CN104536124B - 一种无CaF22×超长工作距离平场复消色差计量显微物镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无CaF2 2×超长工作距离平场复消色差计量显微物镜，由5片不含CaF2的光学玻璃材料制成的凸透镜和凹透镜分成3个光组构成，且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、第三片凸透镜、第四片凹透镜、第五片凹透镜、物面；物面通过光学系统成像于无限远处。本物镜的优点是：1.不含CaF2低倍计量显微物镜，达到平场复消色差效果；2.超大视场、超长工作距离；3.超长齐焦距；4.全光子玻璃构成，性价比高。
Description
技术领域
本发明涉及显微物镜，具体是一种无CaF2 2×超长工作距离平场复消色差计量显微物镜。
背景技术
显微物镜是测量显微镜的最重要的部件，其成像质量的高低直接影响测量显微镜的性能。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，传统的办法是在部分正透镜中引入光学晶体，如氟化钙CaF2等作为制造材料，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。近年来，有人使用特种玻璃(如TF3)来替代或部分替代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，引发了发明人对此作进一步深入地研究，终于设计出一种无CaF2 2×超长工作距离平场复消色差计量显微物镜。值得指出的是，伴随着现代科技进步、测试技术及仪器在工业领域应用中的日益广泛，要求测量显微物镜的工作距离越来越长，计量用的显微物镜结构越来越复杂，国际名牌日本三丰公司顺应潮流，率先推出超长齐焦距＝95mm的物镜；95mm齐焦距的显微物镜已成为迄今世界上超长齐焦距新标准。这一界定使计量显微物镜实现了超长工作距离(如三丰100×/0.7，W.D＝6mm)。本物镜就是发明人基于95mm齐焦距研发的超长工作距离平场复消色差成套计量显微物镜之低倍物镜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既超大视场、超长齐焦距，又性价比高的无CaF2 2×超长工作距离平场复消色差计量显微物镜。
本发明根据组合光焦度公式φ＝φ1+φ2－dφ1φ2(φ1φ2分别为光组1、2的光焦度，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，然后通过缩放、迭代优化，最终得到像质优良的无CaF2 2×超长工作距离平场复消色差计量显微物镜。
本发明无CaF2 2×超长工作距离平场复消色差计量显微物镜，由5片不含CaF2的光学玻璃材料制成的凸透镜和凹透镜分成前、后2个光组构成，且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、第四片凸透镜、第五片凹透镜、物面；物面通过光学系统成像于无限远处。
所述2个光组中，靠近像面的第1光组为由第一片凸透镜和第二片凹透镜组成的双胶合组，加上密接的第三片凹透镜，靠近物面的第2光组为由第四片凸透镜和第五片凹透镜组成的双胶合组。
所述2个光组中的靠近像面的第1光组与靠近物面的第2光组间远分离。
从第五片凹透镜的顶点到物面的距离为工作距离W.D。
本发明的工作距离W.D＝30.93mm；
放大倍率β＝2×(与f’＝200mm镜筒透镜配合)；
数值孔径≥0.055；孔径角＞3.45°(像方视场φ24mm)；
焦距f’＝100mm；
本物镜主要性能评价如下：①经几何像差评价和PTZ3数据表对比测试表明，直观地反映出F、c光在0.707ω带上相交于一点，色差值PAC＝0.00033，二级光谱值SAC＝0.003521，约为未校正SAC≈0.05mm的7％，是校正得比较好的；三种波长的色球差也较小。②平场效果也相当满意：匹茨万场曲(PTZ3)＝－0.002504。③目视极限分辨率Nmax＝153lp/mm，从图4看，该显微物镜的MTF曲线和MTF数据值，全视场MTF≥0.11，基本上贴近理想光学系统MTF线。④全视场中心亮斑所占能量高达97％。其优点是：
不含CaF2低倍计量显微物镜，达到平场复消色差效果；
超大视场、超长工作距离；
性价比高；
超长齐焦距。
附图说明
图1为本发明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为本发明的PTZ3数据表；
图4为本发明的光学传递函数MTF曲线图、表；
图5为本发明的能量集中度分布图
图6日本三丰齐焦距＝95mm成套计量显微物镜参数表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的阐述。
如图1所示，本发明无CaF2 2×超长工作距离平场复消色差计量显微物镜，由5片不含CaF2的光学玻璃材料制成的凸透镜和凹透镜分成3组构成，且各透镜与物面中心同轴，从左向右排列排序为：第一片凸透镜1、第二片凹透镜2、第三片凹透镜3、第四片凸透镜4、第五片凹透镜5、物面6；物面6通过光学系统成像于无限远处。
所述2个光组中：第1光组为由第一片凸透镜和第二片凹透镜组成的双胶合组，加上密接的第三片凹透镜；第2光组为由第四片凸透镜和第五片凹透镜组成的双胶合组，第1光组和第2光组远分离，其间距为31.8mm。
图2为本显微物镜的几何像差评价图；图3为本物镜的PTZ3数据表；从图2和图3看，表示F、c在0.707ω带上相交，色差值PAC＝0.000333；二级光谱SAC＝0.003521，是比较小的(约为未校正值的7％)，3条色差曲线间距小也反映了这一点。平场效果也相当满意：匹茨万场曲(PTZ3)＝－0.002504。从图4看，3个视场5条MTF曲线贴近理想光学系统的MTF，且目视极限分辨率Nmax＝153lp/mm时全视场MTF≥0.11。从图5看，全视场中心亮斑所占能量高达97％(当≥83％时，则波像差≤λ/16)，可见本设计的物镜像质令人满意。
与图5中日本三丰2×物镜相比，本设计的物镜除工作距离比三丰产品稍短之外，其余性能与三丰产品持平。
Claims (2)
1.一种无CaF2 2×超长工作距离平场复消色差计量显微物镜，包括透镜：由5片不含CaF2的光学玻璃材料制成的凸透镜和凹透镜分成前、后2个光组构成，且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、第三片凸透镜、第四片凹透镜、第五片凹透镜、物面；物面通过光学系统成像于无限远处；
其特征是：所述2个光组中，靠近像面的第1光组为由第一片凸透镜和第二片凹透镜组成的双胶合组，加上密接的第三片凹透镜，靠近物面的第2光组为由第四片凸透镜和第五片凹透镜组成的双胶合组；
该物镜的长工作距离W.D=30.93mm，放大倍率β=2×，焦距f’=100mm，数值孔径NA=0.055，孔径角ω=3.45°；齐焦距=95mm。
2.根据权利要求1所述显微物镜，其特征是：所述2个光组中的靠近像面的第1光组与靠近物面的第2光组间远分离。
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