一种体式显微镜物镜及图像摄取装置的制作方法

1.本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种体式显微镜物镜以及使用该物镜的装置，例如具备该物镜光学系统的显微镜以及搭载该物镜光学系统的图像摄取装置。


背景技术：

2.近年来，随着材料、生物行业的高速发展，观察各种立体样品的需求越来越多。通过使用体式显微镜观察法可达到观测要求。一般而言，由于用于观察立体样品需要长工作距离，要使显微镜上观察到更多细节，就需要更大的数值孔径。因此对体式显微镜物镜来说，轴上像差、倍率色差、场曲的补正比较难以控制，特别是当体式显微镜放大到最高倍数时，很容易出现色差，这时物镜的色差控制就体现的尤其重要。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种体式显微镜物镜及图像摄取装置，以解决长工作距离、分辨率性能低、色差大的问题，具有长工作距离、大数值孔径、高分辨率性能、色差小、镜片数量少、物镜光学系统总长度短的特点。
4.本发明采用如下技术方案：
5.一方面，一种体式显微镜物镜，包括：自物体侧方向到成像侧方向依次共轴设置的具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组和具有正折射力的第三透镜组；
6.所述体式显微镜物镜满足以下条件：
7.0.20《|f*na/d0|《1.50；
8.0.20《|f/f1|《2.60；
9.0.20《|f/f2|《1.50；
10.0.02《|f/f3|《1.30；
11.0.01《|f1/f3|《1.30；
12.0.05《|f2/f3|《1.40；
13.其中，f为该体式显微镜物镜的焦点距离；na为该体式显微镜物镜的物方数值孔径；d0为从物体侧到所述体式显微镜物镜最靠近物体的透镜面的光轴上的距离；f1为第一透镜组的焦点距离；f2为第二透镜组的焦点距离；f3为第三透镜组的焦点距离。
14.优选的，所述第一透镜组最靠近物体侧，包括第一透镜，第一透镜具有正折射力。
15.优选的，所述第二透镜组，包括一个或者一个以上胶合透镜，具体地从物体侧方向到成像侧方向设置第二透镜和第三透镜；其中，第二透镜具有负折射力，第三透镜具有正折射力。
16.优选的，所述第三透镜组，包括一个或者一个以上胶合透镜，具体地从物体侧方向到成像侧方向设置第四透镜、第五透镜和第六透镜；其中，第四透镜具有正折射力，第五透镜具有负折射力，第六透镜具有正折射力。
17.优选的，所述第二透镜组和第三透镜组，满足以下条件式：
[0018]-1.00《f21/f2《1.40；
[0019]-1.50《f22/f2《1.00；
[0020]-1.20《f31/f3《1.20；
[0021]-1.20《f32/f3《1.20；
[0022]-1.10《f33/f3《1.30；
[0023]
其中，f21为第二透镜的焦点距离；f22为第三透镜的焦点距离；f31为第四透镜的焦点距离；f32为第五透镜的焦点距离；f33为第六透镜的焦点距离。
[0024]
优选的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜满足以下条件式：
[0025]
n11≤1.80；
[0026]
n21≤1.85；
[0027]
n22≤1.65；
[0028]
n31≤1.95；
[0029]
n32≤1.90；
[0030]
n33≤1.65；
[0031]
其中，n11为第一透镜的折射率；n21为第二透镜的折射率；n22为第三透镜的折射率；n31为第四透镜的折射率；n32为第五透镜的折射率；n33为第六透镜的折射率。
[0032]
优选的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜满足以下条件式：
[0033]
v11≥30；
[0034]
v21≥20；
[0035]
v22≤95；
[0036]
v31≥20；
[0037]
v32≥25；
[0038]
v33≤95；
[0039]
其中，v11为第一透镜的阿贝数；v21为第二透镜的阿贝数；v22为第三透镜的阿贝数；v31为第四透镜的阿贝数；v32为第五透镜的阿贝数；v33为第六透镜的阿贝数。
[0040]
优选的，所述第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜满足以下条件式：
[0041]
0.71《t1/t2《0.91；
[0042]
0.29《t1/t3《0.49；
[0043]
0.15《t21/t2《0.40；
[0044]
0.51《t22/t2《0.71；
[0045]
0.17《t31/t3《0.37；
[0046]
0.04《t32/t3《0.30；
[0047]
0.15《t33/t3《0.45；
[0048]
其中，t1为第一透镜组在光轴上的长度；t2为第二透镜组在光轴上的长度；t3为第三透镜组在光轴上的长度；t21为第二透镜在光轴上的厚度；t22为第三透镜在光轴上的厚度；t31为第四透镜在光轴上的厚度；t32为第五透镜在光轴上的厚度；t33为第六透镜在光
轴上的厚度。
[0049]
优选的，所述的体式显微镜物镜，还包括：透镜主体座、第一隔圈、第二隔圈和压圈；以第一透镜朝向物体侧方向的面为承接面，将第一透镜放入透镜主体座中；以第一透镜朝向成像侧方向的面为承接面，将第一隔圈放入透镜主体座中；以第二透镜朝向物体侧方向的面为承接面放入透镜主体座中与第一隔圈接触，通过第一隔圈的厚度控制第一透镜与第二透镜的间隔；
[0050]
以第三透镜朝向成像侧方向的面为承接面将第二隔圈放入透镜主体座中；以第四透镜朝向物体侧方向的面为承接面放入透镜主体座中与第二隔圈接触，通过第二隔圈的厚度控制第三透镜与第四透镜的间隔；
[0051]
以第六透镜朝向成像侧方向的面为承接面将压圈放入透镜主体座中。
[0052]
另一方面，一种图像摄取装置，包括所述的体式显微镜物镜。
[0053]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0054]
(1)本发明通过对体式显微镜物镜中的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组进行设置，具有正折射力第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组和具有正折射力的第三透镜组使得物镜光学系统具有很好的光学性能；
[0055]
(2)本发明通过对第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组及第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的焦点距离、折射率、阿贝数以及厚度进行限定，使得体式显微镜物镜的场曲、畸变、像差敏感度得到进一步的提升，从而保证体式显微镜物镜的光学性能，使得该物镜光学系统具有大数值孔径、高分辨率性能，色差小、镜片数量少、物镜光学系统总长度短的特点。
[0056]
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
[0057]
图1为本发明实施例的体式显微镜物镜的透镜构成图；
[0058]
图2为本发明实施例的体式显微镜物镜的球差图；
[0059]
图3为本发明实施例的体式显微镜物镜的场曲图；
[0060]
图4为本发明实施例的体式显微镜物镜的畸变图。
具体实施方式
[0061]
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0062]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0063]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“放入”、“接触”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；
可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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本发明中的具体含义。
[0064]
以下结合说明书附图，对本发明涉及的体式显微镜物镜，具备该体式显微镜物镜的显微镜以及搭载该体式显微镜物镜系统的图像摄取装置进行描述。
[0065]
参见图1所示，该体式显微镜物镜ob01构成为，从物体侧700依次设置有：具有正折射力的第一透镜组71；具有负折射力第二透镜组72；具有正折射力第三透镜组73。使得体式显微镜物镜具有强的正折射力，从而保证该物镜系统ob01具备更高光学性能。
[0066]
为了拥有更大数值孔径、更强分辨率更长的工作距离，体式显微镜物镜需满足以下条件：
[0067]
0.20《|f*na/d0|《1.50；
[0068]
0.20《|f/f1|《2.60；
[0069]
0.20《|f/f2|《1.50；
[0070]
0.02《|f/f3|《1.30；
[0071]
0.01《|f1/f3|《1.30；
[0072]
0.05《|f2/f3|《1.40；
[0073]
其中，f为该体式显微镜物镜的焦点距离；na为该体式显微镜物镜的物方数值孔径；d0为从物体侧700到所述体式显微镜物镜最靠近物体的透镜面的光轴上的距离；f1为第一透镜81组的焦点距离；f2为第二透镜组72的焦点距离；f3为第三透镜组73的焦点距离。
[0074]
上述的体式显微镜物镜中，第一透镜组71由具有正折射力的第一透镜711组成。
[0075]
上述的体式显微镜物镜中，第二透镜组72由具有负折射力的第二透镜721和正折射力的第三透镜722组成。
[0076]
上述的体式显微镜物镜中，第三透镜组73由具有正折射力的第四透镜731、负折射力的第五透镜732和正折射力的第六透镜733组成。
[0077]
所述第二透镜组72、第三透镜组73需满足以下条件以更好的控制畸变和场曲：
[0078]-1.00《f21/f2《1.40；
[0079]-1.50《f22/f2《1.00；
[0080]-1.20《f31/f3《1.20；
[0081]-1.20《f32/f3《1.20；
[0082]-1.10《f33/f3《1.30；
[0083]
其中，f21为第二透镜721的焦点距离；f22为第三透镜722的焦点距离；f31为第四透镜731的焦点距离；f32为第五透镜732的焦点距离；f33为第六透镜733的焦点距离。
[0084]
为了降低体式显微镜物镜轴上慧差、轴上纵收差，在第一透镜组71、第二透镜组72和第三透镜组73的折射率进行如下设定，进一步补正物镜光学系统的场曲。
[0085]
所述第一透镜711、第二透镜721、第三透镜722、第四透镜731、第五透镜732、第六透镜733为满足以下条件的材质的透镜：
[0086]
n11≤1.80；
[0087]
n21≤1.85；
[0088]
n22≤1.65；
[0089]
n31≤1.95；
[0090]
n32≤1.90；
[0091]
n33≤1.65；
[0092]
其中，n11为第一透镜711的折射率；n21为第二透镜721的折射率；n22为第三透镜722的折射率；n31为第四透镜731的折射率；n32为第五透镜732的折射率；n33为第六透镜733的折射率。
[0093]
在上述基础上，可以对第一透镜组71、第二透镜组72和第三透镜组73的阿贝数进行如下设定：减小物镜光学系统的色差，使得光谱线c-e和g-e之间的焦点位置偏差限定的纵向色差是焦深的0.75倍以内。其中c是656.27nm，g是435.84nm以及e是546.07nm。由焦深为λ/na2其中λ是波长、na是数值孔径。
[0094]
所述第一透镜711、第二透镜721、第三透镜722、第四透镜731、第五透镜732和第六透镜733为满足以下条件的材质的透镜：
[0095]
v11≥30；
[0096]
v21≥20；
[0097]
v22≤95；
[0098]
v31≥20；
[0099]
v32≥25；
[0100]
v33≤95；
[0101]
其中，v11为第一透镜711的阿贝数；v21为第二透镜721的阿贝数；v22为第三透镜722的阿贝数；v31为第四透镜731的阿贝数；v32为第五透镜732的阿贝数；v33为第六透镜733的阿贝数。
[0102]
另外，为了降低轴上球差、轴外慧差、像散，对第一透镜组71、第二透镜组72和第三透镜组73的厚度进行如下条件设定：
[0103]
0.71《t1/t2《0.91；
[0104]
0.29《t1/t3《0.49；
[0105]
0.15《t21/t2《0.40；
[0106]
0.51《t22/t2《0.71；
[0107]
0.17《t31/t3《0.37；
[0108]
0.04《t32/t3《0.30；
[0109]
0.15《t33/t3《0.45；
[0110]
其中，t1为第一透镜组71在光轴上的长度；t2为第二透镜组72在光轴上的长度；t3为第三透镜组73在光轴上的长度；t21为第二透镜721在光轴上的厚度；t22为第三透镜722在光轴上的厚度；t31为第四透镜731在光轴上的厚度；t32为第五透镜732在光轴上的厚度；t33为第六透镜733在光轴上的厚度。
[0111]
为了进一步详尽发明的技术内容，以下将列举如下实施例对本发明的体式显微镜物镜进行详述。
[0112]
具体的，体式显微物镜光学系统ob01包括物体侧700、第一透镜组71、第二透镜组72和第三透镜组73，其中，第一透镜组71包括具有正折射力的第一透镜711。第一透镜711朝向物方的面为第一面7111，朝向像方的面为第二面7112。
[0113]
第二透镜组72包括第二透镜721、第三透镜722。第二透镜721具有负折射力，其朝向物方的面为第一面7211，朝向像方的面为第二面7212。第三透镜722具有正折射力，其朝向物方的面为第一面7221，朝向像方的面为第二面7222。
[0114]
第三透镜组73包括第四透镜731、第五透镜732、第六透镜733。第四透镜731具有正折射力，其朝向物方的面为第一面7311，朝向像方的面为第二面7312。第五透镜732具有负折射力，其朝向物方的面为第一面7321，朝向像方的面为第二面7322。第六透镜733具有正折射力，其朝向物方的面为第一面7331，朝向像方的面为第二面7332。
[0115]
第一透镜711朝向物方的面7111为承接面，将第一透镜711放入透镜主体座600中，第一透镜711朝向像方的面7112为承接面，将第一隔圈601放入透镜主体座600中。
[0116]
第二透镜721朝向物方的面7211朝向像方的面7212，第三透镜722朝向物方的面7221朝向像方的面7222，第二透镜721朝向像方的面7212与第三透镜722朝向物方的面7221胶合，第二透镜721朝向物方的面7211为承接面放入透镜主体座600中与第一隔圈601接触，通过第一隔圈601的厚度控制第一透镜711与第二透镜721的间隔。
[0117]
第三透镜722朝向像方的面7222为承接面将第二隔圈602放入透镜主体座600中
[0118]
第四透镜731朝向物方的面7311朝向像方的面7312，第五透镜732朝向物方的面7321朝向像方的面7322，第六透镜733朝向物方的面7331朝向像方的面7332。第四透镜731朝向像方的面7312与第五透镜732朝向物方的面7321胶合，第五透镜朝向像方的面7322与第六透镜733朝向物方的面7331胶合，第四透镜731朝向物方的面7311为承接面放入透镜主体座600中与第二隔圈602接触，通过第二隔圈602的厚度控制第三透镜722与第四透镜731的间隔。
[0119]
第六透镜733朝向像方的面7332为承接面将压圈603放入透镜主体座600中。
[0120]
该实施例的体式显微镜物镜中：c-e之间的焦点位置偏差限定的纵向色差是焦深的0.72倍，g-e之间的焦点位置偏差限定的纵向色差是焦深的0.62倍，其中c是656.27nm，g是435.84nm，e是546.07nm。焦深为λ/na2其中λ是波长，na是数值孔径。
[0121]
第一透镜711的焦距f11为10.38，折射率n11为1.95，阿贝数v11为21.0，厚度t11为4.53。
[0122]
第二透镜721的焦距f21为11.68，折射率n21为1.50，阿贝数v21为81.6，厚度t21为3.79。
[0123]
第三透镜722的焦距f22为-6.11，折射率n22为1.67，阿贝数v22为32.2，厚度t22为1.00。
[0124]
第四透镜723的焦距f23为9.05，折射率n23为1.80，阿贝数v23为46.5，厚度t23为4.09。
[0125]
第五透镜724的焦距f24为14.98，折射率n24为1.50，阿贝数v24为81.6，厚度t24为3.79。
[0126]
第六透镜725的焦距f25为-11.75，折射率n25为1.92，阿贝数v25为18.9，厚度t25为1.42。
[0127]
该体式显微镜物镜的其他光学参数如表1所示。
[0128]
表1
[0129]
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曲率半径厚度/间隔折射率阿贝数焦距
物面 无限81.41
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第一透镜第一面150.4010.781.7153.969.13 第二面-71.594.95
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第二透镜第一面-36.675.601.7030.1-62.11 第二面-240.860.01
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第三透镜第一面-240.8611.701.5081.595.17 第二面-40.272.00
ꢀꢀꢀ
第四透镜第一面477.5311.101.8523.844.86 第二面-41.260.01
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第五透镜第一面-41.265.601.8133.3-28.33 第二面55.120.01
ꢀꢀꢀ
第六透镜第一面55.1210.021.5081.580.98 第二面-141.7014.00
ꢀꢀꢀ
像面 无限无限
ꢀꢀꢀ
[0130]
由上述可知，该实施例的体式显微镜物镜ob01中，f是该体式显微镜物镜的焦点距离，即f为100.00；na该物镜光学系统的物方数值孔径，即na为0.22；d0为从物体侧到所述体式显微镜物镜最靠近物体的透镜面的光轴上的距离，即d0为81.41，那么|f*na/d0|为1.57。使得其能够保证具备大的大数值孔径、高分辨率性能的特点。
[0131]
第一透镜组71的焦距为第一透镜711焦距，即f1等于f11为69.13；第二透镜组72的焦距为第二透镜721至第三透镜722的组合焦距，即f2为-296.62；第三透镜组73的焦距为第四透镜731至第六透镜733的组合焦距，即f3为1305.72整个光学系统的焦距f为100.00，那么|f/f1|为1.45，|f/f2|为0.34，|f/f3|为0.08，|f1/f3|为0.05，|f2/f3|为0.23。
[0132]
f21/f2为0.21，f22/f2为-0.32，f31/f3为0.03，f32/f3为-0.02，f33/f3为0.06。焦距数值范围内的物镜光学系统具有较大的正折射力，使具备该体式显微镜物镜大数值孔径，同时，也使得可以更好的控制畸变和场曲。
[0133]
该实施例中，第一透镜组71的厚度，即t1为15.73，第二透镜组72的厚度t2为19.31，第三透镜组73的厚度t3为40.74；t1/t2为0.81，t1/t3为0.39，t21/t2为0.29，t22/t2为0.61，t31/t3为0.27，t32/t3为0.14，t33/t3为0.25。
[0134]
图2至图4为该实施例之体式显微镜物镜的各个像差图和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。
[0135]
具体地，图2为本发明实施例一的体式显微镜物镜的球差图，参见图2所示，其横坐标为球差量，单位为mm，纵坐标为像高，单位为mm。图2中，实线表示d线，虚线表示c线，单点划线表示f线，双点划线表示g线，该体式显微镜物镜的球差控制在
±
0.05mm以内，使得体式显微镜物镜的中心分辨率最佳。
[0136]
图3为本发明实施例一的体式显微镜物镜的场曲图，参见图3所示，其横坐标为物体侧移动量，单位mm，纵坐标为像高，单位为mm。图3中，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，该体式显微镜物镜的场曲控制在
±
0.05mm以内，使得体式显微镜物镜的中心分辨率最佳。
[0137]
图4为本发明实施例一的体式显微镜物镜的畸变图，参见图4所示，其横坐标为畸
变量，单位％，纵坐标为像高，单位为mm。从畸变的分布可以看出，该体式显微镜物镜的畸变控制在
±
1.0％以内，使得体式显微镜物镜的中心分辨率最佳。
[0138]
依据本发明的另一方面，一种图像摄取装置，搭载有所述体式显微镜物镜的光学系统，用于立体样品图像的获取。具体的，所述体式显微镜物镜的具体结构及参数设置同上，此处不再重复说明。
[0139]
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。