一种低远心度的宽视场复消色差显微镜物镜及其确定方法

本发明涉及光学成像，具体涉及一种低远心度的宽视场复消色差显微镜物镜及其确定方法。

背景技术：

1、快速的细菌或者真菌鉴定和药敏试验是确定抗生素或真菌药物能否有效地治疗细菌或者真菌感染性疾病，是临床上治疗细菌或者真菌感染、指导医生用药的关键。

2、采用基于显微时差成像的方式对细菌或者真菌在用抗生素药物前后的生长数量进行观察时，细菌或者真菌所处环境为凝胶形状的培养基，且细菌或者真菌始终处于培养基上表面。其中，采用显微成像观察时，通过视场直径内观察到的物体表面凸起的位置与凹下的位置的高度差就是物方景深，即dtot＝(λ*n)/na+n/(m*na)*e，式中，dtot表示景深，na表示数值孔径，m表示总放大倍率，λ表示波长(取550nm)，n取试样与物镜之间介质的折射率(空气n＝1，油n＝1.515)，e表示可分辨的最小距离(一般取5μm、6μm…24μm)。从该公式中可以看出显微物镜的数值孔径越大，景深越小，显微物镜的数值孔径越小，景深越大，对于传统显微物镜而言，既想要达到成像分辨率，有需要大景深，是存在矛盾的。例如，总放大率为20倍、数值孔径为0.5、可分辨最小距离按照中间值14μm算，该物镜的景深约为2.5μm。

3、随着时间的变化，凝胶形状的培养基会发生不同程度的缩水，另外细菌生长分裂会出现上下堆叠的情况，导致细菌或者真菌在生长过程中不会始终处于一个水平高度，该变化高度最大能达50μm以上。超过物镜景深范围的变化高度，传统方法是采取从上至下扫描观察，第一观察时间长，严重影响整体鉴定和药敏试验的通量及周期，第二上下扫描获取图像后存在拼接偏差大，对光轴与扫描轴的平行度要求极高等缺陷。

4、针对相关技术中的显微镜在进行药物敏感性成像分析时，存在数值孔径和物方景深无法满足需求，且成像误差大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种低远心度的宽视场复消色差显微镜物镜及其确定方法，以解决现有技术中显微镜在进行药物敏感性成像分析时，存在数值孔径和物方景深无法满足需求，且成像误差大的问题。

2、本发明实施例提供的技术方案如下：

3、本发明实施例第一方面提供一种低远心度的宽视场复消色差显微镜物镜，包括：同轴设置的多个球面透镜，多个球面透镜包括从物方至像方依次设置的远心度透镜组、孔径透镜组、色差透镜组以及像差透镜组；远心度透镜组，用于将观察对象成像视场和前后景深扩大，远心度透镜组包括从物方至像方依次设置的第一透镜和第一透镜组，第一透镜为正弯月透镜，第一透镜组为凹凸透镜组；孔径透镜组，用于将观察对象放大至目标孔径范围的孔径透镜组，孔径透镜组包括从物方至像方依次设置的第二透镜组，第二透镜组为凹凸透镜组；色差透镜组，用于校正色差，色差透镜组包括从物方至像方依次设置的第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组，第三透镜组和第四透镜组为双凸透镜组，第五透镜组为凸凹透镜组；像差透镜组，用于校正像差，像差透镜组包括从物方至像方依次设置的第六透镜组、第十五透镜和第七透镜组，第六透镜组为凸凹透镜组，第十五透镜为凸凹透镜，第七透镜组为双凹透镜组。

4、在一种可选的实施方式中，第一透镜组包括：胶合的第二透镜和第三透镜，第二透镜为凹凸透镜，第三透镜为凹凸透镜；第二透镜组包括：胶合的第四透镜和第五透镜，第四透镜为双凹透镜，第五透镜为双凸透镜；第三透镜组包括：胶合的第六透镜、第七透镜和第八透镜，第六透镜为双凸透镜，第七透镜为双凹透镜，第八透镜为双凸透镜，第四透镜组包括胶合的第九透镜和第十透镜，第九透镜为凸凹透镜，第十透镜为双凸透镜，第五透镜组包括胶合的第十一透镜和第十二透镜，第十一透镜为双凸透镜，第十二透镜为双凹透镜；第六透镜组包括：胶合的第十三透镜和第十四透镜，第十三透镜为凸凹透镜，第十四透镜为凸凹透镜，第七透镜组包括胶合的第十六透镜和第十七透镜，第十六透镜为凹凸透镜，第十七透镜为双凹透镜。

5、在一种可选的实施方式中，显微镜物镜满足如下条件：数值孔径大于等于0.5小于0.65、物方视场直径大于等于1.7mm小于等于2mm、物方远心度小于0.05度中任意一个或多个。

6、在一种可选的实施方式中，第一透镜的第一侧面与物面的距离大于等于9.8mm大于12mm。

7、在一种可选的实施方式中，第一透镜靠近物方一侧的第一侧面为凹面，靠近像方一侧的第二侧面为凹面，第一侧面的曲率半径为-12.40mm～-10.40mm，第一侧面的镜面距离为2.89mm～4.89mm，第一侧面的有效通光孔径为14.80mm～16.80mm，第二侧面的曲率半径为-12.40mm～-10.40mm，第二侧面的镜面距离为0.06mm～0.26mm，第一侧面的有效通光孔径为18.00mm～20.00mm；

8、第二透镜靠近物方一侧的第三侧面为凹面，与第三透镜胶合的第四侧面为凹面，第三侧面的曲率半径为-67.84mm～-65.84mm，第三侧面的镜面距离为2.75mm～4.75mm，第三侧面的有效通光孔径为18.00mm～20.00mm，第四侧面的曲率半径为-14.74mm～-12.74mm，第四侧面的镜面距离为3.79mm～5.79mm，第四侧面的有效通光孔径为20.40mm～22.40mm；

9、第三透镜靠近像方一侧的第五侧面为凹面，第五侧面的曲率半径为-19.09mm～-17.09mm，第五侧面的镜面距离为0.05mm～0.25mm，第五侧面的有效通光孔径为21.00mm～23.00mm。

10、在一种可选的实施方式中，第四透镜靠近物方一侧的第六侧面为凹面，与第五透镜胶合的第七侧面为凸面，第六侧面的曲率半径为-89.24mm～-87.24mm，第六侧面的镜面距离为0.50mm～2.50mm，第六侧面的有效通光孔径为22.60mm～24.60mm，第七侧面的曲率半径为36.90mm～38.90mm，第七侧面的镜面距离为5.93mm～7.93mm，第七侧面的有效通光孔径为22.60mm～24.60mm；第五透镜靠近像方一侧的第八侧面为凹面，第八侧面的曲率半径为-19.66mm～-17.66mm，第八侧面的镜面距离为0.05mm～0.25mm，第八侧面的有效通光孔径为23.00mm～25.00mm。

11、在一种可选的实施方式中，第六透镜靠近物方一侧的第九侧面为凸面，与第七透镜胶合的第十侧面为凹面，第九侧面的曲率半径为99.95mm～101.95mm，第九侧面的镜面距离为4.39mm～6.39mm，第九侧面的有效通光孔径为23.00mm～25.00mm，第十侧面的曲率半径为-21.68mm～-19.68mm，第十侧面的镜面距离为0.50mm～2.50mm，第十侧面的有效通光孔径为23.00mm～25.00mm；

12、第七透镜与第八透镜胶合的第十一侧面为凸面，第十一侧面的曲率半径为27.74mm～29.74mm，第十一侧面的镜面距离为4.68mm～6.68mm，第十一侧面的有效通光孔径为23.00mm～25.00mm；

13、第八透镜靠近像方一侧的第十二侧面为凹面，第十二侧面的曲率半径为-48.40mm～-46.40mm，第十二侧面的镜面距离为0.05mm～0.25mm，第十二侧面的有效通光孔径为24.00mm～26.00mm；

14、第九透镜靠近物方一侧的第十三侧面为凸面，与第十透镜胶合的第十四侧面为凸面，第十三侧面的曲率半径为48.30mm～50.30mm，第十三侧面的镜面距离为0.50mm～2.50mm，第十三侧面的有效通光孔径为24.00mm～26.00mm，第十四侧面的曲率半径为21.09mm～23.09mm，第十四侧面的镜面距离为7.50mm～9.50mm，第十四侧面的有效通光孔径为24.00mm～26.00mm；

15、第十透镜靠近像方一侧的第十五侧面为凹面，第十五侧面的曲率半径为-176.25mm～-174.25mm，第十五侧面的镜面距离为8.89mm～10.89mm，第十五侧面的有效通光孔径为24.00mm～26.00mm；

16、第十一透镜靠近物方一侧的第十六侧面为凸面，与第十二透镜胶合的第十七侧面为凹面，第十六侧面的曲率半径为84.58mm～86.58mm，第十六侧面的镜面距离为7.10mm～9.10mm，第十六侧面的有效通光孔径为24.00mm～26.00mm，第十七侧面的曲率半径为-23.96mm～-21.96mm，第十七侧面的镜面距离为1.50mm～3.50mm，第十七侧面的有效通光孔径为24.00mm～26.00mm；

17、第十二透镜靠近像方一侧的第十八侧面为凸面，第十八侧面的曲率半径为211.47mm～213.47mm，第十八侧面的镜面距离为2.50mm～4.50mm，第十八侧面的有效通光孔径为19.70mm～21.70mm。

18、在一种可选的实施方式中，第十三透镜靠近物方一侧的第十九侧面为凸面，与第十四透镜胶合的第二十侧面为凸面，第十九侧面的曲率半径为12.78mm～14.78mm，第十九侧面的镜面距离为3.48mm～5.48mm，第十九侧面的有效通光孔径为19.70mm～21.70mm，第二十侧面的曲率半径为27.04mm～29.04mm，第二十侧面的镜面距离为1.49mm～2.49mm，第二十侧面的有效通光孔径为16.30mm～18.30mm；

19、第十四透镜靠近像方一侧的第二十一侧面为凸面，第二十一侧面的曲率半径为63.23mm～65.23mm，第二十一侧面的镜面距离为0.20mm～2.20mm，第二十一侧面的有效通光孔径为16.00mm～18.00mm；

20、第十五透镜靠近物方一侧的第二十二侧面为凸面，靠近像方一侧的第二十三侧面为凸面，第二十二侧面的曲率半径为343.98mm～345.98mm，第二十二侧面的镜面距离为1.97mm～3.97mm，第二十二侧面的有效通光孔径为13.00mm～15.00mm，第二十三侧面的曲率半径为9.15mm～11.15mm，第二十三侧面的镜面距离为1.48mm～3.48mm，第二十三侧面的有效通光孔径为13.00mm～15.00mm；

21、第十六透镜靠近物方一侧的第二十四侧面为凹面，与第十七透镜胶合的第二十五侧面为凹面，第二十四侧面的曲率半径为-181.55mm～-179.55mm，第二十四侧面的镜面距离为1.00mm～3.00mm，第二十四侧面的有效通光孔径为12.90mm～14.90mm，第二十五侧面的曲率半径为-20.57mm～-18.57mm，第二十五侧面的镜面距离为0.5mm～2.5mm，第二十五侧面的有效通光孔径为12.00mm～14.00mm；

22、第十七透镜靠近像方一侧的第二十六侧面为凸面，第二十六侧面的曲率半径为14.48mm～16.48mm，第二十六侧面的镜面距离为infinity，第二十六侧面的有效通光孔径为12.00mm～14.00mm。

23、本发明实施例第二方面提供一种低远心度的宽视场复消色差显微镜物镜的确定方法，方法包括：根据显微镜物镜的成像需求，确定显微镜物镜的远心度大小、数值孔径范围和物方视场范围；根据远心度大小和物方视场范围确定用于将观察对象成像视场和前后景深扩大的远心度透镜组包括物方至像方依次设置的第一透镜和第一透镜组，第一透镜为正弯月透镜，第一透镜组为凹凸透镜组；根据数值孔径范围确定用于将观察对象放大至目标孔径范围的孔径透镜组包括从物方至像方依次设置的第二透镜组，第二透镜组为凹凸透镜组；根据远心度透镜组和孔径透镜组输出的像的颜色，确定用于校正色差的色差透镜组包括从物方至像方依次设置的第三透镜组、第四透镜组和第五透镜组，第三透镜组和第四透镜组为双凸透镜组，第五透镜组为凸凹透镜组；根据色差透镜组输出的像的形变，确定用于校正像差的像差透镜组包括从物方至像方依次设置的第六透镜组、第十五透镜和第七透镜组，第六透镜组为凸凹透镜组，第十五透镜为凸凹透镜，第七透镜组为双凹透镜组。

24、在一种可选的实施方式中，根据色差透镜组输出的像的形变，确定用于校正像差的像差透镜组包括从物方至像方依次设置的第六透镜组、第十五透镜和第七透镜组，包括：根据色差透镜组输出的像的形变，选定用于初步校正像差的第六透镜组包括第十三透镜和第十四透镜以及用于校正球差的第十五透镜，第十三透镜为凸凹透镜，第十四透镜为凸凹透镜，第十五透镜为凸凹透镜；根据第十三透镜、第十四透镜和第十五透镜输出的光线角度，确定像差大小，像差包括球差和/或彗差；根据球差和/或彗差，选定用于校正的第七透镜组包括第十六透镜和第十七透镜，第十六透镜为凹凸透镜，第十七透镜为双凹透镜。

25、本发明实施例第三方面提供一种显微镜，包括：如本发明实施例第一方面即第一方面任一项的低远心度的宽视场复消色差显微镜物镜。

26、本发明技术方案，具有如下优点：

27、本实施例提供的低远心度的宽视场复消色差显微镜物镜，通过采用上述透镜以及透镜组设置的远心度透镜组、孔径透镜组、色差透镜组以及像差透镜组，将位于物面的观察对象进行放大和成像，保证较大视场的同时，具有较高的分辨率，并且通过上述透镜的组合，实现物方景深范围内放大倍率的无差异。