阅读说明：本技术 浸液显微镜物镜 (Immersion microscope objective ) 是由 末永豊 赵跃东 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本专利提供了在大数值孔径下,拥有从中心到边缘的全部为鲜锐的画面图像的复消色差浸液显微镜物镜。其结构从物方OBJ侧开始依次排序如下：整体具有正折射力、由2枚以上的透镜构成的第1透镜组；整体有正折射力,包括3组胶合透镜,且由7枚以上的透镜构成的第2透镜组；由2枚以上的透镜构成的第3透镜组；具有负折射力的第4透镜组；以及2枚以上的透镜构成,射出平行光束的第5透镜组。前述第3透镜组或前述第5透镜组中的任一个透镜组由3枚以上的透镜构成。第3透镜组中有设置凸面朝向所述物方侧的胶合面,在第5透镜组中有设置凹面朝向所述物方侧的胶合面,设最大像高为Ih,设透镜的最大有效半径为RDmax,满足0.35＜Ih/RDmax＜2.2。(This patent provides apochromatic immersion microscope objectives that possess all sharp picture images from the center to the edge at large numerical apertures. The structures are sequentially ordered from the object side OBJ as follows: a 1 st lens group having positive refractive power as a whole and including 2 or more lenses; a 2 nd lens group having positive refractive power as a whole, including 3 groups of cemented lenses and consisting of 7 or more lenses; a 3 rd lens group composed of 2 or more lenses; a 4 th lens group having negative refractive power; and a 5 th lens group which is composed of more than 2 lenses and emits parallel light beams. Any one of the 3 rd lens group and the 5 th lens group is composed of 3 or more lenses. The 3 rd lens group is provided with a bonding surface with a convex surface facing the object side, the 5 th lens group is provided with a bonding surface with a concave surface facing the object side, the maximum image height is set to be Ih, the maximum effective radius of the lens is set to be RDmax, and the condition that Ih/RDmax is more than 0.35 and less than 2.2 is met.)

浸液显微镜物镜

技术领域

本专利涉及一种显微镜物镜系统，尤其是从10到20倍倍率的无限远系统浸液显微镜物镜。

背景技术

物镜是整个显微镜的核心部件。在显微镜物镜系统中，特别是浸液显微镜物镜，在大数值孔径下，画面的中心部分及其附近能得到鲜明的图像,不过，从画面的中间到边缘区域，变成了不鲜明的图像。

发明内容

本专利提供了在大数值孔径下，拥有从中心到边缘的全部为鲜锐的画面图像的复消色差浸液显微镜物镜。

本专利所采用的技术方案是：

为了实现上述目的，本专利浸液显微镜物镜的初始结构从物方OBJ侧开始依次排序如下：整体具有正折射力、由2枚以上的透镜构成的第1透镜组G1；整体有正折射力，包括3组胶合透镜，并且由7枚以上的透镜构成的第2透镜组G2；由2枚以上的透镜构成的第3透镜组G3；具有负折射力的第4透镜组G4；以及2枚以上的透镜构成，射出平行光束的第5透镜组G5。前述第3透镜组G3或前述第5透镜组G5中的任一个透镜组由3枚以上的透镜构成。第3透镜组G3中有设置凸面朝向所述物方侧的胶合面C2，在第5透镜组G5中有设置凹面朝向所述物方侧的胶合面C1，设最大像高为Ih，设透镜的最大有效半径为RDmax，应满足以下条件(1)。

0.35＜Ih/RDmax＜2.2 (1)

所谓浸液显微镜物镜，是指在上述物方OBJ和上述第1透镜组G1之间用液体充满的显微镜物镜。

条件(1)是特别规定物镜的合适尺寸的条件。条件(1)若低于下限，则镜头直径过大，难以适应实际装置，故不理想。当超过条件(1)的上限时，镜头直径变得过小，像差修正变得困难，所以也不理想。此外，如果将下限值设为0.45则获得更好的结果，设为0.47则得到非常好的结果。

另外，最大像高是上述物方OBJ的最大物方高乘以显微镜的倍率的值，镜头的最大有效半径是与成像相关的光束最宽时，镜头的半径。

在本实施形态中，第5透镜组G5变成可以射出平行光束。根据这个，安装在各种各样的显微镜上变得可能，浸液显微镜物镜的通用性增加。

上述第4透镜组G4与上述第3透镜组G3相邻地配置，上述第5透镜组G5与上述第4透镜组G4相邻地配置是合适的。

在上述第5透镜组G5中设置的上述凹面朝向物方OBJ侧的胶合面设为第1胶合面C1时，该第1胶合面C1的折射力为正，上述第1胶合面C1两侧的介质的折射率分别设为n6、n7，将上述第1胶合面C1的曲率半径设为R1，将显微镜物镜全系的焦距设为f时，满足以下条件(2)。

0.07<|(n6－n7)×f/R1|<1.2 (2)

该条件是用于良好地修正子午方向的色慧差的条件。另外，在本说明书中，色慧差意味着可见光域中的各波长的慧差的差异。如果超过该条件(2)的上限，透镜的形状会成为不利于制造的形状，所以不理想。另外，若低于该条件(2)的下限，则难以校正子午方向的色慧差，因此也不合适。

为了进一步提高性能。第1透镜组G1为4枚以上的透镜构成是合适的。上述第1透镜组G1包括，负透镜L11，双凸透镜L12，凹面朝向物方OBJ侧的第1新月透镜L13，凹面朝向物方OBJ侧的第2新月透镜L14，是合适的。

L13折射率设为n3时，满足以下条件(3)是合适的。

n3＞1.7 (3)

该条件(3)是用于良好地修正匹兹伐和的条件。如果移除该条件(3)，则不能良好地修正球面像差和匹兹伐和。下限设为1.75，能得到更好的结果。另外，这个新月透镜，无论是胶合透镜还是单独的透镜都可以。

第1透镜组G1中L11和L12胶合，设L11折射率为n1，另一侧L12的折射率为n2时，满足以下条件(4)是合适的。

n1－n2＞0.10 (4)

该条件(4)是用于良好地修正高阶色球面像差的条件。如果低于该条件(4)的下限，则难以良好地修正高阶色球面像差。如果将下限值设为0.15，则获得更好的结果。

第3透镜组G3中L32和L33胶合面C2时，该胶合面C2的折射力为正，将上述第二胶合面C2的两侧介质的折射率分别设为n4、n5，将上述第二胶合面C2的曲率半径设为R2，将显微镜物镜全系的焦距设为f时，满足以下条件(5)是合适的。

0.07<|(n4－n5)×f/R2|<1.2 (5)

该条件(5)是用于良好地校正子午方向的色慧差。当超过该条件(5)的上限时，透镜的形状会变成不利于制造的形状，所以不合适。此外，当低于该条件(5)的下限时，由于难以校正子午方向的色慧差，因此也不合适。

第1透镜组的最靠近物方OBJ侧的透镜面是平面时最合适。是凹面，在实际的使用上，有气泡混入的可能性。是凸面，因为会产生很大的球面像差，性能上不理想。

第2透镜组G2包含至少两个三胶合透镜是合适的。这样可以减少二次分散。

从物方OBJ侧数起最初出现的具有负折射力的凹面C3的曲率半径设为R3，将从上述物方OBJ侧到最初出现的负折射力的凹面C3的距离设为d时，满足以下条件(6)，是合适的。

－0.3＞d/R3＞－1.5 (6)

该条件(6)，是特别用于良好地修正球面像差的条件。当超过条件(6)的上限时，镜头全长变长，因而不理想。此外，若低于该条件(6)的下限，则产生较大球面像差，不合适。

把从上述物方OBJ面到显微镜的最终镜片的面的距离设为LL，把从与显微镜物镜射出最大像高相当的主光线的角度设为θ时，满足以下条件(7)是合适的。

0.00063<tanθ/LL<0.00105 (7)

该条件(7)是用于在保持良好性能的同时使整个镜头的大小成为合适状态的条件。当超过条件(7)的上限时，由于镜头全长变短，因此很难获得良好的性能，这并不理想。另外，若低于该条件(7)的下限，镜头全长过长，不能安装在显微镜装置上，也不合适。

第3透镜组G3，包含凸面朝向上述物方OBJ侧的胶合新月透镜，该胶合新月透镜由3枚镜片胶合组成，可以进行像差补正。

此外，该浸液显微镜物镜，当将上述第3透镜组G3中凸面朝向物方侧的胶合新月透镜的凹面C4的曲率半径设为R4时，满足以下条件(8)。

0.35<|R4|/f<2 (8)

该条件(8)是用于保持良好的平面性的条件。也是使凹面C4具有大的折射力的条件。当超过条件(8)的上限时，由于镜头全长变短，因此很难获得良好的性能，这并不理想。另外，如果低于该条件(8)的下限，镜头全长过长，就不能安装到显微镜装置，也不理想。

第5透镜组G5包含将凹面朝向上述物方OBJ侧的胶合新月透镜，该胶合新月透镜是由3枚透镜构成时，能够进行更加良好的补正像差。

在上述第5透镜组G5中，凹面朝向物方OBJ侧胶合新月透镜的凹面C5的曲率半径设为R5时，满足以下条件(9)，是合适的。

0.4<|R5|/f＜2.5 (9)

该条件(9)是用于保持像面的良好的平面性的条件。是使凹面C5具有大的折射力的条件。当超过条件(9)的上限时，由于镜头全长变短，因此很难获得良好的性能，这并不理想。另外，若低于该条件(9)的下限，镜头全长过长，安装在显微镜装置上变得困难，也不理想。

将上述第4透镜组G4的焦点距离设为f4时，满足以下条件(10)，是合适的。

0.5<|f4|/f<2 (10)

该条件(10)是规定第4透镜组的适当折射力的条件。当超过条件(10)的上限时，由于镜头全长变短，因此难以获得良好的性能，这并不理想。另外，若低于该条件(10)的下限，镜头全长变得过长，安装在显微镜装置上变得困难，不理想。

把上述第3透镜组G3和上述第4透镜组G4的间隔设为d3，把上述第4透镜组G4和上述第5透镜组G5的间隔设为d4，将上述第3透镜组G3的凸面朝向物方OBJ侧的胶合新月透镜厚度设为t3，将上述第5透镜组G5的凹面朝向物方OBJ侧的胶合新月透镜厚度设为t5时，满足以下条件(11)和(12)是合适的。

d3/t3<0.75 (11)

d4/t5<0.35 (12)

该条件(11)和(12)是规定第3透镜组和第5透镜组的适当形状的条件。

当两个条件(11)和(12)都超过上限时，慧差的校正变得困难，并不合适。

本技术的有益效果：此浸液显微镜物镜，即便是高数值孔径，也能在所使用的波长带宽全部具有出色的平坦性，让画面中间部和画面周边部同样拥有鲜明的图像。

附图说明

图1是本专利第1实施例浸液显微镜物镜表示图。图中，第1透镜组G1(L11、L12、L13、L14)，第2透镜组G2(L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28)，第3透镜组G3(L31、L32、L33)，第4透镜组G4(L41)，第5透镜组G5(L51、L52、L53)。

图2是像差图。

图2(A)是球面像差图，纵轴是相对的入射高，横轴表示像差量。波长436nm的g线表示为g，波长486nm的F线表示为F，波长588nm的d线表示为d，波长656nm的C线表示为C。

图2(B)是像散像差，纵轴用是物高，横轴表示像差量，实线是子午像面(M)，虚线是弧矢像面(S)。

图2(C)是畸变像差图，纵轴表示物高，横轴用百分比表示的畸变像差量。

图3是本专利第2实施例浸液显微镜物镜表示图。图中，第1透镜组G1(L11、L12、L13、L14)，第2透镜组G2(L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28)，第3透镜组G3(L31、L32)，第4透镜组G4(L41)，第5透镜组G5(L51、L52、L53)。

图4是像差图。

图4(A)是球面像差图，纵轴是相对的入射高，横轴表示像差量。波长436nm的g线表示为g，波长486nm的F线表示为F，波长588nm的d线表示为d，波长656nm的C线表示为C。

图4(B)是像散像差，纵轴用是物高，横轴表示像差量，实线是子午像面(M)，虚线是弧矢像面(S)。

图4(C)是畸变像差图，纵轴表示物高，横轴用百分比表示的畸变像差量。

图5是本专利第3实施例浸液显微镜物镜表示图。图中，第1透镜组G1(L11、L12、L13、L14)，第2透镜组G2(L21、L22、L23、L24、L25、L26、L27、L28)，第3透镜组G3(L31、L32、L33)，第4透镜组G4(L41)，第5透镜组G5(L51、L52、L53)。

图6是像差图。图6(A)是球面像差图，纵轴是相对的入射高，横轴表示像差量。波长436nm的g线表示为g，波长486nm的F线表示为F，波长588nm的d线表示为d，波长656nm的C线表示为C。

图6(B)是像散像差，纵轴用是物高，横轴表示像差量，实线是子午像面(M)，虚线是弧矢像面(S)。

图6(C)是畸变像差图，纵轴表示物高，横轴用百分比表示的畸变像差量。

具体实施方式

实施例1：

本专利第1实施例浸液显微镜物镜(图1)，从物方OBJ侧依次是由，第1透镜组G1、第2透镜组G2、第3透镜组G3、第4透镜组G4、第5透镜组G5构成。物方OBJ与第1透镜组G1之间用水(折射率nd＝1.34,阿贝数Vd＝57.9)充满，间隔为3mm。

第1透镜组G1依次是由，平凹透镜L11与双凸透镜L12的胶合透镜、凹面朝向物方侧的正新月透镜L13、凹面朝向物方侧的正新月透镜L14构成。

第2透镜组G2依次是由，双凹透镜L21和双凸透镜L22的胶合透镜、双凸透镜L23和双凹透镜L24和双凸透镜L25的三枚组合的胶合透镜、凸面朝向物方侧的负新月透镜L26和双凸透镜L27和双凹透镜L28三枚组合的胶合透镜构成。

第3透镜组G3由双凸透镜L31、双凹透镜L32和凸面朝向物方侧的正新月透镜L33三枚组合的胶合透镜构成。

第4透镜组G4由凹面朝向物方侧的负新月透镜L41构成。

第5透镜组G5由，凹面朝向物方侧的正新月透镜L51、双凹透镜L52和双凸透镜L53三枚组合的胶合透镜构成。

本实施例的浸液显微镜微镜，焦距为12.4mm，倍率为16倍，物方侧N.A.为0.8，最大物方高度为0.75mm，最大像高Ih为12.00mm(管镜f200mm，下同)。本实施例的数据见表一。表格从左侧依次表示，面编号、曲率半径(r)、面间隔(d)、波长588nm的折射率(nd)、阿贝数(Vd)。曲率半径r、面间隔d及其他长度的单位一般使用“mm”。然而，由于光学系统即使比例放大或比例缩小也能够获得同等的光学性能，因此单位不限于“mm”。

表一

以下是本实施例的条件对应值。

RDmax＝12.13

Ih/RDmax＝0.99

|(n6－n7)×f/R1|＝0.37

|(n4－n5)×f/R2|＝0.38

n1－n2＝0.42

d/R3＝-0.63

(tanθ)/LL＝0.000744

|R4|/f＝0.69

|R5|/f＝1.51

|f4|/f＝1.18

d3/t3＝0.47

d4/t5＝0.13

图2(A)～(C)表示本实施例的浸液显微镜物镜的各像差图。从图2(A)～(C)可以看出，本实施例的浸液显微镜物镜，色差很良好地被修正，并且像面有良好的平场性。

实施例2：

本专利第2实施例浸液显微镜物镜(图3)，第1透镜组G1依次由，平凹透镜L11与双凸透镜L12组成的胶合透镜、凹面朝向物方侧的正新月透镜L13、凹面朝向物方OBJ侧的正新月透镜L14构成。

第2透镜组G2，从物方OBJ侧开始依次由，双凹透镜L21和双凸透镜L22组成的胶合透镜，双凸透镜L23和双凹透镜L24和双凸透镜L25三枚组成的胶合透镜、凸面朝向物方OBJ侧的负新月透镜L26和双凸透镜L27和双凹透镜L28三枚组成的胶合透镜构成。

第3透镜组G3由双凸透镜L31和双凹透镜L32组成的胶合透镜构成。

第4透镜组G4由双凹透镜L41构成。

第5透镜组G5由，凹面朝向物方侧的正新月透镜L51、双凹透镜L52和双凸透镜L53三枚组成的胶合透镜构成。

本实施例的浸液微镜物镜，焦距f为12.1mm，倍率为16.5倍，物方侧N.A.为0.8，最大物方高度为0.75mm，最大像高Ih为12.38mm。

表二

以下是本实施例的条件对应值。

RDmax＝11.29

Ih/RDmax＝1.10

|(n6－n7)×f/R1|＝0.36

n1－n2＝0.30

d/R3＝-1.00

(tanθ)/LL＝0.000767

|R4|/f＝0.75

|R5|/f＝1.63

|f4|/f＝0.93

d3/t3＝0.63

d4/t5＝0.17

图4(A)～(C)表示本实施例的浸液显微镜物镜的各像差图。从图4(A)～(C)可以看出，本实施例的浸液显微镜物镜，色差很良好地被修正，并且像面有良好的平场性。

实施例3：

本专利第3实施例的浸液显微镜物镜(图5)。第1透镜组G1依次由，平凹透镜L11、双凸透镜L12和凹面朝向物方侧的正新月透镜L13三枚组成的胶合透镜、凹面朝向向物方侧的正新月透镜L14构成。

第2透镜组G2依次是由，双凹透镜L21和双凸透镜L22组成的胶合透镜、双凸透镜L23和双凹透镜L24和双凸透镜L25三枚组成的胶合透镜、凸面朝向物方侧的负新月透镜L26和双凸透镜L27和双凹透镜L28三枚组成的胶合透镜构成。

第3透镜组G3由双凸透镜L31、双凹透镜L32和凸面朝向物方侧的正新月透镜L33三枚组成的胶合透镜构成。

第4透镜组G4由双凹透镜L41构成。

第5透镜组G5由凹面朝向物方侧的正新月透镜L51、双凹透镜L52和双凸透镜L53三枚组成的胶合透镜构成。

本实施例的浸液微镜物镜，焦距f为12.5mm，倍率为16倍，物方侧N.A.为0.8，最大物方高度为0.75mm，最大像高Ih为12.00mm。

表三

以下是本实施例的条件对应值。

RDmax＝11.99

Ih/RDmax＝1.00

|(n6－n7)×f/R1|＝0.38

|(n4－n5)×f/R2|＝0.39

n1－n2＝0.30

d/R3＝-0.64

(tanθ)/LL＝0.000747

|R4|/f＝0.61

|R5|/f＝1.49

d3/t3＝0.45

d4/t5＝0.13

图6(A)～(C)表示本实施例的浸液显微镜物镜的各像差图。从图6(A)～(C)可以看出，本实施例的浸液显微镜物镜，色差很良好地被修正，并且像面有良好的平场性。