線性色散物鏡的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種線性色散物鏡，軸向色散在F光至C光波長(zhǎng)范圍內(nèi)與波長(zhǎng)近似成線性關(guān)系，具有大的色散、大的工作距離、小的球差。本發(fā)明的色散物鏡由靠近針孔的整體為負(fù)光焦度的透鏡組與靠近物體的整體為正光焦度的透鏡組組合而成，物鏡最靠近物體的表面為凹面，正、負(fù)透鏡組的材料滿足一定的色散校正關(guān)系。該發(fā)明可提供較大的設(shè)計(jì)自由度，用于光譜共焦技術(shù)的裝置，可有效提升裝置的整體性能，主要應(yīng)用于位移、透明元件厚度、微小三維結(jié)構(gòu)、表面粗糙度等檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】線性色散物鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于物鏡【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種線性色散物鏡。本發(fā)明可用于光 譜共焦位移傳感器、光譜共焦顯微鏡及其他使用光譜共焦技術(shù)（ChromaticConfocal Technology)的裝置，適用于位移、透明元件厚度、三維結(jié)構(gòu)、表面形貌等的檢測(cè)。

【背景技術(shù)】
[0002] 普通的顯微鏡物鏡要求消除色差，可以通過(guò)多種玻璃的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。而用于光譜 共焦技術(shù)的色散物鏡正好相反，要求得到盡可能大的色差(色散）以增加檢測(cè)范圍，通常使 用高色散玻璃可以達(dá)到此目的(光電工程，2011，28(7): 131-135)。但僅使用高色散玻璃 的色散物鏡所產(chǎn)生的色散與波長(zhǎng)的線性度不高，容易造成基于光譜共焦技術(shù)的儀器在不同 的測(cè)量位置具有不一致的靈敏度，拖累儀器的整體性能。也有研究者選用衍射光學(xué)元件實(shí) 現(xiàn)色散與波長(zhǎng)之間的線性關(guān)系（Proc.ofSPIE，2007，6619: 66190UJ.Opt.A:Pure Appl.Opt.，2008，10:1-8.)，但衍射光學(xué)元件比透鏡加工成本要高，數(shù)值孔徑不容易做 大，而且使用衍射光學(xué)元件仍未得到滿意的線性色散，其原因是，單獨(dú)的衍射光學(xué)元件校正 球差的能力較弱，仍需要透鏡配合來(lái)校正球差，而受光學(xué)玻璃折射率與波長(zhǎng)成非線性關(guān)系 的固有性質(zhì)影響，衍射光學(xué)元件與透鏡組合的光學(xué)系統(tǒng)仍然不能達(dá)到色散與波長(zhǎng)成線性關(guān) 系的目的。
[0003]A.Miks等人曾提出用膠合透鏡組實(shí)現(xiàn)線性色散的目的（Proc.ofSPIE，2007， 6609: 66090U)。但這種方法僅能在緊密結(jié)合的透鏡之間實(shí)現(xiàn)色散與波長(zhǎng)成線性關(guān)系，對(duì)于 需要具有大的空氣間隔、多級(jí)放大的色散物鏡并不適用，設(shè)計(jì)的自由度較小，實(shí)用性低。申 請(qǐng)者曾依據(jù)此原理設(shè)計(jì)了具有一定實(shí)用性的色散物鏡，但該物鏡結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、整體長(zhǎng)度較 大(光學(xué)精密工程，2013，21(10): 2473-2479)。
[0004]因此，如果能夠提供一種更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)物鏡的色散與波長(zhǎng)成線性關(guān)系， 并具有小的像差，將有助于降低基于光譜共焦技術(shù)的儀器的制造成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種線性色散物鏡。本發(fā)明基于色差在透鏡組之 間傳遞的原理，考慮了物鏡多個(gè)鏡組之間色差的相互補(bǔ)償和校正，具有更高的設(shè)計(jì)自由度， 有利于物鏡的像差校正，可縮短整體長(zhǎng)度，更具有實(shí)用價(jià)值。
[0006] 本發(fā)明的線性色散物鏡由整體為負(fù)光焦度的透鏡組和整體為正光焦度的透鏡組 組合而成，每個(gè)透鏡組可由單透鏡或膠合透鏡或以上二者組合而成；負(fù)透鏡組接近針孔一 偵牝正透鏡組靠近物體一側(cè)； 所述線性色散物鏡滿足下列條件：

【權(quán)利要求】
1. 一種線性色散物鏡，其特征在于：所述線性色散物鏡由整體為負(fù)光焦度的透鏡組和 整體為正光焦度的透鏡組組合而成，每個(gè)透鏡組可由單透鏡或膠合透鏡或以上二者組合而 成；負(fù)透鏡組接近針孔一側(cè)，正透鏡組靠近物體一側(cè)； 所述線性色散物鏡滿足下列條件：
其中I? = <年(4-0?、，心=妨卜A)2#2早(? -他?，胍x (IΛI(xiàn)，IJpI)表示 取ZN、ZP二者絕對(duì)值之間較大者,eH=G=WpWw,々是透鏡組的垂軸放大 率，0是透鏡組的d光整體光焦度，0,.是透鏡組中單個(gè)透鏡的d光光焦度，Λ.、6分別是透 鏡組中單個(gè)透鏡的材料的相對(duì)偏色散和阿貝數(shù)，t=0. 4038,相對(duì)偏色散Λ.為該材料的d光、 C光折射率差與F光、C光折射率差之比值，以上參數(shù)中的下腳標(biāo)N表示該參數(shù)屬于負(fù)光焦 度透鏡組，下腳標(biāo)P表示該參數(shù)屬于正光焦度透鏡組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性色散物鏡，其特征在于：所述線性色散物鏡靠近物體的 一面為凹面，凹面的曲率中心位置與物體位置滿足條件：〇. 85〈IrI/WD〈1. 15,其中r是凹面 的曲率半徑，WD是正常工作時(shí)物鏡最后一面到物體的距離。
【文檔編號(hào)】G02B13/00GK104238077SQ201410447873
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】劉乾, 楊維川, 袁道成, 劉波, 蔣家東 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所