无焦变倍光学系统及显微镜成像系统的制作方法

本发明涉及光学镜头，特别是涉及一种无焦变倍光学系统及显微镜成像系统。

背景技术：

1、随着现代工业的崛起，在半导体工业以及生物识别检测等领域中，越来越多的应用场景需要借助显微成像系统实现高精度检测。同时，检测需求种类多，视野范围变化大，传统的固定倍率显微系统因为视野单一，无法实现不同视野范围内的自由切换，在应用上存在一定的局限性。

2、无限共轭显微系统主要由显微物镜及管镜构成，通过改变物镜或管镜的焦距实现垂向放大倍率的变化。其中，采用切换式管镜结构在切换倍率的过程中有丢失观察目标的风险；并且，需要几种系统放大倍率意味着需要相应数量的，具有不同焦距的管镜系统，这导致整套光学系统的横向尺寸较大；多个具有不同焦距的管镜也显著增加了加工制造成本。通过使用一套光学系统，实现系统垂轴放大倍率在多个倍率间切换可以显著改善上述问题；无焦系统作为变倍机构加入由物镜和管镜可构成一套无限共轭距显微成像系统，但受限于紫外区光学材料的选择余地不足，一般仍采用具有多种角放大率的无焦系统横向切换的结构形式。

3、因此，如何设计出一种紫外-可见无焦变倍光学系统，以配合大na高倍显微系统实现大变倍比与优良像质、拓展大na孔径高倍紫外-可见显微成像系统的应用场景，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无焦变倍光学系统及显微镜成像系统，用于解决现有技术中紫外-可见显微成像系统应用场景受限的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无焦变倍光学系统，适用于紫外光和可见光波段，所述无焦变倍光学系统至少包括：

3、从物方至像方沿光路依次排布的前固定透镜组、变倍透镜组、补偿透镜组及后固定透镜组；其中，所述前固定透镜组与系统入瞳的距离固定，所述后固定透镜组与系统出瞳的距离固定；所述前固定透镜组具有正光焦度，所述变倍透镜组具有负光焦度，所述补偿透镜组具有正光焦度，所述后固定透镜组具有正光焦度，所述第二透镜组的光焦度最大。

4、可选地，所述无焦变倍光学系统的角放大率随所述变倍透镜组及所述补偿透镜组在光轴上的移动而变化；

5、当所述变倍透镜组与所述补偿透镜组沿光轴方向相背运动时，所述无焦变倍光学系统的角放大率由低倍向高倍变化；当所述变倍透镜组与所述补偿透镜组沿光轴方向相向运动时，所述无焦变倍光学系统的角放大率由高倍向低倍变化。

6、可选地，各透镜组的焦距满足如下关系式：

7、0.62<|f1/f3|<0.75，0.46<|f2/f3|<0.54，1.1<|f4/f3|<0.9；

8、其中，f1为所述前固定透镜组的焦距，f2为所述变倍透镜组的焦距，f3为所述补偿透镜组的焦距，f4为所述后固定透镜组的焦距。

9、可选地，所述前固定透镜组与所述系统入瞳的距离满足如下关系式：

10、0.3<|l1/l|<0.4；

11、所述后固定透镜组与所述系统出瞳的距离满足如下关系：

12、0.15<|l5/l|<0.22；

13、其中，l为所述无焦变倍光学系统的总长度，l1为所述前固定透镜组与所述系统入瞳的距离，l5为所述后固定透镜组与所述系统出瞳的距离。

14、可选地，所述前固定透镜组包括从物方至像方依次设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜；所述第一透镜为正光焦度双凸透镜，所述第二透镜为正光焦度双凸透镜，所述第三透镜为负光焦度双凹透镜。

15、可选地，所述变倍透镜组包括从物方至像方依次设置的第四透镜、第五透镜及第六透镜；所述第四透镜为正光焦度弯月透镜，所述第五透镜为具有负光焦度的双凹透镜，所述第六透镜为具有正光焦度的弯月透镜，所述第五透镜和所述第六透镜胶合。

16、可选地，所述补偿透镜组包括从物方至像方依次设置的第七透镜及第八透镜；所述第七透镜为具有负光焦度的弯月透镜，所述第八透镜为具有正光焦度的双凸透镜。

17、可选地，所述后固定透镜组包括从物方至像方依次设置的第九透镜和第十透镜；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正光焦度的双凸透镜。

18、更可选地，各透镜均为球面透镜。

19、更可选地，各透镜的材料对近紫外透过率不低于70％。

20、可选地，所述无焦变倍光学系统的工作波长范围为365nm-487nm。

21、可选地，所述无焦变倍光学系统的变倍比满足：1.75<m<2.5，其中，m为所述无焦变倍光学系统的变倍比。

22、可选地，所述无焦变倍光学系统还包括光阑，所述光阑设置于所述系统入瞳处，用于限制所述系统入瞳的直径。

23、更可选地，所述系统入瞳的直径满足，6.35mm<d1<7.35mm，其中，d1为所述系统入瞳的直径。

24、为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种显微镜成像系统，所述显微镜成像系统至少包括：

25、物镜、管镜及上述无焦变倍光学系统；

26、所述物镜设置于所述无焦变倍光学系统的物方侧，且所述物镜的瞳面与所述无焦变倍光学系统的入瞳重合；

27、所述管镜设置于所述无焦变倍光学系统的像方侧，且所述管镜的入瞳与所述无焦变倍光学系统的出瞳重合。

28、可选地，所述管镜的焦距为固定值。

29、如上所述，本发明的无焦变倍光学系统及显微镜成像系统，具有以下有益效果：

30、1、相较于通过多个插入于物镜及管镜之间的无焦系统来回切换，来实现显微成像系统变倍的方案，本发明的无焦变倍光学系统由单一无焦变倍光学系统通过变倍透镜组和补偿透镜组沿光轴移动实现多个变倍位置的切换，进而实现了整个显微成像系统的调焦，拓展了显微成像系统的应用场景，也具有更好的光瞳和系统像面稳定性；

31、2、相较于多个无焦变倍系统的方案，本发明的无焦变倍光学系统使用的透镜片数更少，显著降低了加工制造成本。

32、3、本发明的无焦变倍光学系统中所有透镜均为球面透镜，便于加工和检测，工程实现性强。

技术特征：

1.一种无焦变倍光学系统，适用于紫外光和可见光波段，其特征在于，所述无焦变倍光学系统至少包括：

2.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述无焦变倍光学系统的角放大率随所述变倍透镜组及所述补偿透镜组在光轴上的移动而变化；

3.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：各透镜组的焦距满足如下关系式：

4.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述前固定透镜组与所述系统入瞳的距离满足如下关系式：

5.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述前固定透镜组包括从物方至像方依次设置的第一透镜、第二透镜及第三透镜；所述第一透镜为正光焦度双凸透镜，所述第二透镜为正光焦度双凸透镜，所述第三透镜为负光焦度双凹透镜。

6.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述变倍透镜组包括从物方至像方依次设置的第四透镜、第五透镜及第六透镜；所述第四透镜为正光焦度弯月透镜，所述第五透镜为具有负光焦度的双凹透镜，所述第六透镜为具有正光焦度的弯月透镜，所述第五透镜和所述第六透镜胶合。

7.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述补偿透镜组包括从物方至像方依次设置的第七透镜及第八透镜；所述第七透镜为具有负光焦度的弯月透镜，所述第八透镜为具有正光焦度的双凸透镜。

8.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述后固定透镜组包括从物方至像方依次设置的第九透镜和第十透镜；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正光焦度的双凸透镜。

9.根据权利要求5-8任意一项所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：各透镜均为球面透镜。

10.根据权利要求5-8任意一项所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：各透镜的材料对近紫外透过率不低于70％。

11.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述无焦变倍光学系统的工作波长范围为365nm-487nm。

12.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述无焦变倍光学系统的变倍比满足：1.75<m<2.5，其中，m为所述无焦变倍光学系统的变倍比。

13.根据权利要求1所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述无焦变倍光学系统还包括光阑，所述光阑设置于所述系统入瞳处，用于限制所述系统入瞳的直径。

14.根据权利要求1或13所述的无焦变倍光学系统，其特征在于：所述系统入瞳的直径满足，6.35mm<d1<7.35mm，其中，d1为所述系统入瞳的直径。

15.一种显微镜成像系统，其特征在于，所述显微镜成像系统至少包括：

16.根据权利要求15所述的显微镜成像系统，其特征在于：所述管镜的焦距为固定值。

技术总结
本发明提供一种无焦变倍光学系统及显微镜成像系统，包括：从物方至像方沿光路依次排布的前固定透镜组、变倍透镜组、补偿透镜组及后固定透镜组；其中，所述前固定透镜组与系统入瞳的距离固定，所述后固定透镜组与系统出瞳的距离固定；所述前固定透镜组具有正光焦度，所述变倍透镜组具有负光焦度，所述补偿透镜组具有正光焦度，所述后固定透镜组具有正光焦度，所述第二透镜组的光焦度最大。本发明的无焦变倍光学系统及显微镜成像系统在校正各类像差的同时实现大变倍比，有利于拓展紫外‑可见显微成像系统的应用场景。

技术研发人员：杨浩哲,包建,相春昌
受保护的技术使用者：睿励科学仪器（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6