CN102200629A - 一种100×无CaF2平场复消色差金相显微物镜 - Google Patents

一种100×无CaF2平场复消色差金相显微物镜 Download PDF

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萧泽新
王民强
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Abstract

本发明公开了一种100×无CaF2平场复消色差金相显微物镜，包括透镜，其特征在于，由同轴排列的8块透镜分为三个光组组成，所述透镜为按顺序连接的凸透镜、凹透镜、凹透镜、凸透镜、凹透镜、凸透镜、凸透镜和齐明厚弯月透镜，且上述透镜不含CaF2。该物镜与国内外同类物镜相比除不含CaF2外，具有透镜片数少，结构和装调工艺较简单，成本较低、性价比高等优点，其各项性能指标均好于现有含CaF2和使用TF3特种玻璃制造的同类显微物镜，因此有着广阔的应用前景和商业价值。

Description

一种100×无CaF2平场复消色差金相显微物镜
技术领域
本发明涉及金相显微镜物镜，特别是镜片数较少，无CaF2的100×平场复消色差金相显微物镜。
背景技术
显微物镜是金相显微镜的重要组成部件，其成像质量的高低，直接影响金相显微镜的性能，平场复消色差金相显微物镜是成像质量优良、档次较高的显微物镜。而要获得质量优良的像素，就要在物镜中同时校正轴向色差和二级光谱，要做到这点，常规的办法是在部分正透镜中引入低折射率、低色散的光学晶体，如氟化钙(CaF2)等作为介质材料，但此种材料质地较脆、易受潮、理化性能不稳定，大尺寸的材料难以获得，而且引入这种光学晶体后还使复消色差物镜的制造工艺过程复杂化，导致成本大大增加。考虑到这些因素，近年来，有人使用特种玻璃(如TF3)来替代或部分替代含CaF2玻璃来设计制作平场复消色差物镜，这在降低成本和改善工艺性方面显示了优越性，但这种特殊的光学玻璃价格不菲，因此较难广泛推广应用。
王之江主编的《实用光学技术手册》(2006年，北京：机械工业出版社)中提到一种国内同类100×无CaF2平场复消色差油浸显微物镜，它由14片透镜组成，其装调工艺较复杂，其中7片透镜使用了低折射率、价格昂贵的FK系玻璃，成本相当高，且物镜的工作距离仅0.36mm。
在前苏联B.A.帕诺夫所著的《显微镜的光学设计与计算》(1982年，北京；机械工业出版社)一书中提到两款100×平场复消色差显微物镜，这两款物镜分别采用了13片和11片透镜，其中，有部分透镜材料为CaF2结构(如图9、图10)。由于采用含有CaF2材料制造且镜片数仍较多，因此也存在成本相对高的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种镜片数少、结构较简单、无CaF2材料制造的100×平场复消色差金相显微物镜，这种物镜以较少的镜片数可同时校正C光、F光的轴向初级色差和d光的二级光谱，从而获得很高的成像质量，并且物镜与物面的工作距离可达到1mm，能较好的改善和解决现有高倍显微物镜存在的工作距离过短的问题。
本发明是通过如下技术原理实现的：根据组合光焦度公式φ＝φ1+φ2-dφ1φ2(φ1、φ2分别为光组1、2光焦度，d为光组1的第二主面和光组2的第一主面之间的距离)可确定正负组远分离“反摄远”型的长工作距离的平场复消色差显微物镜，由此结构型式来选择相近结构的镜头作为初始结构，然后通过适当的焦距缩放和像差的优化设计，最终得到像质优良的100×平场复消色差金相显微物镜。
按照上述原理，在设计本发明的100×平场复消色差金相显微物镜中，采用了无CaF2的高折射率光学玻璃，应用已有的一种平场半复消色差透镜组为初始结构，使用OSLO光学设计CAD软件，通过焦距缩放，优化设置透镜数及透镜的r、d、n(r：透镜半径、d：透镜曲率厚度、n：透镜折射率)等结构要素，使物镜达到平场复消色差的各项指标和要求。其具体技术方案如下：
一种100×平场复消色差金相显微物镜，包括透镜，与现有技术不同的是：它由同轴排列的8块透镜分为三个光组组成，所述透镜为按顺序连接的凸透镜、凹透镜、凹透镜、凸透镜、凹透镜、凸透镜、凸透镜和齐明厚弯月透镜，且上述透镜不含CaF2。
所述三个光组中，光组一由双胶合的凸透镜和凹透镜组成；光组二为两组双胶合透镜组，其中一组为双胶合的凹透镜和凸透镜，另一组为双胶合凹透镜和凸透镜；光组三由凸透镜和齐明厚弯月透镜组合形成；物面经上述透镜***后成像在无限远像面。
本发明的特点是基于光学***复消色差原理，使用光学设计软件进行100×平场复消色差金相显微物镜设计，通过光学***的优化组合，设计透镜组的各项参数尺寸，使物镜的成像质量达到最佳要求。这种物镜的优点在于其透镜数比国内外现有同类设计的物镜少，透镜不含CaF2，结构和装调工艺较简单，成本较低，性价比较高，可用于替代成本较高的含CaF2和使用TF3特种玻璃制造的显微物镜(如图2-8所示)，因此有广阔的应用前景和商业价值。
附图说明
图1为本发明的100×平场复消色差金相显微物镜结构示意图；
图2为本发明显微物镜的几何像差评价图；
图3为本发明显微物镜的点扩散函数图；
图4为本发明显微物镜的MTF曲线及极限分辨率下的各视场的MTF值；
图5为本发明显微物镜的像差数据图；
图6为相同倍数的国内同类物镜；
图7为国内同类物镜的像差曲线图；
图8为国内同类物镜的MTF曲线图；
图9为前苏联B.A.帕诺夫所著《显微镜的光学设计与计算》一书中提到的采用13片透镜结构的100X平场复消色差显微物镜示意图；
图10为前苏联B.A.帕诺夫所著《显微镜的光学设计与计算》一书中提到的采用11片透镜结构的100X平场复消色差显微物镜示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
按照图1所示出的本发明100×平场复消色差金相显微物镜，它由镜面形状、曲率半径等各不同的7块凸凹透镜和1块齐明厚弯月透镜9共8块镜片组成，其结构分为分离较远的三个光组，按顺序，处于成像端的光组一由双胶合的凸透镜2和凹透镜3组成；光组二为两组距离较近的双胶合透镜组，其中一组为双胶合的凹透镜4和凸透镜5，另一组为双胶合凹透镜6和凸透镜7；光组三由凸透镜8和齐明厚弯月透镜9组合形成；这三个光组的各个透镜与物面10中心同轴，其组合构成100×平场复消色差显微物镜，物面10经上述透镜***后成像在无限远像面1。
在图1中，光组一与光组二及光组二与光组三之间有一定的间距，在光组二中，双胶合的凹透镜4、凸透镜5与双胶合的凹透镜6、凸透镜7之间也有一个很小的间距，光组三前端的齐明厚弯月透镜9其前端面与物面10的间距为1mm。
本发明的上述透镜材料均为无CaF2的高折射率玻璃，所构成的物镜***其数值孔径为0.9；孔径角：2.3°；焦距：2.5mm；工作间距W.D＝1mm。

Claims (4)

1.一种100×无CaF2平场复消色差金相显微物镜，包括透镜，其特征在于，由同轴排列的8块透镜分为三个光组组成，所述透镜为按顺序连接的凸透镜(2)、凹透镜(3)、凹透镜(4)、凸透镜(5)、凹透镜(6)、凸透镜(7)、凸透镜(8)和齐明厚弯月透镜(9)，且上述透镜不含CaF2。
2.根据权利要求1所述的显微物镜，其特征在于：所述三个光组中，光组一由双胶合的凸透镜(2)和凹透镜(3)组成；光组二为两组双胶合透镜组，其中一组为双胶合的凹透镜(4)和凸透镜(5)，另一组为双胶合凹透镜(6)和凸透镜(7)；光组三由凸透镜(8)和齐明厚弯月透镜(9)组合形成；物面(10)经上述透镜***后成像在无限远像面(1)。
3.根据权利要求2所述的显微物镜，其特征在于：光组一与光组二及光组二与光组三之间有一定的间距，在光组二中，双胶合的凹透镜(4)、凸透镜(5)与双胶合的凹透镜(6)、凸透镜(7)之间也有一个很小的间距，光组三前端的齐明厚弯月透镜(9)其球面顶端与物面(10)的间距为1mm。
4.根据权利要求1所述的显微物镜，其特征在于：上述透镜所构成的物镜***其数值孔径为0.9；孔径角：2.3°；焦距：2.5mm；工作距离W.D＝1mm。
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