一种宽光谱平场复消色差显微物镜的制作方法

本发明属于显微物镜技术领域，特别是一种宽光谱平场复消色差显微物镜。

背景技术

近年来，随着生物医学的发展，各项研究对显微物镜的要求越来越高。目前，在精密生物医学研究中所用的显微物镜基本都要求平场并复消色差。中国专利(大视场平场消色差显微镜物镜，申请号99252126.2)给出了一种显微物镜，它仅校正了色差，并未实现复消色差，且数值孔径较小，光谱范围较窄。美国专利us20150248001a1中给出了一种复消色差显微物镜，但其属于小倍率相对数值孔径较大的显微物镜，像方视场较小，仅为22mm。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种数值孔径大、光谱范围广的宽光谱平场复消色差显微物镜。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽光谱平场复消色差显微物镜，该显微物镜属于无限远共轭物镜，包括顺次设置的第一部分、第二部分、第三部分，其中：

第一部分包括顺次设置的盖玻片、第一弯月透镜和第二弯月透镜，第一部分提供光焦度，并为之后部分减小数值孔径；

第二部分包括顺次设置的第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、第三双胶合透镜和三胶合透镜，第二部分用于校正色差；

第三部分包括第四双胶合透镜，用于辅助补足光焦度，并校正场曲。

进一步地，所述盖玻片、第一弯月透镜之间间隔为0.22mm，第一弯月透镜、第二弯月透镜之间间隔为1.24mm，第二弯月透镜、第一双胶合透镜之间间隔为1.21mm，第一双胶合透镜、第二双胶合透镜之间间隔为0.15mm，第二双胶合透镜、第三双胶合透镜之间间隔为2.66mm，第三双胶合透镜、三胶合透镜之间间隔为0.41mm，三胶合透镜、第四双胶合透镜之间间隔为2.6mm。

进一步地，该显微物镜的工作距离为0.21mm，工作距离为物面到盖玻片的距离。

进一步地，所述第一弯月透镜采用凹向盖玻片，所用材料折射率n＝1.743，阿贝数v＝49.31。

进一步地，所述第二弯月透镜采用凹向盖玻片，所用材料折射率n＝1.743，阿贝数v＝49.31。

进一步地，所述第一双胶合透镜由前片和后片胶合组成：前片为凸凹透镜，光焦度为正，且前片所用材料折射率n＝1.654，阿贝数v＝44.72；后片为双凹透镜，光焦度为负，且后片所用材料折射率n＝1.667，阿贝数v＝33.06。

进一步地，所述第二双胶合透镜由前片和后片胶合组成：前片为凹凸透镜，光焦度为负，且前片所用材料折射率n＝1.785，阿贝数v＝26.22；后片为凸凹透镜，光焦度为正，且后片所用材料为caf2玻璃，折射率n＝1.434，阿贝数v＝94.99。

进一步地，所述第三双胶合透镜由前片和后片胶合组成：前片为双凸透镜，光焦度为负，且前片所用材料折射率n＝1.533，阿贝数v＝45.94；后片为凸凹透镜，光焦度为正，且后片所用材料折射率n＝1.497，阿贝数v＝81.63。

进一步地，所述三胶合透镜由前片、中片和后片胶合组成：前片为双凸透镜，光焦度为负，且前片所用材料折射率n＝1.613，阿贝数v＝36.96；中片为凸凹透镜，光焦度为正，且中片所用材料为caf2玻璃，折射率n＝1.434，阿贝数v＝94.99；后片为双凹透镜，光焦度为正，且后片所用材料折射率n＝1.601，阿贝数v＝46.21。

进一步地，所述第四双胶合透镜由前片和后片胶合组成：前片为凸凹透镜，光焦度为正，且前片所用材料折射率n＝1.808，阿贝数v＝22.76；后片为凹凸透镜，光焦度为负，且后片所用材料折射率n＝1.802，阿贝数v＝44.32。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)光谱较宽，覆盖大部分可见光以及部分近红外光，校正了二级光谱，实现复消色差，且增大了视场和数值孔径；(2)利用厚透镜来校正场曲，得到像方视场直径25mm，数值孔径为0.95，光谱范围450～800nm，各像差校正良好的40倍平场复消色差物镜。

附图说明

图1为本发明宽光谱平场复消色差显微物镜的三个部分结构示意图。

图2为本发明宽光谱平场复消色差显微物镜的结构数据标注示意图。

图3为本发明宽光谱平场复消色差显微物镜的场曲畸变图，其中(a)为场曲图，(b)为畸变图。

图4为本发明宽光谱平场复消色差显微物镜的色差曲线图。

图5为本发明宽光谱平场复消色差显微物镜的点列图。

图6为本发明宽光谱平场复消色差显微物镜的mtf曲线图。

具体实施方式

结合图1～2，本发明宽光谱平场复消色差显微物镜，该显微物镜属于无限远共轭物镜，包括顺次设置的第一部分g1、第二部分g2、第三部分g3，其中：

第一部分g1包括顺次设置的盖玻片b1、第一弯月透镜l1和第二弯月透镜l2，第一部分g1提供光焦度，并为之后部分减小数值孔径；

第二部分g2包括顺次设置的第一双胶合透镜l3、第二双胶合透镜l4、第三双胶合透镜l5和三胶合透镜l6，第二部分g2用于校正色差；

第三部分g2包括第四双胶合透镜l7，用于辅助补足光焦度，并校正场曲。

作为一种具体示例，所述盖玻片b1、第一弯月透镜l1之间间隔为0.22mm，第一弯月透镜l1、第二弯月透镜l2之间间隔为1.24mm，第二弯月透镜l2、第一双胶合透镜l3之间间隔为1.21mm，第一双胶合透镜l3、第二双胶合透镜l4之间间隔为0.15mm，第二双胶合透镜l4、第三双胶合透镜l5之间间隔为2.66mm，第三双胶合透镜l5、三胶合透镜l6之间间隔为0.41mm，三胶合透镜l6、第四双胶合透镜l7之间间隔为2.6mm。

作为一种具体示例，该显微物镜的工作距离为0.21mm，工作距离为物面到盖玻片b1的距离。

作为一种具体示例，所述第一弯月透镜l1采用凹向盖玻片，所用材料折射率n＝1.743，阿贝数v＝49.31。第一弯月透镜l1为正光焦度厚弯月形厚透镜，且承担光焦度较大。

作为一种具体示例，所述第二弯月透镜l2采用凹向盖玻片，所用材料折射率n＝1.743，阿贝数v＝49.31。第二弯月透镜l2为正光焦度弯月形透镜，且承担较大光焦度。

作为一种具体示例，所述第一双胶合透镜l3由前片和后片胶合组成：前片为凸凹透镜，光焦度为正，且前片所用材料折射率n＝1.654，阿贝数v＝44.72；后片为双凹透镜，光焦度为负，且后片所用材料折射率n＝1.667，阿贝数v＝33.06。

作为一种具体示例，所述第二双胶合透镜l4由前片和后片胶合组成：前片为凹凸透镜，光焦度为负，且前片所用材料折射率n＝1.785，阿贝数v＝26.22；后片为凸凹透镜，光焦度为正，且后片所用材料为caf2玻璃，折射率n＝1.434，阿贝数v＝94.99。

作为一种具体示例，所述第三双胶合透镜l5由前片和后片胶合组成：前片为双凸透镜，光焦度为负，且前片所用材料折射率n＝1.533，阿贝数v＝45.94；后片为凸凹透镜，光焦度为正，且后片所用材料折射率n＝1.497，阿贝数v＝81.63。

作为一种具体示例，所述三胶合透镜l6由前片、中片和后片胶合组成：前片为双凸透镜，光焦度为负，且前片所用材料折射率n＝1.613，阿贝数v＝36.96；中片为凸凹透镜，光焦度为正，且中片所用材料为caf2玻璃，折射率n＝1.434，阿贝数v＝94.99；后片为双凹透镜，光焦度为正，且后片所用材料折射率n＝1.601，阿贝数v＝46.21。

作为一种具体示例，所述第四双胶合透镜l7由前片和后片胶合组成：前片为凸凹透镜，光焦度为正，且前片所用材料折射率n＝1.808，阿贝数v＝22.76；后片为凹凸透镜，光焦度为负，且后片所用材料折射率n＝1.802，阿贝数v＝44.32。

本发明实现的宽光谱平场复消色差显微物镜，光谱范围450nm-800nm，覆盖大部分可见光以及部分近红外光，光谱范围较宽；放大倍率40倍，数值孔径为0.95，较同倍率物镜数值孔径大；像方视场为25mm；并且采用了caf2玻璃，caf2玻璃是典型的特殊色散玻璃，对校正色差、实现复消色差有显著作用。

下面结合附图和具体实施例子对本发明做进一步的阐述。

实施例1

参照图2，本发明宽光谱平场复消色差显微物镜由7组透镜分为三个子部分共13片玻璃组成，从左至右依次为物面、盖玻片b1、第一弯月透镜l1、第二弯月透镜l2、第一双胶合透镜l3、第二双胶合透镜l4、第三双胶合透镜l5、三胶合透镜l6、第四双胶合透镜l7、无限远像面。物面到盖玻片b1的距离为工作距离wd＝0.21mm。

本实施例中上述三个子部分中，第一部分由第一弯月透镜l1和第二弯月透镜l2组成，两者间隔为1.236mm。第二部分由第一双胶合透镜l3、第二双胶合透镜l4、第三双胶合透镜l5和三胶合透镜l6，第二部分与第一部分间距为1.213mm。第三部分由第四双胶合透镜l7组成，第三部分与第二部分间隔为2.6mm。主要用来校正色差的caf2玻璃主要分布在第二光组中的正光焦度部分中。

本实施例中，所述的第一弯月透镜l1，凹向盖玻片，所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.743，v＝49.31，两面曲率分别为r1a＝-3.026mm，r1b＝-4.127mm，厚度t2＝3.653mm。

本实施例中，所述的第二弯月形透镜l2，凹向盖玻片，所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.72，v＝49.31，两面曲率分别为r2a＝-8.152mm，r2b＝-6.278mm，厚度t4＝3.43mm。

本实施例中，所述的第一双胶合透镜l3，前片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.654，v＝44.72，后片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.667，v＝33.06，各面曲率分别为r3a＝708.163mm，r3b＝-7.438mm，r3c＝-19.822mm，厚度依次为t6＝6.872mm，t7＝1.228mm。

本实施例中，所述的第二双胶合透镜l4，前片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.785，v＝26.22，后片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.434，v＝94.99，各面曲率分别为r4a＝-80.689mm，r4b＝26.565mm，r4c＝-19.735mm，厚度依次为t9＝1.103mm，t10＝4.853mm。

本实施例中，所述的第三双胶合透镜l5，前片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.533，v＝45.94，后片所用材料折射率和阿贝数分别为折射率和阿贝数分别为n＝1.497，v＝81.63，各面曲率分别为r5a＝51.981mm，r5b＝9.458mm，r5c＝48.656mm，厚度依次为t12＝1.1mm，t13＝7.6mm。

本实施例中，所述的三胶合透镜l6，前片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.613，v＝36.96，第二片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.434，v＝94.99，后片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.601，v＝46.21，曲率分别为r6a＝32.548mm，r6b＝11.255，r6c＝-214.103mm，r6d＝-43.146mm，厚度依次为t15＝2.733mm，t16＝4.39mm，t17＝1.947mm。

本实施例中，所述的第四双胶合透镜l7，前片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.808，v＝22.76，后片所用材料折射率和阿贝数分别为n＝1.802，v＝44.32，各面曲率分别为r7a＝-267.18mm，r7b＝-9.744m，r7c＝16.455mm，厚度依次为t19＝5.443mm，t20＝6.853。

下表为实施例中各透镜曲率半径r，中心厚度、透镜之间距离t，折射率n,色散ν的详细数据表。下表中折射率和阿贝数都是指波长λ＝0.58756μm时各玻璃材料的折射率和色散系数。

表1实施例各结构数据表

结合光学设计软件zemax，得到成像质量良好的40倍数值孔径0.95平场复消色差显微物镜，工作距离0.21mm。

下面给出是该发明物镜的各像差分析图。图3是本发明平场复消色差物镜的场曲畸变图，其中(a)为场曲图，(b)为畸变图。图4是本发明平场复消色差物镜的色差曲线图，图5是本发明平场复消色差物镜的点列图，图6是本发明平场复消色差物镜的mtf曲线图。本设计属于中高倍显微物镜，数值孔径也相对较大，由图3～图6可知，设计接近衍射极限，满足设计要求。