專(zhuān)利名稱(chēng)：一種100×無(wú)CaF₂平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金相顯微鏡物鏡，特別是鏡片數(shù)較少，無(wú)CaF2的100X平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡。
背景技術(shù)：
顯微物鏡是金相顯微鏡的重要組成部件，其成像質(zhì)量的高低，直接影響金相顯微鏡的性能，平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡是成像質(zhì)量?jī)?yōu)良、檔次較高的顯微物鏡。而要獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的像素，就要在物鏡中同時(shí)校正軸向色差和二級(jí)光譜，要做到這點(diǎn)，常規(guī)的辦法是在部分正透鏡中引入低折射率、低色散的光學(xué)晶體，如氟化鈣(CaF2)等作為介質(zhì)材料，但此種材料質(zhì)地較脆、易受潮、理化性能不穩(wěn)定，大尺寸的材料難以獲得，而且引入這種光學(xué)晶體后還使復(fù)消色差物鏡的制造工藝過(guò)程復(fù)雜化，導(dǎo)致成本大大增加?？紤]到這些因素，近年來(lái)，有人使用特種玻璃(如TF3)來(lái)替代或部分替代含CaF2玻璃來(lái)設(shè)計(jì)制作平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡，這在降低成本和改善工藝性方面顯示了優(yōu)越性，但這種特殊的光學(xué)玻璃價(jià)格不菲，因此較難廣泛推廣應(yīng)用。王之江主編的《實(shí)用光學(xué)技術(shù)手冊(cè)》(2006年，北京機(jī)械工業(yè)出版社)中提到一種國(guó)內(nèi)同類(lèi)100X無(wú)CaF2平場(chǎng)復(fù)消色差油浸顯微物鏡，它由14片透鏡組成，其裝調(diào)工藝較復(fù)雜，其中7片透鏡使用了低折射率、價(jià)格昂貴的系玻璃，成本相當(dāng)高，且物鏡的工作距離僅 0. 36mm0在前蘇聯(lián)B. A.帕諾夫所著的《顯微鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)與計(jì)算》(1982年，北京；機(jī)械工業(yè)出版社)一書(shū)中提到兩款100X平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡，這兩款物鏡分別采用了 13片和 11片透鏡，其中，有部分透鏡材料為CaF2結(jié)構(gòu)(如圖9、圖10)。由于采用含有CaF2材料制造且鏡片數(shù)仍較多，因此也存在成本相對(duì)高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種鏡片數(shù)少、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、無(wú)CaF2材料制造的100X平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡，這種物鏡以較少的鏡片數(shù)可同時(shí)校正C光、F光的軸向初級(jí)色差和d光的二級(jí)光譜，從而獲得很高的成像質(zhì)量，并且物鏡與物面的工作距離可達(dá)到1mm，能較好的改善和解決現(xiàn)有高倍顯微物鏡存在的工作距離過(guò)短的問(wèn)題。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)原理實(shí)現(xiàn)的根據(jù)組合光焦度公式Φ = φ 1+ φ 2-d Φ i Φ 2 ( Φ i、Φ 2分別為光組1、2光焦度，d為光組1的第二主面和光組2的第一主面之間的距離)可確定正負(fù)組遠(yuǎn)分離“反攝遠(yuǎn)”型的長(zhǎng)工作距離的平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡， 由此結(jié)構(gòu)型式來(lái)選擇相近結(jié)構(gòu)的鏡頭作為初始結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)適當(dāng)?shù)慕咕嗫s放和像差的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終得到像質(zhì)優(yōu)良的100X平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡。按照上述原理，在設(shè)計(jì)本發(fā)明的100X平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡中，采用了無(wú) CaF2的高折射率光學(xué)玻璃，應(yīng)用已有的一種平場(chǎng)半復(fù)消色差透鏡組為初始結(jié)構(gòu)，使用OSLO 光學(xué)設(shè)計(jì)CAD軟件，通過(guò)焦距縮放，優(yōu)化設(shè)置透鏡數(shù)及透鏡的r、d、n(r 透鏡半徑、d 透鏡曲率厚度、η 透鏡折射率)等結(jié)構(gòu)要素，使物鏡達(dá)到平場(chǎng)復(fù)消色差的各項(xiàng)指標(biāo)和要求。其具體技術(shù)方案如下一種100Χ平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡，包括透鏡，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是它由同軸排列的8塊透鏡分為三個(gè)光組組成，所述透鏡為按順序連接的凸透鏡、凹透鏡、凹透鏡、 凸透鏡、凹透鏡、凸透鏡、凸透鏡和齊明厚彎月透鏡，且上述透鏡不含CaF2。所述三個(gè)光組中，光組一由雙膠合的凸透鏡和凹透鏡組成；光組二為兩組雙膠合透鏡組，其中一組為雙膠合的凹透鏡和凸透鏡，另一組為雙膠合凹透鏡和凸透鏡；光組三由凸透鏡和齊明厚彎月透鏡組合形成；物面經(jīng)上述透鏡系統(tǒng)后成像在無(wú)限遠(yuǎn)像面。本發(fā)明的特點(diǎn)是基于光學(xué)系統(tǒng)復(fù)消色差原理，使用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行100X平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡設(shè)計(jì)，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化組合，設(shè)計(jì)透鏡組的各項(xiàng)參數(shù)尺寸，使物鏡的成像質(zhì)量達(dá)到最佳要求。這種物鏡的優(yōu)點(diǎn)在于其透鏡數(shù)比國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有同類(lèi)設(shè)計(jì)的物鏡少，透鏡不含CaF2，結(jié)構(gòu)和裝調(diào)工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，性價(jià)比較高，可用于替代成本較高的含CaF2和使用TF3特種玻璃制造的顯微物鏡(如圖2-8所示)，因此有廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的100X平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明顯微物鏡的幾何像差評(píng)價(jià)圖；圖3為本發(fā)明顯微物鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)圖；圖4為本發(fā)明顯微物鏡的MTF曲線及極限分辨率下的各視場(chǎng)的MTF值；圖5為本發(fā)明顯微物鏡的像差數(shù)據(jù)圖；圖6為相同倍數(shù)的國(guó)內(nèi)同類(lèi)物鏡；圖7為國(guó)內(nèi)同類(lèi)物鏡的像差曲線圖；圖8為國(guó)內(nèi)同類(lèi)物鏡的MTF曲線圖；圖9為前蘇聯(lián)B. A.帕諾夫所著《顯微鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)與計(jì)算》一書(shū)中提到的采用13 片透鏡結(jié)構(gòu)的100X平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡示意圖；圖10為前蘇聯(lián)B. A.帕諾夫所著《顯微鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)與計(jì)算》一書(shū)中提到的采用 11片透鏡結(jié)構(gòu)的100X平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。按照?qǐng)D1所示出的本發(fā)明100X平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡，它由鏡面形狀、曲率半徑等各不同的7塊凸凹透鏡和1塊齊明厚彎月透鏡9共8塊鏡片組成，其結(jié)構(gòu)分為分離較遠(yuǎn)的三個(gè)光組，按順序，處于成像端的光組一由雙膠合的凸透鏡2和凹透鏡3組成；光組二為兩組距離較近的雙膠合透鏡組，其中一組為雙膠合的凹透鏡4和凸透鏡5，另一組為雙膠合凹透鏡6和凸透鏡7 ；光組三由凸透鏡8和齊明厚彎月透鏡9組合形成；這三個(gè)光組的各個(gè)透鏡與物面10中心同軸，其組合構(gòu)成100X平場(chǎng)復(fù)消色差顯微物鏡，物面10經(jīng)上述透鏡系統(tǒng)后成像在無(wú)限遠(yuǎn)像面1。在圖1中，光組一與光組二及光組二與光組三之間有一定的間距，在光組二中，雙膠合的凹透鏡4、凸透鏡5與雙膠合的凹透鏡6、凸透鏡7之間也有一個(gè)很小的間距，光組三前端的齊明厚彎月透鏡9其前端面與物面10的間距為1mm。 本發(fā)明的上述透鏡材料均為無(wú)CaF2的高折射率玻璃，所構(gòu)成的物鏡系統(tǒng)其數(shù)值孔徑為0. 9 ；孔徑角2. 3° ；焦距2. 5mm ；工作間距W. D = 1mm。
權(quán)利要求
1.一種100X無(wú)CaF2平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡，包括透鏡，其特征在于，由同軸排列的8塊透鏡分為三個(gè)光組組成，所述透鏡為按順序連接的凸透鏡O)、凹透鏡(3)、凹透鏡 G)、凸透鏡(5)、凹透鏡(6)、凸透鏡(7)、凸透鏡(8)和齊明厚彎月透鏡(9)，且上述透鏡不含 CaF2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微物鏡，其特征在于所述三個(gè)光組中，光組一由雙膠合的凸透鏡( 和凹透鏡C3)組成；光組二為兩組雙膠合透鏡組，其中一組為雙膠合的凹透鏡 ⑷和凸透鏡(5)，另一組為雙膠合凹透鏡(6)和凸透鏡(7)；光組三由凸透鏡⑶和齊明厚彎月透鏡(9)組合形成；物面(10)經(jīng)上述透鏡系統(tǒng)后成像在無(wú)限遠(yuǎn)像面(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯微物鏡，其特征在于光組一與光組二及光組二與光組三之間有一定的間距，在光組二中，雙膠合的凹透鏡G)、凸透鏡(5)與雙膠合的凹透鏡(6)、 凸透鏡(7)之間也有一個(gè)很小的間距，光組三前端的齊明厚彎月透鏡(9)其球面頂端與物面(10)的間距為Imm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯微物鏡，其特征在于上述透鏡所構(gòu)成的物鏡系統(tǒng)其數(shù)值孔徑為0. 9 ；孔徑角2. 3° ；焦距2. 5mm ；工作距離W. D = 1mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種100×無(wú)CaF2平場(chǎng)復(fù)消色差金相顯微物鏡，包括透鏡，其特征在于，由同軸排列的8塊透鏡分為三個(gè)光組組成，所述透鏡為按順序連接的凸透鏡、凹透鏡、凹透鏡、凸透鏡、凹透鏡、凸透鏡、凸透鏡和齊明厚彎月透鏡，且上述透鏡不含CaF2。該物鏡與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)物鏡相比除不含CaF2外，具有透鏡片數(shù)少，結(jié)構(gòu)和裝調(diào)工藝較簡(jiǎn)單，成本較低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均好于現(xiàn)有含CaF2和使用TF3特種玻璃制造的同類(lèi)顯微物鏡，因此有著廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。
文檔編號(hào)G02B21/00GK102200629SQ20111014198
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者王民強(qiáng), 蕭澤新 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)