平场复消色差显微物镜的制作方法

本发明涉及光学
技术领域：
，特别是涉及一种平场复消色差显微物镜。
背景技术：
：显微物镜是光学显微镜的重要部件，同时也是显微镜成像性能的主要决定性部件，目前，大孔径、高分辨率显微物镜在生物荧光显微镜、全内反射荧光显微镜以及共聚焦显微镜中都有着重要的应用，而当今显微成像技术的发展趋势对显微物镜有着更大视场、更高像质的要求。目前世界上已有各类显微物镜，但是目前技术上能达到的干镜的数值孔径一般在0.65左右，还无法满足各领域对显微物镜的高成像质量和大数值孔径的要求，因此进一步提高显微物镜的成像质量和数值孔径对于各个领域的研究都具有十分重要意义。技术实现要素：基于此，有必要针对现有技术中显微物镜的数值孔径较小，无法满足各个领域对显微物镜的高成像质量和大数值孔径的要求的问题，提供一种平场复消色差显微物镜，本发明所提出到的大孔径平场复消色差显微物镜能够满足各领域对显微物镜的要求。为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：一种平场复消色差显微物镜，包括从物方至像方依次同轴排列的第一透镜、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、第九透镜和第十透镜，所述第一透镜至所述第十透镜共同构成平场复消色差显微物镜，所述第一透镜为具有正光焦度的半球透镜；所述第二透镜为具有正光焦度的凹凸透镜；所述第三透镜和所述第五透镜为双凸透镜，所述第四透镜为双凹透镜，且所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜组成具有正光焦度的三胶合透镜组；所述第六透镜为具有正光焦度的双凸透镜；所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凹透镜，且所述第七透镜和所述第八透镜组成具有负光焦度的双胶合透镜组；所述第九透镜为具有负光焦度的弯月透镜；所述第十透镜为具有负光焦度的凹凸透镜；所述平场复消色差显微物镜的焦深δ、数值孔径n.a.和放大倍率m满足以下关系式：其中，ω为肉眼分辨率，λ为中心波长。上述平场复消色差显微物镜是一种新型的大数值孔径显微物镜，实现了更为严格意义上的平场复消色差设计，解决了中低倍率显微镜数值孔径和视场范围小的难题，从而可以满足各领域对大数值孔径显微物镜的需求，而且本发明的平场复消色差显微物镜全部采用球面镜片，在现有的加工与检测工艺下完全能够实现，且结构简单，设计合理，易于制造，满足大批量生产的要求。附图说明图1为本发明其中一个实施例中平场复消色差显微物镜的结构示意图；图2为实例一中平场复消色差显微物镜的全视场横向像差曲线图；图3为实例一中平场复消色差显微物镜的色球差曲线图(a)、像散曲线图(b)和畸变曲线图(c)；图4为实例一中平场复消色差显微物镜的传递函数曲线图；图5为实例一中平场复消色差显微物镜的衍射能量分布曲线图；图6为实例一中平场复消色差显微物镜的波相差图。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。在其中一个实施例中，如图1所示，平场复消色差显微物镜包括第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5、第六透镜l6、第七透镜l7、第八透镜l8、第九透镜l9和第十透镜l10，并且第一透镜l1至第十透镜l10的光轴重合，第一透镜l1至第十透镜l10从物方至像方依次同轴排列，第一透镜l1至第十透镜l10共同构成了本实施例的平场复消色差显微物镜。在本实施例中，第一透镜l1为具有正光焦度的半球透镜(或者厚弯月镜)，形成前置齐明面，本实施例利用半球透镜(或者厚弯月镜)不仅产生场致平效果，而且能有效减小球差和彗差；第二透镜l2为具有正光焦度的凹凸透镜，其靠近像方一侧的表面是凹面靠，近物方一侧的表面是凸面，第二透镜l2主要用于校正彗差；第三透镜l3和第五透镜l5为双凸透镜，第四透镜l4为双凹透镜，并且第三透镜l3、第四透镜l4和第五透镜l5组成具有正光焦度的三胶合透镜组g1；第六透镜l6为具有正光焦度的双凸透镜；第七透镜l7为双凸透镜，第八透镜l8为双凹透镜，且第七透镜l7和第八透镜l8组成具有负光焦度的双胶合透镜组g2；第九透镜l9为具有负光焦度的弯月透镜；第十透镜l10为具有负光焦度的凹凸透镜。双胶合透镜组g2、第九透镜l9和第十透镜l10主要用于校正场曲和畸变。同时，在本实施例中，平场复消色差显微物镜的焦深δ、数值孔径n.a.和放大倍率m满足以下关系式：其中，ω为人眼的肉眼分辨率，λ为平场复消色差显微物镜工作时的中心波长。本实施例所提出的平场复消色差显微物镜对球差、彗差、像散、场曲、畸变、位置色差和倍率色差有良好的校正，全孔径c′光、e光、f′光和g光之间的轴向色差小于或者等于上述平场复消色差显微物镜是一种新型的大数值孔径显微物镜，实现了更为严格意义上的平场复消色差设计，解决了中低倍率显微镜数值孔径和视场范围小的难题，从而可以满足各领域对大数值孔径显微物镜的需求，而且本发明的平场复消色差显微物镜全部采用球面镜片，在现有的加工与检测工艺下完全能够实现，且结构简单，设计合理，易于制造，满足大批量生产的要求。作为一种具体的实施方式，第一透镜l1满足以下关系式：0.45＜r1/fobj＜0.6其中，r1为第一透镜l1的物方侧表面的曲率半径，fobj为平场复消色差显微物镜的焦距。作为一种具体的实施方式，第二透镜l2满足以下关系式：1.67＜fl2/fobj＜2.33其中，fl2为第二透镜l2的焦距，fobj为平场复消色差显微物镜的焦距。作为一种具体的实施方式，第四透镜l4内满足以下关系式：1.6＜ne＜1.6335＜ve＜45其中，ne为第四透镜l4在光谱线e＝546.074nm时的折射率，ve为第四透镜l4在光谱线e＝546.074nm时的阿贝数。作为一种具体的实施方式，第六透镜l6满足以下关系式：3.18＜fl6/fobj＜4.71其中，fl6为第六透镜l6的焦距，fobj为平场复消色差显微物镜的焦距。作为一种具体的实施方式，双胶合透镜组g2满足以下关系式：0.8＜fg2/fobj＜2.5其中，fg2为双胶合透镜组g2的焦距，fobj为平场复消色差显微物镜的焦距。作为一种具体的实施方式，第九透镜l9满足以下关系式：-3＜fl9/fobj＜-2.1其中，fl9为第九透镜l9的焦距，fobj为平场复消色差显微物镜的焦距。作为一种具体的实施方式，第十透镜l10满足以下关系式：2.44＜fl10/fobj＜4.1其中，fl10为第十透镜l10的焦距，fobj为平场复消色差显微物镜的焦距。通过实施以上各个具体实施方式，可以实现对平场复消色差显微物镜的优化，而且在优化过程中保持平场复消色差显微物镜的结构形式不变，从而有效消除像差。下面结合具体的结构参数对本发明所提出的平场复消色差显微物镜进行详细说明。实例一：从第十透镜l10的像方开始，将从像方至物方依次排列的各个透镜或者透镜组的表面进行编号，具体结构参数如表1所示。表1面编号曲率半径/mm厚度/mm折射率阿贝数111.93083.46931.7527.58236.18120.4449316.923721.6831.1847.31025.07965-8.12321.81.7328.25629.79123.8931.4395.167-10.13940.0996822.47242.661.7527.589-149.00620.11014.83314.72291.4395.1611-13.16871.51.6144.0912133.86631.4395.1613-19.95690.1149.20563.5941.5276.981555.37750.1168.3416.81.7847.49175.36420.618平面0.171.5259.48基于表1所列的具体结构参数的平场复消色差显微物镜可配合焦距为180mm的消色差管镜使用。基于表1所列的具体结构参数的平场复消色差显微物镜的参数如下：数值孔径(n.a.)＝0.75；焦距fobj＝9mm；放大倍率m＝20×；线视场直径d＝26.5mm。图2是实例一中平场复消色差显微物镜的全视场横向像差曲线图，图中横坐标为归一化入瞳孔径，纵坐标代表横向像差，纵坐标±0.02mm代表纵坐标最大值是0.02mm，最小值是-0.02mm。图2中左侧图(a)为各个相对视场下(1.00，0.8，0.71，0.5，0)的子午方向像差曲线，右侧图(b)为与左侧图(a)的相对视场相对应的弧矢方向像差曲线。图2所使用的波长分别为c′光、e光、f′光和g光，波长643.8469nm是c′光，波长546.0740nm是e光，波长479.9914nm是f′光，波长435.8343nm是g光。图3是实例一中的平场复消色差显微物镜的色球差曲线图(a)、像散曲线图(b)和畸变曲线图(c)。图(a)是色球差曲线图，其纵坐标为归一化入瞳直径，横坐标为色球差，由图(a)可知各波长之间的轴向色差得到了良好校正，二级光谱远小于复消色差规定的值；图(b)是像散、场曲曲线图，其纵坐标为视场，横坐标为子午光和弧矢光偏差量；图(c)是畸变曲线图，其纵坐标为视场，横坐标为畸变比例，由图(c)知，实例一中的平场复消色差显微物镜的畸变小于0.9％。图4是实例一中的平场复消色差显微物镜的传递函数曲线图，图中纵坐标为光学传递函数(mtf)的值，横坐标为空间频率，由图可知，光学设计截止频率达到3355lp/mm，光学传递函数曲线接近衍射极限，表明平场复消色差显微物镜具有优良的成像质量。图5是实例一中的平场复消色差显微物镜的衍射能量分布曲线图，图中纵坐标为弥散斑能量百分比，横坐标为弥散斑直径，由图可知，弥散斑能量90％集中在2.3μm的能量圆内，表明平场复消色差显微物镜具有很高的能量集中度。图6是实例一中的平场复消色差显微物镜的波相差图，该波相差图表征在入瞳处实际波前面与理想波面的偏差，以波长(λ)为单位。平场复消色差显微物镜的波相差约为λ/13，接近理想波面。实例二：从第十透镜l10的像方开始，将从像方至物方依次排列的各个透镜或者透镜组的表面进行编号，具体结构参数如表2所示。表2面编号曲率半径/mm厚度/mm折射率阿贝数114.82033.29881.7527.582118.63510.1315.085721.6831.1147.73275.01155-8.21781.81.7328.256583.61561.4395.167-9.55340.9936815.85853.1321.7527.58931.5750.51015.144251.4395.1611-11.77581.51.6144.0912133.47051.4395.1613-20.69790.1149.72242.80771.5276.981594.01410.1167.00816.81.7847.49174.7650.618平面0.171.5259.48基于表2所列的具体结构参数的平场复消色差显微物镜可配合焦距为180mm的消色差管镜使用。基于表2所列的具体结构参数的平场复消色差显微物镜的参数如下：数值孔径(n.a.)＝0.75；焦距fobj＝9mm；放大倍率m＝20×；线视场直径d＝26.5mm。实例三：从第十透镜l10的像方开始，将从像方至物方依次排列的各个透镜或者透镜组的表面进行编号，具体结构参数如表3所示。表3面编号曲率半径/mm厚度/mm折射率阿贝数112.66423.49241.7527.58252.019040.7217321.936521.6533.6547.58374.88075-8.33612.07011.7328.25624.62594.13921.4395.167-10.0390.1819.99665.075861.7527.5891044.2950.51014.46434.94321.4395.1611-13.59731.51.6144.09121341.4395.1613-200.1149.12883.55641.5276.9815300.1167.80626.81.7847.49175.45030.618平面0.171.5259.48基于表3所列的具体结构参数的平场复消色差显微物镜可配合焦距为180mm的消色差管镜使用。基于表3所列的具体结构参数的平场复消色差显微物镜的参数如下：数值孔径(n.a.)＝0.75；焦距fobj＝9mm；放大倍率m＝20×；线视场直径d＝26.5mm。本发明提供了一种新型的大数值孔径显微物镜，实现了更为严格意义上的平场复消色差设计，解决了中低倍率显微镜数值孔径和视场范围小的难题，以满足各领域对大数值孔径显微物镜的需求。本发明所提供的平场复消色差显微物镜的数值孔径是0.75，放大倍率为20倍，像方线视场直径为26.5mm，该显微镜物镜可使用的管镜焦距为180mm，该显微物镜全部采用球面镜片，在现有加工与检测工艺下完全能够实现，而且本发明结构简单，设计合理，易于制造，满足大批量生产的要求。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12