组G为变倍组的目的，第十七透镜17与第十八透镜18相距0.1mm～0.5mm，第十八透镜18与第十九透镜19相距35mm～45mm，第十九透镜19与第二十透镜20相距1mm～3mm，第二十透镜20与第二十一透镜21相距0.2mm～0.8mm，第二十一透镜21与第二十二透镜22相距1mm～3mm，第二十二透镜22与像平面23相距349mm～1750mm；

将第十七透镜17的焦距设置为大于210mm小于220mm；

将第十八透镜18的焦距设置为大于-135mm小于-125mm；

将第十九透镜19的焦距设置为大于300mm小于310mm；

将第二十透镜20的焦距设置为大于6000mm小于6200mm；

将第二十一透镜21的焦距设置为大于690mm小于700mm；

将第二十二透镜22的焦距设置为大于-175mm小于-165mm。

基于上述实施方式，所述的显微光学的成像方法，具体为：

光线从物平面0出射，沿轴向方向透射依次经过第一内反透镜1和第二内反透镜2，光线在第二内反透镜2的像侧面S4的B区域发生反射后，再次依次经过第二内反透镜2的物侧面S3和第一内反透镜1的像侧面S2，光线到达第一内反透镜1的物侧面S1的A区域发生反射后，再次依次经过第一内反透镜1的像侧面S2、第二内反透镜2的物侧面S3和第二内反透镜2的像侧面S4出射，依次经过第二透镜组B、第三透镜组C、第四透镜组D和第五透镜组E后，光线变为平行光线，再次依次经过第六透镜组F和第七透镜组G后，光线达到像平面23。

实施方式九、本实施方式一所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统的进一步限定，所述的物镜光学系统Ⅰ的材料为二氧化硅；

所述的筒镜光学系统Ⅱ材料为二氧化硅和氟化物。

本实施方式中，所述的物镜光学系统Ⅰ采用的材料为二氧化硅，所述的筒镜光学系统Ⅱ采用的材料为氟化物和二氧化硅，氟化物包括氟化镁、氟化钙、氟化锂和氟化钡，能够消除宽谱段内的二级光谱。

为了更好的说明本发明所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，通过以下实施例进行详细描述：

所述的显微光学系统的各个透镜的参数如表1所示：

表1

其中，t₁与t₂为筒镜第七透镜组G的可变间距，t₁变化距离的范围为34.9mm~89mm，t₂变化距离的范围为349mm~1750mm。如图5所示，当第七透镜组G沿轴向移动时，显微光学系统的整体放大倍率会发生变化，变化范围约为80倍~250倍。

当t₁=34.9mm，t₂=1750mm时，显微光学系统的整体放大倍率为250倍，如图6所示，黑线为本发明所述的显微光学系统的场曲，横坐标为场曲，单位为微米，纵坐标为物方视场，单位为角度，其中，300nm-子午、300nm-弧矢、550nm-子午、550nm-弧矢、800nm-子午和800nm-弧矢的场曲表现远不及本发明的场曲表现，且本发明的场曲像差基本被校正；如图7所示，黑线为本发明所述的显微光学系统的轴向色差，横坐标为轴向色差，纵坐标为归一化半径，300nm、550nm和800nm三个波段的轴向色差的差值远小于本发明所述的显微光学系统的焦深，满足复消色差的要求。

当t₁=69mm，t₂=666mm时，显微光学系统的整体放大倍率为117倍，如图8所示，黑线为本发明所述的显微光学系统的场曲，横坐标为场曲，单位为微米，纵坐标为物方视场，单位为角度，其中，300nm-子午、300nm-弧矢、550nm-子午、550nm-弧矢、800nm-子午和800nm-弧矢的场曲表现远不及本发明的场曲表现，且本发明的场曲像差基本被校正；如图9所示，黑线为本发明所述的显微光学系统的轴向色差，横坐标为轴向色差，纵坐标为归一化半径，300nm、550nm和800nm三个波段的轴向色差的差值远小于本发明所述的显微光学系统的焦深，满足复消色差的要求。

当t₁=89mm，t₂=349mm时，显微光学系统的整体放大倍率为80倍，如图10所示，黑线为本发明所述的显微光学系统的场曲，横坐标为场曲，单位为微米，纵坐标为物方视场，单位为角度，其中，300nm-子午、300nm-弧矢、550nm-子午、550nm-弧矢、800nm-子午和800nm-弧矢的场曲表现远不及本发明的场曲表现，且本发明的场曲像差基本被校正；如图11所示，黑线为本发明所述的显微光学系统的轴向色差，横坐标为轴向色差，纵坐标为归一化半径，300nm、550nm和800nm三个波段的轴向色差的差值远小于本发明所述的显微光学系统的焦深，满足复消色差的要求。

综上所述，本发明所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统的波段为300nm~800nm，物方视场角为1.2mm，数值孔径为0.9，焦距为8.33mm，后工作距为1.2mm，其能够满足使用者对大数值孔径、深紫外宽谱段的显微光学的需求。

以上对本发明所提出的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其特征在于，所述的显微光学系统由物平面（0）、物镜光学系统（Ⅰ）、筒镜光学系统（Ⅱ）和像平面（23）依次同轴设置；

所述的物镜光学系统（Ⅰ）包括第一内反透镜组（A）、第二透镜组（B）、第三透镜组（C）、第四透镜组（D）和第五透镜组（E）；

所述的筒镜光学系统（Ⅱ）包括第六透镜组（F）和第七透镜组（G）；

所述的第一内反透镜组（A）、第二透镜组（B）、第三透镜组（C）、第四透镜组（D）、第五透镜组（E）、第六透镜组（F）和第七透镜组（G）依次同轴设置；

所述的第七透镜组（G）为变倍组；

0<f_A/f<5；-4<f_B/f<0；-3.5<f_C/f<0；0<f_D/f<50；-47<f_E/f<0；-38<f_F/f<0；0<f_G/f<30；

其中，f为显微光学系统整体的焦距，f_A为第一内反透镜组（A）的焦距，f_B为第二透镜组（B）的焦距，f_C为第三透镜组（C）的焦距，f_D为第四透镜组（D）的焦距，f_E为第五透镜组（E）的焦距，f_F为第六透镜组（F）的焦距，f_G为第七透镜组（G）的焦距。

2.根据权利要求1所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其特征在于，所述的第一内反透镜组（A）包括第一内反透镜（1）和第二内反透镜（2）；

所述的第一内反透镜（1）和第二内反透镜（2）依次同轴设置；

所述的第一内反透镜（1）的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第二内反透镜（2）的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第一内反透镜（1）和第二内反透镜（2）的光焦度均为负；

-350mm<f₂<-300mm；其中，f₂为第二内反透镜（2）的焦距。

3.根据权利要求1所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其特征在于，所述的第二透镜组（B）包括第三透镜（3）、第四透镜（4）和第五透镜（5）；

所述的第三透镜（3）、第四透镜（4）和第五透镜（5）依次同轴设置；

所述的第三透镜（3）的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第四透镜（4）的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述的第五透镜（5）的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第三透镜（3）和第五透镜（5）的光焦度均为正；

所述的第四透镜（4）的光焦度为负；

15mm<f₃<25mm；-65mm<f₄<-55mm；10mm<f₅<20mm；

其中，f₃为第三透镜（3）的焦距，f₄为第四透镜（4）的焦距，f₅为第五透镜（5）的焦距。

4.根据权利要求1所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其特征在于，所述的第三透镜组（C）包括第六透镜（6）、第七透镜（7）和第八透镜（8）；

所述的第六透镜（6）、第七透镜（7）和第八透镜（8）依次同轴设置；

所述的第六透镜（6）和第七透镜（7）的物侧面均为凹面，像侧面均为凸面；

所述的第八透镜（8）的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述的第六透镜（6）、第七透镜（7）和第八透镜（8）的光焦度均为正；

55mm<f₆<65mm；90mm<f₇<100mm；85mm<f₈<95mm；

其中，f₆为第六透镜（6）的焦距，f₇为第七透镜（7）的焦距，f₈为第八透镜（8）的焦距。

5.根据权利要求1所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其特征在于，所述的第四透镜组（D）包括第九透镜（9）和第十透镜（10）；

所述的第九透镜（9）和第十透镜（10）依次同轴设置；

所述的第九透镜（9）的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述的第十透镜（10）的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述的第九透镜（9）的光焦度为正；

所述的第十透镜（10）的光焦度为负；

25mm<f₉<35mm；-30mm<f₁₀<-20mm；

其中，f₉为第九透镜（9）的焦距，f₁₀为第十透镜（10）的焦距。

6.根据权利要求1所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其特征在于，所述的第五透镜组（E）包括第十一透镜（11）和第十二透镜（12）；

所述的第十一透镜（11）和第十二透镜（12）依次同轴设置；

所述的第十一透镜（11）的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第十二透镜（12）的物侧面为凸面，像侧面为凸面；

所述的第十一透镜（11）的光焦度为负；

所述的第十二透镜（12）的光焦度为正；

-105mm<f₁₁<-95mm；85mm<f₁₂<95mm；

其中，f₁₁为第十一透镜（11）的焦距，f₁₂为第十二透镜（12）的焦距。

7.根据权利要求1所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其特征在于，所述的第六透镜组（F）包括第十三透镜（13）、第十四透镜（14）、第十五透镜（15）和第十六透镜（16）；

所述的第十三透镜（13）、第十四透镜（14）、第十五透镜（15）和第十六透镜（16）依次同轴设置；

所述的第十三透镜（13）和第十五透镜（15）的物侧面均为凸面，像侧面均为凸面；

所述的第十四透镜（14）的物侧面为凹面，像侧面为凸面；

所述的第十六透镜（16）的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第十三透镜（13）和第十五透镜（15）的光焦度均为正；

所述的第十四透镜（14）和第十六透镜（16）的光焦度均为负；

140mm<f₁₃<150mm；-205mm<f₁₄<-195mm；210mm<f₁₅<220mm；-265mm<f₁₆<-255mm；

其中，f₁₃为第十三透镜（13）的焦距，f₁₄为第十四透镜（14）的焦距，f₁₅为第十五透镜（15）的焦距，f₁₆为第十六透镜（16）的焦距。

8.根据权利要求1所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其特征在于，所述的第七透镜组（G）包括第十七透镜（17）、第十八透镜（18）、第十九透镜（19）、第二十透镜（20）、第二十一透镜（21）和第二十二透镜（22）；

所述的第十七透镜（17）、第十八透镜（18）、第十九透镜（19）、第二十透镜（20）、第二十一透镜（21）和第二十二透镜（22）依次同轴设置；

所述的第十七透镜（17）、第二十透镜（20）、第二十一透镜（21）和第二十二透镜（22）的物侧面均为凹面，像侧面均为凸面；

所述的第十八透镜（18）的物侧面为凹面，像侧面为凹面；

所述的第十九透镜（19）的物侧面为凸面，像侧面为凹面；

所述的第十七透镜（17）、第十九透镜（19）、第二十透镜（20）和第二十一透镜（21）的光焦度均为正；

所述的第十八透镜（18）和第二十二透镜（22）的光焦度均为负；

210mm<f₁₇<220mm；-135mm<f₁₈<-125mm；300mm<f₁₉<310mm；6000mm<f₂₀<6200mm；690mm<f₂₁<700mm；-175mm<f₂₂<-165mm；

其中，f₁₇为第十七透镜（17）的焦距，f₁₈为第十八透镜（18）的焦距，f₁₉为第十九透镜（19）的焦距，f₂₀为第二十透镜（20）的焦距，f₂₁为第二十一透镜（21）的焦距，f₂₂为第二十二透镜（22）的焦距。

9.根据权利要求1所述的一种大数值孔径宽光谱的显微光学系统，其特征在于，所述的物镜光学系统（Ⅰ）的材料为二氧化硅；

所述的筒镜光学系统（Ⅱ）材料为二氧化硅和氟化物。