10×长工作距平场复消色差金相显微物镜的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及显微物镜，特别是一种无CaF21 X长工作距平场复消色差金相显微物镜。
【背景技术】
[0002]显微物镜是金相显微镜的最重要的部件，其成像质量的高低直接影响金相显微镜的性能。平场复消色差显微物镜是像质量最好、档次最高的显微物镜。在物镜中为同时校正初级轴向色差和二级光谱，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；但这种特殊光学材料产量少，较脆、理化性能不稳定，大尺寸的材料更难以获得。国外同类产品德国莱卡物镜由7片透镜组成，奥林巴斯物镜由6片透镜组成，其中均采用了CaF2材料，因此价格较高，而且这两款物镜工作距离也短。近年来，使用特种玻璃(如TF 3)来替代或部分地替代CaF2设计制造平场复消色差物镜，在降低成本和改善工艺性方面显示了优越性。这引发了发明人对此进一步深入地研宄，终于设计出一种无CaF21X长工作距平场复消色差金相显微物镜。值得指出的是，伴随着现代金相显微镜在工业领域应用范围的不断扩大，要求金相显微物镜的工作距离越来越长，导致其结构越发复杂，传统的齐焦距为45mm的物镜已不能满足要求。于是，前苏联和日本尼康对长工作距离物镜使用长齐焦距结构。如尼康采用了 60mm的齐焦距，使100X物镜工作距离达到1mm。本设计作为成套长工作距离物镜的低倍物镜，也采用了 60mm齐焦距。当然，长齐焦距结构给物镜设计和制造带来新的挑战和取得创新成果的机遇。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种高性价比的无CaF21X长工作距平场复消色差金相显微物镜，可同时校正C光(656.3nm)、F光(486.1nm)的轴向初级色差和D光(589.3nm)
的二级光谱。
[0004]本发明是通过适当的焦距缩放和像差优化，最终得到像质优良的中倍长工作距平场复消色差显微物镜。
[0005]本无CaF21 X长工作距平场复消色差金相显微物镜，由8片不含CaF2的光学玻璃的凸透镜和凹透镜分成5个光组构成，各透镜与物面中心同轴，从左向右排列顺序为:第一片凸透镜、第二片凹透镜、第三片凹透镜、第四片凹透镜、第五片凸透镜、第六片凹透镜、第七片凹透镜、第八片凸透镜、物面。物面经系统后成像在无限远处。从第八片凸透镜的顶点到物面的距离为工作距离W.Do
[0006]所述5个光组中，第I光组为第一片凸透镜；第2光组为由第二片凹透镜和第三片凹透镜组成的双胶合组；第3光组为由第四片凹透镜和第五片凸透镜组成的双胶合组；第4光组为第六片凹透镜；第5光组为第七片凹透镜和第八片凸透镜组成的双胶合组。第八片凸透镜其球面顶端与物面的间距为17.53mm ;
[0007]所述第一片凸透镜为厚弯月单片；
[0008]所述第六片凹透镜为薄弯月单片；
[0009]所述第八片凸透镜为齐明厚弯月；
[0010]各光组间间距为:第2光组至第5光组间间距均较小，为0.1-0.7mm ;其中:第I光组与第2光组为较远分离间距，为9.35mm。
[0011]本发明的工作距离W.D = 17.53mm ;
[0012]放大倍率β = 1X (与f’ = 200mm镜筒透镜配合时)；
[0013]数值孔径NA = 0.28;
[0014]孔径角>3.15° (像方视场Φ 22mm);
[0015]焦距f’ = 20mm ;
[0016]齐焦距=60mm。
[0017]本发明的优点是:
[0018](I)不含CaF2中倍金相显微物镜，达到平场复消色差效果；
[0019](2)大视场、长工作距离；
[0020](3)全光子玻璃构成，性价比高；
[0021](4)齐焦距长。
【附图说明】
[0022]图1为莱卡1X平场复消色差显微物镜结构示意图；
[0023]图2为奥林巴斯1X平场复消色差显微物镜结构示意图；
[0024]图3为“Nikon显微物镜规格一览表”中齐焦距60mm长工作距离成套物镜参数；
[0025]图4为本发明显微物镜结构示意图；
[0026]图5为本发明的几何像差曲线图；
[0027]图6为本发明的几何像差数据表；
[0028]图7为本发明的光学传递函数MTF曲线图；
[0029]图8为本发明的光学传递函数MTF数据表。
[0030]图中:1.第一片凸透镜2.第二片凹透镜3.第三片凹透镜4.第四片凹透镜5.第五片凸透镜6.第六片凹透镜7.第七片凹透镜8.第八片凸透镜9.物面。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明作一步的阐述。
[0032]如图4所示，本发明无CaF21X长工作距平场复消色差金相显微物镜，由8片不含CaF2的光学玻璃的凸透镜和凹透镜组成，从左向右排列顺序为:第一片凸透镜(I)、第二片凹透镜(2)、第三片凹透镜(3)、第四片凹透镜(4)、第五片凸透镜(5)、第六片凹透镜(6)、第七片凹透镜(7)、第八片凸透镜(8)和物面(9)。且各透镜与物面中心同轴，物面经上述系统后成像在无限远处。
[0033]本发明给出的物镜设计像差分析见附图5，附图6是此物镜PTZ3数据表，图5直观地反映出C、D、F光在0.707孔径带上相交，三种波长的色球差很小，完全达到了复消色差的要求；图6中显示三阶匹茨万场曲(PTZ3) =— 0.003605，平场效果也相当满意；图7看到，表示0ω、0.707 ω (ts)和1ω (ts)三个视场的5条MTF曲线，相互靠近，反映整个视场内均匀化的成像质量；据目视极限分辨率公式σ = 0.61 λ /NA，N = I/ σ = ΝΑ/Ο.61 λ ,则Nniax=7801p/mm，而此时 MTF 值 O ω 为 0.0884，0.707 ω t^P 0.707 ω 3分别为 0.0751 和 0.0539 ；1ω#Ρ1ω s分别为0.0521和0.0403，像质是令人满意的。从可比性看，除了数值孔径比尼康略小外，其余性能与尼康持平；并优于莱卡和奥林巴斯同类镜头。
【主权项】
1.一种无CaF2 1X长工作距平场复消色差金相显微物镜，包括透镜，其特征是:由8片不含CaF2的光学玻璃的凸透镜和凹透镜分成5个光组构成，各透镜与物面中心同轴，从左向右排列顺序为:第一片凸透镜、第二片凹透镜、第三片凹透镜、第四片凹透镜、第五片凸透镜、第六片凹透镜、第七片凹透镜、第八片凸透镜、物面，物面经系统后成像在无限远处，从第八片凸透镜的顶点到物面的距离为工作距离W.Do
2.根据权利要求1所述显微物镜，其特征是:所述5个光组中，第I光组为第一片凸透镜；第2光组为由第二片凹透镜和第三片凹透镜组成的双胶合组；第3光组为由第四片凹透镜和第五片凸透镜组成的双胶合组；第4光组为第六片凹透镜；第5光组为第七片凹透镜和第八片凸透镜组成的双胶合组。
3.根据权利要求2所述显微物镜，其特征是:所述第一片凸透镜为厚弯月单片。
4.根据权利要求2所述显微物镜，其特征是:所述第六片凹透镜为薄弯月单片。
5.根据权利要求2所述显微物镜，其特征是:所述第八片凸透镜为齐明厚弯月。
6.根据权利要求2所述显微物镜，其特征是:所述第八片凸透镜其球面顶端与物面的间距为17.53mm。
7.根据权利要求1所述的显微物镜，其特征是:该物镜的长工作距离W.D=17.53mm，放大倍率β =1X，焦距f’ =20mm，数值孔径NA=0.28，孔径角ω=3.15° ;齐焦距=60mm。
【专利摘要】本发明公开了一种无CaF2？10×长工作距平场复消色差金相显微物镜，由8片不含CaF2的光学玻璃的凸透镜和凹透镜分成5个光组构成，各透镜与物面中心同轴，从左向右排列顺序为：第一片凸透镜、第二片凹透镜、第三片凹透镜、第四片凹透镜、第五片凸透镜、第六片凹透镜、第七片凹透镜、第八片凸透镜、物面。物面经系统后成像在无限远处。本显微物镜的工作距离W.D=17.53mm，放大倍率β=10×（与f’=200mm镜筒透镜配合时），焦距f’=20mm，数值孔径NA=0.28，孔径角ω=3.15°（像方视场φ22mm）。其优点是：1.不含CaF2中倍金相显微物镜，达到平场复消色差效果；2.大视场、长工作距离；3.性价比高；4.齐焦距长，为60mm。
【IPC分类】G02B21-02, G02B21-00, G02B1-00
【公开号】CN104570309
【申请号】CN201410848600
【发明人】肖华鹏, 萧泽新, 马姝靓
【申请人】广西师范大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月31日