CN218383458U - 长工作距离平场物镜及显微镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种长工作距离平场物镜及显微镜，其长工作距离平场物镜沿光轴从物侧到像侧依次包括：第一透镜组，所述第一透镜组包括第一透镜，所述第一透镜具有正屈光力；第二透镜组，所述第二透镜组依次包括第二透镜、透镜胶合组及第五透镜，所述透镜胶合组包括第三透镜及第四透镜，所述第二透镜、第四透镜具有正屈光力，所述第三透镜及所述第五透镜具有负屈光力。本实用新型中，第一透镜和第二透镜承担大部分偏折角，第五透镜可以很好的校正场曲，而透镜胶合组主要用于校正色差。这样的结构完美的实现了长工作距离、平视场及消色差要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及显微镜技术领域，具体涉及一种长工作距离平场物镜及显微镜。
背景技术
在显微镜的各部件中，最核心的部件非物镜莫属。物镜设计的好坏直接影响了整台显微镜的成像质量。
在传统的物镜设计中，高倍物镜的工作距离比较短，如40X物镜的工作距离普遍在0.5mm～1mm。为了满足组织培养或悬浮液等材料的镜检，为了避免液体进入物镜导致物镜前片发霉或腐蚀，必须设计长工作距离的物镜。
如公布号为CN114002815A,名称为《一种具有大值孔径、长工作距离的显微镜物镜》的发明申请，其公开了一种具有大值孔径、长工作距离的显微镜物镜，其针对倍率为60倍的物镜，设计了光路结构，以实现长工作距离，避免物镜接触样本。但其结构较为复杂，包括4个透镜组。
因此，本申请基于40X物镜出发，设计一种沿光轴方向尺寸紧凑的长工作距离平场物镜。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种长工作距离平场物镜。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
长工作距离平场物镜，沿光轴从物侧到像侧依次包括：
第一透镜组，所述第一透镜组包括第一透镜，所述第一透镜具有正屈光力；
第二透镜组，所述第二透镜组依次包括第二透镜、透镜胶合组及第五透镜，所述透镜胶合组包括第三透镜及第四透镜，所述第二透镜、第四透镜具有正屈光力，所述第三透镜及所述第五透镜具有负屈光力。
进一步地，所述第一透镜为弯月型透镜，其凹面朝向物侧；所述第二透镜为双凸型透镜；所述第三透镜为凹凸透镜，其凸面朝向物侧；所述第四透镜为双凸型透镜；所述第五透镜为弯月型透镜，其凸面朝向物侧。
进一步地，沿垂直于光轴方向，所述第二透镜的位置可调；沿光轴方向，所述第二透镜与第一透镜的间距可调；沿光轴方向，所述第二透镜与所述透镜胶合组的间距可调。
进一步地，满足0.8<|f/NA/d1|<4.5,其中，f为长工作距离平场物镜光学系统的焦点距离，NA为成像系统的物方数值孔径，d1为从载玻片到所述第一透镜的物侧面的光轴上的距离。
进一步地，满足0.15＜|f/f1|＜1.5、0.22＜|f/f2|＜1.8及0.17＜ |f2/f1|＜2.3，其中，f1为所述第一透镜组的焦距，f2为所述第二透镜组的焦距。
进一步地，满足-0.28＜f13/f2＜1.95、-1.88＜f16/f2＜0.51、-0.63＜ f17/f2＜1.77及-20.03＜f15/f2＜0.22，其中，f13为所述第二透镜的焦距， f16为所述第三透镜的焦距，f17为所述第四透镜的焦距、f15为所述第五透镜的焦距。
进一步地，满足0.01＜T1/T2＜0.21、0.37＜T12/T1＜0.95、0.02＜T13/T2 ＜0.66、0.01＜T16/T2＜0.78、0.03＜T17/T2＜0.61及0.07＜T15/T2＜0.43，其中，T1为所述第一透镜组在光轴上的长度，T2为所述第二透镜组在光轴上的长度，T13为所述第二透镜在光轴上的厚度，T16为所述第三透镜在光轴上的厚度，T17为所述第四透镜在光轴上的厚度，T15为所述第五透镜在光轴上的厚度。
进一步地，满足N12≥1.75、N13≤1.60、N16≥1.80、N17≤1.50及N15 ≥1.70，N12为所述第一透镜的折射率，N13为所述第二透镜的折射率，N16 为所述第三透镜的折射率，N17为所述第四透镜的折射率，N15为所述第五透镜的折射率。
进一步地，V12≥80、V13≥50、V16≤30、V17≥80及V15≤35，V12为所述第一透镜的阿贝数，V13为所述第二透镜的阿贝数，V16为所述第三透镜的阿贝数，V17为所述第四透镜的阿贝数，V15为所述第五透镜的阿贝数。
本实用新型的又一目的在于提供一种显微镜，其包括如前所述的长工作距离平场物镜。
采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：
本实用新型中，第一透镜具有正屈光力，第二透镜具有正屈光力，第三透镜具有负屈光力，第四透镜具有正屈光力，第五透镜具有负屈光力。第一透镜和第二透镜承担大部分偏折角，第五透镜可以很好的校正场曲，而透镜胶合组主要用于校正色差。这样的结构完美的实现了长工作距离、平视场及消色差要求。
本实用新型基于放大倍数为40，设计一种共轭距离为195mm，光学工作距离大于3mm、像方视场数不小于20mm、视野平坦、消除倍率色差，适用于较厚标本的显微镜物镜
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型长距物镜光学系统的球差图；
图3为本实用新型长距物镜光学系统的场曲图；
图4为本实用新型长距物镜光学系统的MTF图；
图5为本实用新型长距物镜光学系统的畸变图。
附图标记说明：
标本100、载玻片110、第一透镜120、第二透镜130、透镜胶合组140、第五透镜150、第三透镜160、第四透镜170。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。另外，需要说明的是：
术语“上”“下”“左”“右”“竖直”“水平”“内”“外”等均为基于附图所示的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示本实用新型的装置或者元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
当元件被称为“固定于”或者“设置于”或者“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者间接连接至该另一个元件上。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实用新型中的具体含义。
实施例
请参考图1所示，本实用新型公开了一种长工作距离平场物镜，长工作距离平场物镜、标本100及目镜组成显微镜的成像系统部分。
长工作距离平场物镜沿光轴从物侧到像侧依次包括第一透镜组及第二透镜130组。其中，第一透镜组包括第一透镜120，第一透镜120具有正屈光力。第二透镜130组依次包括第二透镜130、透镜胶合组140及第五透镜150，透镜胶合组140又包括第三透镜160及第四透镜170。第二透镜130、第四透镜 170具有正屈光力，第三透镜160及第五透镜150具有负屈光力。
如此，第一透镜120和第二透镜130承担大部分偏折角，第五透镜150 则可以很好的校正场曲，而透镜胶合组140主要用于校正色差。这样的结构完美的实现了长工作距离、平视场及消色差要求。
易于理解，长工作距离平场物镜可以有不同光学材料组合而成，即，其各透镜的材料可以不同。长工作距离平场物镜可以配套各种不同外观的外壳。此属于现有技术，在此不作赘述。
本实施例中，第一透镜120为弯月型透镜，其凹面朝向物侧；所述第二透镜130为双凸型透镜；所述第三透镜160为凹凸透镜，其凸面朝向物侧；所述第四透镜170为双凸型透镜；所述第五透镜150为弯月型透镜，其凸面朝向物侧。
进一步地，沿垂直于光轴方向(即图1中所示Y轴方向)，第二透镜130 的位置可调，以校正本实用新型物镜的轴上彗差。沿光轴方向(即图1中X 轴方向)，第二透镜130与第一透镜120的间距d2可调，可以校正本实用新型物镜的轴上球差。沿光轴方向，所述第二透镜130与所述透镜胶合组140 的间距可调，可以校正本实用新型物镜的轴外彗差。在如图1的一个具体示例中，d2＝0.48mm、d3＝0.21mm、d4＝24.1mm。
本实用新型的长工作距离平场物镜光学系统中：视场数不小于20mm，放大倍率β为40x，光学工作距离大于3mm。因此，提出如下设计参数：
| 曲率半径 | 厚度/间隔 | 折射率 | 阿贝数 | 焦距 | ||
| 物面 | 无限 | 0.00 | 1.00 | |||
| 载玻片 | 第一面 | 无限 | 0.17 | 1.52 | 59.5 | 无限 |
| 第二面 | 无限 | 3.42 | ||||
| 第一透镜 | 第一面 | -6.371 | 2.29 | 1.76 | 82.0 | 12.59 |
| 第二面 | -4.437 | 0.48 | ||||
| 第二透镜 | 第一面 | 54.989 | 3.17 | 1.5 | 54.3 | 15.24 |
| 第二面 | -8.660 | 0.21 | ||||
| 第三透镜 | 第一面 | 23.189 | 1.2 | 1.83 | 23.0 | -13.37 |
| 第二面 | 7.385 | 0.01 | ||||
| 第四透镜 | 第一面 | 7.385 | 2.91 | 1.49 | 82.0 | 11.12 |
| 第二面 | -18.871 | 24.1 | ||||
| 第五透镜 | 第一面 | 6.890 | 4.83 | 1.71 | 32.2 | -127.05 |
| 第二面 | 4.533 |
即，第一透镜120的焦距f12为12.59，折射率N12为1.76，阿贝数V12 为82，厚度T12为2.29；第二透镜130的焦距f13为15.24，折射率N13为1.50，阿贝数V13为54.3，厚度T13为3.17；第三透镜160的焦距f16为-13.37，折射率N16为1.83，阿贝数V16为23.0，厚度T16为1.20；第四透镜170的焦距f17为11.12，折射率N17为1.49，阿贝数V17为82.0，厚度T17为2.91；第五透镜150的焦距f15为-127.05，折射率N15为1.71，阿贝数V15 为32.2，厚度T15为4.83。
本实施例的长工作距离平场物镜中，f是该长工作距离平场物镜光学系统的焦点距离，即f为4.08。NA为该物镜光学系统的物方数值孔径，即NA为 0.55。d1为从载玻片110到所述长工作距离平场物镜光学系统最靠近物体的透镜面的光轴上的距离，即d1为3.4mm。
那么|f/NA/d1|为2.2,满足0.8<|f/NA/d1|<4.5,使得其能够保证具备大的放大倍率、大数值孔径、高分辨率性能、大视场数的特点。
本实用新型的长工作距离平场物镜光学系统焦距f为4.08mm,其中第一透镜组焦距f1,即第一透镜120的焦距f12为12.59mm，第二透镜130组的焦距为第二透镜130130、透镜胶合组140140140和第五透镜150150的组合焦距f2为8.1mm,第二透镜130130的焦距f13为15.24mm,第三透镜160的焦距f16 为-13.37mm，第四透镜170的焦距f17为11.12mm，第五透镜150150的焦距f15为-127.05mm。
为了实现本实用新型中长工作距离,高放大倍数,大视场,视野平坦，消除倍率色差的技术方案，优选0.15＜|f/f1|＜1.5、0.22＜|f/f2|＜1.8及0.17 ＜|f2/f1|＜2.3，其中，f1为所述第一透镜组的焦距，f2为所述第二透镜130 组的焦距,则本实施例中，|f/f1|为0.32,|f/f2|为0.5,|f2/f1|为0.64，满足优选条件。
为了实现本实用新型中长工作距离,高放大倍数,大视场,视野平坦，消除倍率色差的技术方案，进一步地，优选-0.28＜f13/f2＜1.95、-1.88＜f16/f2 ＜0.51、-0.63＜f17/f2＜1.77及-20.03＜f15/f2＜0.22，其中，f13为第二透镜130的焦距，f16为第三透镜160的焦距，f17为第四透镜170的焦距、 f15为第五透镜150的焦距，则本实施例中，f13/f2为1.88,f16/f2为-1.65,f17/f2为1.37,f15/f2为-15.68，满足优选条件。
本实用新型的长工作距离平场物镜中，T1为第一透镜组的在光轴上的长度，T2为第二透镜130组在光轴上的长度，T12为第一透镜120在光轴上的厚度，T13为第二透镜130在光轴上的厚度，T16为第三透镜160在光轴上的厚度，T17为第四透镜170在光轴上的厚度，T15为第五透镜150在光轴上的厚度，T1为2.77mm,T2为36.43mm；第一透镜120120在光轴上的厚度T12为2.29mm,第二透镜130130在光轴上的厚度T13为3.17mm,第三透镜160在光轴上的厚度T16为1.2mm,第四透镜170在光轴上的厚度T17为2.91mm,第五透镜150150在光轴上的厚度T15为4.83mm.
为了实现本实用新型中长工作距离,高放大倍数,大视场,视野平坦，消除倍率色差的技术方案，进一步地，优选0.01＜T1/T2＜0.21、0.37＜T12/T1 ＜0.95、0.02＜T13/T2＜0.66、0.01＜T16/T2＜0.78、0.03＜T17/T2＜0.61 及0.07＜T15/T2＜0.43。那么，本实施例中，T1/T2为0.08,T12/T1为0.83, T13/T2为0.09,T16/T2为0.03,T17/T2为0.08,T15/T2为0.13，满足优选条件。
为了实现本实用新型中长工作距离,高放大倍数,大视场,视野平坦，消除倍率色差的技术方案，进一步地，优选N12≥1.75、N13≤1.60、N16≥1.80、 N17≤1.50及N15≥1.70。N12为第一透镜120的折射率，N13为第二透镜130 的折射率，N16为第三透镜160的折射率，N17为第四透镜170的折射率，N15 为第五透镜150的折射率。
为了实现本实用新型中长工作距离,高放大倍数,大视场,视野平坦，消除倍率色差的技术方案，优选V12≥80、V13≥50、V16≤30、V17≥80及V15≤ 35。V12为第一透镜120的阿贝数，V13为第二透镜130的阿贝数，V16为第三透镜160的阿贝数，V17为第四透镜170的阿贝数，V15为第五透镜150的阿贝数，
请参考图2所示，图2为本实用新型长距物镜光学系统的球差图，图中，横坐标为球差量，单位为mm，纵坐标为像高，单位为mm，左起第一根线表示d线，第二根线表示C线，第三根线表示F线，如图所示，该长距物镜光学系统的球差控制在±0.006mm以内，使得该长距物镜光学系统的中心分辨率最佳。
请参考图3所示，图3为本实用新型实长距物镜光学系统的场曲图，图中，横坐标为物面移动量，单位mm，纵坐标为像高，单位为mm，实线表示相对于各波长的光线的弧矢，虚线表示相对于各个波长的子午，从场曲的分布可以看出，该长距物镜光学系统的场曲控制在±0.001mm以内，使得该长距物镜光学系统的中心分辨率最佳。
请参考图4所示，图4为本实用新型长距物镜光学系统的MTF(调制传递函数)图，图中，横坐标为空间频率，单位为cycles/mm，纵坐标为调制即 MTF，如图所示，实线表示该长距物镜光学系统中心像面的调制(MTF)，虚线表示衍射极限，从MTF曲线可以看出，本实用新型长距物镜的实线贴近虚线，分辨能力佳。
请参考图5所示，图五为本实用新型长距物镜光学系统的畸变图，图中，横坐标为畸变量，单位％，纵坐标为像高，单位为mm，从畸变的分布可以看出，该长距物镜光学系统的畸变控制在±1.5％以内，使得该长距物镜光学系统的中心分辨率最佳。
图2至图5为本实用新型长距物镜光学系统的各个像差图和MTF性能图，其呈现的各个像差，表现了分辨率能力，当像差比较小时可以观察到质量较佳的影像。
本实用新型的又一目的在于提供一种显微镜，其包括物镜及目镜，其物镜为如前所述的长工作距离平场物镜，在此不做赘述。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.长工作距离平场物镜，其特征在于，沿光轴从物侧到像侧依次包括：
第一透镜组，所述第一透镜组包括第一透镜，所述第一透镜具有正屈光力；
第二透镜组，所述第二透镜组依次包括第二透镜、透镜胶合组及第五透镜，所述透镜胶合组包括第三透镜及第四透镜，所述第二透镜、第四透镜具有正屈光力，所述第三透镜及所述第五透镜具有负屈光力。
2.如权利要求1所述的长工作距离平场物镜，其特征在于：
所述第一透镜为弯月型透镜，其凹面朝向物侧；所述第二透镜为双凸型透镜；所述第三透镜为凹凸透镜，其凸面朝向物侧；所述第四透镜为双凸型透镜；所述第五透镜为弯月型透镜，其凸面朝向物侧。
3.如权利要求1所述的长工作距离平场物镜，其特征在于：沿垂直于光轴方向，所述第二透镜的位置可调；沿光轴方向，所述第二透镜与第一透镜的间距可调；沿光轴方向，所述第二透镜与所述透镜胶合组的间距可调。
4.如权利要求1所述的长工作距离平场物镜，其特征在于：满足0.8<|f/NA/d1|<4.5,其中，f为长工作距离平场物镜光学系统的焦点距离，NA为成像系统的物方数值孔径，d1为从载玻片到所述第一透镜的物侧面的光轴上的距离。
5.如权利要求4所述的长工作距离平场物镜，其特征在于：满足0.15＜|f/f1|＜1.5、0.22＜|f/f2|＜1.8及0.17＜|f2/f1|＜2.3，其中，f1为所述第一透镜组的焦距，f2为所述第二透镜组的焦距。
6.如权利要求5所述的长工作距离平场物镜，其特征在于：满足-0.28＜f13/f2＜1.95、-1.88＜f16/f2＜0.51、-0.63＜f17/f2＜1.77及-20.03＜f15/f2＜0.22，其中，f13为所述第二透镜的焦距，f16为所述第三透镜的焦距，f17为所述第四透镜的焦距、f15为所述第五透镜的焦距。
7.如权利要求1所述的长工作距离平场物镜，其特征在于：满足0.01＜T1/T2＜0.21、0.37＜T12/T1＜0.95、0.02＜T13/T2＜0.66、0.01＜T16/T2＜0.78、0.03＜T17/T2＜0.61及0.07＜T15/T2＜0.43，其中，T1为所述第一透镜组在光轴上的长度，T2为所述第二透镜组在光轴上的长度，T13为所述第二透镜在光轴上的厚度，T16为所述第三透镜在光轴上的厚度，T17为所述第四透镜在光轴上的厚度，T15为所述第五透镜在光轴上的厚度。
8.如权利要求1所述的长工作距离平场物镜，其特征在于：满足N12≥1.75、N13≤1.60、N16≥1.80、N17≤1.50及N15≥1.70，N12为所述第一透镜的折射率，N13为所述第二透镜的折射率，N16为所述第三透镜的折射率，N17为所述第四透镜的折射率，N15为所述第五透镜的折射率。
9.如权利要求1所述的长工作距离平场物镜，其特征在于：V12≥80、V13≥50、V16≤30、V17≥80及V15≤35，V12为所述第一透镜的阿贝数，V13为所述第二透镜的阿贝数，V16为所述第三透镜的阿贝数，V17为所述第四透镜的阿贝数，V15为所述第五透镜的阿贝数。
10.显微镜，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的长工作距离平场物镜。
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| CN202222926651.6U Active CN218383458U (zh) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | 长工作距离平场物镜及显微镜 |
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-
2022
- 2022-11-03 CN CN202222926651.6U patent/CN218383458U/zh active Active
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